Brevet FR2385847A1 — publié le 19781027

La présente invention concerne les écluses de voie navigable à grand gabarit permettant de franchir un seuil avec un minimum de consommation d'eau d'alimentation auelle~que soit la hauteur de chute. Dans l'état actuel de la technique les systèmes connus de franchissement d'un seuil par une voie d'eau navigable sont par ordre chronologique 1) le chemin de halage à sec , déjà employé par les Grecs pour franchir l'isthme de Corinthe, 2) l'écluse de basse, moyenne ou haute chute ( celle-ci pouvant être munie de bassins d'épargne ) mentionnée pour la première fois en 1452 par Léon Battista Alberti dans son livre " De re aedificatoria n, 3) l'ascenceur à bateaux , qui éléve les bateaux verticalement, 4) le plan incliné, suivant des pentes variables, Dans l'un et l'autre cas le bateau prenant place dans un bac à eau métallique constituant un sas mobile qui est ensuite déplacé soit en étant suspendu, soit en roulant sur une plate-forme en pente, 5) la pente d'eau, où le bateau se déplace dans une rigole en pente, sur un coin dteau limité par les paroies et le fond de la rigole et par une cloison transversale fermant la rigole dont le déplacement entraine le coin d'eau vers le haut ou vers le bas. Il existe de nombreux autres brevets concernants d'autres systèmes très séduisants en principe, réalisables au stade de la maquette mais dont on voit mal comment les réaliser en grandeur réelle, au gabarit in ternationals et les faire fonctionner avec satisfaction. Le premier système est abandonné depuis longtemps. Le deuxième s'est généralisé, mais présente des difficultés qui seront examinées plus loin. Les troisième et quatrième, réalisés presqu'à l'unité, ne donnent pas satisfaction car, stols paraissent simples dans leur principe, ils sont très coûteux à réaliser, difficiles à exploiter et très onéreux à la maintenance. Le dernier, séduisant lui aussi dans son principe, est en fait irréalisable dans les dimensions du grand gabarit, par les problèmes de jointentre la cloison mobile et les bords et le fond de la rigole, et les problèmes de guidage et de puissance à mettre en oeuvre pour le déplacement de l'ensemble mobile : cloison et coin d'eau Comme dit ci-dessus, ligue ?8, page 1, l'écluse est le moyen simple et le plus employé, qui comme tout moyen présente des avantages et des inconvenients. Si le fonctionnement et l'entretien sont simples, l'établissement d1 une écluse à grand gabarit est conditionné par le débit d'eau disponible pour l'alimentation du bief de partage et la dénivellée à franchir. L'écluse consommant de l'eau, beaucoup d'eau contrairement à tous les autres systèmes, cette consommation augmente avec la hauteur de chute, et est rapidement limitée par le débit disponible pour remplir le sas dans le temps, aussi court que possible, nécessaire pour l'éclusée.Ce débit est toujours faible au niveau du seuil à franchir. La hauteur de chute, thèorique si elle n'est limitée que par la possibilité pratique de fabrication et de fonctionnement de la porte aval, soumise à une pression fonction de cette hauteur, est en réalité limitée et par l'approvisionnement en eau dont il est question ci-dessus et par la difficulté du problème du remplissage, du sas, sous tres haute pression. La dissipation de l'energie de la chute, sans remous pour une montée régulière et sans heurt du navire, pose des problèmes oui avaient oté résolus nar A.Caquot lors de la réalisation de la grande écluse de Douzère-Mondragon, par des aqueducs de rem@lissage de formes complexes. On est revenu depuis à des hauteurs moindres puisque les deux plus hautes écluses dufutur canal de @ Saône-Rhin ne feront que 24 et 21,5 i comme celle du canal Nain-Danube ( leerstctten : 24,67 m) Le problème principal qui est celui de l'limentation en eau, a été résolu soit en réalimentant le bie supérieur par pompage depuis le bief inférieur, il y a alors une forte dépense d'énergie, et une risque de pollution du bief supérieur par l'eau du bief aval si celle-ci est sujette à pollution et roque de transfert de pollution d'un versant à un autre, comme celà est le-cas pour le Doubs à partir de l'eau du Rhin. soit en eparguant l'eau dans des bassins d'épargne. Le fonctionnement de ces bassins d'énargne qui @suipent ou doivent équiper les grandes écluses des grands canaux cités ci-dessus, est donné dans une brochure édité par les responsables de la liaison Saône-Rhin, selon la figure reproduite dans le dessin annexé en fig.1 . bases sur le principe des vases communicants à écoulement libre, la figure montre qu'à la vidange , l'écluse étant