Ce cours vise à :

• faire connaître la ressource hydraulique, son potentiel et sa place dans le bilan énergétique;
• initier les étudiants à la conception des turbines hydrauliques et au contexte du développement d’un projet hydroélectrique;
• optimiser les paramètres de dimensionnement d’une turbine hydraulique et étudier son impact sur la centrale;
• permettre aux étudiants de maîtriser les paramètres d’optimisation pour un développement durable à partir de la ressource hydraulique, dont le retour sur l’investissement, l’efficacité énergétique, la fiabilité et l’empreinte écologique;
• initier les étudiants à l’interaction de la turbine hydraulique avec la machine synchrone.

À partir de l'hiver 2018, la plus grande partie des cours a été mise en forme avec le logiciel Opale qui permet de structurer pédagogiquement l'information avec la possibilité d'intégrer toute une variété de supports multimédias ainsi que des auto-évaluations. De ce fait, chaque séance du cours disposera d'un site web et de notes en pdf sur Moodle.

Dans le but d'acquérir une vision globale, la séquence des séances présentera les sujets en variant entre la physique de l'hydraulique et les autres compétences développées.

Sur les aspects mécaniques, je serai épaulé par Stéphane Roy, ing. qui a plus de 30 ans d'expérience dans le domaine. Il présentera les composants mécaniques de la turbine et son montage au site.

Séance 1 Introduction – L'hydroélectricité, une énergie renouvelable

• Programme du cours ENR855 Énergie hydraulique
• L'hydroélectricité, une énergie renouvelable

Séance 2 La mécanique des fluides pour les turbines hydrauliques

• Équations de base
  • Continuité - conservation de la masse
  • Newton - L'équilibre des forces dans un champ d'accélération
  • Newton - L'équilibre dynamique des forces
  • Bernoulli - conservation de l'énergie
  • Le cheminement de l'énergie hydraulique dans une installation hydroélectrique
• Définitions importantes
  • Énergie locale et aux bornes
  • Puissance et rendement

Séance 3 Les composants mécaniques

• Les sources du chargement mécanique
• Les composants mécaniques
  • Les composants encastrés
  • Les composants démontables
• Exemples de réalisations

Séance 4 Les lois de similitude et de transposition

• Les lois de similitude
• Les nombres utilisés pour caractériser la similitude
• Les lois de transposition - L'effet d'échelle

Séance 5 Le montage au site de la turbine

• Synopsis de montage et gestion du plancher
• Tolérancement du montage
• Assemblage de la machine - en photo
• Alignement de la machine
• Démarrage de la machine
• Essais de réception mécanique

Séance 6 La cavitation

• La théorie
• Les manifestations de la cavitation dans une turbine hydraulique
• Les matériaux anti-cavitation

Séance 7 Les essais sur modèle et prototype

• Les essais sur modèle réduit
• Les essais sur prototype

Séance 8 La réalisation de la roue

• L'importance économique de la roue
• Les processus de défaillance impliquées dans le cycle de vie des roues
• Les extrants hydrauliques à communiquer au concepteur mécanique
• La conception mécanique
• La fabrication
• L'inspection et le contrôle de qualité
• La manutention et le transport

Séance 9 Les conditions d'opération et les transitoires

• Une vision statique du fonctionnement : la lecture de la colline
• Le démarrage de la turbine
• Opération en mode production et l'interaction avec le réseau
• L'arrêt normal
• L'effet d'une variation d'ouverture sur les conditions hydrauliques - Cas 1, le coup de bélier de masse
• Effet de la compressibilité de l'eau - Cas 2, le coup de bélier acoustique
• Bilan par comparaison des résultats des différents modèles de simulation de coup de bélier
• Calcul d'un transitoire sur un groupe turbine alternateur avec la méthode d'Allievi
• Les garanties de performance hydraulique

Séance 10 La réhabilitation

• Les guides et références pour la réhabilitation
• La réhabilitation une opportunité
• Les enjeux économiques
• La planification du projet de réhabilitation
• Les solutions technologiques

Séance 11 Les solutions environnementales

• L'amélioration des performances
• Réduction des lubrifiants minéraux
• Les turbines ichtyophiles
• Augmentation de l'oxygène dissous

Séance 12 Révision

Séance 13 Présentation du projet

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) entraînera l’attribution de la note zéro (0).

Documents fournis pour chaque cours sur Moodle.

Le site www.simturb.com comprend la partie hydraulique de cette formation avec plus de détails et d'outils de calcul et de conception.

En version papier

• Turbines hydrauliques et leur régulation, Lucien Vivier, Édition Albin Michel
• La cavitation Mécanismes physiques et aspects industriels, Franc JP, Presses universitaires de Grenoble
• La cavitation : Traqueurs de bulles, Lecoffre Y, Édition Hermes

En version électronique et papier

• L'énergie hydraulique, Ginocchio et Violet, édition Lavoisier
• IEC 60193:1999 Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines - Model acceptance tests
• IEC 60041:1991 Field acceptance tests to determine the hydraulic performance of hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines
• IEC 60609-1:2004 Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines - Cavitation pitting evaluation - Part 1: Evaluation in reaction turbines, storage pumps and pump-turbines
• IEC 62097:2009 Hydraulic machines, radial and axial - Performance conversion method from model to prototype
• IEC 62256:2008 Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines - Rehabilitation and performance improvement

Le site www.simturb.com comprend la partie hydraulique de cette formation avec plus de détails et d'outils de calcul et de conception.