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Représentation graphique facilitant la recherche d'aménagements hydro=électriques rationnels
p a r R o b e r t B L O M , Ingénieur hijdraulicien à la Compagnie générale d''électricité
L ' é t u d e d ' u n a m é n a g e m e n t hydroélectrique p e u t consister e n la recherche des dispositions p e r m e t t a n t d e capter l'énergie d ' u n e rivière, entre d e u x points bien d é t e r m i n é s d e s o n cours.
C'est le cas des installations destinées à exploiter l'avantage d e conditions locales, h y d r o g r a p h i q u e s o u t o p o g r a p h i q u e s , parti- culièrement favorables. U n e déclivité naturelle i m p o r t a n t e , p a r e x e m p l e , o u u n e m p l a c e m e n t c o n v e n a b l e à l'édification d!u n barrage, p e u v e n t i m p o s e r , p a r d e s raisons techniques et
n o m i q u e d'énergie, et d o n t l'étendue, o u la c o m p l e x i t é nécessill u n a m é n a g e m e n t divisé e n plusieurs chutes distinctes. L'éluÉ d e la répartition rationnelle des différentes chutes sur l'ensemlf d u s y s t è m e envisagé, devient alors u n p r o b l è m e très délicat, qui d a n s b e a u c o u p d e cas, n e peut p a s être résolu d ' u n e façon satisfait santé p a r les m o y e n s d e prospection ordinaires. E n effet, malgi|
la quantité et la précision des r e n s e i g n e m e n t s q u ' o n a p u recueilli sur les caractéristiques naturelles d e s rivières à a m é n a g e !
STATIOUS DE JAUGEAGES Rivière Surface du
bassin versant
k m8
De-bit moyen oumodute mesure
l/aet .
Débit spécifique correspondant
l/5ec/kmJ
1 R 11,.6 7 6 5 6 6 , 0
2 B 16,4 9 0 0 54,-8
3 R 5B,5 3 2 0 0 5 4 , 7
4 R ÔZ,4 3 Ô 4 0 4 6 , 6
5 R 102,0 • 4 Z 4 5 41,5
P L A N
Fig. i
é c o n o m i q u e s évidentes, les limites rationnelles d'utilisation d ' u n cours d'eau. N o u s n e parlons ici, bien e n t e n d u , q u e d e s limites g é o g r a p h i q u e s d'utilisation, l'étude d e l ' a m é n a g e m e n t p r o p r e m e n t dit ( e m p l a c e m e n t s et d i m e n s i o n s d e s ouvrages) reste, d a n s tous les cas, u n p r o b l è m e c o m p l e x e d o n t la solution doit satisfaire à u n g r a n d n o m b r e d e considérations d'ordres divers.
L a question est toute différente lorsqu'il s'agit n o n plus d ' u n e installation hydroélectrique isolée, m a i s d e la captation d ' u n cours d'eau o u d'un s y s t è m e d e cours d'eau, présentant, d a n s s o n e n s e m b l e , les qualités requises p o u r la production éco-
il est inévitable d e m e n e r l'étude p a r t â t o n n e m e n t s , lorsqu'i n e p o s s è d e p a s u n m o y e n d e c o o r d o n n e r les différents élémc»
qui c o n c o u r e n t à d o n n e r plus o u m o i n s d e valeur productif à u n e installation o u à u n e autre.
• C'est d e v a n t cette difficulté q u e n o u s a v o n s cherché à repu senter g r a p h i q u e m e n t , e n u n e seule figure, l'importance dej quantité d'énergie susceptible d'être tirée d'entre d e u x poJ«i q u e l c o n q u e s d ' u n s y s t è m e .
N o u s s u p p o s o n s c o n n u e s les dispositions topographiqùes g $ raies d e s cours d'eau à étudier,' soit : u n p l a n a v e c indicati d u relief d e tout le bassin-versant, et u n profil e n long.
Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1929006
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a d m e t t o n s aussi q u e des observations s u f f i s a m m e n t c o m p l è t e s o n t été faites sur les débits, p o u r p e r m e t - tre d'évaluer le r é g i m e approximatif e n n'importe quel point d e l'ensemble. D a n s l'exemple q u e n o u s d o n n o n s ici (fig. 1 : plan ; fig. 2 : profil e n long), cinq stations d e jaugeages o n t été* installées a u x endroits les plus caractéristiques d u bassin versant, et les résultats des observations sont portés sous f o r m e d u chiffre d e débit m o y e n o u m o d u l e relevé à c h a c u n e d'elles.
