Turbines hydrauliques - Capsules théoriques

Turbines hydrauliques - Capsules théoriques

• © Michel Sabourin 2018-2025 |
• • Centrale Brilliant, BC, Canada
  • GE |

• L'hydroélectricité, une énergie renouvelable

  • • Les moulins de Barbegal près de Fontvieille en France datent du deuxième siècle.
    • https://www.lemondedelenergie.com/le-mix-energetique-et-les-moulins-de-barbegal/2017/10/03/ |
  • • Centrale Brilliant, BC, Canada
    • GE |

  • Hydraulique et hydroélectricité - Mise en oeuvre

    • © Michel Sabourin 2018-2025 |

    • Aménagement typique d'une centrale hydroélectrique

      • © Michel Sabourin 2019-2026 |
      • • Vue en coupe d'une centrale hydroélectrique
        • © Michel Sabourin 2021 adapté de © Voith Hydro 29 janvier 2019 publié sur Linkedin |

    • Les caractéristiques de l'hydroélectricité

      • © Michel Sabourin 2019-2025 |
      • • Le cycle de l'eau
        • © Hydro-Québec 2018 http://www.hydroquebec.com/themes/a-propos/images/illustration-cycle-hydroelectrique.jpg |
      • • Réseau hydrologique de La Grande Rivière
        • Hydro-Québec |
      • • Les dix plus puissantes centrales au monde et leur production d'énergie en 2023.
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des_plus_grandes_centrales_%C3%A9lectriques_au_monde. Saisi le 27 octobre 2023. |
      • • Puissance et production hydroélectrique par pays en 2022
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_hydro%C3%A9lectrique. Saisi le 27 octobre 2023. |
      • • Ventes d'électricité au Québec
        • https://www.hydroquebec.com/data/documents-donnees/pdf/rapport-developpement-durable.pdf |
      • • Au cœur et en synergie avec le réseau, l'hydroélectricité permet de maximiser la capacité de production d'énergie renouvelable
        • https://www.vgb.org/hydropower_fact_sheets_2018.html?dfid=91646 |
      • • Statistiques sur les délais de Démarrage à froid - Pleine charge
        • https://www.flickr.com/photos/124982865@N08/50619890688/ |

    • L'hydroélectricité dans le portefeuille énergétique mondial

      • © Michel Sabourin 2019-2025 |
      • • Comparaison des stocks d'énergie non renouvelables et avec la disponibilité annuelle des énergies renouvelables
        • https://www.youtube.com/redirect?event=video_description&redir_token=QUFFLUhqbWRhSm1TZ1c5T2ZIZHRZb1hYbVFqRlJXaEdwUXxBQ3Jtc0trMmg0Q3Fxajhrc2JzWDVDSzZyeEkwR1l3VVlGbER3dGJiR1pZeG15dmF4eTdsZnZIRFgwbmtUa0pNYTVTRXluV3NlLVRRNnpwSGxSMW1XbnlrZnhwY3NURzl6Wm5yWkM0UkpXcmwwcVoxX1Rnc3Jqbw&q=https%3A%2F%2Fdrive.google.com%2Fopen%3Fid%3D1fqoACrCFtlXKonP266DkFUcmMVj22yj_&v=Z4teA8ciuRU, Jean-Marc Jancovici, Cours des Mines 2019. |
      • • Distribution des énergies consommées en 2020
        • https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/GSR-2023_Energy-Supply-Module.pdf page 12. |
      • • Position des énergies renouvelables dans le portefeuille mondial
        • https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/GSR-2023_Energy-Supply-Module.pdf page 14. |
      • • La production hydroélectrique dans le monde
        • https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/GSR-2023_Energy-Supply-Module.pdf page 55. |
      • • Addition des capacités en énergie renouvelable en 2022
        • https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/GSR-2023_Energy-Supply-Module.pdf page 17. |
      • • Addition en capacité hydroélectrique
        • https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/GSR-2023_Energy-Supply-Module.pdf page 55. |
      • • Taux de construction des centrales par an et par source d'énergie
        • http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2017/03/Figure-19-Global-power-plant-market-1970_2014.jpg |
      • • Consommation d'électricité mondiale par source d'énergie depuis 1985
        • Hélène Baril ; Le charbon se porte assez bien, merci ; La Presse+Affaires, La planète économique, 28 octobre 2019. https://www.lapresse.ca/affaires/201910/27/01-5247214-la-planete-economique-le-charbon-se-porte-assez-bien-merci.php |
      • • Proportions des sources d'énergie
        • La presse+ 20170826 Les deux faces de la voiture électrique par Vincent Brousseau-Pouliot |
      • • Capacité en hydroélectricité et éolienne en 2014 et potentiel hydroélectrique techniquement exploitable.
        • https://webstore.iea.org/energy-policies-of-iea-countries-canada-2015-review EnergyPoliciesofIEACountriesCanada2015Review.pdf page 212. |
      • • Évolution du coût de l'énergie par source entre 2010 et 2022
        • https://www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2022 page 22. |
      • • Taux de variation des coûts de l'énergie par source de 2021 à 2022
        • https://www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2022 page 32. |

    • Le contexte d'affaire en hydroélectricité

      • © Michel Sabourin 2020-2025 |
      • • La centrale Manic-5 et le barrage Daniel Johnson sont une icône du développement hydroélectrique
        • http://www.hydroquebec.com/data/metas/tw/photo-hydro-quebec-2009-253-124080ww.jpg |
      • • À l'international, évolution des coûts d'installation, de production et du facteur d'utilisation en hydro
        • IRENA 2023, Renewable Power Generation Costs in 2022, https://www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2022 |
      • • Coûts des projets en grande hydro par région avant et après 2016
        • https://www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2022 page 159. |
      • • Inventaire des équipements hydroélectriques vieux de plus de 30 ans dans le monde
        • https://www.andritz.com/products-en/hydro/modernization-renewal |
      • • La centrale Les Cèdres en 1910 : classée monument historique en 1984.
        • http://www.museevirtuel.ca/sgc-cms/histoires_de_chez_nous-community_memories/pm_v2.php?id=record_detail&fl=0&lg=Francais&ex=744&rd=199270# |
      • • La centrale Les Cèdres en 2009.
        • http://www.museevirtuel.ca/sgc-cms/histoires_de_chez_nous-community_memories/pm_v2.php?id=record_detail&fl=0&lg=Francais&ex=744&hs=0&rd=199272# |

