Les barrages

Les barrages
1. définition
2. Une avancée technologique
– Origines des barrages
– Évolution des barrages
– Les barrages de nos jours
3.Les barrages hydroélectriques
– Principe
– Utilités
– rétrocontrôle
Conclusion.
Depuis la nuit des temps l'homme cherche a maitriser les éléments, comme le
feu , l'eau , le vent grâce a des procéder qui ont évoluer a travers les ages comme par
exemple le barrage, alors qu'aujourd'hui nous possédons des barrages hydroélectrique
qui sont quasiment automatisé grâce au principe de rétrocontrôle que l'on va étudier
aujourd'hui .
Définitions
Un barrage est un ouvrage dit d'art construit au travers d'un cours d'eau et destiné à
réguler le débit d'eau ou stocker l'eau pour différents usages tels que:
- le contrôle des crues
- l'irrigation
- l'industrie
- l'hydroélectricité
- la pisciculture
- les réserves d'eau potable
Il existe aussi différents types de barrages:
-Le barrage submersible, on parle plutôt de chaussée, seuil ou de digue ; ce dernier
terme est également préféré à celui de barrage lorsqu'il s'agit de canaliser un flot et
non de créer une étendue d'eau stagnante.
-Le barrage fluvial permet lui par exemple la régulation du débit d'une rivière ou d'un
fleuve (favorisant ainsi le trafic fluvial), l'irrigation des cultures, une prévention
relative des catastrophes naturelles (crues, inondations), par la création de lacs
artificiels ou de réservoirs. Un barrage autorise aussi, sous certaines conditions, la
production de force motrice (moulin à eau) et d'électricité , on parle alors de barrage
hydroélectrique.
I/Origines des barrages
Le barrage le plus ancien crée par l'Homme serait un barrage poids construit près de
Jawa, en Jordanie, vers la fin du 4e millénaire avant J.-C .
A l'origine ces barrages servaient a réguler le courant du fleuve comme Le Nil en
Égypte
par exemple Hérodote cite un barrage construit par le pharaon Ménès, fondateur de
la première dynastie, à Kosheish, pour alimenter la ville de Memphis. Un barrage
d'une longueur de 115 mètres fut construit dans la vallée de Garawi en Égypte vers
3000 av. J.-C.
On peut ensuite voir apparaître les barrages romains comme celui de Proserpina et
celui de Cornalvo dans la région de Mérida en Espagne,construits vers 25 avant J.-C.
Mais les barrages se sont principalement développé pendant le Moyen Âge ou ceuxci servaient a irriguer les moulins en eau . Il semble qu'ils aient parfois pu s'appuyer
sur des sédiments accumulés en amont d'embâcles naturels, ou sur les lieux de
barrages de castors comme par exemple:
• le barrage en terre
• Ils sont construits avec des matériaux naturels collectés à proximité du barrage
(terre argileuse, roche, pierre). Leur construction est particulièrement
économique . En raison de la stabilité de la plupart des matériaux terreux
agglomérés en pente douce, il est nécessaire que la base de ce type de barrage
soit de quatre à sept fois plus large que sa hauteur. Les barrages en terre
conviennent lorsque la roche en place est recouverte d'une épaisse couche
d'alluvions qu'il serait trop coûteux à retirer. Par exemple, le haut barrage
d'Assouan sur le Nil a une hauteur de 111 m et une longueur de 3 600 m; il est
essentiellement construit à base de sable .
Ensuite grâce à la technologie qui a évolué, de nombreux types de barrages sont
apparut a partir de la Renaissance ,
▪ Le barrage a enrochement
le barrage a enrochement peut être constitué soit uniquement d'un matériau
imperméable , tel que l'argile , soit avoir un noyau central imperméable , vertical ou
incliné , compris entre des massif d'appui ou de protection , ce massif peut être fait de
matériaux plus perméables , tels que le gravier sableux .
Viens ensuite le 19ème siècle et plus précisément fin 19ème pour que les premiers
grands barrages fassent leurs apparitions, des types de barrages différents existent
donc, voici ces types de barrages :Viens ensuite le 19ème siècle et plus précisément
fin 19ème pour que les premiers grands barrages fassent leurs apparitions, des types
de barrages différents existent donc, voici ces types de barrages :
▪ Le barrage-voûte
C'est un ouvrage particulièrement élégant; en raison de la forme arquée du barrage,
horizontalement et verticalement, la poussée de l'eau est reportée sur les flancs de la
vallée.
▪ Le barrage poids
Le barrage-poids a une structure à profil triangulaire, avec une très large base et est
affiné vers le haut. Le côté en amont est pratiquement vertical. La stabilité et la
résistance à la pression d’un tel barrage sont assurées par son propre poids, qui
l’empêche de basculer ou de glisser sur sa base. En raison de leur poids, afin d'assurer
une bonne stabilité, les édifices de plus de 20 m de haut sont souvent construits sur
des fondations rocheuses .
