Amorçage et débitance d’un siphon de barrage

Contexte de l’étude

Afin de restituer un débit à l’aval des barrages, des systèmes de siphons pilotés par des vannes peuvent être mis en place. L’ouverture ou la fermeture de ces vannes permet de contrôler le débit de l’écoulement à la sortie. Avant l’installation de ces siphons, une étude de la phase d’amorçage peut s’avérer nécessaire afin de s’assurer de sa stabilité. Ensuite, l’établissement de la loi de débitance du siphon permet de valider que les caractéristiques géométriques du siphon permettront de trouver une ouverture de vanne et une charge hydraulique restituant le débit nominal.

Objectif

Cette étude comporte deux objectifs distincts :

1. Valider le bon amorçage du siphon en fonction de la hauteur de colonne d’eau pompée préalablement,
2. Vérifier le débit du siphon en régime établi

Phase 1 : simulation et résultats de l’amorçage

Les modélisations 3D permettent d’étudier la stabilité de l’écoulement lors de l’amorçage, c’est-à-dire vérifier qu’il n’y a pas de rupture de charge hydraulique durant cette phase transitoire qui stopperait l’aspiration de l’eau à l’amont. L’utilisation de modélisations VoF (Volume of Fluid) permet de visualiser l’évolution des phases d’air et d’eau lors de l’ouverture de la vanne, et ainsi : observer la mise en place de l’écoulement d’eau, identifier l’établissement d’une colonne d’air continue entre l’amont et l’aval du siphon pouvant créer la rupture de charge.

Phase 2 : établissement de la loi de débitance

Une seconde phase de calculs en régime stationnaire permet de déterminer le débit en fonction des paramètres d’entrée (l’ouverture de la vanne et donc la section de passage, et la charge hydraulique initiale). Les différents débits obtenus en faisant varier la charge hydraulique conduisent à un coefficient de débitance dépendant de l’ouverture et ainsi de définir la loi de débitance pour une ouverture donnée. Au final, cette corrélation peut être utilisée pour la régulation du débit par un automate.

Aller plus loin sur les modélisations de la débitance d’un barrage

Voici un exemple vidéo de modélisation CFD présentant le calcul de la débitance d’un siphon de barrage.

Les simulations CFD peuvent permettre de caractériser les différents organes d’évacuation de débits des barrages. Des modélisations de débitance de déversoirs à seuil labyrinthe, en touches de piano, circulaire, ou encore de vannes de fond et de clapets sont possibles, afin de connaître avec la plus grande justesse les lois débit VS charge.