Les êtres humains ont appris à exploiter l'énergie de l'eau courante il y a plusieurs millénaires. Depuis plus d'un siècle, l'électricité est produite à partir de l'énergie hydraulique. La plupart des gens associent l'utilisation de l'énergie hydraulique à l'endiguement des rivières, mais l'énergie hydroélectrique peut également être générée par l'exploitation des marées.
Les opérations de production hydroélectrique couvrent un vaste terrain et de nombreux climats, allant du pergélisol arctique à la forêt tropicale équatoriale. L'emplacement géographique de la centrale aura une incidence sur les conditions dangereuses qui peuvent être présentes, puisque les risques professionnels tels que les insectes et les animaux agressifs, ou même les plantes vénéneuses, varient d'un endroit à l'autre.
Une station d'hydrogénation se compose généralement d'un barrage qui emprisonne une grande quantité d'eau, un déversoir qui libère le surplus d'eau de façon contrôlée et un centrale. Digues et d'autres structures de confinement et de contrôle de l'eau peuvent également faire partie de la centrale hydroélectrique, bien qu'elles ne soient pas directement impliquées dans la production d'électricité. La centrale contient des canaux conducteurs qui guident l'eau à travers des turbines qui convertissent le flux linéaire de l'eau en un flux rotatif. L'eau tombera à travers les pales de la turbine ou s'écoulera horizontalement à travers elles. La turbine et le générateur sont connectés l'un à l'autre. Ainsi, la rotation de la turbine entraîne la rotation du rotor du générateur.
Le potentiel d'énergie électrique du débit d'eau est le produit de la masse de l'eau, de la hauteur à laquelle elle tombe et de l'accélération gravitationnelle. La masse est fonction de la quantité d'eau disponible et de son débit. La conception de la centrale déterminera la hauteur de l'eau. La plupart des conceptions puisent l'eau près du sommet du barrage, puis la rejettent au fond dans un lit de rivière en aval existant. Cela optimise la hauteur tout en maintenant un débit raisonnable et contrôlable.
Dans la plupart des centrales hydroélectriques modernes, les turbogénérateurs sont orientés verticalement. Ce sont les structures familières qui dépassent du rez-de-chaussée dans ces gares. Cependant, presque toute la structure est située sous ce qui est visible au niveau du rez-de-chaussée. Cela comprend le puits du générateur et, en dessous, le puits de la turbine et le tube d'admission et de décharge. Ces structures et les canaux de guidage de l'eau sont pénétrés à l'occasion.
Dans les centrales d'époque plus ancienne, le turboalternateur est orienté horizontalement. L'arbre de la turbine dépasse d'un mur dans la centrale électrique, où il se connecte au générateur. Le générateur ressemble à un très gros moteur électrique à boîtier ouvert de style ancien. Témoignage de la conception et de la qualité de construction de ces équipements, certaines installations du début du siècle sont toujours en activité. Certaines stations actuelles intègrent des versions mises à jour des conceptions des anciennes stations. Dans de telles centrales, le canal d'eau entoure complètement le turbogénérateur et l'entrée se fait par un carter tubulaire qui traverse le canal d'eau.
Un champ magnétique est maintenu dans les enroulements du rotor du générateur. L'alimentation de ce champ est fournie par des bancs de batteries au plomb-acide ou au nickel-cadmium remplis de soude caustique. Le mouvement du rotor et le champ magnétique présent dans ses enroulements induisent un champ électromagnétique dans les enroulements du stator. Le champ électromagnétique induit fournit l'énergie électrique qui est fournie au réseau électrique. La tension électrique est la pression électrique qui résulte de l'écoulement de l'eau. Afin de maintenir la pression électrique, c'est-à-dire la tension, à un niveau constant, il faut modifier le débit d'eau à travers la turbine. Cela se fera au fur et à mesure que la demande ou les conditions changent.
Le flux d'électricité peut provoquer des arcs électriques, comme par exemple dans l'ensemble excitateur du rotor. Les arcs électriques peuvent générer de l'ozone qui, même à de faibles niveaux, peut endommager le caoutchouc des tuyaux d'incendie et d'autres matériaux.
