Stations de pompage et régulation

Aujourd'hui, il parait plus facile de faire le design d'une station de pompage qu'il y a 30 ans; il suffit d'aller sur internet, sur les sites des constructeurs et.. de choisir sa pompe. Là où beaucoup pensent que tout est terminé, tout ne fait, en fait, que commencer. D'ailleurs, quelqu'un s'est-il posé les questions essentielles qui sont :

• Pour qui est faite cette station? Un exploitant avec un haut niveau technique? Ou un exploitant avec peu de moyens?
• L'ouvrage va-t-il fonctionner 2 mois/an ou h24?
• S'agit-il d'un Design Build ou d'un Build, Operate, Transfert dans lequel la société sera amenée à payer les frais de Opération and Maintenance pendant 10 ans, 30 ans?
• S'agit-il d'une prise sur un barrage, une rivière stable ou à méandres?

Personne ne peut imaginer que l'on choisira la même pompe et a fortiori le même type de station de pompage, si des réponses à ces questions sont différentes.

Ensuite, face à un transfert de plusieurs kilomètres, on peut pomper une seule fois en tête ou utiliser la technique du ou (des) surpresseur(s) ou de (ou des) l'accélérateur (s). Là aussi, les Capex seront extrêmement différents.

Enfin, la question qui reste souvent en suspens jusqu'au moment de la mise en service est: comment faire fonctionner cet ouvrage dans toutes les circonstances usuelles, rares ou de crise ? Ce sont les études de régulation qui seront garantes de la pérennité et du faible coût d'exploitation.

Christian Coite a étudié, mis en route, expertisé plusieurs dizaines de stations de pompage avec des débits de 1 à 60 m3/s, dans plus de 20 pays différents, avec tous les types de prises possibles et tous les types de régulation des plus simples aux plus sophistiquées.

Transferts conduites et canaux

Dans un transfert par conduite, les choses importantes sont le choix du matériel, l’optimisation du tracé, le calcul du diamètre économique et la protection contre les coups de bélier. Il arrive que certains de ces éléments soient négligés ce qui peut entrainer des surcouts ou pire des sous-dimensionnement des ouvrages. A contrario la littérature indique des limitations de vitesse, qui n’ont souvent aucun sens technique, ce qui peut entrainer des sur-dimensionnements.

Si l’aspect diamètre hydraulique est crucial en conduite, il est au contraire mineur en fonctionnement à surface libre et ici aussi des « critères anciens » de vitesse maximale peuvent amener à des choix d’ouvrages très grands et générateurs de dépôts en période de faible débit.

Changer d'idée sur les modèles physiques

La réalisation de la maquette d’un aménagement et plus particulièrement d’une station de pompage est évidemment la seule méthode fiable en curatif. En préventif, la modélisation physique peut-être perçue comme une dépense «de confort» inutile et pouvant retarder études détaillées et travaux.
Or c’est bien souvent tout le contraire.

Des normes contraignantes

Tout d’abord il faut bien savoir que les normes de design des stations de pompage sont extrêmement conservatrice et imposent des dimensions très importantes pour avoir la garantie que les pompes ne subiront aucun phénomène hydraulique dangereux comme les vortex ou la prérotation. Pire, ces mêmes normes appliquées à des eaux d’égouts ou chargées, vont amener des dépôts très importants dès que les débits seront inférieurs au débit nominal.

Les modèles physiques

Réaliser un modèle physique permet de vérifier les écoulements dans le design minimum qui aura été défini par l’expert hydraulicien. Le cout du modèle est, dans ce cas, faible par rapport aux économies réalisées sur le Génie Civil.

Un concept original

Christian Coite a développé un concept original qui permet aux études et/ou aux travaux d’avancer sans que le modèle ne perturbe les échances.

Il s’agit pour C. Coite de définir les dimensions extérieures de l’ouvrage (toutes les études de terrassement et de superstructure peuvent donc commencer). Le modèle physique permettra simplement de définir quels seront les dispositifs à l’intérieur de l’enveloppe (baffles, poteaux, guide-eau) qui seront nécessaires pour canaliser les filets fluides.

Régimes hydrauliques transitoires à surface libre

Lorsque la pente du terrain naturel est favorable, et surtout lorsque l'on a de gros débits à transporter, on va utiliser des canaux à surface libre. En tête, en extrémité ou en n'importe quel endroit du tracé des canaux, on va trouver des stations de pompage et des vannes. Lorsque ces vannes s'ouvrent ou se ferment et a fortiori lorsque les stations de pompage s'arrêtent brusquement, par exemple sur coupure d'énergie on va créer des vagues. Ces vannes sont se déplacer sur les canaux à une vitesse qui peut aller de 4 à 8 m/s, laquelle vitesse se superpose à la vitesse initiale dans le canal.

On comprend que ces vagues peuvent entrainer des débordements mais plus encore des mises en charge des dalles de couverture lorsque le canal se transforme en dalot par exemple pour un passage sous route.

Comme pour les régimes hydrauliques en charge, jusque dans les années 80, on ne savait pas calculer ces phénomènes et on avait donc tendance à surdimensionner les ouvrages.

Aujourd'hui il existe des logiciels puissants permettant de réaliser ces calculs rapidement et donc de réaliser des économies globales sur des ouvrages de transfert. Ces logiciels permettent également d'agir en curatif pour savoir pourquoi un canal à débordé ou pourquoi une dalle a été soulevée.

Un de ces logiciels est SIC développé par la société IRSTEA; Christian Coite maitrise parfaitement ce logiciel et il a déjà réalisé des études, des plus simples ou plus complexes.
Ce logiciel permet de tester les réseaux les plus complexes avec de nombreuses branches et tous les équipements habituels sur un réseau de canaux.

Chaque fois que vous démarrez ou arrêtez une pompe que vous fermez ou ouvrez une vanne sur un réseau en charge vous créez un phénomène hydraulique transitoire également appelé "coup de bélier". Les ondes créées se déplacent à 1000m/s et peuvent entrainer des dégâts importants sur les ouvrages de transfert.

Régimes hydrauliques transitoires en charge

Avec la cavitation et la corrosion, c'était une des plus grandes causes de destruction d'installation et plus spécifiquement de conduites. Jusqu'aux années 80, comme les calculs étaient complexes et maitrisés par peu d'ingénieurs on avait tendance à surdimensionner les équipements.

Aujourd'hui il existe des logiciels puissants permettant de réaliser ces calculs rapidement et donc de réaliser des économies globales sur des ouvrages de transfert. Ces logiciels permettent également d'agir en curatif pour savoir pourquoi une conduite à explosé ou implosé.

Un de ces logiciels est Cebelmail développé par la société Diadème; Christian Coite maitrise parfaitement ce logiciel et il a déjà réalisé plus de 20 études, des plus simples ou plus complexes.

Les vendeurs de réservoirs sous-pression, qui est un des modes de protection contre les coups de bélier, réalisent également ce type d'étude gratuitement, mais on comprend que leur intérêt ira préférentiellement vers cette solution, même si ce n'est pas forcément la plus pertinente ou, si c'est bien la bonne solution, vers des volumes de ballons peut-être un peu excessifs.