Brevet FR2562580A1 — publié le 19851011

2S62580 La présente invention concerne les structures destinées à former des prises d'eau à distance des rives, et elle concerne en particulier une structure d'admission destinée à un circuit de refroidissement par eau sans recirculation, du type alimenté par une réserve et ayant un conduit d'admission qui communique avec la réserve. Le terme "réserve" est utilisé dans le présent mémoire pour désigner toute masse d'eau d'étendue importante, par exemple un lac ou une rivière, pouvant alimenter le circuit de refroidissement satisfaisant aux critères de refroidis- sement d'une centrale thermique ou nucléaire ou d'une autre installation industrielle importante. L'alimentation d'un tel système de refroidissement doit évidemment permettre la transmission d'un débit suffisant d'eau pour le refroidissement nécessaire. Cepen- dant, cette condition pose deux problèmes importants. D'abord, la vitesse du courant d'eau et le diagramme de répartition des vitesses autour de la structure d'admis- sion peuvent perturber le système écologique au fond de la réserve, notamment à l'emplacement d'admission, d'une manière inacceptable. Ensuite, on a montré que les struc- tures existantes d'admission n'empêchaient pas convenablement l'entraînement de bancs importants de poissons. Ce dernier problème est particulièrement grave car, en plus de la détérioration du milieu écologique, l'entraînement des poissons peut provoquer un bouchage qui peut nécessiter un arrêt total ou partiel de l'installation pendant que le nettoyage et la réparation sont effectués. On a essayé de résoudre ces problèmes de diverses manières, par installation de structures modifiées d'admis- sion. Ces structures sont de quatre types généraux, des structures à caissons en surface, les structures à filtres fins multiples, les structures à calottes régulatrices de vitesse et le type à entrée poreuse immergée. Bien que ces différentes structures d'admission présentent des avantages respectifs, elles présentent aussi des inconvénients correspondants, l'instabilité et les risques de bouchage étant les problèmes les plus importants, mis à part le coût d'installation. L'invention concerne une structure de prise d'eau qui constitue une alternative intéressante. Plus précisé- ment, cette structure a un dispositif très efficace destiné à empêcher l'entraînement des poissons, elle ne risque pas de se boucher, et elle présente des propriétés très avantageuses, par rapport aux autres structures, dans le domaine de sa construction, de ses caractéristiques hydrauliques, de sa sécurité et de la fiabilité de la structure et de son fonctionnement. Plus précisément, une prise d'eau formée à distance des rives selon l'invention comporte un dispositif délimi- tant un puits creusé au fond de la réserve, le puits ayant un fond sensiblement plat, avec une ouverture de sortie communiquant avec le conduit d'admission et délimitée par une paroi périphérique, un dispositif délimitant une structure sous-marine horizontale formant un' toit placé sur toute la surface du puits, le structure du toit étant délimitée par la paroi périphérique, et un dispositif destiné à supporter la structure du toit sur le fond du puits à distance du fond, afin qu'une chambre soit délimitée, la structure du toit ayant une région périphérique perforée délimitant une entrée dans la chambre du puits et une région centrale non perforée entourée par la région périphérique, la région centrale de la structure du toit étant placée au-dessus de l'ouverture et radialement vers l'intérieur afin qu'un passage horizon- tal de circulation convergeant radialement, de l'entrée de la chambre à la conduite d'admission, soit délimité par cette région centrale et le fond du puits. La structure du toit et le dispositif de support de celle-ci sont de préférence de construction modulaire formée de béton coulé. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description d'exemples de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe de la structure d'admis- sion, suivant la ligne 1-1 de la figure 2; la figure 2 est une vue en plan de la structure d'admission ou de prise d'eau; la figure 3 est une perspective avec des parties arrachées de la structure d'admission selon l'invention; la figure 4 est une coupe agrandie d'un détail de la prise d'eau selon l'invention, la structure représen- tant l'ouverture du conduit d'admission et un élément central associé; la figure 5 est une perspective du détail de la figure 4, avec des parties arrachées représentant la structure de support et l'ouverture du conduit d'admis- sion; la figure 6 est une vue en plan de la structure de support de l'élément central; la figure 