La turbine Pelton (également traduite par « roue hydraulique Pelton » ou « turbine Bourdain ») est une sorte de turbine à impact, développée par l'inventeur américain Lester W. Développée par Alan Pelton. Les turbines Pelton utilisent l'eau pour s'écouler et frapper la roue hydraulique pour obtenir de l'énergie, ce qui est différent de la roue hydraulique traditionnelle à injection ascendante entraînée par le poids de l'eau elle-même. Avant la publication de la conception de Pelton, plusieurs versions différentes de la turbine à impact existaient, mais elles étaient moins efficaces que la conception de Pelton. Une fois que l'eau quitte la roue hydraulique, elle a généralement encore de la vitesse, gaspillant une grande partie de l'énergie cinétique de la roue hydraulique. La géométrie des pales de Pelton est telle que la roue quitte la roue à une vitesse très faible après avoir fonctionné à la moitié de la vitesse du jet d'eau ; par conséquent, la conception de Pelton capte presque entièrement l'énergie d'impact de l'eau, de sorte qu'elle possède une turbine hydraulique à haut rendement.
Une fois que le flux d'eau à haut rendement et à grande vitesse pénètre dans la canalisation, la forte colonne d'eau est dirigée vers les pales du ventilateur en forme de godet de la roue motrice via la vanne à pointeau pour entraîner cette dernière. Ces pales, également appelées pales de ventilateur à impact, entourent la périphérie de la roue motrice et constituent collectivement la roue motrice. (Voir la photo pour plus de détails, turbine Pelton vintage). Lorsque le jet d'eau frappe les pales du ventilateur, la direction de l'écoulement de l'eau change en fonction de la forme du godet. La force de l'impact exerce un moment sur le godet et le système de roue motrice, et l'utilise pour faire tourner la roue motrice. Le sens d'écoulement de l'eau est « irréversible » ; la sortie d'eau est placée à l'extérieur du godet, ce qui réduit le débit à une vitesse très faible. Au cours de ce processus, l'impulsion du jet de fluide est transmise à la roue motrice, puis à la turbine hydraulique. Le choc peut donc effectivement alimenter la turbine. Afin de maximiser la puissance et l'efficacité de la turbine, le système rotor-turbine est conçu pour doubler la vitesse du jet de fluide sur l'auget. Une très faible proportion de l'énergie cinétique initiale du jet de fluide reste dans l'eau, ce qui permet au godet de se vider et de se remplir à la même vitesse (voir conservation de masse), permettant ainsi l'injection continue du fluide haute pression. Aucune énergie n'est gaspillée. Généralement, deux augets sont montés côte à côte sur le rotor, ce qui permet de répartir le débit d'eau en deux tubes égaux pour le jet (voir photo). Cette configuration équilibre les forces latérales sur le rotor et contribue à la fluidité du fonctionnement, tandis que l'énergie cinétique des jets de fluide est également transférée au rotor de la turbine hydraulique.
L'eau et la plupart des liquides étant quasiment incompressibles, la quasi-totalité de l'énergie disponible est captée dès le premier étage, après l'entrée du fluide dans la turbine. Les turbines Pelton, quant à elles, ne possèdent qu'une seule section de roue mobile, contrairement aux turbines à gaz qui fonctionnent avec des fluides compressibles.
Applications pratiques : les turbines Pelton sont parmi les meilleures pour la production d’énergie hydroélectrique et sont les plus adaptées à l’environnement lorsque la source d’eau disponible présente des hauteurs de chute très élevées et des débits faibles. Par conséquent, dans un environnement à forte chute et à faible débit, la turbine Pelton est la plus efficace ; même divisée en deux flux, elle conserve théoriquement la même énergie. De plus, les conduits utilisés pour les deux flux d’injection doivent être de qualité comparable, l’un nécessitant un tube long et fin, l’autre un tube court et large. Les turbines Pelton peuvent être installées sur des sites de toutes tailles. Il existe déjà des centrales hydroélectriques équipées de turbines Pelton hydrauliques à arbre vertical de la classe des tonnes. Leur plus grande unité d’installation peut atteindre 200 MW. Les plus petites turbines Pelton, en revanche, ne mesurent que quelques centimètres de large et peuvent être utilisées pour extraire de l’énergie de cours d’eau ne délivrant que quelques litres par minute. Certains systèmes de plomberie domestique utilisent des roues hydrauliques de type Pelton pour l’alimentation en eau. Ces petites turbines Pelton sont recommandées pour une utilisation à des hauteurs de chute de 9,1 m ou plus afin de produire une puissance importante. Actuellement, compte tenu du débit d'eau et de la conception, la hauteur de chute du site d'installation de la turbine Pelton est idéalement comprise entre 14,9 et 1 799,8 mètres, mais il n'existe aucune limite théorique pour le moment.
Date de publication : 02/04/2022
