De nos jours, en raison du besoin d’énergie propre et de production d’électricité durable, l’hydroélectricité joue un rôle central dans la satisfaction de la demande énergétique. En particulier, l’utilisation de microcentrales hydroélectriques à faible hauteur de chute se répand dans le monde entier, en raison de leurs faibles périodes de retour sur investissement et de leur bonne durabilité environnementale. Les roues hydrauliques gravitaires sont des micro-convertisseurs hydroélectriques généralement utilisés dans des sites dont la hauteur de chute est inférieure à 6 m et dont le débit est de quelques mètres cubes par seconde. Bien que les roues hydrauliques aient été étudiées scientifiquement dès le XVIIIe siècle, elles ont été largement ignorées tout au long du XXe siècle, et ce n’est qu’au cours des deux dernières décennies que la communauté scientifique a connu un regain d’intérêt pour leur utilisation.
Dans cet article, une revue sur les roues hydrauliques gravitaires est présentée, en distinguant les roues hydrauliques de type undershot, breastshot et overshot. La technologie des roues à eau est discutée en se concentrant sur la conception géométrique et hydraulique ; les données et les équations d’ingénierie trouvées dans les livres historiques du XIXe siècle sont également présentées. Les performances des roues hydrauliques sont décrites en examinant les résultats expérimentaux, et des modèles théoriques modernes pour l’estimation de l’efficacité sont présentés. Enfin, les résultats obtenus par des expériences et des simulations numériques ont été discutés dans le but d’optimiser les performances des roues hydrauliques à gravité. Les résultats ont montré que l’efficacité maximale des roues à eau de type « overshot » et « undershot » était d’environ 85 %, tandis que celle des roues à eau de type « breastshot » était comprise entre 75 % et 80 %, en fonction de la configuration du débit entrant. L’efficacité maximale des roues à eau modernes peut être maintenue à des valeurs aussi élevées sur une plus large gamme de débits et de conditions hydrauliques par rapport aux anciennes installations. Par conséquent, les roues hydrauliques bien conçues peuvent être considérées comme des convertisseurs de micro-hydroélectricité efficaces et rentables.