LES FORCES HYDRAULIQUES : Notice sur l'Usine de Chancy-Pougny1

23« Année — № 189 Juillet-Août 1924

LA HOUILLE BLANCHE

J. REY, Éditeur, G R E N O B L E

A i A ' ^ France, . . 30 francs / ,

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( Etranger . 40 francs )

Compte Chèques Postaux LYON 5-84

S O M M A I R E

LES FORCES HYDRAULIQUES. — Notice sur l'Usine de C h m c y - P o u g n y .

HYDRAULIQUE, — Protection contre Femballement des Turbines hydrauliques. —• Le calcul des Barrages triangulaires en t e n a n t compte des sous-pressions, p a r E. BATICLE, Ingénieur en chef des Ponts et Chaussées.

ÉLECTRICITÉ. — La Transformation moderne des Courants alternatifs en Courants continus. Les Redresseurs à Vapeur de mercure à g r a n d débit, par V. SYLVESTRE. Ingénieur A. M. et L E . G.

DOCUMENTATION. — LÉGISLATION. — INFORMATIONS. — BIBLIOGRAPHIE.

LES FORCES HYDRAULIQUES

Notice sur l'Usine de Chancy-Pougny

¹

Quelques-uns de nos lecteurs o n t déjà e n t e n d u parler de l'u- sine-barrage de C h a n c y - P o u g n y qui est a c t u e l l e m e n t en construc­

tion sur le R h ô n e , en aval de Genève, à l a frontière franco- suisse.

Fig. 1. — Vue des t r a v a u x en septembre 1922.

H nous a p a r u i n t é r e s s a n t de d o n n e r dès m a i n t e n a n t un aperçu général de c e t t e usine bien q u e la mise en service ne doive avoir lieu q u ' à la fin de Tannée.

(1) E x t r a i t du Bulletin Technique de la Suisse Romande, du

!9 juillet 1924.

U n e p a r t i e des r e n s e i g n e m e n t s q u i s u i v e n t n o u s o n t é t é a i m a ­ b l e m e n t c o m m u n i q u é s p a r les Ateliers des Charmilles S, A., à Genève, qui o n t en c o n s t r u c t i o n trois des t u r b i n e s principales.

N o u s a v o n s complété ces renseignements p a r d ' a u t r e s , e x t r a i t s d ' u n e conférence d o n t le c o m p t e r e n d u a p a r u d a n s la Revue polytechnique de Genève en 1922.

Fig. 2. — B â t i m e n t des turbines. Vue prise sur la rive gauche, en aval.

Les premières é t u d e s p o u r l'utilisation de la force d u R h ô n e e n t r e le p o i n t où ce fleuve, d e v e n a n t i n t e r n a t i o n a l , forme fron­

tière e n t r e la F r a n c e et le c a n t o n de Genève, e t celui où il d e v i e n t e n t i è r e m e n t français, d a t e n t de 1910.

Les p o u r p a r l e r s p o u r l'octroi de la concession furent l a b o ­ r i e u x ; la Ville de Genève, concessionnaire des d e u x paliers q u i Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1924022

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LA HOUILLE BLANCHE s é p a r e n t celui de Chancy du lac L é m a n , t e n a i t à ce q u e ses droits

fussent sauvegardés. Elle exigeait n o t a m m e n t q u ' a u c u n e four­

n i t u r e d'énergie électrique ne fût faite d a n s le c a n t o n de Genève a u t r e m e n t q u ' a v e c son c o n s e n t e m e n t et p o u r son p r o p r e c o m p t e Trois e m p l a c e m e n t s différents é t a i e n t en présence p o u r l'im­

p l a n t a t i o n du b a r r a g e , c h a c u n p r é s e n t a n t n a t u r e l l e m e n t des a v a n t a g e s , soit au p o i n t de v u e du gain de puissance, soit à celui des facilités de construction.

Après de nombreuses démarches, la concession suisse fut a c ­ cordée le 28 décembre 1917 à la Banque Suisse des Chemins de fer, à B â l e^? et l'octroi de la concession française suivit en m a i

1918.

