Projet de fin d'études Note de Synthèse

Projetdefind’études
-Note de Synthèse-

Dimensionnementdesévacuateursde
cruesdetype«PianoKeysWeir».
ApplicationaubarragedeMalarce










èmeSAMBARINO Jérôme – Elève Ingénieur de 5 année
Spécialité Génie Civil – Juin 2007 Note de Synthèse–Dimensionnementdesévacuateursdecruesdetype«PianoKeysWeir»
ApplicationaubarragedeMalarce

RESUME

Desétudesrécentesontmontréquedenombreuxsitespossèdentundéficitd’évacuationpar
rapportàlacruedeprojet(périodederetourde1000anspourlesbarragesenbéton).Pour
palliercetteinsuffisance,unrecalibragedesévacuateursdecruesexistantssurcesbarrages
estnécessaire.
Récemment un nouveau type d’évacuateur labyrinthe, baptisé «Déversoir en Touches de
Piano»(PianoKeysWeir),aétédéveloppé.Ils’agitd’améliorerl’ancienprocédéendonnant
une pente au fond plat d’un seuil labyrinthe traditionnel. Les éléments du déversoir se
trouvent ainsi en porte*à*faux. Cette solution innovante d’évacuateur de crues labyrinthe a
l’avantagedepouvoirêtremiseenœuvresurlessectionsdelargeurlimitéerencontréesen
crêtedesbarragespoidsexistants.
Dans un premier temps, j’ai été affecté à un projet de déversoir en touches de piano au
barrage de Malarce. Ce barrage est situé entre Nîmes et le Puy en Velay sur la rivière
Chassezac,quiestunaffluentdel’Ardèche.Monrôleaconsistéàréaliseruneétudetechnico*
économiquedecettepropositionencherchantàoptimiserlecalageduseuilP.K.d’unepart,
etlecoûtliéàlabaissedelacotedelaretenuenormaleparrapportaucoûtdestravauxde
géniecivild’autrepart.
Dansundeuxièmetemps,sachantquedanslesannéesàvenirbeaucoupdeprojetssimilaires
verrontlejour,j’aiduréaliserunlogicielpermettantdefaciliterleprédimensionnementd’un
teldéversoir.Ceprogrammeestbasésurdeuxmodèlesdifférents,l’unfavorisantunouvrage
de grande taille mais avec peu d’éléments répétés, l’autre privilégiant de plus petites
dimensionspourunnombred’élémentsdémultiplié.

Mots clés: Evacuateur de crues, Déversoir en Touches de Piano, Evacuateur labyrinthe,
Recalibraged’évacuateurdecrues,Cruedeprojet,Barrage.
ABSTRACT

Recenthydrologicalstudiesshowthat,formanydams,thedesignfloodwithareturnperiod
of 1,000 years has been undervalued. As a consequence, a rehabilitation of the existing
spillwaysisneeded.
Inthelastfew years, a newconceptoflabyrinthspillways,called“PianoKeysWeir”,has
beendeveloped.Theformermodelwasimprovedbyreplacingtheflatbottomofatraditional
labyrinth spillway by a shape. So, the weir has overhangs. This innovative alternative of
labyrinthspillwayscanbeusedonthetopoftheusualconcretegravitydamsections,unlike
labyrinthweirs.
Firstly,IwasinvolvedinaPianoKeysWeirprojectontheMalarcedam,situatedbetween
Nîmes and Le Puy en Velay, on the Chassezac River, which is an influent of the Ardèche
River.Ihadtorealizeatechnicalandeconomicalstudyforthissolutionbyoptimizingthe
settingofthePianoKeysWeir,andthedecreaseofthetopwaterlevelinfrontofthecostof
civilengineeringworks.
Many similar projects will be initiated in the future by EDF. Therefore, after the Malarce
project, I made a software in order to help in the designing of a Piano Keys Weir. This
software is based on two different models. The first is facilitating a spillway with great
dimensionsandfewelementswhereastheotheroneisprivilegingasmallerweirwithmany
elements.

Keywords:Spillways,PianoKeysWeir,LabyrinthWeir,DamRehabilitation,DesignFlood.
SAMBARINOJérôme *2/6*Note de Synthèse–Dimensionnementdesévacuateursdecruesdetype«PianoKeysWeir»
ApplicationaubarragedeMalarce

