Bonjour, nous sommes le 30/03/2020 et il est 07 h 28.


                                          Epigraphe

 

«Nous souffrons tous, mais nous feignons de ne pas souffrir ; le bonheur imaginé, une fois atteint devient

ordinaire et cesse d'être bonheur » Eric Mub., Recueil de réflexion.

 

Dédicace

 

A ma mère bien aimée, madame Espérance NABUNANI MIRINDI,

A ma future épouse, Lisa BAGALWA MUKYALA,

A ma progéniture, A mes frères et sœurs.

 

Remerciement

Le présent travail qui marque la fin de notre premier cycle à la faculté des Sciences et

Technologies Appliquées, option Génie Civil à l’Université Libre des Pays des Grands Lacs (ULPGL) en sigle, est le fruit de beaucoup de sacrifices et dévouement de plusieurs personnes que nous ne cesseront jamais de remercier pour leur contribution très louable :

A Jéhovah mon Dieu tout puissant pour son amour, sa grâce et sa protection sans lesquels nous ne serions jamais ce que nous sommes aujourd’hui;

                                  A nos parents KABAGAYA MIRINDI Théophile, BAGALWA Fidele,

NABUNANI MIRINDI Espérance et MUKYALA Joséphine pour leur soutien, leur patience en nos différentes caprices;

                                Aux corps administratif et enseignant de l’Université Libre des Pays des

Grands Lacs (ULPGL)/Goma et plus particulièrement celui de la Faculté des Sciences et Technologies Appliquées dont le Professeur TALLA KISITO Pierre, doyen de la Faculté; l’assistant, Secrétaire Administratif Facultaire et l’ingénieur Olivier BARAKA MUSHAGE; l’assistant appariteur pour leur encadrement scientifique qu’ils ne cessent de nous donner Alain AKWIR NKIEDEL ;

                     Au Prof. DIOUTA………..qui, malgré ses multiples occupations, a consenti de

nous aider en dirigeant le présent travail ;

                                       A nos frères et sœurs : MULUMEODERWA KABAGAYA Thierry,

KATCHINGA KABAGAYA Tony, MATABARO KABAGAYA Tarcisse,

KABAGAYA MIRINDI Thomas et notre fille cadette WANI KABAGAYA Tadine

pour leur respect et leur amour fraternel;

                 A nos oncles et tantes pour leurs soutiens financier et/ou moral;

                             A tous nos cousins et cousines chacun par son nom, nos amis proches ou

lointains, nos frères et sœurs spirituels, toute personne qui, d’une manière ou d’une autre, a contribué pour la réalisation de ce travail ;

Que tous vous trouviez au travers de ces mots notre sincère gratitude, et puisse Dieu Jéhovah vous combler de ses bénédictions.

 MUBALAMA MIRINDI Eric

Reconnaissance

 

Ce mémoire en vue de l’obtention de mon diplôme d’Ingénieur Civil de constructions n’aurait pu être réalisé sans le concours et commentaires précieux de nombreuses personnes à l’intérieur de l’Université Libre des Pays des Grands Lacs en sigle « ULPGL » à Goma.

La contribution de ces personnes et de différentes institutions du monde suivant a été particulièrement expressive :

Nous remercions sincèrement le Professeur DIOUTA qui a accepté de diriger ce travail dès sa conception jusqu’à la fin. Nous remercions également l’assistant Chérif BISHWEKA BIRYODEKE dont les conseils nous ont aidé à élaborer ce travail ;

Nos remerciements s’adressent aussi au bureau du Territoire de Kalehe, à IRC Tuungane à Kalehe représenté par Monsieur Paul MWEDANGA qui a accepté de nous fournir des données et voire même quelques appareils nous permettant à la réalisation de ce travail.

Nous remercions également NABUNANI MIRINDI Espérance et BAGALWA MUKYALA Lisa respectivement notre maman et ma future épouse de leurs contributions spéciales.

Enfin, la contribution de nos camarades et amis : JOSHI LUANDA Prince,

KABANGE KALALA Alphas, RUYANGE NIHIBANZWE Elisée, IRENGE BAGUMA Raoul, IRENGE MUDINGA Jean, KULIMUSHI CIRIMWAMI Erasme, etc. de leurs

soutiens.

 

MUBALAMA MIRINDI Eric

Avant - propos

 

La vie de l’homme a toujours besoin de choses pour son cadre idéal; ce cadre idéal, l’environnement se sent totalement concerné par les activités de l’homme.

 

L’homme voulant mener une bonne vie, a besoin du courant électrique pour faire la cuisson ; pour charger nos appareils cellulaires ; faire tourner ou fonctionner nos ordinateurs, les machines des usines ; etc. A l’ère où nous en sommes, la vie de l’homme et tributaire de l’électricité.

 

C’est dans l’optique d’une MCH que nous avons choisi ce sujet de l’Aménagement d’une MCH, car il constitue la clé pour le développement d’un pays; d’où sa construction est importante.

 

Vue l’importance de cette MCH, étant donné qu’il y a la population qui se développe autour  de cette rivière avec une grande vitesse, y compris les bureaux du territoire de Kalehe et la chefferie ; nous a interpellé à proposer un travail de fin du Second cycle pour l’Aménagement de la MCH.

 

 

 MUBALAMA MIRINDI Eric.

