EDF - FRANCE Jean Paul FABRE 1 Comité Suisse des barrages Journées techniques 12 13 Juin 2014 à Chamonix Retour d’expérience sur le comportement des barrages.

Présentation au sujet: "EDF - FRANCE Jean Paul FABRE 1 Comité Suisse des barrages Journées techniques 12 13 Juin 2014 à Chamonix Retour d’expérience sur le comportement des barrages."— Transcription de la présentation:

1 EDF - FRANCE Jean Paul FABRE 1 Comité Suisse des barrages Journées techniques 12 13 Juin 2014 à Chamonix Retour d’expérience sur le comportement des barrages d’EDF en mode pompage-turbinage (marnages rapides) Jean-Paul Fabre EDF DTG – France

2 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE 2 Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages STEP DE REVIN Usine souterraine, 4 groupes réversibles, 800 Mw, (chute 230 m) Qmax= 400 m 3 /s, entre 2 bassins de 7 millions de m3 En haut: MARQUISADES: digue masque bitumineux En bas : St NICOLAS à noyau limon Marnage quotidien de 10 mètres

3 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE 3 Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages MARQUISADES: Sensibilité du masque amont A la mise en eau (1976): tassement maximum 50 mm en crête. Première vidange de juillet 1978 (sur incident vanne) vitesse non maitrisée:, charge hydraulique derrière le revêtement étanche (partie basse sans filtre colmatée par des matériaux d’altération du schiste), rupture du revêtement, travaux de réparation: décolmatage du réseau de drainage. Vidanges de 1981 et 1982: réduction des vitesses d’abaissement: pas d’incident Vidange1990, Travaux préventifs de décolmatage du drain longitudinal inférieur augmentation du débit de ce drain et baisse des niveaux piézométriques voisins, reprise momentanée du tassement de cette zone En 1991, effondrement d’une partie de ce drain, vidange pour réparation. Les exutoires aval des drains transversaux et les totalisateurs de débit sont équipés de systèmes d’alarme pour un débit supérieur à une valeur normale définie pour chaque zone (alarme urgente si les deux déclenchent). Volets de détection

4 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE 4 Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages MARQUISADES: Sensibilité du masque amont A partir de 1992, des vidanges programmées En 1998, travaux préventifs d’étanchéité pied de mur anti-vortex de la tulipe de prise d’eau pour réduire le débit de fuite. Vidange en 2001: décolmatage préventif du drain longitudinal inférieur, baisse de la piézométrie sous le masque amont. Débits importants à la remise en eau: Réparation des rebouchages de trous de décharge n’avaient pas résisté à la charge d’eau.. Nouveau colmatage progressif et augmentation régulière des pressions dans la zone surcreusée, et nouveau nettoyage lors de la vidange de 2009: résultat satisfaisant (baisse des pressions derrière le revêtement amont de 1 à 3 m). Pose de cellules sous le corroi argileux (zone sans revêtement). Sensibilité au froid du Brai vinyle au remplissage après cote basse en hiver: fuites petits défauts répartis, traitement par collage membrane bitumineuse Depuis : Réversibilité de l’effet de la vidange du bassin en 2009,stabilité des niveaux piézométriques et des débits de drainage, Tassements en crête très ralentis (inférieurs à 0,3 mm/an).

5 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE 5 Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages STEP DE MONTEZIC, Usine souterraine, quatre groupes réversibles, Total 1000 Mw, Qmax= 250 m 3 /s (400 m de chute), en haut bassin de 27 millions de m3, fermé par deux barrages en remblai à masque amont béton de brai vinyle (MONNES et ETANG) Mise en eau 1982 En bas, 30 millions de m3 retenus par un barrage voûte à double courbure(COUESQUE) H= 70m Crête déversante Mise en eau 1950 Marnages rapides depuis 1982

