CONSTRUCTION ET DONNÉES
USUELLES D’ ÉTABLISSEMENT
Les roues hydrauliques, connues de l’antiquité, ne présentent plus guère
sur un plan énergétique de grande envergure qu’un
intérêt rétrospectif, étant remplacées dans la plupart des cas par des
turbines, dont l’emploi s'est généralisé de plus en plus. Toutefois, on les
rencontre encore en plaine où elles représentent le type des anciennes
installations à force motrice hydraulique et certaines sont encore en
activité.
Enfin certains amateurs des choses posées leur accordent encore toute leur
faveur , et l'auteur de ce site fait partie de ces amateurs , même si son
admiration pour les turbines n'est pas moins grande .
On rappellera d'abord ce que l'on pourrait
attendre d'une chute d'eau utilisée comme générateur de force motrice.
On verra comment se calcule la puissance théorique (formule
puissance)
La puissance réellement obtenue dépend du rendement de l'installation et en premier lieu de celui de la roue .
Nous allons décrire les types de roue les plus répandus , en spécifiant les conditions usuelles d’établissement de chaque genre, afin d’en différencier l’emploi.
Les roues hydrauliques se classent d’après le point d’admission de l’eau dans les augets; on distingue :
1 les roues au dessus
2 les roues de poitrine
3 les roues de côté
4 les roues en dessous
5 et la roue au fil de l'eau !
Nous étudierons en détail les types 1 , 2 4 et 5 laissant de coté les
roues .....de coté qui
en pratique offrent moins d'intérêt
Dans de nombreuses configurations , les augets
doivent être fermés latéralement pour que l'eau ne s'échappe pas. C'est
notamment le cas des roues en dessus
Il nous faudra nous intéresser aussi à l'exploitation
des roues et aux problèmes qui sont posés .
Après un flash sur les différents types le calcul que nous présentons en
détail pour la roue en dessus alimentée avec tête d'eau ne sera par
réitéré pour d'autres types de roues , le mode de calcul restant le même si
on a bien assimilé les connaissances de base en hydraulique qui sont proposées.
ROUES AU DESSUS
Elles se composent, en principe , de deux
couronnes annulaires montées sur un axe horizontal et entre lesquelles sont
fixées des cloisons ou aubes fermées du côté intérieur par un plancher
circulaire .
L’eau introduite entre deux aubes consécutives se trouve ainsi
contenue dans une sorte de vase appelé auget ou autrefois pot.
Elle détermine, par l’effet surtout de son poids, le mouvement de rotation de la roue et s’écoule ensuite à l’extérieur de l’auget, quand celui-ci arrive à la partie inférieure.
Elles reçoivent l‘eau à leur partie supérieure par un canal d’amenée et donnent lieu à deux dispositions.
Elles peuvent être avec ou sans tête d'eau
C. L’écoulement de l’eau se fait par le coursier supérieur
S, légèrement incliné. Cette disposition s’en> ploie surtout lorsque le
niveau d’amont est variable. Le débit est réglé par la vanne. Les roues
sans tête d’eau reçoivent l’eau directement d’une huche , qui
fouille un déversoir nové et dans le prolongement du canal d’amenée.
Leur construction est apparue bien après celle des roues à simple pales que
nous verrons plus loin
Pour ceux qui veulent étudier plus à fond le fonctionnement d'une roue avec tête d'eau cliquer sur le lien suivant
Roue en dessus
Calculs pour en savoir plus
(Les calculs assez détaillés faits pour ce type de roue notamment ne seront pas
répétés pour tous les autres types de roues à augets car le lecteur intéressé
pourra faire lui même les calculs en partant de nos exemples .)
Dans la suite du mouvement l'eau est pratiquement immobile dans les augets et travaille uniquement par gravité.
Cependant à partir d'un certain niveau les augets se vident prématurément .et l'énergie est partiellement perdue
Il faut encore éviter que les augets barbotent dans le canal de fuite d'autant plus qu'ils tournent dans le sens inverse de l'écoulement de la rivière.
Sur le
plan du rendement cette roue est l'une des meilleures mais les imperfections
inévitables dues à la conception même et que nous étudierons en détail
limitent le rendement à une valeur bien plus faible que celui des
turbines .
