How polymers ensure the smooth operation of the worlds largest dam

Comment les polymères assurent le bon fonctionnement du plus grand barrage du monde

Améliorer la durabilité et l'efficacité des plus grands projets hydroélectriques du monde

Le barrage des Trois Gorges , situé sur le fleuve Yangtze en Chine, est la plus grande centrale hydroélectrique du monde, tant en termes de capacité installée que de quantité d'électricité produite. Achevé en 2012, le barrage est une prouesse d'ingénierie monumentale et joue un rôle crucial dans la stratégie énergétique de la Chine, la lutte contre les inondations et la navigation. D'une largeur de plus de 2 kilomètres et d'une hauteur de 185 mètres, le barrage a une capacité de 22,5 gigawatts (GW) , capable de produire environ 100 térawattheures d'électricité par an.

Si l'ampleur et la grandeur du barrage des Trois Gorges sont souvent au centre des attentions, ce sont les matériaux et les technologies utilisés pour sa construction et son entretien continu qui garantissent son succès à long terme. Les polymères font partie intégrante du fonctionnement du barrage, améliorant sa durabilité, son efficacité et sa résilience face aux éléments. Cet article explore l'importance du barrage des Trois Gorges, son utilisation de composants en polymère et la manière dont ces matériaux contribuent à la fonctionnalité globale du barrage.

Le barrage des Trois Gorges : une merveille d'ingénierie moderne

Le barrage des Trois Gorges sert à de multiples fins au-delà de la simple production d’électricité :

  • Contrôle des inondations : En régulant le débit du fleuve Yangtze, le barrage protège des millions de personnes en aval des inondations, qui ont historiquement causé d'importantes pertes en vies humaines et des dégâts matériels.
  • Navigation : Le barrage a amélioré la navigation le long du fleuve Yangtze en créant une voie navigable plus profonde et plus stable, facilitant le mouvement des marchandises entre l'est et l'ouest de la Chine.
  • Production d'électricité : Les 32 turbines principales du barrage, complétées par 2 générateurs plus petits, produisent une part importante de l'électricité chinoise, en particulier dans les zones à forte activité industrielle.

Le rôle des polymères dans le barrage des Trois Gorges

Bien qu'une grande partie du barrage des Trois Gorges soit construite à partir de matériaux traditionnels comme le béton et l'acier, des polymères sont utilisés dans divers composants, en particulier dans les zones où la résistance à la corrosion, la gestion de l'eau et la durabilité à long terme sont essentielles. L'exposition continue à l'eau, aux sédiments et aux conditions environnementales fluctuantes rend les polymères idéaux pour des applications spécifiques au sein du barrage. Voici les principaux domaines dans lesquels les polymères sont utilisés :

1. Composants de la turbine

Les turbines du barrage des Trois Gorges sont chargées de convertir l'énergie cinétique de l'eau qui coule en électricité. Ces turbines, exposées à l'eau et aux particules abrasives, bénéficient de composants en polymère qui réduisent la friction, résistent à l'usure et améliorent l'efficacité.

Le polyéther éther cétone (PEEK) , un polymère haute performance, est utilisé dans plusieurs composants des turbines. Le faible coefficient de frottement du PEEK et son excellente résistance à l'abrasion et aux produits chimiques en font un matériau idéal pour les roulements et les joints du système de turbine. Ces composants sont essentiels pour maintenir l'efficacité et la fiabilité des turbines en réduisant l'usure et en prolongeant leur durée de vie opérationnelle.

Exemple : Dans le barrage des Trois Gorges, des roulements à base de PEEK sont utilisés dans les pièces rotatives des turbines pour assurer un fonctionnement fluide avec un minimum de frottement, même dans des conditions de haute pression. Ces roulements aident également à résister aux effets érosifs du limon et des sédiments transportés par le fleuve Yangtze.

2. Joints et joints d'étanchéité

Les joints et les garnitures sont essentiels pour maintenir l'étanchéité et prévenir les fuites dans différentes parties du barrage, notamment les turbines, les vannes et les déversoirs. Ces composants sont souvent fabriqués à partir de polymères en raison de leur excellente résistance à l'eau, aux produits chimiques et aux fluctuations de température.

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) , communément appelé Téflon, est largement utilisé dans les systèmes d'étanchéité du barrage. Le PTFE est très résistant à l'absorption d'eau et peut supporter une exposition à long terme à l'eau à haute pression et aux produits chimiques sans se dégrader. Cela garantit l'intégrité structurelle du barrage et aide à prévenir les fuites dans les zones critiques, telles que les vannes et les carters de turbine.

Exemple : les joints en PTFE sont utilisés dans les vannes du barrage des Trois Gorges, où ils garantissent l'étanchéité des vannes tout en empêchant la pénétration de débris et de limon dans les systèmes mécaniques. Le faible frottement et la grande résistance à l'usure du polymère contribuent à réduire les besoins de maintenance, en particulier dans les zones où les composants sont soumis à des cycles d'ouverture et de fermeture fréquents.

