Turbines à impulsion vs turbines à réaction : différences clés et fonctionnement

Généralement, les turbines hydrauliques se classent en turbines à impulsion et turbines à réaction, avec des différences entre elles. Une majeure est le mode d'échange d'énergie entre le fluide et la turbine. Leur similitude : les turbines hydrauliques convertissent l'énergie potentielle et cinétique de l'écoulement d'eau en énergie mécanique. Explications détaillées suivront.

Cet article présente la différence entre turbine à impulsion et turbine à réaction, et leur fonctionnement. Les différences sont aussi présentées sous forme de tableau.

Différence entre turbine à impulsion et turbine à réaction

Turbine à impulsion

Fonctionne selon le principe de la 2^e loi de Newton. Au lieu de pales sur le moyeu du rotor, plusieurs godets elliptiques demi-taille sont fixés. Quand l'eau frappe les godets à haute vitesse, le rotor tourne : l'énergie cinétique de l'eau est convertie en énergie mécanique de rotation. L'électricité est générée quand un bout de l'arbre de turbine est connecté au générateur. Exemples : Pelton, Turgo, Cross-flow.

Les turbines Pelton et Turgo sont similaires en construction. Cependant, la turbine Cross-flow est une modification de turbine à impulsion classée comme telle car le rotor tourne à pression atmosphérique et non en turbine submergée.

Schéma de turbine à impulsion :

Regardez la vidéo ci-dessous pour comprendre le fonctionnement d'une turbine de type impulsion :

Turbine à réaction

Dans une turbine à réaction, la somme de l'énergie potentielle et cinétique de l'eau, due à la pression et à la vitesse respectivement, fait tourner les pales. Tout le corps de la turbine est immergé dans l'eau et les variations de pression conjuguées à l'énergie cinétique provoquent l'échange de puissance. Applications généralement à chutes plus faibles et débits plus élevés que le type impulsion.

Les pales de turbine ou pales d'impulseur sont conçues pour générer une force sur un côté quand l'eau s'écoule à travers elles, comme un profil d'aile. Dans un avion, la force produite par un profil d'aile assure la portance. De même ici, la force fait tourner les pales.

Différents types de turbines à réaction ont leurs conditions de fonctionnement idéales. Par exemple :

• Turbines Pelton : préférées pour faible débit et haute chute (80–1600 m)
• Turbines Kaplan : débit élevé requis avec chute faible ou moyenne (2–70 m)
• Turbine Francis : débit moyen et chute moyenne. La Francis combine impulsion et réaction.

Les turbines Francis sont les plus utilisées car elles offrent le rendement le plus élevé et fonctionnent dans une large gamme de conditions.

Schéma de turbine à réaction :

Regardez la vidéo ci-dessous pour apprendre le fonctionnement d'un type de turbine à réaction :

Différence turbine à réaction vs turbine à impulsion sous forme de tableau

Voici la différence entre turbine à impulsion et turbine à réaction en tableau :

Turbine à réaction	Turbine à impulsion
Plus de maintenance requise	Moins de maintenance requise
Seule une partie de l'énergie hydraulique est transformée en énergie cinétique	La totalité de l'énergie hydraulique est transformée en énergie cinétique
Écoulement axial et radial vers la roue de turbine	Direction de l'écoulement tangentielle à la roue de turbine
Degré de réaction entre 0 et 1	Degré de réaction nul
Nécessite débit d'eau élevé et moyen	Nécessite faible débit d'eau
Fonctionne à chutes basses et moyennes	Fonctionne à haute chute
Rendement hydraulique comparativement plus élevé	Rendement hydraulique comparativement plus faible
Exemples : turbines Francis et Kaplan	Exemple : turbine Pelton (roue Pelton)
L'eau entre autour de l'impulseur	L'eau n'est admise que sous forme de jets
Le rotor doit être enfermé dans une carcasse étanche	Carcasses non obligatoires. La carcasse sert de protection
Vitesse et pression varient pendant l'écoulement par l'impulseur. Pression à l'aspiration bien supérieure au refoulement	Vitesse du jet variable, pression restante atmosphérique
Contrôle du débit par aubes directrices. Autres pièces importantes : enveloppe spirale, anneau de répartition, rotor, tube d'aspiration	Contrôle du débit par pointeau (needle valve) dans la tuyère
L'eau remplit le passage entre les pales et, en s'écoulant entre entrée et sortie, effectue un travail sur les pales	La turbine ne tourne pas entièrement, l'air a libre accès aux godets
Pales non symétriques	Pales symétriques
Pression de l'eau diminue pendant l'écoulement	Pression de l'eau constante pendant l'écoulement
Vitesse de travail élevée	Vitesse de travail plus faible que turbine à réaction
Rendement des godets élevé	Rendement des godets faible
Nécessite moins d'espace	Nécessite plus d'espace comparé à la turbine à réaction
La 3e loi de Newton définit le transfert d'énergie	La 2e loi de Newton définit le transfert d'énergie

Conclusion

La différence majeure entre turbine à impulsion et turbine à réaction est le mode d'échange d'énergie entre le fluide et la turbine. Cet article a expliqué la différence sous forme de tableau et leurs principes de fonctionnement en format vidéo.

J'espère que cet article vous a été utile. N'hésitez pas à le partager. Merci de votre lecture, à la prochaine !