Barrage hydroélectrique

Figure 1. Barrage hydroélectrique d'Ingur.

Un barrage hydroélectrique est l'un des principaux composants d'une installation hydroélectrique. Un barrage est une grande structure artificielle construite pour contenir une certaine masse d'eau. En plus d'être construits dans le but de produire d'énergie hydroélectrique, les barrages sont créés pour contrôler le débit des rivières et réguler les inondations. Dans certaines rivières, des barrages de petite taille, appelés déversoirs, sont construits pour contrôler et mesurer le débit de l'eau.

Les barrages sont un type d'ouvrage de retenue, c'est-à-dire des structures construites pour créer de grandes masses d'eau stagnantes appelées réservoirs. Ces réservoirs peuvent être utilisés pour l'irrigation, la génération électrique ou l'approvisionnement en eau. Ces structures sont construites sur le lit des rivières et retiennent l'eau, élevant ainsi le niveau de l'eau. Des digues peuvent être construites le long du barrage pour en augmenter l'efficacité en empêchant l'eau de quitter le réservoir par des voies secondaires.

Les barrages varient de structures relativement petites à des structures extrêmement grandes. Le barrage le plus haut des États-Unis est situé près d'Oroville, en Californie, et mesure 230 mètres de haut et 1,6 kilomètres de large. Le plus grand barrage du monde est le barrage Jinping sur la rivière Yalong en Chine, qui mesure 305 mètres de haut. Au Canada, il y a plus de 10 000 barrages, dont 933 sont classés dans la catégorie des grands barrages. Le plus haut barrage du Canada est le barrage Mica, sur le fleuve Columbia, qui s'élève à 243 mètres. Un autre barrage canadien remarquable est le barrage W.A.C Bennett sur le fleuve Peace, remarquable pour son grand volume de réservoir de 7,4 x 10⁹ mètres cubes et sa hauteur de 190,5 mètres.

Construction

La construction de ces barrages est difficile et demande beaucoup de travail. Avant le début de la construction, l'eau est détournée ou empêchée de circuler sur le site de construction. Lorsque l'eau est détournée, la zone de fondation est nettoyée, excavée et la roche ou les sédiments qui serviront de fondation sont réparés et jugés solides. Cela permet de s'assurer que la roche ou les sédiments ne se déplaceront pas ou ne céderont pas sous l'effet de la charge du barrage et du réservoir. Des supports connus sous le nom de boulons de roche peuvent être utilisés pour renforcer la fondation. Au-dessus du barrage, des boulons à rocher et des filets peuvent être utilisés pour empêcher les roches de tomber sur le barrage. Des coffrages sont ensuite construits le long des bords du barrage, des barres d'armature sont placées à l'intérieur et le béton est pompé. Cette opération s'effectue par sections, et le béton est coulé petit à petit sous forme de blocs. Une fois qu'une partie suffisante du barrage est construite, on laisse le réservoir se remplir d'une manière très contrôlée. Le barrage est surveillé pendant ce processus. D'autres structures qui rendent le barrage opérationnel sont ensuite ajoutées.

Opération

Les barrages ne sont qu'un élément d'une installation hydroélectrique complète, mais ils constituent un élément majeur et visible du système. Le but d'un barrage hydroélectrique est de fournir un endroit où convertir l'énergie potentielle et l'énergie cinétique de l'eau en énergie électrique à l'aide d'une turbine hydraulique et d'un générateur. Les barrages sont le lieu où l'eau est retenue et libérée de manière contrôlée par des turbines hydrauliques, ce qui permet de transformer l'énergie mécanique de l'eau en énergie électrique.

Les barrages typiques fonctionnent pour créer un réservoir où l'eau est stockée à une hauteur donnée. Cette hauteur et la vitesse à laquelle l'eau s'écoule du réservoir à travers les turbines déterminent la quantité d'électricité qui peut être produite. Celle-ci peut être calculée à l'aide de l'équation de la puissance hydroélectrique. Plus la hauteur du barrage augmente, plus la quantité d'électricité produite augmente également. Au sommet du barrage se trouve une vanne qui sert à bloquer ou à autoriser la libération de l'eau du réservoir. Cette vanne est ouverte ou fermée en fonction des besoins en électricité. Entre le sommet du barrage et les turbines se trouve une série de canaux appelés conduites forcées qui guident l'eau vers le bas et contrôlent la pente de l'eau qui tombe pour assurer un rendement maximal du barrage. Enfin, les turbines peuvent être contenues dans la structure même du barrage, et c'est là que la conversion d'énergie a lieu. Une fois que l'eau a traversé les turbines, elle est relâchée dans un canal de fuite situé au bas du barrage et retourne dans la rivière.