3. Systèmes de tuyauterie

Les systèmes de tuyauterie des centrales hydroélectriques sont essentiels pour le transport de l'eau et les opérations de refroidissement. Ces tuyaux doivent être résistants à la corrosion, légers et durables pour supporter l'exposition constante à l'eau et aux pressions fluctuantes.

Les tuyaux en polyéthylène haute densité (PEHD) sont utilisés dans les systèmes de transport et de refroidissement de l'eau du barrage. Le PEHD est connu pour sa faible absorption d'eau, son excellente résistance chimique et sa durabilité à long terme, ce qui en fait un matériau privilégié dans les applications hydroélectriques. Contrairement aux tuyaux métalliques, qui sont sujets à la corrosion et à la rouille au fil du temps, les tuyaux en PEHD conservent leur intégrité dans les environnements humides, réduisant ainsi le besoin de remplacements ou de réparations fréquents.

Exemple : Dans les systèmes de refroidissement des turbines du barrage des Trois Gorges, des tuyaux en PEHD sont utilisés pour transporter l'eau et réguler la température dans les turbines et les générateurs. La résistance du PEHD à l'accumulation de produits chimiques et à la corrosion garantit que les systèmes de refroidissement restent fonctionnels et efficaces à long terme.

4. Revêtements et doublures de protection

L'immense pression de l'eau au barrage des Trois Gorges, combinée à la nature abrasive des sédiments transportés par le fleuve Yangtze, nécessite l'utilisation de revêtements et de revêtements protecteurs pour les surfaces en béton et en métal. Des polymères sont souvent utilisés dans ces revêtements pour prévenir l'érosion, la corrosion et la dégradation des infrastructures critiques.

Les revêtements en polyuréthane (PU) sont appliqués sur les surfaces internes des voies de circulation, des déversoirs et d'autres zones exposées à l'écoulement direct de l'eau. Le polyuréthane fournit une barrière solide et flexible qui protège les surfaces en béton et en métal des effets abrasifs des particules et des sédiments en suspension dans l'eau.

Exemple : Les déversoirs du barrage des Trois Gorges sont recouverts de revêtements en polyuréthane pour empêcher l'érosion causée par les eaux à grande vitesse et les limons. Ce revêtement polymère contribue à prolonger la durée de vie des déversoirs du barrage en empêchant la dégradation du béton et en maintenant un écoulement régulier de l'eau lors des épisodes de débit élevé.

Pourquoi les polymères sont-ils bien adaptés aux applications hydroélectriques ?

L’utilisation de polymères dans le barrage des Trois Gorges et d’autres projets hydroélectriques est motivée par plusieurs avantages clés :

  • Résistance à la corrosion : Contrairement aux métaux, les polymères comme le PEEK, le PTFE et le PEHD sont naturellement résistants à la corrosion, même dans des environnements à taux d'humidité élevés et à pH variable. Cela les rend idéaux pour une utilisation à long terme dans les systèmes hydroélectriques où l'exposition à l'eau est constante.
  • Faible absorption d'eau : les polymères tels que le PTFE et le PEHD ont des taux d'absorption d'eau extrêmement faibles, ce qui les empêche de gonfler, de se fissurer ou de se déformer lorsqu'ils sont immergés pendant des périodes prolongées.
  • Léger et durable : Les polymères sont souvent plus légers que les métaux, ce qui les rend plus faciles à installer et à manipuler, en particulier dans les projets de grande envergure comme le barrage des Trois Gorges. En même temps, ils offrent durabilité et résistance mécanique, même face à des pressions d'eau et des températures élevées.
  • Maintenance réduite : La durabilité et la résistance à la corrosion des polymères réduisent le besoin d’entretien et de remplacement fréquents, ce qui entraîne une réduction des coûts d’exploitation et une fiabilité accrue des installations hydroélectriques.

L'importance de l'utilisation des polymères dans le barrage des Trois Gorges

L'utilisation de polymères dans le barrage des Trois Gorges témoigne non seulement de la polyvalence et de l'efficacité de ces matériaux, mais constitue également un facteur clé de la capacité du barrage à fonctionner efficacement à long terme. En incorporant des composants en polymère dans des zones critiques telles que les turbines, les joints et les systèmes de tuyauterie, les exploitants du barrage ont pu réduire les coûts de maintenance, prolonger la durée de vie des équipements et garantir que le barrage continue de fournir une électricité fiable à des millions de personnes.

Conclusion

Le barrage des Trois Gorges est une réalisation monumentale dans le domaine des énergies renouvelables, et son succès est renforcé par l'utilisation stratégique de polymères dans divers composants de ses opérations. De la réduction de l'usure des systèmes de turbines à la fourniture de joints résistants à la corrosion et de canalisations durables, les polymères se sont révélés être des matériaux essentiels pour assurer la fiabilité et l'efficacité à long terme de la plus grande centrale hydroélectrique du monde. À mesure que l'industrie hydroélectrique continue d'évoluer, le rôle des polymères va probablement s'élargir, offrant de nouvelles solutions pour améliorer les performances et la durabilité dans l'un des secteurs les plus importants de la production énergétique mondiale.