Que sont les turbines à eau?
Les turbines à eau servent à extraire l’énergie de l’eau en mouvement, généralement pour la production d’hydroélectricité. Ils fonctionnent en forçant l’eau à passer au travers de pales inclinées qui font tourner les turbines. Les turbines à eau peuvent être fixées mécaniquement à des machines ou à un générateur électrique. Les turbines à vapeur utilisent de la vapeur gazeuse plutôt que de l'eau liquide pour fonctionner.
Le précurseur des turbines à eau était la roue hydraulique, utilisée depuis des milliers d'années. Une roue à eau est orientée verticalement avec seulement une petite partie immergée sous l’eau à un moment donné. Ce type de roue s’appuie sur l’élan horizontal de l’eau d’une rivière pour tourner. Pour que cela fonctionne, la roue doit être munie d'arêtes ou de seaux pour capter l'eau. Le même principe est utilisé dans la roue à aubes d'un bateau à vapeur.
Toutefois, les turbines à eau fonctionnent de manière différente, les pales étant disposées de manière analogue à celles d’une éolienne. Le fluide coule à travers un moulin plutôt qu’au-delà. La même conception est utilisée pour les turbines à eau, bien que la forme des pales soit optimisée pour l’eau et non pour l’air.
La turbine à eau a commencé à être largement utilisée au 19ème siècle. Avant que l'électricité ne soit disponible, les usines étaient alimentées mécaniquement. Les turbines à eau étaient reliées aux machines de la même manière que le moteur d’une voiture est fixé à ses roues. Un moteur peut continuer à tourner tandis qu'une transmission distribue l'énergie aux roues en établissant ou en rompant une connexion mécanique. De la même manière, une usine peut être alimentée sans électricité.
Récemment, des turbines à eau ont été utilisées dans des centrales hydroélectriques. Ces usines impliquent généralement un barrage avec une différence significative de niveau d'eau entre les côtés. La plante extrait l'énergie potentielle gravitationnelle stockée dans les eaux les plus hautes en la forçant à s'écouler dans les turbines à eau; en d'autres termes, lorsque l'eau tombe du niveau haut au niveau bas, elle pousse sur les pales d'une turbine à eau et fait tourner la turbine. L'énergie de rotation est convertie en électricité avec un générateur électrique. En 2008, l'hydroélectricité représentait la majorité de l'énergie renouvelable produite dans le monde.
Les turbines à vapeur, quant à elles, exploitent l'énergie de la vapeur plutôt que de l'eau liquide. Ils sont largement utilisés dans d'autres types de centrales. En fait, la turbine à vapeur est la principale méthode de conversion de l’énergie thermique en énergie cinétique dans les applications à grande échelle. Que la chaleur dans une centrale électrique provienne de la combustion du charbon ou de la fission nucléaire, elle est utilisée pour faire bouillir de l'eau et produire de la vapeur. La vapeur à haute pression est ensuite acheminée vers une turbine, la faisant tourner rapidement et faire tourner un générateur électrique.