Brevet FR2135384A1 — publié le 19721222

La présente invention concerne un dispositif évacuateur de crues pour barrages de vallées, spécialement de vallées étroites, dispositif destiné à dissiper par frottement l'éner- gie de l'eau évacuée. Une telle dissipation d'énergie est un point important, sinon essentiel, du projet d'un barrage. On sait que, pour éviter que les jets déversés n'affouillent le pied de l'ouvrage, ses appuis ou les versants en aval, divers dispositifs ont été mis au point. Certains éloignent le point d'impact des jets par un profil en long dit en "saut de ski", le canal pouvant être ou non en charge. S'il est vrai que l'ouvrage est ainsi mis hors de danger et qu'une partie de l'énergie est perdue pendant la trajectoire aérienne du jet, une grosse partie se retrouve néanmoins au point d'impact et peut causer des inquiétudes quant à la stabilité des rives si la vallée est relativement étroite et surtout si le niveau d'eau aval reste bas en temps de crue. D'autres dispositifs connus s'appliquent à dissiper l'énergie par un ressaut hydraulique que, par des dispositifs appropriés, on provoque au pied du coursier de l'évacua- teur. Outre que la distance à laquelle le ressaut se produit est mal connue, toute la zone de transition est habituellement constituée d'un assez lourd tapis de béton, qui est généralement coûteux (surtout si la fondation n' est pas rocheuse). L'expérience montre au surplus que de tels tapis sont vulnérables a l'abrasion par des pierres tourbillonnantes retenues sur place par des rouleaux hydrauliques. Il est connu aussi de fractionner la chute par desbassins successifs. Une telle réalisation requiert beaucoup d'espace et est onéreuse. Il est connu également de dissiper l'énergie de l'eau évacuée en provoquant la formation d'un vortex dans un puits vertical, de façon à faire courir l'eau à vitesse relativement élevée sur le revêtement de béton lisse de ce puits. Mais ce dispositif n'est applicable que pour de petits débits parce que la lame d'eau doit être de faible épaisseur et le puits, au contraire, relativement grand. I1 est connu enfin de recueillir le jet en pleine force par des dispositifs de dissipation (matelas de rails par exemple) qui doivent être si solidement maintenus en place que cette maniere de faire nta été utilisée que pour des petites chutes. Beaucoup de ces inconvénients disparaissent avec le dispositif selon l'invention qui est fondé sur l'idée de dissiper l'énergie du jet progressivement, avant de le relacher 3 l'aval avec une vitesse jugée inoffensive, au lieu de la dissiper lorsque le jet a acquis sa pleine puissance. Le dispositif évacuateur de crues selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins un conduit en charge présentant, sur une partie de sa longueur au moins, une résistance élevée à l'écoulement de l'eau, de maniere que l'énergie d'écoulement s'y dissipe par frottement. De préférence > ces conduits sont des galeries ménagées dans le roc dont, pour des raisons de pression au sein du massif rocheux, la plus grande partie du parcours est située en amont du barrage. La résistance élevée désirée peut être obtenue en donnant de petites dimensions aux conduits et en donnant aussi à chacun une forme telle que le rayon hydraulique (rapport de la surface de section au périmètre mouillé) soit faible. On peut aussi accroître la résistance par un aménagement des parois du conduit qui y multiplie les obstacles à l'écoulement. Notamment, lorsque ce conduit est une galerie creusée dans le roc, des aspérités y sont ménagées, qu'elles soient naturelles si la galerie n'est pas revêtue, ou artificielles si la galerie est revêtue de béton. Ces aspérités artificielles peuvent être constituées par des cannelures, des ressauts, des dents transversaux à l'écoulement liquide. Enfin, les conduits peuvent être de sections relativement grandes mais pourvues d'obstacles, éventuellement en quinconce ou en chicanes, ménageant entre eux des conduits élémentaires de dimensions restreintes. Ces obstacles peuvent être constitués par des empilements de pierresplus ou moins volumineuses ou des empilements de volumes de béton, tels que des boules, ou encore par des grilles ou des empilements de barreaux croisés appuyés sur les parois du conduit. Les barreaux peuvent être