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Posté par Adrien le Lundi 18/12/2017 à 00:00
Au coeur des turbines

Photo: CRSNG
Claire Deschênes et son équipe effectueront des tests sur un système reproduisant un barrage hydroélectrique à petite échelle installé dans leur laboratoire du pavillon Adrien-Pouliot.
L'équipe de Claire Deschênes étudie les turbines Francis pour les adapter aux nouvelles réalités de la production hydroélectrique.

Au milieu des années 1800, l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la...) britanno-américain James Bichens Francis mettait la dernière touche à un modèle de turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen d'un arbre.) qui est devenu, depuis, le plus répandu dans les barrages hydroélectriques en Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique;...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et ailleurs dans le monde (Le mot monde peut désigner :). Même si la turbine Francis a plus de 150 ans d'existence et que ses conditions optimales d'utilisation sont bien connues, il reste encore des choses à apprendre pour en améliorer la durabilité et le rendement. C'est justement à cette tâche que s'attaqueront, au cours des cinq prochaines années, Claire Deschênes et son équipe du Département de génie mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un...) et du Laboratoire de machines hydrauliques de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) Laval.

Pour y arriver, la professeure Deschênes dispose d'un financement de 4 M$ provenant de deux sources. La première est une subvention (Une subvention est une aide financière, c’est-à-dire une somme d’argent, qui est allouée par une institution publique ou privée à une personne ou une organisation privée ou publique dans le cadre d'un projet....) RDC du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada ainsi que du Consortium en machines hydrauliques qui regroupe Hydro-Québec (Hydro-Québec est une société d'État appartenant au gouvernement du Québec. Elle est responsable de la production, du transport et de la distribution de l’électricité au Québec. Son siège social est situé à...), Andritz Hydro, GE Énergies renouvelables Canada, Voith Hydro et Électricité de France (Électricité de France (EDF) est une entreprise publique créée le 8 avril 1946 à la suite de la proposition de nationalisation des biens de diverses entreprises de production, de transport et de distribution d’électricité. Cette mesure...). L'autre source de financement est InnovÉÉ, un regroupement sectoriel de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) industrielle qui favorise le renforcement de l'écosystème d'innovation en énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est...) au Québec. Les partenaires du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) ajouteront des contributions en biens et services totalisant 2,6 M$.

L'équipe de Claire Deschênes s'intéressera à un problème qui est apparu au cours des deux dernières décennies avec l'ajout sur les réseaux électriques d'autres sources d'énergie renouvelable (Une énergie renouvelable est une source d'énergie se renouvelant assez rapidement pour être considérée comme inépuisable à l'échelle de temps humaine. Les énergies renouvelables sont...), comme les éoliennes et les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille…. On...) solaires, ou encore avec la vente d'électricité à l'étranger. Contrairement à l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) que l'on peut accumuler derrière un barrage (Un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à réguler l'écoulement naturel de l'eau pour permettre...), le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont...) et le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) ne peuvent être stockés pour une utilisation ultérieure, explique la professeure Deschênes. Pour maintenir l'équilibre entre la production et la demande d'électricité sur le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...), il faut ralentir ou stopper les turbines des centrales hydroélectriques ou encore démarrer les turbines à l'arrêt. "Les ralentissements, les arrêts et les démarrages entraînent des contraintes mécaniques qui provoquent une usure prématurée des turbines, souligne la chercheuse. De plus, pendant ces périodes de transition, les turbines fonctionnent dans des conditions sous-optimales, ce qui en diminue le rendement. Ces changements entraînent des pertes de production et des coûts d'entretien accrus."

Les travaux de l'équipe de Claire Deschênes visent à mieux comprendre comment les démarrages répétés créent des contraintes sur les éléments mobiles des turbines et exacerbent les problèmes structurels et l'apparition de fissures. Les chercheurs effectueront des tests sur un système reproduisant un barrage hydroélectrique à petite échelle installé dans leur laboratoire du pavillon Adrien-Pouliot. On y trouve un réservoir de 270 m3 d'eau, une pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) dont le débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) peut atteindre 1 m3 à la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle plan. La...) et un circuit sur lequel on installera un modèle réduit de turbine Francis. Ce modèle s'inspire des turbines installées au barrage Jean-Lesage, mais le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la...) de sa roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) équivaut à 2 / 15 de celui de la roue réelle de 5 mètres. "Il faudra deux ans pour réaliser le montage expérimental et pour mettre la turbine modèle en eau. Si tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) se déroule comme prévu, nous pourrons commencer à prendre des mesures en 2020, souligne Claire Deschênes. Nos travaux feront avancer les connaissances et ils serviront à valider les modèles numériques qui permettront d'améliorer le design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets, d'environnements ou d'œuvres graphiques, à la fois fonctionnels, esthétiques et...) des turbines et d'optimiser leur utilisation pour des conditions d'arrêts et de démarrages fréquents."

Ce projet sur les turbines Francis permettra l'embauche d'un nouveau professeur au Département de génie mécanique et la formation de 10 étudiants à la maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et correspond à différents niveaux selon...), de 5 étudiants au doctorat (Le doctorat (du latin doctorem, de doctum, supin de docere, enseigner) est généralement le grade universitaire le plus élevé. Le titulaire de ce grade est le docteur. Selon les pays et les époques, le doctorat...) et de 3 stagiaires postdoctoraux.

Claire Deschênes et son équipe effectueront des tests sur un système reproduisant un barrage hydroélectrique à petite échelle installé dans leur laboratoire du pavillon Adrien-Pouliot.

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Source: Jean Hamann - Université Laval
 
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