La Turbine Pelton : un chef-d'œuvre de l'ingénierie hydraulique

La turbine Pelton est un élément incontournable pour la réalisation de centrales hydroélectriques de haute chute. Inventée par Lester Allan Pelton dans les années 1870, cette turbine se distingue par son efficacité à exploiter l'énergie des chutes d'eau élevées, grâce à une conception ingénieuse qui rappelle celle d'une roue à aubes.

Les Éléments Constitutifs de la Turbine Pelton

Pour comprendre le fonctionnement de la turbine Pelton, il est essentiel de connaître ses principales composantes :

1. La conduite forcée : Cette conduite transporte l'eau sous haute pression depuis la prise d'eau jusqu'aux injecteurs. Elle joue un rôle crucial en maintenant la pression nécessaire pour que l'eau atteigne la turbine avec suffisamment d'énergie.
2. Les injecteurs : Les injecteurs dirigent des jets d'eau à grande vitesse vers les augets. C'est ici que l'énergie potentielle de l'eau, accumulée dans la conduite forcée, est convertie en énergie cinétique. Le nombre d'injecteurs dépend du débit d'eau et du diamètre de la roue Pelton.
3. Les déflecteurs : A l’inverse, les déflecteurs sont des dispositifs de sécurité conçus pour dévier le jet d'eau hors de la roue Pelton en cas de besoin, par exemple pour éviter un emballement de la turbine.
4. Les augets : Les augets sont des demi-coquilles de forme concave fixées sur la périphérie de la roue. Lorsqu'ils sont frappés par l'eau projetée à grande vitesse par les injecteurs, ils mettent la roue en mouvement. Leur forme permet de maximiser la capture de l'énergie cinétique de l'eau.
5. La Roue : La roue est le composant central sur lequel sont fixés les augets. C'est elle qui transforme l'énergie de l'eau en mouvement rotatif.
6. La bâche : La bâche est une coque qui enveloppe la roue, empêchant ainsi la dispersion de l'eau dans le local technique et permettant de récupérer l'eau après son passage sur les augets.
7. L’alternateur : L'alternateur est l'élément qui convertit l'énergie mécanique de la rotation de la roue en énergie électrique, grâce à la rotation d'un rotor à l'intérieur d'un stator.

Le Principe de Fonctionnement de la Turbine Pelton

La turbine Pelton est classée parmi les turbines « à action ». Contrairement aux turbines « à réaction » qui utilisent l'énergie potentielle de l'eau pour générer de l'énergie, la turbine Pelton exploite l'énergie cinétique de l'eau à la sortie de la conduite forcée.

Le processus commence lorsque l'eau, sous haute pression, est acheminée par la conduite forcée vers les injecteurs. Ceux-ci projettent des jets d'eau à grande vitesse vers les augets de la roue Pelton. L'impact de l'eau sur les augets provoque la rotation de la roue, transformant ainsi l'énergie cinétique de l'eau en énergie mécanique.

Cette énergie mécanique est ensuite transmise à l'alternateur, qui convertit le mouvement rotatif en électricité. L'efficacité de la turbine Pelton réside dans sa capacité à capter une grande partie de l'énergie cinétique de l'eau, grâce à la conception spécifique des augets qui permet de diriger l'eau sans perte significative d'énergie.

Plages de Puissance et Hauteur de Chutes Adaptées

La turbine Pelton est particulièrement adaptée aux sites où la hauteur de chute est élevée et le débit d'eau relativement faible. Voici les plages de fonctionnement de la turbine Pelton :

• Hauteur de chute : Théoriquement, il n’y a pas de limite d’utilisation mais les turbines Pelton sont particulièrement efficaces pour des hauteurs de chute à partir de 60 mètres et, dans certaines configurations, jusqu’à 2 000 mètres. Des utilisations spécifiques, comme l’adaptation pour des installations sur des réseaux d’eau potable, peuvent être envisagées pour des hauteurs inférieures à 50 mètres de chute.
• Plages de puissance : La puissance générée par une turbine Pelton peut varier considérablement en fonction du débit d'eau et de la hauteur de chute. Ainsi leur puissance peut varier de quelques dizaines de kilowatt à plusieurs dizaines de mégawatt. La plus grande centrale hydroélectrique équipée d’une turbine Pelton produit une puissance de 400 MW. Il s’agit de la centrale de la Grande Dixence en Suisse.

Ces caractéristiques font de la turbine Pelton une option idéale pour les sites montagneux ou les installations où l'eau doit être acheminée sur de longues distances à partir d'une grande hauteur, elles peuvent être utilisées pour turbiner l'eau qui circule dans les conduites artificielles comme des réseaux d'eau potable ou d'assainissement.

Projets en cours chez Provence Hydro Energie

Actuellement Provence Hydro Energie travaille sur des projets d’installation hydroélectrique utilisant la technologie des turbines Pelton pour 3 configurations particulières :

• Un site sur un canal d’irrigation dont la chute de 50 mètres se trouve dans la limite basse de l’utilisation d’une turbine Pelton. Le site est situé dans le Vaucluse dans les environs d’Avignon.
• Un site dans une station de ski pour une chute de 150 mètres. Il s’agit d’équiper le réseau de distribution d’eau pour la fabrication de neige artificielle dans une station des Hautes Alpes dans les environs de Gap.
• Un site sur un réseau d'eau potable pour une chute de 100 mètres et dont l’installation doit répondre aux normes ACS obligatoires. Le projet se situe dans les Alpes de Haute Provence dans les environs de Dignes.

La turbine Pelton reste une solution incontournable pour les projets hydroélectriques impliquant des chutes d'eau élevées. Sa conception robuste et son efficacité éprouvée en font un choix privilégié pour maximiser la production d'énergie hydroélectrique dans des conditions où d'autres types de turbines seraient moins performants.

Chez Provence Hydro Energie, nous mettons à votre disposition notre expertise pour vous aider à intégrer cette technologie dans vos projets de petite hydroélectricité, afin de tirer le meilleur parti de chaque site.