[Production d’énergie] Le fabuleux voyage d’une molécule d’eau …

En lien avec un précédent article, où j’expliquais les grands principes mis en oeuvre dans un cycle combiné gaz, voici cette fois le process vu du côté de l’eau depuis sa source dans le milieu naturel, jusqu’à son impact sur les aubages d’une turbine à vapeur.

Sous la forme d’un « Comics », le récit met en scène Molly, molécule d’eau et ses amies qui, pour pouvoir entrer dans la chaudière sans lui causer préjudice (tartre, corrosion), doivent d’abord subir un traitement poussé avant d’entrer dans une chaudière.
Dans une chaudière de récupération d’un cycle combiné gaz, il faut être particulièrement vigilent sur le traitement d’eau, d’autant plus si l’unité est amenée à démarrer très souvent.

Bref, voici une chouette aventure, qui présente de façon simplifiée et amusante, le procédé de production électrique via un CCG.

Les molécules d’eau sont très liées… à cause des liaisons hydrogène particulièrement présentes !

L’eau de surface ou de l’eau de forage sera utilisée pour alimenter la chaudière. Une forte teneur de matière en suspension nécessite une décantation. L’ajout de floculant permet d’alourdir les particules solides pour faciliter leur décantation. D’autres traitements préliminaires suivront…

Il faut éliminer un maximum de sels dissous susceptibles de générer du tartre et l’oxygène dissous, qui induit la corrosion, doit être bien contrôlé.
Pour cela, des traitements plus poussés doivent être envisagés, comme par exemple la filtration membranaire.

L’osmose inverse est un procédé souvent employé pour épurer les espèces en solution. Il en sort une eau de très basse conductivité.

En ce qui concerne l’oxygène dissous (et d’autres gaz), un désaérateur ou dégazeur thermique est utilisé. Il permet de limiter la teneur en dioxygène dans l’eau.
Tout cela sera complété par un conditionnement de l’eau juste avant son entrée en chaudière : l’ajout de produits chimiques permettra d’obtenir les caractéristiques idéales (taux d’oxygène et pH).

Les gaz chauds entrent d’un côté et l’eau d’alimentation de l’autre. Molly et ses amies vont alors traverser une pompe et toute un série d’échangeurs.

Le premier échangeur est un économiseur … la température grimpe !

Arrivée au ballon, puis passage par l’évaporateur pour le changement d’état ! Des bulles de vapeur se forment, Molly et ses amies sont séparées.

Mais la vapeur (dite « saturée ») doit être séparée de la partie liquide : c’est le rôle du ballon…

Les molécules d’eau de la vapeur peuvent ensuite rejoindre le dernier échangeur : un surchauffeur leur permet de récupérer encore plus d’énergie et monter en température ; la vapeur est dite « surchauffée » en sortie.

Avec une forte énergie et assez bien organisées grâce à leur forte pression, les molécules attaquent les aubes de la turbine qui se mettent en mouvement. Des aubes statiques permet d’accroître la vitesse (et donc l’énergie cinétique) des molécules de vapeur puis l’énergie cinétique est transformée en énergie mécanique via la force de poussée sur les aubages mobiles (rotor).

Au fur et à mesure du temps, l’écoulement des molécules dans la turbine n’est plus aussi régulier, car la turbine s’encrasse. En effet, la silice passe dans la phase vapeur… Il faut fortement surveiller ce paramètre !

En fin de parcours, elles n’ont plus assez d’énergie… Les voilà réunies au contact du condenseur qui leur prend encore plus de chaleur !

Les valeurs de température et pression ne sont données qu’à titre d’exemple… En réalité pour un seul cycle dans la chaudière, les valeurs seraient plus basses (pression autour de 100 bar).


J’ai préparé cette petite BD à l’occasion d’une chouette conférence (présentée récemment à l’Espace des Sciences Pierre-Gille de Gennes, dans le cadre de leur exposition « trajectoires ») avec d’autres intervenants du Café des Sciences (Pierre Kerner, Tania Louis, Macroscopie, Langues de Cha’, Le Nid de Pie, This is Science) et sous le pilotage d’Aurélie (Les patates douces)
Voilà, on s’est bien régalés, surtout que des live sketcheurs nous ont réalisé de chouettes dessins !

Dessin de Akenium

Dessin de Science de Comptoir

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