Brevet FR2548737A1 — publié le 19850111

Procédé de réalisation d'une usine hydroélectrique L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une usine hydroélectrique de basse chute et couvre également les éléments préfabriqués pour la réalisation d'une usine hydroélectrique selon le procédé. On sait qu'un usine hydroélectrique de basse chute est constituée généralement de plusieurs groupes turbo-alternateurs placés dans des canaux hydrauliques d'axes parallèles. Le canal hydraulique de chaque groupe comprend donc, de l'amont à l'aval dans le sens d'écoulement de l'eau, une tête amont constituant une forme d'entonnement, munie d'une grille de protection et formant souvent le barrage, une partie centrale constituant la structure principale de l'installation et qui porte notamment le groupe turbo-alternateur, celui-ci étant généralement du type bulbe, et un conduit d'aspiration servant à l'évacuation de l'eau à l'aval du barrage. Le groupe turbo-alternateur est encadré par un batardeau amont et une vanne aval qui permettent de l'isoler pour assurer son entretien. Généralement lorsqu'on désire construire une usine hydroélectrique de basse chute, on exécute celle-ci à sec à l'abri d'un batardeau provisoire, en réalisant d'abord en béton armé les différentes parties du canal hydraulique en béton armé puis en y plaçant le groupe turbo-alternateur et les différents accessoires tels que les batardeaux ou vannes amont et aval, les grilles, le dégrilleur et les bâtiments auxiliaires. Pour simplifier la construction, on a déjà proposé de réaliser l'usine sous forme d'éléments préfabriqués couvrant chacun l'ensemble du canal hydraulique entre un orifice d'admission amont et un orifice de décharge aval et à l'intérieur desquels sont ménagées des cavités formant ballast dont la capacité est prévue de façon à compenser le poids de l'élément pour en assurer la flottabilité. Chaque élément peut alors être réalisé à l'avance en un lieu quelconque muni de l'équipement nécessaire à la construction, comme par exemple un chantier naval, puis amené par voie d'eau jusqu'à l'emplacement du barrage grâce à la flottabilité assurée par les ballasts, 1'é- lément étant ensuite échoué par ballastage sur le site où a été préparé un simple emplacement de pose sur lequel l'élément est mis en place,-aligné, puis ancré définitivement. On voit que, dans un tel procédé de construction, chaque élément couvre l'ensemble du canal hydraulique et forme une sorte de bateau que l'on amène par flottage, depuis le chantier naval où il a été construit à l'avance, jusqu'au site de construction. Celui-ci étant souvent placé en rivière, dans le cas des usines de basses chutes, les dimensions de l'élément préfabriqué doivent respecter le gabarit de passage dans les écluses dont est équipé généralement le cours d'eau. Nême dans les fleuves équipés pour une navigation à grand gabarit, celui-ci reste limité et, compte tenu du diamètre habituel des groupes turbo-alternateurs et de leur entr'axe, chaque élément préfabriqué ne peut correspondre qu'à un seul groupe de grande dimension ou, au mieux, à deux groupes de dimensions moyennes.Il en résulte que la forme de radoub du chantier naval est immobilisée pendant un temps assez important si l'usine est constituée d'un assez grand nombre de groupes puisque l'on doit y effectuer l'assemblage complet du groupe et que l'on ne peut y construire en même temps que deux groupes au plus. L'invention a pour objet la réalisation d'une usine hydroélectrique en éléments préfabriqués permettant notamment une utilisation plus rationnelle du chantier naval. Conformément à l'invention, usine hydraulique est divisée dans le sens tranversal à l'axe des groupes en au moins deux parties construites et transportées séparément, respectivement, une partie avant correspondant à la tête amont et à la structure principale et une partie arrière correspondant au conduit d'aspiration ; la partie avant est constituée par au moins un élément ayant une longueur au plus égale à un gabarit déterminé correspondant à la largeur maximale de passage pour l'accès au site, chaque élément étant construit séparément et muni de cavités formant un ballast susceptible de compenser son poid propre ; on fait ensuite flotter séparément jusqu'au site, d'une part les éléments de la partie avant en les dépla çant perpendiculairement aux axes hydrauliques et d'autre part les conduits d'aspiration, les- dits éléments et conduits étant échoués, alignés et assemblés l'un derrière l'autre de façon à reconstituer l'ensemble de chaque groupe. