Le saviez-vous ?

Le premier barrage-voûte d'Europe fut construit par François Zola, père d'Émile Zola, entre 1843 et 1859 près d'Aix-en-Provence. Il construisit aussi le canal qui alimente toujours en eau la ville d’Aix en Provence, le canal Zola.

Qui est en ligne ?

Nous avons 2 invités en ligne
Énergie potentielle
Énergie potentielle, de pesanteur Imprimer Envoyer
Écrit par Adrien Williatte   
Jeudi, 08 Janvier 2009 18:52
Le premier "stade" de l'exploitation d'un barrage hydroélectrique est la retenue d'une certaine masse d'eau, afin d'ensuite exploiter son énergie potentielle. C'est cette notion d'énergie qui serait à disposition dans la retenue d'eau du barrage qui est étudiée ici.


- L'énergie potentielle est de l'énergie mécanique stockée, elle est dite potentielle parce qu'elle ne se manifeste à nous que lorsqu'elle se convertit en une autre forme d'énergie

- La forme libre associée est l'énergie cinétique. Cette énergie potentielle, définie à une constante arbitraire près, ne dépend que de la position du corps dans l'espace.

- L'accumulation d'énergie potentielle est faite en travaillant la force à contre-sens : dans le cas d'un barrage donc, l'eau retenue par le barrage accumule de l'énergie potentielle, c'est cette énergie qui sera exploitée dans la centrale hydro-électrique.

 
- L'énergie potentielle de pesanteur, ou énergie potentielle d'altitude est l'énergie que possède un système du fait de sa position. Cette force ne dépend aucunement du parcours effectué entre deux points h1 et h2, mais seulement des positions initiales et finales de l'objet étudié.

- L'énergie potentielle d’une masse de 1 kg d’eau à la surface d’un lac de barrage est plus élevée que son énergie potentielle lorsqu’elle est au pied du barrage, en effet, pour une différence d’altitude de 100 m, la différence d'énergie potentielle de l'eau est de 981 J. C’est cette énergie qui est exploitée dans une centrale hydroélectrique.

La formule associée s'écrit :

Epp = m.g.h                                 

avec : Epp l'énergie potentielle de l'objet
m la masse de l'objet.
g l'accélération (le champ) gravitationnel
h la hauteur de l'objet au moment donné


La variation de l'énergie potentielle entre deux points donnés :

Epp2 - Epp1 = m.g.(h2-h1)                        

avec: Epp2 l'énergie potentielle de l'objet à sa position initiale.
Epp1 l'énergie potentielle de l'objet à sa position finale.
h2 la hauteur initiale de l'objet.
h1 la hauteur finale de l'objet.

Mise à jour le Mercredi, 25 Mars 2009 14:50
 
Potentiel théorique, et énergie théorique nette Imprimer Envoyer
Écrit par Adrien Williatte   
Jeudi, 08 Janvier 2009 19:00

Potentiel théorique :

Maintenant que la notion d'énergie potentielle est en place, il est possible d'estimer grosso modo le potentiel hydroélectrique, c'est-à-dire l'application directe des notions d'énergie potentielle de pesanteur dans le cas du barrage, et spécifiquement de la retenu d'eau.


Le potentiel hydroélectrique est en fait l’énergie potentielle de l’eau stockée dans le barrage. Pour calculer l’énergie potentielle (Epp) en watts par heure, il s'agit d’appliquer la formule Ep(W. h) =m.g.h avec (m) la masse de l’eau, (g) la gravité et (h) la dénivellation en mètres. 

Epp =m.g.h            exprimé en W.h ou Joules 

Dûs à la nature des phénomènes qui régissent le fonctionnement des machines, une partie de cette énergie se dissipe sous forme de pertes, ce qui ramène le potentiel effectivement utilisable à 70 ou 75 % de sa valeur brute.

Le potentiel théorique net utilisé dans les évaluations aux échelles mondiales se définit par la formule : 

Epp=0,75.m.g.h       exprimé en W.h ou Joules

Énergie théorique nette :

Extrapolons: si toutes les usines hydroélectriques de tous les pays du monde fonctionnaient 24h/24 durant les 365 jours de l’année, la valeur de Ep exprimée en kilowatt/heure/an serait multipliée par 365 x 24=8760. Il faut en revanche tenir en compte le fait que l'usine hydroélectrique d'un barrage ne peut guère être opérationnelle tout le temps ainsi, on admet donc un fonctionnement opérationel raisonnable de 300 jours. A ajouter aux contraintes sur l'opération des usines: les dimanches, les congés du personnel dûs aux fêtes, ainsi que l'entretien ou la réparation de ces usines qui nécessitent l'arrêt de l'usine, le véritable fonctionnement opérationel est donc restreint à 9 ou 10 heures. Au total on l'estime donc à 5400 heures.

On obtient ainsi la relation :  Epp net = Epp x 5400 = 0,75 x 5400.m.g.h 

Concrètement il faut donc une tonne d’eau (soit 1 m3) dévalant 365m de dénivelé pour produire 1kW.

Mise à jour le Mercredi, 25 Mars 2009 14:51
 
Hydrostatique Imprimer Envoyer
Écrit par Adrien Williatte   
Dimanche, 25 Janvier 2009 23:13

Après avoir étudié l'énergie potentielle de l'eau retenue par le barrage, il s'agit ensuite d'observer la pousée que cette masse d'eau exerce sur la paroi du barrage. Cette partie concerne notamment la notion physique d'hydrostatique.


Définition:

L'hydrostatique est l'étude d'un fluide au repos, elle s'apparente donc à la statique appliquée aux fluides. Dans l'étude d'un barrage, elle concerne l'eau stockée dans le lac de retenu, et la pression que cette masse d'eau applique sur la paroi du barrage.

Equation fondamentale de l'hydrostatique:

Pg = P + ρ.g.z

avec : P la pression au sein du fluide (en Pa) (P = ρ.g.h)
ρ la masse volumique du fluide (en Kg/m3)
g l'accélération de pesanteur (9,81 m/s2)
z l'altitude (en mètres) du point où l'on mesure P


On note que la pression est identique dans toutes les directions autour du point: verticale, horizontale ou inclinée (quelque soit l'angle d'inclinaison). Dans le cas de l'hydrostatique, la masse volumique et la température T sont constantes dans tout le fluide. De plus, les forces extérieures à distance se réduisent aux seules forces de pesanteur.

La force exercée par un fluide sur une paroi qui le délimite est toujours perpendiculaire à cette paroi et proportionnelle à la surface dΣ de celle ci : la formule qui définit cette force est:
Df = P.n.dΣ

Mise à jour le Mercredi, 25 Mars 2009 14:51