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Une conduite XXL au cœur de la montagne

Bernard Reinteau |  le 23/03/2018  |  ArchitectureRéalisationsTechniqueBâtimentSavoie

Station hydraulique -

L'installation de la turbine la plus puissante de France nécessite un ouvrage capable de recevoir, à forte pression, le volume d'une piscine olympique chaque minute.

Mise en service en 1976, la station de transfert d'énergie par pompage (STEP) EDF de La Coche (Savoie) sera bientôt relancée avec un nouvel équipement. D'une puissance de 330 MW et d'une capacité de production actuelle de 550 GWh/an, cette installation reçoit les eaux de quatre vallées, soit 250 km², rabattues par un réseau de 30 km de galeries jusqu'au lac artificiel de la Coche, d'une capacité de 2 millions de m3

situé 900 m plus haut. Après quarante ans de service, l'usine hydroélectrique située à 30 m de profondeur est en train d'être remplacée par une unique turbine à haut rendement : une turbine Pelton d'une puissance de 240 MW, la plus puissante installée en France. Sa capacité de production est estimée à 650 GWh/an, soit 20 % de plus que la précédente. Cela assurera la consommation de 270 000 habitants.

Pour implanter ce nouvel équipement, le site est entièrement remanié. L'usine existante a été mise à l'arrêt en août 2017, et les entreprises de génie civil construisent la nouvelle en contrebas de l'existante. Ce type de projet constitue une véritable prouesse pour les concepteurs. Le nouveau générateur est doté d'une aube à augets posée horizontalement qui mesure 4 m de diamètre et pèse 20 t. A chaque cycle, la réserve d'eau en altitude va soumettre l'aube durant vingt heures à un flux de 28 à 30 m³/s - soit le volume d'une piscine olympique déversée chaque minute -, délivré par cinq injecteurs périphériques à une pression de 100 bars. Le rotor de 500 t est ainsi entraîné à un régime de 420 tours/minute - ou 7 tours/seconde. Un tel fonctionnement durant des décennies impose une grande précision d'installation ainsi qu'un véritable blindage de l'ouvrage construit à flanc de montagne, après terrassement de 7 500 m³ de roche (lire ci-contre).

28 000 tonnes de roches extraites. Parmi les défis à relever sur cette construction figure la liaison de l'usine hydroélectrique à la chute d'eau existante. Pour aller la rechercher au cœur du massif, deux tunnels, d'une longueur totale de 300 m, ont été réalisés par minage afin de rejoindre puis de dévier cette conduite forcée. Le chantier a commencé début novembre 2016 et s'est poursuivi jusqu'en septembre 2017, à raison d'un à deux tirs par jour. En tout, plus de 28 000 t de roche ont été extraites pour créer les nouvelles galeries.

Le premier tunnel constitue un accès pour les camions. Il a permis aux engins d'accéder à la conduite forcée de 2,36 m de diamètre qui date des années 1970. Le second tunnel constitue la dérivation proprement dite et relie le raccord à la conduite forcée jusqu'à la nouvelle usine. Il est composé de tronçons métalliques, livrés sur le chantier par chariots sur rails, d'une longueur de 3 à 9 m et d'un poids compris entre 10 et 30 t chacun. Ces tronçons ont été soudés et l'espace entre la canalisation et la roche a été comblé avec du béton. Ces travaux ont permis de créer une salle de près de 10 m de hauteur pour dégager le point de jonction. Là, un tronçon de la conduite a été découpé pour préparer la pose d'une culotte de bifurcation de 46 t à poser au millimètre près (lire p. 65).

