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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l'Enseignement sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l'Enseignement supérieur et la recherche scientifique Université d’Ouargla Kasdi Merbah Groupe : Automatique G2 : Préparer par  Saidatrida  GhezalHoussam  Hussein Bougaraara  Meguerhi Tahar  Amiratboudjemaa Introduction L’hydroélectricité ou énergie hydroélectrique exploite l’énergie potentielle des flux d’eau (fleuves, rivières, chutes d’eau, courants marins, etc.). L’énergie cinétique du courant d’eau est transformée en énergie mécanique par une turbine, puis en énergie électrique par un alternateur. L’hydroélectricité constitue la première source renouvelable et la troisième source générale de production électrique au monde (16,3 % en 2011)(1) derrière le charbon (40,6%) et le gaz (22,2%). En France, la production hydroélectrique atteint 63,8 TWh en 2012(2), soit 11,8% de la production totale d’électricité du pays. Catégories de centrales Une centrale hydroélectrique se compose d’une retenue d’eau (prise « au fil de l’eau » ou barrage) ainsi que d’une installation de production. Les centrales gravitaires Les centrales gravitaires mettent à profit l’écoulement de l’eau et un dénivelé. Elles peuvent être classées en fonction du débit turbiné et de leur hauteur de chute. Il existe trois types de centrales gravitaires (ici énumérées par ordre d’importance dans le mix hydraulique):  les centrales au fil de l’eau utilisent le débit d’un fleuve et fournissent une énergie de base produite « au fil de l’eau » et injectée immédiatement sur le réseau. Elles nécessitent des aménagements simples et beaucoup moins coûteux que les centrales de plus forte puissance : petits ouvrages de dérivation, petits barrages servant à dériver le débit disponible de la rivière vers la centrale, éventuellement un petit réservoir lorsque le débit de la rivière est trop faible (constante de vidage(3) inférieure à 2 heures). Elles sont généralement constituées d’une prise d’eau, d’un tunnel ou d’un canal, puis d’une conduite forcée et d’une usine hydroélectrique située sur la rive de la rivière. La faible perte de charge(4) dans le tunnel ou le canal permet à l’eau de prendre de la hauteur par rapport à la rivière et donc d’acquérir de l’énergie potentielle ;  les centrales d’éclusée dans les grands fleuves à relativement forte pente comme le Rhin ou le Rhône, des barrages sur le fleuve ou sur un canal parallèle au fleuve provoquent des suites de chutes d’eau décamétriques qui ne perturbent pas la vallée dans son ensemble grâce à des digues parallèles au fleuve. Les usines hydroélectriques placées aux pieds des barrages turbinent l’eau du fleuve. Une gestion fine de l’eau stockée entre deux barrages permet de fournir de l’énergie de pointe en plus de l’énergie de base ;  les centrales-lacs (ou centrales de hautes chutes) sont également associées à une retenue d’eau créée par un barrage. Leur réservoir important (constante de vidage de plus de 200 heures) permet un stockage saisonnier de l’eau et une modulation de la production d’électricité : les centrales de lac sont appelées durant les heures de plus forte consommation et permettent de répondre aux pics. Elles sont nombreuses en France. L’usine peut être placée au pied du barrage ou bien plus bas. Dans ce cas, l’eau est transférée par des tunnels en charge du lac jusqu’à l’entrée de la centrale. Principe de fonctionnement d’une centrale gravitaire (©2011) Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) Les stations de transfert d’énergie par pompage (ou STEP)(5) possèdent deux bassins, un bassin supérieur (par exemple, un lac d’altitude) et un bassin inférieur (par exemple une retenue artificielle) entre lesquels est placé un dispositif réversible pouvant aussi bien fonctionner comme pompe ou turbine pour la partie hydraulique et comme moteur ou alternateur pour la partie électrique. L’eau du bassin supérieur est turbinée en période de forte demande pour produire de l’électricité. Puis, cette eau est pompée depuis le bassin inférieur vers le bassin supérieur dans les périodes où l’énergie est bon marché, et ainsi de suite. Les STEP ne sont pas considérées comme productrices d’énergie de source renouvelable puisqu’elles consomment de l’électricité pour remonter l’eau turbinée. Ce sont des installations de stockage d’énergie. Elles interviennent fréquemment pour des interventions de courte durée à la demande du réseau et en dernier recours (après les autres centrales hydrauliques) pour les interventions plus longues, notamment en raison du coût de l’eau à remonter. Le rendement entre l’énergie produite et l’énergie consommée est de