III.3. AMENAGEMENT HYDROELECTRIQUE
D'une manière générale,
l'aménagement hydroélectrique a pour rôle de
prélever les débits dans lesquels l'énergie hydraulique
correspondant à la hauteur de chute est transformée en
énergie électrique. Il existe une grande diversité
d'aménagements qui se ramène aux trois variantes à savoir
:
- Aménagement à accumulation d'eau
- Les barrages de pompage ou turbinages
- Aménagement par dérivation.
Pour Busanga nous opterons pour un aménagement à
accumulation d'eau : un lac naturel ou artificiel permet de retenir l'eau et de
l'accumuler en vue des périodes d'étiage ou pour l'utiliser au
moment où la demande d'énergie est particulièrement
importante.
La chute peut être celle provoquée par le barrage
à accumulation (usine au pied du barrage) mais en général,
elle est plus importante pour réguler la masse d'eau (constance).
Ce site qui a été choisi pour installer une
centrale remplis les conditions primordiales
entre autre :
- De l'eau en quantité suffisante avec un débit
régulier : débit moyen de 140 m3/sec.
- Une chute moyenne avec un débit moyen
- chute brute maximum de 137 m - chute brute minimum de 125 m
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- une roche dure et solide que présentent les fosses du
Katenda (roche compétente en socle)
III.3.1. Le barrage
Le type de barrage à construire dépend des
conditions hydrauliques du cours d'eau que l'on veut utiliser.
Pour le profit Busanga, il a été opté la
construction d'un barrage - voûte en béton qui sera fortement
incurvé en plan, de sorte qu'il transmettra une partie importante des
efforts aux flancs de la vallée. Les courbes de niveau de la roche
doivent être parallèles à l'axe de la vallée ou
mieux, légèrement convergente vers l'aval.
III.3.1.1 Emplacement du barrage
Topographiquement, le site se présente bien pour
l'implantation d'un barrage-voûte avec un niveau du couronnement, le
rapport L/H varie entre 1,6 et 2,0 pour les 4 emplacements
étudiés (tableau3.3).
La fondation des ouvrages sur la roche définie par la
mission géophysique au dessous du niveau 800 et correspond aux toits des
terrains ayant des vitesses de 3200 à 3500m/sec. En dessous du niveau
800, il a été admis que les arcs devraient s'appuyer sur le
rocher situé à 5 m en dessous au terrain naturel.
Les caractéristiques des barrages des quatre
emplacements examinés sont résumées dans le tableau
suivant : Sur la figure ci-dessus les volumes de béton (a) et
d'excavation sont calculés avec une profondeur de fouille de 5m comme
dans le projet de 1959.
(b) les volumes de béton et d'excavation sont
calculés en admettant qu'au dessus de la côte 800 le niveau de
fouille correspond au toit des vitesses 3,20-3,50 m/sec et qu'en dessous de la
côte 800, les excavations auraient une profondeur de 5m.
Le rayon doit avoir moins de 200m pour que cet effet soit
effectif, mais la méthode la plus simple est basée sur la formule
du tube établie par Mariotte5 (1673) et on montre par
Naier6 en1826 : elle consiste à partager le barrage en anneau
qui résiste à la pression den l'eau qui lui est directement
appliquée, cette pression p ayant une valeur en MPa (Méga
Pascal), égale à la profondeur h en mètre à son
niveau. Cette formule dite « du tube » donne la contrainte moyenne t
en MPa, e étant l'épaisseur de l'arc en mètres et R le
rayon de courbure en mètre.
5 Physicien-Mathématicien Français
17° Siècle
6 Ingénieur Constructeur Hollandais
19° Siècle
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(3.3)
Cette formule oblige à des adaptations pour obtenir les
contraintes réelles dans la voûte en raison pour citer dans les
encastrements de la structure dans ses fondations.
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Tableau 3.3. Caractéristiques de
différents emplacements du barrage
étudiés
|
Caractéristiques
|
Emplacement retenu
|
|
1959(a)
|
1(b)
|
2(b)
|
3(b)
|
4(b)
|
|
Longueur L [m]
|
219,8
|
245
|
236,6
|
274,4
|
228,2
|
|
Hauteur max [m]
|
140
|
140
|
140
|
140
|
140
|
|
Rapport L / H
|
1.57
|
1.75
|
1.69
|
1.96
|
1.63
|
|
Volume du béton [m3]
|
144.000
|
163.000
|
207.000
|
234.000
|
195.000
|
|
Volume excavation [m3]
|
63.500
|
67.200
|
70.500
|
84.000
|
72.000
|
|
Rayon couronnement [m]
|
140.00
|
140.00
|
160.00
|
160.00
|
140.00
|
|
Epaisseur crête ec [m]
|
4.00
|
4.60
|
4.60
|
4.60
|
4.00
|
|
Epaisseur minimum à la base [m]
|
15.30
|
15.30
|
18.25
|
18.25
|
15.30
|
|
Epaisseur moyenne [m]
|
16.40
|
16.40
|
19.65
|
19.65
|
16.40
|
|
Ouverture de l'arc moyen
- niveau 880
- niveau 760
|
85°
68°
|
96°
60°
|
86°
45°
|
101°
44°
|
111°
57°
|
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Figure3.1 Emplacement du
barrage, ouvrages d'amenée et principes des efforts
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