Hauteur de chute
Différence d’altitude entre la surface de l’eau à la prise d’une centrale hydraulique et la sortie de la turbine ou le niveau aval ; avec le débit, elle détermine la puissance disponible.
La chute représente l’énergie potentielle par unité de poids d’eau, exprimée en mètres. Les hydrauliciens distinguent :
- Chute brute : la différence d’altitude entre les niveaux amont et aval
- Chute nette : la chute brute moins les pertes par frottement et singulières dans la prise d’eau, la conduite forcée et les vannes, en général 3–10 % de la chute brute dans un aménagement bien conçu
Comme la puissance est proportionnelle au produit du débit par la chute, un site de haute chute demande beaucoup moins d’eau pour la même production. Une centrale de 1 MW a besoin d’environ 0,12 m³/s sous 1 000 m de chute, mais de 12 m³/s sous 10 m, ce qui commande le choix de la turbine et la taille du génie civil.
Classes de chute usuelles et turbines correspondantes :
- Basse chute (moins de 30 m environ) : turbines Kaplan, bulbe, hélice et vis d’Archimède
- Moyenne chute (30–300 m) : turbines Francis
- Haute chute (au-delà de 250–300 m environ) : turbines Pelton et Turgo ; Bieudron, en Suisse, fonctionne sous environ 1 880 m
En pratique, le choix repose sur la vitesse spécifique, qui combine chute, débit et vitesse de rotation. Pour les STEP, la chute fixe la densité énergétique : 1 m³ d’eau qui tombe de 500 m stocke environ 1,36 kWh avant pertes, si bien que les sites de haute chute demandent des réservoirs bien plus petits par GWh.
Termes associés
Tous les termes →- Turbine Pelton
Turbine hydraulique à action dans laquelle des jets d’eau à grande vitesse frappent les augets doubles d’une roue ; c’est le choix standard pour les hautes chutes, au-delà d’environ 250 m.
- Turbine Francis
Turbine hydraulique à réaction à aubes fixes, où l’eau entre radialement et ressort axialement ; le modèle le plus répandu, employé pour les moyennes chutes d’environ 30 à 700 m.
- Turbine Kaplan
Turbine hydraulique à réaction de type hélice, à pales de roue et directrices orientables, adaptée aux basses chutes d’environ 2 à 40 m et aux forts débits.
- Hydroélectricité au fil de l’eau
Hydroélectricité qui dérive ou utilise le débit naturel d’un cours d’eau avec peu ou pas de retenue, si bien que la production suit le débit plutôt que la demande.
- Station de transfert d’énergie par pompage (STEP)
Stockage d’énergie qui pompe de l’eau vers un bassin supérieur quand l’électricité est bon marché ou abondante et la turbine quand on a besoin de puissance ; c’est la première forme de stockage réseau dans le monde.