Hydroélectricité

1
Résumé
L'année dernière nous avons entendu parler des fameuses Olympiades de Physique.
Étant des amies proches toutes autant intéressées par la physique nous avons commencé à
réfléchir à un sujet. Dès lors l'idée de faire un sujet en rapport avec l'actualité nous est
venue. En effet, un chercheur, que ce soit en physique, en neurochimie ou même en
agrologie, a comme priorité de rechercher des solutions aux problèmes qui lui sont
contemporains.
Aujourd'hui peu de problèmes relèvent d'une importance aussi grande et pressante
que la recherche d'énergies qui pourront remplacer les énergies fossiles. Immédiatement
l'énergie hydroélectrique s'est imposée à nous. Nous nous sommes donc documentées et
avons commencé à construire notre maquette dans une démarche de recherche.
Évidemment nous avons rencontré des problèmes (voir en annexe), mais nous sommes
parvenues à les surmonter.
Nous nous sommes axées sur l'optimisation du rendement d'une centrale
hydraulique. Dans un système idéal la centrale hydraulique aurait un rendement de 100%.
Or, dans des conditions normales, les pertes sont nombreuses et parfois assez importantes
pour poser des problèmes. Les pertes principales sont dues aux forces de frottement (les
frottements de l’eau avec le tuyau pendant la chute, celle de l’eau avec les hélices de la
turbine, et bien d’autres). On ne peut pas vraiment minimiser ces pertes-là. En revanche,
nous pouvons choisir le matériel des spires des bobines afin de minimiser la résistance, nous
pouvons aussi minimiser l’intensité du courant en augmentant la tension afin d’avoir des
pertes minimales pendant la transportation et la distribution de l'énergie.
2
SOMMAIRE
Introduction ......................................................... 4
I.
Fonctionnement ......................................................... 5
a) L’eau, source d’énergie .....................................................................5
b) Groupe turbine/alternateur..............................................................8
c) Maquette d’une centrale hydroélectrique........................................9
II.
Les pertes d’énergie ..................................................13
a) Les pertes de la chute d’eau ...........................................................13
b) Les pertes de la turbine ..................................................................15
III.
Quel avenir pour l’énergie hydraulique ? ..................19
a) Des inconvénients sociaux ..............................................................19
b) Une énergie de pointe nécessaire ..................................................19
c) Une énergie durable ........................................................................21
Conclusion .............................................................23
Annexe ..................................................................24
Bibliographie .........................................................25
3
Introduction
De nombreuses civilisations se sont servies de la force de l’eau, qui représentait une
des sources d’énergie les plus importantes avant l’ère de l’électricité. En effet, depuis
l’Antiquité, les hommes ont essayé de contrôler cette force.
Ce fut tout d’abord en 260, près d’Arles qui comportait une succession de moulin à
eau, qu’un aqueduc de 10 km et une chute de 18 mètres fut créée.
4
Entre les deux Guerres Mondiales, l’hydroélectricité connait un développement
spectaculaire avec plus de 50 barrages bâtis entre 1920 et 1940. Puis, en 1962, la moitié de
la production française de l’électricité est d’origine hydraulique.
Les centrales hydrauliques sont une solution mise en œuvre dans la production
d’électricité car elle utilise une énergie renouvelable, et est, par ailleurs, considérée comme
une énergie propre.
A partir de là, une question est soulevée : comment peut-on l’utiliser comme une
source de l’avenir?
Pour répondre à cela, nous allons, à l’aide de la création d’une micro-centrale
hydraulique, présenter le fonctionnement des centrales hydrauliques. Dans un second
temps, nous étudierons les pertes d’énergie engendrées qui peuvent être minimisées, puis
nous parlerons de l’avenir de cette énergie.
5
I.
Fonctionnement
a) L’eau, source d’énergie
L’énergie hydroélectrique nécessite un cours d’eau ou une retenue d’eau. La
centrale exploite l’énergie potentielle créée par le dénivelé de la chute d’eau.
Source image : http://france.edf.com
La centrale se compose d’un réservoir (1), d’une chute d’eau caractérisée par
sa hauteur.