Fig. 3. — B â t i m e n t des turbines et barrage. Vue prise en amont, de la rive gauche.

Ces deux concessions d ' u n e durée de 80 ans furent ensuite rétrocédés à la Société des Forces Motrices de Chancy-Pougny, constituée p a r les soins de la B a n q u e Suisse des Chemins de Fer, sous l'égide de MM. Schneider et C^{l e}.

Comme la concession française exigeait que la totalité reve­

n a n t à la F r a n c e , de l'énergie p r o d u i t e fût cédée à u n e société d'exploitation française et q u ' e n o u t r e il n ' é t a i t pas possible d'utiliser en Suisse le surplus d'énergie, p a r s u i t e des disposi­

tions de la concession suisse, t o u t e l'énergie à p r o d u i r e sera a b ­ sorbée p a r la Société L'Energie Electrique Rhône et Jura qui la t r a n s p o r t e r a p a r un réseau de lignes à 120.000 v o l t s dans des ré­

gions éloignées, t r i b u t a i r e s actuellement de la p r o d u c t i o n d'éner­

gie t h e r m i q u e .

Les projets de l'usine de C h a n c y - P o u g n y o n t été élaborés p a r les services techniques de la B a n q u e Suisse des Chemins de Fer, à Baie, à qui la direction et la surveillance des t r a v a u x o n t été également confiées.

E n raison des liens étroits qui unissent la Société des Forces Motrices de C h a n c y - P o u g n y , la Société Energie Electrique R h ô n e et J u r a et MM. Schneider et C^{i e}, les Services c o m p é t e n t s de ceux-ci o n t a p p o r t é p a r t i e l l e m e n t leurs concours a u x diffé­

r e n t e s études et t r a v a u x .

L ' e m p l a c e m e n t de l'usine ne fut définitivement a r r ê t é q u ' à la fin de 1919. Avec l ' a p p r o b a t i o n des a u t o r i t é s compétentes, on choisit l ' e m b o u c h u r e du ruisseau de Couchefatte, qui se j e t t e d a n s le R h ô n e , sur la rive gauche, à 2 k m . environ du p o n t qui relie le village de Chancy, sur la r i v e gauche (suisse) au village e t à la g a r e de P o u g n y , sur la rive droite (française).

Le R h ô n e à cet e n d r o i t est r e l a t i v e m e n t é t r o i t ; de plus le ruisseau de Couchefatte a v a i t p r o d u i t d a n s la berge une érosion très i m p o r t a n t e qui d i m i n u a i t les t e r r a s s e m e n t s à faire et per­

m e t t a i t d'exécuter les f o n d a t i o n s d u b â t i m e n t des machines à ciel o u v e r t , à l'abri de quelques b a t a r d e a u x .

L a p h o t o g r a p h i e (fig. 1) prise en s e p t e m b r e 1922 p e r m e t de se r e n d r e n e t t e m e n t c o m p t e de cet a v a n t a g e .

Les t r a v a u x préliminaires (chemins d'accès, constructions de maisons pour les ingénieurs et les ouvriers, etc.) furent entrepris d a n s le c o u r a n t de 1 9 2 0 ; les t r a v a u x du b a r r a g e proprement dits c o m m e n c è r e n t en n o v e m b r e de la m ê m e année. D'après le p r o g r a m m e d ' a v a n c e m e n t , l'usine (en t a n t que b â t i m e n t ) devait, ê t r e achevée en n o v e m b r e 1923. Ce p r o g r a m m e a é t é respecté ainsi q u ' o n le c o n s t a t e r a d ' a p r è s les p h o t o g r a p h i e s fig. 2 et 3 prises au d é b u t de n o v e m b r e 1923.

Le b a r r a g e , qui s'appuie à la rive française, est perpendicu­

laire à la direction du cours du R h ô n e . Il c o m p o r t e 5 ouvertures de 12 m è t r e s c h a c u n e ; q u a t r e de celles-ci s o n t o b t u r é e s par des v a n n e s de 11 m è t r e s de h a u t e u r , la cinquième o u v e r t u r e servira u l t é r i e u r e m e n t d'écluse p o u r la n a v i g a t i o n .