  • Hydraulique et hydroélectricité - Les enjeux du développement durable

    • © Michel Sabourin 2021-2025 |

    • Efficacité énergétique et environnementale

      • © Michel Sabourin 2021-2025 |
      • • Évolution dans le temps des rendements des turbines hydrauliques
        • https://www.vgb.org/hydropower_fact_sheets_2018.html?dfid=91646 d'après ANDRITZ HYDRO GmbH, 2018 |
      • • Efficacité des différentes sources d'énergie
        • https://www.vgb.org/hydropower_fact_sheets_2018.html?dfid=91646, figure 2, page 14. |

    • Le taux de retour énergétique (TRE)

      • © Michel Sabourin 2025 |
      • • Le Taux de Retour Énergétique selon certaines sources citées par Wikipédia
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Taux_de_retour_%C3%A9nerg%C3%A9tique |
      • • Taux de retour énergétique comparés selon Hydro-Québec
        • https://www.vgb.org/hydropower_fact_sheets_2018.html?dfid=91646, page 13, figure1. D'après Hydro-Québec Direction – Environnement, 2005. |
      • • Vue sur le réservoir amont de Grand Maison situé à plus de 900 m au dessus du réservoir aval
        • https://www.usinenouvelle.com/article/cinq-questions-sur-le-blocage-de-l-usine-hydro-electrique-edf-de-grand-maison.N922124 |

    • La production de gaz à effet de serre (GES)

      • © Michel Sabourin 2021-2025 |
      • • Comparaison en production de GES des options de production d'électricité suivant les scénarios minimum et maximum
        • http://www.hydroquebec.com/developpement-durable/pdf/pop_01_06.pdf |
      • • Comparaison des émissions en GES de différentes filières énergétiques
        • https://www.hydroquebec.com/data/developpement-durable/pdf/emissions-ges.pdf
      • • Équivalent en CO2 pour un cycle de vie moyen
        • https://www.world-nuclear.org/information-library/energy-and-the-environment/nuclear-energy-and-sustainable-development.aspx |
      • • Projection des émissions nettes de GES par Hydro-Québec
        • https://www.hydroquebec.com/data/developpement-durable/pdf/emissions-ges.pdf |

    • Dangers et risques comparés des sources d'énergie

      • © Michel Sabourin 2025 |
      • • Taux de mortalité par source d'énergie
        • Deaths by Energy Source in Forbes Brian Wang | June 11, 2012 https://www.nextbigfuture.com/2012/06/deaths-by-energy-source-in-forbes.html |
      • • La source d'énergie la plus sûre vous surprendra
        • Published on May 10, 2018 By Jeff Desjardins https://www.visualcapitalist.com/worlds-safest-source-energy/ |

    • Emprises sur la biosphère

      • © Michel Sabourin 2021-2025 |
      • • L'aménagement de LG2 comporte un déversoir et deux centrales (Robert-Bourrassa et La Grande-2-A) pour une capacité de 7722 MW.
        • http://www.hydroquebec.com/production/images/centrales/robertbourassa-01.jpg |
      • • Les réservoirs créés par le projet de la Baie James couvrent un territoire qui se mesure en centaines de kilomètres
        • © Michel Sabourin 2020 à partir de Google Maps |
      • • Étude détaillée des effets des mesures de mitigation
        • https://www.hydroquebec.com/data/romaine/pdf/romaine-bilan-environnement-2018.pdf |
      • • Aménagements de frayères
        • http://www.hydroquebec.com/data/romaine/pdf/frayere.pdf |
      • • Partage de l'espace
        • https://www.hydroquebec.com/data/administrations-municipales/pdf/20190326-installations-amenagement-territoire.pdf |
      • • Cheminement du mercure peu après la mise en eau des réservoirs
        • https://www.hydroquebec.com/developpement-durable/documentation-specialisee/mercure.html Figure 1.3 |
      • • Évolution de la teneur en mercure des dorés jaunes
        • https://www.hydroquebec.com/developpement-durable/documentation-specialisee/mercure.html Figure 1.6 |
      • • Vanne de fond utilisée pour vidanger un réservoir de ses sédiments
        • Ludovic Péron, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ad/Vanne_de_fond_du_barrage_de_l%27Hongrin_dans_le_L%C3%A9man.jpg |
      • • Passage pour saumons adultes à la centrale de McNary
        • https://www.salmonrecovery.gov/Hydro/Structuralimprovements/AdultFishLadders.aspx |
      • • Étude des phénomènes nuisibles aux poissons dans les turbines
        • https://www.ge.com/news/reports/go-with-the-flow-these-engineers-are-building-a-fish-friendly-hydropower-plant |

    • Consommation de matériaux

      • © Michel Sabourin 2021-2025 |
      • • Matériaux utilisés par les différentes sources d'énergie
        • https://www.world-nuclear.org/information-library/energy-and-the-environment/nuclear-energy-and-sustainable-development.aspx |