Les générateurs hydroélectriques produisent des courants et des tensions très élevés. Les conducteurs des générateurs se connectent à un transformateur d'unité et de celui-ci à un transformateur de puissance. Le transformateur de puissance augmente la tension et réduit le courant pour la transmission sur de longues distances. Un faible courant minimise les pertes d'énergie dues à l'échauffement pendant la transmission. Certains systèmes utilisent du gaz hexafluorure de soufre à la place des huiles conventionnelles comme isolant. Les arcs électriques peuvent produire des produits de décomposition qui peuvent être beaucoup plus dangereux que l'hexafluorure de soufre.
Les circuits électriques comprennent des disjoncteurs qui peuvent couper rapidement et de manière imprévisible le générateur du réseau électrique. Certaines unités utilisent un jet d'air comprimé pour rompre la connexion. Lorsqu'une telle unité entre en action, elle produit un niveau extrêmement élevé de bruit impulsif.
Administration et exploitation des stations
La plupart des gens connaissent les aspects de l'administration et de l'exploitation des centrales de la production hydroélectrique, qui créent généralement le profil public de l'organisation. L'administration de la centrale électrique cherche à s'assurer que la centrale fournit un service fiable. L'administration comprend le personnel de bureau impliqué dans les fonctions commerciales et techniques, et la gestion. Le personnel d'exploitation de la station comprend les directeurs et les superviseurs de l'usine et les opérateurs de processus.
L'hydrogénération est une opération de procédé, mais contrairement à d'autres opérations de procédé, comme celles de l'industrie chimique, de nombreuses stations d'hydrogénation n'ont pas de personnel d'exploitation. L'équipement de production est commandé à distance, parfois sur de longues distances. Presque toutes les activités de travail ont lieu lors de l'entretien, de la réparation, de la modification et de la mise à niveau de l'usine et de l'équipement. Ce mode de fonctionnement exige des systèmes efficaces qui peuvent transférer le contrôle de la production d'énergie à la maintenance pour éviter un démarrage inattendu.
Les dangers et la structure de gestion
Les services publics d'électricité sont traditionnellement gérés comme des organisations « ascendantes ». C'est-à-dire que la structure organisationnelle a traditionnellement fourni une voie de mobilité ascendante qui commence par des postes de niveau d'entrée et mène à la haute direction. Relativement peu d'individus entrent latéralement dans l'organisation. Cela signifie que la supervision et la gestion d'un service public d'électricité auront probablement connu les mêmes conditions de travail que les personnes qui occupent actuellement des postes de premier échelon. Une telle structure organisationnelle peut avoir des implications en ce qui concerne l'exposition potentielle des travailleurs à des agents dangereux, en particulier ceux qui ont des effets cumulatifs chroniques. Prenons par exemple le bruit. Les employés qui occupent actuellement des postes de direction pourraient eux-mêmes avoir subi une perte auditive grave lorsqu'ils étaient employés dans des emplois exposés au bruit professionnel. Leur perte auditive pourrait ne pas être détectée dans les programmes de tests audiométriques de l'entreprise, car ces programmes n'incluent généralement que les employés qui sont actuellement exposés à des niveaux élevés de bruit au travail.
Maintenance des équipements de production
La maintenance des équipements de production se subdivise en deux grands types d'activités : la maintenance électrique et la maintenance mécanique. Bien que les deux types de travail puissent se produire simultanément et côte à côte, les compétences et le travail nécessaires pour les effectuer sont complètement différents.
L'entretien peut nécessiter l'arrêt et le démantèlement d'une unité. Le débit d'eau à la prise est contrôlé par des vannes de tête. Les vannes de tête sont des structures en acier qui sont abaissées dans le canal d'admission pour bloquer l'écoulement de l'eau. Le blocage de l'écoulement permet à l'eau de s'écouler des canaux intérieurs. Le niveau d'eau au repos à la sortie de la turbine (tube de tirage) est inférieur au niveau du carter de volute et des aubes de la roue de turbine. Cela permet d'accéder à ces structures. Le carter de volute est une structure conique en forme de spirale qui dirige le flux d'eau autour de la roue de turbine de manière uniforme. L'eau passe du boîtier de défilement à travers des aubes directrices qui dirigent le débit et des aubes mobiles (portillons) qui contrôlent le volume.