6 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages STEP de Montézic Barrage d’ETANG Février 2000 – Etang : sous-pressions résiduelles sous le masque lors des cycles  Fissure (par fatigue) horizontale du masque (12 m) à la jonction avec la bêche, augmentation notable des fuites (1900 l/min) et de la piézométrie  Traitement en mai 2000 par injection de résine polyuréthane et bande bitumineuse  Vidange de l’été 2000 : mise en place de recharges en gore en pied amont  Possible colmatage du captage du drainage, mais capacité du drain inférieur à reprendre l’essentiel des débits (déversement ou contournement du cavalier )  Mise en place d’un dispositif d’enregistrement et d’alarme des débits Sensibilité du Brai vinyle au très grand froid, au remplissage après cote basse en hiver: fuites, colmatage naturel Jean Paul FABRE 6

7 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages BARRAGE VOÛTE DE COUESQUE Barrage voûte mince (2m70 en crête) en surplomb avec crête déversante, Construit en 1950, l’exploitation a changé en 1980: (marnages rapides: cycles journaliers et hebdomadaires) Faible déplacement vers l'amont lié à un réchauffement car exploitation à cote moyenne plus basse Jean Paul FABRE 7 barrage est stabilis é à plein (du fait d’une Analyse HST Analyse HST Thermique: 0,15 mm/an vers l’aval

8 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Neurones: influence du marnage sur les voûtes diminution de 25% des effets réversibles Variable à expliquer 5 Variables explicatives Ref: 9th ICOLD European Club Symposium (Venise 2013) Analysis and interpretation of dam measurements using artificial neural networks

9 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages COUESQUE Apport des réseaux de neurones : Le barrage est stabilisé (en partie du fait d’une diminution de l’effet hydrostatique et saisonnier) Diminution des effets réversibles, liée à une plus grande raideur apparente, car déformation élastique du béton partiellement différée (comportement visqueux): La part différée élastique (recouvrance) est de l’ordre de 30% de l’effet instantané élastique avec un temps caractéristique de l’ordre de 6 mois. En cas de palier à cote haute, l’effet élastique différé se manifesterait. Pas de fatigue du béton. Pas d’accélération du processus d’évolution de cette voûte, qui était déjà terminé. (Lors des situations de « barrage plein et froid », fissuration de pied amont, introduction des sous pressions, transferts d’efforts vers les arcs de crête, et léger fluage). Jean Paul FABRE 9 Surveillance: Pendules Planimétrie Piézomètres Débits

10 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages Sollicitation rapide: béton plus rigide Pour une charge appliquée en 1 jour (au lieu de 100 jours) la déformation du béton est 30% plus faible Jean Paul FABRE 10

11 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages Glissement de Lax – Le Roustit 1976 : Avant construction de la STEP: Surveillance: 1 ères mesures de nivellement de distance et piézomètres 2 zones actives, 15 mm/an de tassement de 1976 à 1979. très forte perméabilité du terrain en pied Vidanges rapides de 79 et 80 : nette accélération du glissement, jusqu’à 70 mm de tassement au Roustit entre mai et juin 1979. Glissement ancien en RD retenue de Couesque, de grande ampleur (15 hm 3 ) sur 1 km environ, Mise en eau 1950, affaissement de la berge sur environ 80 m à Lax 1 ère vidange en 1963 : nouvel affaissement au Roustit sur 350 m environ. Jean Paul FABRE 11

12 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages COUESQUE Glissement de Lax – Le Roustit Marnages rapides sur 10m depuis 1982 Poursuite des tassements : 10 à 15 mm/an au Roustit et jusqu’à 25 mm/an à Lax. Vidange lente de 2000 : effet réduit : tassement maxi : 20 mm. Depuis, ralentissement: 12 mm/an maxi au Roustit Le glissement est peu ou pas sensible aux 10 m de marnage rapide, mais s’accélère en vidange complète Jean Paul FABRE 12 Glissement du Billan: non influencé par la retenue, qui ne marne pas

13 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE 13 Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages STEP DE GRAND MAISON Usine souterraine, 4 groupes Pelton de 157 MW et 8 groupes réversibles (Turbine / Pompe) de chacun 170 MVA. QMAX = 216 m 3 /s en mode turbine, environ 136 m 3 /s en mode pompe. Chute de 930 m Le bassin supérieur de GRANDMAISON: barrage en terre et enrochement de 160 m de hauteur, capacité utile de 140 millions de m 3 Cycle Annuel Glissement non influencé par la retenue, drainé, surveillé. Le bassin du inférieur du VERNEY (capacité utile de 14.3 millions de m 3 ):une digue en alluvions de 42 m de hauteur Marnage 10 à 15 m/ jour

