La news rétro de ce dimanche s'intéresse au fonctionnement d'une centrale hydraulique dans les années 1930.
Avertissement: Cette news rétro retranscrit des connaissances scientifiques, techniques ou autres de 1934, et contient donc volontairement les arguments, incertitudes ou erreurs d'époque.
Tout le monde sait que l'eau peut être génératrice d'électricité. Les travaux gigantesques exécutés récemment en sont une fois de plus d'éloquent témoignage. Mais on sait moins comment s'effectue cette génération; comment la force hydraulique crée la force électrique. C'est ce que nous expliquons ici.
Premier temps: l'eau vient actionner un moteur: la Turbine
Le groupe électrogène: turbine et dynamo. - Une usine produisant de l'électricité ou, comme on dit, une
Centrale électrique comprend des organes moteurs et des organes générateurs d'électricité, ceux-ci actionnés par ceux-là. Un moteur et un générateur accouplés constituent un
groupe électrogène ; une Centrale en possède plusieurs.
Le générateur d'électricité est toujours une dynamo ; mais le moteur varie selon la nature de la force qui le met en mouvement. L'eau est la force employée chaque fois qu'on dispose d'une chute capable de suffire en toutes saisons à tous les besoins. Si on l'emploie, c'est une turbine hydraulique qui fait office de moteur.
Comment est actionné ce moteur, comment actionne-t-il la dynamo ? Comment, en d'autres termes, l'eau produit-elle de l'électricité ?
Comment est créée la force hydraulique. - L'eau s'est contentée longtemps de faire tourner la roue du moulin et, en même temps que la roue, l'arbre de transmission actionnant les meules. Mais quand furent construites des génératrices d'électricité dans lesquelles la rotation d'un induit pouvait produire un courant d'importance, on chercha les moyens d'augmenter la force hydraulique pour donner à ces génératrices le mouvement de rotation nécessaire et suffisant.
Quelle devait être cette force et comment l'appliquer ? Partant de ce principe qu'un litre d'eau qui franchit une dénivellation de 75 mètres est capable au point bas de sa chute de fournir la force d'un cheval-vapeur, c'est-à-dire 75 kilogrammètres, on recourut aux dispositifs permettant d'amener à un point bas de plusieurs centaines de mètres une chute fournissant plusieurs dizaines de mètres cubes en un temps donné.
Ces dispositifs s'appliquent aux rivières torrentielles qui descendent des hauteurs ; on en arrête les eaux au moyen d'un barrage qui parfois s'étend sur tout le travers d'une vallée encaissée et crée une sorte de lac artificiel ; de ce lac descendent à pic, soit souterrainement, soit a ciel ouvert, de solides conduites d'acier qui débouchent dans la Centrale électrique. A la force du débit s'ajoute ainsi une pression très élevée, et les conduites fournissent un jet puissant qui vient frapper l'organe moteur, c'est-à-dire la turbine.
Un autre genre de dispositif s'applique non plus à un débit relativement faille et tombant de très haut, mais à un débit considérable et de dénivellation faible, comme on voit aux rivières de plaine. Dans ce cas, en amont de la rivière, on amorce une dérivation dans un canal dont la pente est plus faible que celle de la rivière même ; et ainsi, après un certain parcours, le niveau en est supérieur de plusieurs mètres à celui des eaux naturelles. C'est là qu'est établi le barrage et, tout près, la Centrale. Les eaux arrivent alors à l'organe moteur, comme ci-dessus ; et si la pression est plus faible qu'avec les hautes chutes, cette faiblesse est compensée par la force d'un débit plus important.
Quel que soit le dispositif employé, on évalue en chevaux-vapeur l'énergie d'un cours d'eau en multipliant la hauteur de chute (exprimée en mètres) par le débit (en litres par seconde) et on divise le produit par 75. Cette opération montre qu'on peut obtenir une énergie s'élevant à 30 000, voire 40 000 et 50 000 chevaux qui se précipite sur l'organe moteur agencé pour la recevoir.
Comment la force hydraulique actionne la turbine. - Cet organe moteur c'est, nous l'avons dit, la turbine. Au lieu d'aubes placées sur une roue, la turbine dispose sur couronne mobile d'espèces d'augets en forme de cuiller sur lesquels les ajutages dirigent l'eau à l'endroit pour que son action soit la plus efficace possible. Tel est du moins le principe. Dans la pratique, la turbine a été perfectionnée de manière à obtenir un bon fonctionnement, même en cas d'alimentation réduite en eau. On a imaginé des turbines à hélices, constituées par les pales analogues à celles d'une hélice de grand diamètre. Des systèmes plus récents prévoient même des pales d'orientation réglables en fonction du débit et dont le mécanisme est commandé plus ou moins automatiquement par des régulateurs. Ces perfectionnements ont abouti à un rendement meilleur avec des machines moins encombrantes et d'une rotation plus rapide.
Deuxième temps: la Turbine vient actionner une Dynamo
La Centrale possède ainsi, outre la force hydraulique pratiquement illimitée, un moteur capable d'enregistrer et de transmettre cette force au second élément du groupe électrogène, la dynamo. L'arbre du moteur et celui de la dynamo sont placés dans le prolongement l'un de l'autre et sont rendus solidaires par un embrayage élastique ; souvent même ils ne font qu'un.
Comment la turbine actionne la dynamo. - La dynamo est en deux mots une machine d'induction dont le champ inducteur est produit par des électro-aimants. Elle est à courant continu ou à courant alternatif. C'est la dynamo à courant alternatif, autrement dite "alternateur", qui est généralement préférée. Elle offre en effet certains avantages sur la machine à courant continu: d'abord elle peut être actionnée plus aisément par la turbine ; ensuite, avec l'alternateur, il est plus facile d'élever ou d'abaisser au moyen de transformateurs le voltage des courants et par conséquent de les rendre d'un emploi beaucoup plus commode.
La partie rotative de l'alternateur provoque donc par son déplacement devant la partie fixe à pôles d'aimant, la circulation d'un courant électrique dans des bobines placées sur l'organe mobile. Ce courant est recueilli au moyen de balais disposés sur des bagues et envoyé dans les lignes de distribution qui desservent une région.
Tel est le processus par lequel l'eau est génératrice d'électricité. Il est en somme assez simple. La machine à produire l'électricité a besoin de tourner: on l'établit sur le même arbre que le moteur, et elle tourne avec lui ; le moteur a besoin d'une force: l'eau par son abondance ou la hauteur de sa chute, voire les deux, la lui fournit. L'eau entre d'un côté dans la Centrale, fait son travail de force et s'en va ; l'électricité sort de l'autre et offre sa puissance à ses employeurs.
Difficultés d'exécution. - Mais cette simplicité n'exclut pas certaines difficultés. Difficultés financières d'abord: les travaux d'installation, en montagne, sont toujours très coûteux. Difficultés d'installation secondaire: les cours d'eau torrentiels sont toujours intermittents ; il faut prévoir les insuffisances de débit et y remédier par la création de réservoirs ou même de lacs, dans lesquels des pompes envoient de l'eau pendant les périodes de débit excessif. Des variations brusques de débit peuvent produire des coups de bélier et détériorer les conduites, il faut y parer au moyen de "cheminées d'équilibre" qui servent de fuite à des surpressions possibles.
Dans l'usine même, il faut que des jeux de vannes et de robinets permettent de laisser une machine au repos, empêchent l'arrivée des détritus charriés par les eaux et évacuent les eaux des turbines.