découpée dans l sens de la hauteur en 4 tranches , les tranches 1 et 2 s'écoulent dans les bassins d'épargne ou elles sont stockées, les tranches 3 et 4 s'écoulent au bief aval. tu rem- plissage les tranches 3 et 4 sont récurérées dans les bassins d'épargne, les tranches 1 et 2 sont prélevées dans le biefs amont. avec deux bassins d'épargne-les besoins en eau sont réduits de de 50 Le système des bassins d'épargne possède des propriétés remarquables sur le plan théorique.Comme celà apparait clairement sur la fig.2 , une écluse découpée en N tranches pour une hauteur de chute R, pourra avoir N-2 bassins d'épargner la tranche N est directement vidangée au bief aval et la tranche N-l qui serait stockée dans un bassin d'épargne ne pourrait être récupérée au remplissage , ce bassin s'écoulant lui aussi directement dans le bief aval. La dépense d'eau est donc toujours égale à deux tranches, quelle que soit la valeur dè N et si V est le volume total de l'écluse, cette dépense D diminuera quant N augmentera et à la limite serait pratiquement nulle avec N très grand. Un autre avantage majeur des bassins d'épargne est la réduction de la pression d'alimentation de remplissage : alors que dans une écluse sans bassin d'épargne, la pression d'eau en début de remplissage est très forte, fonction de la hauteur totale de chute, et nécessite des aménagements. spéciaux dans le cas de grande hauteur de chute, comme dit page 2 , lignes 15 à 20, dans une écluse avec bassins d'épargne, cette pression est réduite en fonction de la hauteur h de la tranche d'eau qui est celle du bassin. Elle sera d'autant plus réduite que cette hauteur h sera faible avec pour corrollaire la plus faible consommation d'eau. Cette pression d'alimentation au lieu de varier constamment du maximum à zèro, comme dans le cas de l'écluse seule, variera périodiquement avec la vidange de chaque bassin, avec une valeur moyenne correspondant à la demi-hauteur dtune tranche. La vitesse ascentionnelle des navires sera donc pratiquement constante, sans remous-dangereuxj sans avoir recours a des aqueducs complexes. Si- nous cessons de considérer en premier lieu l'écluse pour au contraire prendre pour base le bassin d'épargne de plus faible hauteur h "économique" nous pouvons dire que toute écluse est égale,en hauteur, à h x N -, nombre de bassins d'épargne augmenté de 2, et que quelle que soit la hauteur finale H la consommation d'eau sera toujours égale à 2h, ce qui en clair veut dire quten prenant pour h une valeur de 2m, une écluse de 100m de hauteur de chute ne consommerait pas plus qu'une écluse de 4m de chute. Dans la pratique, la hauteur d'une écluse ne serait plus limitée par sa consommation mais par la seule possibilité technique de réalisation de sa porte aval, comme dit page 2, lignes ?? à 15. En réalité, la disposition actuelle des bassins d'épargne, en escalier à coté de l'écluse, limite considérablement la portée du système. Cette disposition en escalier qui est celle adoptée pour le canal Main-Danube, avec trois bassins d'épargne, ou prévue pour le canal Sa8ne Rhin, avec deux bassins, présente de sérieux inconvénients. Chaqu. tranche, nécessitant un bassin de même surface que l'écluse, à l'épaisseur des bajoyers près, l'emprise au sol croit très rapidement et limite l'extension du système : avec trois bassins on quadruple la superficie,a veo l'allongement collératif des aqueducs, et l'économie d'eau n' est que des 3/5 du volume de l'éclusée. La hauteur de chute est donc limitée du fait même de cette disposition en escalier. Comme leur nom l'indique, les bassins d'épargne sont des réservoirs a ciel ouvert, des bassins, et comme tels soumis à des problèmes graves de salissure due à l'exposition à la lumière solaire avec le développement @'algues inhèrent. il y a donc un problème considérable d'entretien. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients susdits et de permettre de réaliser, dans les limites technologiques et économiques dès règles de l'art, les possibilités offertes par la théorie des bassins d' épargne telles qu'elles sont exposées ci-dessus. Dans ce but le système de bassins a ciel ouvert disposés en escalier est remplacé par un système de réservoirs fermés, superposés en colonne, ne communiquant pas entre eux, chaque réservoir remplaçant un bassin élé- mentaire et étant en communication avec le sas par un ensemble de conduites et vannes appropriées. La colonne de réservoirs est accolée à l' écluse comme le montre la fig . L'avantage du système proposé selon l'invention apparait immédiatement car quel que soit le nombre de réservoirs donc de tranches