turbine.

turbine. n.f., machine rotative produisant de l'énergie mécanique, grâce à l'effet dynamique sur son rotor d'un fluide qui se détend. La détente d'un fluide incompressible (liquide), généralement de l'eau, est un phénomène mécanique simple, sans incidence thermique : une différence de niveau (énergie potentielle du liquide) provoque un écoulement assorti d'une mise en vitesse ; l'énergie cinétique ainsi acquise est transférée au rotor de la machine. La détente d'un fluide compressible (vapeur ou gaz) est, au contraire, un phénomène thermodynamique complexe au cours duquel une partie de l'enthalpie, ou chaleur totale du fluide, se transforme en énergie cinétique transférée au rotor, entraînant ainsi un important refroidissement du fluide qui se détend. Les turbines hydrauliques. Dérivées des anciennes roues de moulin à eau, leurs versions modernes ont pris forme dans la seconde moitié du XIXe siècle. Essentiellement destinées à l'entraînement des alternateurs dans les centrales hydrauliques, elles relèvent actuellement de trois types normalisés : les turbines de haute, moyenne et basse chutes. Les turbines de haute chute (d'environ 200 m à plus de 1 000 m, parfois 2 000) sont des turbines Pelton comportant essentiellement une roue à augets, dont l'axe est horizontal, soumise à l'action d'un ou de deux jets, sortant chacun d'un injecteur. L'eau s'y met en vitesse, son débit étant contrôlé par une aiguille axiale à tête profilée, qui dégage une section de passage variable à l'intérieur de l'injecteur. Chaque auget est composé de deux calottes creuses adjacentes, séparées par une arête centrale, sur laquelle le jet se coupe en deux parties, redressées chacune par l'une des calottes et rejetées latéralement. En cas d'annulation brutale du couple résistant sur l'arbre de la turbine (déclenchement électrique de l'alternateur entraîné par exemple), il est généralement impossible d'assurer la refermeture de l'aiguille dans un temps suffisamment bref pour éviter l'emballement de la ligne d'arbre (une fermeture trop rapide provoquerait un coup de bélier, destructeur de la conduite forcée alimentant la turbine). Ce problème est résolu par un déflecteur robuste, qui vient alors intercepter transitoirement le jet, annulant ainsi le couple moteur et laissant à l'aiguille de contrôle le temps de se fermer lentement. Les grosses turbines Pelton ont des puissances légèrement supérieures à 200 MW. Les turbines de moyenne chute (de 200 à 30 m environ) sont des turbines Francis, possédant une roue centripète dont l'axe est vertical, analogue à une roue de pompe centrifuge. L'arrivée d'eau se fait dans un tore qui entoure la roue et l'alimente, sur toute sa périphérie, par l'intermédiaire d'un distributeur à aubes orientables contrôlant le débit admis. À la sortie du diffuseur, l'eau entre dans la roue perpendiculairement à son arbre, se détend dans les aubages tout en étant réorientée et sort de la roue axialement, vers le bas. Des turbines Francis qui atteignent des puissances unitaires de 500 MW ont été réalisées. Les turbines de basse chute sont des turbines hélices, généralement du type Kaplan à pales inclinables, permettant ainsi d'adapter les turbines à une variation de la hauteur de chute. Elles peuvent être disposées comme les turbines Francis (axe vertical) avec un distributeur centripète de même type, ou équiper des groupes bulbes à axe horizontal, le flux de liquide circulant autour d'un bulbe contenant l'alternateur et traversant un distributeur, lui-même hélicoïdal, avant d'attaquer la roue. De tels bulbes équipent l'usine marémotrice de la Rance ; l'inclinabilité des pales de la roue est alors essentielle pour adapter en permanence la turbine à une hauteur de chute essentiellement variable, et même pour transformer transitoirement la turbine en pompe. Voir marémoteur. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats techniques (histoire des) - La Renaissance et l'âge classique Les livres alternateur, page 184, volume 1 turbine - roue de turbine hydraulique Francis, page 5303, volume 10 Les turbines à vapeur. Ce sont les plus répandues des turbines. Elles font appel à un fluide compressible. Les plus importantes (jusqu'à 1 800 MW) équipent les centrales électriques thermiques ou nucléaires. Les plus petites entraînent des pompes ou des compresseurs industriels. La vapeur alimentant la turbine provient d'une chaudière à combustion (charbon, fioul ou gaz) ou d'une chaudière nucléaire. À l'inverse des turbines hydrauliques, sur lesquelles la détente du fluide se fait en un seul étage, la détente de la vapeur s'effectue axialement dans un grand nombre