Brevet FR2554471A1 — publié le 19850510

Les barrages de faible hauteur qui régularisent l'écoulement des riviéres de pIaine comportent toujours des vannes. Celles-ci doivent être manoeuvrées chaque fois qu'une variation du débit de la riviere se produit, afin de maintenir le plan d'eau amont à une cote régulière. On décrit ici une vanne qui réalise automatiquement, sans consommer aucune énergie sinon celle de l'eau les mouvements qu'impose la recherche d'un plan d'eau amont stable. C'est une vanne mobile autour d'un axe horizontal. Pour de telles vannes, bien connues, l'automatisme est acvuel- lement constitué par divers organes mécaniques tels que flotteurs, moteurs, bras de transmission, contrepoids .. . etc. Rien de tel ici, l'automatisme est entièrement acquis par une configuration particulière de l'organe qui permet les mouvements de la vanne. La figure 1 est une vue en plan d'un barrage avec une vanne de décharge. La figure 2 est une vue en coupe du barrage et le la vanne selon A. - A de la figure 1. La figure 3 est une vue en bout de la vanne ; selon B - B de la figure 1. La figure 4 est la même vue que la figure 2 dans un autre cas de fonctionnement. La figure 5 montre une loi de fonctionnement de l'équilibre de la vanne. Selon la figure 1, le barrage dont les culées sont représentées en 1 possède une ouverture normalement fermée par une vanne 2. La flèche 3 est en amont du barrage et indique le sens de l'écoulement de l'eau quand la vanne est ouverte. La vanne 2, selon la figure 2, est construite autour d'une poutre métallique du commerce. Sur la figure 2, cette charpente est représentée par deux fers en U formant tube carré. notés 4 et 5. Sur cette charpente sont fixées les parois 6 et 7 ici tôles soudées ou rivetées ou moulage de polyester armé. Il est rarement utile que cette vanne dépasse la hauteur humaine; sa longueur peut atteindre plusieurs décamè & es. Au repos en position fermée, la vanne appuie très légèrement sur le radiner en maçonnerie comme selon la figure 2. Quand elle s'ouvre, elle prend la position notée 8 sur la figure 2. Lorsque sa face aval n'est pas mouillée par le plan d'eau aval, ce qui est le cas le plus général pour ces barrages et pour de nombreux autres déversoirs, la poussée hydrostatique subie par la vanne, représen.. tée par la flèche 9, varie en intensité et en position selon deux facteurs, la hauteur d'eau amont d'une part, le degré d'ouverture de la vanne d'autre part. De plus, on peut calculer et constater que la position de cette poussé évolue régulièrement, à plan d'eau amont constant, entre le tiers inférieur de la vanne pour la position fermée, l'eau affleurant alors le sommet de celle-ci sans déborder, et le milieu de la vanne, à pleine ouverture. C'est pourquoi, au lieu que l'articulation de la vanne soit un quelconque palier, tourillon ou couteau, elle peut être constituée par une came représentée sur la figure 3, en 10. Cette came est fixe et la vanne roule sans glissement sur elle. Pour qu'il n'y ait pays glissement, deux cables métalliques représentés en 11 et 12 sont logés dans une encoche de la came ; ils sont chacun liés par une extrémité à la vanne et par l'autre à la came, et leurs effets sont contrariés. La vanne possède en outre un chemin de roulement 13 , qui est ici un simple plat mais peut prendre d'autres formes , conjuguées avec la came. On dispose bien entendu rigidement liées à la maçonnerie, autant de cames qu'il le faut pour supporter la vanne, et au moins deux, une à chaque extrémité de vanne. Pour un chemin de roulement plat, la came peut commencer par un simple cercle, vers les positions de faible inclination. Le rayon de ce cercle est la longueur du segment total à parcourir soit le 1/6 de la hauteur de la vanne, divisé par l'angle en radians du mouvement total. Le calcul montre alors que le plan d'eau amont croit faiblement quand la vanne s'ouvre, pour que soit maintenu l'équilibre de la vanne sur sa came, son poids étant négligeable. L'expérience et le calcul montrent toutefois que cette disposition ne permet pas de réaliser le mouvement total, jusqu'à l'horizontale, qui est attendu de la vanne. Vers les positions de demi-ouverture, la figure 4 montre l'allure des plans d'eau. On est loin d'un plan d'eau horizontal au dessus de la vanne. Alors, l'emplacement de la poussée hydrostatique ne poursuit plus son mouvement vers le point milieu de la vanne. Pour obtenir le mouvement de la vanne vers les grandes ouvertures et posséder un mouvement aussi étendu que possible du point d'application de la poussée hydrostatique, l'invention