Hydroélectricité
Améliorer l’efficacité des turbines
par Éric Cyr
Le laboratoire des machines hydrauliques de l’Université Laval de Québec a récemment annoncé le lancement du projet Tr-Francis, une vaste étude qui vise à améliorer la performance et la fiabilité des turbines productrices d’électricité au cœur des barrages hydroélectriques canadiens. Le projet disposera d’un financement de plus de 6,6 M $ réparti sur cinq ans qui sera assuré par le Consortium en machines hydrauliques, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et Innovation en énergie électrique (InnovÉÉ).
La directrice du laboratoire qui est aussi professeure à la Faculté des sciences et de génie de l’Université Laval, Claire Deschênes, explique que l’hydroélectricité constitue la première source d’énergie renouvelable au monde et représente 59 % de la production électrique canadienne et 94,5 % de la production québécoise, la majorité étant produite par des turbines de type Francis.
« Au cours des 20 dernières années, cette production d’énergie a évolué pour s’adapter à la déréglementation du marché et à l’introduction d’autres sources d’énergies renouvelables intermittentes sur le réseau électrique. Les turbines électriques doivent maintenant être démarrées et arrêtées beaucoup plus souvent et doivent passer un temps considérable dans des conditions non optimales où les contraintes mécaniques sont plus élevées. Ces changements entraînent des pertes de production et des coûts d’entretien accrus en raison d’un vieillissement prématuré des équipements. »
C’est à cette problématique particulière que le projet s’intéressera. L’équipe étudiera les interactions entre l’écoulement de l’eau et les éléments mobiles des turbines fonctionnant en régimes transitoires et sans charge à l’aide de simulations numériques et de mesures expérimentales sur modèle réduit. Selon cette dernière, les connaissances ainsi acquises permettront d’optimiser la puissance électrique produite, d’améliorer la fiabilité des équipements, de réduire les temps d’arrêt pour l’entretien et d’augmenter la durée de vie des machines.
Le Québec, un chef de file
L’expertise québécoise en la matière est unique en Amérique du Nord grâce notamment au Laboratoire de machines hydrauliques (LAMH) situé au Département de génie mécanique de l’Université Laval. Celui-ci permet aux étudiants et aux chercheurs de mener des expériences à l’aide de turbines dont la taille varie de 1/8 à 1/15 de celles utilisées dans les grandes centrales du Québec. La boucle d’essai du LAMH permet de recréer en laboratoire les débits d’eau et les hauteurs de chute semblables à ceux d’un barrage hydroélectrique, toutes proportions gardées.
Expertise et savoir de pointe
Le lancement de ce projet a eu lieu à l’occasion d’une cérémonie soulignant le renouvellement du Consortium en machines hydrauliques, un centre de recherche inauguré en 2007 qui regroupe plusieurs des plus importants partenaires publics et privés dans le domaine de l’hydroélectricité au pays, notamment Hydro-Québec, Andritz Hydro, GE Énergies renouvelables Canada, Voith Hydro et Électricité de France (EDF). La porte-parole des partenaires du consortium et chercheure à l’Institut de recherche d’Hydro-Québec, Anne-Marie Giroux, confie que ce projet permettra des avancées importantes en matière de fiabilité et de pérennité des équipements de production hydroélectriques et confirmera le leadership international du LAMH et du Consortium dans le domaine. Le directeur général d’InnovÉÉ, André St-Pierre, parle de l’éclosion d’un maillage stratégique entre des acteurs clés de la filière électrique au Québec.