Une turbine à vapeur est un appareil capable de convertir l’énergie thermique de la vapeur sous pression en mouvement rotatif. Ce mouvement rotatif est souvent utilisé dans les centrales électriques pour produire de l’électricité, bien qu’il puisse également avoir d’autres applications. Le principe de base des turbines à vapeur a été écrit pour la première fois dès le premier siècle de notre ère, tandis que la turbine à vapeur moderne n’a été conçue qu’en 1884.
La première turbine à vapeur moderne a été conçue par Sir Charles Parsons. Il a été utilisé, en conjonction avec une dynamo, pour générer 7.5 kW de puissance. Peu de temps après son invention, l’appareil a été utilisé principalement dans les centrales électriques du monde entier et à bord des navires de guerre. Les moteurs à vapeur alternatifs antérieurs étaient à la fois moins efficaces et plus difficiles à adapter pour une utilisation à bord des navires, nécessitant des systèmes compliqués plutôt qu’un simple mécanisme d’entraînement direct.
Les turbines à vapeur utilisent le principe de permettre à la vapeur sous pression de se dilater par étapes contrôlées. Chaque turbine peut être composée d’un certain nombre de turbines à impulsion et à réaction, chacune permettant à la vapeur de se dilater et de faire tourner les aubes, ou aubes, à l’intérieur du dispositif. La plupart des turbines à vapeur utilisent ces deux variantes de concert, les turbines à impulsion fonctionnant sous haute pression et la basse pression étant utilisée pour les turbines à réaction. La différence entre les deux est que la variété à impulsion utilise une buse pour introduire de la vapeur à grande vitesse dans les rotors, tandis que les rotors des turbines à réaction sont eux-mêmes un type de buse.
L’agencement des turbines à impulsion et à réaction dans une turbine à vapeur peut effectivement rendre le système très efficace. En utilisant à la fois la haute et la basse pression et en faisant travailler la vapeur à chaque étape de son expansion, le processus peut rester fortement isentropique. Cela signifie simplement que l’entropie qui entre dans le système est similaire à celle qui en sort. L’autre avantage de la conception est que la rotation des turbines crée un mouvement rotatif, ce qui peut être idéal à la fois pour la production d’énergie et pour faire tourner les palettes ou d’autres mécanismes d’entraînement sur les navires.
Un grand pourcentage de toute l’électricité produite dans le monde utilise des générateurs à turbine à vapeur. Ils sont présents à la fois dans les centrales à combustible fossile et dans les centrales nucléaires, les premières brûlant du charbon ou du pétrole pour chauffer l’eau en vapeur, et les secondes s’appuyant sur une réaction de fission nucléaire pour générer la vapeur. De plus, une partie de l’énergie est générée à l’aide d’un processus connu sous le nom d’énergie solaire focalisée. Ce type de centrale peut utiliser le soleil pour produire de la vapeur qui peut ensuite faire tourner des turbines à vapeur.