Chapitre I Bibliographie
I.8. Les grilles ichtyocompatibles, une solution viable à approfondir
lorsque les grilles ne sont pas le centre d’intérêt de l’étude. Par exemple, Schmitt et al. (2012), qui étudie un dispositif de séparateur hydrodynamique, modélise la grille par une surface poreuse afin de simplifier le calcul tout en simulant les principales structures de l’écoulement. Dans le cas des modélisations de grille en canal, Khan et al. (2004) qui ont par exemple modélisé l’entrée d’une centrale hydroélectrique munie d’une grille inclinée. Ils ont choisi un solveur RANS avec comme modèle de turbulence le modèle
k-ε haut Reynolds. La grille est modélisée par une surface poreuse, ce qui permet de limiter fortement le
nombre de mailles à proximité de la grille. Ho et al. (2011) ont aussi utilisé une approche simplificatrice. Ils ont modélisé l’écoulement dans un canal comportant des grilles ou des plaques perforées, orientées par rapport à la direction de l’écoulement. Pour mieux détailler l’évolution dans le canal, ces éléments sont modélisés par des surfaces poreuses avec des directions privilégiées de porosité. Pour ces deux études, les résultats numériques concordaient avec les résultats expérimentaux, prouvant ainsi que leur approche simplificatrice n’avait pas altéré la qualité des modélisations.
L’EPRI (2001) a mené une étude qui concilie les deux approches. Elle s’intéresse à l’écoulement au travers d’une grille ou d’un louver orienté à 45° ou 15°. Leur technique consiste à modéliser l’écoulement en deux temps. D’une part ils modélisent l’écoulement dans le canal avec un maillage relativement large. Parallèlement, ils isolent des portions de grilles (4 barreaux environ) en créant des sous-domaines de taille réduite, et calculent l’écoulement entre les barreaux en fonction des conditions fournies par la simulation du canal entier.
En résumé, même des approches simplifiées peuvent permettre d’obtenir des résultats corrects. Le choix de la modélisation dépend donc surtout des résultats que l’on souhaite observer (proche barreau ou large domaine) et des ressources qui sont à notre disposition (temps, mémoire, nombre de processeurs, …). L’outil numérique est donc un outil adapté pour la simulation d’écoulements autour de grilles ichtyocompatibles, mais nécessite encore des mesures expérimentales pour être validé sur un jeu de configurations réduit. Son atout majeur réside donc dans la capacité de modéliser l’influence de certains paramètres qui seraient difficilement modifiables lors des campagnes expérimentales (largeur de canal, débit, géométrie d’exutoire…).
I.8. Les grilles ichtyocompatibles, une solution
viable à approfondir
La dévalaison des espèces diadromes, en particulier de l’anguille argentée, au niveau des centrales hydroélectriques constitue une problématique majeure et concerne toute l’Europe. Les ouvrages hydroélectriques doivent faire l’objet d’aménagements pour permettre à ces espèces de les franchir sans dommage lors de leur migration de dévalaison. Plusieurs techniques ont fait l’objet d’expérimentations. Les solutions sont théoriquement nombreuses, mais la plupart se sont révélées peu ou pas efficaces, ou
très difficiles à mettre en œuvre. Les barrières comportementales se sont révélées peu fiables. Les arrêts ciblés des turbines lors des épisodes de dévalaison ne sont à ce jour pas opérationnels dans la mesure où ces épisodes sont peu prévisibles. L’installation de turbines ichtyocompatibles est une solution viable, mais ces machines ne couvrent pour l’instant qu’une faible gamme de chute. L’installation de grilles ichtyocompatibles apparaît finalement comme l’une des solutions les plus intéressantes et les plus largement utilisables. En effet, elles sont adaptables sur de nombreux sites, avec une plage d’utilisation assez large, et ont une efficacité multi-espèces dès l’instant où l’espacement libre entre leurs barreaux est pertinent. Cependant beaucoup de points restent à approfondir ou à optimiser :
Dans les formules de pertes de charge, faut-il utiliser les degrés d’obstruction globaux (incluant les éléments transversaux) au lieu des rapports b/e habituels ?Faut-il aussi prendre en compte l’effet de la profondeur du barreau ?
Concernant l’effet de la forme du barreau, est-il possible d’établir un lien entre les coefficients de traînée des barreaux et le coefficient de pertes de charge globale de la grille ? Y a-t-il un lien entre le coefficient Cx et le coefficient de forme de la grille ?
Pour le cas des grilles inclinées, est-ce que la formulation de Kirschmer en sin(β) reste valable pour toutes les configurations de grilles inclinées, et notamment pour les inclinaisons inférieures à 30° ? Y a-t-il un intérêt à découpler l’effet des éléments longitudinaux de celui des éléments transversaux comme le proposent Reuter et al. (2001) ?
D’une manière similaire, est-ce que la formule de Meusburger (2002) modélise correctement les pertes de charge induites par toutes les grilles orientées (différents degrés d’obstruction, formes de barreaux, …) ? Cette formule s’adapte-t-elle aux grilles orientées lorsque les barreaux sont alignés dans le sens de l’écoulement ?
Concernant les aspects de courantologie, dans quelles mesures les différentes grilles génèrent des vitesses propices à la dévalaison des poissons ? Les paramètres de la grille (angles, forme de barreau, entrefer, …) ont-ils une influence sur ces vitesses ?
Enfin, comment définir l’attractivité hydraulique d’un exutoire ? Combien d’exutoires sont nécessaires et quelles dimensions et débits faut-il réserver à ces exutoires pour considérer le dispositif comme attractif ?
Ces trois années d’études expérimentales et numériques ont été destinées à l’étude de ces différents points et les éléments de réponse que nous avons obtenus sont détaillés dans la suite de ce manuscrit.