▪ Le barrage à contreforts
Un barrage à contreforts comporte un mur étanche, appelé masque plan amont ou
plate-forme et une série de renfort, ou murs triangulaires verticaux régulièrement
espacés qui sont construits pour supporter la plate-forme et redistribuer la poussée de
l'eau vers les fondations. Le mur étanche est généralement très incliné vers l'aval, afin
que le poids de l'eau plaque le barrage contre le terrain qui le supporte. Le poids de
l'eau retenue par le barrage permet ainsi de compenser sa relative légèreté.
Ce type de barrages n'est effectivement pas très lourd comparé aux barrages-poids,
car sa construction ne requiert que 35 à 50 % du béton utilisé dans ces-derniers.
Cependant, ces barrages-ci ne sont pas forcément moins coûteux que les barragespoids à cause du coût des ouvrages à forme complexe et de l'installation en acier
utilisée pour les consolider
Aujourd'hui, on estime qu'il existe dans le monde plus de 800 000 barrages, dont 45
000 sont considérés comme des grands barrages (hauteur supérieure à 15m), et plus
de 1 600 grands barrages sont encore en construction. D'ailleurs, à ce jours, près de la
moitié des fleuves dans le monde compte au moins un grand barrage , mais la
création d'autant de barrages a un but , comme :
• Régulation du débit d'une rivière ou d'un fleuve(favorisant ainsi le trafic
fluvial)
• Irrigation des cultures
• Réserve d'eau potable
• Prévention relative des catastrophes naturelles (crues, inondations), par la
création de lacs artificiels ou de réservoirs
• Production de force motrice (turbine) et d'électricité (on parle alors de barrage
hydroélectrique)
D'ailleurs les barrages hydroélectriques sont de nos jours un grand apport d’énergies
renouvelables
II Les barrages hydroélectriques
Un barrage hydro-électrique est un ouvrage d'art pouvant prendre des dimensions
considérables. En s'opposant à l'écoulement naturel de l'eau, le système permet
d'emmagasiner de l'énergie potentielle de pesanteur. Celle-ci sera transformée en
énergie électrique par la chute de l'eau sur des turbines reliées à des alternateurs.
D'ailleurs en fonctions de la position géographique de ces ouvrages du type de cours
d'eau, de la hauteur de la chute, de la nature du barrage et de la situation par rapport à
l'usine de production électrique, diverses catégories d'installations hydro-électriques
sont utilisées .
Voici cependant les 3 principales:
• De lac ou de haute chute
Présence dans les sites de haute montagne
Débit faible et dénivelé très fort (chute supérieure à 300 m)
Le barrage forme un lac de retenue en s'opposant à l'écoulement de l'eau et
l'électricité est produite lorsque les vannes sont ouvertes , La production peut
donc être variable en fonction de la demande
Les turbines utilisées sont de type Pelton (la vitesse de l'eau )
• D'éclusée ou de moyenne chute
Présence dans les sites de moyenne montagne ou de bas relief
Débit moyen et dénivelé assez fort (chute entre 30 et 300 m)
Les turbines utilisées sont de type Francis (pression de l'eau )
• Au fil de l'eau ou de basse chute
Présence sur le cours de grands fleuves ou de grandes rivières
Débit très fort et dénivelé très faible (chute inférieure à 30 m)
Le barrage ne forme pas de retenue d'eau et l'électricité est produite en temps
réel , la production dépend principalement du débit du fleuve
Les turbines utilisées sont de type Kaplan (gros débit )
le fonctionnement des barrages hydroélectrique peut être expliquer assez simplement
grâce a ce schéma .
Voici donc le fonctionnement par étapes de ce système de barrage .
1/L'eau s'accumule et forme un lac de retenue car le barrage s'oppose à
l'écoulement naturel de l'eau.
2/L'eau s'engouffre dans de longs tuyaux appelés conduites forcées lorsque les
vannes sont ouvertes.
3/L'eau est conduite vers la centrale hydraulique située en contrebas. Cette
centrale se met en marche selon un programme pré-défini qui lui est propre et qui
dépend des besoins en électricité. Dans cette centrale, la force de l'eau fait tourner
une turbine, qui à son tour, fait fonctionner un alternateur qui produit un courant
électrique alternatif.
4/L'eau turbinée qui a perdu de sa puissance est rejetée dans le cours d'eau par un
canal de fuite.
5/La tension du courant électrique produit par l'alternateur est élevée à l'aide d'un
transformateur. L'électricité est ensuite distribuée par les lignes à haute et très haute
tension.