La roue sans tête d"eau, qui se calcule comme on le verra de façon
similaire , conduit à une roue plus grande , plus lente , avec un rendement un
peu amélioré
ROUE DE POITRINE
Si la chute est de faible hauteur on a
parfois recours à une attaque de l'eau à une hauteur inférieure au diamètre
de la roue
Cette méthode permet d'obtenir un bon rendement , à peu près égal à celui
de la roue en dessus sans tête d'eau .
On remarque immédiatement que l'eau arrive à
faible vitesse comme dans la roue en dessus sans tête d'eau .
L'injection de l'eau se fait souvent sur 2 à 3 augets simultanément ; c'est à
dire que les augets ne se remplissent que progressivement.
La vitesse de la roue sera calculée en conséquence .
Enfin si on examine la question des triangles des vitesses , on voit rapidement
que l'on se heurte à de grandes difficultés si on conserve la direction de
l'eau telle qu'elle est donnée par la nature !
Sue le dessin on a figuré un angle ou on trouve les directions de la vitesse d'entraînement
et de la vitesse relative
Pour guider l'eau les constructeurs de ces roues utilisaient des vannages complexes
avec directrices de guidage
Telle que le dessin le fait apparaître ,
l'injection de l'eau sans guidage ne peut convenir.
Il faut installer un vannage assez complexe pour que la vitesse d'entrée de
l'eau ait une direction située à l'intérieur de l'angle défini par la
vitesse d'entraînement et la vitesse relative le long de l'aubage .
pour ce type de roue l'admission de l'eau se fait en sens inverse de la roue en
dessus ; de plus il:faut savoir que l'engorgement des augets par manque
d'aération oblige à prévoir des évents dans le plancher.
Pour ces questions de vitesse et de tracé , se reporter aux calculs de la Roue en dessus
Finalement , la roue de poitrine est de construction assez complexe et ses
dimensions sont grandes
ROUE DE COTE
Si l'injection se fait en dessous de l'axe de la roue celle-ci est appelée roue
de coté.
Cette appellation est curieuse car on s'attendrait avec cette désignation à ce
que l'injection soit perpendiculaire à la roue .
Certains distinguent les vraies roues de coté et
les fausses , ces dernières étant les plus répandues
L ' image ci contre représente une roue de coté avec tête d'eau
On lira dans la page roues avec
ou sans tête les commentaires à ce sujet qui concernent roue au dessus ,
de poitrine et de coté.
La roue de oté est étudiée plus en détail
dans une page
particulière
ROUE EN DESSOUS
Une idée simple dès le début des moulins
a été d'attaquer des pales par la seule force vive de l'eau
Le schéma général de ce principe est montré sur la figure qui est d'ailleurs
celle d'une Poncelet
Longtemps on a cru que la totalité de l'énergie était récupérable de cette
manière
En fait il n'en est rien
Pour comprendre ce qui se passe , se reporter dans le formulaire à l'action
d'un jet sur une surface.
En fait le rendement de ces roues est bien plus faible que celui des roues en
dessus
Cette question sera traitée plus en détail avec un exemple dans une page
spécifique
ROUE AU FIL DE L EAU
Qui n'a pas monté sur 2 fourches une branche fendue avec 4 "pales"
que l'on laissait tourner entraînée par. le courant de la petit
rivière?
C'est une roue bien médiocre que la roue au fil de l'eau .
Il faut d'abord savoir dans quel type d'écoulement on se trouve
Sommes nous en régime torrentiel
ou en régime fluvial ?
Dans le premier cas mieux vaut tourner la page : nous sommes en fait avec une
roue de type par en dessous , je vous y renvoie!
Nous sommes donc en régime fluvial . Avons nous droit à la totalité de la largeur
et de la hauteur du canal , ou seulement une partie ?
Nous ne pouvons calculer que dans le cas de
la première hypothèse .
Là , les choses sont simples .
Entre l'amont et l'aval , il y a une différence de hauteur .
C'est là qu'est notre chute et rien d'autre.
Notre roue , en fait , est un barrage. Arrêtée et bien étanche , l'eau ne
passe plus que par les "fissures".
En mouvement , elle laisse l'eau passer , sa vitesse linéaire est moindre que
celle du courant , elle oppose de la résistance et récupère ainsi de
l'énergie
C'est sur ce principe que fonctionne la roue Sagebien , roue lente , énorme
, mais de bon rendement.
Il y a aussi les fameuses roues
pendantesl
Il faut savoir que plus une roue est rapide , plus elle elle peut absorber d'eau
et donc avoir un bon rapport puissance/poids