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser des éléments préfabriqués comprenant les parties correspondantes de plusieurs groupes adjacents en nombre tel que la longueur totale de chaque élément correspondant à la somme des largeurs des groupes, reste inférieure à la longueur des écluses, les éléments étant transportés séparément par flottage puis échoués et assemblés pour reconstituer en même temps les groupes adjacents. Dans ce mode de réalisation, chaque élément préfabriqué recouvre donc les parties correspondantes de plusieurs groupes accolés. De préférence, la partie avant de chaque groupe est divisée en au moins trois éléments préfabriqués constituant respectivement la tête amont, la structure principale portant la machine et les bâtiments auxiliaires, la structure principale étant avantageusement munie, à la construction, des batardeaux ou vannes amont et aval délimitant, en position fermée, un volume de flottabilité étanche. Quant au conduit d'aspiration, il est constitué par un caisson tubulaire fermé à ses extrémités pendant le transport par des panneaux amovibles limitant un volume interne de flottabilité. Mais l'invention sera mieux comprise par la description d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique de l'ensemble d'un groupe hydroélectrique. La figure 2 est une vue en coupe axiale d'un élément préfabriqué correspondant à la structure porteuse de la machine tournante. La figure 3 est une vue de dessus de l'élément représenté figure 2 et correspondant à plusieurs groupes accolés. La figure 4 est une vue en coupe axiale et la figure 5 une vue de face de l'élément correspondant à la tête amont. La figure 6 est une vue en coupe axiale de l'élément correspondant au conduit d'aspiration. La figure 7 est une vue en coupe transversale d'un bâtiment auxiliaire. Sur la figure 1, on a représenté en coupe axiale ltensemble d'une usine hydroélectrique comprenant une machine tournante, par exemple un groupe turbo-alternateur immergé 1, placé dans un canal hydraulique 2 ménagé à l'intérieur d'un barrage limité par une tête amont 3 et prolongé vers l'arrière par un conduit d'aspiration 4. Un certain nombre de bâtiments auxiliaires 5 servant notamment à l'entretien des groupes turbo alternateurs, sont placés sur la partie centrale 6 qui supporte la machine tournante 1 et constitue donc la structure principale de l'usine. Pour permettre l'entretien à sec d'un groupe sans arrêter les autres, chaque canal hydraulique peut- être fermé de façon étanche, à l'amont du groupe, par un batardeau 31 et à l'aval par une vanne ou batardeau 32. Dans le procédé déjà connu de réalisation d'usine préfabriquée, c'est l'ensemble de tous les éléments représentés sur la figure 1 qui doit être réalisé en un seul bloc susceptible de flotter pour être transporté par voie d'eau jusqu'au site de l'usine en passant donc, généralement, par des écluses. Or, alors que les écluses peuvent avoir une longueur très importante, leur largeur est limitée et, en pratique, même dans les fleuves équipés d'écluses très importantes, la largeur de celles-ci ne dépasse pas la largeur cumulée de deux groupes accolés. Dans le procédé selon l'invention, l'usine hydroélectrique est divisée non pas dans le sens longitudinal des axes hydrauliques mais dans le sens transversal, en au moins deux parties accolées, une partie avant A correspondant à la tête amont (3) et à la structure principale (6) et une partie arrière (B) correspondant au conduit d'aspiration (4). En outre, la partie avant (A) est constituée d'éléments ayant chacun une longueur inférieure à la largeur maximale de passage dans les écluses pour l'accès au site. En général, pour les groupes de dimensions moyennes, la partie avant sera divisée, dans le sens transversal, en deux éléments Al et A2. L'élément Al est représenté en coupe axiale sur la figure 2. I1 correspond essentiellement la partie centrale 6 de l'usine qui constitue la structure principale portant la machine ou groupe hydroélectrique 1. En outre, cet élément comprend de préférence le batardeau amont 31 et le batardeau ou la vanne aval 32. Ceux-ci doivent être munis de joints d'étanchéité puisqu'ils permettent d'assécher le conduit hydraulique pour mettre à sec la turbine et ils sont évidemment prévus pour encaisser la pression de l'eau sous la hauteur de retenue. Ils peuvent donc éventuellement limiter un volume étanche constitué par la partie centrale (21) du canal hydraulique (2) qui constitue un volume de flottabilité susceptible de compenser le poids propre de l'élément 6.En outre, celui-ci est avantageusement constitué d'une caracasse métallique creuse ménageant des alvéoles (61) qui forment également un ballast. Ces alvéoles (61) sont donc remplies pendant le transport d'une quantité d'eau suffisante pour former le lest nécessaire à la stabilité à l'élément. Lorsque l'élément est arrivé sur le site, il suffit d'augmenter le lest d'eau dans les alvéoles (61) de la structure métallique 60 pour échouer l'élément A sur le site de construction préparé à l'avance. Comme on l'a indiqué, la longueur d de l'élément Al doit être inférieure à la largeur des écluses qui doivent etre empruntées mais, au moins dans les fleuves équipés pour une navigation à grand gabarit, cette largeur sera généralement suffisante. Comme la longueur des écluses est généralement importante, on pourra réaliser et