L a longueur t o t a l e du b a r r a g e est, de 85 m è t r e s : il est prolongé sur la rive g a u c h e p a r le b â t i m e n t des t u r b i n e s , d ' u n e longueur de 92 m è t r e s . Celui-ci ne renfermera a u c u n t a b l e a u de distribu­

t i o n de l'énergie électrique, si ce n'est celui p o u r les services auxi­

liaires de l'usine.

L ' a p p a r e i l l a g e électrique à 11.000 volts est d a n s un bâtiment c o u v e r t , t a n d i s q u e les t r a n s f o r m a t e u r s é l e v a n t la tension à 120.000 volts ainsi que les postes de d é p a r t s o n t installés en plein air, sur la rive droite ; le poste de c o m m a n d e et de couplage des a l t e r n a t e u r s est placé d a n s le b â t i m e n t de l'appareillage à 11.000 v o l t s .

Les a l t e r n a t e u r s sont reliés a u p o s t e de c o m m a n d e et aux t r a n s f o r m a t e u r s p a r des câbles qui p a s s e n t sous le p o n t supérieur du barrage, dans un canal spécial, puis d e s c e n d e n t au niveau des a l t e r n a t e u r s p a r la tour visible sur la p h o t o g r a p h i e (fig. 3) à l ' e x t r é m i t é d i o i t e du b â t i m e n t des t u r b i n e s .

Fig. 4. — Roues des 3 turbines des Ateliers des Charmilles S. A.

T o u t e s les installations électriques, ainsi q u e la p l u p a r t des c o n s t r u c t i o n s m é c a n i q u e s et métalliques, telles que vannes, c h a r p e n t e s et treuils de levage des v a n n e s s o n t fournies par les E t a b l i s s e m e n t s Schneider et C^{l e}.

E n a m o n t du b â t i m e n t des t u r b i n e s se t r o u v e un vaste bassin de d é c a n t a t i o n , de plus de 5.000 m² de superficie. L a surface de ce bassin est séparée du n i v e a u du fleuve p a r un écran en béton,

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placé presque p a r a l l è l e m e n t a u cours de l'eau. Cet écran, qui est supporté p a r des c h e v a l e m e n t s , a p o u r b u t d ' e m p ê c h e r les corps flottants de s ' i n t r o d u i r e d a n s le bassin. L ' e x t r é m i t é aval de l'é­

cran a b o u t i t au d r o i t de la p r e m i è r e v a n n e du b a r r a g e p a r où peuvent être rejetês vers l ' a v a l t o u s les d é t r i t u s q u e le c o u r a n t de l'eau a u r a i t poussés le long de l'écran. Les o u v e r t u r e s entre les chevalements (7 de 16 m è t r e s de large) sont fermées par une grille grossière formée de t u y a u x fixes écartés de 434 % (fig. 3).

Le bassin de d é c a n t a t i o n est s é p a r é des p e r t u i s d'entrée des chambres des t u r b i n e s p a r des v a n n e s d ' a r r ê t et des grilles fines dont les b a r r e a u x s o n t espacés de 60 % .

Les 10 v a n n e s d ' a r r ê t , d e u x p a r t u r b i n e , o n t u n e largeur de 6.950 % , p o u r u n e profondeur d'eau de 8 m . 50. Elles s o n t m a ­ n œ u v r a b l e s p a r des treuils i n d é p e n d a n t s , à c o m m a n d e électri­

que, m o n t é s sur u n e c h a r p e n t é placée à 9 m . 25 au-dessus de la passerelle de service.

Les grilles fines s o n t n e t t o y é e s p a r r e t o u r du c o u r a n t d ' e a u . Des v a n n e s à secteur, c o m m a n d é e s h y d r a u l i q u e m e n t , m o n t é e s a u pied a v a l des grilles, é v a c u e r o n t d a n s u n c o n d u i t c o m m u n , d é b o u c h a n t d a n s le R h ô n e en a v a l du b a r r a g e , les sables et a u t r e s alluvions q u i a u r a i e n t p u se déposer d e v a n t les grilles.

Fig. 5. — Disposition générale d'un groupe et coupe de Tune des turbines'construites p a r les

Ateliers des Charmilles S. A.

