Lorsque l’eau passe d’une altitude élevée à une altitude plus faible elle doit se départir de son énergie. En tombant et en se frottant sur les parois solides, l'eau crée de l'énergie. Il en résulte une très légère augmentation de la température de l’eau de quelques centièmes de degrés. Pour être efficace, une installation hydraulique comportant des turbines doit éviter de faire le moins de remous pour ne pas perdre tout le potentiel électrique de l'eau.
Une turbine hydraulique travaille en trois étapes : d’abord elle crée un grand tourbillon à l’entrée. Ensuite la roue le freine en transferrant l’énergie à l’alternateur qui en fait de l’électricité. Par la suite, l’eau est retournée à la rivière.
Il y a deux composantes physiques à la puissance hydraulique:
-Le débit qui est la quantité d’eau qui transite par unité de temps.
-La chute qui produit la vitesse de rotation du tourbillon.
La roue ne tournent pas à la même vitesse que l'eau et donc il s'exerce à leur contact une pression. Cette pression applique donc un mouvement circulaire sur la roue et comme ce mouvement est accompagné de la rotation de la roue il y a production de puissance électrique.
Pour éclaircir le tout, il y a 3 importantes étapes:
-1.L’eau est mise en rotation autour de la roue.
-2.La roue redresse l’eau en en absorbant l’énergie.
-3.L’eau est ensuite retournée à la rivière.
La turbine Francis a un rôle extrêmement important dans les centrales hydroélectriques qui ont des chutes variant entre 30 et 200m. C'est une turbine dite à réaction celle qu'on utilise le plus dans les grandes centrales comme dans le complexe La Grande 2. Elle est composée de directrices mobiles permettant de modifier le débit de 0 jusqu'à valeur maximale. La roue mobile comporte de 8 à 15 aubes. Les turbines Francis ont été les premières turbines modernes à être installées. Au début, on les installait même sous des chutes très basses. Aujourd'hui, les centrales hydro-électriques les plus puissantes au monde en sont équipées.
Dans cette image, on peut voir la turbine au centre de l'image. Autour, c'est le reste de la centrale souterraine qu'on peut voir.