Les Utilités des Barrages.

Problématique : Quels sont les utilités du barrage ?

Par définition un barrage est une immense retenue d’eau. Présente dans le monde entier, sur tout les cours d’eau. Ces barrages ont de multiples utilités. Ils peuvent servir ,par exemple, à l’irrigation par l’écoulement continu de l’eau. La diminution des risques naturels est l’ une des activités des barrages. De plus, d’un avis commun, il est associé aux barrages, l’hydroélectricité. En effet c’est l’installation majeure ainsi que le facteur dominant de la création d’un barrage. Les intérêts des barrages sont donc d’ordre environnementale ainsi qu’électrique et économique.

A/ Diminution des risques naturelles

Les barrages servent donc de retenue d’eau. L’eau est redistribuée pendant des périodes de crues ou de sécheresses. Ils permettent d’éviter les problèmes environnementaux en agissant en amont. De nombreux ouvrages annexes ont été créés afin de répondre à ses phénomènes naturels. Notamment les évacuateurs de crues. Ils sont au nombre de quatre. Trois sont construit sur le même principe : une foi le niveau critique obtenue, l’eau s’écoule en débordant. Ainsi le barrage retient toujours le maximum d’eau, à l’exception des « lâchés d’eau » (voir ci-dessous). Le quatrième évacuateur utilise le principe suivant : un orifice est créé dans la partie supérieure du barrage. Une vanne empêche l’écoulement « inattendu » de l’eau. Plusieurs fois par jour les vannes sont ouvertes afin de réguler le niveau d’eau. Ces évacuateurs peuvent être considérés comme des voies de secours. Les ouvrages annexes concernent donc les évacuations de l’eau. Ils accompagnent toujours les barrages.

B/ L’hydroélectricité

1. Définition

L’hydroélectricité est le résultat de la transformation de l’énergie potentielle de l’eau, accumulé par le barrage, en énergie cinétique, par écoulement. Celle-ci est ensuite, à son tour, transformé en énergie mécanique. Energie mécanique, qui va permettre de faire rentrer en action le générateur électrique : l’alternateur ou dynamo. L’énergie mécanique devient alors de l’énergie électrique.

schéma de la transformation de l’énergie

2. Introduction

La première turbine a été inventée par l’ingénieur hydraulicien français Benoist de Fourneyron, au 19eme siècle. Il se servit de la force de la pression de l’eau afin d’entraîner une roue à eau. Il pus ainsi démultiplier par 10 000 la puissance du moulin. Ces travaux furent les bases de la conception des turbines de Pelton et Francis.

3. Différentes turbines, types et principes. Il existe plusieurs types de turbines hydrauliques :

Turbines Pelton : Pour les chutes supérieures à 200 m, on utilisa, pendant la seconde moitié du XIXe siècle, la turbine Pelton du nom de l’ingénieur américain Lester Allen Pelton. Dans cette turbine à axe vertical, l’eau est amenée depuis un réservoir supérieur par un long tuyau, appelé conduite forcée, jusqu’à une tuyère, où son énergie potentielle est convertie en énergie cinétique. Le jet obtenu est alors dirigé perpendiculairement à l’axe de la turbine, à l’aide d’un injecteur, sur des augets incurvés (en général une vingtaine). Le jet incident rebondit contre les augets qui entraînent en rotation la roue sur laquelle ils sont fixés. On produit ainsi de l’énergie mécanique à partir de l’énergie cinétique du jet incident. L’action de la roue de Pelton dépendant surtout de l’action du jet sur la roue, ce type de turbine est également appelé turbine à action.

Turbine Francis: L’ingénieur américain James Bicheno Francis conçut une turbine à axe vertical, dans laquelle le flux était centripète (écoulement radial). Il s’agit de la turbine à réaction, ou turbine Francis. L’eau pénètre à la périphérie de la turbine et est évacuée le long de son axe. Ce type de turbine fonctionne par augmentation de la pression de l’eau s’écoulant à travers les lames, engendrant une force de réaction qui entraîne la roue : les énergies cinétique et potentielle sont converties en énergie mécanique. La pression de l’eau à la sortie de la roue est abaissée par un système appelé aspirateur, ce qui revient à augmenter virtuellement la hauteur de la colonne d’eau. La turbine à réaction devint la turbine hydraulique la plus largement utilisée pour les pressions ou les hauteurs de chute équivalant à une colonne d’eau de 15 à 500 m.

Turbine Kaplan: L’ingénieur américain James Bicheno Francis conçut une turbine à axe vertical, dans laquelle le flux était centripète (écoulement radial). Il s’agit de la turbine à réaction, ou turbine Francis. L’eau pénètre à la périphérie de la turbine et est évacuée le long de son axe. Ce type de turbine fonctionne par augmentation de la pression de l’eau s’écoulant à travers les lames, engendrant une force de réaction qui entraîne la roue : les énergies cinétique et potentielle sont converties en énergie mécanique. La pression de l’eau à la sortie de la roue est abaissée par un système appelé aspirateur, ce qui revient à augmenter virtuellement la hauteur de la colonne d’eau. La turbine à réaction devint la turbine hydraulique la plus largement utilisée pour les pressions ou les hauteurs de chute équivalant à une colonne d’eau de 15 à 500 m.

4. Formules

Comme vu dans l’introduction, l’énergie développée par l’eau au cours de son parcours, subit plusieurs transformation énergétique, pour obtenir au final, de l’énergie électrique. Il est possible de quantifier l’énergie que développe l’eau. Le niveau scolaire pré requis est celui de première s. Nous savons que c’est la pression de l’eau qui fait tourner la turbine. Cette turbine peut ainsi fabriquer de l’électricité. Calculons donc, d’une façon générale le potentielle hydroélectrique d’une retenue d’eau. Le poids de l’eau est  . . . . P= m*g On cherche le travail du poids  . . . . WP = m*g*h Maintenant, établissons la formule de la puissance du travail développé par l’eau :  . . . . PP= WP/Dt Or WP = (m*g*h)  . . . . donc PP= (m*g*h)/Dt De plus m=m*V  . . . . donc PP= (m*V*g*h)/Dt Or Q=V/Dt  . . . . donc PP= m*Q*g*h Explication Ce qui donne à la turbine son mouvement de rotation, est le poids de l’eau concentré dans le « jet d’eau ». La puissance du jet dépend donc du poids de l’eau, à l’arrivée. Afin de calculer le potentiel hydroélectrique de la turbine, il faut établir le travail puis la puissance de ce travail de l’eau. D’où la formule :  . . . . PP=m*Q*g*h

Conclusion

Les utilités du barrage sont donc nombreuses. Et ils interviennent dans de nombreux domaines. Ce qui en fait un maillon de chaîne essentielle dans la production ainsi que dans la protection environnementale, telles que la baisse du niveau d’eau en prévision de crues. De nombreuses activités dépendent de lui : la construction des turbines, la production d’hydroélectricité. Afin de répondre à ces différentes demandes, plusieurs types de barrages ont été inventés. De forme comme de matériaux.