La première centrale hydroélectrique au monde a été construite en France en 1878 et utilisait des générateurs hydroélectriques pour produire de l'électricité. Jusqu'à présent, la fabrication de générateurs hydroélectriques a été considérée comme le fleuron de l'industrie française. Pourtant, dès 1878, les premières ébauches de générateurs hydroélectriques existaient. En 1856, le générateur à courant continu commercial de la marque Lianlian Alliance était commercialisé. En 1865, le Français Casseven et l'Italien Marko imaginaient combiner un générateur à courant continu et une turbine hydraulique pour produire de l'électricité. En 1874, le Russe Piroski proposait également un dispositif permettant de convertir l'énergie hydraulique en énergie électrique. En 1878, les premières centrales hydroélectriques au monde furent construites à Gragside Manor en Angleterre et à Sirmite, près de Paris, en France, et les premiers générateurs hydroélectriques à courant continu firent leur apparition. En 1891, le premier générateur hydroélectrique moderne (Laufen) fut créé par la société Ruitu Olican. De 1891 à nos jours, d'énormes progrès ont été réalisés dans la technologie des générateurs hydroélectriques pendant plus de 100 ans.
Phase initiale (1891-1920)
Lors des débuts de l'hydroélectricité, on associait un générateur de courant continu ou un alternateur classique à une turbine hydraulique pour former un groupe hydroélectrique. À cette époque, il n'existait pas de générateur hydroélectrique spécifiquement conçu à cet effet. La construction de la centrale hydroélectrique de Lauffen en 1891 marqua l'apparition d'un tel générateur. Les premières centrales étant de petite taille et isolées, avec une faible capacité de production, les paramètres des générateurs étaient très hétérogènes, avec des tensions et des fréquences variées. La plupart des groupes hydroélectriques étaient de forme horizontale. De plus, la majorité des premiers groupes hydroélectriques fonctionnaient en courant continu ; par la suite, apparurent des groupes hydroélectriques monophasés, triphasés et biphasés.
Parmi les entreprises de fabrication de générateurs hydroélectriques les plus connues au début de l'ère, on peut citer BBC, Oelikon, Siemens, Westinghouse (WH), Edison et General Motors (GE), etc. Les machines représentatives de production d'énergie par turbine hydroélectrique comprennent le générateur à turbine triphasé de 300 ch de la centrale hydroélectrique de Laufen (1891), le générateur triphasé de 750 kW de la centrale hydroélectrique de Folsom aux États-Unis (fabriqué par GE Corporation, 1893), et le générateur hydroélectrique biphasé de 5 000 ch de la centrale hydroélectrique d'Adams, du côté américain des chutes du Niagara (Niagara Falls), les générateurs hydroélectriques horizontaux de 12 MV/A et 16 MV/A (1904-1912) de la centrale d'Ontario, du côté canadien des chutes du Niagara, et un générateur hydroélectrique de 40 MV/A fabriqué par GE en 1920. La centrale hydroélectrique de Hellsjön, en Suède, a été construite en 1893. Elle était équipée de quatre groupes hydroélectriques horizontaux triphasés de 344 kVA fonctionnant en courant alternatif. Ces générateurs étaient fabriqués par la société suédoise General Electric (ASEA).
En 1891, l'Exposition universelle se tint à Francfort, en Allemagne. Afin de démontrer la transmission et l'application du courant alternatif lors de cet événement, les organisateurs installèrent un groupe hydroélectrique à turbine dans la cimenterie Portland de Laufen, située à 175 km de là. Ce groupe alimentait l'éclairage de l'exposition et entraînait un moteur à induction triphasé de 100 ch. Le groupe hydroélectrique de la centrale de Laufen fut conçu par Brown, ingénieur en chef de la société Ruitu Oerlikon, et fabriqué par cette même société. Il s'agissait d'un générateur triphasé horizontal de 300 ch, tournant à 150 tr/min, à 32 pôles, fonctionnant à 40 Hz, avec une tension de phase de 55 à 65 V. Son diamètre extérieur était de 1 752 mm et la longueur de son noyau de fer de 380 mm. Le stator du générateur comporte 96 encoches fermées (appelées trous à l'époque). Chaque pôle et chaque phase est constitué d'une tige de cuivre. L'encoche de la tige est isolée par une plaque d'amiante de 2 mm, et son extrémité est une tige de cuivre nue. Le rotor est constitué d'un anneau encastré et de pôles à griffes pour l'enroulement d'excitation. Le générateur est entraîné par une turbine hydraulique verticale via un engrenage conique et est alimenté par un autre petit générateur hydraulique à courant continu. Le rendement du générateur atteint 96,5 %.
La mise en service réussie des hydrogénérateurs de la centrale de Laufen et leur transport jusqu'à Francfort constituent le premier essai industriel de transmission de courant triphasé de l'histoire. Il s'agit d'une avancée majeure dans l'application pratique du courant alternatif, et plus particulièrement du courant alternatif triphasé. Ce générateur est également le premier hydrogénérateur triphasé au monde.
Ce qui précède décrit la conception et le développement des générateurs hydroélectriques au cours des trente premières années. En réalité, l'évolution de cette technologie se caractérise généralement par des phases de développement tous les 30 ans. Ainsi, la période de 1891 à 1920 correspond à la phase initiale, celle de 1921 à 1950 à la phase de croissance technologique, celle de 1951 à 1984 à la phase de développement rapide, et celle de 1985 à 2010 à la phase de développement stable.
Date de publication : 9 septembre 2021
