Organe principal d’une installation hydroélectrique, la turbine permet de transformer l’énergie d’une chute d’eau en énergie de rotation.
Selon la hauteur de chute et le débit on utilisera une turbine différente.

Basse chute

Pour les basses chutes et les débits importants on utilisera la turbine de type hélice associée à un distributeur. L’hélice peut être fixe ou à pas variable de même que le distributeur peut être fixe ou réglable. La machine la plus sophistiquée est représentée par la turbine Kaplan – du nom de son inventeur – qui possède des directrices et des pales réglables. On parle alors de turbine double réglage dont l’avantage majeur et de pouvoir s’adapter à de grandes variations de débits tout en gardant un excellent rendement. On trouve des turbines Kaplan verticales, inclinées, horizontales, en bulbe, en puits, en S ou encore de type saxo. L’inconvénient majeur de ce type de turbine de basse chute, est la faible vitesse de rotation qui impose le plus souvent le recours à une multiplication ou à l’utilisation d’un générateur basse vitesse.

Chute moyenne

En cas de chute moyenne, on utilisera surtout la turbine Francis, dont les modèles les plus récents atteignent des rendements supérieur à 90%. Cette turbine est robuste, possède une vitesse de rotation élevée qui permet le plus souvent un accouplement direct sans multiplicateur. La turbine Francis est moins souple que la turbine Kaplan en terme de fonctionnement et son rendement chute en dessous de 40% d’ouverture ce qui impose parfois d’utiliser lorsque le débit est variable, deux turbines de taille différente 2/3 – 1/3 afin de valoriser au mieux l’énergie de la chute.

Haute chute

En cas de haute chute et de débits faibles à moyens, on utilise la turbine Pelton à un ou plusieurs jets. Cette turbine possède une capacité de réglage importante tout en conservant un bon rendement, qualité d’autant plus nette que la turbine comporte plusieurs jets.

Autre turbine

– La turbine cross-flow ou Banki-Mitchell ou encore Ossberger: cette turbine simple et robuste convient essentiellement aux chutes moyennes et élevées, où elle peut concurrencer la turbine Francis en cas de débit très variable car si son rendement de pointe est nettement inférieur à celui d’une Francis moderne, la machine cross-flow permet dans une certaine mesure, une meilleure valorisation des petits débits.

– La turbine Turgo à mi-chemin entre la Francis et la Pelton: Cette machine est peu connue en Europe, en revanche elle reste fréquemment employée dans les pays du sud-est asiatique car plus facile à construire qu’une Francis ou une Pelton. Son rendement est néanmoins inférieur d’environ 5 à 8% minimum par rapport aux Francis ou Pelton.

Rendement de chaque type de turbine

On remarquera que si chacune de ces turbines est capable d’atteindre un rendement en pointe de 90% et plus, en revanche à régime partiel il en est tout autrement. Ainsi le gain de production d’une turbine Kaplan par rapport à une turbine hélice peut être très important si l’hydrologie est variable.