Travaux souterrains Quand la montagne stocke de l énergie
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- Marc Nolet
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1 Architecture & technique Travaux souterrains Quand la montagne stocke de l énergie La centrale de pompageturbinage de Nant de Drance s appuiera sur les flux créés entre deux lacs. D ans le canton du Valais, un chantier titanesque va donner naissance à l une des infrastructures énergétiques les plus importantes de Suisse : la centrale de Nant de Drance. Celle-ci sera mise en service en 08, après dix ans de travaux. Son principe? Utiliser la différence de niveaux entre les lacs existants du Vieux- Emosson et d Emosson (300 m environ) pour produire et stocker de l électricité (voir schéma ci- dessous). Avec une puissance installée totale de 900 MW, ce nouvel équipement produira environ,5 milliards de kwh par an. Il doit permettre de stabiliser le réseau électrique suisse et européen, et ainsi garantir la sécurité de son approvisionnement. «Lorsque les besoins en électricité sont importants, l eau du Vieux-Emosson chute, via deux puits verticaux de 40 m, dans la centrale souterraine où elle est turbinée avant d être rejetée dans le lac d Emosson, explique Gérard Seingre, directeur général des travaux de la société Nant de Drance créée spécialement pour le projet. A l inverse, quand le réseau électrique est excédentaire, l eau du lac de retenue aval est pompée vers le lac amont. Le passage du turbinage au pompage s effectue en moins de dix minutes.» 7 km de tunnels,7 million de m 3 de déblais m 3 de béton Nichée à 695 m d altitude, au cœur du massif des Aiguilles Rouges, la «caverne des machines» constitue le cœur de la centrale de Nant de Drance (voir p. 58). Située sous une couverture rocheuse maximale de 600 m environ, elle est, avec ses 94 m de long, 3 m de large et 5 m de haut, «la plus importante de ce type en Europe», selon le responsable du chantier. Au total, 7 km de tunnels pour les galeries d accès et d amenée, la ventilation ont été creusés à l aide d un tunnelier Herrenknecht (4 m de long pour 9,5 m de diamètre) et de 600 tonnes d explosifs. «Nous n avons pas rencontré de problème avec la géologie du site. Globalement, nous avons eu affaire à des roches de bonne qualité (orthogneiss, métagrauwacke, granit ). Nous avons toutefois contrôlé la radioactivité naturelle du massif et pris les mesures qui s imposaient : extraction des roches les plus radioactives ou projection de béton sur les parois des galeries», souligne Gérard Seingre. Barrage sous surveillance. Les risques hydrogéologiques étaient davantage prégnants. Le forage des tunnels dans le massif a eu pour effet de drainer les eaux souterraines, jusqu à menacer de surcharger le barrage aval, lequel était sous surveillance constante. «Nous avons mis dix mois pour traverser les 300 m de la faille de la Veudale. La pression hydrostatique autour de la galerie pouvait atteindre 3 bars. Nous avons procédé à des forages de reconnaissance à l avancement et nous avons réalisé, au total, près de 0 km d injections de coulis de ciment pour créer une voûte étanche autour du tunnelier, et ainsi réduire la pression hydrostatique», indique le responsable. Les phénomènes de convergence étaient également significatifs : jusqu à 40 cm sur le diamètre. Région montagneuse oblige, la configuration du site complexifie la logistique du chantier. Les apports en matériaux étant difficiles, une partie des,7 million de m 3 de déblais est recyclée in situ pour la fabrication des bétons, le reste étant mis en dépôt sur place. Les conditions météorologiques sont aussi contraignantes. «Le chantier est fermé durant l hiver et, à chaque épisode neigeux, des avalanches sont déclenchées par des tirs de mine», précise Gérard Seingre. Provoquer les éléments sans attendre qu ils ne se déchaînent eux-mêmes Anthony Laurent. Lac du Vieux-Emosson. Puits verticaux 3. Cavernes (machines et transformateurs) 4. Galerie d amenée 5. Lac d Emosson 5 m niveau max. 80 m niveau min. 695 m 45 m 3 3. Galerie d accès principal depuis le village du Châtelard. Galerie d accès et ventilation 3. Galerie d accès aux installations supérieures 50 m m 930 m niveau max. 830 m niveau min. 80 m NANT DE DRANCE SA Maîtrise d ouvrage : Nant de Drance SA. Maîtrise d œuvre : Nant de Drance SA. Bureaux d ingénieurs : ÅF-Consult (conception générale), BG (caverne), Stucky (barrage), Pöyry (galeries), SRP (gestion des matériaux). Entreprises principales : Groupement GMI (Marti et Implenia), Alstom (pompes-turbines), Andritz (chaudronnerie), ABB (transformateurs), Siemens (poste de couplage souterrain). Schéma de principe de la centrale souterraine de Nant de Drance (ci-contre) En rouge : l eau est turbinée lorsque les besoins en électricité sont importants pour fournir de l énergie de pointe. En bleu : lorsque les besoins en électricité sont moindres, l eau est pompée du barrage inférieur vers le barrage supérieur pour stocker l énergie. 54 l Le Moniteur 6 novembre 05