Si l'approvisionnement en eau de la turbine constitue un défi technique, son évacuation est tout aussi problématique. A sa sortie, le flux est dirigé vers un entonnement en béton banché dimensionné pour reprendre le débit, plus turbulent mais d'une pression moindre. Les parois latérales d'une hauteur de près de 10 m et de 2 m d'épaisseur sont revêtues d'un béton dense et étanche. Ce canal souterrain se raccorde sur le canal de fuite de l'usine existante. Puis les eaux sont dirigées plein ouest par une galerie souterraine d'environ 15 km, vers l'usine de production de Randens d'une capacité annuelle de 500 GWh, avant d'être déversées dans la rivière de l'Arc, près d'Aiguebelle.

La culotte de bifurcation de 46 tonnes a été posée au millimètre près.

Accumulateur hydraulique. Les travaux se poursuivent par l'installation, sur la structure métallique de l'usine, d'un pont roulant d'une capacité de 400 t au droit de l'alternateur et de la turbine. Il permettra l'installation des rotors et du stator puis de l'alternateur. Véritable « accumulateur hydraulique », la STEP de la Coche remise à niveau est conçue pour produire de l'électricité uniquement avec sa nouvelle turbine. Sa mise en service est prévue pour 2019-2020. L'ancienne centrale est désormais dévolue au pompage d'eau du barrage d'Aigueblanche pour reconstituer le stock de 2 millions de m³ dans la cuvette de La Coche. En 2017, cette centrale hydraulique avait effectué 120 turbinages.

Maîtrise d'ouvrage et maîtrise d'œuvre : EDF. Entreprises : Vinci TP Lyon, Dodin Campenon Bernard (galeries), Léon Grosse (gros œuvre), Mammoet (manutention), Paresa (fabrication de la culotte). Budget : 160 millions d'euros TTC, dont 10 millions pour la maintenance et la rénovation de la centrale existante.

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Raccordement - Soudure géante dans la roche

Ce raccord, traditionnellement nommé culotte, a été conçu pour obtenir un jeu inférieur à 10 mm dans son emplacement final. Mise en place en décembre 2017, cette pièce a bénéficié de l'expertise du néerlandais Mammoet, spécialiste des transferts et des levages extrêmes, qui a conçu un chariot capable de produire des mouvements de placement et de maintien spécifiques.

Trois semaines de soudage. Le déplacement dans le tunnel a pris moins de deux heures, grâce à 10 cm de tolérance sur tous les côtés. Le montage final a été plus délicat : après les premiers points de soudure périphériques pour fixer la pièce, chaque périmètre de raccordement de canalisation a demandé trois semaines de soudage, avec un contrôle strict des cordons de soudure par la direction technique générale d'EDF. Le montage de la culotte s'est poursuivi par la mise en place de sa liaison en direction de la conduite forcée déjà en place à l'entrée de la future turbine.

Cette opération terminée, ce chantier de raccordement sera alors définitivement comblé par l'injection de 1 500 m³ de béton dans la chambre dégagée pour réaliser ce piquage. Ce volume de matériau a pour but de bloquer l'ouvrage et de lui interdire tout mouvement, lors de la chute d'eau et surtout à l'arrêt : lors de la fermeture de la vanne aval, le « coup de bélier » occasionné produit une augmentation de pression dans la conduite de l'ordre 25 %.

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Construction - Une usine hydroélectrique fixée à flanc de montagne

Comment supporter la poussée produite par une chute d'eau de 900 m ? La nouvelle usine hydroélectrique construite à flanc de montagne, d'une hauteur totale de 33 m, d'une longueur de près de 60 m et d'une largeur de près de 50 m, est fondée pour cela sur 230 pieux de 60 cm à 1,3 m de diamètre et d'une profondeur de 10 à 15 m.

En outre, les bétons produits par l'industriel local Vicat dans la centrale de Moûtiers, à quelques kilomètres en amont du lac d'Aiguebelle, sont triplement vérifiés avant d'être banchés : en sortie de centrale, par l'entreprise Léon Grosse et par EDF. Ce matériau a en particulier servi à reconstituer un coffrage dense autour du blindage de la turbine. Au total, cet ouvrage nécessitera 15 000 m³ de béton.

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