Electricité
Les machines à vapeur
Dynamo & alternateur
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Les premières centrales électriques étaient équipées d'une génératrice à courant continu (dynamo de Zénobe Gramme). L'entrainement se faisait par une machine à vapeur.
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- Musée “Stoom en Stroom” à Izegem

Courant continu et alternatif


La région du Westhoek est peu électrifiée, or il s'agit d'une région manufacturière très importante.


Machine à vapeur miniature


La machine à vapeur d'Izegem, un engin compound en tandem (deux cylindres à la suite).
Le réservoir-tampon entre la haute et la basse pression se trouve à la cave.


Le cylindre de vapeur haute pression suivi du cylindre basse pression à l'avant-plan et le volant d'inertie à l'arrière plan.
Le volant d'inertie contient en fait l'alternateur.


On voit ici bien l'alternateur qui entoure le volant d'inertie et la petite génératrice qui fournit le courant d'excitation.


Une turbine d'un turbo-alternateur (Duisburg)
Plus on monte en pression, et plus on peut ajouter d'étages.

Un turbo-générateur à Zwevegem


La salle des alternateurs de Zwevegem


Le site de Zwevegem est transformé en lieu de récréation.

Machine à vapeur + dynamo

Au début de l'industrialisation, on utilisait une machine a vapeur entrainant directement les outils. Un axe passait dans tout l'atelier et les différentes machines étaient entrainées par une courroie.

La production d'électricité commence à la fin du 19e siècle. On utilise une machine à vapeur entrainant une dynamo. La dynamo produit un courant continu qui est principalement utilisé pour l'éclairage public. On appellera plus tard le courant monophasé le courant-lumière, pour faire la différence avec le courant triphasé qui était surtout utilisé pour des moteurs (force motrice).

Le courant continu produit par une dynamo est toujours monophasé. Les alternateurs produisent toujours du triphasé, dont on n'utilise qu'une phase pour l'éclairage et les petits consommateurs.

En 1901, la ville d'Izegem en Flandre Occidentale construit une des premières centrales électriques (pour tenter —déjà— de réduire la criminalité transfrontalière?). La centrale est construite entre le canal et le chemin de fer, assurant un approvisionnement continu en charbon. L'eau est également puisée du canal. D'autres centrales électriques en Flandre, comme la centrale de Zwevegem seront également construite près du canal (cette centrale passera rapidement au turbo-générateur).

Le but de la centrale d'Izegem est de fournir du courant aux utilisateurs locaux. C'est une région manufacturière avec de nombreux ateliers qui doivent être éclairés le soir en hiver (au début, on ne prévoyait d'ailleurs qu'une production pendant les soirées d'hiver). Des industriels locaux avaient parfois installé des machines à vapeur pour produire de la lumière et de la force motrice.

La centrale électrique d'Izegem se composait à l'origine de deux machines à vapeur et de deux dynamos de 40kW auquel s'ajoute une batterie d'accumulateurs de 455Ah pour fournir du courant quand la machine à vapeur ne tourne pas. L'avantage du courant continu est qu'il peut directement être utilisé pour charger des batteries (il faudra encore attendre près de 30 ans pour avoir les premiers redresseurs et ceux-ci étaient trop faibles pour recharger des batteries). La vitesse de rotation de la machine peut varier, puisque le courant continu n'a pas de fréquence. Le courant fourni est de 180A, ce qui nécessite un bobinage relativement épais par rapport à la puissance fournie.

Machine à vapeur + alternateur

Toutes les génératrices (dynamos et alternateurs) produisent du courant alternatif: c'est la variation du champ magnétique qui produit le courant. Des balais qui agissent comme commutateur prélèvent le courant du rotor quand celui-ci a la bonne polarité. Le courant est devenu continu mais pulsé, c'est le principe de la dynamo (qui fonctionne d'ailleurs en moteur tournant en sens inverse, quand on lui applique une tension).

C'est le rotor tournant plongé dans un champ magnétique fixe qui produit le courant dans une dynamo. Tout le courant doit passer par le collecteur. Dans un alternateur, c'est le rotor qui produit un champ magnétique tournant et le stator fixe produit le courant. Il suffit de transmettre un courant d'excitation plus faible au rotor. Un commutateur n'est pas nécessaire, on se contente de deux anneaux circulaires pour transmettre le courant d'excitation (et dans certains alternateurs on peut totalement s'en passer).

Dans l'entre-deux guerres, on passera au courant alternatif, en gardant une dynamo pour fournir du courant au centre-ville. La dynamo, montée sur le même axe, fournira également le courant d'excitation de l'alternateur.

A Izegem on a choisi une machine à vapeur classique au lieu d'un turbo-générateur (pourtant déjà bien établi) car il fallait continuer à produire du courant continu pour le centre-ville (575kW 230V 2500A). Les dynamos préfèrent une vitesse de rotation plus lente (qui use moins les balais), et c'est ainsi que Izegem s'est retrouvé en 1936 avec une des dernières machines à vapeur. Le graissage s'effectue par un goutte-à-gouttes (également techniquement dépassé) au lieu d'un circuit haute pression.