 

 

Sigles et abréviations

 

 

MCH : Microcentrale Hydroélectrique

KW : Kilo Watt

MW : Méga Watt

LPE : Loi sur la Protection de l’Environnement

CS : Centre de Santé

EP : Ecole Primaire

ES : Ecole Secondaire

GTZ : German Technical Cooperation (Coopération Technique Allemande)

P : Poids du barrage

W : La pression hydrostatique

S : Réaction du sol

BCZ : Bureau Central de la Zone de Santé

RD Congo ou RDC : République Démocratique du Congo

SNEL : Société Nationale d’électricité de la République  Démocratique du

Congo 

                       SODERZA : Société de Développement Rural au Zaïre (Zaïre c’est l’ex-nom

de la République Démocratique du Congo)

               CDI : Communauté de Développement Intégré de Kalehe

 

INTRODUCTION

0 .1 .CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE

En un siècle, l’énergie est devenue de l’ensemble de notre système de production et par conséquent, un jeu économique de la plus haute importance.

Il ne se passe pas un jour sans que nous utilisions l’énergie électrique, c’est un moyen indispensable pour notre développement présent et futur.

Malheureusement, la population congolaise croupis toujours dans le noir, hors le pays regorge d’innombrable potentialité électrique. 

 

Ainsi, il ya lieu d’observer même dans les villes et grandes villes de la RD Congo une coupure intempestive du courant électrique qu’on appelle dans le jargon Congolais et en particulier Bukavien « dahulage » qui est devenu monnaie courante.

C’est le cas de notre province d’étude, le Sud-Kivu, elle aussi, ces ressources restent toujours non exploitée. En effet, son territoire de Kalehe qui fait l’objet d’étude couvre une superficie de 4082,25km2 et sa population est de 485 320 d’habitants selon les recensements de l’an 2007 qui sont des consommateurs potentiels, étant donné que le courant est quasiinexistant dans le territoire peut être sauf dans MBINGA NORD à Minova et d’autres petits endroits isolé.

Le Sud-Kivu a des avantages frontaliers avec le Rwanda et Burundi qui pourraient permettre les transactions commerciales. Cela étant, la province pourrait plus profités des blocs économiques tels que la Communauté  Economique des Pays des Grands Lacs (CEPGL) pour valoriser son secteur énergétique. 

 

De ce fait, nous avions voulu travailler sur ce projet d’Aménagement de la MCH pour apporter notre contribution intellectuelle à notre chère patrie qui est la RD Congo, pour améliorer le service électrique

Cependant, nous tâcherons de répondre aux questions ci-dessous :

      Comment peut-on pérenniser une énergie électrique ?

      Quel genre d’énergie dont on a besoin et qu’elle est son utilité ? 

 

0.2 HYPOTHESE

S.H. KINYAMBA affirme que : « l’hypothèse est une série des réponses qui permet de prédire la vérité scientifique vraisemblablement au regard des questions soulevées par la problématique et dont la recherche vérifie le bien ou le mal fondé ».[1]

« Une hypothèse est une réponse anticipée ou provisoire à une question posée. Elle se présente comme une réponse possible à la question que c’était posé le chercheur et consiste à supposer l’existence d’une relation telle que la présence ou la modification  de l’un entraînera la présence ou la modification de l’autre et l’expliquera ».[2]

Eu égard à notre problématique, nous émettons les hypothèses ci-après :

      Une meilleur gestion de cette énergie, éviter le gaspillage inutile de l’énergie et la maintenance de ses installations pourront faire que notre énergie se pérennise. D’après la Banque Mondial, la plupart des populations pauvres dépensent 12% de leur revenu total pour l’énergie, ce qui représente plus de 4 fois ce que dépense une famille à revenu moyen dans les pays développés.

      Le seul problème qui est là, et que l’énergie s’épuise, or les gisements étant peu nombreux, les besoins étant nombreux, nous devons donc recourir à une solution durable, l’énergie renouvelable. Les énergies renouvelables doivent être utilisées comme l’élément essentiel menant à un développement durable des régions sousdéveloppées.

La Microcentrale hydroélectrique étant une source d’énergie renouvelable, elle convient parfaitement à l’électrification dans les pays en développement ; technologie ayant fait ses preuves pouvant être connectée à un réseau principal, fonctionné de manière autonome ou combinée à un système d’irrigation, elle peut contribuer convenablement à combler les besoins en électricité du monde en développement. En outre, la substitution des sources d’énergies conventionnelles (Biomasse, groupe électrogène, etc.) par des énergies renouvelables comme la Microcentrale Hydroélectrique peut aider à réduire les émissions de gaz à effet de serre (responsable du réchauffement climatique).

 

0.3. CHOIX ET INTERET DU SUJET

Le présent travail constitue une étude de faisabilité d’un projet d’aménagement d’une Microcentrale Hydroélectrique permettant la production décentralisée d’énergie afin de desservir des collectivités isolées, non connectées au réseau de distribution de la SNEL.

Le présent travail s’inscrit dans le cadre de la promotion des projets d’électrification rurale. En tenant compte de compromis entre l’optimum économique, technique et

environnemental, il contribuera de ce fait à l’objectif de la R.D.Congo en matière d’énergie.

Disons, nous abordons un thème d’actualité au regard de la conjoncture mondiale actuelle où la production d’électricité et la réalisation des ouvrages adéquats font de certaines nations, des nations développées.

Chaque pays devrait produire le bien pour lequel il a un avantage dans la modernisation. Néanmoins, cette théorie n’est pas d’application dans notre pays et surtout la mise en œuvre de certains ouvrages est mal connue. En effet, la modernité dans certaine infrastructure de base doit être une stratégie pour le bien de tous.

