Brevet FR3062406A1 — publié le 20180803

DÉVERSOIR ÉVACUATEUR DE CRUES POUR BARRAGES ET OUVRAGES SIMILAIRES COMPORTANT UN DISPOSITIF INTEGRE D'AERATION DE LA NAPPE D'EAU AVAL La présente invention concerne une hausse fusible pour ouvrage hydraulique tel que seuil en rivière, déversoir sur un barrage ou sur une digue de protection comprenant une structure formant paroi étanche ou sensiblement étanche à l'eau, installée sur ledit ouvrage hydraulique et maintenue dessus par gravité, et pouvant s'effacer de manière à laisser passer l'eau sans obstruction, ladite structure étant dimensionnée en poids et en taille pour être chassée par l'eau lorsque cette der- nière atteint un niveau prédéfini. Les hausses fusibles de ce type sont bien connues et sont installées de manière habituelle sur la crête d'un seuil disposé en travers d'un réservoir en vue de rehausser le niveau d'eau du réservoir en amont dudit seuil ou pour permettre une augmentation du débit évacué lors des crues importantes. Installées sur le seuil d'un barrage elles permettent de rehausser le niveau de retenue du barrage et/ou d'améliorer la sécurité dudit barrage face aux crues. Elles peuvent également être installées sur le seuil du déversoir d'une digue bordant une rivière et être destinées à protéger les régions voisines contre les crues, le déversoir étant dans ce cas installé sur la digue à un emplacement choisi de sorte qu'en cas de crues, l'eau se déverse dans un réservoir de stockage temporaire ou sur un terrain choisi sans danger pour d'autres régions voisines de la rivière. Les hausses fusibles peuvent être du type non déversant ou du type déversant à savoir que dans ce dernier cas, elles peuvent laisser passer une certaine quantité d'eau par-dessus leur crête lorsque le niveau d'eau en amont de la hausse est supérieur à la hauteur de retenue (hRN) de la crête et tant que ce niveau de l'eau ne dépasse pas une hauteur prédéfinie (hMAx). Dans tous les cas, les hausses fusibles doivent s'effacer si le niveau de l'eau en amont de la hausse atteint un niveau prédéfini hmAx lors d'une crue, afin de libérer le volume d'eau qu'elle retient dans le réservoir, et d'éviter ainsi un envahissement par l'eau de régions voisines amont ou un endommagement de la digue ou du barrage. Les hausses fusibles s'appliquent en particulier à une levée ou une digue ou un barrage. La digue peut être une digue frontale en travers d'un cours d'eau, ou une digue latérale le long 3062406 2 d'un cours d'eau pour protéger les terres environnantes contre les crues. Dans le cas d'un barrage, il peut s'agir de tout type de barrage créant un réservoir d'eau, ou d'un barrage de col associé au barrage précité. Sur de nombreux ouvrages hydrauliques du genre indiqué, il est connu de créer 5 des points de rupture privilégiés qui en cas d'événements exceptionnels, tels que des crues exceptionnelles menaçant l'ouvrage de destruction, cèdent en des emplacements prédéterminés de l'ouvrage choisis pour que les dégâts causés à l'ouvrage lui-même et/ou aux personnes ou aux biens inondés par la rupture de l'ouvrage soient minimaux. Ces points de rupture peuvent être constitués à l'aide de 10 hausses fusibles positionnées sur la crête de la partie de la digue, du remblai ou du barrage choisie, ou d'autre système permettant l'évacuation des débits nécessaires. Une telle hausse comprend au moins un élément de hausse rigide et massif qui est posé sur la crête du seuil déversant et est maintenu en place sur celui-ci par 15 gravité, ledit élément de hausse ayant une hauteur de retenue hRN prédéterminée et étant dimensionné en taille et en poids pour que le moment des forces appliquées par l'eau à l'élément de hausse atteigne pour un certain niveau prédéfini hmAx, le moment des forces de pesanteur qui tendent à maintenir l'élément de hausse en place sur le seuil déversant et qu'en conséquence ledit élément de 20 hausse soit déséquilibré et chassé lorsque le niveau d'eau en amont de la hausse atteint le niveau prédéfini hmAx. Il est clair que pour des crues d'importance moyenne tant que le niveau de l'eau n'atteint pas le niveau prédéfini hmAx de déséquilibrage de la hausse, lequel peut être déterminé en pratique de façon à être égal ou plus bas que le niveau des plus 25 hautes eaux, l'eau peut être évacuée par des vannes et/ou tout autres dispositifs dimensionnés