  • Brève initiation technique au monde de l'hydraulique

    • © Michel Sabourin 2018-2025 |

    • Les types d'installation

      • © Michel Sabourin 2020-2025 |
      • • Les principaux types de barrage et digue
        • © GE 2016 /PEAUGER Christian |
      • • La centrale Beauharnois comporte 26 turbines Francis et 10 turbines hélices. Elle est au fil de l'eau.
        • http://www.hydroquebec.com/data/metas/fb/photo-hydro-quebec-2012-250-D6Q9785.jpg |
      • • L'aménagement de LG2 comporte un déversoir et deux centrales (Robert-Bourrassa et La Grande-2-A) pour une capacité de 7722 MW.
        • http://www.hydroquebec.com/production/images/centrales/robertbourassa-01.jpg |
      • • Nant de Drance en Suisse est une centrale équipée de turbines pompes.
        • © GE 2016 / PEAUGER Christian |
      • • Carte du barrage des Trois Gorges
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_des_Trois-Gorges
      • • Les Trois Gorges - vue aérienne
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_des_Trois-Gorges
      • • Vue du déversoir et du barrage des Trois Gorges
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_des_Trois-Gorges
      • • Carte du barrage d'Itaipu au Brésil
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_d'Itaipu
      • • Centrale d'Itaipu
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_d'Itaipu
      • • Barrage d'Itaipu panorama
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_d'Itaipu
      • • Carte de la centrale Robert Bourrassa à la Baie James
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9nagement_Robert-Bourassa
      • • Vue aérienne de l'aménagement de LG2
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9nagement_Robert-Bourassa
      • • Vue intérieure de la centrale Robert Bourrassa
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9nagement_Robert-Bourassa

    • Les types de turbine hydraulique

      • © Michel Sabourin 2018-2025 |
      • • Évolution de la forme des turbines avec la vitesse spécifique et la chute
        • Inconnue, utilisée par GE/Alstom |
      • • Évolution de la forme de radiale à axiale avec la vitesse spécifique
        • Inconnue, utilisée par GE/Alstom
      • • Domaine d'application des différents type de turbine
        • GE |
      • • Le bulbe
        • GE |
      • • Coupe d'une centrale avec groupe bulbes
        • GE |
      • • Turbine Kaplan
        • GE |
      • • Roue et distributeur de la turbine Kaplan
        • GE |
      • • Turbine Francis
        • GE |
      • • La turbine-pompe
        • GE |
      • • Turbine Pelton
        • GE |

    • Pour une compréhension intuitive du fonctionnement d'une turbine hydraulique

      • © Michel Sabourin 2018-2025 |
      • • La rencontre de 2 rotations
        • http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?t=701 PACER 724-247-1F Turbines hydrauliques.pdf |
      • • Les 2 rotations ne coïncident qu'en un seul point.
        • © Michel Sabourin 2020 |
      • • Un tourbillon libre dans ma piscine !
        • © Michel Sabourin 2018 |

    • Comparaisons entre les types de turbine

      • © Michel Sabourin 2018-2025 |
      • • Pour les turbines de faible chute, la bâche est de type fronto-spirale ou n'existe pas.
        • © GE |
      • • Encombrement comparé pour des roues de même diamètre
        • © GE |

  • Rôle hydraulique des composants de la turbine

    • © Michel Sabourin 2018-2025 |
    • • Coupe d'un groupe turbine-alternateur (Churchill Falls)
      • ©GE dessiné à la main par M. Blanchet il y a plus de 40 ans. |

    • La conduite forcée

      • © Michel Sabourin 2019 |
      • • La conduite forcée
        • ©GE |

      • Des conduites forcées

        • • Conduite forcée de la centrale des Sept-Chutes (1915) à Saint-Ferréol-les Neiges
          • http://dev.chateaumontsainteanne.com/blogue/wp-content/uploads/2013/08/20130709_145448.jpg |
        • • Aménagement de Kootenay Canal (1976) avec ses conduites forcées
          • https://www.bchydro.com/community/recreation_areas/kootenay_canal.html |
        • • Ancrages de la conduite forcées aux changements de direction
          • https://www.atbrc.com/en/business-sectors/hydropower/penstocks.html |
        • • Conduites forcées par ATB Riva Calzoni
          • https://www.atbrc.com/en/business-sectors/hydropower/penstocks.html |
        • • L'aménagement de Cleuson-Dixence où les conduites forcées sont très importantes
          • https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/Installations_hydro%C3%A9lectriques_de_la_Grande_Dixence.svg |
        • • Effet de dépression lors d'un transitoire à Bear Creek
          • http://deereault.com/hydroelectric-services/bear-creek-hydroelectric-project.php |
        • • Explosion de la conduite forcée de Sorang
          • http://www.himdhara.org/2015/12/11/submission-to-directorate-of-energy-on-failure-of-safety-control-and-impact-monitoring-in-hydroprojects/ |

    • La bâche spirale

      • © Michel Sabourin 2019 |
      • • La bâche spirale
        • ©GE |
      • • Pour les turbines de faible chute, la bâche est de type fronto-spirale ou n'existe pas.
        • © GE |
      • • Sections de bâche et berceaux de béton
        • Alstom
      • • Page d'histoire - Centrale Manic V
        • MIL Tracy

    • L'avant-distributeur et les avant-directrices

      • © Michel Sabourin 2019 |
      • • L'avant-distributeur et les avant-directrices
        • ©GE |
      • • Mise en place de l'avant-distributeur
        • Alstom

    • Le distributeur et les directrices

      • © Michel Sabourin 2019 |
      • • Le distributeur et les directrices
        • ©GE |
      • • Mise en place des directrices
        • Alstom

    • La roue

      • © Michel Sabourin 2019 |
      • • La roue
        • ©GE |
      • • Mise en place de la roue Francis
        • Alstom

    • L'aspirateur

      • © Michel Sabourin 2019 |
      • • L'aspirateur
        • ©GE |
      • • Blindage du coude aspirateur - Centrale Chamera I
        • MIL Tracy

• Hydraulique de base pour les turbines

  • Équations de la mécanique des fluides

    • Continuité - conservation de la masse

      • © Michel Sabourin 2018-2025 |
      • • Conservation de la masse pour un écoulement stationnaire dans un conduit aux parois étanches
        • © Michel Sabourin 2021 |