En plus, nous avons choisi ce sujet pour comprendre les enjeux de dimensionnement d’une centrale hydroélectrique. Cela étant, ce travail constitue une contribution d’éléments de prise de décision pour le potentiel investisseur dans le secteur énergétique (l’électricité) et le choix de la main d’œuvre locale étant donné qu’elle est qualifiée.

Enfin, cette étude est faite pour répondre à l’appel des autorités Congolaises qui veulent suivre à la loupe le mot d’ordre du Président de la République Démocratique du Congo en termes d’électrification et qui fait appel aux compétences intellectuelles et techniques.

 

0.4. OBJECTIFS SPECIFIQUES

Notre travail de recherche poursuit les objectifs ci-après :

-          Faire une étude qui peut conduire à l’amélioration de Service de base en électricité ;

-          Maitre sur pied des ouvrages de Génie Civil pouvant pérenniser la production d’électricité sur la rivière de notre choix de ce travail.

 

0.5. DELIMITATION DU SUJET

Notre sujet porte sur l’aménagement d’une Microcentrale Hydroélectrique (MCH). Le présent travail se focalise sur l’aspect technique d’une MCH bien que les études environnementales, économiques et financières doivent être réalisées au même moment pour

un tel projet. 

Ce travail de fin d’étude du Second cycle d’Ingénieur propose donc un aménagement possible sur le site de la rivière Sangano en partant du dimensionnement des tous les ouvrages nécessitant une MCH jusqu’au choix de la turbine en passant par l’estimation du coût du

projet.

 

0.6. APPROCHE METHODOLOGIQUE

Un travail scientifique est apprécié en fonction de la méthodologie utilisée lors de l’observation, dans la collecte des données, l’analyse  de ces données et même l’interprétation des résultats. Le choix d’une méthodologie approprié est donc crucial et dépendant du chercheur et du domaine de recherche comme l’affirme QUIVY : « la méthode est un ensemble ordonné de principes, de règles et des opérations permettant de faire une analyse en vue d’obtenir des résultats ».[3]

Ainsi pour la rédaction de ce travail, nous avons recouru aux méthodes ci-après : 

1. La méthode expérimentale

Cette  méthode nous a aidés à faire des expériences sur terrain et à récolter les données de notre travail pour une bonne conception et un bon dimensionnement. 

2. La méthode analytique

Celle-ci nous a permis d’analyser, de traiter et d’interpréter les données brutes recueillies au cours de nos recherches. Bref, elle a rendu possible l’examen des différents résultats obtenu.

 

Ces méthodes ont été appuyées par quelques techniques. Or, une technique selon PINTO et GRAWITZ, est un moyen pour atteindre un but, mais elle se situe au niveau des faits ou étapes pratiques. Autrement dit, si la méthode se situe au niveau de l’esprit, la technique quant à elle, se situe au niveau de la pratique.

Pour le besoin de notre étude, nous  avons utilisé les techniques suivantes :  

La technique documentaire

Qui nous a permis le parcours de différents ouvrages nécessaires, de certains site web à l’enrichissement de ce présent mémoire.

La technique d’observation

Elle nous a permis d’observer et de déterminer les caractéristiques des matériaux constituant les roches et le sol sur lesquels on aura à poser nos ouvrages.

 

0.7. SUBDIVISION DU TRAVAIL 

Outre l’introduction et la conclusion générale, la présente étude porte sur deux grandes parties qui sont :

La première partie porte sur l’Approche Théorique contenant à son sein deux chapitres dont le premier chapitre porte sur l’Historique de la Rivière Sangano et sa situation géographique ; et le deuxième chapitre porte sur les généralités des Microcentrales Hydroélectriques, ce dernier contient plus que le rappel théorique, les définitions des principaux concepts de base permettant une meilleure compréhension du sujet traité. 

De même, la deuxième partie porte sur l’Approche Pratique. Cette partie a trois chapitres : la première traite sur l’étude des besoins en électricité des villages proches de cette rivière. Ce chapitre est de nature essentiellement pratique. Les résultats obtenus nous ont permis d’infirmer ou de confirmer les hypothèses du départ. Le deuxième chapitre traite sur les études techniques du site. Ce chapitre porte sur les études géotechniques, topographiques et hydrologiques. Enfin, le dernier chapitre traite sur la conception et le dimensionnement (barrage, dessableur, chambre de mise en charge ou chambre de décantation, canal d’amenée, déversoir, conduite forcée, canal de restitution), faire le choix de la turbine pou finir par faire un métré et devis quantitatif et estimatif du projet.

 

0.8. DIFFICULTES RENCONTREES

Au cours de ce travail, nous nous sommes heurtés aux difficultés ci-après :

      L’indisponibilité de divers documents dans toute la ville de Goma,

      Le manque des travaux antérieurs à la faculté nous éclairant sur notre sujet.

 

 

Première Partie : APPROCHE THEORIQIUE Chap.  I. HISTORIQUE DE LA RIVIERE SANGANO ET SA SITUATION

GEOGRAPHIQUE

 

I.1. BREF APERCU SUR LE TERRITOIRE DE KALEHE

 

Le territoire de Kalehe a été créé par l’ordonnance d’administration générale  N° 10 mettant en vigueur l’arrêté du 28 Mars 1912, l’organisation Territoriale de la colonie en ce qui concerne le District du Kivu, tel que modifié par l’ordonnance d’Administration générale N° 91/AIMO du 23 Avril 1933 et 70/AIMO du 25 Mars 1945, ordonnance N° 21/423 du Décembre 1950.