Les forces de frottements étant négligeables dans le tuyau, nous pouvons
appliquer la loi de conservation d'énergie. Ainsi :
Em1 = Em2
Epp1 + Ec1 = Epp2 + Ec2
Epp1 = Ec2
6
En effet, la vitesse de l'eau à la position (1) est nulle, en choisissant comme
référence d'énergie potentielle le niveau (2) on aboutit à Ec1 = Epp2 = 0.
Ainsi donc, l'énergie disponible est Epp1 = m.g.h
avec :



m : la masse d'eau (kg)
h : la hauteur de chute (m)
g : l'accélération de la pesanteur (9,81 m.s-2)
On définit la puissance comme étant :
P = dE/dt
Avec



P : puissance utile de la chute d'eau (W)
E : l'énergie disponible (J)
t : le temps (s)
On peut alors calculer la puissance de la chute d'eau en fonction de sa hauteur,
sachant que, d'après la définition de la masse volumique m=V*ρ
P = d(V*ρ*g*h)/dt
Avec


ρ : masse volumique de l'eau en kg.m3
V : volume d'eau en m3
ρ,g et h étant des constantes, on fait apparaître l'expression du débit volumique
Q=dV/dt
Il en résulte :
P = Q*ρ*g*h
La puissance disponible dans la turbine résulte de la conjonction de deux
facteurs:
- la hauteur de la chute;
- le débit de la chute.
7
On se ramène donc à mesurer le débit de la chute.
Expérience :
8
On remplit la cuve de 0,47 m de longueur et 0,39 m de largeur. On remplit la cuve de
13 cm d'eau de hauteur, on mesure en combien de temps (en secondes) l'eau arrive à 9 cm
de hauteur. On obtient un temps de 7,90 secondes. En sachant que le volume de 4
centimètres de hauteur d'eau dans notre cuve est de 7,33.10^-3 m3, on calcule le débit
d'eau :
7,33.10^-3/7,90= 9,28.10^-4 m3/s
Le débit est de 9.10^-4 m3/s.
On ne garde qu'un chiffre significatif car cette mesure n'est pas très précise. En effet,
on considère que la cuve est un pavé droit, ce qui n'est pas le cas. De plus, il est difficile de
faire des mesures précises au dixième de seconde.
b) Groupe turbine/alternateur
On utilise dans le cas de notre projet une turbine «PELTON» (que l'on a réalisé) qui se
constitue d'une roue à augets. L'alternateur est en prolongement de la turbine, sa vitesse
est donc celle de la turbine (solidarité mécanique). On utilise l'eau pour actionner la turbine,
qui elle va mettre en mouvement les aimants placés en face de bobines fixes. On crée ainsi
du courant induit.
Afin de mettre en évidence l'induction magnétique, nous avons fait une expérience
manuelle.
Expérience : On a utilisé pour cela un aimant droit, une bobine branchée à un oscilloscope.
On a ensuite comparé l'intensité obtenue quand l'aimant est immobile par rapport à la
bobine, lorsque l'on rapproche l'aimant, enfin lorsqu'on l'éloigne. On a utilisé le logiciel
Synchronie afin d'obtenir la courbe suivante :
9
On constate que le va-et-vient d'un aimant devant une bobine produit un courant
alternatif. En effet le déplacement de l'aimant entraine une variation de champ magnétique
au voisinage de la bobine. Il s'en suit une mise en mouvement des électrons au sein du
conducteur, un courant électrique. En effet, s'il n'y a pas de variation de champ électrique,
alors il n'y a pas de production de courant.
Physiquement le flux magnétique Φ du champ à travers la bobine varie. La loi de Lenz
précise que, si une variation de flux Φ(t) apparaît dans un cadre constitué d'un conducteur
électrique, une force électromotrice e(t) apparaîtra aux bornes de ce cadre : e = -dΦ/dt
La bobine devient ainsi une «pile» ce qui entraine la production de courant en son
sein. (On peut alors fournir du courant alternatif.)
c) Maquette d'une centrale hydroélectrique :
Après avoir étudié le fonctionnement d'une centrale hydroélectrique dans son ensemble,
nous avons décidé de fabriquer une maquette à échelle très réduite.
EXPERIENCE : Nous avons utilisé trois bacs en plastiques, un tuyau en cuivre de 2 cm de
diamètre, du polystyrène, des cuillères et une «baguette» en plastique, quatre aimants, du
fil de cuivre isolé de plusieurs dizaine de mètre, des fils conducteurs.
