I/ Introduction, problématique	p 3
II/ L’emplacement du barrage de Roselend, pourquoi ?	p 4
III/ Les besoins en électricité, l’hydroélectricité
1)     L’ hydroélectricité	p 5
2)     Les atouts de l’hydroélectricité	p 6
IV/ La DTG, l’auscultation et entretien
1)     La division technique générale	p 7
2)     L’auscultation des barrages	p 7
3)     L’entretien des barrages	p 8
4)     Catastrophes naturelles, les grandes crues	p 8
5) La sécurité	p 9
V/ SAFTEL, Système de télémesure d’auscultation des ouvrages
1)    Avantages de la télémesure d’auscultation SAFTEL	p 10
2)   Installations concernées	p 10
3)  Gamme complète de capteurs développés autour du concept SAFTEL	p 10-12
VI/ Les autres moyens utilisés au niveau des différents barrages
1) Contrôleur de joints	p 13
2) Mesures de fuites	p 14
3) Pendule ou télépendule	p 15
4) Piézomètrie	p 16
5) Télémesure ou mesure de planimétrie	p 17
6) Témoins sonores ou extensomètres	p 18
7) Autres contrôles	p 19
VII/ Interprétation des données enregistrées
1) Des méthodes variées d’acquisition et de transmission de mesures	p 20
2) Une spécialité : la surveillance en continu des ouvrages	p 21
3) Les traitements de données et l’interprétation	p 21
Conclusion, échec de la recherche sur la vague	p 22
Fiche bibliographique	p 23

 

		Depuis l’extension de l’électricité en France, les conditions de vie se sont améliorées et de ce fait, différents moyens de production ont été mis en place dont le nucléaire qui obtient la plus grande place mais aussi l’hydroélectricité, ce qui a donc imposé la construction de barrages. Ceux-ci étant dangereux en cas de rupture, ils nécessitent une surveillance optimale. C’est pourquoi, habitant à quelques kilomètres de plusieurs barrages, nous nous sommes posés la question de connaître les différents moyens de surveillance. Notre problématique est donc : « Quels sont les différents moyens de surveillance d’un barrage ? «. Nous allons d’abord nous intéresser aux besoins en électricité en France et aux avantages de l’hydroélectricité. Ensuite, comme il faut des barrages, il faut une surveillance, donc nous allons présenter les différents appareils de mesure de SAFTEL (entreprise de Grenoble qui surveille de nombreux barrages et qui fabrique un grand nombre d’appareils de mesures), nous allons parler de la DTG (direction technique générale) et des différents appareils de mesures ainsi que l’interprétation de leurs données. Enfin nous allons conclure sur l’échec de notre premier TPE, à savoir l’effet provoqué par la vague d’un barrage si celui-ci venait à céder.   Les différentes matières concernées dans ce TPE sont la physique pour tout ce qui concerne les appareils de mesure, mais également les Sciences de la Vie et de la Terre, pour ce qui concerne le choix de l’emplacement des barrages.

 

 

 

 

 

 

           

   Le barrage de Roselend est situé en Savoie à 25 km d’ Albertville, dans le Beaufortain , il est à 1600 d’altitudes et son mur fait 150 m de haut, 804 de longueur et 22 de largeur. Ce barrage, entièrement artificiel, a été construit à cet endroit, d’ une part grâce à la conception du lieu et  d’ autre part grâce à la nature des roches.

 

Ø      Ce lieu géographique est très intéressant car il forme une sorte de cuvette naturelle avec un verrou reposant sur le versent du col du Pré et du Méraillet. Le plateau de Roselend faisait environ 2 km de long et comportait plusieurs habitations.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Barrage de Roselend

 

Ø     Les roches ont été étudiées grâce à des carottes de roches de 300 m de profondeur. Les ingénieurs recherchaient les caractéristiques des roches et du volume de celles –ci, pour s’ assurer de la stabilité du mur . Ces roches constituaient un massif cristallin c’est à dire constitué de cristaux, et elles avaient pour caractéristiques d’ être résistante mais aussi élastique pour pouvoir suivre l’ évolution du barrage, suivant la dilatation du béton .