Signalons que le Territoire de Kalehe n’a pas gardé ses limites géographiques conformément aux dispositions de l’ordonnance N° 68/18 du 12 Janvier 1968 suite à la création du Territoire d’Idjwi en 1974.

 

A l’époque coloniale, le Territoire de Kalehe s’appelait « Territoire de Buhavu », sa première administration fut militaire dirigée par le commandant TOMBEUR vers 1902 à BOBANDANA, le Territoire de Kalehe actuel dépendait du poste militaire de Bobandana.

Par ordonnance N° 91/AIMO du 29 Février 1933 de l’Administration fixant les nombres de dénomination de Chefs-lieux et les limites des territoires du Kivu, l’ordonnance N° 70/AIMO du 29 Mars 1945 fixant dix territoires dans le District du Kivu y compris le Territoire de Kalehe entre en vigueur le 1er Juillet 1945.

Toutefois, le Territoire déborde ses limites ainsi, un poste militaire indépendant fut créé sur l’île d’Idjwi à Nyakalengwa en face de Bukavu par le sous-lieutenant MANET en Février 1914, il y fut fait prisonnier avec son adjoint l’agent FLAMANA, le 27 Septembre 1914. Depuis cette date jusqu’au début de 1917, le Territoire de BUHAVU resta privé du poste de Gouvernement.

En 1917, Monsieur VERHULT reprit le territoire et installa le poste de KITEME au Sud de l’île, puis à MUMPIA au centre ; Monsieur RENAULT l’installa à Kalehe en 1919.

Monsieur FONTAINE Jean sera le 1er Civil à diriger le Territoire de Kalehe, le 04 Juin 1924.

En date du 1er Juillet 1945, le Territoire de Kalehe a été recréé par l’Administrateur Monsieur NORION.

NB : Rappelons que de Février à Septembre, le Territoire de Kalehe a connu plusieurs réformes administratives, d’où la dernière ordonnance est celle N° 68/18 du 12 Janvier 1968.

 

Le Territoire de Kalehe est situé au bord du Lac Kivu qui jalonne le grand fossé tectonique et partage de deux frontières communes :

      Au Nord : Territoire de Masisi et la ville de Goma par le détroit de KATIRUZI

      Au Sud : Territoire de Kabare par la rivière NYABARONGO et le Parc de Kahuzi-

Biéga

      A l’Est : Territoire d’Idjwi par le Lac Kivu et Rwanda-Nkombo par le Lac Kivu A l’Ouest : Territoires de Shabunda et Walikale

 

Le Lac Kivu longe le Territoire de Kalehe sur une distance de 100Km

 

I.1.1. Coordonnées géographique, sol, hydrographie et population du Territoire

 

      Altitude : 1600 à 1900 m

      Superficie : 4082,25Km2

      Climat : Le territoire de Kalehe connaît une alternance de deux saisons : une saison sèche de trois mois qui va de fin Mai à fin Août et une saison de pluie plus longue qui va de Septembre à Mai soit 9 mois.

      Température : La température annuelle varie entre 18° à 22°.

      Pluviomètre : Les précipitations annuelles varient de 1300 à 1680 mm

      Sol : Argileux, sablonneux, argilo-sablonneux, sablo-argileux, humifère-sablonneux. Le sol argilo-sableux se trouvant dans la localité de BUSHUSHU et une partie de

MUNANIRA.

Le sol argileux sur une grande partie des îlots, sur les collines, les montagnes et les versants des certains îlots, le sol est généralement lessivé par l’érosion.

      Relief du sol : Le territoire de Kalehe est situé au bord du Lac Kivu qui jalonne le grand fossé tectonique et son relief est composé spécialement d’une chaîne de montagne de l’Est du Congo.

      Renseignement du sol : Le sol du territoire contient plusieurs minerais dont : l’Or, les cassitérites, l’améthyste, le coltan, le Rubis, le Saphir, la galène, l’agate, le Marbre, les Eaux thermales, la trace de diamant à LUHOHO et la trace de l’Emeraude à Numbi. Il est très fertile à vocation Agro-pastorale dans son ensemble.

      Kilométrage des routes vitales : la route nationale Bukavu – Goma traverse le

Territoire d’une distance de 100Km d’une extrémité à l’autre à partir de la rivière NYABARONGO avec le territoire de Kabare jusqu’à la rivière CHUNGIRI qui

constitue sa limite au Nord avec le Territoire de Masisi, celle de Bukavu – Kisangani, de Miti – Hombo/BUNYAKIRI est de 120Km.

      Végétation : La végétation est la forêt dense, composé des Bambous et d’arbustes. A cause du phénomène de la déforestation, cette forêt dense est en voie de disparition, d’une part par  l’exploitation démographique et d’autres par la rareté de terres arables, le coupe de bois non contrôlé par les réfugiés Rwandais, les déplacés de guerre ainsi que par la population autochtone.

Le territoire présente un sol argileux et très fertile à vocation pastorale dans l’ensemble avec des montagnes qui fournissent des pâturages aux éleveurs de bovins.

      Hydrographie : Il comporte au total 12 rivières principales qui l’arrosent sans oublier le Lac Kivu qui alimente la population riveraine en poissons. Voici les noms de ces

rivières : LUHOHO, THIGANDA, MWABO, NYAMUNENE, NYABARONGO, NDINDI, NYAMASASA, LWANA, EKE, KAHOHO, LUHAHA et LUA.