Après avoir créé un couple turbine/alternateur, que nous avons placé dans un des
bacs en plastique, nous avons relié à l'aide du tuyau le bassin rempli d'eau au bac contenant
la turbine, et la LED à l'alternateur (par des fils électriques).
10
Nous faisons l'expérience de la conversion de l'énergie potentielle en électricité grâce
à la maquette.
11
Nous enregistrons les courbes qui nous permettent d'analyser les résultats que nous
avons obtenu :
On remarque que l'on produit 0,27 Volt et que la période est T= 0,11 seconde.
Donc la fréquence f= 1/T = 1/ 0,11 = 9,1 Hertz.
De plus, la résistance de la bobine est de 22,5 Ω, l'intensité du courant est donc,
d'après la formule U = R.I: I= U/R= 0,27/22,5= 0,012 Ampères, ce qui équivaut environ à : 12
mA.
Enfin, la puissance est, d'après la formule: P = R.I^2= 22,5*0,012^2, de 3,24 mW.
Avec un débit de 9.10^-4, on produit 9mW. On suppose que si on veut une plus
grande puissance, il est nécessaire d'avoir un débit plus important.
12
On remarque par ailleurs ceci:
On peut expliquer cette petite chute de tension à cause de l'imperfection du
montage de l'alternateur. En effet, le rotor n'est pas exactement aligné avec le stator. Par
conséquent, le maximum de tension produite par chaque bobine est en décalage par rapport
à celui des autres.
Voyons l'influence du débit sur la tension produite. Pour cela, nous relions un tuyau
au robinet et nous réglons le débit d'eau. Pour connaître le débit, on mesure le temps
nécessaire pour remplir une éprouvette graduée de 125mL (encore une fois, à cause de la
courte durée de cette action, les mesures ne sont pas très précises).
Première expérience : il faut 3,2 secondes pour remplir l'éprouvette. Le débit est
donc de 0,125/3,2 = 0,04L/s = 4e-9 m^3/s. La tension maximale est alors de 0,1V
Deuxième expérience : il faut maintenant 1,3 secondes pour remplir l'éprouvette. Le
débit est de 1e-8 m^3/s. La tension maximale est alors de 0,2V.
Nous en concluons que plus le débit est grand, plus la tension produite est grande.
Nous avons étudié dans cette partie, le mécanisme d'une centrale hydroélectrique.
Grâce à cette étude, nous avons pu réaliser notre propre maquette et produire de
l'électricité. Cependant, nous avons remarqué que lors de la production d'électricité, les
pertes ne sont pas négligeables.
13
II) Les pertes d’énergie
On utilise l’énergie potentielle de pesanteur de l’eau afin de créer de l’énergie
électrique.
Source image : http://france.edf.com
Dans des conditions idéales, ou les forces de frottement sont négligées et il n’y a pas
de pertes dans la turbine,
Em1=Em2=Em3=Eel3=Eel4
avec
Em1
Em2
Em3
Eel3
Eel4
énergie mécanique au point 1 (voir schéma)
énergie mécanique au point 2 (voir schéma)
énergie mécanique au point 3 (voir schéma)
énergie électrique qui sort du transformateur au point 3 (voir schéma)
énergie électrique distribuée aux consommateurs (voir schéma)
Mais ce n’est pas le cas. En effet, il y a des pertes importantes dans le processus de la
transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique.
a) Les pertes de la chute d’eau
L’eau tombe d’une grande hauteur. La vitesse du débit est donc très grande. Nous
pouvons négliger les turbulences des lignes de l’eau car elles sont très faibles. Dans cette
partie on considère donc que l’eau est un fluide parfait. Ainsi, les lignes du débit sont
parallèles.
