Serre-Ponco - Vidange de fond.

OG

É

N O T E T E C H N I Q U E

SERRE.PONCON - YIDANGE DE. FOND

- ' : l t ' r

SERRE-PONCON

VIDANGES de FOND - PROBLEME de l-a CAVITATION

Introd,uction

Ltinstallation drune vidange d-e fond, sous forte che.rge

e s t u n p r o b l è m e t r è s d i f f i c i l e . l o r s q u t i l s t a g i t e n p l u s d e s r e n

servir pour le réglage du débit d.urant rrne phase de la constrrrction

d.es ouviages ou pour le contrôle de la mlse en eau d.u barrage, le

nroblème est d,e beaucoup plus complexe.

I t e x p é r i e n c e q u r a s u b i l r E . D . F . à S E R R E - P O N C O N e o n t r i b u e à d é m o n t r e r d t u n e f a ç o n é l o q u e n t e t o u t e l r i r n p o r t a . n c e q u r i l Ê u t

donner à Ia conception d.tun tel ouvrage et toute J.a sécurité dont

i l - f a u t l t e n t o u r e r .

I - D e s c r i p t i o n d e s v i - d a n g e s d e f o n d . d e

SERRE-PONCON

L,e barra,ge de SERRE-PONCOI| comporte deux galeries de

d . é r i v a t i o n d e 9 r 5 O m . d e d i a m è t r e e t c o n ç u e s p o u r p a s s e r c h a c u n e

nn débit de 9OO n5/s sous 2O m. d.e chute durant la phase i-nitial-e

d.e l-a constrrrction d es ouvrages (voir fig.1 ) .

E n s t a d e f i n a l , c e s g a l e r i e s s o n t t r a n s f o r m é e s e n v i d a n g e

de fond nouvant régl-er Ie débit sous d-es charges atteignant 110 m.

au moyen de vannes capables de fonctionner à ouverture partielJ-et

( a u m ô i n s d . u r a n t l - a p h a s e d r i n s t a l l a t i o n d e s t u r b i n e s ) .

Chaque galerie est d.onc muaie de deux vannes chenilles

o a p a . b l e s l t u n e e t l - l a u t r e d l ê t r e m a n o e u v r é e s e n c h a r g e ( v o i r f i g . 2 e t - 4 ) .

1 v a n n e d . e g a r d e a m o n t z 5 r 7 O m x 2 1 6 0 m ' 1 v a n n e d e r é g I a g e a v a l t 5 r 2 O m x 2 1 6 0 m .

A l f a m o n t d e c e s v a n n e s , l - e s 4 c o n d . u i t e s d t a m e n é e d . t e a u

aux turbines sont niquées 2 par 2 à chaoue galeri-e qui sert ainsi

d e p r i s e d t e a u e t d e v i d a n g e d e f o n d .

Il exi-ste en plus, une vanne batardeau supplémentaire en

t ê t e d e s k r s r l u € g a l e r i e ( v o i r f i g . ] ) . S o u s l a c h a r g e d e r e t e n u e n o r -m a l - e ( 1 2 1 r n . ) , c h a q u e v i d a n g e d e f o n d p e u t é v a c u e r u n d é b i t d e

6 O 0 n 1 / s s o u s d e s v i t e s s e s d e l - ' o r d r e d " e 5 0 n / s à l a s o r t i e d e l a vanne d e régla5çe.

2

-Pour prévenir lrérosion à J-taval. des vannes, un blindage

d e 2 0 m m . d t é p a i s s e u r e s t d i s p o s é s u r 2 7 m . d e l o n g d o n t 1 5 m . à l r a v a l - d . e l - a v a n n e d e r é g l a g e ( v o i r f i g . 4 ) .

C e b l i n d a g e e s t f a i t d e t ô l e s g a r a n t i e s d . e s o r a d a b i l i t é et airant une charge de ru-'oture mini-mum d-e 48 kg/nn?.