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LA HOUILLE BLANCHE Si ia m é t h o d e de n e t t o y a g e des grilles p a r r e t o u r du c o u r a n t L a c h u t e n e t t e la plus fréquente en basses e a u x variera de d'eau, qui a c e p e n d a n t fait ses preuves ailleurs, ne donnait pas 8,16 à 8,87 pour le débit m a x i m u m ; elle s'abaissera jusqu'à complète satisfaction à Chancy-, t o u t e s les dispositions sont 4,40 m. lors des h a u t e s e a u x exceptionnelles,

prises pour pouvoir installer facilement un n e t t o y a g e mécanique. L a puissance disponible est r é p a r t i e e n t r e 5 groupes dont les Le canal de fuite, c o m m u n à t o u t e s les unités, a u n e largeur turbines développeront chacune, sous la c h u t e n e t t e de 8,16 m,,

Fig. 6. — Vue d'ensemble de Tune des turbines des Ateliers des Charmilles S. A.

de 70 mètres au droit de l'usine ; il se r é u n i t au R h ô n e à 80 mè­

tres en aval de cette dernière ; j u s q u ' à sa jonction avec le fleuve il en est séparé p a r un éperon en b é t o n fondé sur caissons.

Fig. 7. — E n t r é e d'une chambre spirale.

L a c h u t e b r u t e utilisable sera de 8,4 m . pour un débit du R h ô n e de 450 m³/ s e c Cette q u a n t i t é d'eau est disponible pen­

d a n t 90 à 150 j o u r s par an. P a r contre le débit moyen est de 310 m³/ s e c et celui d'étiage absolu de 96 m³/ s e c environ.

7.600 c h e v a u x , à la vitesse de 83,3 t o u r s - m i n u t e ; en basses eaux, sous la c h u t e b r u t e de 9 m., la puissance u n i t a i r e sera de 8.700

Fig, 8. — Coffrage des chambres spirales.

c h e v a u x , pour un débit de 92 m³/sec. T o u t le R h ô n e , eu période d'étiage, s'écoulera donc p a r une seule roue.

L ' i m p o r t a n c e de la puissance installée, qui correspond à en­

viron 1,5 fois le débit m o y e n , est justifiée p a r les circonstances

LA HOUILLE BLANCHE 109 qui p e r m e t t e n t d'utiliser en plein t o u t e l'énergie, en sorte que

l'usine sera susceptible de fournir a n n u e l l e m e n t plus de 150 mil­

lions de k w h .

Les turbines principales, au n o m b r e de cinq, c o m m e nous l'avons dit plus h a u t , s o n t du t y p e F r a n c i s , à a x e vertical, à une seule roue, d o n t la vitesse spécifique varie, d a n s les limites des c h u t e s normales, de 510 à 530, et a t t e i n t 570 pour la c h u t e

Fig. 9. — Cintres pour les coffrages des aspirateurs.

certaines installations américaines égalent celles des t u r b i n e s de Chancy, la vitesse spécifique de ces dernières est bien supérieure. (A l'usine de K e o k u k sur le Mississipi, les roues des turbines o n t 5 m . 40 de d i a m è t r e pour une vitesse spécifique de 309 seulement).

Le distributeur, à a u b e s directrices mobiles, a son m é c a n i s m e de c o m m a n d e situé e n t i è r e m e n t hors de F e a u . L e cercle de v a n ­ nage qui repose sur le fond de la t u r b i n e , est m a n œ u v r é , à l'aide

Fig. 10. — Coffrage pour les aspirateurs.

minimum. Trois de ces t u r b i n e s sont fournies p a r les Ateliers des Charmilles S. A., à Genève, les 2 a u t r e s p a r la Société des Aleliers Escher, Wyss & C^{l e}, à Zurich. L a description sommaire qui suit se r a p p o r t e a u x t u r b i n e s des Ateliers des Charmilles.