Au besoin, la génératrice et la turbine peuvent être retirées de leur emplacement normal et placées au rez-de-chaussée de la centrale électrique. L'enlèvement peut être nécessaire pour repeindre ou dégraisser et réparer et remplacer les enroulements, les roulements, les freins ou les systèmes hydrauliques.
Parfois, les pales de la roue, ainsi que les portillons, les aubes directrices et les structures conductrices d'eau dans le boîtier de volute et le tube de tirage, subissent des dommages dus à la cavitation. La cavitation se produit lorsque la pression dans l'eau tombe en dessous de sa pression de vapeur. Lorsque cela se produit, des bulles de gaz se forment et la turbulence provoquée par ces bulles érode les matériaux que l'eau touche. Il peut être nécessaire de réparer les matériaux endommagés par soudage ou en réparant et en recouvrant les surfaces en acier et en béton.
Les structures en acier peuvent également nécessiter des réparations et un nouveau revêtement si elles sont corrodées.
Dangers
Il existe une variété de risques associés à la production d'énergie hydroélectrique. Certains de ces risques sont partagés par tous les employés qui travaillent dans l'industrie, tandis que d'autres sont limités à ceux qui sont impliqués dans des activités de maintenance électrique ou mécanique. La plupart des dangers qui peuvent survenir sont résumés dans les tableaux 1 et 2, qui résument également les précautions.
Tableau 1. Contrôle des expositions à certains risques chimiques et biologiques dans la production d'énergie hydroélectrique
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Exposition |
Où il peut être trouvé |
Travailleurs touchés |
Approches de contrôle |
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Poussières abrasives |
La poussière peut contenir des matériaux de grenaillage et de la poussière de peinture. La peinture appliquée avant 1971 peut contenir des BPC. |
Mécaniques |
-Système de contrôle de la poussière |
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Amiante |
L'amiante peut être présent dans les freins des génératrices, les tuyaux et l'isolation électrique, les revêtements pulvérisés, l'amiante-ciment et d'autres produits ; l'exposition dépend de la friabilité et de la proximité de la source. |
Maintenance électrique |
-Adopter les meilleures pratiques en vigueur pour les travaux impliquant l'amiante- |
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Batterie |
Un court-circuit entre les bornes des bancs de batteries peut provoquer une explosion, un incendie et une exposition au liquide et aux aérosols de l'électrolyte. |
Maintenance électrique |
- Blindage des cosses de batterie et des conducteurs non isolés |
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enrobage |
Les émissions peuvent inclure : le monoxyde de carbone, les pigments inorganiques contenant du plomb et d'autres chromates et les produits de décomposition des résines de peinture. Les BPC peuvent avoir été utilisés comme plastifiants avant 1971. Les BPC peuvent former des furanes et des dioxines lorsqu'ils sont chauffés. |
Mécaniques |
-Ventilation d'échappement locale |
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Chlore |
L'exposition au chlore peut se produire lors de la connexion/déconnexion des bouteilles de chlore dans les systèmes de traitement de l'eau et des eaux usées. |
Les opérateurs |
-Suivez les directives de l'industrie du chlore lorsque vous travaillez avec des bouteilles de chlore |
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Dégraissage |
Le dégraissage des équipements électriques nécessite des solvants aux propriétés spécifiques d'inflammabilité, de solvatation et d'évaporation rapide sans laisser de résidu ; les solvants répondant à ces caractéristiques sont volatils et peuvent présenter des risques d'inhalation. |
Maintenance électrique |
-Ventilation d'échappement locale |
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Diesel |
Les émissions comprennent principalement le dioxyde d'azote, l'oxyde nitrique, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le dioxyde de soufre et les particules contenant des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) provenant des véhicules ou des moteurs utilisés dans la centrale. |
Tous les travailleurs |
-Interdire la circulation des automobiles et des camions dans les bâtiments. |
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Restes d'insectes |
Certains insectes se reproduisent dans les eaux rapides autour de la station ; après l'accouplement, les adultes meurent et les carcasses se décomposent et sèchent; certaines personnes développent des allergies respiratoires
Après le drainage, les larves d'insectes vivant dans les canaux d'eau peuvent tenter d'abaisser leur corps dans l'eau restante en produisant des cordes en forme de fil; certaines personnes peuvent développer une sensibilité respiratoire allergique à la poussière résultant du dessèchement de ces matériaux. |