L a représentation g r a p h i q u e préconisée (fig. 2 ) qui est, e n réalité, u n d i a g r a m m e d'énergie, est o b t e n u e d e la façon suivante :
— les o r d o n n é e s sont les altitudes c o m p t é e s a u - dessus d'un plan d e c o m p a r a i s o n O - X situé a u - dessous d u point le plus b a s d e l ' a m é n a g e m e n t à étudier (les altitudes sont ici e n projection a v e c celles d u profil e n long).
— les abscisses représentent, c o m p t é e s depuis u n a x e vertical q u e l c o n q u e O - Y , le débit a n n u e l m o y e n o u m o d u l e correspondant à l'altitude.
E n d'autres termes, la longueur totale d'une abscisse d'altitude d é t e r m i n é e représente le débit m o y e n total passant à travers u n plan horizontal situé à cette altitude, et c o u p a n t tous les com-s d'eau d u s y s t è m e étudié. L e s débits m o y e n s d e c h a q u e cours d'eau sont c u m u l é s p o u r fournir l'abs- cisse totale à u n e altitude d o n n é e . C'est ainsi q u e le débit d e la rivière principale R est porté le plus près d e l'axe O - Y (trait fort), et les débits d e c h a - q u e affluent (A, B , C ) totalisés, à la suite, sur la m ê m e abscisse (traits fins). O n voit alors, à l'altitude d'un confluent, le débit m o y e n d e la rivière R b r u s q u e m e n t a u g m e n t é d u débit d e l'affluent.
L e s différents points p e r m e t t a n t la construction d e ces courbes d e débits m o y e n s e n fonction d e l'altitude, sont calculés p a r interpolation et extra- polation, e n partant des résultats o b t e n u s a u x diffé- rentes stations d e jaugeages et e n s'aidant des surfaces des bassins versants élémentaires tels qu'ils sont tracés a u plan d e la figure 1. L e s observations plu- viométriques, s'il e n existe, p e u v e n t être très utiles p o u r établir la répartition des débits spécifiques m o y e n s sur les bassins versants élémentaires.
Considérons u n é l é m e n t vertical cle largeur dx et d e h a u t e u r y, limité p a r l'axe o-x et p a r la c o u r b e des débits m o y e n s t o t a u x (courbe e x t r ê m e ) d e la figure o b t e n u e ; la surface d e cet é l é m e n t , ds = y dx, représente le produit d'un é l é m e n t d e débit m o y e n p a r la h a u t e u r d o n t il d e s c e n d a v a n t d e traverser le plan O - X , et, p a r suite, la puissance qu'il d é v e l o p p e p e n d a n t cette descente. L a surface d e la figure c o m p r i s e entre d e u x plans d'altitudes Yx et Y2, a p o u r valeur
et représente la puissance m o y e n n e totale d é v e l o p p é e p a r les e a u x d u s y s t è m e p e n d a n t leur c h u t e d e l'altitude YB à l'altitude Y , . E n f i n , la surface totale
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LA HOUILLE BLANCHI
d e la figure sensiblement triangulaire limitée par les a x e s O - X , O - Y , et p a r la c o u r b e e x t r ê m e des débits m o y e n s , représente la puissance m o y e n n e totale d é v e l o p p é e p a r toutes les e a u x des rivières considérées, depuis leurs sources respectives, jusqu'à leur passage à travers le plan inférieur O - X .
O n r e m a r q u e q u e la puissance m o y e n n e d'une installation hydroélectrique q u e l c o n q u e , p e u t alors être représentée p a r u n rectangle inscrit d a n s le d i a g r a m m e . L e rectangle a u r a p o u r largeur le débit m o y e n disponible (abscisse à l'altitude d e la prise d'eau), p o u r h a u t e u r , la h a u t e u r d e chute d e l'installation, et sa surface sera la puissance m o y e n n e théori- q u e disponible.
L ' a m é n a g e m e n t d'ensemble le plus productif est alors celui d o n t la construction g r a p h i q u e établie ainsi, recouvre la plus g r a n d e partie d e la surface d u d i a g r a m m e .
E n s'aidant d u plan et d u profil en long, il est possible de repré- senter d e cette façon n'importe quel t y p e d'installation, y c o m p r i s toutes les c o m b i n a i s o n s d e traversée d'une vallée d a n s u n e autre, d e captation d'affluents a u passage, et m ê m e d'accumulation p a r p o m p a g e .
