« Formation admissible aux fins de la formation continue obligatoire, pour une durée de 0.75 heure. »
La conception des turbines hydroélectriques avec Anthony Sansone
Au Coeur des Innovations
Dans cet épisode, Michel Demuynck reçoit Anthony Sansone, ingénieur mécanique spécialisé dans les turbines hydroélectriques, pour démystifier un intitulé de poste qui réunit trois univers : le mécanique, l’hydraulique et l’électrique.
La discussion s’ouvre sur le fonctionnement d’une centrale hydroélectrique et sur l’anatomie complète d’une turbine, bien au-delà de la seule roue, avant de comparer les grandes familles de machines (Pelton, Francis, Kaplan, bulbe) et leurs contextes d’usage selon la hauteur de chute et le débit.
L’invité détaille ensuite son cycle de conception, de la coupe machine au suivi d’installation, ainsi que les enjeux de sécurité, de coûts et de durée de vie. L’épisode aborde enfin la transition énergétique, les innovations environnementales et l’acceptabilité sociale des barrages, puis le parcours de reconnaissance professionnelle d’un ingénieur formé à l’étranger.
Informations générales
Titre de la formation:
La conception des turbines hydroélectriques avec Anthony Sansone
Durée: 0.75 heure
Langue: Français
Format: Balado – Formation en-ligne
Expert invité:
Anthony Sansone, ing.
Ingénieur mécanique – turbines hydroélectriques.
Anthony Sansone est ingénieur mécanique spécialisé dans les turbines hydroélectriques et membre de l’Ordre des ingénieurs du Québec (OIQ). Son travail couvre l’ensemble du cycle de conception d’un groupe turbine-alternateur : de la coupe machine et de la modélisation jusqu’aux dessins de fabrication, au suivi en atelier et à l’installation en centrale. Il intervient autant sur des machines neuves, roues de 5 à 10 mètres de diamètre, bâches spirales, distributeurs et directrices, que sur la réhabilitation d’installations arrivées en fin de vie, où l’enjeu consiste à gagner en puissance dans un encombrement contraint. Formé aux Arts et Métiers en France puis à Polytechnique Montréal, il a obtenu son permis par la voie du programme de permis restrictif temporaire (PRT).
Compétences professionnelles visées (Cadre de référence OIQ)
C'est à l'ingénieur de déterminer si le contenu de cet épisode correspond à ses besoins de développement professionnel et à ses activités actuelles ou futures.
| Champ de compétence | Éléments couverts dans cet épisode |
|---|---|
| Concevoir la solution | Élaboration de la coupe machine et modélisation 2D/3D de l'ensemble turbine; calculs de contraintes mécaniques et application des coefficients de sécurité; intégration et dimensionnement des composantes (roue, arbre, bâche spirale, distributeur, directrices) autour de la forme hydraulique; production des dessins de fabrication et d'assemblage et des notes de calcul. |
| Surveiller la mise en œuvre de la solution | Suivi de fabrication et gestion des non-conformités; essais mécaniques sur échantillons de fonderie et essais non destructifs (END); préassemblages en atelier; suivi d'installation en chantier, mise en route et période de rodage en centrale. |
| Déterminer la solution | Sélection des procédés de fabrication éprouvés (fonderie, soudage, forgeage) et de leurs normes associées; évaluation des solutions à partir de modèles éprouvés; arbitrage entre critères contractuels et critères internes (choix du plus conservateur); optimisation de la matière sous contrainte de sécurité et de performance. |
| Agir professionnellement | Priorité absolue à la sécurité et respect des règles de l'art; prise de responsabilité par l'apposition du sceau de l'ingénieur; intégration d'enjeux de développement durable (turbines aérantes, réduction des rejets d'huile et de lubrifiants); démarche de reconnaissance professionnelle par le programme PRT et adhésion à l'OIQ. |
| Communiquer efficacement | Coordination et échanges continus avec les hydrauliciens, les acheteurs et les équipes qualité; collaboration entre corps de métier sur un produit complexe; importance de la communication écrite et orale dans la conduite du projet. |
CONTENU
Parcours et formation en génie mécanique
- Le cheminement d’un ingénieur passé par une classe préparatoire scientifique et un diplôme des Arts et Métiers en France, puis par une maîtrise recherche en mécanique des fluides à Polytechnique Montréal.
- La distinction entre une formation d’ingénieur « généraliste » (ateliers de soudage, fonderie, modélisation) et la spécialisation progressive vers la conception hydraulique.
Décomposer l’intitulé : mécanique, hydraulique, électrique
- Le principe de fonctionnement d’une centrale hydroélectrique : un groupe turbine-alternateur où le débit et la pression liés à la hauteur de chute entraînent la roue, l’arbre puis l’alternateur.
- La différence entre le volet hydraulique (donner aux composantes la forme qui maximise le rendement) et le volet mécanique (assurer la tenue structurale, la fabricabilité et la maintenabilité de la turbine).