Tous les travailleurs
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-Les insectes qui passent une partie de leur vie dans les eaux rapides perdent leur habitat suite à la construction d'un |
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Huiles et lubrifiants |
Les huiles et les fluides hydrauliques recouvrent les enroulements du rotor et du stator ; la décomposition des hydrocarbures en contact avec des surfaces chaudes peut produire des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). L'exposition peut se produire par inhalation et par contact avec la peau. Le contact avec la peau peut provoquer une dermatite. |
Maintenance électrique |
-Équipement de protection individuelle (selon les circonstances) |
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Ozone |
L'ozone généré par la formation d'arcs dans le rotor et d'autres équipements électriques pourrait poser un problème d'exposition, selon la proximité de la source. |
Tous les travailleurs |
- Entretenir les équipements électriques pour éviter les arcs électriques |
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Fumées de peinture |
Les aérosols de peinture contiennent de la peinture pulvérisée et du diluant; le solvant dans les gouttelettes et la vapeur peut former un mélange inflammable ; le système de résine peut comprendre des isocyanates, des époxydes, des amines, des peroxydes et d'autres intermédiaires réactifs. |
Passants, peintres |
- Cabine de peinture au pistolet |
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Polychloré |
Les PCB ont été utilisés dans les fluides isolants électriques jusqu'au début des années 1970 ; des fluides ou des résidus d'origine peuvent encore être présents dans les câbles, les condensateurs, les transformateurs ou d'autres équipements ; l'exposition peut se produire par inhalation ou par contact avec la peau. Un incendie ou un échauffement extrême pendant le service peut transformer les BPC en furanes et en dioxines. |
Maintenance électrique |
-Équipement de protection individuelle |
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Hexafluorure de soufre |
La décomposition par arc électrique de l'hexafluorure de soufre produit des substances gazeuses et solides d'une toxicité considérablement plus élevée. |
Maintenance électrique |
-Ventilation d'échappement locale |
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Soudage et brasage |
Cadmium, plomb, argent dans la soudure |
Électricité
Mécaniques |
-Ventilation d'échappement locale |
Tableau 2. Contrôle des expositions à certains risques chimiques et biologiques dans la production d'énergie hydroélectrique
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Exposition |
Où il peut être trouvé |
Travailleurs touchés |
Approches de contrôle |
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Travail maladroit |
Un travail prolongé dans une posture inconfortable peut entraîner des lésions musculo-squelettiques. |
Tous les travailleurs |
-Équipement conçu pour refléter les principes ergonomiques |
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Espaces confinés |
Le barrage, les structures de contrôle, les vannes de contrôle, les canaux de conduite d'eau, les générateurs et les turbines contiennent de nombreux puits, puisards, réservoirs et autres espaces clos et partiellement clos qui peuvent devenir appauvris en oxygène, confiner des atmosphères dangereuses ou contenir d'autres conditions dangereuses. |
Tous les travailleurs |
-Appareils de test d'air |
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Noyade |
La noyade peut survenir à la suite d'une chute dans de l'eau en mouvement rapide dans le bief d'amont (zone de prise d'eau) ou le canal de fuite (zone de rejet) ou dans une autre zone. L'eau extrêmement froide est présente dans les latitudes plus élevées pendant les mois de printemps, d'automne et d'hiver. |
Tous les travailleurs |
-Barrières de confinement du personnel |
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Électrocution |
Les zones de la station contiennent des conducteurs sous tension non blindés ; les équipements contenant des conducteurs blindés peuvent devenir sous tension après le retrait du blindage. Le risque d'électrocution résulte d'une entrée délibérée dans des zones non autorisées ou d'une défaillance accidentelle des systèmes de protection. |
Tous les travailleurs |
-Établir des pratiques et des procédures pour assurer des conditions sécuritaires de travail avec des équipements électriques. |
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Électromagnétique |