      • Équation de conservation du débit volumique

        • © Michel Sabourin 2020 |
      • • Géométrie d'un aspirateur en trois dimensions
        • © Michel Sabourin 2017 |
      • • Analyse unidimensionnelle d'un aspirateur typique
        • © Michel Sabourin 2017 |
      • • Comparaison des lignes de courant dans un aspirateur à deux points de fonctionnement
        • © 2017 General Electric Company, Images not for distribution or reproduction unless authorised by GE |

    • Les lois de Newton - Équilibres statique et dynamique des forces

      • L'équilibre des forces dans un champ d'accélération

        • La pression due à la gravité - L'hydrostatique

          • © Michel Sabourin 2018-2025 |
          • • Coupe d'un barrage
            • © Michel Sabourin 2017 |
          • • Effort de pression sur une paroi verticale
            • © Michel Sabourin 2017 |
          • • Vannes wagons et leurs mécanismes de manutention
            • https://steelfabinc.com/product/roller-gates/ |
          • • Détail de la rainure d'une vanne wagon
            • https://www.hydrogate.com/sites/hydrogate.com/files/Roller%20Gates%20Brochure.pdf |
          • • Schéma de la vanne wagon
            • © Michel Sabourin 2022 |

        • Champ de pression généré par un tourbillon forcé

          • © Michel Sabourin 2018-2024 |
          • • Similitude graphique des déplacements et vitesses
            • © Michel Sabourin 2021 |

          • Force axiale sur un disque par un tourbillon forcé

            • © Michel Sabourin 2020 |

        • Champ de pression généré par un tourbillon libre

          • © Michel Sabourin 2018-2024 |
          • • Similitude graphique des déplacements et vitesses
            • © Michel Sabourin 2021 |
          • • Tourbillon libre entre deux disques avec vitesse imposée au diamètre intéreur
            • © Michel Sabourin 2022 |
          • • Tourbillon libre entre deux disques avec vitesse imposée au diamètre intéreur
            • © Michel Sabourin 2022 |
          • • Avec une même pression au diamètre intérieur, comparaison de la pression selon le type de tourbillon
            • © Michel Sabourin 2022-2023 |

        • Configuration des parties supérieures et influence sur la poussée axiale

          • © Michel Sabourin 2018-2022 |
          • • Coupe machine avec écoulements secondaires dans les parties supérieures
            • © Michel Sabourin 2017 |
          • • Calcul par volume de contrôle ou CFD
            • Papillon B., St-Hilaire A., Lindstrom M., Sabourin M., Analysis of Francis turbines head cover pressure and flow behavior inside runner cone, HydroVision 2004, Montréal, Québec, Canada |
          • • Configuration 1. Aucune fuite permise.
            • © Michel Sabourin 2018 |
          • • Configuration 2 : captation de la fuite avec un conduit menant à l'aval
            • © Michel Sabourin 2018 |
          • • Configuration 3 : retour de la fuite par les trous d'équilibrage dans le plafond de la roue
            • © Michel Sabourin 2018 |
          • • Cône à aillette
            • Papillon B., St-Hilaire A., Lindstrom M., Sabourin M., "Analysis of Francis turbines head cover pressure an flow behavior inside runner cone", HydroVision 2004, Montréal. |
          • • Exemple de calcul de la poussée axiale pour différentes configurations
            • © Michel Sabourin |

      • Équilibre dynamique des forces

        • Les deuxième et troisième lois de Newton

          • © Michel Sabourin 2019-2024 |
          • • Écoulement dans un coude et réaction
            • © Michel Sabourin 2017 |
          • • Moulinet
            • © Michel Sabourin 2017 |
          • • Fonctionnement d'un moulinet par le professeur Pavel Rudolf, Brno, Tchéquie
            • https://www.linkedin.com/posts/science-on_scienceon-vut-science-activity-7259617909386145792-AVCq/?utm_medium=ios_app&utm_source=social_share_video_v2&utm_campaign=gmail |
          • • Vitesses à la sortie du moulinet
            • © Michel Sabourin 2019 |

        • La relation d'Euler

          • © Michel Sabourin 2020-2024 |
          • • Leonhard Euler a présenté les équations qui décrivent le fonctionnement des machines hydrauliques à réaction.
            • © Michel Sabourin 2017 |
          • • Une turbine élémentaire
            • © Michel Sabourin 2021 |
          • • Intrados, extrados et surface médiale : l'âme du profil.
            • © Michel Sabourin 2020 |
          • • Bijection entre le tracé 3D et les définitions 2D des plans méridien et de la cascade
            • © Michel Sabourin 2021 |
          • • Transformation conforme vers le plan m-n conforme en longueur
            • © Michel Sabourin 2021 |
          • • Vue dans le plan méridien de la roue et du distributeur
            • © Michel Sabourin 2024 |
          • • Filet représentatif de la roue dans le plan de cascade au rendement optimal
            • © Michel Sabourin 2024 |
          • • Le triangle des vitesses à la sortie de la roue
            • © Michel Sabourin 2024 |
          • • Les triangles des vitesses à l'entrée de la roue
            • © Michel Sabourin 2024 |
          • • © Michel Sabourin 2024
          • • © Michel Sabourin 2024
          • • © Michel Sabourin 2024
          • • © Michel Sabourin 2024

    • Bernoulli - Conservation de l'énergie

      • L'équation de Bernoulli - conservation de l'énergie

        • © Michel Sabourin 2018-2023 |
        • • Conservation de l'énergie avec Bernoulli
          • © Michel Sabourin 2017 |

      • Étude de l'aspirateur

        • © Michel Sabourin 2018-2023 |
        • • Évolution typique des énergies dans un aspirateur
          • © Michel Sabourin 2017 |

      • Le cheminement de l'énergie hydraulique dans une installation hydroélectrique

        • © Michel Sabourin 2020-2023 |
        • • Cheminement de l'énergie dans une installation hydroélectrique
          • © Michel Sabourin 2020 |

