L énergie grâce à l eau ça coule de source!

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1 Bacheliers en Electromécanique Implantation de Seraing L énergie grâce à l eau ça coule de source! Mars Quai Van Beneden Par B. Jansen, A. Hay, F. Laureiro, V. Rosso, E. Simon et F. Simonis Contact: vanessa.rosso@henallux.be

2 Plan de l exposé Historique: l énergie grâce à l eau Energie hydroélectrique: Définition Aspects géopolitiques: dans le monde, chez nous Centrale hydroélectrique: principe de fonctionnement Production d énergie hydroélectrique: grandeurs physiques d influence EXPERIENCES Types de barrages et de turbines Centrale thermique classique Autres exemples Conclusions 2

3 Historique: l énergie grâce à l eau Moulin à eau (100 avant J-C) Pour moudre du grain La scie de Hiérapolis 3

4 Historique: l énergie grâce à l eau Machines à vapeur (fin du 17 ème 18 ème siècle) 4

5 Historique: l énergie grâce à l eau Usines marémotrices - centrales hydroélectriques Hydroliennes (20-21 ème siècle) 5

6 Historique: l énergie grâce à l eau Turbines à vapeur centrales thermiques (depuis fin 19 ème siècle) turbines 6

7 Energie hydroélectrique Energie hydraulique = énergie fournie par le mouvement de l'eau : chute, cours d'eau, courant marin, marée, vagues, = énergie renouvelable Conversion E hydraulique en E électrique: dans une centrale hydroélectrique E hydroélectrique 7

8 Aspects géopolitiques Au niveau mondial 8

9 Aspects géopolitiques En Belgique Wallonie Belgique: 9

10 Exemples de centrales hydroélectriques En Chine (la plus grande): les Trois Gorges P= 22 GW 10

11 Exemples de centrales hydroélectriques Près de chez nous: centrale de Coo Le turbinage est capable de fournir MW pendant 5 heures 11

12 Fluides: grandeurs physiques - rappels Masse volumique: ρ [kg/m 3 ] Solide forme propre : masse m Fluide pas de forme propre: masse volumique Pression: p [Pa ou N/m 2 ] p hydrostatique = poids de la colonne de fluide sur une surface se trouvant à la même hauteur que le point considéré Débit: Q [m 3 /s] Le débit correspond au volume de fluide qui traverse un conduit par unité de temps section vitesse 12

13 Centrale hydroélectrique: principe But: Conversion de l énergie mécanique (potentielle et cinétique) de l eau en énergie électrique E mécanique: E potentielle de l eau en E cinétique de translation 2. E mécanique: E cinétique de translation de l eau en E cinétique de rotation (turbine) 3. E mécanique (rotation alternateur) en E électrique 13

14 Hydroélectricité: réalisation expérimentale 14

15 Hydroélectricité: grandeurs physiques importantes Expérience 1: influence de la hauteur de remplissage du barrage sur le débit sortant Conclusion: Transformation de l énergie potentielle de l eau en énergie cinétique: ρgh = 1 2 ρv2 v = 2gh Or le débit est proportionnel à la vitesse: Q = S v = S 2gh 15

16 Hydroélectricité: grandeurs physiques importantes Expérience 2: influence du débit sur la puissance électrique développée Expérience 3: influence de la hauteur de chute sur la puissance électrique développée Conclusion: puissance électrique développée liée à la puissance de l eau au niveau de la turbine: P eau =g.q.h P élec = r.g.q.h P: puissance [kw] Q: débit[m 3 /s] h: hauteur de chute [m] r: rendement de la centrale (souvent compris entre 0,6 et 0,9) 16

17 Différents types de barrages Moyennes et larges vallées Son propre poids résiste aux efforts (très épais) Barrages de hautes montagnes Repoussent les efforts de l eau sur les berges Efforts de l eau repoussés vers le bas 17

18 Différents types de turbines Turbine Pelton: Centrale de haute chute h > 200m Petit débit Turbine Francis Centrale de moyenne chute 20m < h < 200m Moyen débit Fonctionnement en pompe par inversion du sens de rotation (centrale de Coo) Turbine Kaplan Centrale de basse chute h < 20m Gros débit 18

19 Centrale thermique classique Energie thermique mécanique électrique Emploi d une turbine à vapeur 19

20 Autres exemples en développement Centrales houlomotrices exploite l énergie de la houle (d où le nom) pour produire de l électricité. Pelamis 20

21 Autres exemples en développement Energie thermique des mers ETM: Consiste à exploiter la différence de température des mers entre les eaux de surface et les eaux profondes (différence d environ 20 C). ETM cycle ouvert 21

22 Conclusions A l aide d expériences simples: découverte du principe de fonctionnement d une centrale hydroélectrique et des grandeurs physiques d influence Principes de conversion d énergie dans les centrales: utilisation de l eau liquide ou sous forme vapeur pour entraîner une turbine couplée à un alternateur Avantages de la production d énergie électrique grâce à l eau: nombreuses méthodes, renouvelable, propre, rendement élevé L eau: source d énergie du d avenir! passé, du présent et 22

23 Bibliographie