Haro sur le coup de bélier !

Elle est gigantesque ! La centrale hydroélectrique de Livet-et-Gavet en Isère est capable de produire 560 millions de kWh chaque année, soit l’équivalent des consommations d’électricité de Grenoble et Chambéry réunies. Son chantier de construction, le plus important d’Europe, a duré 10 ans et réservé quelques surprises, comme un problème de ″coups de bélier″ dans la tuyauterie de récupération des eaux de ruissellement. Face à cet événement, 2c2i a été appelé à la rescousse !

Cette centrale hydroélectrique est un projet hors norme, destiné à remplacer six anciennes centrales et cinq barrages érigés dans les années 1900 sur la rivière de la Romanche s’écoulant de l’Isère aux Hautes-Alpes. « EDF a dans cette perspective construit un barrage à Livet-et-Gavet pour guider l’eau de la rivière vers une galerie creusée dans le massif de Belledone, raconte Morgane Dannoux, responsable de l’équipe Process chez 2c2i. Après avoir parcouru 10 km, l’eau chute brutalement dans un puits jusqu’à une ″caverne″ à 150 m de profondeur, pour acquérir davantage de force et faire tourner les deux turbines de la centrale. Ici, EDF a aussi installé un circuit ″d’exhaure″, récupérant l’eau qui ruisselle des parois dans la montagne pour éviter les inondations et pour servir à refroidir les turbines ou de réserve d’eau en cas d’incendie. » 

Un bruit énorme lors des essais !

L’eau de ruissellement est remontée depuis la caverne vers le réservoir d’incendie ou vers la surface, à l’aide de quatre pompes et d’un réseau de tuyauteries de plusieurs dizaines de mètres. « Mais lorsque la première pompe a été mise en route pour des essais, un bruit énorme a retenti, relate Morgane Dannoux. C’est ce qu’on appelle un coup de bélier et ce n’est pas bon du tout ! » Explication : dans la tuyauterie, l’eau circule à vitesse fixe – on dit que le régime d’écoulement est permanent. Il suffit d’ouvrir brusquement une vanne ou d’arrêter une pompe, pour qu’une onde de choc se crée et que la pression augmente : c’est ce qui caractérise le coup de bélier, un événement transitoire. À cet instant, le son va plus vite que le liquide.

Une question de pression et de dépression brutales

Cette augmentation de pression très forte sur un temps extrêmement court dans le conduit risque de casser le réseau. On peut aussi observer une dépression, responsable de la formation de bulles de vapeur dans l’eau (cavitation) avec la conséquence supplémentaire d’endommager le support qui soutient la tuyauterie. « Ce phénomène n’est pas rare, poursuit Morgane Dannoux. Il se produit quand les tuyaux dépassent plusieurs mètres de long. Vous avez déjà tous entendu les canalisations de chauffage d’un immeuble faire du bruit à l’allumage en début d’hiver. »

Calculer pour valider

Il existe plusieurs parades simples et efficaces pour amortir le coup de bélier. Avant tout, il convient de fermer et ouvrir les vannes en douceur, d’allumer et d’éteindre progressivement les pompes. On peut les équiper d’un variateur de vitesse, d’un clapet ou d’une soupape, tous capables de limiter l’onde de choc. Autre possibilité : ajouter une cheminée ouverte remplie d’eau sur le réseau, pour que la pression ne reste pas dans la tuyauterie. Il convient d’évaluer ces solutions avec précision par des calculs. « Nous modélisons le réseau avec ses pompes, ses vannes, le point le plus haut et le plus bas… en appliquant d’abord un régime d’écoulement permanent, explique Morgane Dannoux. Puis, on provoque un événement, comme celui qui s’est déroulé dans le circuit d’exhaure de la centrale de Livet-et-Gavet (en l’occurrence le démarrage d’une pompe et la fermeture inopinée d’un clapet anti-retour). »

Tout fonctionne parfaitement désormais

Le logiciel dessine alors l’onde correspondante qui oscille, visualisant le coup de bélier quand il est sensé survenir au maximum de la pression. Cette modélisation permet notamment de mesurer les vitesses optimales des variateurs ou des clapets pour éviter surpression et dépression. Les calculs réalisés par 2c2i ont permis de démontrer que le circuit d’exhaure était bien dimensionné, et que l’ajout d’un clapet adapté suffisait pour que le système se comporte parfaitement. « Plus un bruit, conclut Morgane Dannoux. Les quatre pompes ont été mises en route simultanément, générant depuis un an un débit de 850 m3 par heure, sans onde de pression dommageable. On peut avoir confiance désormais. Les tuyauteries ne se rompront pas, pour que la centrale de Livet-et-Gavet fonctionne au moins aussi longtemps que les six installations hydroélectriques centenaires qu’elle a remplacées ! »

 

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