  • Définitions importantes

    • Énergie locale et aux bornes

      • © Michel Sabourin 2020-2025 |

      • Équation de l'énergie totale selon Bernoulli

        • © Michel Sabourin 2020 |

      • Relation d'Euler

        • © Michel Sabourin 2020 |

      • Vitesse moyenne

        • © Michel Sabourin 2020 |

      • Énergie brute

        • © Michel Sabourin 2020 |

      • Chute

        • © Michel Sabourin 2020 |
      • • Vue en élévation d'une installation hydroélectrique
        • © Michel Sabourin 2025 |
      • • Sections de mesure haute et basse pression pour l'énergie nette selon CEI60193
        • CEI60193 |
      • • Définition de l'énergie nette selon CEI60193
        • ©CEI60193 |

    • Puissance et rendement

      • © Michel Sabourin 2020-2022 |
      • • Vue en élévation d'une installation hydroélectrique
        • © Michel Sabourin 2025 |

  • Les lois de similitude et de transposition

    • • Aube et roues modèle et prototype
      • © 2017 General Electric Company |

    • Les lois de similitude

      • Les lois de similitude - Utilité et définition

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |
        • • Similitude du comportement modèle et prototype
          • GE |

      • Application de la similitude mécanique à l'équation de Newton

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |

      • Application de la similitude mécanique à l'équation de Bernoulli

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |

      • Application de la similitude mécanique à un écoulement visqueux

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |
        • • Écoulement de Couette
          • ©Michel Sabourin 2017 |

      • Similitude complète : les conditions

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |

      • Similitude partielle pour les machines hydrauliques

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |

      • Effet d’une perturbation sur le fonctionnement d’une turbine hydraulique

        • © Michel Sabourin 2025 |

    • Les nombres utilisés pour caractériser la similitude

      • La vitesse spécifique

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |
        • • Vue dans le plan méridien de la roue et du distributeur
          • © Michel Sabourin 2024 |
        • • Filet représentatif de la roue dans le plan de cascade au rendement optimal
          • © Michel Sabourin 2024 |
        • • Le chiffre de référence pour la dimension de la turbine
          • CEI60193 |
        • • Évolution de la forme des turbines avec la vitesse spécifique et la chute
          • Inconnue, utilisée par GE/Alstom |
        • • Évolution de la forme de radiale à axiale avec la vitesse spécifique
          • Inconnue, utilisée par GE/Alstom

      • Le système n11-Q11

        • © Michel Sabourin 2014 |
        • • Évolution de la vitesse spécifique dans un domaine n11-Q11
          • ©Michel Sabourin 2017 |

      • Le système CEI60193 ned-Qed

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |

      • Le système de l'EPFL \(\varphi -\psi\)

        • © Michel Sabourin 2020-2024 |

      • Les collines de rendement, un outil de sélection

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |
        • • Colline 1, nQE=0,177
          • ©Michel Sabourin 2017 |
        • • Colline 2, nQE=0,106
          • ©Michel Sabourin 2017 |
        • • Colline 3, nQE=0,189
          • ©Michel Sabourin 2017 |
        • • ©Michel Sabourin |
      • • Relations entre les systèmes de similitude selon CEI60193
        • ©CEI60193 |

    • Les lois de transposition

      • • Comparaison du rendement obtenu par différentes méthodes pour un même tracé hydraulique
        • St-Hilaire A., Ludewig P., Loiseau F., Tadel J., Bornard L., Sabourin M., Performance of the St-Lawrence Rehabilitated Turbines : Step-up from Model to Prototype, HydroVision 2004, Montréal, Canada. |

      • Les types de perte

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |
        • • Diagramme de Moody
          • Tom Davis, http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/7747-moody-diagram?focused=5061561&tab=function |
        • • Expansion brusque
          • ©Michel Sabourin 2017 |

      • Le traitement des pertes par le CEI60193

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |
        • • Bilan schématique détaillé des énergies hydrauliques massiques, des débits et des puissances
          • ©CEI60193 |
        • • Proportion des pertes de friction (transposables) et singulières (non-transposables)
          • ©CEI60193 |
        • • Les valeurs de Vref selon le CEI
          • ©CEI60193 |
        • • Les définitions du CEI pour le calcul de la majoration
          • CEI60193 |
        • • La variation du rendement avec le Reynolds
          • ©CEI60193 |

      • Autres méthodes pour calculer l'effet d'échelle

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |
        • • Exemple des différentes méthodes de transposition
          • ©Michel Sabourin 2020 |
        • • CEI 62097 - Méthode d'application
          • ©Michel Sabourin |
        • • CEI 62097 Prodédure de calcul
          • ©CEI 62097 |

  • La cavitation dans les turbines

    • Cavitation - La théorie

      • • La cavitation un phénomène nuisible
        • https://fr.wikipedia.org/wiki/Cavitation |
      • • Cavitation de vortex
        • ©Guennoun M.F., Étude physique de l'apparition et du développement de la cavitation sur une aube isolée, EPFL Thèse no 3574 (2006). |
      • • Cavitation dans une pompe
        • M. Farhat. Contribution `a l'´ Etude de l' ´ Erosion de Cavitation : M´ecanismes Hydrodynamiques et Pr´ediction. PhD thesis, Th`ese de doctorat, EPFL, Suisse, 1994. |

      • Cavitation - Un phénomène à expliquer

        • © Michel Sabourin 2018-2022 |
        • • Diagramme Pression-Température
          • Adapté de https://fr.wikipedia.org/wiki/Cavitation |
        • • ©Guennoun M.F., Étude physique de l'apparition et du développement de la cavitation sur une aube isolée, EPFL Thèse no 3574 (2006). |
        • • Soit un germe sphérique unique de rayon r dans un environnement stable à pression constante
          • ©Michel Sabourin |
        • • Équilibre des pressions interne,externe et de la tension superficielle d'une bulle
          • © Michel Sabourin 2019 |
        • • Diagramme de l'équilibre statique d'une bulle
          • ©Michel Sabourin 2017 |
        • • Comportement stable et instable
          • ©Michel Sabourin adapté de Wikipedia, Thierry Dugnolle |
        • • Dynamique d'une bulle entrainée dans un écoulement à pression variable
          • ©Franc J.P., et al., La cavitation – Mécanismes physiques et aspects industriels, Presses universitaires de Grenoble,1995. |