On voit donc dans ce système une utilisation écologique et utile de l'eau , qui va nous
servir a crée de l’électricité tous en régulant la quantité d'eau présente dans la réserve.
Venons en donc à la notion de rétrocontrôle ,qui consiste à contrôler le débit de
l'eau en fonction de la tension fournie par le moteur afin d'obtenir une tension
constante en sortie .
On utilise donc le moteur de la même manière qu'une dynamo ,et on dit que la
tension fournie est continue .Afin de réguler le débit de l'eau en fonction de la tension
on utilise un servo-moteur ,dont la plage de rotation s'étend de 0 à 180° .En entrée on
retrouve donc une tension relevée par un voltmètre qui ,une fois traitée par le
microcontrôleur ,va permettre de définir la position que doit prendre le servomoteur .Donc lorsque le servo-moteur est en position à 0° ,cela correspond à la
position ouverte de la vanne et lorsque le servo-moteur est en position à 90° ,cela
correspond à la position fermée de la vanne .En conséquence si le débit est faible ,le
courant délivré l'est également ,l'ordre «ouvrir la vanne» est alors envoyé au servomoteur afin que celui ci ouvre la vanne ,ce qui correspond à la position ouverte de
celle ci .Et inversement ,si le débit est trop élevé ,la tension l'est aussi et par
conséquent le microcontrôleur envoie l'ordre «fermer la vanne» ,ce qui correspond à
la position fermée de la vanne .En somme ,l'ouverture ou la fermeture de la vanne est
contrôlée par un signal électrique qui ,selon sa durée ,correspond à un angle
d'ouverture .Par exemple ,sur une plage de 20ms ,si le signal dure 0,5ms ,cela
correspond à la position 0° du servo-moteur ,si le signal dure 1ms cela correspond à
la position 45° et enfin si le signal dure 1,5ms cela correspond la position 90° .
On peut donc en conclure que tout le contrôle se fait grâce a un moteur qui adapte
plus ou moins l'ouverture des vannes en fonction du courant en sortie de turbine pour
l'adapter a un débit et une tension optimale, ce système utilise donc sous un format
miniature un moteur pas-à-pas .
Notre projet
Notre projet consiste à créer un mini barrage hydroélectrique afin de travailler sur
le principe de rétrocontrôle qui permet au barrage de réguler le débit d'eau. Nous
avons donc créer un boîtier dans lequel nous avons insérer une hélice qui va nous
permettre de créer une source d'électricité.
Au départ nous étions partis sur un principe dans lequel l'eau passait d'un abc a
l'autre mais était sécuriser par une vanne , le deuxième bac
contenant deux capteurs de niveaux d'eau , dont nous nous serions servit comme d'un
minimum et d'un maximum pour gérer le débit d'eau.
Finalement nous somme parti sur un boitier contenant une hélice , dans laquelle
l'eau s’écoulerait grâce a un tuyaux directement a partir du robinet , et en fonction de
la tension fourni , un moteur pas-a -pas aurait plus ou moins ouvert ou fermer le
robinet , mais ce système étant assez compliquer a mettre en place notre professeur a
déconseiller de le faire
Nous voulions que nôtre barrage respecte les normes écologiques qui devraient
normalement être mis en vigueur pour tous les barrages. Après avoir créer notre
barrage et le principe hydroélectrique, nous n'avons pas eu le temps de créer le
système qui nous auraient servi à contrôler le débit d'eau. Mais nous avons quand
même essayer de faire le codage de ce système , et nous excusons pour ce retard .
Bibliographie :
Wiki Unité construction - Pr GC 0607 - Introduction Aux Barrages
Swiss Committee on Dams - Les barrages et les digues
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_hydro%C3%A9lectrique
http://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage
Nomenclature
Boitier
Hélice
Planche de soutien
Fiche de synthèse
Lang Dylan
Bonjour je m'appelle Dylan Lang et je fais parti du projet qui concerne le barrage
hydroélectrique. J'ai désiré travailler sur ce projet car de nos jours l'étude de ce
système est fondamental dans le domaine de l'écologie et donc du futur de nôtre
planète.
Sur ce projet, j'ai essentiellement travaillé sous un programme de DAO,
solidworks, afin de modéliser les pièces dont nous avions besoin pour le projet mais
aussi pour nous donner une idée finale du projet grâce à l'assemblage fait également
par solidworks. La modélisation sous solidworks s'est faite sous des pièces telle que
l'hélice, le boitier contenant l'hélice ou bien encore la planche de support. Mais le
plus difficile restera la conception du boitier contenant la pâle car nous avons
rencontré quelques difficultés durant l'assemblage comme par exemple avec le
problème de l'épaisseur : pour expliquer de façon brève, les plaques de PVC dont
nous disposions n'étaient pas suffisamment épaisse pour, en en enlevant de la
matière, faire rentrer une hélice avec assez de surface pour pouvoir tourner autour
de son axe au moment ou l'eau tomberai dessus. Il a donc fallu mettre plusieurs
plaques en liaison encastrement pour pouvoir ainsi y mettre l'hélice.