en béton ou en profilés métalliques ; ils peuvent être par exemple des rails disposés en lits croisés superposés. Les différents lits peuvent être soudés ou assemblés par des brides pour éviter leurs vibrations. Lorsque le conduit est partiellement obstrué par de tels obstacles, il convient d'éviter son engorgement, notamment par les corps flottants. A cette fin, dans une forme avantageuse de réalisation, le conduit d'évacuation est amorcé au-dessous de la surface du bief amont et son entrée est protégée par une drome, c'est-à-dire un filet de câbles porté par des flotteurs et solidement ancré en amont de l'ouverture du conduit. Un évacuateur de surface a faible débit peut alors être prévu pour l'évacuation des corps flottants. Enfin, pour diminuer encore, à la sortie, la vitesse d'évacuation de liteau, ltextrémité inférieure du conduit peut être réalisée sous forme de diffuseur. Le complément de description suivant, en regard du dessin annexé, fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 est une coupe par un plan axial vert i cal d'une galerie constituant un évacuateur de crues conforme à l'invention. La figure 2 est un détail agrandi de la figure 1. La figure 3 est une coupe suivant 111-111 de la figure 1. La figure 4 est une coupe par un plan vertical d'une variante de réalisation. La figure 5 est une coupe suivant V-V de la figure 4. La figure 6 est une coupe verticale d'un barrage comportant un évacuateur de crues conforme à l'invention. La figure 7 est une coupe suivant VII-VII de la figure 6. Dans la réalisation illustrée par la figure 1, un barrage quelconque 1, partiellement représenté, assure dans une vallée une retenue d'eau au niveau 2. Dans la masse de terrain 3 est creusée une galerie 4 destinée à l'évacuation des crues vers le bief aval 5. Le tracé en plan de la galerie 4 peut être quelconque ; en particulier, ce tracé peut comporter un certain nombre de coudes dont l'effet favorise d'ailleurs le but recherché par l'invention, à savoir le ralentissement à l'intérieur de la galerie ellemême de la vitesse du courant d'eau. On sait que, dans une telle galerie, la vitesse moyenne peut être calculée par la formule de Strickler V = ka2/3,1/2 m Dans cette formule, R est le rayon hydraulique, J la perte de charge par mètre de longueur, c'est-à-dire le gradient de la ligne d'énergie et k un coefficient qui dépend essentiellement de la rugosité de la paroi de la galerie. On sait, en particulier, que la valeur de k, qui peut atteindre 70 à 90 pour un revêtement de paroi lisse, s'abaisse de 20 à 25 si le rocher est laissé à nu après forage de la galerie, ou si la paroi est convenablement rendue rugueuse. Pour diminuer la vitesse moyenne, le roc dans lequel la galerie est forée n'est pas revêtu ou bien, si son revêtement est nécessaire, comme montré sur la figure 2, on peut ménager dans ce revêtement 6 des cannelures 7 transversales à l'axe de la galerie, dont chacune constitue un obstacle à la mise en vitesse de l'eau dans cette galerie. Les cannelures 7 peuvent être remplacées par des reliefs ou des plots disposés en chicane sur les parois, ou par des obstacles tels que des dents formées de profilés métalliques en saillie sur la paroi, dents disposées obliquement dans le sens de l'écoulement de l'veau pour faciliter l'évacuation de corps solides flottants engagés dans la galerie. Le coefficient k ayant été expérimentalement déterminé, lorsque la vitesse moyenne Vm, qui correspond à la vitesse de sortie, a été choisie, la perte de charge entre les deux biefs, c'est-à-dire le gradient de la ligne d'énergie, donne la longueur de la galerie 4 qu'il est nécessaire de réaliser. Il est clair que cette longueur est d'autant plus réduite que le rayon hydraulique est plus petit. Pour permettre l'évacuation d'un volume important de crues, il conviendra alors de multiplier le nombre des galeries. Dans la réalisation représentée sur la figure 1, l'entrée de la galerie 4 est commandée par une vanne coulissante 8 verticale qui, lorsqu'elle est partiellement levée, forme obstacle pour retenir l'eau de surface et, par consE- quent, empêcher la pénétration des corps flottants dans la galerie. Ces corps peuvent être évacués par des moyens divers. Dans la réalisation montrée par la figure 4, le dispositif d'évacuation