Aujourd’hui, les machines hydrauliques sont des objets de haute technologie qui doivent répondre à des contraintes de plus en plus strictes de flexibilité, de performance et d’endurance. Grenoble INP réunit un panel de compétences très riche pour contribuer au développement des turbines du futur.

Barrage de Nant de Drance

Barrage de Nant de Drance

L’augmentation de la part des énergies renouvelables intermittentes comme l’éolien et le solaire dans le bouquet énergétique, implique aujourd’hui de trouver des méthodes compensatoires pour garantir la stabilité du réseau électrique. L’hydroélectricité est la solution idéale : les fluctuations de la production électrique solaire ou éolienne, par exemple, peuvent être compensées par la mise en route de centrales hydroélectriques. C’est, en outre, la seule méthode de stockage importante d’énergie actuellement disponible grâce aux STEP, ces stations de transfert d’énergie par pompage qui comprennent un bassin inférieur et un bassin supérieur reliés par un groupe hydroélectrique.

 

Une science en mutation
Aujourd’hui en plein développement, l’hydroélectricité représente 14 % de la production d’électricité française, derrière le nucléaire (73 %), et bien devant le solaire et l’éolien (5 %). Dans le monde, la part de l’hydraulique est de 16 %. Si en Europe et en Amérique du Nord le plus gros du marché est la réhabilitation des centrales existantes, il reste de nombreux sites à équiper dans le monde, avec seulement un tiers de la ressource actuellement exploitée.
Face à de tels enjeux, les industriels comme Alstom se mobilisent pour proposer des machines répondant aux nouvelles exigences. En effet, les machines existantes ont été conçues pour fonctionner la majeure partie du temps dans un régime proche de leur rendement optimal. Dans les zones de fonctionnement éloignées de ce fonctionnement optimal, des instabilités apparaissent qui soumettent la turbine ou la pompe à des sollicitations mécaniques importantes pouvant amener à une réduction importante de sa durée de vie. Or, les turbines doivent aujourd’hui être flexibles avec des plages de fonctionnement extrêmement étendues, l’objectif étant à la fois de pouvoir être mises en route et arrêtées plus fréquemment, et d’être en mesure d’ajuster constamment l’énergie transmise au réseau.
Des projets pluridisciplinaires Pour relever ces défis, des scientifiques unissent leurs compétences dans de grands projets de recherche pluridisciplinaires, comme le projet structurant des pôles de compétitivité (PSPC) Innov’hydro. Ce dernier implique cinq laboratoires de Grenoble INP communs avec le CNRS et l’Université Joseph Fourier*, et entend revisiter l’ensemble composé par la le LEGI sera chargé de développer des modèles de simulation numérique de turbulence, des phénomènes de cavitation et des décollements qui apparaissent dans les écoulements en fonction de divers paramètres (hauteur, débit, vitesse, etc.). Ces modèles sophistiqués seront validés expérimentalement sur les plateformes d’essais d’ALSTOM. Ils serviront à dessiner de nouvelles turbines, dont la géométrie doit être précise au dixième de millimètre près.
Parallèlement, le GIPSA-lab se penchera sur la partie contrôle commande. En partant de l’existant, les scientifiques tenteront de rendre les machines actuelles le plus compatible possible avec les nouvelles contraintes. Le LCIS de Valence, spécialisé dans les technologies RFID, développera quant à lui des capteurs sans fil, passifs et identifiables, lesquels pourront par exemple à l’avenir servir à la surveillance des ouvrages. Enfin, le G2Elab, s’occupera de la conversion efficace de l’énergie mécanique en énergie électrique. D’autres projets du même type sont en cours, dont certains sont en lien avec le projet de centre d’excellence régional Alstom préfiguré par la chaire d’excellence Hydro’like, inaugurée par l’industriel et la fondation partenariale Grenoble INP début octobre 2014 pour fédérer les travaux de ces laboratoires. C’est le cas du projet Plateforme, qui a démarré fin 2013 dans le cadre des appels à projet du Fonds Unique Interministériel (FUI).

 

• LEGI, Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels
• 3SR, Laboratoire Sols, Solides, Structures, Risques
• GIPSA-lab, Grenoble Images Parole Signal Automatique
• G2ELab, Grenoble Génie Electrique
• LCIS, Laboratoire de Conception et d’Intégration des Systèmes

 

*Laboratoire partenaires de Innov’Hydro

 

Par Olivier Métais,
professeur à Grenoble INP – Ense3, chercheur au LEGI