 

 

 

 

 

 

 

-Origine :

Le mot énergie vient du grec qui signifie force en action (en---® dans ; ergon---® action)

 

Les hommes consomment de l’énergie pour vivre, se chauffer, cultiver, se déplacer, transformer les matières premières, faire fonctionner les industries, fabriquer des objets, aménager leur environnement…

 

Les quatre principales sources d’énergie actuellement les plus utilisées par les hommes sont :

-         Le gaz / pétrole

-         Charbon

-         Energie nucléaire

-         L’eau des rivières et des lacs de barrages

Il existe d’autres sources d’énergie comme le soleil, le vent , les marées, la géothermie, le bois, l’énergie chimique (piles…). Cependant, elles sont beaucoup moins utilisées car elles ne peuvent pas répondre, aujourd’hui à l’importance de la demande.

 

L’électricité est une forme particulière de l’énergie facile à transporter et à distribuer. Utilisable pour tous, elle répond aux besoins individuels, collectifs et industriels.

L’énergie totale consommée en France en 1999, a été de 430 milliards de kWh.

 

1) L’hydroélectricité

L’hydroélectricité est produite dans les usines appelées centrales hydrauliques qui fonctionnent le plus souvent en association avec des barrages. Les barrages et les aménagements hydrauliques assurent deux fonctions différentes : permettre la production d’électricité grâce à la dérivation de l’eau et à la chute ; créer une réserve d’eau, le lac de barrage (de retenue), véritable réserve d’énergie.

L’ensemble des aménagements hydrauliques de la Durance, dans les Alpes du Sud, peut produire chaque année environ 6 milliards de kWh, soit la consommation d’une agglomération urbaine comme celle de Bordeaux (environ 800 000 habitants).

 

 

2) Les atouts de l’hydroélectricité

L’énergie hydroélectrique est une forme d’énergie qui ne se stocke pas quand elle est sous forme du courant alternatif que nous consommons dans la vie courante.

La demande en électricité d’un pays varie en fonction des saisons, des jours de la semaine, des heures de la journée, de la météorologie. L’électricité d’origine hydraulique est capable de répondre immédiatement à ce type de demande.

Les centrales hydroélectriques peuvent démarrer ou faire varier leur production très rapidement, en quelques minutes. Il suffit d’ouvrir plus ou moins les arrivées d’eau, ce qui modifie les débits et permet de produire la quantité d’électricité souhaitée.

En utilisant l’eau comme moteur de fonctionnement, l’énergie hydroélectrique ne pollue pas. Elle ne produit pas de déchets. Elle ne dégage pas de fumées.

 

Pour pouvoir faire des réserves d’eau, il faut des barrages. Ils ont la vie longue. Ils peuvent devenir centenaires à condition d'être bien entretenus. Ces aménagements sont donc l'objet des plus grandes attentions. Ils sont surveillés en permanence, réparés quand cela est nécessaire, optimisés pour un meilleur rendement et modernisés au fur et à mesure des nouvelles découvertes. Le secret de jouvence des barrages réside dans les soins qui leur sont apportés tous les jours, avant installation, puis pendant l'exploitation. Ces examens techniques, appelés aussi expertises, sont développés par un service d'EDF créé à cet effet : la Division Technique Générale, en trois lettres la DTG.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) La Division technique générale (DTG)

 

La DTG a été fondée en 1946 pour mesurer le rendement des centrales hydroélectriques. Depuis, les missions confiées à la DTG n'ont cessé de croître. Aujourd'hui, cette division regroupe 360 personnes, 100 ingénieurs et 260 techniciens, tous spécialisés dans les mesures industrielles de haute précision dans le domaine des essais hydrauliques, contrôles métallurgiques, essais électriques, gestion des ressources en eau et auscultation des ouvrages.

 

2) L'auscultation des barrages

 

La longévité des aménagements hydroélectriques repose largement sur la maintenance et l'entretien de leur pièce maîtresse, le barrage.