des crues est constitué par un puits vertical 9 que prolonge une galerie pratiquement horizontale 10. Dans le puits sont disposées des sortes de grilles formées par des lits croisés et superposés de barreaux 11, par exemple des rails de chemin de fer ou autres profilés métalliques, ou encore des poutrelles de béton. Ce remplissage peut être aussi constitué par des pierres volumineuses ou encore des boules de béton. Dans ce cas, la destruction de l'énergie de l'écou- lement s'effectue essentiellement dans le puits vertical 9, la-vitesse étant pratiquement constante dans la galerie 10. Dans cette réalisation, comme précédemment, une vanne-secteur 12 permet à l'eau se trouvant à une certaine profondeur de pénétrer dans le puits 9, tandis qu'une vanne 13, ménagée en crête du barrage 1, peut évacuer les corps flottants à la surface du bief 2. Un rameau 14 permet, pour une mise en eau partielle, de ramener le bief 2 au niveau 2a. Dans la réalisation montrée par les figures 6 et 7, les puits d'évacuation 15 sont disposés sur le parement amont du barrage 16. Comme précédemment, ils contiennent des lits recroisés et superposés de profilés 17. Chaque puits 15 est prolongé par une galeriehori- zontale 20 qui se déverse à l'aval, éventuellement sur une protection du lit formée d'un tapis de béton 21. Dans le cas d'un puits vertical ou sensiblement vertical, le gradient de la ligne d'énergie à prendre en compte est égal à 1. Dans ces conditions, en admettant que la vitesse à la sortie puisse être de 15 mètres/seconde, la maille carrée de l'empilage doit être de l'ordre de 2,50 mètres (rayon hydraulique : environ 0,60 m), ce qui permet la réalisation de dispositifs d'évacuation facilement visitables. L'invention est applicable à la réalisation de barrages de tous les types en toutes vallées et en tous terrains. Elle s'applique, en particulier, aux vallées étroites et à flanc raide qui n'offrent pas la place pour loger les types d'évacuateurs classiques et notamment les évacuateurs dits en "saut de ski". REVENDICATIONS 1. Dispositif évacuateur de crues pour barrages de vallées, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins un conduit en charge présentant, dans une portion au moins, une résistance élevée à l'écouleanent de l'eau, de manière que énergie d'écoulement sty dissipe-par frottement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit est une galerie ménagée dans le sol, dont l'origine est en amont du barrage. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit est ménagé contre le parement amont du barrage. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance élevée est obtenue par une multiplicité de conduits dont chacun a un rayon hydraulique relativement faible. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois du conduit comportent des obstacles à l'écoulement de l'eau. 6. Dispositif selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que les obstacles sont constitués par le roc non revêtu de la galerie. 7. Dispositif selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que les obstacles sont ménagés dans la surface interne du revêtement en béton de la galerie. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section du conduit comporte des obstacles transversaux à l'écoulement de l'eau. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le conduit est vertical et les obstacles sont constitués par des empilements de corps solides à l'intérieur de ce conduit, lequel est prolongé par une portion horizontale débouchant à l'air libre. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les empilements sont des lits horizontaux recroisés de profilés parallèles, notamment de rails. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée du conduit est située au-dessous du niveau du bief du barrage et protégée contre l'arrivée de corps flottants. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie du conduit est aménagée en diffuseur. 13. Procédé de détermination d'un évacuateur de crues selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste, étant donné le rayon hydraulique du conduit et son coefficient de résistance à l'écoulement, à choisir la vitesse moyenne de cet écoulement et à en déduire la longueur et la pente du conduit en fonction de la perte de charge totale à obtenir.