Ces m a c h i n e s se r a n g e n t p a r m i les plus g r a n d e s exécutées à ce jour aussi bien en E u r o p e q u ' e n A m é r i q u e , car les roues m o ­ trices a u r o n t un d i a m è t r e extérieur voisin de 5 m 50. L a fig. 4

d ' u n jeu de bielles et de leviers, p a r un s e r v o m o t e u r à huile sous pression, placé sous la d é p e n d a n c e du r é g u l a t e u r de vitesse.

L a figure 5. t o u t en m o n t r a n t la disposition générale du g i o u p e , d o n n e la coupe de l'une des t u r b i n e s des Ateliers des Charmilles, d o n t l ' u n e d ' e n t r e elles est représentée, en cours de m o n t a g e , p a r la fig. 6.

C h a q u e t u r b i n e est placée d a n s u n e c h a m b r e en béton^

Fig. 1 1 . — Turbine d'essai, à l'échelle 1 : 7, munie de son conduit d'évacuation et de sa bâche spirale.

représente les roues des trois t u r b i n e s et p e r m e t de se rendre compte de leur g r a n d e u r .

Lors de l'établissement des projets définitifs, et à l'époque

°û les c o m m a n d e s furent passées, ces turbines constituaient

«n record en E u r o p e au point de v u e des dimensions et de 'a q u a n t i t é d ' e a u absorbée. Si les dimensions des machines de

de forme spirale qui n ' a pas moins, à son entrée, de 12 m. 50 de largeur et 7 m . 65 de h a u t e u r , soit près de 96 m² de section.

L a p h o t o g r a p h i e (fig. 7) d o n n e au reste, à l'échelle des person­

nages placés à l ' e n t r é e de la c h a m b r e , u n e idée assez e x a c t e des dimensions.

n o LA HOUILLE BLANCHE L a figure 8, qui représente le eofirage p o u r le b é l o n n a g e de

d e u x c h a m b r e s p e r m e t également de se faire u n e idée des dimen­

sions dè celle-ci.

L ' a s p i r a t e u r en b é t o n , qui r e s t i t u e l'eau au canal de fuite, a des dimensions non moins i m p o r t a n t e s (12 m . de largeur sur 5 m . 40 de h a u t e u r , soit une section de 65 m²) . U n e cloison m é d i a n e p a r t a g e la section de sortie sur t o u t e sa h a u t e u r .

Les figures 9 et 10 sont les r e p r o d u c t i o n s de p h o t o g r a p h i e s des coffrages de ces a s p i r a t e u r s ; la première r e p r é s e n t e les cin­

t r e s en bois qui v i e n n e n t d ' ê t r e placés ; sur la seconde on v e r r a u n e p a r t i e des r e v ê t e m e n t s en bois sur lesquels le b é t o n est coulé.

Afin de déterminer la forme de l ' a u b a g e de la r o u e motrice qui p e r m e t d ' o b t e n i r avec c e r t i t u d e les puissances et rende­

m e n t s g a r a n t i s , les Ateliers des Charmilles o n t procédé d a n s leur s t a t i o n d'essais à des recherches n o m b r e u s e s sur u n e t u r b i n e qui reproduisait, à l'échelle de 1 à 7, les dimensions des m a c h i n e s prévues p o u r l'usine de C h a n c y . Des essais furent faits également sur des formes diverses d ' a s p i r a t e u r et de c h a m b r e spirale. L a ligure 11 r e p r o d u i t la t u r b i n e d'essai m u n i e de son c o n d u i t d ' é v a c u a t i o n et de sa b â c h e spirale, la moitié a n t é r i e u r e de celle-ci é t a n t enlevée.

Le pivot, qui s u p p o r t e le poids de t o u t e s les parties t o u r n a n ­ tes, ainsi que la poussée h y d r a u l i q u e , repose sur le croisillon supérieur de l ' a l t e r n a t e u r ; il est c o n s t r u i t sur le principe du b r e v e t suisse + 77 583 p o u r u n e charge n o r m a l e de 230 t o n n e s .

Ce pivot, du t y p e à p a t i n s flexibles qui s'inclinent a u t o m a t i ­ q u e m e n t lors de la mise en m a r c h e p o u r p e r m e t t r e l ' i n t r o d u c ­ tion, e n t r e les d e u x surfaces f r o t t a n t e s , d ' u n e mince pellicule d'huile, est d é p o u r v u de t o u t e p o m p e , ce qui a u g m e n t e la sécu­

r i t é d'exploitation d a n s u n e t r è s large m e s u r e .