E n f i n , u n e g a l e r i e d . r a é r a t i o n d e 2 0 m 2 d e s e c t i - o n e n v i r o n d . e s t i n é e à a l - i m e n t e r l e j e t e t I a s e c t i o n d . i v e r g e n t e à l r a v a l - d e l - a v a n n e c o m n l è t e l - e d i s p o s i t i f d " e r é g l a g e d e l a v i d a n 6 ç e d e f o n d .

rI * E-r._p-é-ef

g.e

d . e 1 9 5 9 e t 1 9 6 0

L e b a r u a g e e n t e r r e n r é t a n t D a s e n c o r e t e n n i n é e t l e s t u r b i n e s n o n e n s e r w i c e , 1 t E . D . F . a u t i l - i s é l a p o s s i b i l i t é d r a c c u

-mulatlon de J-a retenue pour constituer une réserve de

régularisa-tion de débit de Ia DtIRer\CE pour les Centrales en aval- et

Lrirrj-ga-t i o n . U n e s e u l e d . e s v i d a n g e s é t a i t e n s e r v i e e _{; l - r a u t r e g a l e r i e} é t a n t e n e o u r s d r é q u i p e m e n t .

la vanne de réglage a fonctionné à ouverture partiell-e

s o u s d , e s c h a r g e s d e 1 0 m , à 1 0 0 m . p e n d a n t p r è s d e 1 2 m o i s a v e c d " e s d é b i t s v a r i a n t d e 1 5 à r 0 0 n 3 / s ( v o i r d é t a i l s a u t a b l e a u I e t c o u r b e d . r e x ' o l o i t a t i o n s u - r g r a p h i q u e 1 ) .

Durant cette lon,sJf,e période de fonctionnement, des

d.égra-d a t i o n s t r è s i m n o r t a n t e s s e s o n t n r o d u i t e s d a n s l a E a l e r i e e n a v a l d , u b l i n d a g e ( n h o t o 1 ) e t à n l u s i e u r s r e p r i s e s l ' E . D . F . a é t é o b l i -g é d . e f e i r m e r l - e s v a n n e s e t d e p r o c é d e r à d e s r é p a r a t i o n s r a p i d e s .

Après un fonctlonnement de se'ot mois, une premi-ère cavité

d e 3 4 O m 3 t s i t u é e à 5 5 m . e n a v a l d e s v a n n e s , s r e s t f o r m é e p a r d . é

-sagrégation du béton. Cette fosse qui traversait l-e revêtement

b é t o n n é e t a t t a q u a i t l e r o c h e r , a t t e i g n a l t r r n e p r o f o n d e u r d e 4 m . R é p a r é e n J u i n 1 9 6 0 , f e r a d i e r d e v a i t a c c u s é e n s e p t e m b r e u n e n o u v e l - I e e a v i t é d e ' 5 m , d e p r o f o n o e u r s i t u é e u n p e u e n a m o n t d e l - a p r é c é d e n t e , s o i t à r . r n e d i s t a n c e d e 2 0 m . d e s v a n n e s ( v o i r p h o t o 1 ) ,

Devdnt le danger d run accident à la seule vanne d.e

régla-ge d.e Irinstallation par o.égradation du béton en aval-, ce qui aurai

e n t r a i n é l e r e m p l i s s a g e n o n c o n t r ô l é d u b a r r a g e e n t e r r e , f t E . D . F .

a été sur Ie point de viclanger le barrage pour éviter r.rne

catastro-p h e .

H e u r e u s e m e n t , l r e x ' o l o i t a t i o n a p u ê t r e c o n t i n u é e d a . n s e e s

conditions précaires _{avec surveill-anee et réparation des}

3

-A J - a s u i t e d e f a v i s i t e d e s I j - e u x p a r d . e s i n g é n i e u r s

d.e la SOGREAH et des rremières mesures d.e d.épression, une première

o p i n l o n s u r l e s é r o s i o n s q u i s e s o n t p r o d u i t e s à l r a v a l - d . e l a v a n n ( d e r é g I a g e a p u S t r e f o r m u l é e . ( E x t r a i t d t u n r a p p o r t i n t e r n e d . e l a S0GREAH).