dispose alors, au sommet de la vanne des ailerons notés 14, solidaires du sommet de la vanne. Ces ailerons peuvent être disposés comme le montre la figure 1, aux deux bouts de la vanne. Ils servent alors er toutes positions d'ouverture, à écarter des murs latéraux la lame d'eau du débordement. Ils assurent ainsi une première fonction qui est de permettre l'aération du dessous de la lame d'eau déversante. Cette aération est indispensable en toutes circonstances. A défaut des ailerons 14, un autre dispositif d'aération doit être installé. sans quoi la face aval de la vanne serait rnouillée par un plan d'eau instable qui nuit à son équilibre. En disposant les ailerons de telle façon qu'ils écartent la lame d'eau des murs latéraux, on crée le passage d'air nécessaire vers le dessous de la lame d'eau. notée 15 sur la figure 4. Ces ailerons jouent un rôle nul dans les faibles ouvertures. Par contre, quand l'ouverture croit, et la hauteur de la lame d'eau au dessus de la vanne, leur action augmente régulièrement pour être maximale à la pleine ouverture, où ils peuvent être noyés complètement. La surface utile des ailerons sera calculée en fonction de la course attendue du centre des poussées hydrostatiques. I1 faut en dernier lieu éviter que dans les petites ouvertures, la lame d'eau très mince qui commence à déborder par dessus la vanne ne reste collée à la face aval de la vanne. C'est pourquoi, en position fermée, la vanne est légèrement inclinée vers l'aval, et que son sommet est muni d'un bec de déversement, noté 15 sur la figure 3. C'est une courte cornière, disposée de façon à ne pas créer d'effet dynamique. Lorsque la lame décole de la cornière, il ne doit pas se produire de modification de l'équi- libre de la vanne. Pour faciliter l'action de cette cornière, le sommet de la vanne ne sera pas strictement horizontal, mais admettra une légère incurvation vers le bas. Dans ces conditions de construction, la vanne possède à toutes ses positions un équilibre stable , sous la seule réserve que le. plan d'eau amont monte lentement mais continûment quand la vanne s'ouvre. La loi d'incrémentation représentée figure 5 doit être réalisée. La régulation ne réalise donc pas un niveau amont strictement constant, mais légèrement variable. Tout ce qui précède concernait le cas où le plan d'eau aval n'atteignait pas la vanne . Voyons maintenant ce qui advient quand le plan d'eau aval monte et atteint la vanne. Ce phénomène - a pour résultat d'ouvrir la vanne davantage, et donc d'abaisser le plan d'eau amont que la vanne doit maintenir constant. Ceci va le plus souvent dans le sens de la sécurité lorsqu'une crue demande à être évacuée. Le calcul pratique de la vanne s'effectue en étudiant les positions successives de la vanne, par exemple de 5 en 5". A chaque position, on déterminera le point exact où se situe la résultante des diverses forces actionnant la vanne, les poussées hydrostatiques, le poids de la vanne, les actions sur les ailerons, et on dessinera la came selon les résultats obtenus. de façon que la vanne repose rigoureusement là où se produit cette résultante de forces. Une telle vanne peut être utilisée sur tout les barrages , quelle que soit leur hauteur, même et surtout s'ils sont très bas, pour remplacer les vannes à commande manuelle. Leur très grande simplicité de construction leur confère un avantage èconomique certain. REVENDICATIONS 1") Vanne de barrage oscillante autour d'un axe horizontal, caractérisée par la forme de son articulation qui est une came sur laquelle la vanne s appuie et roule sans glisser. Le nombre d'articulations est quelconque. 20) Vanne selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la résultante des divers efforts supportés par la vanne soit précisément située à l'endroit où la vanne touche la came, en toutes positions de la vanne. 3 ) Vanne selon les revendications 1 et 2 caractérisée par le fait que le plan d'eau amont qui équilibre une position de la vanne doive monter légèrement pour que la vanne s'ouvre et descendre pour que la vanne ferme. 4 ) Vanne selon les revendications 1 à 3 où la face aval de la vanne est constnmment maintenue à la pression athmosphérique par une aération adéquate du dessous de la lame déversante. 5 ) Vanne selon la revendication 1 à 3 munie d'ailerons saillant contribuant à coucher la vanne lorsqu'elle est recouverte par l'eau. 6 ) Vanne selon les revendications 1 à 3 où un bec verseur, situé au sommet de la vanne empèche le début de débordement au dessus de la vanne de former une lame d'eau collée à la paroi aval.