      • Effets de la cavitation sur le comportement des turbines

        • Le nombre de cavitation: définition et effet macroscopique sur le comportement de la turbine

          • © Michel Sabourin 2018-2024 |
          • • Une diminution de hs (ou augmentation de l'enfoncement) réduit la cavitaton mais augmente les coûts du civil.
            • adapté de Franc J.P., et al., La cavitation – Mécanismes physiques et aspects industriels, Presses universitaires de Grenoble,1995. p. 344. |
          • • Définition des sigmas
            • ©CEI60193 |
          • • Une dérive de sigma
            • ©Michel Sabourin |
          • • Cavitation de sortie extrados observée sur modèle réduit
            • ©GE |

        • La chute de rendement

          • © Michel Sabourin 2018-2022 |
          • • Vue en élévation d'une installation hydroélectrique
            • © Michel Sabourin 2025 |
          • • Représentation analytique d'une dérive de sigma
            • © Michel Sabourin 2018-2025 |

        • La cavitation et Bernoulli

          • © Michel Sabourin 2018-2024 |
          • • Vue en élévation d'une installation hydroélectrique
            • © Michel Sabourin 2025 |

        • Calcul de la perte aspirateur contribuant au chiffre de cavitation

          • © Michel Sabourin 2025 |
          • • Vue en élévation d'une installation hydroélectrique
            • © Michel Sabourin 2025 |

        • Cavitation et vitesse spécifique

          • © Michel Sabourin 2018-2024 |
          • • Sigma critique en fonction de la vitesse spécifique pour différents coefficients de vitesse et de débit
            • © Michel Sabourin 2024 |
          • • Valeur statistique du sigma d'implantation en fonction de la vitesse spécifique
            • https://www.researchgate.net/publication/313526026_Introduction_to_cavitation_in_hydraulic_machinery |
          • • Coupe d'un groupe turbine-alternateur (Churchill Falls)
            • ©GE dessiné à la main par M. Blanchet il y a plus de 40 ans. |

        • L'effet des germes sur le comportement de la turbine hydraulique

          • © Michel Sabourin 2018-2022 |
          • • Cavitation - paramètres d'essai
            • ©CEI60193 Tableau 4 |

    • Les manifestations de la cavitation dans une turbine hydraulique

      • Observation de la cavitation dans le laboratoire hydraulique virtuel

        • © Michel Sabourin 2021 |
        Laboratoire virtuel ©Michel Sabourin 2021 |

      • La cavitation de sortie extrados

        • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Pression le long d'un filet fluide sur les faces intrados et extrados
          • ©GE |
        • • Usure par cavitation de sortie extrados sur une roue revêtue d'inox
          • ©GE |
        • • Usure par cavitation de sortie extrados sur une roue en inox
          • ©GE |
        • • Exemple d'une réalisation où la cavitation de sortie est maîtrisée
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Cavitation de sortie extrados observée sur modèle réduit
          • ©GE |

      • La cavitation d'entrée extrados

        • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Graphique des pressions démontrant une dépression importante à l'entrée.
          • ©GE |

      • La cavitation d'entrée intrados

        • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Champ de pression montrant un pic dépressif à l'entrée intrados
          • ©GE |
        • • Cavitation d'entrée intrados
          • ©GE |

      • La torche

        • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Observations sous la roue modèle
          • ©GE |

      • Les vortex de charge partielle

        • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Localisation des vortex de charge partielle
          • ©GE |
        • • Usures au plafond causées par les vortex de charge partielles
          • ©GE |
        • • Usures au plafond causées par les vortex de charge partielle
          • ©GE |

      • Les tourbillons de Von Karman

        • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Usures causées par les tourbillons de Von Karman
          • ©GE |
        • • Animation des tourbillons de Von Karman
          • https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Vortex-street-animation.gif |

      • La cavitation marginale

        • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Localisation de la cavitation marginale
          • ©GE |
        • • Usure et lèvre anti-cavitation marginale
          • ©GE |

    • Les matériaux anti-cavitation

      • Comparaison des différents matériaux

        • • Résistance des matériaux à la cavitation
          • ©Laurent Tôn-Thât, Hydro-Québec, IREQ |

  • L'opération de la turbine : de la colline aux transitoires

    • Le comportement de la turbine en régime stationnaire

      • Une vision statique du fonctionnement : la lecture de la colline

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |
        • • Les 4 quadrants du fonctionnement d'une turbine
          • © Michel Sabourin 2018 adapté de CEI60193 page 460 |
        • • CEI 60193 page 464. |
        • • Une prise de charge en turbine
          • ©Michel Sabourin |
        • • L'effet perturbateur de la cavitation peut affecter : le rendement, le débit, la puissance et la vitesse d'emballement
          • ©Michel Sabourin |
        • • Colline de rendement
          • © Michel Sabourin 2018 |
        • • Prise de charge
          • © Michel Sabourin 2018 |

        • La prise de charge sur la colline de rendement

          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |

        • Méthodes d'interpolation sur une colline

          • © Michel Sabourin 2019 |
          • • Colline de rendement typique
            • ©Michel Sabourin 2017-2023 |
          • • Relations entre les systèmes de similitude selon CEI60193
            • ©CEI60193 |
          • • Relations entre les systèmes de similitude selon CEI60193
            • ©CEI60193 |
          • • Relations entre les systèmes de similitude selon CEI60193
            • ©CEI60193 |
          • • La position des directrices se caractérise par un des deux chiffes suivants : l'angle ou l'ouverture
            • CEI60193 :1999 page 22 figure 2. |
          • • Colline exemple utilisant la similitude n11- Q11 et normalisée
            • © Michel Sabourin 2018 |
          • • Points originaux distribués dans le domaine d'interpolation
            • © Michel Sabourin 2018 |
          • • Points normalisés distribués dans le domaine d'interpolation
            • © Michel Sabourin |
          • • Colline en n11-Q11 normalisée
            • © Michel Sabourin |
          • • Colline avec iso-rendements - Vue isométrique
            • © Michel Sabourin 2018 |
          • • Colline classique avec iso-rendements et iso-ouvertures
            • © Michel Sabourin |
          • • Interface et fenêtre graphique du script de traçage des collines
            • © Michel Sabourin 2019 |

