L'hydroélectricité
Les centrales hydroélectriques, pour produire de l'électricité, sont équipées de "groupes turbo-alternateur". Ces groupes sont en fait composés de deux à trois éléments différents :
Les turbines :
Il en existe principalement trois types, selon que la chute d'eau à exploiter est très haute (turbines Pelton, plus de 100 mètres de chute), moyennement haute (turbine Francis, entre 100 et 10 mètres de chute pour un rendement optimal) et enfin les basses chutes (turbine Kaplan, entre 20 et 1 mètre de chute) :
C'est le modèle de turbine le plus ancien, inventé au XIXème siècle. Il reprend le principe des roues à aubes avec les augets. Cette turbine est alimentée par des injecteurs, placés face aux augets, et peuvent être au nombre de un à quatre selon le débit de la rivière utilisée.
C'est le modèle adapté à des chutes moyennes. Il a été créé par un ingénieur américain au XIXème siècle également. La régulation du débit turbiné s'effectue par le biais de directrices, en périphérie de la roue, qui s'ouvrent ou se ferment comme les persiennes d'un volet.
C'est le modèle le plus récent puisqu'il a été créé au début du XXème siècle. Adaptées aux basses chutes, ces turbines sont aujourd'hui très utilisées pour leur bon rendement. En effet, dans le cas des Kaplan double réglage, les pales de la turbine (sorte de grosse hélice de bateau) s'ouvrent ou se ferment plus ou moins selon le débit, et les directrices (comme sur les Francis) permettent une bonne orientation de l'eau à toute ouverture de la turbine, assurant ainsi à tout instant un rendement optimal.
Le multiplicateur :
Parfois, la vitesse à l'arbre de la turbine n'est pas suffisante pour faire tourner l'alternateur ou la génératrice (cas des basses chutes par exemple, où la puissance sera très importante, mais la vitesse de rotation très faible). Par un système d'engrenages (multiplicateurs mécaniques) ou de courroies (multiplicateur à courroie), on va multiplier la vitesse selon les besoins : un gros volant ou gros engrenage est mis en bout d'axe de la turbine (rotation lente) et entraîne un plus petit volant ou engrenage dont la vitesse de rotation sera beaucoup plus importante.
L'alternateur / La génératrice :
Ce sont deux systèmes légèrement différents mais qui aboutissent, une fois accouplés à la sortie de la turbine ou du multiplicateur (s'il en existe un), à la production d'électricité. L'alternateur créé lui même son excitation (nécessaire à la création du champ magnétique), tandis que pour la génératrice, c'est le réseau (aujourd'hui EDF) qui fournit l'énergie d'excitation.
On peut parfois se passer du multiplicateur, même avec une vitesse faible à l'axe de la turbine, en employant un alternateur lent. Mais ce genre de matériel est très coûteux.
Les avantages de l'hydroéléctricité :