14 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages Comportement en marnage rapide Jean Paul FABRE 14 Essai d’eau STEP Grand Maison Barrage à masque amont du VERNEY: coupure en alluvions profondes (marnage 25 m) Inversion des écoulements en abaissement rapide après l’été à cote haute Effet instantané =30% de l’effet hydrostatique

15 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages Adapter l’auscultation aux marnages rapides Jean Paul FABRE 15 Le comportement dépend de l’historique (des jours précédents) des variations de cote Pour l’analyser finement il faut connaitre les variations de cote finement (pas horaire) D’autre part connaitre l’horaire précis de la mesure et la cote à cet instant (a minima mesure de cote au début et à la fin de la tournée de mesure ou télémesure) Il faut que la mesure soit rapide, sinon la photo sera floue, (la télémesure peut y aider) cas d’ouvrages déformables (voutes): qualité de la mesure topo difficile à vérifier préférer des stations complètes (angle et distance) automatiques, programmables ou des pendules (télémesurés) Les mesures en palier à cote constante (périodes d’arrêt d’usine) sont très précieuses car faciles à réaliser et à interpréter, elles donnent accès au « régime établi » Les mesures les plus délicates sont celles de piézométrie, car l’appareil lui même peut avoir un temps de réponse non négligeable, et être incapable de suivre les variations pressions à mesurer (éviter les mesures à la sonde en tube ouvert) La meilleure interprétation (détection de changement de comportement) compare chaque mesure avec une modélisation statistique, qui doit en cas de marnage rapide, prendre en compte les effets de diffusion (effets retardés: EFR)

16 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages Piézométrie en marnage rapide Jean Paul FABRE 16 Le principe de l’essai d’eau à charge hydraulique variable en tube ouvert consiste à suivre la variation de charge après apport (essai à la redescente) ou soutirage (essai à la remontée) d’un certain volume d’eau dans le piézomètre. Essai d’eau type « Lefranc » dit « à charge variable en tube ouvert ». Cet essai simplifié, normalisé est particulièrement adapté à des sols saturés de faible perméabilité (10 -6 < k <10 - 9 m/s) que l’on étendra à l’ensemble des terrains de fondation des barrages. Dans certains cas particulier (terrains très peu perméables) où le Lefranc serait trop long à réaliser, on préfèrera un essai par variation de faible pression Le paramètre critique est le temps de réponse T 0 d’un piézomètre, qui caractérise son aptitude à suivre la pression du terrain. T0 est inversement proportionnel à la perméabilité du milieu « k » déterminée par essai d’eau. T0 est proportionnel au volume d’eau nécessaire au fonctionnement du piézomètre, T0 = (ΔV/ΔH) / 1,5 L K ΔV/ΔH est très différent selon le type de piézomètre :Section si piezo ouvert, α V (compressibilité x volume d’eau) si piezo fermé Q = 1,5 L k ΔH Erreur E = v x T0 (m) engendrée par le piézomètre en fonction de la vitesse de variation de la piézométrie = v (m/h)

17 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE Bruno DAUMAS 17 Q86 R63 CIGB 2006 Barcelone - Espagne Intérêt de la méthode d’analyse EFR dans le cas de marnages rapides Construction 1975-1978 Mise en eau 1980 Sillon alluvial Noyau En 2002 Anomalie mise en charge de 2 cellules du filtre pathologie barrage ou appareillage ? La mesure directe du débit de fuite de Reyunos n’est pas possible (aval noyé en marnage rapide (10 m /jour): El Tigre REYUNOS (H= 120 m Argentine) Marnage rapide du barrage en aval : TIGRE CIGB Barcelone Q86-R63