Depuis 1985, la DTG a mis en place un système de télé-auscultation, qui permet de connaître à distance l'état de santé des infrastructures. Une large gamme d'instruments de mesure -pendules, témoins sonores, piézomètres, mesures de fuite- a ainsi été placée dans le corps des ouvrages. Ces instruments sont reliés à un calculateur central interrogeable en permanence.

La grande précision des mesures et l'extrême facilité d'auscultation d'ouvrages parfois difficiles d'accès permettent de constituer une base de données très importante pour la détection des anomalies comme pour la compréhension du comportement des ouvrages. Fin 1994, une vingtaine d'ouvrages bénéficiait des avantages de la télé-auscultation (à actualiser avec la DTG).

 

Le savoir-faire de la DTG est reconnu et sollicité, y compris à l'extérieur d'EDF. Aujourd'hui, cette direction concourt à la sécurité et au respect de l'environnement pour plus de 240 établissements hydrauliques et thermiques, et offre ses services à de nombreuses sociétés étrangères.

 

 

Des années après la construction du barrage, les capteurs continuent à fournir de précieux renseignements sur l'état de santé du barrage. Ces appareillages automatiques et de grande précision peuvent détecter des déplacements de l'ordre de quelques millimètres sur des barrages de plusieurs centaines de mètres. Les mesures sont transmises à distance à un centre de calcul où elles sont enregistrées et analysées. Toute anomalie est rapidement identifiée, puis signalée à l'exploitant et aux services de maintenance. Système souple et rapide, la télémesure permet une surveillance régulière et précise de l'état des barrages, même lorsqu'ils sont difficilement accessibles en hiver.

En complément de la surveillance automatisée, l'exploitant effectue lui-même de fréquentes inspections du barrage. Il examine l'ouvrage et le terrain, et note les moindres changements. Par exemple, des suintements marqués sur le parement aval d'un barrage sont rapidement suivis de la vérification de l'étanchéité de l'ouvrage.

En conjuguant un contrôle visuel et des télémesures de précision, l'exploitant a les moyens d'anticiper les risques de tassement, d'affaissement, d'infiltration ou de déformation des édifices, et ainsi de maintenir à long terme la fiabilité et la sécurité de l'installation hydraulique.

 

 

3) L'entretien des barrages

 

En dehors des réparations exceptionnelles consécutives à une détérioration d'une partie de l'édifice, un entretien régulier de l'ensemble de l'ouvrage est nécessaire. Par exemple, il est nécessaire de dégager périodiquement les prises d'eau des matériaux solides qu'amène le courant. En effet, si celles-ci venaient à s'obstruer, le fonctionnement de la centrale serait interrompu. Le législateur a par ailleurs prévu une obligation de vidange tous les dix ans ce qui permet à l'exploitant un entretien et une inspection complète des vannes et des autres éléments du barrage.

 

4) Catastrophes naturelles: anticiper le danger

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les grandes crues

Lors des grandes crues, deux risques majeurs doivent être évités: l'inondation des berges et la submersion du barrage. Pour suivre en temps réel l'évolution des précipitations et estimer la variation de débit des cours d'eau, EDF a implanté à proximité des barrages un réseau de 550 stations météorologiques, complété par les données du satellite Météosat.

Ce dispositif de sécurité a déjà témoigné de son efficacité lors de crues exceptionnelles, comme celle qui a frappé la vallée de la Saigne (Alpes Maritimes) en 1996. Le barrage de Saint-Cassien (Var) a joué pleinement son rôle "d’atténuateur de crues" en retenant une eau qui aurait dû gonfler le flot des rivières en aval.

 

Les tremblements de terre

L'expérience a largement prouvé que les barrages construits sur des régions sismiques résistent aux tremblements de terre.

Les barrages poids, massifs et rigides, montrent une bonne résistance aux séismes, tandis que les barrages voûtes, plus légers, restent protégés par l'eau de leur retenue qui amortit considérablement les ébranlements provoqués par un séisme. Toutefois, il convient de préserver une hauteur de sécurité entre la surface de la retenue et la crête du barrage, afin que ce dernier ne soit pas submergé en cas de surtassement.