14
On peut donc appliquer l’équation:
s1v1=s2v2
avec
s1 superficie de a coupe verticale du tuyau à l’entrée de l’eau
s2 superficie de a coupe verticale du tuyau à la sortie de l’eau
v1 vitesse initiale de l’eau
v2 vitesse de l’eau quand il sort du tuyau
Il n’y a donc, dans des conditions idéales, pas de pertes importantes. De plus, comme
le diamètre du tube ne change pas dans sa longueur dans notre maquette, on peut conclure
que la vitesse de l’eau en sortant du tuyau est égale à la vitesse initiale de l’eau.
v1=v2
Or, dans des conditions normales, ou les forces de frottement sont assez
importantes, les pertes pendant la chute de l’eau ne sont pas négligeables. En effet, l’eau ne
sort pas avec la même vitesse que celle du début de la chute. Le frottement de l’eau avec le
tuyau entraine une augmentation de la température de l’eau. De plus, l’eau est freinée.
Il y a donc une variation de l’énergie cinétique pendant le mouvement de l’eau. On
exprime le travail des forces de frottements en fonction de la variation de l’énergie cinétique
de l’eau.
W(f)=Ec3-Ec1
avec
Ec2-Ec1 variation de l’énergie cinétique du point ou l’eau commence la chute
au point où elle met en mouvement la turbine.
On exprime la partie de l’énergie initiale de l’eau qui se transforme en chaleur par la
formule:
Q=mc(T
2-T1)
15
avec
Q chaleur dégagée
m masse de l’eau qui tombe
T2-T1 variation de la température de l’eau pendant la chute
c coefficient (ceau=4180 en unité SI)
Nous pouvons schématiser les transformations et les pertes d’énergie :
Em1=Epp1
Q=mc(T2-T1)
W=Ec3
Ainsi, l’énergie mécanique que possède l’eau dans les barrages est égale à l’énergie
potentielle de pesanteur
Epp=mgH
avec
m masse de l’eau
g = 9,81 m/s2
H hauteur de l’eau
Cette énergie se transforme pendant la chute de l’eau. Une partie est perdue sous la
forme de chaleur Q, l’autre partie est le travail de la chute d’eau qui est égale à l’énergie
cinétique de l’eau dans la turbine car son énergie cinétique dans le barrage est nulle.
b) Les pertes dans la turbine
Il va également y avoir des pertes importantes pendant la production et le transport
de l’électricité.
C’est dans cette partie de la centrale hydraulique que l’énergie cinétique de l’eau est
convertie en énergie électrique. La conversion opérée, appelée conversion
électromagnétique statique, se fait dans les transformateurs qui permettent entre autres
choses, d’alimenter une charge sous une tension différente de celle de la source. Ces
transformateurs permettent plus généralement de transférer, en régime alternatif, de la
puissance électrique d’une source placée à l’entrée du transformateur (circuit dit primaire) à
une charge placée à sa sortie (circuit dit secondaire).
Un transformateur est constitué d’un circuit magnétique fermé sur lequel sont réalisés
deux enroulements conducteurs (fil de cuivre bobiné) électriquement indépendants: le
Stator Disc (conducteurs, spires) et le Rotor Disc (les aimants). C’est ici que commencent les
problèmes car seulement une partie de l’énergie mécanique (mouvement des électrons dans
la turbine) est transformée en énergie électrique.
16
Nous devons prendre en compte le fait qu’une faible partie des lignes de champ
traversant le circuit n’est pas parfaitement canalisée par le circuit magnétique et ne traverse
donc pas le circuit secondaire. Ces pertes sont incalculables et de plus elles sont
négligeables.
Il y a ainsi la formation des courants Foucault (courants qui naissent dans un
conducteur en mouvement dans un champ magnétique) dans le transformateur. Les parties
métalliques dégagent de l’énergie, il y a donc des pertes. Afin d’éliminer ces pertes on
produit la partie métallique dans des plaquettes fines séparées par une substance isolante.
Ce n’est pas totalement efficace, il y a des alternations de la tension dans le transformateur
et le courant induit est accompagné par un effet thermique.
La chaleur dégagée est traduite par la formule:
Q=I2RT
avec
Q chaleur
dégagée
I intensité du courant
R résistance dans le circuit
T temps
Pour minimiser les pertes, il faut changer la résistance. Le fil utilisé pour faire le bobinage
possède une résistivité.
avec
R résistance
l longueur
s section
ρ constante qui dépend de la résistance spécifique du matériel du tuyau
La résistance des bobinages est la première cause de dissipation de puissance dans un
transformateur. Les pertes correspondantes sont les pertes liées à l’Effet Joule.
