LE FONTIONNEMENT DU BARRAGE 

De l'eau à l'électricité

L'énergie potentielle de pesanteur de l'eau, accumulée par le barrage, est transformée en énergie cinétique par écoulement. Celle-ci est transformée en énergie mécanique grâce à une turbine, qui à son tour entraîne un générateur électrique : alternateur ou dynamo. L'énergie mécanique devient alors de l'énergie électrique.

La puissance disponible résulte de la conjonction de deux facteurs : la hauteur de la chute et le débit.

Potentiel théorique brut : D'une façon très générale, le potentiel hydroélectrique d'un bassin peut être défini comme la somme de toute l'énergie brute de ruissellement, que l'on pourrait théoriquement obtenir par le produit suivant :

P.h. = Q*h

c'est-à-dire le débit Q, dont l'unité est le mètre cube par seconde, multiplié par la dénivellation, la hauteur de chute h, en mètres.
Il faut multiplier alors le produit Q*H par g = 9.8 N.kg-1 pour obtenir la puissance P en kilowatts. L'équation théorique est donc :

P = g*Q*h  kW

Explication (niveau requis : première S) :

L'eau en mouvement agit sur les pales de la turbine. On va en fait exprimer le travail en Joules effectué en une seconde (le travail sera donc en Watts) par le poids de l'eau tombant d'une hauteur de chute. On considère en effet que l'unité du travail sera le Watt, car le Watt est le Joule par unité de temps. La force en Newtons exercée par l'eau de masse m en kg sur les pales de la turbine est son poids P, dont l'intensité est : P = m*g N (g = 9.8 N.kg-1). C'est pourquoi on parle d'énergie de pesanteur.
Le travail moteur W effectué par l'eau sur la hauteur de chute h en mètres est : W(P) = P*h Joules.
Or on peut utiliser le débit de l'eau pour exprimer l'intensité de son poids : Le débit exprime un volume d'eau qui peut s'écouler par unité de temps. On considère que la masse volumique μ (μ = m / v) de l'eau en question est 1 000 kg.m-3. Donc la masse d'1 m-3 d'eau est 1 000 kg. Revenons au débit : un débit de 1 m-3.s-1 par exemple sera l'équivalent d'un « débit » de 1 000 kg.s-1, de 1 tonne.s-1.
Pour obtenir l'intensité du poids de l'eau, on doit donc multiplier le débit en tonne.s-1, qui représent une masse par unité de temps mille fois supérieure à l'unité du système international, par g (on obtient alors des kN.s-1). Enfin, pour obtenir le travail effectué par l'eau, on multiplie le dernier résultat par la hauteur de chute (on obtient des kilowatts).
On peut donc dire que la puissance (ou le travail qui peut être effectué en une seconde) de l'eau dépend de la force exercée, liée au débit, et de la hauteur de chute d'où elle tombe.

Mais il existe des pertes, qui diminuent le rendement égal à 1 dans une situation idéale et le ramène à 0,7 environ.

Il est impossible de stocker l'électricité, il faut donc que celle fournie par les turbines soient presque instantannément utilisée dans les foyers. C'est pourquoi les ingénieurs ne font fonctionner les usines que pendant les « heures de pointe ».

schéma de fonctionnement d'une usine hydroélectrique