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Article : 092 Tentatives de transport de l’énergie hydraulique, avant l’électri

Article : 092 Tentatives de transport de l’énergie hydraulique, avant l’électricité : Entre deux transitions énergétiques (1830- 1890) DUCLUZAUX André févr.-16 Niveau de lecture : Assez difficile Rubrique : Sources renouvelables Mots clés : Histoire de l’énergie - Hydraulique La révolution industrielle, apparue à la fin 18eme siècle avec l’énergie du charbon, résultait de la première transition énergétique de l’Histoire*. Les hommes ont alors remplacé par un puissant moteur à vapeur, les forces mécaniques ancestrales : le vent pour les moulins et les voiles, la chute de l’eau pour animer scies, forges et norias, la force humaine et animale. Cette première transition allait être suivie par une deuxième en 1830. Depuis des siècles, hydrauliciens et mathématiciens tels Vitruve, Bélidor, Bernoulli Bossut, Euler, cherchaient à accroitre la puissance des roues hydrauliques, ne dépassant guère la dizaine de chevaux (CV ou ch), pour des chutes d’une dizaine de mètres. En 1827, un jeune ingénieur stéphanois, Benoit Fourneyron, réalise avec les conseils de son professeur Burdin, une première turbine à réaction capable de fournir 50 ch sous une chute de 2 mètres (m). La puissance des roues était ainsi décuplée et surtout il devenait possible d’exploiter des hautes chutes, soit 108 m dans la Bavière en 1838. L’énergie hydraulique allait concurrencer ou compléter celle du charbon. Mais cette force mécanique abondante et gratuite avait un handicap incontournable, elle imposait que la machine à faire tourner jouxte la turbine motrice, ce qui contraignait à installer l’usine juste au bas de la chute d’eau. Sa force mécanique ne pouvait se transporter, comme le charbon, par le chemin de fer. Aussi, malgré ses avantages incontestables, la turbine ne remplacera que lentement les 200 000 roues hydrauliques qui tournaient en France. Durant 60 ans, de 1830 à 1890, les ingénieurs ont alors essayé toutes les solutions pour transporter l’énergie mécanique des turbines jusqu’à des machines éloignées de quelques dizaines, voire centaines de mètres, ou plus. La solution était bien sûr l’électricité, découverte en 1800, mais 60 ans furent nécessaires pour que ce transport de Force par l’électricité devienne opérationnel. 1. Transports mécaniques Plusieurs voies ont été explorées. 1.1. Transport mécanique par arbre de transmission Longtemps utilisé partout, des petits ateliers aux usines, c’est le système poulies - courroies - arbres de transmission. Sur l’arbre du moteur, à vapeur ou hydraulique, une poulie entraînait une courroie en cuir, longue de quelques mètres au plus, calée sur un arbre de transmission suspendu à la charpente du bâtiment. Il y avait plusieurs arbres parallèles, chacun alimentant une travée de l’usine. Sur cet arbre, long de dizaines de mètres, étaient calées autant de poulies que de machines à faire tourner. Pratique, économique, souple à modifier et à exploiter, le système survécut longtemps après l’arrivée de l’électricité motrice (1890), les machines n’étant électrifiées que progressivement. On le retrouvait encore dans nombre d’usines jusqu’aux années 1930, où il transmettait dans tous les ateliers l’énergie du moteur à vapeur central de l’usine. Le record de distance de transport d’énergie hydrau-lique par arbre de transmission a été probablement celui de Neuhausen, sur le Rhin, où 405 CV étaient transportés à 58 m. Le système était à ses limites. Fig. 1 : usinage des obus aux EBV en 1917 1.2. Transport mécanique par câbles télédynamiques Le transport par câbles est une extrapolation du précédent, en remplaçant la courroie motrice par un long câble en fil de fer toronné comme une corde. La première application par les frères Hirn en 1850 transportait 42 CV à 85 mètres. Devenu classique, on retrouve sa description technique avec calcul dans les manuels de mécanique de l’époque1. Près d’une centaine de transports par câbles télédynamiques (ou télémécaniques) furent installé (1860-1880) surtout en Suisse, toujours à la pointe de l’exploitation de la Houille blanche. L’installation la plus importante a été celle de Schaffhouse, où 570 CV étaient transportés sur 650 m en 1867 ; l’équipement était réalisé par la société Rieter, l’un des grands constructeurs suisses de turbines. 1 Reulaux F. Transmission par câbles en fil de fer - Le Constructeur mécanicien p.386 - Lib. Savy - Paris - 1873 Fig. 2 : Câbles télédynamiques, 1865 1.3. Transport par câbles de Bellegarde-sur-Rhône2 3 Cette petite ville industrielle, qui n’aspire pas à la notoriété, mériterait bien pourtant la médaille d’or de l’hydraulique et de l’hydroélectricité. Se sont en effet succédés à Bellegarde : - en 1872, l’installation hydraulique la plus puissante, avant l’hydroélectricité, 3000 CV avec un potentiel d’au moins 6000 CV, puissance transportée à 1,3 km par le plus long système de câbles télédynamiques jamais réalisé ; - en 1884, le premier réseau urbain français de distribution d’électricité, éclairage et petite force motrice, en courant continu ; - en 1893, la centrale hydroélectrique de Coupy, suivie en 1920 par celle d’Eloise ; - en 1948, le premier barrage sur le Rhône, Génissiat. 