A" Détérioration du bé_to_.n

" I l - e s t h o r s d . e d o u t e q . u e l t é r o s i o n s r a m o r c e p a r c a v i t a -t i o n e -t v a r i a -t i o n s r a r : i d e s d e p i e s s i o n s . I r e s z o n e s é r o â é e s o n t , e n e f f e t ; u n r e l - i e f d é c h i q u e t é , l - e s p i e r r e s d u b é t o n r e s t a n t I e s d e r n l è r e s e n p I a c e , t a n d i s q u e l e m o r t i e r e s t s o u v e n t e n l e v é t o u t

autour et en profondeur. 0n neut découvrir, en inspectant les

pa-r o i s l a t é pa-r a pa-r e s e t l - e b o r d a m o n t d e l a z o n e é r o d é e d u r a d i e r , l e s

amorces de cavitation et pour chacrrne l-e défaut d.e surface qui en

e s t I a c a u s e . I e f e r r a i l l a g e d u b é t o n , s r i l a l t a v a n t a g e d . t e m p ê c h e r l - a f i s s u r a t i o n e t d r a s s u r e r l - a r é s i s t a n c e g é n é r a l e à l a s o u s p r e s -s i o n , p a r a i t a g g r a v e r f r é r o s i o n d è s q u t i l e s t d é c o u v e r t . E n e f f e t , p a r s e s v i b r a t i o n s , i l f a i t é c a i l l e r l - e b é t o n e n b o r d u r e d e L a z o n e é r o d é e , € t i l p r o d u i t _{u n e u s u r e d a n s s a p a r t i e} e n c a s t r é e , q u i d e

-vient libre sur plusi,eurs mètres en profondeur, coûme une barre à

mine dans un trou.

Aux trop grandes irrégulani- tés de surface du béton, il

faut ajouter, pour les eauses d.réroslon, r.rn fonctionnement prolongd

dans des cond.itions défavorables, à savoir un écoulement noyé par

re ressaut dans ]a partie divergente et à proxlmité de la vanne,

c r e s t - à - d i r e a v e c u n e l a m e d t e a u à p l e i n e v i t e s s e f a i b l - e m e n t a é r é e .

Cet écoulement noyé est favorisé par la fosse qui retient l-e remous

B. Erqga_g+ du b]-indAse

Dans chaque angle du bas en aval des rainures de la vanne

d e t r è s f o r t e s é r o s i o n s s e s o n t p r o d u i t e s , c a u s a n t m ê n e l o c a l e m e n t l - a d e s t r u e t i o n c o m p l è t e d . u b l i n d a g e ( v o i r p h o t o Z r 3 r 4 ) .

Cette d.étérioration _{semble s t être prod.uite durant l-es}

d e r n i e r s m o j - s d e f o n c t i o n n e m e n t d e l a v a n n e , c a r à d . e s v i s i t e s p r é -c é d e n t e s o n n t a v a i t n r a t i q u e m e n t r i e n o b s e r v é . 1 1 y a v a i t d o n c u n r a p p o r t e n t r e c e s d é t e r i o r a t i o n s e t I e f a i t q u e l a f o s s e d 1 é r o s j - o n

dans l-e béton était plus près, _{ca.usant l-e rap"orochement du ressaut}

p ! è s d e s v a n n e s . E f f e c t i v e m e n t , i l a é t é c o n t r ô t é _{Q u € r p o u r u n} d é b i t d e 7 5 m 3 / s e t u n e c h ? r g e d e 1 0 0 m . , ] - e r e s s a u t n i é l a i t p a s

chassé sous Ie reniflard, à l-taval- des vannes. Les raim.lres èt le

b l i n d a g e s o n t a l - o r s n o y é s , s o i t d a n s l e s p l u s m a u v a i s e s c o n d i t i o n s p o s s i b l e s d , e f o n c t i o n n e m e n t . f , r a é r a t i o n d t e a u d é c r o c h e m e n t d e s r a i n u r e s n e p e u t p l u s s e f a i r e e t l t é c o u l - e m e n t e s t n o y é d a n s u n e z o n e d i v e r g e n t e : c e s f o n c t i o n n e m e n t s s o n t n o r m a l - e m e n t p r e s c r i t s . D e s t r a c e s d t u s u r e p a r c a v i t a t i o n à l r a v a l d e t o u s 1 e s p e t i t s _{d é f a u t s d e s u r f a c e ( s o u d u r e , s o r t i e d u b y p a s s , t r o u d r i n} -j e c t i o n ) _{o n t é g a l e m e n t é t é o b s e r v é e s ( p h o t o j ) .}

4

-Ces attaqires sont , sarrs auc.urr doute I DrI peu pJ-us fortes

s 1 r p a r m a n q u e d . r a é r a t i . o n , l t a t m o s p h è r e e s t f o r t e m e n t d é p r i m é ( r e

-n i f l - a r d o b s t r u é ) , m a i s s u r e m e -n t b e a u c o u p p l u s f o r t e s s i l - t o -n e s t

noyé dans l-a zoYre divergente.