2 La «caverne des machines» est une impressionnante cavité de 94 m de long, 5 m de haut et 3 m de large, située sous 600 m de roche. FRANÇOIS PERRAUDIN 6 novembre 05 Le Moniteur l 55
3 Prises d eau Immersion à 0 m de profondeur Bâtiments techniques immergés, les prises d eau sont des dispositifs de canalisation qui permettent à l eau des lacs du Vieux-Emosson et d Emosson d entrer ou de sortir des galeries hydrauliques avec un débit maîtrisé et modéré. Concernant le lac d Emosson, la structure des prises d eau a été préfabriquée sur place, avant d être acheminée, par flottaison, jusqu à son point d immersion, à 90 m de distance. «Pour ce faire, nous avons d abord immergé le bâtiment, puis nous y avons créé une énorme bulle d air, alimentée en permanence par des injections d air comprimé, ce qui a permis d en supporter 80 % du poids. A l aide d une barge, nous avons transporté, puis ancré la structure par 0 m de profondeur. L opération a duré cinq jours», précise Gérard Seingre, directeur général des travaux. Les prises d eau du Vieux- Emosson, quant à elles, ont été construites directement à leur emplacement définitif, à l abri d un grand remblai. - Les prises d eau du lac d Emosson sont des blocs en béton armé de forme trapézoïdale. - Une barge a acheminé, puis ancré les prises d eau par 0 m de profondeur. 56 l Le Moniteur 6 novembre 05
4 Puits verticaux Deux canalisations de 40 m de haut réalisées au raise drill Les deux puits verticaux de la centrale souterraine exercent une double fonction. D une part, ils permettent à l eau du lac du Vieux-Emosson de chuter jusqu à la «caverne des machines», et ainsi d activer les turbines Francis (avec un débit de 60 m 3 par seconde). D autre part, ils permettent à l eau du barrage d Emosson d être pompée jusqu au lac amont, via la galerie d amenée. Pour réaliser ces canalisations de 40 m de haut et de 7 m de diamètre intérieur chacune, la technique du raise drilling a été mise en œuvre. Après un premier forage pilote, un forage d alésage (de,5 m de diamètre) a été réalisé, à l aide d une tête de coupe montée sur une tige, en remontant sur toute la hauteur du pré-trou. «Cette technique nous a permis d évacuer les déblais, non pas par le haut, mais par le bas des puits, ce qui s est avéré techniquement moins contraignant», explique Gérard Seingre. Le diamètre définitif des puits a été obtenu par minage réalisé à l aide d une plate-forme suspendue puis par bétonnage des parois des canalisations. 3 Forage pilote 40 m Forage d alésage 5 PHOTOS ET SCHÉMA : NANT DE DRANCE SA La tête de coupe utilisée pour le forage d alésage. 4 - Le raise drilling consiste à réaliser un pré-trou (forage-pilote) avant de forer en remontant le long de celui-ci (forage d alésage). 5 - Au pied de l un des deux puits verticaux, à 600 m de profondeur. 6 novembre 05 Le Moniteur l 57
5 Caverne des machines Un concentré de génie civil sous 600 m de couverture rocheuse La «caverne des machines», qui abrite les équipements de pompage-turbinage, est une impressionnante cavité souterraine. Si les circulations d eau et le risque de séismes sont quasi inexistants, les équipes doivent en revanche composer avec les poussées tectoniques verticales exercées par la montagne. C est ainsi qu une galerie-pilote d une dizaine de mètres de diamètre a d abord été percée sur toute la longueur (94 m), avant d être élargie sur une vingtaine de mètres de part et d autre. Ensuite, la grande voûte bétonnée de la caverne a été réalisée ainsi que deux énormes poutres porteuses, fixées au massif rocheux à l aide de 000 tirants d ancrage actifs. Se sont enfin succédé, durant vingt-huit mois, plusieurs opérations de minage jusqu au pied de la caverne. «Après avoir revêtu les parois de béton projeté, nous construisons la salle des machines proprement dite : une structure de béton armé en forme de fer à cheval composée de plusieurs chambres techniques», indique Gérard Seingre, directeur général des travaux. Hauteur : 5 m Largeur maximale : 3 m - Les opérations de minage ont été réalisées une fois construite la grande voûte en béton surplombant la future «caverne». - La «caverne des machines» abrite une structure de béton armé en forme de fer à cheval, qui hébergera les turbines Francis. NANT DE DRANCE SA FRANÇOIS PERRAUDIN 58 l Le Moniteur 6 novembre 05
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