pour les débits les plus courants, sans qu'il en résulte une destruction de la hausse et par suite sans que le déversoir cesse d'être obturé par ladite hausse. Par contre, dans le cas d'une crue exceptionnelle, le niveau de l'eau atteint le niveau prédéfini hmAx de déséquilibrage de la hausse et un ou des élé- 30 ments de hausse sont automatiquement déséquilibrés et chassés par l'eau sous la 3062406 3 seule action des forces de l'eau, donc sans qu'une intervention extérieure soit nécessaire, redonnant ainsi au seuil sa pleine capacité d'évacuation. Le document EP 0 493183 ainsi que le brevet EP 0 434 521 B1 décrivent des installations de ce type. 5 Par ailleurs on sait que la stabilité d'une hausse fusible est fonction des forces motrices qui tendent à faire basculer ou à déstabiliser l'élément. Les forces déstabilisatrices sont la poussée Pam de l'eau sur la face amont de la hausse fusible et la sous-pression U qui s'exerce éventuellement sur la surface de base de ladite hausse et qui est due à l'existence de fuites éventuelles aux joints d'étanchéité ou 10 au remplissage de la chambre. Les forces résistantes, qui tendent à stabiliser l'élément de hausse, sont le poids propre WHF de la hausse, du poids de la colonne d'eau We éventuellement présente au-dessus de ladite hausse et de la poussée Pav de l'eau sur la face aval de ladite hausse. Lorsque la hausse fusible est installée dans une configuration où le niveau d'eau à 15 l'aval peut être important (de façon pérenne ou ponctuel), les systèmes de l'art antérieurs concernant les hausses fusibles peuvent être confrontés aux problématiques d'aération de la nappe d'eau à l'aval de ladite hausse. La circulation d'air à l'aval des hausses fusibles est fonction de sa géométrie, de la géométrie du seuil et celle du canal dans lequel ladite hausse est disposée. En 20 cas de risque d'aération insuffisante de la nappe à l'aval de la hausse, qui peut provoquer la montée du niveau aval contigu aux parois aval de ladite hausse jusqu'à sa submersion, il est important de garantir l'alimentation en air nécessaire pour éviter ce phénomène. Ainsi les principaux problèmes que la présente invention résout peuvent se résu- 25 mer aux trois objectifs principaux suivants : 1°/ garantir un niveau d'eau en aval des hausses, tel quel prévu par des études faites en modèle numérique ou par des formules existantes dans la littérature, tous considérant la nappe aérée ; 3062406 4 2°/ maintenir et/ou accroître la sécurité de fonctionnement propre aux hausses, en augmentant la fiabilité de son fonctionnement, notamment lors des passages des crues exceptionnelles ; 3°/ éviter une dégradation des structures (hausses fusibles, seuil, canal de restitu- 5 tion, murs bajoyers) qui pourrait être générée par la présence d'une pression « négative » sous la nappe en aval. Afin d'atteindre ces objectifs, la présente invention intègre, dans la structure de la hausse, un système d'aération qui comprend au moins un conduit apte à acheminer l'air vers le dessous du jet évacué par la crête de ladite hausse. Ce ou ces 10 conduits peuvent être constitués par des tuyaux en métal, en plastique ou autre matériel adapté à cette fonction. S'il s'agit d'une hausse fabriqué en béton, ces conduits peuvent être des ouvertures dans la structure, e béton étant la matière qui délimite la géométrie du système d'aération. 15 Le système d'aération comprend au moins : - une prise d'air ; - un conduit intégré dans la structure de la hausse. La prise d'air peut être : - un évent d'aération sur le mur bajoyer et/ou sur une pile intermédiaire du 20 seuil ; - une entrée d'air intégrée à un puit d'alimentation tel quel décrit dans le brevet EP 0 434 521 B1 ; - un circuit d'acheminement d'air intégré dans le seuil pour alimenter les conduits présents dans la hausse fusible. Dans ce cas, un joint d'étanchéité 25 peut être disposé entre le seuil déversant (où reposent les hausses) et la base de la hausse, autour de la canalisation d'aération. Toutefois, un tel joint d'étanchéité n'est pas absolument indispensable si, en l'absence de 3062406 5 joint d'étanchéité, les fuites d'eau entre l'élément de hausse et le seuil déversant sont faibles. L'invention peut être appliquée aussi bien au déversoir d'un barrage existant qu'à celui d'un barrage en cours de construction. 