    • L'opération normale de la turbine

      • Le démarrage de la turbine

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |
        • • Le démarrage de la turbine
          • © Michel Sabourin 2019 |
        • • Vue en coupe d'une centrale hydroélectrique
          • © Voith Hydro 29 janvier 2019 publié sur Linkedin |
        • • Comportement du groupe au démarrage
          • ©GE |

      • Opération en mode production et l'interaction avec le réseau

        • © Michel Sabourin 2018-2022 |
        • • Après le démarrage, la turbine produit à la vitesse synchrone
          • ©GE |

      • L'arrêt normal

        • © Michel Sabourin 2018-2022 |
        • • L'arrêt complète la séquence d'opération normale
          • ©GE |

    • L'opération et le comportement de la turbine en régime transitoire

      • • Effet de dépression lors d'un transitoire à Bear Creek
        • http://deereault.com/hydroelectric-services/bear-creek-hydroelectric-project.php |
      • • Explosion de la conduite forcée de Sorang
        • http://www.himdhara.org/2015/12/11/submission-to-directorate-of-energy-on-failure-of-safety-control-and-impact-monitoring-in-hydroprojects/ |

      • L'effet d'une variation d'ouverture sur les conditions hydrauliques - Cas 1, le coup de bélier de masse

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |
        • • Le coup de bélier de masse
          • © Michel Sabourin 2019 |
        • • Exemple de relation de la surpression en fonction du temps de fermeture pour un coup de bélier de masse
          • ©Michel Sabourin |

      • Effet de la compressibilité de l'eau - Cas 2, le coup de bélier acoustique

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |
        • • Les conduites forcées d'Itaipu entre le Brésil et le Paraguay
          • ©Michel Sabourin |
        • • Réverbération de l'onde acoustique lors d'une coupure instantanée
          • © Michel Sabourin 2020 |
        • • Le coup de bélier acoustique
          • © Michel Sabourin 2019 |

      • Bilan par comparaison des résultats des différents modèles de simulation de coup de bélier

        • © Michel Sabourin 2020-2022 |

      • La méthode d'Allievi

        • Calcul d'un transitoire sur un groupe turbine alternateur avec la méthode d'Allievi

          • © Michel Sabourin 2018-2025 |
          • • Effet de la coupure partielle instantanée et résultat cumulatif pour pas de 2L/c
            • © Michel Sabourin 2019 |

          • Méthode d'Allievi - généralisation pour pas de temps réduit

            • © Michel Sabourin 2018-2025 |
            • • Effet de la coupure partielle instantanée et résultat cumulatif pour pas de temps 0.5 de 2L/c
              • © Michel Sabourin 2019 |
          • • Représentation du modèle mathématique comparativement à l'installation physique
            • © Michel Sabourin 2019 |
          • • © Michel Sabourin 2019 |
          • • Coupure linéaire de débit
            • ©Michel Sabourin 2018 |
          • • Coupure de débit causé par un délestage
            • ©Michel Sabourin 2019 |

          • Représentations du transitoire sur la colline

            • • Transitoire sur une colline de production
              • © Michel Sabourin 2019 |
            • • Transitoire sur la colline d'analyse
              • © Michel Sabourin 2019 |
            • • Transitoire sur la grille d'interpolation
              • © Michel Sabourin |

          • Calcul simplifié d'un transitoire de turbine avec un tableur

            • © Michel Sabourin 2019 |
            • • Données de base du calcul
              • © Michel Sabourin 2019 |

• Hydraulique contemporaine

  • Les solutions environnementales

    • © Michel Sabourin 2018-2023 |
    • • Évolution énergétique
      • GE |
    • • Centrale Brilliant, BC, Canada
      • GE |
    • • Vieille centrale à réhabiliter
      • Joubarne É., Auger-Habel D., Refurbishment of a centenary small hydro-turbine power plant: issues and challenges , HydroVision 2015, Portland, Oregon. |

    • L'amélioration des performances

      • © Michel Sabourin 2018-2023 |

      • Les solutions technologiques

        • • Exemples de choix effectués lors d'une réhabilitation
          • ©GE |
        • • Remplacement de toute les pièces démontables de la turbine, assemblage en atelier et livraison en bloc
          • ©GE |
        • • Assemblage sur la plage de montage – manutention pour 320 tonnes
          • ©GE |
        • • Selon le besoin, l'effet très variable d'un changement de roue
          • ©GE |
        • • La réhabilitation de Chief Joseph : un succès sans compromis
          • ©GE |
        • • Remplacement des directrices, avantage typique mesuré sur modèle
          • ©GE |
        • • Avantage des avant-directices
          • ©GE |
        • • Modification d'une avant-directrice par extension du bord d'attaque
          • ©GE |
        • • Modification d'envergure de 2 avant-directrices par une extension faite d'une coque d'acier remplie de béton
          • Loiseau F., Munro I., St-Hilaire A., Couston M., Sabourin M., Rehabilitation of Propeller Turbines, A case study: CHATS FALLS Power Plant, Hydrovision 2005. |
        • • Modification d'un aspirateur
          • ©GE |
        • • Résultats au site d'un aspirateur modifié comparé à un aspirateur original à Kelsey
          • Loiseau F., De Henau V., Sabourin M., Importance of Draft Tube in Rehabilitation Project, IAHR-24th Symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Foz do Iguassu, Brazil, 2008. |