 

5) La sécurité aux abords des barrages

 

Le fonctionnement et la maintenance de la centrale nécessitent de libérer ponctuellement d'importantes quantités d'eau. Cette eau est ensuite restituée à la rivière.

Lors d'un lâcher d'eau, le débit peut être multiplié de 10 à 100 fois. Si le lâcher est important, l'aspect de la rivière est complètement modifié: le niveau monte rapidement, des îlots sont recouverts, les berges sont envahies. Cette métamorphose brutale constitue un réel danger pour les personnes qui se trouvent dans le lit ou sur les bords de la rivière. Ce danger est d'autant plus grand que la fréquence des lâchers d'eau est variable et donc imprévisible.

Afin de sensibiliser le public au danger qu'il peut encourir en s'aventurant dans le lit de la rivière, des panneaux de prévention ont été placés aux abords des barrages et des actions de communication menées dans la presse locale et dans les écoles.

Après la catastrophe du Drac (Isère), le 04 décembre 1995, - une institutrice et six de ses élèves noyés lors d'un lâcher d'eau - cette campagne d'information a été intensifiée. Plus de 20 000 panneaux supplémentaires sont venus renforcer le dispositif de signalisation déjà en place. Un inventaire exhaustif des risques a été établi et des mesures d'amélioration de la sécurité ont été engagées, en concertation avec les pouvoirs publics et les collectivités territoriales.

Jour après jour, les systèmes de sécurité sont ainsi renforcés en tenant compte des faiblesses d'hier pour éviter qu'elles ne se reproduisent demain, en perfectionnant la surveillance des installations de manière à déceler en temps utile toute évolution qui pourrait compromettre à terme leur sûreté et en collaborant activement avec les pouvoirs publics pour définir des règles qui garantissent une meilleure sécurité pour tous.

 

 

 

 

 

 

 

 

1) Avantages de la télémesure d’auscultation SAFTEL

 

L’amélioration de la qualité de la mesure SAFTEL (entreprise se chargeant de l’auscultation de plusieurs barrages comme Roselend et Tignes) par :

-         la rapidité d’exécution des mesures

-         le choix du meilleur moment

-         la suppression d’erreurs de lecture

-         la confirmation rapide d’une mesure anormale

-         les tests répétés sur un appareil isolé en cas d’anomalies.

 

L’amélioration globale de la surveillance des ouvrages par :

-         la diminution du délai de mise à disposition des résultats

-         l’acquisition d’une banque de données abondante et de qualité.

 

 

2) Installations concernées

 

-         Accès difficile ou impossible (enneigement hivernal…)

-         Situations particulières (vidange, séisme, essais d’enceinte…)

-         Dispositifs importants

-         Phénomènes à évolution rapide

-         Surveillance provisoire (essais d’enceintes, vidanges).

 

 

3) Une gamme complète de capteurs, développés autour du concept SAFTEL

 

 * Télépendule SAFTEL TOP

Mesure des déplacements d’un fil de pendule sans contact.

Domaine de mesure : 50 ´ 50 mm

Précision : ± 0.02 mm.

Durée de la mesure : 13 secondes

Points particuliers :

- Auto diagnostic de l’oscillation ou de l’absence du fil, de gouttes d’eau sur le fil ou de défauts d’éclairage.

- Echange standard possible car les constantes sont intégrées à l’appareil.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* Débimètre SAFTEL DEUS

Mesure de hauteur d’eau dans un canal déversoir par mesure du temps de propagation d’une onde ultra sonore.

Précision : 1 mm.

Durée de la mesure : 5 secondes.

Points particuliers :

- Utilisable sans modification des déversoirs existants.

- Capteur sans contact et hors d’eau.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* SAFTEL Fissuromètre

Mesure d’ouverture de fissures en 3 dimensions, à l’aide de 3 capteurs.

Domaine de mesure : 20 mm.

Précision : ± 0.02 mm.