- La distinction entre centrale, barrage à retenue et barrage au fil de l’eau — et pourquoi une turbine n’est pas toujours associée à un barrage.
L’anatomie complète d’une turbine
- Pourquoi une turbine ne se résume pas à sa roue : la chaîne des pièces tournantes (roue à aubes, arbre, rotor d’alternateur) et des pièces fixes qui suivent le chemin de l’eau.
- Le rôle de la bâche spirale, dont la section diminue progressivement pour maintenir un débit uniforme tout autour de la roue.
- La fonction du distributeur et des directrices — ces ailettes orientables, profilées comme des ailes d’avion, qui règlent le débit admis et peuvent même l’interrompre selon la demande électrique.
Les grandes familles de turbines et leurs contextes d’usage
- La différence fondamentale entre turbines à impulsion (Pelton, pour les très hautes chutes de l’ordre de 300 à 400 m) et turbines à réaction (mises en mouvement par une différence de pression).
- Les critères de sélection — hauteur de chute et débit — qui orientent le choix vers une Kaplan (basse chute, fort débit), une Francis (régime intermédiaire, la plus répandue en Amérique du Nord) ou une turbine bulbe (très basses chutes, faible encombrement civil).
- L’avantage du double réglage de la Kaplan (directrices et pales orientables) pour aller chercher le meilleur rendement selon les conditions.
Le cycle de conception mécanique, de l’idéation à la livraison
- La démarche « du grossier vers le détail » : la coupe machine, la modélisation 2D/3D, puis les dessins de fabrication et d’assemblage et les notes de calcul comme livrables clés.
- Le recours aux procédés éprouvés (fonderie, soudage, forgeage) et à des matériaux bruts standards travaillés sur mesure pour la quasi-totalité des pièces.
- La responsabilité de l’ingénieur qui vérifie et scelle les dessins même lorsqu’une équipe dédiée les réalise, et les ordres de grandeur de délai (6 mois à 1 an de documentation; moins de 5 ans du projet neuf à une turbine en fonction).
Sécurité, coefficients de sécurité et validation
- La hiérarchie des priorités — la sécurité d’abord, sans compromis, puis la performance — et l’arbitrage entre critères contractuels et critères internes, où l’on retient toujours le plus conservateur.
- Les moyens de validation : modèles éprouvés, essais mécaniques sur échantillons de fonderie coulés en même temps que les pièces, et essais non destructifs (END) pour détecter les défauts.
- Pourquoi le véritable « essai final » d’une turbine a lieu en centrale, lors de la mise en route et de la période de rodage, faute de pouvoir la simuler en eau en atelier.
Durée de vie et réhabilitation des installations
- La durée de vie typique d’une turbine (environ 50 ans) et l’enjeu actuel d’un parc vieillissant installé dans les années 1950 à 1970.
- Les deux voies de réhabilitation — remise en état des pièces existantes ou remplacement par des composantes modernes — et le gain de puissance possible en optimisant le diamètre de roue dans un encombrement contraint (les pièces encastrées dans le béton, elles, demeurent).
Turbines et transition énergétique
- Comment les outils informatiques (modélisation et simulation numérique en structure comme en mécanique des fluides) ont transformé l’optimisation des machines depuis l’époque des tables à dessin.
- Les innovations environnementales concrètes : géométries limitant le passage de la faune aquatique et turbines aérantes qui injectent de l’air pour améliorer l’oxygénation de l’eau en aval.
- Les mesures de réduction des rejets : systèmes hydrauliques à plus haute pression (donc moins d’huile), matériaux autolubrifiants et étanchéification pour confiner d’éventuelles fuites.
Acceptabilité sociale des grands barrages
- Pourquoi on construit de moins en moins d’ouvrages neufs : les conséquences environnementales (inondation de forêts entières) et humaines des barrages à retenue.
- L’évolution du rapport aux communautés autochtones, aujourd’hui davantage incluses dans le développement des projets, par contraste avec la période d’expansion des années 1980.
Reconnaissance professionnelle d’un ingénieur formé à l’étranger
- Le cheminement par le permis restrictif temporaire (PRT) : volets théorique (capsules et examen), pratique (compétences démontrées sous supervision) et linguistique, désormais rapproché du parcours des CPI.
- La valeur, du point de vue de la prise de responsabilité, d’un encadrement professionnel dicté par la loi — un modèle absent en France, où le titre d’ingénieur s’obtient à la sortie de l’école.
Ressources
- Ordre des ingénieurs du Québec (OIQ)
- Programme de permis restrictif temporaire (PRT) — OIQ
- Polytechnique Montréal — génie mécanique et maîtrise recherche
- Arts et Métiers (France)
- Turbine hydroélectrique
Épisode enregistré le 13 août 2025
Invité :Anthony Sansone, Ingénieur mécanique – turbines hydroélectriques
Animation : Michel Demuynck, ingénieur et communicateur scientifique
Réalisation : Hugo Martin
Recherche : Michel Demuynck, ing.
Production : Rivercast Média s.a.