 

Mais MBINGA-SUD est approvisionné en eau par les sources, ruisseaux et grandes rivières telles que : NYABARONGO, NYAKASHUNGULA, CIBIRA, KANGOLA, NTUNGULU, NDINDI, LUZIRA, SANGANO, NYAMUKUBI, NYMOBONDO, LWANJOKA, etc.

Certaines d’entre elles produisaient de l’énergie hydromécanique pour le fonctionnement des moulins comme SANGANO, etc.

      Population : la population du territoire selon le rapport de recensement de 2007 s’élevait à 485 320 habitants avec une densité de 118,89 habitants par Km2.

 

Notre projet sera exécuté dans MBINGA-SUD. Ce groupement est situé dans la collectivité chefferie de Buhavu. Ce groupement est l’un des 7 groupements qui composent la dite collectivité chefferie. Le territoire de Kalehe comprend 10 localités à savoir : Kasheke, Tchofi, Chibanja, Munanira, Muhongoza, Bushushu, Ishovu, Ihoka, Iko et Ibinja.

Il s’agit d’un groupement côtier du lac Kivu. Ce groupement est limité :

 Au Nord : par le groupement MBINGA NORD

 Au Sud : par le groupement Irambi-Katana en territoire de Kabare

 A l’Est : par le Lac Kivu

 A l’Ouest : par le groupement de Mubugu.

 

Ce groupement contient un certain nombre d’îlots au niveau du Lac Kivu : Ishovu, Ibinga, Iko, Ishoka, cime.

 

I.2. HISTORIQUE DE LA SANGANO

 

D’abord, la rivière tire sa source dans le haut-plateau à Nyakalyamahemba.

Au niveau où Sangano croise la route Nationale, elle traverse la plantation appartenant à l’époque à Henri COLETTE VIANNEY un Belge (Ancien commandant de l’armée CongoBelge : 1940 – 1945).

 Toujours à ce niveau, la rivière est limitée sur sa rive droite dans le sens d’écoulement de l’eau par le village MUNGWAHWERE dirigé par le chef MAHENGA et l’autre rive par le village LUSHOHO dirigé par le sous – chef RUSANGWA.

Vers 1988, une initiative de construction d’un moulin à eau sur cette rivière, des cultivateurs et les commerçants de la place sous la supervision de l’Abbé Edmond SIMONET. L’idée est venue pour pallier aux différentes tâches de la femme  entre autre piler les maniocs. La même année, ils vont créer une association nommée : « Communauté de Développement intégré de Kalehe ».

L’association ferra des plaidoyers jusqu’à trouver un financement chez SODERZA dans cette année et la construction se fera la même année au niveau où la rivière traverse la plantation appartenant maintenant à LOLANGO selon le limite précité ci-haut.

De 1988 à 1995, le président fut M. HABAMUNGU KAHINDO de l’association dénommée Communauté de Développement Intégré de Kalehe en sigle CDI. Les recettes du moulin servaient à la maintenance de l’ouvrage permettant que le moulin fonctionne, le moulin lui-même, le personnel, les profilages des routes des dessertes agricoles dans les villages (MUNANIRA, MUHONGOZA et CIBANJA), mais aussi l’installation des

pépinières de reboisement dans les villages précités et ses environs.

De même, les mêmes recettes aidées pour former les analphabètes dans les villages cités ci-haut.

De 1995 à 2005, le président fut M. LANGALANGA MUDUHA de la CDI de Kalehe. A partir de 2002, suite que le nouveau  propriétaire voulait à tout prix que le moulin soit sien parce qu’il se trouvait presque dans sa plantation ; ça créé de problème entre lui et la population qui jouissait de ce joyaux depuis des décennies. C’est ainsi que la population ainsi que l’association qui la représentait (la CDI de Kalehe) ont jugé bon d’éviter de faire un bras de fer avec M. LOLANGO car elle risquait d’être perdante. C’est ainsi qu’il leur remettra 500$, un moulin à Gasoil ainsi quelques tôles pour abriter le nouveau moulin octroyé à la population.

Cependant ; la population montre que SANGANO avant 1988 servait comme un

indicatif ou une montre car dans un seul jour à 0h, à 2h et 4h, dans la rivière jaillissait un grand vrombissement  et cela qu’il pleuve ou pas ; c’était pour elle un indicatif leur permettant de savoir quand quitter pour ne pas se faire tuer ou prendre par un mauvais esprit qui circulé autour de la rivière.

Cette population montre que le 3 temps au court du  jour que la rivière jaillissait ce vrombissement, personne ne pouvait quitter pour qu’elle ne soit pas possédée par les mauvais esprits. C’est ainsi que cet après ce temps-là qu’elle pouvait vaquer à ses occupations quotidiennes.

Tout à cesser juste quand l’eau commencée d’être utilisée pour produire l’énergie hydromécanique pour faire fonctionner le moulin ou une fin comestible ou toute autre

utilisation.

Dès 2006, suite aux pannes régulières et à la baisse de fréquentation par les clients à cause de pullulement des moulins à Gasoil dans tout le Territoire, les recettes ont sensiblement baissé jusqu’au point que tout  a été abandonné et aujourd’hui vous ne pouvait que voir la conduite forcée qui a été laissé sur le Site où se trouvait le moulin.

                           

Chap. II. GENERALITES SUR LES MICROCENTRALES HYDROELECTRIQUES

II. 1. INTRODUCTION

Par définition, une Microcentrale Hydroélectrique est une installation qui transforme l’énergie hydraulique en énergie électrique de faible puissance.