Durée de la mesure : 6 secondes par direction

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	1) LES CONTRÔLEURS DE JOINTS
		Ils sont vérifiés toutes les deux semaines par un technicien. Ce sont des appareils de type Vinchon, à mesures tri-axiales, c’est à dire qu’ils mesurent les écartements en hauteur, en largeur et en profondeur. Les barrages en comportent une dizaine, et servent à mesurer l’évolution des fissures, permettant ainsi de suivre leurs évolutions très précisément .
					Ils sont fabriqués en canne invar qui est un métal qui ne subit pas la dilatation et qui permet d’avoir ainsi des informations très précises et par tout temps.

 

 

 

 

3) PENDULE OU TELEPENDULE

		Le pendule est en fait un fil à plomb dont la partie haute est fixée au barrage. Il sert à surveiller les déplacements du barrage ou plutôt l’inclinaison de celui-ci. Un barrage tel que celui de la Giettaz ou celui de la Girotte en comporte une dizaine, mais le barrage de Roselend en possède beaucoup plus du fait de sa conception particulière qui est croisée entre un barrage à voûtes et un barrage a contreforts, ce qui oblige un contrôle plus important.
					Les barrages se déplacent de 18 à 22 millimètres lorsqu’ils sont pleins mais au mois de mai, le barrage étant peu rempli et du fait du changement de températures, il reprend sa position initiale.

 

4) PIEZOMETRIE

 

 

 

		Si la moindre pression d’eau est détectée sous le barrage, la construction est annulée car il est strictement interdit qu’il y ait une pression d’eau sous le barrage. Les révisions se font le lundi et le jeudi toute l’année sauf en hiver ou elles ont lieu uniquement le lundi.

 

5) TELEMESURE OU MESURE DE PLANIMETRIE

 

 

		Ces mesures ont lieu deux fois par an. Le principe est très simple : on fixe des piliers topographiques sur le site. Lorsque les géomètres arrivent, ils posent leurs lunettes sur ces piliers et font des mesures très précises de la distance séparant les piliers aux cibles placées sur le barrage.
		Ces mesures montrent l’élévation des barrages et l’écartement des piliers.
							Par exemple, on s’est aperçu grâce à ces mesures que le barrage de Saint Guérin s’est élevé de  deux dixièmes de millimètres sur la rive droite en trente six ans.

 

 

6) TEMOINS SONORES

OU EXTENSOMETRES

 

 

 

7) AUTRES CONTROLES

 

 

CONTROLE PHOTOGRAPHIQUE

Ces contrôles consistent à prendre des photos de la face visible du barrage toutes les années, à la même date et exactement aux même endroits.

Au bout d’une dizaine d’années des différences apparaissent.

 

CONTROLE DE LA DRIR

La DRIR est le Département de Recherches Industriel Régional.

Son rôle est de contrôler le barrage une fois par an (aussi bien le contrôle des instruments de mesures mais aussi des sirènes et de tout ce qui concerne le barrage).

 

ESSAIS ANNUELS

Ces essais se font le premier lundi qui suit le premier dimanche d’octobre.

Cela consiste en fait à vérifier les vannes de vidanges et les vannes de dévasements (qui consistent à vider le barrage en cas de faille).

 

VISITES DES GALERIES INTERNES

Ces visites sont soit annuelles soit bi-annuelles.

Elles consistent à vérifier l ‘état des galeries internes au barrage (qui sont à l’intérieur du barrage) et à voir s’il n’y a pas eu d’éboulements.

 

                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) Des méthodes variées d’acquisition et de transmission de mesures

 

L’ acquisition peut se faire sur un terminal portable , a distance par télémesure , au clavier d’un micro ordinateur.

 

La transmission après chaque mesure peut être effectuée par le réseau commuté (France Télécom) ou par les réseaux spécialisés EDF.

Est mise en place la conception et la maintenance de logiciels destinés aux exploitants d’ouvrages pour la saisie assistée par ordinateur, le calcul des grandeurs physiques, le contrôle par visualisation graphique de l’évolution dans le temps et le transfert vers des centres de décision et vers la DTG. Ces logiciels sont plus spécialement adaptés aux ouvrages hydrauliques ou nucléaires.

