Les conditions d'installation et les contraintes

Le bon fonctionnement d'une turbine est indispensable pour que la centrale produise de l'électricité. Pourtant, la turbine est soumise à de fortes contraintes. Aussi, la turbine doit garder un rendement convenable alors que le débit d'eau qui arrive à celle-ci est amené à varier. Selon l'endroit où est implantée la centrale, les conditions sont donc différentes, ce qui implique l'emploi de plusieurs types de turbines.

Les conditions d'installation

Les différents facteurs qui déterminent la puissance d'une centrale (hauteur de chute, débit) sont aussi pris en compte dans le choix et le dimensionnement des turbines. Pour cela, d'autres éléments sont également pris en compte, tels que les potentielles variations de débit (plus ou moins importantes selon le cours d'eau concerné), mais aussi le prix. En effet, pour une installation vouée à l'alimentation d'un seul foyer, les besoins seront moindres et on pourra tolérer un rendement moins important. L'utilisation d'une turbine dans un pays en développement peut aussi être moins exigeante (peu de moyens).

Le type de centrale

Bien entendu, la présence de l'eau est indispensable à la contruction d'un dispositif permettant la production d'électricité. Cependant, d'autres conditions doivent être réunies. Par exemple, pour un barrage, la zone se trouvant en dessous de celui-ci, plus précisément la 'zone du quart d'heure', ne doit pas être habitée, ou au moins ne pas contenir de grande ville.

Prévention des risques liés à un barrage : zone du quart d'heure pour le barrage de Serre-Ponçon

Une installation hydroélectrique peut être implantée aussi bien sur un fleuve (Centrale hydroélectrique du canal de Méribel Jonage à Lyon), sur une chute d'eau préexistante (barrages en montagne) ou encore sur un barrage artificiel (barrage de Serre-Ponçon). Les ingénieurs ont développé différents dispositifs, encore appelés "usines", pour répondre aux différentes contraintes mais aussi aux différents besoins (production massive d'électricité, appoint d'énergie pour le réseau) :

Usines de lac : Ce sont des centrales de hautes chutes placées au pied d'un barrage retenant un lac artificiel de grande superficie. Elles servent à la régulation saisonnière de la production d'électricité.
Usines d'écluse : Ce sont des centrales de moyennes chutes situées en moyenne montagne. Elles servent à la régulation journalière ou hebdomadaire de la production d'électricité.
Usines au fil de l'eau : Ce sont des centrales de basses chutes situées sur les fleuves; elles se caractérisent par l'absence de réservoir. Elles fournissent de l'électricité toute l'année. Leur régulation s'effectue par des vannes situées en amont.
Usines de pompage : L'intérêt économique de ces usines résulte de la différence entre faible coût utilisée pour le pompage en période creuse et le plus fort prix de vente de l'énergie produite par le turbinage, en période de pointe.

Il faut savoir que les centrales hydrauliques en général présentent non seulement l'avantage de fournir une énergie propre et renouvellable, mais c'est aussi un moyen de production extrêmement flexible. Les centrales nucléaires ne pouvant être arrêtées en période creuse, l'électricité n'étant pas stockable, les usines de pompage contribuent à la régulation saisonnière, hebdomadaire et journalière de la production nationale.

Le type de turbine

Les critères pour le choix d'une turbine en fonction des conditions sont déjà en grande partie annoncés dans la partie types à titre d'information, mais, dans un but de simplification, nous les regroupons ici dans un tableau, plus clair.

Hauteur de chute	Débit initial
	jusqu'à 1 m³.s^-1	de 1 à 25 m³.s^-1	Débits importants (supérieurs à 25 m³.s^-1)
1 à 15 m	Turbines Crossflow
15 à 30 m		Turbines Kaplan
30 à 200 m		Turbines Francis
200 à 700 m
jusqu'à 1800 m		Turbines Pelton

Les contraintes

La turbine est l'élément qui assure la conversion d'énergie. Cette transition implique des contraintes mécaniques importantes, mais l'exposition constante de la turbine à l'eau en appelle bien d'autres.

Les contraintes physiques

Une turbine doit résister à des forces importantes : l'appui de l'eau sur les pales doit être calculé afin que les turbines soient conçues pour y résister. Elles ne doivent en aucun cas se briser.
D'autre part, il se produit un phénomène d'érosion sur les pales, de par le passage répété de milliards de molécules d'eau. Pour cela, on utilise un métal extrêmement résistant en surface on effectue des apports de stellite grâce à une méthode de soudure par plasma. Cette méthode est également utilisée pour la conception de vannes destinées aux centrales nucléaires.
Enfin, pour les turbines à réaction, les turbines peuvent être fortement endommagées par le phénomène de cavitation : lorsqu'il y a une très forte dépression, l'eau se retrouve dans un état intermédiaire entre liquide et solide ; l'explosion de peites 'bulles' provoque alors une autre forme d'érosion : même les métaux les plus résistants comme le stellite sont percés de petits trous. Afin d'éviter la cavitation, il fau être très prudent par rapport aux hauteurs d'aspiration. Le risque est déterminé grâce à des simulations sur ordinateur.

Les contraintes chimiques

L'eau agit aussi de manère chimique sur les pales de la turbine, de la même manière qu'elle ronge les pierres calcaires, elle attaque leur revêtement. A cet effet sont appliqués des traitements spéciaux, qui empêchent également le calcaire de se déposer sur les turbines.

Comme nous l'avons vu, la turbine est un élément très sensible, mais les ingénieurs s'évertuent à mettre en oeuvre des procédés qui assurent leur rsistance et leur longévité.
Néanmoins, une étude approfondie est absolument nécéssaire avnt l'implantation d'une usine hydroélectrique, comme nous venons de le voir.