D r a p r è s l e s o b s e r v a t i o n s s u r I e b l i n d a g e , i I s e m b l e q u e

c e s o n t l e s d é f a u t s à p a r t i r

d . e 5 mm qui- ont amorcé des érosions

p a r cavitation.

Un rapid.e coun dtoeil- sr:r l-e tableau no1 montre très

bi-en que durant l-es derniers mois, La valrne a foncti-onné sous des

eonditlons hydrauliques favorisant

le jet noyé sous l-e reniflard

i

l - e r e s s a u t n r é t a n t p a s c h a s s é , t e l q u r i l a é t é e o n t r ô I é p a r l a s u i .

t e .

f,e ealcul- du d de cavitatlon donne dans ces conditions

u n e v a l e u r d e O , 1 2 , v a l e u r q u i c o r r e s n o n d , à d e f o r t e s é r o s i o n s p a r ]-a cavi-tation.

D r a u t r e p a r t , d e s e s s a i s s y s t é r n a t i q u e s e f f e c t u é s e n 1 a b o .

ratoire sur l-e nodèl-e de Ia vidange de fond de SADD E1 AAII (eas

simil-aire à SERRE-PO]\CON) donnent ]-es résultats suivants: (graphiqur

n o 2 ) . 1 . P o u r d e s o u v e r t u r e s p a r t i e l l e s v o i s i n e s d e 2 O / " e t 9 O r t , i l e x l s . te un maximum de cavitati-on i 2 . L e s v a l e u r s d e G i n f é r i e u r e s à 0 , 5 s e s i t u s r t d a n s l - a z o n e b j - e n é t a b l i e d e c a v i t a t i o n . O r d . e J u i l l e t à O c t o b r e 1 9 5 0 , l a v ? . n n e d e r ' é g l a g e d e

SERRE-PONCC)N a fonctionné avec une ouverture de 25% et wt a de

c a v i t a t i o n d e l - t o r d r e d e 0 , 1 2 . C r e s t c e q u i e x p l i q u e I | i m p o r t a l l e e

des d.égats survenus au blindage durant cette pérJ-ode.

Conclusion

I l - f a . u t b i e n s e r e n d r e c o m p t e , à I a s u i t e d t r r n e e x p é r i e n , e e c o r n m e e e l - l e - c i , _{e u € l - r i n s t a . i l a . t i o n} d r u n e v j - d a n g e d . e f o n d s o u s

forte chute ne doit pas être prévue sans prendre d.e grandes précau,

t i o n s .

A u d é n a r t , i l - e s t n é c e s s a i r e d e d . i s t i n E ; u e r l - e s v i d a n g e s f o r t e m e n t s o l l i c i t é e s , s u s c e p t i b . l e s d . e f o n c t i o n n e r s u f f i s a m m e n t

l o n g t e m p s , 4es ouvrages peu utllisés o u u t i l i s é s d a n s d e s c o n d l t i o :

f a v o r a b l - e s ( b a s s e c h u t e ) .

D a n s 1 e p r e m i e r c a s , d è s o u e I a c h u t e d é n a s s e 6 0 à 7 0 m . l - e s l i m i t e s d e c a v i t a - t j - o n d , e v l e n n e n t d e p l u s e n p l u s r e s t r i c t i v e s

et on est conduit à éviter Ce te]-s fonctionnements avec une vanne

r - l

5

-Pour des chutes supérieures, la sol-utlon avec vanne

sec-t e u r e sec-t c h a m b r e d e d i s s i n a sec-t i o n à l l a v a l - s e r a j - t p l u t 6 t à r e c o m r n a n

-der et de nombreux essais sur Ie nodèIe de SADD El Ml'I prouvent

I t e f f i c a c i t é d t u n t e l d - i s p o s i t j f d e r é g 1 a q e .