 

2)  Une spécialité : la surveillance en continu des ouvrages

 

Les techniciens sont en disponibilité constante.

Les changements de comportement au moyen d’outils performants (mesures ramenées à conditions identiques, tests statistiques) sont mis en évidence.

Une enquête est ouverte en cas d’anomalies en relation avec l’exploitant de l’ouvrage.

 

3)  Les traitements de données et l’interprétation

 

Une analyse du comportement des ouvrages est faite avec des méthodes appropriées telles que la régression multiple, avec séparation des effets réversibles et irréversibles, les analyses factorielles, et la prise en compte des effets retards.

 

L’interprétation se fait par une synthèse du comportement mais aussi la compréhension des phénomènes physiques et de leurs causes et de la mise en évidence des dérives et de leurs conséquences.

 

 

 

 

 

 

 

 

Pour conclure sur cette surveillance des barrages, cela nécessite beaucoup de moyens :

-         des dizaines d’appareils de mesures sont utilisés sur les sites hydrauliques : les débitmètres, les pendules (ou télépendules), les contrôleurs de joints (vinchons), les témoins sonores, les piézomètres, la planimètrie, plus tous les autres contrôles annuels et autres. Certains barrages n’utilisent pas tous ces moyens.

-         la Division Technique Générale (la DTG), c’est 360 personnes, 100 ingénieurs, et 260 techniciens, présents 24h/24 afin de surveiller tous mouvements du barrage. La DTG s’occupe aussi de l’interprétation des données enregistrées sur place, elle donne des conseils aux agences EDF pour prévenir certaines défaillances au niveau des ouvrages.

-         le système SAFTEL qui permet des contrôles à la fois précis et réguliers grâce à leur nombreux appareils de mesures. Cette entreprise de Grenoble ausculte nombre de barrages dans la région tels que Roselend et Tignes. Elle conçoit aussi certains appareils comme le télépendule SAFTEL TOP, le débitmètre SAFTEL DEUS, le SAFTEL FISSUROMETRE.

 

Même si au départ notre problématique du TPE était plutôt orientée sur les effets dévastateurs provoqués par la vaque due à l’explosion du barrage de Roselend, qui malheureusement, à cause des évènements qui se sont déroulés au mois de septembre dernier aux Etats-Unis, a été un échec, puisque tout ceci a été interdit au public. Nous avons quand même pu approfondir un sujet qui nous tenait particulièrement à cœur du fait de notre proximité par rapport aux barrages et qui se rapprochait quand même de notre première problématique.

 

 

 

 

1.     Monographies :

 

Ø     Titre : Auscultation des barrages ; Auteur : direction EDF production .Nombre de page : 5 ; Sans date.

Ø     Titre : Sécurité et surveillance des barrages ; Auteur : EDF ; Sans date.

 

2.     Article de périodique :

 

Ø     Nom : Phosphore ; Titre : les moyens de surveillances d’ un  barrage ; Numéro 194 ; Juin 1997 ; Page 74-75.

 

3.     Articles d’encyclopédies :

 

Ø     Encyclopédie Universalis ; Sujet : présentation générale d’ un barrage ; Cote : UNI 03 ; Page 838-849.

 

4.     Documents électroniques :

 

Ø     Encyclopédie Encarta 1998 ; Sujet :  définition des appareils de mesures.

Ø     Dictionnaire Hachette 1999 ; Sujet : barrage et définition des appareils de mesures.

 

5.     Site Internet :

 

Ø     Auteur : EDF ; Sujet : barrage hydraulique ; Adresse URL : http://www.edf.fr/. Date de consultation : 26 /02/02.

Ø     Auteur : inconnu ; Adresse URL : http://www.environnement.gouv.fr/; Date de consultation : 22/01/02.

Ø     Auteur : Académie de Grenoble ; Adresse URL :                 www.ac-grenoble.fr ; Date de consultation: 22/01/02.

Ø     Auteur : inconnu ; Adresse URL : http://www.irma-grenoble.com/

 

Pour plus d’informations, vous pouvez nous écrire à l’adresse suivante : surveillance.barrage@free.fr