7 représente un module de béton coulé utilisé dans la structure d'admission selon l'invention; et la figure 8 représente schématiquement la struc- ture des figures 1 et 2, mais simplifiée afin que les principaux critères soient indiqués. Sur les figures 1, 2 et 3, la prise d'eau ou structure d'admission représentée est destinée à un circuit de refroidissement par eau sans recirculation, l'eau venant d'une réserve 10, telle qu'un lac, un conduit 11 d'admission communiquant avec la réserve. Ce conduit 11 descend du fond de la réserve 10 et est raccordé à une station de pompage et de filtration (non représentée) du circuit de refroidissement. Le fond 12 de la réserve 10 est creusé et forme une cavité ou un puits 13. La profondeur du puits est faible par rapport à ses dimensions horizontales; par exemple, dans l'exemple considéré, le puits a une largeur d'environ 85 m et une profondeur de 3 m. Le puits a un fond sensiblement plat qui est recouvert d'une couche 14 de béton, allant de l'ouverture du conduit d'admission au périmètre 17 du puits. Une structure horizontale sous- marine 16 formant un toit est placée sur toute l'étendue du puits et elle est supportée au-dessus de la couche de béton 14, à distance du fond du puits afin qu'une chambre soit délimitée. La structure 16 du toit et son dispositif de support sont formés de béton moulé de construction modu- laire. Les modules sont assemblés afin que, comme l'indi- quent les références de la figure 2, ils forment une région centrale interne 18 non perforée ayant une pièce centrale 19, la région centrale recouvrant l'ouverture 15 d'admission et en dépassant radialement, et une région externe perforée 20 qui entoure la région centrale 18 jusqu'à une paroi périphérique 21 qui recouvre le périmètre 17 du puits. La paroi périphérique 21 est formée en partie par les modules périphériques de la région externe 20 et en partie par un remblai 22 formé dans l'espace compris entre les côtés du puits et les modules périphériques. Comme l'indiquent les figures 4, 5 et 6, la pièce centrale 19 est formée d'une dalle 23 de béton moulé de forme rectangulaire, de préférence carrée, montée horizontalement sur une structure de support 24 formée d'acier. La dalle 23 a une face supérieure plate et une face inférieure cloisonnée. La structure 24 de support a quatre montants tubulaires 25 placés au coin du carré autour de l'ouverture 15 d'entrée, les montants étant remplis de béton 26. La structure 24 de support est montée sur le fond 14 de béton et porte la dalle 23 à une hauteur prédéterminée au-dessus du fond. Les modules des régions centrale et externe 18, 20 de la structure du toit sont aussi formés de béton moulé, ayant tous la même configuration et les mêmes dimensions. Un module de la région externe perforée 20 est représenté sur la figure 7. Il est formé de béton moulé en une seule pièce, de forme rectangulaire, de préférence carrée. Le module a une partie horizontale 28 en forme de dalle qui est traversée par des fentes 29 formées dans le sens de la longueur. Les bords de la dalle 28 ont des amortisseurs 30 de caoutchouc facilitant le montage et des pattes 31 de levage facilitant la manuten- tion. Des pieds 32 dépassent vers le bas, sont solidaires de la dalle 28 et, après installation, ils sont au contact du fond 14 de béton et supportent la dalle à une hauteur prédéterminée, dans l'alignement de la dalle 23 de la pièce centrale 19. Les modules de la région externe 20, mis à part les modules périphériques 33 (figure 3) ont la même cons- truction. Cependant, les modules périphériques 33 sont modifiés car ils ont des parties 34 de paroi continues sur un côté ou deux, et forment ainsi une paroi continue dans l'ensemble terminé. Comme indiqué précédemment, des déblais sont tassés entre cette paroi continue et les côtés du puits et forment ainsi une paroi périphérique continue 21. Les modules de la région centrale 18 sont aussi formés de béton moulé. Ils ont une même configuration et des mêmes dimensions que les modules de la région externe 20, comme l'indique la figure 7, mais les parties horizontales 28 en forme de dalles ne sont pas perforées, et ne comportent pas de fentes telles que repérées par la référence 29. Les modules des régions centrale et périphérique et la dalle centrale 23 sont placés bord à bord et forment un arrangement rectangulaire bien serré tel que représenté sur les figures 2 et 3, la structure résultante en forme de toit étant placée sur toute l'étendue du puits et étant délimitée par la paroi périphérique. La structure du toit délimite, avec le fond revêtu, une chambre de puits ayant une entrée périphérique formée par la région périphérique perforée de la structure du