J'ai également participé à toute la partie construction et test de fonctionnement
après l'usinage des pièces pour ainsi finaliser le projet. On peut dire que la partie
consacré au test n'a pas été des moindre étant donné qu'il a fallu vérifier si la force
du déplacement de l'eau étant suffisante pour faire tourner l'hélice et ainsi pouvoir
imaginer recevoir une certaine quantité d’énergie. Ce qui est dommage, c'est que par
faute de temps, nous n'avons pas réussi à faire entièrement le projet que nous
voulions initialement en y incluant des capteurs de niveau d'eau. Notre problème de
temps est dût à la programmation des capteurs qui était trop compliqué pour nôtre
niveau actuel.
Sinon je peux conclure en disant que j'ai apprécié ce projet car il m'a permis de
suivre un projet dans sa totalité en partant d'une idée, d'une conception sur
solidworks et enfin de la fabrication.
Vanesse Benjamin
Je m’appelle Vanesse Benjamin . Je fait parti du projet sur le barrage
hydroélectrique
car je pense que cet ouvrage pourra être d'une grande utilité pour le future de notre
planète , d'un point de vue écologique .
Sur ce projet , j'ai participé a l'élaboration de certaines pièces sous Solidworks
mais aussi a tous le travail de conception de pièces sur papier , en faisant les croquis
et en réfléchissant aux matériaux a utiliser pour la création de ces pièces comme par
exemple trouver un plastique assez léger pour la pâle mais aussi assez épais pour ne
pas avoir un axe trop mince, ou alors trouver une bonne matière pour le support ,
ensuite après avoir trouver toutes les contraintes techniques .
Travailler sur ce projet m'a plus car je m’entend très bien avec mes camarades , et que
cette activité nous a permit de travailler notre coordination et notre travail d'équipe .
Nous avons aussi eu pas mal de difficulté a surmonter comme le fait que nos plaques
de PVC n’était pas assez épaisse , ainsi que le problème du au fait que la partie rétro
contrôle était trop difficile pour des Première selon notre professeur , sachant que au
début nous voulions partir sur deux capteurs de niveau d'eau dans un bac et gérer le
contrôle de l'eau avec une vanne qui remplirait plus ou moins le bac avec les capteurs
, nous avons changer ce projet a mi-parcours du au problème posé par la taille des
bacs
Ce projet nous a permis de travailleur notre physique avec par exemple l’énergie
cinétique pour calculer la puissance nécessaire pour faire tourner notre pale, ainsi que
la partie Si qui elle n'est pas présente dans notre projet par manque de temps .
Je tenais a dire que ce projet m'avait extrêmement motivé , et ma beaucoup plut par
son coté écologique .
Morin Axel
Je vais dans un premier temps vous expliquer la raison de mon choix de sujet qui
est donc le barrage hydroélectrique ou plus généralement les avancées
technologiques de l’Antiquité à aujourd’hui .Dans un second temps je vais faire le
point sur mon rôle dans ce projet.
J’ai donc choisi ce projet car il est tout simplement d’actualité .Depuis plusieurs
années on peut observer un certain « engouement » pour l’écologie et par
conséquent les énergies renouvelables ,cela amenant nombre de débats autour des
différents moyens de produire une énergie que l’on peut qualifier de « propre » .
Concernant le projet ,j’ai pour ma part pensé certaines parties de notre
« représentation » du barrage hydroélectrique ,qui ont ensuite été dessiné ,par le
biais d’un logiciel de dessin assisté par ordinateur (DAO) ,par un membre de mon
groupe ,par exemple la plaque de soutien du boitier .J’ai moi aussi utilisé un logiciel
de DAO afin de dessiner des pièces d’ « ajustement » ou des représentations de
certains éléments qui sont utilisés dans l’assemblage fait grâce au logiciel de
DAO ,auquel j’ai
donc apporter ma contribution .Je me suis également occupé de la mise en place de
différentes configurations de motoréducteurs afin de définir quel rapport de
réduction était le plus approprié à notre « barrage ».Enfin je me suis penché sur la
notion de rétrocontrôle ,qui consiste à contrôler le débit de l’eau afin de fournir une
tension un maximum constante .Malheureusement cette notion reste théorique car
nécessitant des connaissances n’étant pas au programme de première ,nos
professeurs nous ont donc conseillés d’en rester à une explication générale .
En conclusion ,ce projet est une bonne expérience permettant d’appliquer les
différents principes vus en cours et est ,de ce fait ,une bonne préparation au projet
de terminale ,qui se doit d’être plus ambitieux et complexe .