N, L'emprise du-système ne fait que doubler la superficie de l'écluse, la salissure, don@ l'entretien, est suppriméelet les aqueducs ne sont plus nécessaires. La construction de l'ensemble est simplifiée Le système objet de l'invention, peut selon les règles de l'art, être réalisé soit en bâton armé soit en construction métallique, comme c'est le cas pour les autres systèmes de franchissement de haute chute tel que ascenceur ou plan incliné. Selon un mode de réalisation de l'invention, on peut avoir une seule colonne de réservoirs, accolée d'un coté de écluse. Dans ce cas la capacité de chaque réservoirs qui peut être divisé en plusieurs chambres par des cloisons verticales, est égale au volume dtlme tranche d'eau de l'écluse, selon la fig . Selon un autre mode de réalisation de l'invention on dispose de deux colonnes de réservoirs, une de chaque coté de l'écluse, deux réservoirs de m8me niveau, remplaçant un bassin épargne élémentaire, comme indiqué sur la fig.4 . Cette disposition est plus intéressante que la précédente car la capacité propre de chaque-réservoir étant la moitié du volume de la tranche d'eau, les temps de vidange et de remplissage sont divisés par 2, avee les mNmesdimensions de vannage que précédemment. Le temps d'éclusage est donc largement réduit. la disposition en deux colonnes identiques selon l'invention, est aussi trns intéressante du point de vue de la construction et de l'emprise nécessaire. Ces colonnes peuvent être, du fait de leur largeur réduite, incorporées structuralement aux bajoyers qui deviennentgalors des structures celluraires à grande résistance.En prenant pour exemple une écluse comme celle de Valabrègue, sur le Bas-Rhône, représentée schématiquement en coupe sur la fig.5 ,il apparaît que le dispositif s objet de l'inven -tions se loge dans parfaitement dans les dimensions de l'écluse, sans aucune modification dimensionnelle, selon la fig.6 Le système,objet de l'invention, doit transformer complétement ltéconomie des voies navigables à grand gabarit, en permettant la réalisation d' écluses à consommation-d'eau très faibles aussi bien de basse que de haute chute sans augmentation d'emprise au sol, sans apport d'énergie extèrieur, , avec une diminution des temps de parcours.Cette diminution des temps de parcourt découle de la diminution des temps de maneuvre, par suite de la réduction du nombre d'écluses nécessaires , une écluse de haute chute mouvant remplacer plusieurs écluses de faible chute, de la diminution des temps d'éclusage comme dit ci-dessus, lignes 4 à 6, de la diminution des temps de parcours dans les biefs, ceux-ci pouvant être oins nombreux donc plus longs, permettant- ainsi une augmentation de la vitesse moyenne de transit. Le système, objet de l'invention, en permettant l'établissement d'écluse de très haute chute, la hauteur n'étant limité que par la réalisation de la porte aval, comme déjà dit, écarte le recours aux autres moyens de franckissement tels qu'ascenceurs ou plans inclinés ou stations de pompa de de réalimentation, donc des consommations d'énergie extèrieures, et des risques de pollution du bief supérieur par introduction d'eau polluée du bief inférieur. le système, objet de l'invention, par la combinaison des avantages énu mérés ci-dessus permet la création de voies navigables à gabarit normal ou international, dans des contrées où les difficultés du-relief ou de l'approvisionnment en eau, ensemble ou séparément, empéchaient l'établis sement de/moyen majeur de communication et de transport. R E V E N D I C A T I O N S 1. Système d'épargne d'eau pour écluse de voie ravigable de très haute dénivellée, caractérisé par le fait qu'il comporte des réservoirs fermés, superposés en colonne, sur le coté de écluse, chaque réservoir correspondant à une tranche d'épargne, étant en communication avec le sas de l'écluse par un vannage de type conventionnel. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les réservoirs superposés sont disposés en une seule colonne indépendante de l'écluse, sur un coté de celle-ci. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les réservoirs superposés sont disposés en une seule colonne, intégrée de construction à l'un des bajoyers de l'écluse. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les réservoirs superposes sont disposés en deux colonnes identiques, indépen dantes de l'écluse, nlacées de part et d'autre d de celle-ci. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé nar l fait cue les réservoirs superposés sont disposés en deux colonnes identiques, intégrées de construction, une dans chique bajoyer de l'écluse.