1. Optimisation d’un « déversoir en touches de piano » au
barrage de Malarce
1.1. Présentationduprojet
LebarragedeMalarceestunbarragepoidsrectilignesituéàmi*distanceentreNîmesetle
Puy en Velay. Il est implanté sur la rivière Chassezac qui est un affluent rive droite de
l’Ardèche. La réévaluation du débit de crue millénale sur ce barrage, a mis en évidence
l’insuffisancedecapacitédel’évacuateurdecruesexistant.
3Eneffet,desessaissurmodèleréduitontmontréundéficitd’évacuationde650m /s.C’est
pourquoi,depuisplusd’unedizained’années,dessolutionsvisantàrenforcerlesinstallations
d’évacuationdecruessontétudiéessurcebarrage.
Lessolutionsenvisagéesontportésuruneremontéeduniveaudesplushauteseaux,surla
constructiond’unnouvelévacuateurenrivedroiteousurlacombinaisondesdeux.
Finalement,jusqu’àaujourd’huiaucunedecessolutionsn’aétéretenue,essentiellementpour
desraisonséconomiques.
Cependant,unprojetderéalisationd’unseuilen«touchesdepiano»ou«PianoKeysWeir»
enanglais, avulejour aprèsmiseenœuvresurlebarragedeGoulours.Cetype novateur
3d’évacuateurdecruesestcapabled’évacuerundébitspécifiquepouvantatteindre40m /s/ml
pour un coût nettement moins élevé qu’un seuil traditionnel. Cet évacuateur de crues sera
construit sur la culée rive droite du barrage en complément d’une baisse du niveau de la
retenuenormalequ’ilfaudraoptimiser.

1.2. EtudeHydraulique
1.2.1. Description d’un P.K. Weir
LePianoKeysWeir(PKW)estuneaméliorationdudéversoirlabyrinthedontlechangement
principal est de donner une pente au fond plat. Ce nouveau type de déversoir a l’avantage
d’êtreapplicableàdessectionsréduitesdebarragespoidsexistants.Ilpermetl’évacuationde
débitsspécifiquesimportants,avecunrendementsupérieuràceluid'undéversoirCreager.
Le concept de base des PKW prévoit de définir la géométrie de l’ouvrage de la manière
suivante:













LerendementduPKWdépenddesrapportsadimensionnelssuivants:H/P,W/P,I/O,N(H
étantlahauteurdelalamed’eaudéversante).Ledéversements’effectuedirectementparles
extrémitésdesalvéolesamontetavalmaisaussiparaspirationdel’eauparlefond,lelong
desmursbajoyersàlamanièred’unévacuateurlatéral.L’évolutiondudébitspécifiqueest
égaleà:α H P ,αétantuneconstantedépendantdesautresparamètresduPKW.
SAMBARINOJérôme *3/6*Note de Synthèse–Dimensionnementdesévacuateursdecruesdetype«PianoKeysWeir»
ApplicationaubarragedeMalarce

1.2.2. Les variantes étudiées
AfindetrouverlemeilleurcompromisentrelecalageduPKWàdisposersurlaculéerive
droitedubarrage,lecoûtdestravauxassociésetlecoûtdelaperted’actifliéeàlabaissedela
coteRN,diversessolutionsontété envisagéesavecdifférenteshypothèses. Labaissedela
cotedelaRNseracompriseentre0,5et1,5m.
Pourcetteétude,onachoisidesPKWàsymétrieamont/avalpourdeuxratiosNdifférents(5
7).Parailleurs,desPKWàgéométrievariableetsansporte*à*fauxavalontétéétudiéssans
donner satisfaction. Les résultats montrent qu’une diminution de la RN de 0,5 m n’est pas
envisageablequelquesoitlecasdefigure.EneffetlahauteurduPKWimpliquéseraittrop
importante. Lemeilleur rendementhydrauliquepourunmoindrecoûtaétéobtenupourun
rapportN=7etunfruitde2H/1V.Aveccetteconfiguration,ilestpossiblederéaliserunPKW
pourdesbaissesdelacoteRNrespectivesde:0,7m;1met1,5m.

Fruit 2H/1V N=7
RN - 0,7m RN - 1m RN - 1,5m
Hauteur PKW (m) 7,5 5,2 3,9

1.3. Etudedestabilité
Alasuitedel’étudehydraulique,lastabilitédelaculéerivedroiteetduPKWaétévérifiée
pourlestroisbaissesdelaRNdéfiniesci*dessus.Cetexerciceaétéréaliséàl’aidedulogiciel
STABET,développéparEDF.C’estunprogrammedevérificationdesbarragespoids,basé
suruneméthodesimplifiéeconsistantenuneanalysebidimensionnelleamont*avaleffectuée
surlessectionshorizontaleslespluscritiquesd’unprofildebarragedelargeurunitaire.
IlressortdecetteétudequequellequesoitlabaissedelaRN,lastabilitén’estpasassuréeen
conditions exceptionnelles, ce cas de chargement étant le plus défavorable. En conditions
normales et extrêmes, on observe un défaut de stabilité pour des baisses de 0,7 m et 1 m.
Cependant,aucunproblèmen’aétérencontrépourunréajustementde1,5m.
Afin de remédier au manque de stabilité en conditions exceptionnelle, il a été décidé
d’installerdestirantsactifspermettantderajouterdupoidsàl’ouvrageetdoncdemaintenir
l’interfaceentrelerocheretlebétonencompression.Lestirantsserontdisposésàl’avaldu
voilededrainagedubarrageafindelimiterlacorrosion.Lenombredetirantsetlatensionde
serviceàleursappliquerontétédéterminéspourchaquescéna