Les a l t e r n a t e u r s , c o n s t r u i t s p a r les usines Schneider à Cham­

pagne-sur-Seine, sont bobinés p o u r fournir du c o u r a n t triphasé, 50 périodes, d i r e c t e m e n t à la tension de 11.000 v o l t s . Ils possè­

d e n t chacun leur excitatrice qui est m o n t é e au-dessus du pivot, sur l'enveloppe prolongée du réservoir d'huile de ce dernier. Ces a l t e r n a t e u r s sont à v e n t i l a t i o n forcée ; les c a n a u x p o u r l'appel

de l'air froid et l ' é v a c u a t i o n de l'air c h a u d sont ménagés dans le p l a n c h e r et les m u r s de l'usine.

Comme le m o m e n t d'inertie des masses en m o u v e m e n l est considérable, le r o t o r de l ' a l t e r n a t e u r a y a n t à lui seul un P D² d^e 2.000.000 k g m², un l a p s de t e m p s assez long est nécessaire pour o b t e n i r l ' a r r ê t complet du groupe, ensuite de la fermeture du d i s t r i b u t e u r de la t u r b i n e .

P o u r éviter cet inconvénient, et p o u r p e r m e t t r e , p a r exem­

ple en cas de court-circuit, d ' o b t e n i r u n a r r ê t r a p i d e , le rotor de c h a q u e a l t e r n a t e u r est m u n i , à sa p a r t i e inférieure, d ' u n anneau en fonte douce sur lequel v i e n d r o n t frotter les s a b o t s de huit freins r é p a r t i s s u r sa périphérie. Les s e r v o m o t e u r s actionnant ces s a b o t s , fixés sur 3e croisillon q u i p o r t e le palier inférieur de l ' a l t e r n a t e u r , sont actionnés p a r de l'huile sous pression prove­

n a n t des a c c u m u l a t e u r s des r é g u l a t e u r s . Les m ê m e s freins peu­

v e n t ê t r e employés également, p a r l'application d ' u n dispositif t r è s simple, c o m m e v é r i n s de levage du rotor, p o u r permettre, p a r exemple, de découpler les a r b r e s m o t e u r s ou p o u r faciliter les révisions des p i v o t s .

Les appareils de c o m m a n d e p o u r la m a n œ u v r e des freins sont g r o u p é s sur u n t a b l e a u , placé à p r o x i m i t é d u régulateur de vitesse.

T o u s les s e r v o m o t e u r s des r é g u l a t e u r s s o n t reliés entre eux ainsi q u ' à u n e s t a t i o n c e n t r a l e de p o m p a g e , en sorte que si pour u n e cause quelconque la p o m p e à huile ou l'accumulateur de l ' u n des régulateurs é t a i t , à un m o m e n t d o n n é , d a n s l'impossibi­

lité de fournir le fluide nécessaire, celui-ci serait livré, soit par les r é g u l a t e u r s voisins, soit p a r la s t a t i o n de secours.

E n plus des cinq groupes p r i n c i p a u x , l'usine possédera un g r o u p e de 365 CV à 375 t o u r s / m i n u t e , composé également d ' u n e t u r b i n e à axe vertical e n t r a î n a n t d i r e c t e m e n t un généra­

t e u r électrique. Ce dernier est destiné à la mise en marche de l'usine et à l ' a l i m e n t a t i o n des services auxiliaires (treuils des v a n n e s , des p o n t s - r o u l a n t s , éclairage, etc.) en cas d'arrêt des cinq u n i t é s .

C o m m e nous l ' a v o n s m e n t i o n n é p r é c é d e m m e n t , t o u t le bâti­

m e n t de l'appareillage à 11.000 volts, ainsi q u e la station trans­

formatrice, s o n t n e t t e m e n t séparés d u b â t i m e n t des turbines puisqu'ils s o n t situés e n t i è r e m e n t s u r la r i v e française.