Les équipements de production et autres équipements électriques produisent des champs CC et CA de 60 Hz (et plus); l'exposition dépend de la proximité de la source et du blindage offert par les structures. Les champs magnétiques sont particulièrement difficiles à atténuer par blindage. L'importance de l'exposition n'a pas encore été établie. Fréquence radio : les effets sur les humains ne sont pas entièrement établis. |
Tous les travailleurs |
-Danger non établi en dessous des limites actuelles |
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Moocall Heat |
Les générateurs dégagent une chaleur considérable; les générateurs et les échangeurs de chaleur peuvent décharger de l'air chauffé dans la centrale électrique ; la structure de la centrale électrique peut absorber et rayonner l'énergie solaire dans le bâtiment ; les blessures causées par la chaleur peuvent survenir pendant les mois les plus chauds, selon le climat et le niveau d'effort. |
Travailleurs d'intérieur |
- Déviation de l'air chauffé vers le toit, blindage, commandes techniques |
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Bruit |
Le bruit en régime permanent des générateurs et d'autres sources et tâches pourrait dépasser les limites réglementaires ; les brise-roche à air comprimé produisent des niveaux de bruit d'impact très élevés ; ceux-ci pourraient se décharger à tout moment. |
Tous les travailleurs |
-Appliquer la technologie de contrôle du bruit. |
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Travail posté |
Les opérations postées peuvent produire des stress physiologiques et psychosociaux; les stress psychosociaux peuvent être particulièrement graves pour les petits nombres impliqués dans les petites communautés isolées où ces opérations ont tendance à être situées. |
Les opérateurs |
-Adopter des horaires de travail qui reflètent les connaissances actuelles sur les rythmes circadiens. |
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Vibration main-bras |
Les vibrations produites par les outils à main électriques et les équipements portatifs sont transmises par les poignées. |
Maintenance électrique |
-Utiliser des outils répondant aux normes en vigueur pour les vibrations main-bras. |
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Vibration, corps entier |
Les vibrations transmises par la structure provenant du mouvement de rotation des générateurs et de la turbulence des écoulements d'eau sont transmises à travers les sols et les murs. |
Tous les travailleurs |
-Surveiller et entretenir l'équipement rotatif pour minimiser les vibrations. |
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Unités d'affichage visuel |
L'utilisation efficace des postes de travail informatisés dépend de l'application des principes visuels et ergonomiques du bureau. |
Employés de bureau |
-Appliquer les principes ergonomiques du bureau à la sélection et à l'utilisation des écrans vidéo |
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Liés à la météo |
L'énergie ultraviolette peut causer des coups de soleil, des cancers de la peau et des cataractes. Le froid peut provoquer un stress dû au froid et des engelures. |
Travailleurs de plein air |
- Des vêtements de travail qui protègent du froid |
Effets environnementaux
La production d'énergie hydroélectrique a été promue comme étant respectueuse de l'environnement. Bien sûr, il apporte d'énormes avantages à la société grâce à la fourniture d'énergie et à la stabilisation du débit d'eau. Mais une telle production d'énergie n'est pas sans coût environnemental, qui a reçu ces dernières années de plus en plus de reconnaissance et d'attention du public. Par exemple, on sait maintenant que l'inondation de vastes zones de la terre et de la roche par de l'eau acide conduit à la lixiviation des métaux de ces matériaux. Une bioaccumulation de mercure a été constatée chez des poissons pêchés dans l'eau de ces zones inondées.
L'inondation modifie également les schémas de turbulence dans l'eau ainsi que le niveau d'oxygénation. Ces deux éléments peuvent avoir de graves effets écologiques. Par exemple, les montaisons de saumon ont disparu sur les rivières endiguées. Cette disparition s'est produite, en partie, parce que les poissons ne peuvent pas localiser ou traverser un chemin vers le niveau d'eau supérieur. De plus, l'eau en est venue à ressembler davantage à un lac qu'à une rivière, et l'eau calme d'un lac n'est pas compatible avec les remontées de saumon.
Les inondations détruisent également l'habitat du poisson et peuvent détruire les zones de reproduction des insectes, dont dépendent les poissons et d'autres organismes pour se nourrir. Dans certains cas, les inondations ont détruit des terres agricoles et forestières productives. L'inondation de vastes zones a également soulevé des inquiétudes concernant le changement climatique et d'autres changements dans l'équilibre écologique. La retenue d'eau douce qui était destinée à s'écouler dans une masse d'eau salée a également soulevé des inquiétudes quant aux changements de salinité.