« Dans l’Antiquité, l’énergie hydraulique était déjà utilisée par les Grecs et les Romains qui moulaient le blé à la roue hydraulique. Mais, la profusion d’esclaves bon marché et de bêtes de somme ralentit la propagation de cette source d’énergie jusqu’au XIIe siècle. Au Moyen Âge, on mit au point de grandes roues à eau en bois avec une puissance de sortie maximale de 50 ch. L’énergie hydraulique moderne doit son développement à John Smeaton, Ingénieur Britannique des travaux publics : il fut à l’origine de la première grande turbine hydraulique en fonte.

Cette source d’énergie joua un rôle déterminant lors de la révolution industrielle. Elle donna une impulsion au développement des industries du textile, du cuir et des ateliers d’usinage au début du XIXe siècle. Bien que la machine à vapeur fût déjà mise au point, le charbon était rare et le bois un combustible peu efficace. L’énergie hydraulique a contribué à l’expansion des premières villes industrielles européennes et américaines, etc.

Cette énergie est fournie par des roues à eau ou des turbines hydrauliques. Source d’énergie renouvelable, on peut l’utiliser dès que l’eau atteint un volume suffisant et un débit régulier. L’exploitation de cette énergie nécessite aujourd’hui des installations de grande taille, comprenant des lacs de réserve, des barrages, des canaux de dérivation et l’installation de turbines, ainsi que des systèmes de production d’énergie électrique. Le développement de l’énergie hydroélectrique exige d’importants capitaux. Ainsi, cette source d’énergie est souvent peu rentable pour une région où le charbon ou le pétrole est bon marché, même si le coût du combustible d’une centrale électrique à vapeur est supérieur au coût de fonctionnement d’une installation hydroélectrique. Cependant, les préoccupations écologiques actuelles accroissent l’intérêt pour les sources d’énergie renouvelables, les Centrales

Hydroélectriques.[4] »

On distingue plusieurs petites centrales hydroélectriques classées suivant le gradeur de leur puissance produite et la hauteur de chute d’eau. Les tableaux ci-dessous nous enseignent sur le type de petites centrales classifiées :

 

Petites centrales hydroélectriques

Plage de valeur de la puissance débitée

Mini centrales Hydroélectriques

≤ 500 KW

Microcentrales Hydroélectriques

≤ 100 KW

Pico centrales Hydroélectriques

0,2 KW ≤ puissance ≤ 5 KW

Tableau1 : Classification de petites centrales hydroélectriques

 

Puissance(KW)

Basses chutes(m)

Moyennes chutes(m)

Hautes chutes(m)

1,5 → 5

1,5 → 15

15 → 20

50 → 150

50 →500

2 → 20

20 → 100

100 → 250

500 → 5000

3 → 30

30 → 120

120 → 400

Tableau2 : Classification suivant la puissance et la hauteur de chute

 

A titre illustratif, nous pouvons classier certaines petites centrales hydroélectriques connues dans le monde de la façon suivante :

 

Pays

Micro(MW)

Mini(KW)

Petite(MW)

Etats-Unis

< 100

100 → 1000

1 → 30

Chine

< 500

 

0,5 → 25

Italie

 

 

< 10

Portugal, Espagne, Irlande, Grèce, Belgique

 

 

< 10

France

5 → 5000

 

< 8

Inde

< 100

1001→ 1000

1 → 1,5

ESHA(European Small Hydropower Association)

< 100

101 → 500

0,5 → 10

Tableau3 : Classification dans le monde

 

Les centrales peuvent aussi être classées « au fil de l’eau » et autres.

 

                                                                                                                                                        

 

Les centrales « au fil de l’eau » reçoivent l’eau de la rivière ou du fleuve sans infrastructure d’accumulation (barrage, bassin, étang). Le volume d’eau disponible pour la turbine dépend alors du débit instantané sur le cours d’eau.

Le débit instantané d’un cours d’eau dépend du régime des pluies, celui-ci étant fonction de la saison, il varie avec elle, avec un minimum qui se situe généralement à la fin de la saison sèche si elle est marquée.

La notion de débit moyen n’a pas d’intérêt pour les centrales au « fil de l’eau ». Par contre, elle permet de mieux estimer les potentialités énergétiques d’une installation si une infrastructure d’accumulation est envisagée.

Le débit d’étiage, c’est-à-dire le débit minimum de la rivière durant 24heures situe la puissance minimale potentielle d’une installation si les observations hydrologiques (mesure du débit du cours d’eau) sont effectuées depuis des années, il est ainsi possible de connaitre le débit minimum atteint en moyenne, soit annuellement, soit ayant une probabilité d’être observé tous les ans, soit tous les 10 ans, soit encore plus rarement/

En effet, la sévérité de la sécheresse est variable selon les années. Mesure du débit durant 365 jours ne peut indiquer si le débit minimum observé est un débit exceptionnel (soit faible, soit élevé) ou au contraire un débit minimum moyen.

Les données hydrologiques peuvent être essentielles pour le dimensionnement du projet de petite centrale hydroélectrique.

Une méconnaissance des débits et donc des quantités d’eau disponible entrainera des désillusions lorsque l’installation fonctionne avec un écart important entre puissance espérée et puissance disponible.

Il est bien entendu inutile de rechercher des données hydrologiques précises si la puissance maximale du site retenu pour le projet.

Compte tenu que la turbine sera placée à proximité de la rivière, il est hautement souhaitable de connaitre les variations du niveau d’eau, à défaut de voir un niveau de crue qui envahirait les installations.

