Les turbines hydrauliques sont utilisées pour extraire l’énergie de l’eau en mouvement, généralement pour la production d’hydroélectricité. Ils fonctionnent en forçant l’eau à traverser des pales inclinées, qui font tourner les turbines. Les turbines à eau peuvent être fixées mécaniquement à des machines ou à un générateur électrique. Les turbines à vapeur utilisent de la vapeur gazeuse plutôt que de l’eau liquide pour fonctionner.
Le précurseur des turbines hydrauliques était la roue hydraulique, qui a été utilisée pendant des milliers d’années. Une roue hydraulique est orientée verticalement avec seulement une petite partie immergée sous l’eau à un moment donné. Ce type de roue repose sur la quantité de mouvement horizontale de l’eau dans une rivière pour tourner. Pour que cela fonctionne, la roue doit avoir des arêtes ou des seaux pour récupérer l’eau. Le même principe est utilisé dans la roue à aubes d’un bateau à vapeur.
Les turbines à eau, cependant, fonctionnent d’une manière différente, avec les pales disposées d’une manière analogue à celles d’un moulin à vent. Le fluide s’écoule à travers un moulin à vent plutôt que de le dépasser. La même conception est utilisée pour les turbines à eau, bien que la forme des pales soit optimisée pour l’eau au lieu de l’air.
La turbine à eau a commencé à être largement utilisée au cours du 19ème siècle. Avant que l’électricité ne soit disponible, les usines étaient alimentées mécaniquement. Les turbines à eau étaient attachées aux machines de la même manière que le moteur d’une voiture est attaché à ses roues. Un moteur peut continuer à tourner tandis qu’une transmission distribue la puissance aux roues en établissant ou en rompant une connexion mécanique. De la même manière, une usine peut être alimentée sans électricité.
Ces derniers temps, les turbines à eau ont été utilisées dans les centrales hydroélectriques. Ces usines impliquent généralement un barrage avec une différence significative de niveau d’eau entre les côtés. La plante extrait l’énergie potentielle gravitationnelle stockée dans l’eau supérieure en la forçant à s’écouler à travers des turbines hydrauliques ; en d’autres termes, lorsque l’eau tombe du niveau haut au niveau bas, elle pousse sur les pales d’une turbine hydraulique et fait tourner la turbine. L’énergie de rotation est convertie en électricité avec un générateur électrique. En 2008, l’hydroélectricité représentait la majorité des énergies renouvelables produites dans le monde.
Les turbines à vapeur, quant à elles, exploitent l’énergie de la vapeur au lieu de l’eau liquide. Ils sont largement utilisés dans d’autres types de centrales électriques. En fait, la turbine à vapeur est la principale méthode de conversion de l’énergie thermique en énergie cinétique dans les applications à grande échelle. Que la chaleur d’une centrale électrique provienne de la combustion du charbon ou de la fission nucléaire, elle est utilisée pour faire bouillir de l’eau et produire de la vapeur. La vapeur à haute pression est ensuite déviée pour traverser une turbine, la faisant tourner rapidement et faire tourner un générateur électrique.