17
Afin de minimaliser les pertes, on ne peut que faire varier la résistance spécifique. On
varie ainsi la matière du fil. On compare trois métaux, le fer, l’argent et le cuivre. On se rend
compte très vite que l’argent est le métal adéquate pour avoir des pertes minimales, car
ρAg < ρCu < ρFe
car
avec
0,oo38 < 0,0039< 0,005
ρAg résistance spécifique de l’argent en SI
ρCu résistance spécifique de l’argent en SI
ρFe résistance spécifique de l’argent en SI
Or, l’argent est beaucoup trop cher pour être utilisé dans des centrales hydrauliques,
le deuxième métal qui peut minimaliser les pertes est donc le cuivre.
Finalement, la puissance du courant produit par le générateur est:
P=g Q H k
avec
P puissance du générateur
g constante gravitationnelle
Q la quantité de l’eau
H hauteur de la chute d’eau
k coefficient
Nous nous intéresserons aussi à la conversion de puissance qui s’opère entre les lignes
hautes tensions et l’utilisateur. L’énergie électrique est en effet transportée sous hautes
tensions (typiquement 200 à 400 kV) : à puissance donnée, plus la tension est élevée, plus le
courant (et donc les pertes par effet Joule) sont faibles. La distribution se fait, quant à elle,
sous des tensions beaucoup plus basses (220 V).
Enfin, nous pouvons conclure avec un schéma des pertes d’énergie dans ce
processus.
18
Epeau
Eceau
Eturbine=Erotor
Eélectrique(courant induit)
Courant
transformateur
Q=mcΔT
Pertesfrottement
Pertes des courants Foucault
Q=I2RT
19
III.
Quel futur pour l’énergie hydraulique ?
Dans cette partie, nous nous intéresserons particulièrement aux barrages
hydrauliques. Nous étudierons les avantages et les inconvénients de cette énergie
renouvelable pour faire des hypothèses sur son avenir.
a) Des inconvénients sociaux
Les barrages hydroélectriques peuvent présenter un danger pour les populations. En
effet, les barrages peuvent céder sous l’effet du poids, de la pression de l’eau ou des
variations de températures. Les conséquences d’un tel accident sur un barrage de grande
taille seraient dévastatrices pour les installations en aval.
Les risques les plus grands concernent l’appui du barrage sur la fondation, le risque de
glissement de terrain, le risque de dégradation du barrage et d’érosion interne.
Les barrages nécessitent donc un contrôle permanent et exhaustif. Les risques étant très
grands, la surveillance est très stricte et les accidents sont donc très peu probables.
Un autre inconvénient est le déplacement des populations. Les principales zones de
peuplement se trouvent près des cours d’eau, souvent, ce sont donc les zones habitables ou
cultivables qui sont transformées en bassins de retenue.
Les populations locales peuvent donc être contre la construction d’un barrage
hydraulique qui présente des risques et des inconvénients pour eux, mais c’est le seul
argument qui s’oppose à l’hydroélectricité.
b) Une énergie de pointe nécessaire
Un des principaux avantages de l’énergie hydraulique est qu’elle est très économique.
En effet, seuls les frais de construction et de maintenance de la centrale hydraulique sont
importants. Son fonctionnement ne nécessite aucun apport énergétique extérieur,
contrairement aux centrales nucléaires.
De plus, l’énergie hydraulique est la seule énergie renouvelable qui peut être stockée, en
emmagasinant l’énergie potentielle au moyen des barrages. Lorsqu’on relâche l’eau, le débit
maximal est atteint presque immédiatement, et elle fait donc rapidement tourner les
turbines : la puissance maximale est donc atteinte en quelques minutes (à titre de
comparaison, il faut une quarantaine d’heures pour qu’une centrale nucléaire atteigne sa
puissance maximale).
20
Expérience : avec notre maquette évoquée dans la première partie, on réalise
l’enregistrement de la tension produite en fonction du temps au cours du lancement et de
l’arrêt de notre centrale en débouchant puis rebouchant la sortie d’eau.
Nous observons qu’au bout de 2,5 secondes, la turbine produit sa tension maximale
de 2,7 V. Le lancement d’une centrale est donc effectivement rapide.
