Notion générale sur une centrale hydraulique

Etant donné que Madagascar est un pays en voie de développement dans tous les domaines et aspire à sortir rapidement du sous-développement et de la pauvreté, la possession et la maitraise de l’électricité peu coûteuse s’avèrent indispensables. Les conditions de réalisation de cette électricité à bon marché sont possibles dans la création de microcentrale hydraulique dont les sources sont trouvables un peu partout à Madagascar comme les chutes d’eau, les cascades et les fleuves etc. Le modèle le plus simple pour la production de l’énergie électrique et le plus avantageux est la transformation de l’énergie hydraulique en énergie électrique. L’objectif du sujet est l’étude du phénomène de transition apparaissant lors du court-circuit brusque d’une machine synchrone constituée d’un stator dans lequel est logé l’enroulement d’induit et un rotor qui peut être de deux types selon la classification de la machine, comportant les enroulements d’excitations et amortisseurs .

Les premières machines transformant l’énergie hydraulique en énergie mécanique étaient les roues à axe horizontale actionnée par sa partie inférieure fut décrite par le Romain Vitruve au premier siècle avant notre ère. Une augmentation de la puissance fut obtenue au IIe siècle en alimentant les roues dans leur partie supérieure ; des puissances de 50ch furent obtenues au Moyen âge. Les lois de hydraulique étaient mal connues jusqu’au XVIIIe siècle. Les savants Daniel Bernoulli (1700-1782) et Leonhard Euler (1707-1783) posèrent les turbomachines. Les moulins à eau étaient très utilisés à la fin du XVIIIe siècle.

Il fallut attendre le XIXe siècle pour voir apparaitre en 1827 la première turbine hydraulique, réalisée par Benoit Fournegron (1802-1867), et installée à pont sur Oregon en Haute-Saône.

Cette turbine développait une puissance de 6ch et avait un rendement de 80%. Les années suivantes virent apparaitre de nombreux autres types qui prirent le nom de leur inventeur : Jouval, Fontaine, James Bicheno Francis (1815-1892), Lester Allen Pelton (1829-1908) et un peu plus tard Viktor Kaplan (1876-1934).

Il faut rappeler que la puissance des turbines a beaucoup augmenté avec l’apparition de l’électricité qui a permis de transporter l’énergie ; auparavant, l’énergie mécanique devait être consommée sur place.

Le premier site hydroélectrique fut construit en 1880 à Northnberland. La renaissance de l’énergie hydraulique accompagna l’invention du générateur électrique, amélioration de la turbine hydraulique, ainsi que l’augmentation de la demande en électricité à l’aube du XXe siècle.

Définition
Une centrale hydraulique est une installation de production d’énergie grâce à une chute d’eau entre deux niveaux de hauteurs différentes, qui met en mouvement une turbine reliée à un alternateur. Elle est composée essentiellement de trois parties :
– Un barrage qui retient l’eau,
– La centrale qui produit l’électricité,
– Les lignes électriques qui évacuent et transportent l’énergie électrique.

Eléments d’une microcentrale hydraulique 

◆ Retenue d’eau :
C’est le barrage qui retient l’écoulement naturel de l’eau .De grandes quantités d’eau s’accumulent la réserve d’eau.
◆ Conduite forcée de l’eau :
Une fois l’eau stockée, des vannes sont ouvertes pour que l’eau s’engouffre dans de longs tuyaux métalliques appelés conduites forcées. Ces tuyaux conduisent l’eau jusqu’à la centrale hydraulique.
◆ Production :
A la sortie de la conduite, dans la centrale, la force de l’eau fait tourner une turbine qui fait à son tour fonctionner un alternateur .Grâce à l’énergie fournie par la turbine, l’alternateur produit un courant électrique alternatif. La puissance de la centrale dépend de la hauteur de la chute et du débit de l’eau .Plus ils seront importants, plus cette puissance sera élevée.
◆ Adaptation de la tension :
Un transformateur élève la tension du courant électrique produit par l’alternateur pour qu’il puisse être plus facilement transporté dans les lignes à très hautes tension,
◆ La passe à poisson :
Il s’agit d’un dispositif contourné d’un aménagement permettant aux poissons migrateur de remonter ou descend le cours d’eau, malgré la présence d’un aménagement hydraulique.
◆ Le dessableur :
L’eau dévié dans le canal dans sa prise peut transporter des quantités importantes de matière en suspension (boue) et des sédiments (sable, gravillon) qui doivent être éliminés sans quoi ils combleront le canal et endommageront rapidement les vannes de la turbine. Le dessableur est un bassin plus large que le canal qui permet de ralentir l’écoulement et ainsi laisser les particules solides déposés. En général, une grille fine est disposée enfin de dessabler, pour filtrer les dernières particules ; elle doit être nettoyée régulièrement. Une vanne doit être prévue en conséquence.

Microcentrale

Une microcentrale hydraulique est une installation de production d’énergie basée sur l’utilisation de la force hydraulique et dont la puissance est inférieure à 300 kW.

L’énergie hydraulique peut provenir :
• d’un fleuve ou d’une rivière ;
• d’une source ;
• d’un réseau d’approvisionnement en eau potable ;
• d’un réseau d’évacuation d’eaux usées ou de drainages ;
• de procédés industriels dans lesquels la pression d’un liquide est détruite dans un organe réglage, vanne ou autre.

Les débits des microcentrales peuvent représenter quelques litres ou plusieurs mètres cubes à la seconde. A partir de deux mètres, une chute avec un débit suffisant est considérée comme exploitable. Par ailleurs, des hauteurs de 500 mètres (pression 50bars) ou plus peuvent produire une quantité intéressante d’énergie, même si le débit est faible (5 l/sec).

Classification des microcentrales et de leurs composants

La classification s’effectue en fonction de la manière dont l’eau est captée et conduite à la turbine de l’emplacement de cette dernière et de la hauteur de chute ou dénivellation exploitée. On distingue deux classes principales de petites centrales :

• Installations à basse pression
Le long d’un cours d’eau ou sur un canal de dérivation. L’ouvrage le plus important est le barrage, ou prise d’eau, le plus souvent construit en béton. Sa fonction est de détourner le débit nécessaire directement vers la turbine ou dans un canal de dérivation tout en laissant passer les crues. La centrale est, soit intégrée directement dans le barrage, soit placée à l’extrémité d’un canal. Il n’y a en règle générale pas de conduite forcée, ou celle-ci reste très courte. Les chutes se situent entre 2 et 20 mètres et la pression dans la turbine est faible (0,2 à 2 bars).

• Installations à moyenne et haute pression
Sur des cours d’eau, des sources de montagne, des réseaux d’eau potable et dans des circuits hydrauliques industriels. Aux composants mentionnés pour la première catégorie s’ajoute une conduite forcée entre la prise d’eau, ou l’extrémité du canal de dérivation et la centrale. La conduite est l’ouvrage le plus important de ce type de microcentrale.