  

II. 2.   HISTORIQUE   SUR    LES    PETITES       CENTRALES HYDROELECTRIQUES

Le premier barrage officiellement recensé est celui du Nil qui se construisit vers 4000 ans Avant Jésus-Christ pour dévier l’eau afin de pouvoir construire la ville de Memphis. De plus, pendant l’antiquité, plusieurs barrages battis en terre permirent l’irrigation des terres infertiles. Une des civilisations antiques les plus reconnues fut celle des Babyloniens qui héritèrent des Sumériens un Génie Civil impressionnant pour leur époque.

En suite, on a eu l’idée d’utiliser la force de l’eau dans le moulin à eau où on utilisait l’eau d’une rivière pour entrainer la roue qui servait pour moudre des grains de céréale pour faire de la farine.

Peu de ces constructions ont laissés leurs traces. Cela est dû à l’érosion constante du globe.

Nous pouvons maintenant grâce à l’architecture et des moyens modernes construire des édifices beaucoup plus moins limités ainsi nous comptons aujourd’hui plus de 35 000 barrages et 1500 sont en construction. 

En effet, nous ne pourrons parler de centrale hydroélectrique sans parler d’hydro barrage.

Par conséquent, nous ferrons un bref aperçu sur les hydro-barrages.

Un hydro-barrage est une construction artificielle qui s’oppose à l’écoulement naturel de l’eau pour le retenir et le stocker dans les réservoirs.

L’énergie hydraulique transformée par les hydro-barrages constitue une source d’énergie électrique gratuite, naturelle, rentable et indéfiniment renouvelable par le cycle de l’eau. 

C’est pourquoi des actions d’incitation ont été mises en place par les différents gouvernements pour faciliter le développement de l’industrie hydraulique qui depuis 1946 a été multiplié par six.

 

 

II. 3.          DESCRIPTION       DES    PRINCIPAUX         OUVRAGES            D’UNE       PETITE CENTRALE HYDROELECTRIQUE

 

Figure1 : Synoptique d’une microcentrale hydroélectrique

 

Une centrale hydroélectrique peut-être subdivisée en 3 parties : les travaux de Génie Civil, les équipements mécaniques et les équipements électriques.

Le choix de la turbine, des équipements électriques et des travaux de Génie Civil dépend                        du potentiel du Site et de la puissance électrique requise.

Le potentiel hydroélectrique dépend de la chute et du débit du cours d’eau.

 

 

Pr: prise d’eau                                              1 : point de référence amont de la turbine

Ds: dessableur                                              2 : point de référence aval de la turbine

Ca: canal / conduite d’amenée                        3 : point de référence amont de l’aménagement

Dg: dégrilleur                                                4 : point de référence aval de l’aménagement

Cc : chambre de mise en charge                      E : ligne d’énergie

Cf : conduite forcée                                       Ec : énergie cinétique Vt : vanne turbine                                          Ep : énergie de pression

Tu: turbine                                                    p : pression

Ge : générateur                                              Hb : chute brute

H : chute nette


 

Figure2 : Profil en long d’une centrale hydroélectrique

 

Selon le site, les composants du microsystème hydroélectrique sont les suivants :

      Une prise d’eau ou un barrage pour dériver un cours d’eau ;

      Un canal ou une canalisation pour transporter l’eau de la prise au bief d’amont ;

      Un bief d’amont et une grille devant la prise d’eau de la conduite forcée pour retenir les débris qui parviendraient autrement jusqu’à la turbine ;

      Une conduite forcée pour acheminer l’eau à la centrale ;

      Une centrale dans laquelle une turbine hydraulique (turbine de type Pelton, turbine Francis, turbine Kaplan), convertit l’énergie du mouvement de l’eau en énergie mécanique, actionnant  une génératrice, laquelle produit à son tour de l’électricité ;

      Un mécanisme de régulation (régulateurs de charge), qui assure la stabilité de

l’électricité produite ;

      Un canal de fuite ou de restitution par lequel l’eau est retournée au cours d’eau ;

      Des lignes de transport qui acheminent l’électricité jusqu’au point d’utilisation.

 

II. 3.1. Le barrage de retenue et les ouvrages de prise II. 3.1.1. Barrage de retenue d’eau

Le barrage de retenue d’eau sert à créer un lac artificiel en amont du système, constituant ainsi une provision suffisante pour assurer la pérennité en débit.

 

Choix du site et type de barrage

Les types de barrages peuvent être classés en différents catégories selon le matériau de construction et selon le mode de résistance à la poussée de l’eau :

 Barrages en remblai homogènes drainés, zonés ou à étanchéité artificielle ;

 Barrages poids en béton, ou en béton compacté vibreux ;

 Barrages voûtes ;

 Barrages en remblai sont des ouvrages souples. Les autres barrages sont rigides.

 

Les principaux paramètres à prendre en compte dans le choix du site et du type de barrage sont les suivants :

 La topographie et les apports du bassin versant ;

 La morphologie de la vallée ;

 Les conditions géologiques et géotechniques ;

 Le contexte météorologique et le régime des crues.

 

Dans plusieurs cas, après considération de ces aspects, plusieurs types de barrages resteront possibles. Des considérations économiques permettront alors de départager les solutions.

Stabilité du Barrage

 

Les barrages sont soumis aux efforts liés à l’action de l’eau :

 La pression hydrostatique sur les parois en contact avec la retenue ;

 La pression dynamique exercée par les courants d’eau ;

 La pression interstitielle des eaux d’infiltration dans le sol de fondation (sous pression) qui non seulement réduisent des actions de contact du sol sur son support mais réduisent aussi la résistance de ces terrains.