Par conséquent, l’énergie hydraulique peut-être une énergie de pointe. Elle permet
d’ajuster la production d’électricité assurée principalement par les centrales nucléaires
lors des pics de consommation : heures de pointes, grands froids, incidents sur le réseau.
Certaines centrales, les stations de
transfert d'énergie par pompage (STEP), sont
particulièrement adaptées à cela. Pour éviter
le gaspillage d’énergie en heures creuses, le
surplus d’électricité est utilisé pour pomper
l’eau du bassin inférieur vers le bassin
supérieur. Le pompage nécessitant moins
d’énergie que celle produite par la centrale,
les pertes ne sont que de 15 à 30% environ.
21
L’énergie hydraulique présente donc des avantages pratiques et économiques. Elle
pourra servir, dans le futur, de soutien aux autres formes de production d’énergie. Mais
pourra-t-elle les remplacer ?
c) Les centrales hydrauliques : une énergie durable
Un des objectifs des chercheurs est de tenter de trouver des solutions aux problèmes qui
se posent à leurs contemporains. Dans le contexte énergétique mondial actuel, une des
priorités de tous les gouvernements est de trouver des nouvelles énergies peu ou très peu
polluantes et renouvelables. Il apparaît clairement que l'hydroélectricité est la première des
énergies renouvelables.
Elle possède de nombreux avantages :

Les centrales ne produisent aucun dégagement de CO 2 ou gaz à effet de serre. Chose
que l'on peut aisément vérifier à l'aide d'eau de chaux. Considérant le contexte
actuel et les lignes de conduite écologiques que doivent suivre les États, c'est un
avantage indéniable sur toutes les sources d'énergie fossile. C'est pourquoi cette
énergie trouvera un développement considérable dans les années à venir.

Elle ne consomme pas d'énergie ou de matières premières. En effet, l'eau qui sert à
faire tourner les turbines n'est pas altérée. Toute la quantité d'eau qui pénètre dans
la centrale en ressort en même quantité et sans s'être imprégnée de différentes
matières toxiques et polluantes. L'eau est une ressource qui appartient à tous : elle
peut utiliser sans soucis aussi bien dans l'irrigation, que dans les besoins en eau
potable, l'industrie mais aussi le tourisme. Les centrales hydrauliques s'intègrent
dans le cycle naturel de l'eau. Cette énergie peut donc être utilisée indéfiniment,
contrairement à la source d'énergie principale aujourd'hui : les combustibles fossiles.

Aucun déchet n'est rejeté par ces centrales contrairement aux centrales nucléaires
qui produisent non seulement des déchets, mais en plus des déchets non recyclables
(à l'heure actuelle). Donc, de ce point de vue là, aucun problème à moyen ou long
terme n'est présent.

Le potentiel hydroélectrique n'est exploité qu'à 10% seulement. Il est possible de
construire de nombreuses centrales, notamment en France où le relief et le nombre
de ruisseaux, rivières et autres nous oblige à nous tourner vers l'énergie
hydroélectrique.
Mais, malgré tous ces avantages, elle possède quelques défauts de ce même point de
vue écologique.

Modification des écosystèmes présents auparavant. En effet, la création d'un barrage
n'est pas sans conséquence sur la faune et la flore présentes. La création du bassin de
rétention inonde toute une plaine détruisant tout un écosystème. De plus, les
22
centrales modifient le cycle des rivières notamment celui du limon déposé sur les
rives après une crue qui est un engrais très usité. Pour compenser ces pertes, les
agriculteurs sont parfois contraints de se tourner vers l'utilisation d'engrais
synthétiques qui ont bien souvent des conséquences désastreuses sur
l'environnement.

Il n'est pas tout à fait exact qu'il n'y a aucun dégagement de gaz à effet de serre par
ces centrales. En effet, dans les zones tropicales, tous les végétaux qui pourrissent
après inondation d'une plaine vont dégager des gaz notamment du méthane. On
peut cependant noter que le méthane, comparé au dioxyde de carbone a une durée
de vie plus courte.
Contrairement aux autres formes d’énergie renouvelables ou non, l’énergie hydraulique
est propre. On peut donc imaginer que son importance s’accroitra dans le futur. C’est pour
cela qu’il faut chercher à améliorer les techniques.