    • Réduction des lubrifiants minéraux

      • © Michel Sabourin 2018-2022 |
      • • Utilisations et avantages des auto-lubrifiants
        • ©Michel Sabourin |
      • • Les auto-lubrifiants se présentent sous diverses configurations adaptées aux mécanismes.
        • ©GE |
      • • Configuration du palier hydrostatique à l'eau
        • ©GE |
      • • Avantages du palier hydrostatique à l'eau
        • ©GE |
      • • Moyeu de Kaplan sans huile
        • ©GE |

    • Les turbines ichtyophiles

      • © Michel Sabourin 2018-2024 |
      • • Passage pour saumons adultes à la centrale de McNary
        • https://www.salmonrecovery.gov/Hydro/Structuralimprovements/AdultFishLadders.aspx |
      • • Les zones identifiées où la survie des poissons est préoccupantes
        • GE |
      • • Taux théorique de survie comparé en fonction du nombre de barrages franchis et du type de turbine.
        • ©Michel Sabourin |
      • • Localisation des dangers de blessures dans une turbine
        • www.esd.ornl.gov/human_health_risk/env_analysis/hydro_effects.shtml |
      • • Analyse par logiciel des mécanismes de blessure, localisation et identification des causes
        • ©GE |
      • • Évolution des pressions dans une turbine
        • James M. Becker, C. Scott, Abernethy, and Dennis D. Dauble, “Identifying the Effects on Fish of Changes In Water Pressure during Turbine Passage”, Hydro Review, Volume 22, Number 5, September 2003 |
      • • Taux de survie à l'impact
        • Stephen V. Amaral and George E. Hecker, “Designing leading edges of turbine blades to increase fish survival from blade strike”, EPRI 2010 |
      • • Un modèle de collision
        • Z. Deng, T. J. Carlson, G. R. Ploskey, M. C. Richmond, “Evaluation of Blade-Strike Models for Estimating the Biological Performance of Large Kaplan Hydro Turbines”, PNNL November 2005 |
      • • Effet du cisaillement sur la mortalité des poissons mesuré en laboratoire
        • D. A. Nietzel, G. F. Čada, “Laboratory Studies on the Effects of Shear on Fish”, DOE, September 2000 |
      • • Effet de la turbulence et dimension des tourbillons dans la turbine
        • Mufeed Odeh, John F. Noreika, Alex Haro Aubin Maynard, Ted Castro-Santos, and Glenn F. Cada, “Evaluation of the effects of turbulence on the behavior of migratory fish”, DOE-BPA (Bonneville Power Administration), March 2002 |
      • • Photos prises au laboratoire de Vicksburg
        • GE |
      • • Analyse et localisation des collision par CFD
        • ©GE |
      • • Analyse et localisation des coincements et abrasions par CFD
        • ©GE |
      • • La roue Kaplan à jeu minimal
        • ©GE |
      • • La diminution des accélérations est favorable sur plusieurs aspects
        • ©GE |
      • • Le voisinage des directrices présentent des pièges pour les poissons
        • ©GE |
      • • La grille à poisson perturbe de façon considérable les écoulements, réduit les performances et crée de la nuisance additionnelle pour les poissons qui ne sont pas capturés
        • ©GE |

    • Augmentation de l'oxygène dissout

      • © Michel Sabourin 2018-2023 |
      • • Endroits concernés par la préoccupation de l'oxygène dissout
        • ©GE |
      • • Propriétés chimiques et effet biologique de la concentration en oxygène dissout
        • ©Michel Sabourin |
      • • Admission d'air par effet venturi dans un modèle
        • ©GE |
      • • Équation de la dissolution de l'oxygène dans l'eau
        • ©Michel Sabourin |
      • • En fonction de l'endroit d'introduction, la quantité d'oxygène introduit n'est pas la même
        • ©GE |
      • • Essai modèle montrant la perte de rendement à Q11 constant sous différentes chutes
        • Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Determination of Similitude Rules for Hydroturbines Aeration, HydroVision, Charlotte North Carolina, 2000. |
      • • Modèle avec torche aérée
        • ©GE |
      • • Localisation des points d'entrée et d'injection d'air pour une aération centrale
        • Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Determination of Similitude Rules for Hydroturbines Aeration, HydroVision, Charlotte North Carolina, 2000. |
      • • Limites d'apparition de la torche avec et sans air
        • ©Michel Sabourin 2018 |
      • • Comparaison de 3 points de fonctionnement, faible, coeur et pleine charge dans aération, avec aération centrale et périphérique
        • Papillon B., Sabourin M., Couston M., Deschênes C., Methods for Air Admission in Hydroturbines, Proceedings of the XXI IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Lausanne, 2002. |
      • • L'aération centrale est aussi utilisée pour atténuer le bruit et les fluctuations de pression avec très peu d'air
        • Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Atmospheric air admission in hydroturbines, Hydrovision 2000, Charlotte, USA. |
      • • Observation du volume de la torche sous différentes chutes
        • Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Determination of Similitude Rules for Hydroturbine Aeration |
      • • Validation et limite de la similitude
        • Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Determination of Similitude Rules for Hydroturbines Aeration, HydroVision, Charlotte North Carolina, 2000. |
      • • Pour une même quantité d'air une étude de la dispersion et de la dimension des bulles
        • ©GE |
      • • Aération par le bord de fuite des aubes
        • © Voith http://voith.com/corp-en/service-products/hydropower/environmentally-friendly-hydro-products/aerating-turbine-technology.html |
      • • Représentation schématique du dispositif d'aération de GE
        • ©GE, Scott David, Simmons Neal, Bornard Laurent, Toussaint Kristopher, "New aerating turbine for increasing dissolved oxygen levels at High Rock Dam", Charlotte, HydroVision 2018. |
      • • Distribution de l'air introduit au bord d'attaque d'un profil inter-aube.
        • ©GE, Scott David, Simmons Neal, Bornard Laurent, Toussaint Kristopher, "New aerating turbine for increasing dissolved oxygen levels at High Rock Dam", Charlotte, HydroVision 2018. |
      Résultat de l'implantation de la solution GE à High Roch © U.S. Department of Energy |