5 La hausse fusible selon l'invention peut avoir différentes formes. Ces formes ont été présentées dans le brevet EP 0 434 521 B1. L'invention porte sur un déversoir évacuateur de crues pour barrages et ouvrages similaires comportant un seuil déversant dont la crête est située à un premier niveau prédéterminé (RN) plus bas qu'un second niveau prédéterminé (RM) corres- 10 pondant à un niveau maximal ou niveau des plus hautes eaux (PHE) pour lequel le barrage est conçu, la différence desdits premier et second niveaux (RN et RM) correspondant à un débit maximal prédéterminé d'une crue exceptionnelle, et une hausse fusible obturant le déversoir, ladite hausse comprend au moins un élément de hausse rigide et massif, qui est posé sur la crête et maintenu en place sur 15 celui-ci par gravité, ledit élément de hausse étant déséquilibré, quand l'eau atteint un troisième niveau prédéterminé (N) plus élevé que le sommet de l'élément de hausse, mais au plus égal au second niveau prédéterminé (RM) caractérisé en ce que ledit déversoir comprend en outre un système d'aération qui comprend au moins un conduit apte à acheminer de l'air vers le dessous du jet évacué par la 20 crête de ladite hausse. Selon une caractéristique de l'invention ledit au moins un conduits peut être constitué par des tuyaux en métal, en plastique ou autre matériel adapté à cette fonction. Selon une autre caractéristique de l'invention ledit au moins un conduits peut être 25 constitué par des ouvertures dans la hausse qui est constituée de béton, le béton étant alors la matière qui délimite la géométrie du système d'aération. Par ailleurs, le système d'aération comprend au moins une prise d'air ; un conduit intégré dans la structure de la hausse. 3062406 6 Plus précisément, ladite prise d'air peut être un évent d'aération débouchant sur le mur bajoyer et/ou sur une pile intermédiaire du seuil déversant. Selon une autre forme de réalisation ladite prise d'air peut être une entrée d'air intégrée à un puit d'alimentation. 5 En outre ladite prise d'air peut être un circuit d'acheminement d'air intégré dans le seuil déversant (6) pour alimenter le ou les conduits présents dans la hausse fusible. Ainsi, qu'un joint d'étanchéité peut être disposé entre le seuil déversant et la base de la hausse, autour de la canalisation d'aération. 10 FIGURES DESCRIPTIVES La figure 1 est une vue générale d'un premier mode de réalisation de l'invention c'est à dire une vue en perspective montrant un ouvrage, tel qu'un barrage, et son déversoir évacuateur de crues équipé d'un système d'aération selon l'invention ; 15 Les figures 2a et 2b sont des schémas montrant les flux mis en jeu et le principe de fonctionnement d'une hausse ; La figure 3 est un schéma en perspective d'un deuxième mode de réalisation de l'invention ; La figure 4 est un schéma en perspective d'un troisième mode de réalisation de 20 l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION La figure 1 est une perspective d'un déversoir 5 évacuateur de crues selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le déversoir est un élément de construction placé généralement sur un 'seuil déversant' d'un barrage. Le seuil déver- 25 sant présente une crête située à un premier niveau RN inférieur à un deuxième niveau RM correspondant à un niveau maximal ou niveau des plus hautes eaux (PHE) pour lequel le barrage 1 est conçu, la différence desdits premier et second 3062406 7 niveaux (RN et RM) correspondant à un débit maximal prédéterminé d'une crue exceptionnelle. La figure 1 montre plus en détail une hausse fusible 10 apte à obturer le déversoir 5. La hausse fusible peut par exemple être constituée comme décrit dans le brevet 5 EP 434 521. Ladite hausse 10 comprend au moins un élément de hausse 11 rigide et massif, qui est posé sur la crête (8) et maintenu en place sur celui-ci par gravité, ledit élément de hausse étant déséquilibré, quand l'eau atteint un troisième niveau prédéterminé (N) plus élevé que le sommet de l'élément de hausse 11, mais au plus 10 égal au second niveau prédéterminé RM. Comme visible sur la figure 1 la hausse fusible 10 comprend plusieurs éléments de hausse 11 juxtaposés et disposés au travers du flux principal d'écoulement. La figure 1 illustre des éléments de hausse de formes identiques qui présentent plusieurs plans principaux distincts, ici cinq plans dont trois plans sont