23
Conclusion
Les centrales hydroélectriques sont un moyen efficace, économique et écologique
d’obtenir de l’électricité. Nous nous y sommes intéressées et nous avons entrepris de
fabriquer nous-mêmes une mini-centrale hydroélectrique. Nous avons créé une maquette et
cherché le meilleur moyen de minimiser les pertes.
Nos expériences variées nous ont permis de mieux comprendre le mécanisme
général des centrales hydroélectriques. Les difficultés rencontrées nous ont obligé à
travailler toujours plus en profondeur le sujet.
Cette expérience a été très enrichissante. Elle a permis au groupe d’étudier des
phénomènes physiques assez poussés et de repousser en même temps nos propres limites.
Les Olympiades de Physique nous ont permis d’entreprendre une démarche de recherche et
de faire de la physique autrement que dans le cadre des cours.
Nous tenons à remercier M. Faye, Mlle De Reguardati, M. Kosciusko, Mme
Charpentier et Mme Lutaj pour l’aide qu’ils nous ont apportée tout au long de notre projet.
24
Annexe
Récit de nos aventures
Pour commencer, nous nous sommes rendues dans un magasin de bricolage pour trouver
tout le matériel nécessaire. Après deux heures de recherche dans ce magasin, nous sommes
sorties du magasin avec :











un tube de cuivre. Longueur 1m Largeur 1,8cm
une grande caisse en plastique pour faire notre réservoir du bas
une grande caisse de même contenance que la précédente mais plus haute que
étendue
deux petites caisses pour y construire la turbine car nous hésitions quant à la plus
pratique
deux bobines de 50m de cuivre non isolé
4 aimants ronds de moyenne puissance
une colle tout matériaux et un joint silicone
des cuillères en plastiques pour notre turbine
du scotch isolant
une aiguille à tricoter
une mousse solide et étanche
25
Nous nous sommes ensuite attelées à la construction de notre maquette. Certaines
réalisant la turbine, d'autres les bobines et aussi au perçage des différentes cuves.
Réalisation des bobines
Bobines terminées
Une fois notre maquette réalisée, un premier problème nous est apparu : comment
rendre étanche la cuve supérieure ? Nous avons alors réalisé différents procédés afin de
trouver celui qui convient.
Nous avons alors essayé pour la première fois notre turbine finie. Malheureusement,
un autre problème nous est apparu : nous ne produisions que des millivolts !
Notre turbine
Notre production d'électricité
En effet, nous avions pris un fil non isolé. Les spires étaient donc en contact direct.
Cela ne pouvait produire un courant important. Nous avons donc ajouté à la liste de matériel
du fil de cuivre isolé. Et pour être certaines d'augmenter notre production d'énergie, nous
avons décidé de chercher d'autres aimants plus efficaces.
26
Après avoir recherché le fil adapté pendant
toute une après-midi dans tout Paris, nous
avons finalement trouvé du fil qui correspond
! C'était du fil d'aluminium (métal très
conducteur) gainé et très fin. Nous en avons
acheté 100m. Ici, nous avons encore
rencontré un problème : il n'existait pas de
bobines de 100m, donc nous en avons acheté
à la coupe. Mais nous n'avons pas été assez
rapides pour enrouler le fil autour de notre
bobine par rapport à la vitesse du vendeur. Le
résultat de cette maladresse a été près de
100m de nœuds. Nous avons donc passé deux ²
heures à démêler ce fil tant recherché ! Mais
nous n'avons pas abandonné.
Une fois notre bobine de fil démêlée et nos quatre nouveaux aimants très puissants,
nous avons pu reconstruire notre turbine et ainsi réaliser toutes les expériences que nous
voulions !
Notre montage final !
27
Bibliographie
Dictionnaire Encyclopédique Quillet
http://energie.edf.com
http://www.developpement-durable.gouv.fr/
http://medias.edf.com
http://www.ecosources.info
http://services-techniques.met.wallonie.be
http://generationsfutures.chez-alice.fr
http://enrj.renouvelables.free.fr
http://www.energies-renouvelables.org
http://www.photeus.info
http://www.riaed.net
http://www.avenir-energies.com
http://greenlearning.ca
http://www.econologie.com
http://www.planete-energies.com
http://energies2demain.com
http://www.hydroroues.fr
http://www.connaissancedesenergies.org
28