Sécurité et dimensionnement des vannes papillon
Les exploitants et propriétaires d’aménagements hydroélectriques constatent, au fil du temps, une perte progressive de connaissances et de savoir-faire concernant la conception et le dimensionnement des vannes papillon. Or, ces équipements jouent un rôle essentiel dans la sécurité des ouvrages et de leur environnement. Parallèlement, les avancées récentes en simulation numérique permettent aujourd’hui une analyse beaucoup plus fine des phénomènes transitoires, qui doivent désormais être intégrées de manière systématique dans le dimensionnement de ces organes de sécurité.
C’est dans ce contexte qu’a été lancé le projet WhiteButterfly, un projet OFEN P+D soutenu par l’Office fédéral de l’énergie. Son ambition principale est de renforcer durablement la sécurité des aménagements hydroélectriques en reconstituant, structurant et diffusant les connaissances essentielles liées aux vannes papillon.
Objectifs du projet
Le projet vise à élaborer un livre blanc, mis gratuitement à disposition des propriétaires et exploitants d’aménagements hydroélectriques. Ce document de référence décrira une méthodologie claire et rigoureuse permettant :
- d’établir un cahier des charges complet et cohérent pour la conception d’une vanne papillon,
- de définir les éléments de preuve attendus de la part des constructeurs afin de valider la conception et le dimensionnement auprès du maître d’ouvrage,
- de soutenir les exploitants dans la vérification de l’aptitude au service de vannes papillon existantes.
Approche et organisation des travaux
Le projet s’articule autour de trois axes complémentaires :
- Études à l’échelle du modèle
Cet axe vise à définir le cadre méthodologique des études numériques, en précisant les hypothèses, les paramètres et les limites de validité des calculs. - Validation à l’échelle réelle
L’approche développée est validée par une comparaison systématique entre mesures expérimentales et résultats de simulation sur une vanne réelle. - Rédaction du livre blanc
Le livre blanc synthétise l’ensemble des résultats et propose des spécifications techniques destinées à garantir la sécurité des ouvrages et de leur environnement.
La structure du livre blanc, définie dès la première année du projet, adopte une approche pragmatique inspirée des normes SIA. Un diagramme de référence guide le lecteur à travers toutes les étapes clés, depuis l’étude de faisabilité jusqu’aux essais de mise en service d’une vanne papillon.
Analyse de risques et cas de charge
Le projet a débuté par une analyse de risques approfondie, permettant d’identifier les éléments critiques d’un aménagement hydroélectrique. Cette analyse constitue la base pour définir les cas de charge à considérer, tant pour le dimensionnement d’une nouvelle vanne que pour l’évaluation de l’aptitude au service d’une vanne existante.
Cas d’étude
La vanne du site de Péroua a été retenue comme référence. D’un diamètre de 3 mètres, elle est située sur un aménagement de Grande Dixence et assure un rôle de sécurité entre le bassin d’accumulation de Fionnay et l’usine de Nendaz.
Une vanne modèle réduite (diamètre 150 mm, échelle 1:20) a été conçue, fabriquée et installée sur le banc d’essai de la HES-SO afin d’étudier le comportement de la vanne avec et sans le phénomène de cavitation.
Écoulement sans cavitation, vitesse débitante 2.6 m/s, angle 60° (90° = ouvert) :
Écoulement avec cavitation, vitesse débitante 2.6 m/s, angle 60° (90° = ouvert) :