18 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE Bruno DAUMAS 18 Q86 R63 CIGB 2006 Barcelone - Espagne Intérêt de la méthode d’analyse EFR dans le cas de marnages rapides REYUNOS Suivi particulier quotidien et information de l’autorité de sûreté En mai 2002: abaissement partiel du plan d‘eau amont, Début juin: 3 anciens inclinomètres transformés en piézomètres: recharge aval non en charge, Modélisation piézométrie (modèle EFR): réponse impulsionnelle de la recharge fonction de la cote, (la forme et perméabilité du sillon), calcul itératif simple. Résultats: pente de la nappe en régime établi, et détermination du débit de fuite En août: 3 nouveaux piézomètres dans le filtre aval montraient que les informations des cellules étaient erronées, Les inquiétudes étaient levées et l’exploitation normale pouvait reprendre, avec surveillance du débit de fuite en temps réel (Qmax = 1800 l/min) Dysfonctionnement des cellules: phénomène de corrosion en eau agressive.

19 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE 19 Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages GRANDES PATURES Barrage a tapis amont Restriction de la vitesse d’abaissement CIGB Brasilia Q91-R41 La modelisation (EFR) a permis d’évaluer le temps de retard Le seuil acceptable doit être calculé en fonction du poids du tapis amont. Aprés installation de cellules de pression, des essais d’abaissement à diverses vitesses ont permis de collecter les données les plus utiles retard (10 jours) pour la dissipation des sous pressions sous le tapis béton bitumineux

20 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE 20 Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages GRANDES PATURES Barrage à tapis amont Optimisation de l’exploitation Differents scenarios d’exploitation ont été simulés: Cote de départ (reservoir plein) Durée d’exploitation (en heures par jour) Débits entrant et turbiné (m 3 /s) Exemple: Débit sortant max = 3,5m3/s pendant 2 heures par jour: trop si débit entrant= 0 m3/s optimal si débit entrant =1,1 m3/s Cycle d’exploitation optimal pour ne pas dépasser le seuil acceptable. Débit entrant = 1,1 m3/s Niveau d’exploitation minimal Seuil Critère de stabilité dépassé (aprés 10 jours) Si débit entrant = 0 Sous pression Cycle journalier

21 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages Le marnage rapide: accroit les risques (d’évolution rapide de comportement) Jean Paul FABRE 21 Surveillance classique EDF: toutes les 2 semaines, interprétée à deux niveaux: exploitants et spécialistes. Mais certains phénomènes (érosion pouvant s’accélérer par enlèvement de matériaux..), pourraient éventuellement conduire à des désordres rapides. 2 Seuils sont fixés (statistique et physique). Les ouvrages concernés à EDF, presque tous de type « à masque mince amont », ont été équipés d’un système de détection automatique « continue » de changement net de comportement avec alarme à l’exploitant ( Marquisades, etc.)

22 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE Bruno DAUMAS 22 Q86 R63 CIGB 2006 Barcelone - Espagne Sécurité d’exploitation des STEP STEP: autonomes en matière de surveillance, et mise en sécurité Leur automatismes, actionneurs de sécurité et systèmes de protection sont conçus sur une logique « à manque de tension » Alerte du personnel, qui est d’astreinte, par des moyens spécifiques sécurisés. Le délai d’intervention est inférieur à 30 minutes Actions sur les groupes pour les fonctions de conduite et sécurisation au remplissage des bassins des STEP

23 FRANCE- EDF – DPIH - DTG Jean Paul FABRE 23 Journées techniques 2014 du Comité Suisse des barrages Retour d’expérience sur le comportement des barrages d’EDF en mode pompage-turbinage Conclusion Barrages en terre : plusieurs masques minces ont été sensibles aux variations de sous pressions rapides (drainage inefficace, colmatage) Barrages en béton: effets mineurs du marnage, rigidité apparente Écluses: circulation d’eau et contournements suite à inversions d’écoulement répétées) Glissements: la vitesse de marnage peut être un moteur, en pied de glissement Surveillance adaptée au marnage rapide: mesures de qualité (et fréquentes si on veut interpréter finement) attention au temps de réponse des piézomètres alarmes si il y a des risques d’évolution rapide capacités de modélisation tenant compte de la vitesse de marnage(EFR), méthodes d’interprétation spéciales (neurones)