confondus et 15 disposés perpendiculaire au flux principal. Les autres plans forment un angle (par exemple d'environ 45 °) avec les trois plans transversaux. De façon intéressante et pour répondre aux problèmes évoqués ci-avant, le déversoir selon l'invention comprend un système d'aération comprenant au moins un conduit 20 apte à acheminer de l'air vers le dessous du jet évacué par la crête de 20 ladite hausse 10. La figure 2a illustre le flux, au niveau RN' c'est à dire retenu par l'élément de hausse 11 tandis que la figure 2b montre le jet évacué au-dessus du niveau de la crête de l'élément de hausse 11. C'est en aval de la hausse 10 (ou de chaque élément de hausse 11) qu'une aéra- 25 tion du flux dit être opérée. Pour ce faire au moins un conduit 20 est prévu, préférentiellement fixé ou intégré sur au moins un élément de hausse 11. Si l'élément de hausse est constitué de parois métalliques alors le ou les conduits sont fixés sur la paroi avale relativement au sens de déplacement du flux. Si l'élément de hausse est constitué de 3062406 8 béton alors une réservation (un creusement) peut y être prévue afin de constituer le ou les conduits 20. Le ou chaque conduit 20 est alimenté en air par une arrivée ou évent 30 qui peut être disposé en plusieurs emplacements. 5 Selon la figure 1, les évents ou arrivées d'air 30 sont placées latéralement au dé- versoir 5, par exemple au-delà du mur de soutien appelé mur bajoyer. Le ou les évents se raccordent au conduit 20 de la façon la plus appropriée. Ici au niveau du seuil du mur. Selon la figure 3, les arrivées d'air 30 sont situées dans le mur latéral de soutien. 10 Sur l'exemple illustratif de la figure 4, les arrivées d'air sont placées dans un pilier porteur 40 disposé entre deux éléments de hausse 11. REVENDICATIONS1. Déversoir (5) évacuateur de crues pour barrages et ouvrages similaires comportant un seuil déversant (6) dont la crête est située à un premier niveau prédéterminé (RN) plus bas qu'un second niveau prédéterminé (RM) correspon- dant à un niveau maximal ou niveau des plus hautes eaux (PHE) pour lequel le barrage (1) est conçu, la différence desdits premier et second niveaux (RN et RM) correspondant à un débit maximal prédéterminé d'une crue exceptionnelle, et une hausse fusible (10) obturant le déversoir (5), ladite hausse (10) comprend au moins un élément de hausse (11) rigide et massif, qui est posé sur la crête (8) et maintenu en place sur celui-ci par gravité, ledit élément de hausse étant déséquilibré, quand l'eau atteint un troisième niveau prédéterminé (N) plus élevé que le sommet de l'élément de hausse (11), mais au plus égal au second niveau prédéterminé (RM) caractérisé en ce que ledit déversoir comprend en outre un système d'aération qui comprend au moins un conduit (20) apte à acheminer de l'air vers le dessous du jet évacué par la crête de ladite hausse (11). 2. Déversoir selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit au moins un conduits peut être constitué par des tuyaux en métal, en plastique ou autre matériel adapté à cette fonction. 3. Déversoir selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit au moins un con- duits peut être constitué par des ouvertures dans la hausse qui est constituée de béton, le béton étant alors la matière qui délimite la géométrie du système d'aération. 4. Déversoir selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le système d'aération comprend au moins : - une prise d'air (30); - un conduit (20) intégré dans la structure de la hausse (10, 11). 3062406 10 5. Déversoir selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite prise d'air (30) peut être un évent d'aération débouchant sur le mur bajoyer et/ou sur une pile (12) intermédiaire du seuil déversant (6). 6. Déversoir selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que ladite prise d'air 5 peut être une entrée d'air intégrée à un puit d'alimentation. 7. Déversoir selon l'une des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que ladite prise d'air peut être un circuit d'acheminement d'air intégré dans le seuil déversant (6) pour alimenter le ou les conduits (20) présents dans la hausse fusible. 8. Déversoir selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité 10 peut être disposé entre le seuil déversant (6) et la base de la hausse, autour de la canalisation d'aération.