Turbine

Figure 1. Les turbines peuvent être assez grandes, la turbine à vapeur ci-dessus est mise à l'échelle avec une personne.[1]

Une turbine est un dispositif qui exploite l'énergie cinétique d'un fluide - tel que l'eau, la vapeur, l'air, ou la combustion de gaz - et le convertit en mouvement de rotation de l'appareil.[2] Ces dispositifs sont généralement utilisés pour la production d'électricité, les moteurs et systèmes de propulsion. Les turbines sont classées comme un type de moteur parce que les moteurs sont simplement des technologies qui prennent de l'énergie d'entrée et produisent de l'énergie de sortie. Une turbine permet au fluide de passer à travers l'appareil où le fluide effectue du travail de force sur une série d'aubes. Les aubes sont configurées pour transformer le travail en mouvement de rotation. Lorsque les aubes commencent à se tourner, elles éjectent le fluide qui possède moins d'énergie qu'avant son entrée dans la turbine. Une partie de cette énergie est retenue par la turbine et utilisée. La plupart des turbines modernes sont composées principalement d'acier. [2]

Les turbines sont utilisées dans plusieurs domaines différents, et chaque type de turbine a une construction légèrement différente qui lui permet d'accomplir sa fonction. Les turbines sont utilisées pour l'énergie éolienne et l'énergie hydraulique ainsi que dans les moteurs thermiques et pour la propulsion. Les turbines sont extrêmement importantes parce qu'elles sont responsables pour presque toute la production d'électricité.[2]

Moteurs thermiques

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Les turbines sont couramment utilisées dans les moteurs thermiques en raison de leur haut rendement. En outre, les turbines nécessitent assez peu d'entretien.

Les turbines à gaz sont souvent utilisées dans les moteurs thermiques car elles sont l'un des types de turbines les plus flexibles. Une application spécifique de ces turbines à gaz est dans les moteurs à réaction.[2] Dans ces turbines à gaz, l'air comprimé est chauffé et mélangé avec un combustible. Lorsque ce mélange est enflammé, il subit une expansion rapide. L'air en expansion est poussé dans la turbine, ce qui fait tourner les aubes. Comme elles utilisent de l'air comprimé, les hautes altitudes n'affectent pas l'efficacité des turbines, ce qui les rend idéales pour une utilisation dans les avions.[3]. La figure 2 ci-dessous présente un schéma d'une turbine à gaz.

Figure 2. Schéma d'un moteur à turbine à gaz.[4]


En plus, les turbines sont utilisées pour la production d'électricité dans les centrales électriques à gaz naturel. Les gaz de combustion dans ce cas proviennent de la combustion du gaz naturel.[3]

Production d'électricité

Hydroélectricité

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Figure 3. Schéma d'une turbine hydroélectrique.[5]

Dans ce cas, l'eau retenue par un barrage hydroélectrique est relâchée sur une turbine, produisant de l'électricité lorsqu'elle est connectée à un générateur. Ces turbines sont essentielles dans le domaine d'hydroélectricité - le mécanisme d'obtention de puissance à partir de l'eau.

En général, la construction des turbines hydroélectriques est identique. Une rangée d'aubes est fixée sur un arbre ou une plaque en rotation. L'eau passe ensuite à travers la turbine sur les aubes, ce qui fait tourner l'arbre intérieur. Ce mouvement de rotation est ensuite transféré à un générateur où l'électricité est produite. Il existe différents types de turbines pour divers usages. Chaque type de turbine est créé pour fournir un rendement maximal dans son contexte d'utilisation. De nombreux facteurs doivent être analysés pour déterminer quelle turbine devrait être utilisée. Ces facteurs comprennent la charge hydraulique, la décharge hydroélectrique, et le coût.[6]

Deux types de turbines sont généralement utilisés dans des installations hydroélectriques, et le choix de type dépend de la nature de l'installation. Ces types sont les turbines à réaction et les turbines à impulsion. Pour plus d'informations sur le fonctionnement de ces turbines et des informations plus détaillées sur d'autres turbines, cliquez ici.

Vent

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Les éoliennes fonctionnent en transformant l'énergie cinétique du vent en puissance mécanique qui est utilisée pour produire de l'électricité en faisant tourner un générateur. Ces éoliennes peuvent se trouver sur terre ou en mer. Ces turbines ont trois composantes principales. Les premières sont les pales du rotor, qui ont la forme d'ailes d'avion pour attraper de l'air, ce qui fait tourner les pales. Le deuxième élément est la nacelle, un ensemble d'engrenages et un générateur qui transforme la rotation des pales en énergie électrique. Enfin, la tour est le grand support sur lequel les pales et la nacelle sont montées.[7]

Références

  1. Wikimedia Commons. (September 2, 2015). Turbine Philippsburg [Online]. Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Turbine_Philippsburg-1.jpg
  2. 2,0 2,1 2,2 et 2,3 WiseGeek. (September 2, 2015). What is a Turbine? [Online]. Available: http://www.wisegeek.org/what-is-a-turbine.htm
  3. 3,0 et 3,1 Energy.gov. (September 2, 2015). How Gas Turbines Work [Online]. Available: http://energy.gov/fe/how-gas-turbine-power-plants-work
  4. Wikimedia Commons [Online], Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
  5. Wikimedia Commons. (September 2, 2015). Water Turbine [Online]. Available: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_turbine.svg.
  6. BrightHub Engineering. (September 2, 2015). What are Hydraulic Turbines? [Online]. Available: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/
  7. Energy Center of Wisconsin. (September 2, 2015). Parts of a Turbine [Online]. Available: http://www.ecw.org/windpower/web/cat2a.html

Auteurs et rédacteurs

Ethan Boechler, Victoria Johnson, Anna Pletnyova, Luisa Vargas Suarez, Jason Donev
Dernière mise à jour : 17 décembre, 2021
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