d'étages en série ; elle traverse alternativement des ailettes distributrices fixes, solidaires du stator, et des ailettes réceptrices mobiles, solidaires du rotor. Cette détente est généralement poussée jusqu'à un vide d'environ 97 %, correspondant à la tension de la vapeur qui se condense à une température proche de la température ambiante. Des soutirages sont effectués le long de la ligne de détente pour réchauffer l'eau retournant à la chaudière (voir le dossier centrales). Le volume massique très élevé de la vapeur sous-vide impose le fractionnement de la détente finale entre plusieurs corps basse pression en parallèle. La détente de la vapeur peut être localisée dans les ailettes distributrices, les ailettes réceptrices jouant alors un rôle de simple déflecteur ; la turbine est alors dite à action. La détente peut également être répartie entre les ailettes distributrices et les ailettes réceptrices (généralement de façon équilibrée) ; la turbine est alors dite à réaction. L'étage d'admission des turbines à réaction est cependant toujours un étage à action, permettant d'effectuer une admission partielle de la vapeur entrante sur des arcs successifs de la première roue, chaque arc étant alors desservi par une soupape de réglage individuelle (une telle admission partielle est impossible sur une roue soumise à une différence de pression amont-aval). Les turbines à vapeur intégrées dans des systèmes consommant de la vapeur à pression modérée peuvent comporter un ou plusieurs soutirages intermédiaires réglés, alimentant un ou plusieurs réseaux de vapeur basse pression. Dans certains cas, la détente s'arrête au niveau du réseau à pression la plus basse (absence de condenseurs) ; il s'agit alors de turbines dites à contre-pression. Complétez votre recherche en consultant : Les livres turbine - rotor de haute et moyenne pression équipant une turbine à vapeur de 1500 MW, page 5303, volume 10 Les turbines à gaz. De petites turbines à gaz à roue centripète détendent les gaz industriels dans les cycles de liquéfaction (voir liquéfacteur). Leur rôle de production d'énergie est alors secondaire : elles servent essentiellement à extraire de l'énergie calorifique du cycle de liquéfaction. Il existe également des turbines à gaz industrielles récupérant de l'énergie à l'issue d'un processus chimique se déroulant en phase gazeuse sous pression (production d'acide nitrique par exemple). Mais on appelle plus généralement turbines à gaz des ensembles complexes et autonomes de production d'énergie, constitués chacun par un compresseur d'air axial alimentant des chambres de combustion (à gaz ou à gasoil), d'où les gaz chauds sous pression sortent en se détendant sur une turbine à un ou à deux étages. Cette turbine fournit à la fois l'énergie mécanique appelée par son propre compresseur d'air et l'énergie appelée par la machine entraînée. Les plus grosses turbines à gaz, généralement affectées à l'entraînement d'un alternateur, atteignent aujourd'hui 200 MW. La température de sortie des chambres de combustion est proche de 1 000 o C. La température encore très élevée des gaz d'échappement après détente permet différents types de récupération thermique. Certaines turbines comportent deux étages tournant à deux vitesses différentes : l'un entraîne le compresseur d'air desservant la turbine, l'autre entraîne à vitesse plus faible la machine réceptrice. Complétez votre recherche en consultant : Les médias fusée Les livres turbine à gaz de 212 MW, page 5303, volume 10 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats action - 3.MÉCANIQUE alternateur bélier (coup de) centrales - Les centrales hydrauliques - Les centrales de basse chute centrales - Les centrales hydrauliques - Les centrales de haute chute centrales - Les centrales hydrauliques - Les centrales de moyenne chute centrales - Les centrales thermiques - Les centrales à turbine à gaz centrales - Les centrales thermiques - Les centrales mixtes à turbine à vapeur et à turbines à gaz centrales - Les centrales thermiques - Les centrales thermiques à vapeur chaudière à vapeur désalinisation détente - 1.PHYSIQUE énergie - Les différentes formes de l'énergie hélice - 2.TECHNIQUE liquéfacteur machine marémoteur moteur - Les moteurs d'avions et de fusées Parsons (sir Charles Algernon) Pelton Lester Allen pompe Rateau Auguste techniques (histoire des) - La Renaissance et l'âge classique techniques (histoire des) - La révolution industrielle turboalternateur turbocompresseur turbopompe Les livres coupleur, page 1296, volume 3 techniques (histoire des) - projet de turbine à vapeur entraînant un broyeur (XVIIe siècle), page 5082, volume 9