Une turbine à hélice appartient à un groupe de machines qui convertissent l’énergie du flux de fluide ou de gaz en mouvement de rotation. Comme cette description l’indique, ces machines se répartissent en deux catégories de base : les turbines à hélices à vent ou à eau. La force de rotation produite par ces machines est le plus souvent utilisée pour générer de l’énergie électrique et, dans une moindre mesure, fournir un travail mécanique. Des exemples courants de variantes de travail mécanique de la turbine à hélice sont les moulins à vent et certains types de moulins à eau. En raison de la nature abondante, renouvelable et bon marché de la source d’alimentation de la turbine à hélice, il s’agit de l’une des méthodes de production d’énergie les plus rentables et les plus respectueuses de l’environnement jamais conçues.
Une turbine à hélice applique la théorie de l’hélice conventionnelle à l’envers pour exploiter l’énergie cinétique latente dans les flux de gaz et de fluide. Les hélices sont constituées d’un arbre central auquel sont fixées au moins deux pales ou aubes opposées en forme de profil aérodynamique. Ceux-ci sont généralement tournés par une source d’énergie externe pour produire une poussée en poussant ou en déplaçant de l’air ou du liquide sur les pales. Dans une turbine à hélice, ce principe est inversé ; un flux d’air ou de liquide déplace les pales les faisant tourner l’arbre.
Les éoliennes sont largement utilisées dans le monde entier pour exploiter l’énergie éolienne afin de produire de l’électricité, de faire fonctionner des moulins ou de pomper de l’eau. Les éoliennes à hélice peuvent être de conception à axe horizontal ou vertical. La variante la plus facilement reconnue est la turbine à axe horizontal qui comprend des éoliennes traditionnelles et des éoliennes avec des hélices de type avion. La nouvelle génération de conceptions à axe vertical qui comportent des aubes plates ou incurvées entraînant un arbre vertical est tout aussi efficace. Ceux-ci incluent la palette incurvée Savonius, la palette plate Giromill et les types distinctifs de batteur à œufs de Darrieus.
Les turbines horizontales plus anciennes nécessitent que la tête de la turbine soit toujours tournée face au vent. Dans le cas d’exemples plus petits, un simple gouvernail de style girouette fait tourner la tête de turbine pivotante. Les turbines plus grandes utilisent un système de capteurs de vent et de servomoteurs pour maintenir l’hélice tournée vers le vent. La plupart des conceptions d’éoliennes à hélice utilisent une boîte de vitesses pour entraîner le générateur ou la manivelle de la pompe à la bonne vitesse.
Les turbines à hélice entraînées par l’eau sont généralement associées aux grandes centrales hydroélectriques, bien qu’il existe plusieurs applications industrielles et agricoles plus petites. Ces éoliennes fonctionnent de la même manière que leurs sœurs éoliennes, bien que leur conception de base diffère considérablement. Ces machines sont généralement beaucoup plus grandes et présentent des conceptions de pales qui sont généralement plus courtes que les variantes entraînées par le vent. La plus courante de ces grandes turbines hydrauliques est la turbine Kaplan. Les turbines Kaplan sont des unités de réaction à faible chute et à haut débit utilisées dans la plupart des grandes installations hydroélectriques.
La variante Kaplan est dotée de pales à pas réglable conduisant à des niveaux d’efficacité généralement supérieurs à 90 pour cent dans une large gamme de conditions de niveau d’eau et de débit. Une grande partie de l’efficacité est obtenue par un chemin d’écoulement d’eau soigneusement conçu qui provoque la décélération du fluide de sortie. Cette décélération conduit à un transfert de la quantité maximale d’énergie cinétique vers le mécanisme d’hélice. Les turbines Kaplan peuvent produire une puissance de 100 mégawatts (100,000,000 XNUMX XNUMX watts) ou plus.
La turbine à hélice puise dans des sources d’énergie renouvelables et gratuites ou extrêmement bon marché par rapport aux options de combustibles fossiles. Les progrès des technologies utilisées dans ces dispositifs repoussent continuellement les limites de leur efficacité et de leur capacité, et ils pourraient s’avérer être un remplacement viable pour le carburant conventionnel dans un proche avenir. La technologie des turbines à hélice devient également de plus en plus accessible, ce qui renforce encore son rôle dans le domaine d’un scénario d’approvisionnement énergétique plus propre et plus écologique.