2 Richard G. Utilisation des Forces naturelles - Bellegarde -Journal universel d’électricité T.1- p.75/84 - 1883 3 Lafoucrière J. Bellegarde, naissance et mutations d’un site industriel - Bulletin A.H.E.F. n°13 - Paris - 06/1989 Fig. 3 : Transport de force par câbles, Bellegarde sur Rhône, 1873 Deux ingénieurs étrangers, Francis Ellershausen, américain, et Gerhart Lomer, allemand, visitent en 1869 le site déjà bien connu des Pertes du Rhône à son confluent avec le Valserine. Le spectacle de ce puissant fleuve disparaissant temporairement sous le rocher frappe leur instinct d’industriels ; ils réalisent toute l’énergie hydraulique potentielle à capter, avec seulement une partie des 400 m3/s d’eau qui chutent de 12 m en moins d’un km. Fig. 4 : Turbines de la centrale de force hydraulique de Coupy, 3000CV, 1873 Mais comment installer des usines à coté des turbines, au fond d’une gorge étroite ? L’énergie hydraulique se consomme sur place. Ils vont alors visiter l’installation de Schaffhouse qui leur donne la solution : le transport par câble. Les achats de terrains, l’autorisation de dériver 60 m3/s (le Rhône était classé navigable même s’il disparaît dans le rocher), la guerre de 1870, retardent les travaux démarrés finalement en 1871. Il fallait creuser un premier tunnel long de 550 m pour dériver 30 m3/s dans un premier temps. L’installation de Coupy est mise en service en 1873, une première ligne de câble fait tourner à 1,3 km le moulin à phosphates d’Arlod, une scierie et une papeterie. L’équipement initial prévu, conçu par Ziegler, ingénieur suisse de Rieter, comprenait 5 turbines type Jonval de 630 CV chacune. La figure donne une idée de la précision suisse et du soin apporté en particulier aux mécanismes auxiliaires : un régulateur de vitesse mécanique, original, avec arrêt d’urgence des vannes pour éviter l’emballement en cas de rupture de câble, notamment. Le succès financier ne fut pas à la hauteur de l’exploit technique. Seulement 3 des 5 turbines furent installées, par manque de clients pour cette force motrice disponible. La zone industrielle prévue pour l’implantation des usines était loin d’être saturée avec 6 usines, malgré un prix attrayant de l’énergie de 50 à 100 francs par cheval/an. La Rhône Hydraulic Society en déficit perdit de l’argent, plusieurs compagnies lui succédèrent sans plus de succès. Dans son rapport sur les Forces hydrauliques dans les Alpes, l’ingénieur en chef, René Tavernier, écrivait en 1900 “Les grandes Forces hydrauliques…sont nées à Bellegarde, véritable installation de précurseurs, où, malgré l’ingéniosité de la transmission par câbles télédynamiques, les milliers de chevaux créés sont presque restés sans emploi jusqu’à l’avènement de l’électricité.” Fig. 5 : Pylône support des poulies du câble télédynamique de Bellegarde, 1873 Au même moment, une concurrence s’annonçait : la transition énergétique vers l’électrique était amorcée depuis l’exposition de Paris en 1881. Un industriel, Louis Dumont, créait à coté une centrale électrique (70 CV) qui turbinait l’eau de la Valserine et alimentait en 1884 le premier réseau de distribution publique en France. En 1893, l’usine de force hydraulique de Coupy, devient progressivement une centrale électrique avec le remplacement de 2 groupes à transmission télédynamique par des turbines Escher-Wyss, couplées avec des alternateurs de 700 KVA, construits par la nouvelle société Brown-Boveri. Les derniers câbles télédynamiques furent remplacés en 1899 par un groupe électrique de 1500 CV. D’autres groupes lui succédèrent. En 1920, l’énergie du Rhône alimentait la nouvelle centrale d’Eloise de la Société française des Forces hydrauliques du Rhône, puis en 1948 ce fut la retenue de Génissiat qui noya tout, dont les pertes du Rhône. Soyons reconnaissants aux Bellegardiens qui ont compris l’intérêt historique de conserver un élément caractéristique de leur patrimoine, témoin d’une aventure industrielle unique. Ce système avait pourtant bien des inconvénients : longueur réduite, entretien et changement des câbles pour éviter une rupture catastrophique et impossibilité de compter l’énergie consommée, facturée par un forfait annuel. Il était en fait, mieux adapté au transport individuel depuis une turbine jusqu’à un seul utilisateur, pas trop éloigné. On constate ainsi que de 1830 jusqu’à l’apparition du transport de Force par l’électricité, en 1890, l‘exploitation de l’énergie hydraulique des turbines ne se développait que lentement, par manque d’utilisation à proximité immédiate des turbines, ou même transportée par câble à plus uploads/Industriel/ art092-ducluzaux-andre-transport-energie-hydraulique-avant-electricite-entre-deux-transitions-energetiques-1830-1890.pdf