D e t o u t e s f a e o n s , i I f a . u t b i e n s e r a p p e l e r q u e e r e s t

rrn type d touvrages auxquel-s il f aut conférer une grande sécurité

c a r 1 e s d i f f l c u l t é s s o n t n o m b r e u s e s , 1 e s m o y e n s d r i n t e r w e n t i o n e t d . e r a t t r a n a g e r é d u i t s o u i n e x l s t a n t s , e t d a n s l e c a s d e d é f a i l t a n c d e l a v i d a n g e , f a s é c u r i t é d e I t e n s e m b l e d e s o u v r a g e s p e u t ê t r e

C o u p e A A

F r c . 2 ( c i - d e s s u s ) .

.-CnlMsnus DEs vAN-NES.

Yannes.chenilles a noot'2.6015.70 aucl 2.æ x52O

ur.tlffi

' ffio"'

ffi,,,".M

2 vènncs _{| 0.& Eiâ} C o u p c B B C o u p e D D l'rc. 5l (à droite et ci-dessous). -Coupr LoNGrruDr-NÂLE gT _{PROFIL DE} r-e clr ralD nn

nÉ-RIVATIoI\ PRovI- prOfil

sornr ro 2. dc la galcric Tête-anont Pl.n dc rculcncnt dc ld vanne 'nc & YâNDE visiE

,x,,

_ffii*"

Renifl.rd rr.23 o_J9__439J!ryn d. Plofttotîe nnnc 69200 Prisc d'cou le secours VroaNcrs DD FoND.

'IDrblcau No I Jours Q rnoycn

( r û / a l

Cotc de la retcnr.lc H rnoycn (''')

tu/a

V mrycn

dans 1" Jct

OnYerturc d s L a -ç t Ë i - e / ^ Ç cavitattoa Remarquce

MOIS

_uûTé

_dénoyé

1959

Norrernbrc l 5 - 3 0 l 5

6 8 2

34

2 5 , g

₆

_{O r 3 9 0 r 3 0} Décernbre

r - r 6

r6-3 r

ntO5 7 0 0

4 Z

2 8 r g

2

0 r 3 8 0 r 2 4 ArrÊt du l7 au 19

1 9 6 0

Janvier l - 3 1

4 0

7 0 8 5 0 3 1 , 4

_{t 4}

_{O r Z s}

_{O , 2 L} I'évrier

t - r 5

L5-29

9 0

0

702 44

2 9 , 5

3 3

O ' 2 9

o r ? 6

Arrêt du 16 aa 29 M a r s 1 - 3 I 6 0 7 0 8 5 0 3 L r 4

_{z l}

O r 2 5 0 , Z Z AvriI t - l 5

r 6 - 3 0

a t 0 1 3 0 7 Z O 6 2

3 5

4 0

o r z 0

0 ,

r 9

A r r ê t d u l l a u 1 5 M a i l - 1 5

1 5 - 3

r

6 0 250 7 2 5 7 3 6

6 7

7 8

3 6 , 2

3 9

_{r Z}

l 8 69 0 , l g 0 , l 6 0 , l 6 0 , l 5 = 350 rn3/e 1 9 e t 2 O Juin

l - 3 r

2 7 5 746 8 8 4 1 , 5

_7Z

_{0 , 1 6}

_{0 , 1 5} Q = 3 0 O r n 3 / e Arrêt du I I au 15 l È l l r ^ - - - r . Juil'let l - 6 6 - 3 1 0 1 0 0 757

9 9

4

z 5

0 , L2

0 , l l Arrtt z L-Z-3-4-5 réparation de la lè Août

t - 3 t

1 0 0

759

l 0 t 4 4 r 5

z 5

_{Or 12 0 , l l} Septernbre l - l 5 t5-26 , 5 0 1 0 0

7s9

7 6 1 l 0 l 1 0 3 1 , 4 r 5 4 5

T 2

z 5

o, Lz

o , l z

0 , l 0

0 , l l

Arrêt

2 7 - L 4 - t 5 - 2 7

rc ràsizlso

r 6

au Octobre l - 3 1

1 0 0

762

r04

4 5

z 5

0 ,

t2

0 , l l

Arrêt 25-26

t Norrembre

l-Lz

7 0

762

r04

4 5

L 7

0 , l z

0 , l 0

C u v i R r - u R E

SOGREAH . GRENOBLE

Ci

I l i I o ( L i "o_{c l} o l o l - - . I I I I I I I I I

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