L'écoulement dans une turbine à eau : application à l'usine de la Rance

Résumé du document

L'idée de l'aménagement d'une usine marémotrice dans l'estuaire de la Rance fut initiée par G. BOISNOER en 1921 lors d'une étude remarquable sur l'utilisation de l'énergie des marées. L'auteur recommande un lieu particulier : "En attendant que les conditions économiques aient rendu nécessaires l'utilisation des faibles marées, de celle de La Rochelle et de Brest, c'est par la région de St Malo qu'il faut commencer et dans cette région, c'est la Rance qui, en raison des conditions exceptionnelles dans lesquelles elle se présente, est tout indiquée pour être la première grande usine marémotrice.".

Extraits

[...] Les valeurs de ces composantes dépendent de l'inclinaison de la pale. C'est la composante tangentielle qui permet la rotation de la roue. Lorsque l'eau entre en contact avec la turbine, les composantes axiales se compensent car il y a 4 pales, elles se compensent donc deux à deux. Au contraire, les composantes tangentielles s'ajoutent. Plus la vitesse est grande, plus la force est importante, d'où la nécessité d'augmenter la vitesse. IV - Débit et vitesse de l'eau Il existe un rapport entre débit et vitesse de l'eau. [...]

[...] Démarrage des groupes en turbinage direct. Arrêt des groupes. C. Bilan: Le cycle simple effet avec pompage est plus utilisé car c'est le mode de fonctionnement des turbines qui offre le meilleur rendement. Les pourcentages du temps de fonctionnement des turbines dans les différents modes sont les suivants : o turbinage direct : 60% du temps (sens de rotation que l'on a en simple effet c'est à dire avec un écoulement allant du bassin vers la mer) o pompage : 20% du temps o turbinage inverse : 5 à 10% (sens de rotation inverse au sens direct) o fonctionnement en orifice : 10 à 15% Les groupes bulbes permettent donc d'obtenir une énergie non plus en rapport avec le rythme lunaire des marées mais avec le rythme solaire qui est celui des activités humaines. [...]

[...] Un groupe Bulbe, ou groupe tubulaire est constitué d'une turbine Kaplan ou Hélice à axe horizontal, et fonctionne axialement, dans le sens normal de l'écoulement de l'eau. I IV) Pourquoi préférer utiliser un groupe bulbe ? Comment expliquer le choix des concepteurs de l'usine marémotrice de La Rance envers les groupes bulbe ? D'abord, le dénivelé offert par le relief est assez faible : quelques mètres seulement. Par contre, le débit susceptible d'être assuré par les turbines à La Rance est relativement élevé. [...]

[...] Il faut au moins une différence de hauteur de 5 mètres pour produire de l'électricité. A. Le simple effet Le simple effet est utilisé lors des marées de marnage inférieur à 12 mètres, ce qui représente environ 3 semaines dans le mois. Le principe est le suivant : à marée montante on laisse entrer l'eau de la mer dans le bassin. Les groupes bulbe fonctionnent en orifice (c'est à dire qu'ils laissent passer l'eau sans être couplés au réseau électrique ; les pales sont ouvertes en grand). [...]

[...] Dans ce mode de fonctionnement, le turbinage se fait dans les deux sens, à marée montante et descendante comme le montre le schéma ci-dessous. L'usine produit ainsi kWh à marée montante et kWh à marée descendante. Le cycle à double effet peut être divisé en 7 étapes par marée comme le montre le graphique ci-dessous: Démarrage des groupes en turbinage inverse Contrairement au cycle à simple effet, la variation rapide du niveau de la mer permet d'obtenir une chute suffisante pour coupler les groupes au réseau et produire de l'énergie au remplissage. [...]