A titre d ' e x e m p l e , n o u s a v o n s figuré ici, e n plan, e n profil et sur le d i a g r a m m e d'énergie les d e u x chutes P1 et P2, d o n t les seules particularités sont q u e la dérivation cle la c h u t e Px capte a u passage les e a u x de. l'affluent B , et q u e la prise d'eau de. la c h u t e P2 est faite d a n s u n lac, naturel.
C e t e x e m p l e est p u r e m e n t s c h é m a t i q u e et n e résulte p a s d'une étude. O n voit q u e la puissance m o y e n n e théorique d e ces d e u x installations très simples représente environ 5 0 % d e la puis- sance m o y e n n e naturelle totale d é v e l o p p é e p a r tous les cours d'eau d u s y s t è m e , depuis leurs sources jusqu'au confluent d u fleuve M . Il aurait été très difficile, sans le secours d u d i a g r a m m e d'énergie, d e d é g a g e r ce s c h é m a d ' a m é n a g e m e n t qui, d a n s ses g r a n d e s lignes, fait certainement partie d e l'un des plus ration- nels.
U n e foule d'autres chutes p e u v e n t être encore a m é n a g é e s sur le bassin étudié, m a i s il apparaît n e t t e m e n t q u e les d e u x installations P1 et P2 sont la b a s e d e l ' a m é n a g e m e n t rationnel d'ensemble et q u e , d a n s u n s c h é m a qui les négligerait, il fau-
drait u n plus g r a n d n o m b r e d'usines p o u r obtenir u n e production d'énergie d e m ê m e i m p o r t a n c e .
U n point particulier d e l'exemple d o n n é ici, m o n t r e l'utilité d e l'emploi d u d i a g r a m m e d'énergie : c'est le choix d e la linii|j aval d e la chute P2 (lieu d e restitution des e a u x ) . L ' e x a m e n il;
plan et d u profil en long seuls p e u t conduire à préconiser d e situe1
l'usine P2 e n a m o n t , i m m é d i a t d u confluent d e F et d e reprendtj en u n e nouvelle chute. p3, toutes les e a u x disponibles e n ce po«
(y c o m p r i s celles d e F ) p o u r n e les restituer q u ' a u fleuve Jf O r , la représentation g r a p h i q u e de, ces d e u x nouvelles chulf p2 et p3 (non figurées ici), sur le, d i a g r a m m e d'énergie, fait rcs sortir a u premier c o u p d'œil u n accroissement d e productif d'environ 2 5 % (par rapport à la c h u t e P2 d u p r e m i e r schéma!
tandis q u e la longueur d e s c a n a u x d ' a m e n é e nécessaires t.
a u g m e n t é e d e 7 5 % et q u e les t r a v a u x c o m p o r t e n t une. pris d'eau et u n e usine supplémentaires. D'autre part, le prolong, m e n t d e la chute P , jusqu'au fleuve. M fait apparaître, de!
m ê m e , façon, u n accroissement d e production d e 2 0 % seul m e n t (rectangle P2 d u d i a g r a m m e d'énergie, d e s c e n d u jusqii1 l'axe O - X ) , tandis q u e l'allongement d u canal d ' a m e n é e i d e 7 5 % .
Il est évident que. la m é t h o d e n e p e r m e t pas, à elle, seule,;
déterminer le m o y e n le plus é c o n o m i q u e d e capter l'éneif d'un e n s e m b l e d e rivières. L e b u t à atteindre est r a r e m e n t i\\
tenir le m a x i m u m d e k W H sous u n e f o r m e q u e l c o n q u e . ! nécessité d e régulariser les débits naturels, fait q u e le probfe d e recherche d e s e m p l a c e m e n t s propices à l ' a m é n a g e m e n t ; réservoirs artificiels, reste entier. D e plus, des conditions tof g r a p h i q u e s o u géologiques défavorables p e u v e n t s'opposer fi m e l l e m e n t à la réalisation d'un s c h é m a qui, p a r ailleurs, p;
sente d e s a v a n t a g e s productifs indiscutables.
L e d i a g r a m m e d'énergie p e r m e t , lorsqu'on e n t r e p r e n d l'élu d'un a m é n a g e m e n t h y d r a u l i q u e c o m p l e x e , d e se diriger, t les premiers p a s , vers les solutions présentant les meilletr qualités théoriques. P a r la suite, lorsque d e s considérai'?
locales o n t conduit à modifier le p r e m i e r s c h é m a théorique eis sage, et q u e la solution pratique est d é g a g é e , l'emploi d u i g r a m m e d'énergie laisse la certitude q u ' a u c u n e t r a n c h e d'éneij naturelle susceptible d'être captée a v a n t a g e u s e m e n t , n'a i ignorée.
«*>