toit. Les modules de la région périphérique perforée sont disposés dans la mesure du possible avec leurs fentes orientées transver- salement à des droites radiales passant par la prise d'eau. La région centrale non perforée 18 est placée sur toute l'ouverture 15 du conduit et recouvre celle-ci et en dépasse radialement vers l'extérieur en délimitant 2562580i avec le fond un passage horizontal convergeant radialement par lequel l'eau peut s'écouler de l'entrée périphérique au conduit d'admission. Dans une installation déterminée, les dimensions de la structure du toit et la profondeur du puits dépendent des critères particuliers fixés pour le refroidissement, et elles peuvent être choisies suivant des critères connus. Ainsi, la condition essentielle est que le débit volumique nécessaire d'eau soit transmis par le conduit 11. La section des ouvertures de la région périphérique 20 de la structure du toit doit donc être suffisante pour qu'elle permette la circulation de ce débit volumique. Cependant, la vitesse au niveau des orificesde la région périphérique doit être suffisamment faible pour que le poisson qui se trouve au voisinage puisse s'échapper. On décrit maintenant les différents paramètres de réalisation d'une telle prise d'eau en référence à la figure 8 qui représente la structure de la prise d'eau avec une symétrie radiale, les rayons externe et interne r0, ri de la région externe perforée de la structure du toit correspondant à la distance radiale moyenne des bords externe et interne de la région externe par rapport à l'axe du conduit d'admission. On utilise les paramètres suivants, déterminés par la nature et la taille du circuit de refroidissement lui-même: Q = débit volumique maximal admis, rsh = rayon du conduit d'entrée. Les paramètres suivants dépendent de la nature de la population des poissons et varient d'un cas à un autre: Vav = vitesse moyenne d'admission dans la région perforée du toit, Vmax= vitesse maximale d'admission dans la région perforée du toit. Les paramètres Vav et Vmax sont donc aussi donnés dans chaque cas particulier. La porosité P de la région externe perforée du toit, représentée par le rapport de la surface totale des ouvertures Ao à la surface totale Ap doit être aussi élevée que possible. Cependant, elle est limitée par des considérations de résistance mécanique et, en pratique, elle doit être limitée à 0,35. Ce paramètre, lorsqu'il a été choisi, peut être considéré comme une constante pour toutes les prises d'eau du type considéré. Le paramètre A peut être facilement déterminé P d'après les relations: A = Ao = Q Vav Ao Ap = -- -p P Les paramètres h, r, ri doivent alors être optimisés. La 0 i profondeur h du puits doit être aussi faible que possible, pour des raisons d'économie, et elle peut être aussi faible que 1 m. Une limite pratique est indiquée par les possibilités de construction et par la commodité d'entretien cependant, et il est préférable que la valeur h soit de l'ordre de 2 m. Pour des valeurs données de Q, Vav max, Ap et pour plusieurs valeurs supposées de h comprises dans une plage acceptable, des paires de valeurs de r. et r I o sont déterminées soit par analyse théorique des gradients d'énergie et des pertes hydrauliques soit par des modèles physiques d'essai. Chaque solution satisfait aux valeurs stipulées pour Vav et Vmax et est associée à un volume différent du puits ro02h. Les différents paramètres h, ri et r sont alors choisis d'après les considérations sui- vantes: uniformité de la répartition de la vitesse d'admis- sion dans la région perforée du toit, économie, c'est-à-dire réduction du volume néces- saire de creusement, possibilité de construction. Il faut noter que la variation de vitesse d'admis- sion Vmax augmente avec le rapport r0 et, dans un cas v - av1 limite, elle atteint sa valeur maximale lorsque ri = rsh- Le mode de réalisation représenté à titre purement illustratif, correspond à une réalisation particulière ayant les caractéristiques suivantes: Diamètre du puits 85 m Profondeur du puits 3 m Diamètre interne de la chambre 82,5 m Profondeur interne de la chambre 2,4 m Rayon moyen du toit 41,25 m Porosité de la région perforée 32 % Rayon moyen de la région non perforée 24,75 m Rayon du conduit d'admission 4,75 m Débit volumique 120/150 m3/s Vitesse moyenne d'entrée 0,15 m/s Vitesse maximale d'entrée 0,30 m/s Hauteur d'eau au-dessus du toit 10 m largeur des fentes 140 mm Espacement des fentes 170 mm Les fentes 29 des modules de la région perforée peuvent être recoupées par de minces cloisons 35 placées transversalement sur les modules afin qu'une grille soit formée. L'entrée des fentes peut être évasée afin que la glace ne puisse pas s'accumuler. Le puits et le toit représentés ne sont pas circulaires, mais ils peuvent être circulaires et, dans tous les cas, on peut les considérer comme approximativement circulaires pour le calcul des dimensions radiales. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples nonlimitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Prise d'eau à distance des rives, destinée à un système de refroidissement par eau sans recirculation, à partir d'une réserve, et ayant un conduit d'admission communiquant avec la réserve, ladite prise d'eau étant caractérisée en ce qu'elle comprend: un dispositif délimitant un puits (13) creusé au fond de la réserve, le puits ayant un fond sensiblement plat ayant une ouverture de sortie communiquant avec le conduit d'admission et étant délimité par une paroi périphérique, un dispositif délimitant une structure horizontale sous-marine (16) formant un poids au-dessus de toute la surface du puits, la structure du toit étant délimitée par la paroi périphérique, et un dispositif de support de la structure du toit au-dessus du fond du puits, à distance du fond afin qu'une chambre soit délimitée, la structure du toit (16) ayant une région périphé- rique perforée (20) délimitant une entrée de la chambre et une région centrale non perforée (20) entourée par la région périphérique, la région centrale du toit étant disposée au-dessus de l'ouverture de sortie et en dépassant radialement afin que, avec le fond du puits, elle délimite un passage horizontal de circulation convergeant radiale- ment allant de l'entrée de la chambre au conduit d'admis- sion. 2. Prise d'eau selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le fond du puits (13) est revêtu d'une couche de béton (14) allant de la paroi périphérique au conduit d'admission. 3. Prise d'eau selon la revendication 2, caracté- risée en ce que la structure du toit (16) et son dispositif de support ont une construction modulaire formée de béton moulé. 4. Prise d'eau selon la revendication 2, caracté- risée en ce que la structure du toit (16) et son dispositif de support comprennent: une dalle de béton moulé (23) destinée à, être placée audessus de l'ouverture du conduit d'admission, une structure de suport (25) formée d'acier et montée sur le fond de béton, cette structure portant la dalle horizontalement à une hauteur prédéterminée au-dessus de celle- ci, un premier ensemble d'éléments modulaires iden- tiques de béton moulé, assemblés autour de la dalle de béton formant avec eux la région interne du toit, chacun des éléments modulaires ayant une partie horizontale non perforée 23 en forme de dalle, avec des pieds solidaires qui en dépassent vers le bas et qui sont placés sur la couche de béton afin que la partie formant une dalle soit supportée à une hauteur prédéterminée, et un second ensemble d'éléments modulaires identiques (33) de béton moulé, assemblé autour du premier ensemble d'éléments et en dépassant vers la paroi périphérique afin que la région externe du toit soit formée, chacun de ces éléments ayant une partie horizontale perforée en forme de dalle ayant des pieds solidaires qui dépassent vers le bas, ces pieds étant placés sur la couche de béton afin qu'ils supportent la partie en forme de dalle à une hauteur prédéterminée. 5. Prise d'eau selon la revendication 4, caracté- risée en ce que la structure formant le toit (16) a en outre un troisième ensemble de modules identiques de béton moulé ayant chacun une partie horizontale (28) en forme de dalle ayant une paroi latérale solidaire (34) qui en dépasse vers le bas, ces modules étant assemblés autour du second ensemble d'éléments, bord à bord, les modules formant les éléments périphériques du toit et les parties de paroi latérale se raccordant bord à bord en formant la paroi périphérique qui délimite la périphérie de la chambre. 6. Prise d'eau selon la revendication 5, caracté- risée en ce que la dalle de béton (23) et les parties en forme de dalle (28) des éléments modulaires sont rectan- gulaires et sont assemblées bord à bord sous forme d'un arrangement rectangulaire qui forme la structure du toit. 7. Prise d'eau selon la revendication 6, caracté- risée en ce que la partie en forme de dalle (28) de chaque élément modulaire du second ensemble a des fentes recti- lignes (29) constituant les perforations de la partie en forme de dalle, les fentes étant orientées dans la direction de la longueur de la partie en forme de dalle. 8. Prise d'eau selon la revendication 7, caracté- risée en ce que chaque élément modulaire (33) du second ensemble comprend en outre un arrangement d'éléments de cloisonnement placés transversalement aux fentes recti- lignes et délimitant avec elle une grille d'ouvertures.