Les faubourgs et les nouveaux quartiers seront tous fournis en courant alternatif. L'alternateur fournit 600kVA sous 10kV. Cette tension de 10kV sera un standard de facto pendant de nombreuses décennies, mais pour le transport de l'électricité (de ville à ville) on passera à des tensions encore plus élevées.

Passé la seconde guerre mondiale, les petites centrales ne pouvaient plus faire la concurrence. La centrale d'Izegem a continué à produire continuellement jusqu'en 1950 et puis a servi à absorber les pics de consommation jusqu'en 1955 environ.

Une machine à vapeur tourne relativement lentement (environ 100 tours/minute), ce qui nécessite soit un engrenage, soit de nombreux enroulements pour obtenir la fréquence du réseau (50Hz). L'engrenage produisant trop de pertes, on préfère utiliser le volant d'inertie comme génératrice. Les bobines d'excitation qui produisent le champ magnétique sont montées sur le volant d'inertie, tandis que le stator qui l'entoure contient le bobinage qui produit le courant (l'induit). Le champ magnétique tournant produit un courant dans l'induit (le stator). Déjà on utilise un induit triphasé ayant un meilleur rendement.

On s'est rendu compte assez vite que la machine à vapeur d'Izegem de 1650CV (1.2MW dont 600kVA en alternatif et 575kW continu) était un objet unique. La machine à vapeur et les génératrices de 1936 sont classées comme monument historique en 1978.

Turbine + alternateur
(turbo-générateur)

Plus tard, on passera de la machine à vapeur (à rotation lente) aux turbines. Le rendement des turbines est plus élevé quand celles-ci travaillent à une vitesse bien déterminée. Or les alternateurs ont justement besoin d'une vitesse fixe: les deux sont faits pour s'entendre. Les alternateurs qui étaient jusqu'à présent courts avec un diamètre important (10m de circonférence en moyenne) deviennent longs avec un diamètre restreint. L'absence de collecteur à lamelles permet de faire tourner la machine à la vitesse la plus économique.

L'excitation par génératrice accouplée devient de rigueur: elle permet d'exciter le rotor de l'alternateur sans nécessiter de balais ni de collecteur, ce qui réduit les parasites et les pannes. Contrairement à un alternateur classique, l'inducteur est ici le stator et l'induit le rotor. Comme l'excitation doit se faire avec du courant continu, la génératrice d'excitation est équipée d'un pont redresseur monté sur le rotor. Le courant est transmis de la génératrice d'excitation à la génératrice principale par de simples cables sur le rotor.

La centrale de Zwevegem utilisera un turbo générateur à partir de 1913. Cette centrale est située hors de l'agglomération et on se décide dès l'origine à ne fournir que de l'alternatif. Il s'agit d'une centrale très importante, construite non pas par la ville, mais par une intercommunale (et donc destinée à produire du courant pour toute une région). La centrale est prévue comme entité autonome, avec des bureaux et même une loge pour le concierge et une maison pour le directeur. La centrale connait un essor et livre du courant à Bekaert après la seconde guerre mondiale. La vapeur est envoyée au centre ville et vers différentes entreprises.

Le canal dont le débit est trop faible n'est pas en mesure d'absorber toute l'énergie thermique (l'eau deviendrait trop chaude, ce qui nuit à la vie aquatique), ce qui empèche une augmentation de capacité. La centrale n'est plus utilisée que pour absorber les pics de consommation. La production d'électricité stoppe définitivement en 2001.

Actuellement, le site de Zwevegem est transformé en lieu de récréation, mais contrairement aux hauts fourneaux de Duisburg (autre ancien site industriel), il faut payer pour entrer. Il y a une salle de réunion, une discothèque et pour visiter la salle des machines c'est 250€. Pour ce prix là, tu peux aussi photographier, mais si tu viens avec des modèles c'est actuellement 1250€ (pour la salle des machines et rien d'autre).

Moteur Lenoir et moteur à boule chaude

Certaines centrales électriques utiliseront un moteur à combustion au lieu d'une machine à vapeur (moteur Lenoir fonctionnant au gaz). Le rendement d'un tel moteur est meilleur que celui d'une production indirecte (production de vapeur qui entraine une turbine). Ces centrales sont placées près des sites produisant de grandes quantités de gaz combustible (cokeries, hauts fourneaux et installations auxilliaires), mais on passera finalement au système classique (chaudière et turbine), le moteur Lenoir fonctionnant au gaz de ville n'étant pas très fiable. En cas de fuites (et elles sont fréquentes), c'est du gaz toxique qui s'échappe (le monoxyde de carbone). Plus d'information sur les centrales électriques de sites sidérurgiques.

On a également utilisé d'autres types de moteurs pour produire localement de l'électricité. Dans les régions éloignées, le moteur à boule chaude (aussi appellé semi-diesel) était souvent utilisé à cause de sa simplicité, de sa fiabilité et du fait qu'il pouvait tourner sur pratiquement tous les carburants liquides (pétrole, huile,...). Certains navires centenaires ont un moteur à boule chaude qui fonctionne encore, ce qui en dit long sur la fiabilité de ce moteur.

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