transporter simultanément les parties centrales de plusieurs groupes adjacents, çomme on l'a représenté sur la figure 3. En effet, chaque groupe ayant une largeur (1), il suffit que la somme (L) des largeurs cumulées des groupes accolés soit inférieure à la longueur totale admissible pour le passage dans l'écluse. Dans de nombreux cas, on pourra donc construire en un seul bloc l'ensemble des structures principales de l'usine. On remarquera que, par construction, les parties centrales des groupes adjacents doivent avoir une structure assez résistante pour que l'un deux puisse être mis à sec alors que les autres restent en service. C'est pourquoi la réalisation d'éléments accolés de grande longueur susceptible de flotter ne posera pas de problème particulier, ces éléments devant de toutes façons etre résistants et parfaitement solidarisés les uns avec les autres. Le deuxième élément A2, représenté sur les figures 4 et 5, correspond à la tête amont qui constitue le barrage et la forme d'entonnement et porte en outre les grilles de protection des groupes. I1 est facile de réaliser cet élément sous forme de caisson fermé (30) ménageant en particulier des cavités creuses 33 qui assurent la flottabilité de l'élément A2. Celuici est transporté de préférence en position horizontale et redressé ensuite sur le site. Bien entendu, comme on l'a représenté sur la figure 5, on pourra également réaliser en même temps des éléments A2 comprenant les parties correspondantes de plusieurs groupes adjacents. La partie arrière B qui correspond au conduit d'aspiration 4 peut être constituée, de façon très simple, par un caisson tubulaire 40 en construction mécano-soudée. Ce caisson pourra être fermé à ses deux extrémités par des panneaux amovibles 42 qui assureront la flottabilité en fermant l'espace interne 43, le poids du caisson étant relativement faible. Dans ce cas, les caissons pourront être transportés individuellement et il ne sera pas nécessaire de les grouper. En revanche, il sera sans doute utile de raidir le caisson par des entretoises provisoires pour permettre son transport dans de bonnes conditions. Une fois arrivé sur le site, le caisson est déposé à l'aval de la partie avant A déjà posée, en respectant évidemment l'alignement du conduit. Lorsque les différents éléments de l'usine ont été ainsi posés, l'ensemble du site est asséché à l'abri d'un batardeau provisoire. Les éléments sont alors ancrés et fixés entre eux dans leur position définitive, puis on remplit de béton les alvéoles des caissons métalliques. De même, les caissons tubulaires constituant les conduits d'aspiration sont alignés et fixés sur les éléments correspondants de la partie avant, puis l'ensemble est noyé dans un béton de remplissage 44. Enfin, ou fixe sur la structure principale Al les superstructures 5 correspondant aux divers bâtiments auxiliaires et qui avaient été construites en un seul bloc A3 ou en plusieurs parties et transportées séparément jusqu'au site. On remarquera que la structure principale Al est la seule dont la réalisation puisse éventuellement nécessiter une forme de radoub. En effet, la tête amont 3 et le conduit d'aspiration 4 peuvent être réalisés beaucoup plus facilement, sans nécessiter les équipements d'un chantier naval. C'est pourquoi, celui-ci pourra être utilisé pour la réalisation simultanée d'un nombre assez important de groupes adjacents alors que, jusqu'à présent, on ne pouvait réaliser simultanément que deux groupes au plus étant donné que l'assemblage de l'ensemble du groupe était fait dans le chantier naval. La fragmentation des éléments à transporter permet donc de réduire l'immobilisation du chantier naval et de raccourcir les délais de fabrication, les différentes parties pouvant être réalisées en parallèle et simultanément pour un grand nombre de groupes. I1 en résulte un avantage économique très important. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit, des variantes pouvant être imaginées sans sortir du cadre de protection revendiqué. En particulier, les plans transversaux de division P1 et P2 pourraient, en cas de besoin être placés à d'autres endroits et les éléments eux-mêmes pourraient être réalisés différemment. REVENDICATIONS 1) Procédé de réalisation d'une usine hydroélectrique de basse chute constitué d'au moins un groupe comprenant, le long d'un axe hydraulique (20), une tête amont (3), une structure principale (6) de support de la machine (1) et un conduit d'aspiration (4) et dans lequel des éléments préfabriqués en forme de caisson munis de cavités étanches formant ballast sont construits sur un chantier éloigné du site de l'usine, transportés jusqu'à ce dernier par flottage puis échoués et ancrés en position définitive, caractérisé par le fait que l'on divise l'usine dans le sens transversal à l'axe hydraulique (20) en au moins deux parties construites et transportées séparément, respectivement une partie avant (A) correspondant à la tête amont (3) à la structure