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Le complexe hydroélectrique
Un complexe hydroélectrique se compose de plusieurs éléments qui sont tous nécessaires à la production d'électricité. La disponibilité d'une dénivellation, c'est-à-dire d'une différence de hauteur sur un tronçon de cours d'eau, constitue un élément essentiel sans lequel on ne peut produire d'énergie. La première étape consiste donc à construire une prise d'eau et à installer des conduites forcées pour acheminer l'eau jusqu'à la turbine située plus bas. Il est aussi toujours avantageux d'ériger un barrage afin de créer un réservoir en amont de la prise d'eau. En plus d'accroître la dénivellation et donc la quantité d'énergie produite par un même volume d'eau, le réservoir permet d'emmagasiner de l'eau au fil des jours et des saisons et de l'utiliser en fonction des variations de la demande d'électricité.
Un complexe hydroélectrique est donc constitué de plusieurs composantes dont un réservoir, un barrage, un canal d'amenée, une prise d'eau, des conduites forcées et évidemment une centrale où sont installés les turbines et les alternateurs.
Les ouvrages de retenue
Le débit d'une rivière présente généralement de fortes variations au cours d'une année. Au printemps, avec la fonte des neiges, il y a beaucoup plus d'eau qu'en plein été ou au milieu de l'hiver alors que l'eau s'accumule sous forme de neige. Il est donc important de gérer le débit naturel des rivières afin de l'ajuster à la demande en électricité. Pour ce faire, il faut disposer d'un réservoir pouvant emmagasiner des millions de mètres cubes d'eau afin de répondre à la demande d'électricité tout au long de l'année.
Certains réservoirs québécois sont tout à fait gigantesques. Celui de la Manicouagan, sur la Côte-Nord, a une superficie de 4 318 kilomètres carrés et une capacité d'entreposage de près de 140 milliards de mètres cubes d'eau. Celui de la centrale Robert-Bourassa, à la Baie-James, a une superficie de 2 815 kilomètres carrés et contient 61 milliards de mètres cubes d'eau. Ce sont de véritables mers intérieures et de formidables réserves d'énergie qui peuvent combler les variations de précipitations sur plusieurs années.
Le réservoir
La création d'un réservoir nécessite la construction d'un barrage et de digues capables de retenir une grande quantité d'eau et d'accroître autant que possible la hauteur de chute. Le barrage, la composante la plus connue d'un aménagement hydroélectrique, est érigé à même le lit de la rivière. La digue, quant à elle, est aménagée le long d'un réservoir afin d'éviter le déversement de l'eau. Le barrage Daniel-Johnson situé à la centrale Manic-5, près de Baie-Comeau, a une hauteur de 214 mètres et sa longueur est de 1,3 km. C'est le plus grand barrage à voûtes multiples du monde.
Si le niveau d'eau du réservoir augmente trop, le surplus d'apport s'écoulera par l'évacuateur de crues. Le plus célèbre des évacuateurs de crues est sans doute celui du barrage Robert-Bourassa avec ses dix marches hautes de dix mètres chacune. Il ressemble à un escalier de géant.
Le canal d'amenée
Le canal d'amenée est un canal qui a pour fonction de diriger l'eau vers la prise d'eau de la centrale. Ce canal peut être plus ou moins long en fonction de la géographie du site et du concept d'aménagement hydroélectrique retenu. On a construit ce type d'ouvrage à Shawinigan au début du 20e siècle afin d'amener vers les centrales l'eau de la rivière Saint-Maurice.
La prise d'eau
La prise d'eau comporte généralement un bâtiment qui abrite la mécanique des vannes qui contrôlent l'amenée d'eau vers la centrale ainsi que des grilles à débris qui empêchent le passage de billes de bois ou autres gros objets qui pourraient endommager les roues des turbines. On y trouve aussi les pertuis qui sont en fait d'immenses ouvertures par lesquelles l'eau est acheminée à l'intérieur des conduites forcées qui vont jusqu'aux turbines.
La conduite forcée
La conduite forcée est un immense tuyau plus ou moins incliné qui a pour fonction de diriger l'eau provenant de la prise d'eau jusqu'à la roue de la turbine. Grâce à la conduite forcée, l'énergie potentielle que l'eau possède au niveau supérieur du réservoir est transformée en énergie cinétique et en pression au niveau des turbines qui sont beaucoup plus bas.
Activité "La centrale hydroélectrique" (705 Ko) (transcription)
