Hydraulique : études de cas

Modélisation de hausses fusibles pour barrage réservoir

OptiFluides réalise des simulations CFD des évacuateurs de crue pour les ouvrages hydroélectriques. Dans la présente étude, nous travaillons en partenariat avec Hydroplus, concepteur des hausses fusibles, pour étudier les séquences de basculement des Fusegates du barrage de Sans Souci, à l’Île Maurice.

Contexte

Les barrages réservoirs connaissent généralement une phase de remplissage, pendant la saison humide, et une phase de vidange, durant le reste de l’année et pendant laquelle l’eau est turbinée ou utilisée pour l’activité humaine. Cependant, lorsque le réservoir est plein, le surplus d’eau est déversé et donc perdu. Ce phénomène s’observe de plus en plus fréquemment, en particulier dans les régions semi-arides, du fait des changements climatiques menant à des crues plus importantes en saison humide, et de précipitations réduites lors des autres périodes.

La solution proposée par Hydroplus, filiale de VINCI Construction créée en 1991, consiste à rehausser le niveau des seuils avec des hausses fusibles, ou Fusegate :

  • Pour un niveau compris entre le niveau du seuil et le niveau maximum du barrage, la hausse fusible permet d’augmenter le niveau de stockage de la retenue.
  • Lors des crues, lorsque le réservoir est plein à son nouveau niveau maximum, l’eau se déverse au-dessus de la crête du Fusegate, qui se comporte alors comme un seuil libre.
  • Lors des crues exceptionnelles, le niveau d’eau dans la retenue atteint le niveau de basculement : la hausse fusible bascule dans l’évacuateur de crue, permettant de protéger l’intégrité de l’ouvrage.

Les hausses fusibles apportent donc plusieurs avantages :

  • augmentation de la capacité de stockage du barrage réservoir,
  • augmentation de la longueur de déversement du seuil,
  • prolongation de la durée de vie des ouvrages…

Cependant, lors de l’étude d’un nouveau projet, il est nécessaire de calibrer avec précision la hauteur de basculement des hausses fusibles, ainsi que les séquences de basculement, afin de garantir la bonne évacuation du débit de crue.

OptiFluides travaille en partenariat avec Hydroplus pour réaliser des simulations numériques apportant des réponses à cette problématique.

Vue schématique d’une hausse fusible Fusegate (source : Hydroplus)

Objectif

Pour la barrage de Sans Souci, situé à l’Île Maurice, les principaux objectifs sont les suivants :

  • Vérifier l’influence des déflecteurs et de la modification du déversoir sur le débit pour une configuration sans hausse fusible.
  • Dimensionner correctement les hauteurs de puits pour permettre une séquence de basculement des vannes en fonction des hauteurs d’eau en amont.

Géométrie du seuil avec Fusegates (gauche) et surface libre colorée par le champ de vitesse (droite)

Simulation et résultats

Pour répondre à cette problématique, OptiFluides réalise des simulations instationnaires diphasiques avec un modèle U-RANS.

Au total, 12 simulations CFD sont réalisées. Elles correspondent aux différentes étapes de basculement pour 8 d’entre elles. 4 configurations évaluent la performance du déversoir sans hausse fusible afin d’évaluer l’influence des modifications nécessaires à leur installation

Cette étude a ainsi permis de valider que les modifications du déversoir avait un impact négligeable sur le coefficient de débitance du seuil, d’évaluer l’influence de la route submersible en amont sur la courantologie et sur le niveau d’eau réel et la débitance des hausses fusibles en fonction de leur position sur le seuil et de leur ordre de basculement

Les travaux réalisés dans le cadre de cette étude ont fait l’objet d’une publication lors d’un colloque du Comité Français des Barrages et des Réservoirs, que vous pouvez retrouver ici.

Vue GoogleMaps du seuil équipé de hausses fusibles

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