Turbine

Turbine, l’un des divers dispositifs qui convertissent l’énergie d’un flux de fluide en énergie mécanique. La conversion est généralement réalisée en faisant passer le fluide à travers un système de passages ou d’aubes stationnaires qui alternent avec des passages constitués d’aubes en forme d’ailettes fixées à un rotor. En disposant le flux de manière à ce qu’une force tangentielle, ou couple, soit exercée sur les pales du rotor, le rotor tourne et du travail est extrait.

Les turbines peuvent être classées en quatre types généraux selon les fluides utilisés : eau, vapeur, gaz et vent. Bien que les mêmes principes s’appliquent à toutes les turbines, leurs conceptions spécifiques diffèrent suffisamment pour mériter des descriptions séparées.

Une turbine hydraulique utilise l’énergie potentielle résultant de la différence d’élévation entre un réservoir d’eau en amont et le niveau d’eau à la sortie de la turbine (le canal de fuite) pour convertir cette soi-disant hauteur de chute en travail. Les turbines hydrauliques sont les successeurs modernes des simples roues à aubes, qui datent d’environ 2 000 ans. Aujourd’hui, la principale utilisation des turbines hydrauliques est la production d’énergie électrique.

La plus grande quantité d’énergie électrique provient toutefois de turbines à vapeur couplées à des générateurs électriques. Les turbines sont entraînées par la vapeur produite dans un générateur alimenté par des combustibles fossiles ou par l’énergie nucléaire. L’énergie qui peut être extraite de la vapeur s’exprime commodément en termes de variation d’enthalpie dans la turbine. L’enthalpie reflète les formes d’énergie thermique et mécanique dans un processus d’écoulement et est donnée par la somme de l’énergie thermique interne et le produit de la pression par le volume. Le changement d’enthalpie disponible à travers une turbine à vapeur augmente avec la température et la pression du générateur de vapeur et avec la réduction de la pression de sortie de la turbine.

Pour les turbines à gaz, l’énergie extraite du fluide peut également être exprimée en termes de changement d’enthalpie, qui pour un gaz est presque proportionnel à la chute de température à travers la turbine. Dans les turbines à gaz, le fluide de travail est de l’air mélangé aux produits gazeux de la combustion. La plupart des moteurs à turbine à gaz comprennent au moins un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. Ces éléments sont généralement montés en tant qu’unité intégrale et fonctionnent comme une machine motrice complète sur un cycle dit ouvert, où l’air est aspiré de l’atmosphère et les produits de la combustion sont finalement rejetés dans l’atmosphère. Comme le succès du fonctionnement dépend de l’intégration de tous les composants, il est important de considérer l’ensemble du dispositif, qui est en fait un moteur à combustion interne, plutôt que la turbine seule. Pour cette raison, les turbines à gaz sont traitées dans l’article moteur à combustion interne.