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.
Inventée par Viktor Kaplan en 1913, la turbine Kaplan est une machine à écoulement axial qui ressemble à une hélice de navire. Sa particularité est la double régulation : on peut faire pivoter à la fois les directrices en amont et les pales de la roue. En coordonnant les deux (la « loi de conjugaison »), on garde l’angle d’écoulement adapté aux pales sur une large plage de débits et de chutes, avec un bon rendement d’environ 30 % à 100 % du débit nominal.
- Plage de chute : environ 2–40 m, parfois jusqu’à 70–80 m
- Rendement maximal : 92–95 % pour les gros groupes
- Vitesse spécifique : élevée, ce qui donne des groupes compacts pour de très forts débits ; le diamètre des roues dépasse 10 m dans les grandes centrales fluviales
Variantes :
- Turbines hélice : pales fixes, moins chères mais efficaces seulement près du débit nominal
- Groupes bulbe : alternateur logé dans un bulbe immergé dans la veine d’eau, standard sur les grands fleuves à basse chute et à l’usine marémotrice de la Rance
- Conceptions en puits, en S et straflo : différentes dispositions de l’alternateur pour la petite hydraulique
Les Kaplan dominent les centrales au fil de l’eau sur les grands fleuves de plaine comme le Danube, le Rhin, la Columbia et le Madeira, ainsi que les aménagements marémoteurs. Les modèles « ichtyocompatibles », avec moins de pales, des jeux réduits et une vitesse de rotation plus faible, blessent moins les poissons qui les traversent, un point décisif pour l’obtention des autorisations. Pour les très basses chutes, sous 10 m environ, les vis d’Archimède leur font concurrence en petite hydraulique.
Termes associés
Tous les termes →- 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.
- 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 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.
- 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.
- Énergie marémotrice (marnage)
Électricité produite grâce à la différence de hauteur entre marée haute et marée basse, en retenant l’eau derrière un barrage ou une lagune puis en la relâchant dans des turbines basse chute.