principale (6) et une partie arrière (B) correspondant au conduit d'aspiration (4), que la partie avant (A) est constituée par au moins un élément (Al) ayant une longueur (d) au plus égale à un gabarit déterminé correspondant à la largeur maximale du passage pour l'accès au site, chaque élément (Al, A2) étant construit séparément et muni de cavités (61) formant un ballast susceptible de compenser son poids propre, que l'on transporte séparément jusqu'au site, d'une part les éléments (A1, A2) de la partie avant (A) en les déplaçant perpendiculairement aux axes hydrauliques (20) et d'autre part les conduits d'aspiration (4), lesdits éléments et conduits étant échoués, alignés et assemblés l'un derrière l'autre de fa çon à reconstituer l'ensemble de chaque groupe. 2) Procédé de réalisation selon la revendication 1 d'une usine hydroélectrique comprenant plusieurs groupes immergés adjacents, caractérisé par le fait que l'on réalise des éléments préfabriqués comprenant les parties correspondantes de plusieurs groupes adjacents en nombre tel que la somme (L) de leurs largeurs cumulées reste inférieure à la longueur maximale compatible avec les possibilités d'accès au site. 3) Procédé de réalisation d'une usine hydroélectrique selon l'une des revendications l,et 2 caractérisé par le fait que la partie avant (A) est divisée en trois éléments (Al, A2, A3) correspondant respectivement à la tête amont (3), à la structure principale (6) portant la machine (1) et aux bâtiments auxiliaires (5). 4) Procédé de réalisation d'une usine hydroélectrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit d'aspiration (4) de chaque groupe est réalisé sous forme d'un caisson tubulaire (40) fermé de façon provisoi re, pendant le transport, par des panneaux amovibles (42), lesdits caissons (40) étant transportés individuellement, échoués et assemblés sur les structures principales (6) correspondantes, l'ensemble des caissons étant ensuite noyé dans du béton de remplissage (44). 5) Usine hydroélectrique préfabriquée comprenant au moins une partie flottante en forme de caisson préfabriqué muni de cavités étanches formant ballast et sur laquelle sont fixés les différents organes d'au moins un groupe hydroélectrique, l'ensemble pouvant être construit sur un chantier, transporté par flottage jusqu'au site de construction, échoué par ballastage et ancré en position définitive pour former le barrage, caractérisé par le fait que chaque groupe est divisée en au moins deux parties, respectivement une partie avant (A) correspondant à la tête amont (3) et à la structure principale (6) et une partie arrière (D) correspondant au conduit d'aspiration (4) du groupe, la partie avant (A) étant constituée d'au moins un élément préfabriqué (Al) ayant une longueur (d) inférieure à la largeur maximale admissible pour l'accès au site et comprenant des cavités étanches (61) formant un ballast susceptible de compenser son poids propre et le conduit d'aspiration (4) étant constitué d'un caisson tubulaire (40) susceptible d'être construit et transporté individuellement jusqu'au site pour être assemblé à la partie avant (A). 6) Usine hydroélectrique préfabriquée selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chaque élément préfabriqué (A1) comprend les parties correspondantes de plusieurs groupes adjacents dont la somme (L) des largeurs cumulées est inférieure à la longueur maximale admissible pour l'accès au site de construction. 7) Usine hydraulique préfabriquée, selon la revendications 5, caractérisé par le fait que chaque élément préfabriqué (Al, A2) est constitué par une carcasse métallique fermée (60, 30) susceptible de former le parement externe du barrage et la paroi interne du canal hydraulique (2) et limitant des cavités étanches (61,33) formant ballast. 8) Usine hydroélectrique préfabriquée selon l'une des revendica tisons 5 et 6, caractérisé par le fait que la partie avant (A) de chaque groupe est divisée en trois éléments préfabriqués CAl, A2, A3) constituant respectivement la tête amont (3), la structure principale (6) de support de la machine (1) et les bâtiments auxiliaires (5). 9) Usine hydroélectrique préfabriquée selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'élément Al correspondant à la structure principale (6) est muni à la construction des organes de fermeture amont (31) et aval (32) du canal hydraulique (2). 10) Usine hydroélectrique préfabriquée selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chaque conduit d'aspiration (4) est constitué par un caisson tubulaire (40) muni à ses extrémités de panneaux amovibles (42) de fermeture du volume interne (43) limité par le-caisson (40). 11) Usine hydroélectrique préfabriquée selon les revendications 7 et 10 caractérisé par le fait que les cavités formant ballast des éléments préfabriqués (Al, A2) sont remplies de béton coulé après la pose et l'assemblage des éléments, les conduits d'aspiration (4) étant noyés dans un béton de remplissage (44).