l’ordre de 70% à 80%. L’opération se révèle rentable lorsque la différence de prix de l'électricité entre les périodes creuses (achet d’électricité à bas prix) et les périodes de pointe (vente d’électricité à prix élevé) est importante. La STEP de la vallée de l'Eau d'Olle se sert, par exemple, du lac du barrage du Verney comme retenue aval et du lac du barrage de Grand'Maison comme retenue amont. Principe de fonctionnement d’une station de transfert d’énergie par pompage (©2011) Les centrales utilisant l’énergie de la mer (marémotrices, hydroliennes, houlomotrices) sont décrites dans une fiche spécifique « énergies marines ». Fonctionnement technique Les centrales hydrauliques sont constituées de 2 principales unités :  une retenue ou une prise d’eau (dans le cas des centrales au fil de l’eau) qui permet de créer une chute d’eau, avec généralement un réservoir de stockage afin que la centrale continue de fonctionner, même en période de basses eaux. Un canal de dérivation creusé peut permettre de dériver latéralement l'excédent d'eau arrivant vers un étang de barrage. Un évacuateur de crues permet de faire passer les crues de la rivière sans danger pour les ouvrages ;  la centrale, appelée aussi usine, qui permet d’utiliser la chute d’eau afin d’actionner les turbines puis d’entraîner un alternateur. Les barrages  les plus fréquents, de loin, sont les barrages en remblai de terre ou d’enrochements obtenus en carrière par abattage à l’explosif. L’étanchéité est centrale (en argile ou en béton bitumineux) ou sur la surface amont (en béton de ciment ou en béton bitumineux). Ce type de barrage s’adapte à des géologies très variées ;  les barrages poids construits d’abord en maçonnerie, puis en béton puis plus récemment en béton compacté au rouleau BCR) qui permet d’importantes économies de temps et d’argent. Le rocher de fondationdoitêtre de bonne qualité ;  les barrages voutes en béton adaptés aux vallées relativement étroites et dont les rives sont constituées de rocher de bonne qualité. La subtilité de leurs formes permet de diminuer la quantité de béton et de réaliser des barrages économiques ;  les barrages à voutes multiples et à contreforts ne sont plus construits. Les barrages poidsen BCR les remplacent. Les turbines Les centrales sont équipées de turbines qui transforment l’énergie du flux d’eau en une rotation mécanique de façon à actionner des alternateurs. Le type de turbine utilisé dépend de la hauteur de la chute d’eau :  pour les très faibles hauteurs de chute (1 à 30 mètres), des turbines à bulbe peuvent être utilisées ;  pour les faibles chutes (5 à 50 mètres) et les débits importants, la turbine Kaplan est privilégiée : ses pales sont orientables ce qui permet d’ajuster la puissance de la turbine à la hauteur de chute en conservant un bon rendement ;  la turbine Francis est utilisée pour les moyennes chutes (40 à 600 mètres) et moyen débit. L’eau entre par la périphérie des pales et est évacuée en leur centre ;  la turbine Pelton est adaptée aux hautes chutes (200 à 1 800 mètres) et faible débit. Elle reçoit l’eau sous très haute pression par l’intermédiaire d’un injecteur (impact dynamique de l’eau sur l’auget). Pour les petites centrales hydroélectriques, des turbines à prix bas (et dont le rendement est moins bon) et de concepts simples facilitent l’installation de petites unités. Unités de mesure et chiffres clés Mesure de la puissance hydroélectrique La puissance d’une centrale hydraulique peut se calculer par la formule suivante(9): P = Q.ρ.H.g.r Avec :  P : puissance en kW ;  Q : débit moyen mesuré en mètres cube par seconde ;  ρ : masse volumique de l'eau, soit 1 000 kg/m3 ;  H : hauteur de chute en mètres ;  g : constante de gravité, soit près de 9,8 (m/s2) ;  r : rendement de la centrale (compris entre 0,6 et 0,9) Chiffresclés  Dans le monde :  chaque année, environ 3 500 TWh d’électricité sont produits dans le monde à partir de l’énergie hydraulique ;  l’hydroélectricité représente 20% des capacités électriques installées avec un parc global de 1 040 GW (selon Enerdata, 2011) ;  une dizaine de pays, dont quatre en Europe, produisent plus de la moitié de leur électricité grâce à l’hydraulique. La Norvège vient en tête avec 98%, suivie par le Brésil avec 86%, la Colombie, l’Islande, le Venezuela, le Canada, l’Autriche, la Nouvelle Zélande et la Suisse.  EnFrance :  la production hydroélectrique atteint 63,8 TWh en 2012(10), soit 11,8% de la production totale d’électricité. A fin 2012, la puissance installée est de 25,4 GW, ce qui représente 20% des capacités électriques françaises ;  EDF possède 640 barrages et 447 centrales de production. Son parc hydraulique français uploads/Geographie/ parag-de-petit-puissens.pdf