On doit prendre en compte le poids propre du barrage et les actions de liaison du sol de fondation.

On devra s’assurer de :

 La stabilité d’ensemble de l’aménagement (barrage et massif de fondation) qui dépend des qualités du massif de fondation ;

 La stabilité propre du barrage sous l’ensemble des actions extérieures ;  La stabilité interne du barrage sous les sollicitations.

 

Ce qui nous conduira à vérifier :

      Le non renversement : selon la théorie de l’élasticité, la section du barrage sera représentée par un triangle rectangle dont le sommet de l’angle droit est au pied au parement amont, et le sommet le plus élevé à la côte du niveau amont. En partant de la figure ci-dessous, on devra vérifier que la partie de l’ouvrage situé au dessous de AB ne bascule pas autour de l’arrête B. pour cela, il faut que le moment de W par rapport au point B, MW soit inférieur à la somme algébrique des moments de P et S par rapport à ce point, MP et MS respectivement.

Condition de non renversement : 

                                                      MW < MP + MS (II.1)

     

      

Figure3 : Schéma de calcul de la stabilité statique du barrage

 

Avec :

P : Poids propre du barrage, 

 

W : Pression hydrostatique, 

 

S : Résultante des sous-pressions, 

 

      Le non glissement : il faut que la composante horizontale des forces appliquées soit inférieure à la résistance due au frottement de l’ouvrage sur la section AB.

Condition de non-glissement : 

                                                W < f (P – S)  (II.2)

Avec :

f= coefficient de frottement sur la surface de la fondation.

 

Pour un barrage en béton, f peut prendre les valeurs suivantes :

 

Nature de la roche

Valeur du coefficient

1

Roches éruptives

0,65 à 0,70

2

Roches sédimentaires (calcaires-grés)

0,50 à 0,65

3

Roches non consolidées (marne-schistes argileux)

0,30 à 0,50

Tableau4 : coefficient de frottement en fonction de la nature de roche[5]

 

      Le non-écrasement : Il faut que la résultante des contraintes de compression soit inférieure à la valeur admissible dans le matériau constituant le barrage et dans le sol de fondation. Pour cela, il faut vérifier toutes les contraintes de compression au voisinage du point B, car c’est là où les contraintes les plus élevées se produisent. On utilise les méthodes classiques de résistance de matériaux pour calculer les contraintes sur la surface AB.

      La non-traction : pour que les contraintes de traction n’apparaissent pas au voisinage de A, il faut que la résultante des forces extérieures appliquées au dessus d’AB, passe dans le noyau central de la section AB.

      La résultante aux secousses sismiques :

           

Figure4 : Effet du séisme sur le barrage

Lors d’un séisme, la force d’inertie F1 résultante de l’accélération horizontale du barrage, s’écrira :

              F1 = α P (II.3)

Avec :

P : Poids du barrage, α = a/g (rapport de l’accélération de la secousse sur la pesanteur)

 

Le point d’application de la force F1 est le centre de gravité G.

Suivant le classement des séismes de MARCALLI en 12 degrés, la valeur de α varie suivant les degrés du séisme comme suit :

 

 

Dans l’hypothèse d’une accélération a du sol dirigé vers l’amont, la force engendrée serait neutralisée par la pression hydrostatique. C’est donc la force horizontale F1 dirigée vers l’aval qu’il faut considérer.

A cette force F1, s’ajoute une action F2 de l’eau de la rétention contre laquelle le barrage bute dans son déplacement vers l’amont.

Sous l’action du séisme, la pression à la profondeur y s’écrit :

                                                                                                   Py = C α ɣw (h y) ½  (II.4)

Avec :

                                         (II.5)

Avec :

T : Période de tremblement de terre en seconde.

 

Après intégration, on trouve :

                            (II.6)

Le point d’application de cette force est sur l’horizontale passant par le centre de gravité

de l’aire formée par les Py.

En tenant compte de la sismicité, la stabilité du barrage sera donc maintenant si la résultante des composantes horizontales de toutes ces forces est inférieure à la résistance due au frottement de l’ouvrage sur la section AB.

Condition: W + F1 + F2 < f (P - S)                                      (II.7)

 

La résistance aux effets thermiques: Il faut que toute la masse du barrage reste intact même pendant les périodes de réchauffement et celles de refroidissement. Pour cela, on doit prendre les dispositions particulières pendant la construction pour résister contre la dilatation ou la contraction du matériau, et éviter ainsi les fissurations éventuelles dues à ces effets.

Généralement, après avoir trouvé la hauteur du barrage, on décide sur sa forme, puis on détermine les autres dimensions en appliquant les vérifications de la stabilité.

 

II. 3.1.2. Les ouvrages de prise

 

La prise d’eau a pour fonction de dériver en temps sec comme en temps de crue le débit nécessaire pour alimenter les turbines.

Cet ouvrage de prise est muni d’une vanne qui permet de couper l’alimentation en cas d’arrêt de la turbine lors de travaux sur l’infrastructure pour les microcentrales.

 

Suivant la technique de prise utilisée, on distingue deux prises d’eau pour les microcentrales :

 Prise latérale avec ou sens retenu d’eau ;  Prise tyrolienne (ou prise inversée).

 

La prise tyrolienne (ou prise inversée) est très courante dans nos régions. On trouve sur les rivières où torrents à forte pente et à débit très variable. Elle comporte deux déversoirs : l’un sert de dérivation pour la prise d’eau (l’eau captée tombe à travers une grille à barreaux) et l’autre évacue le sur plus d’eau.

La retenue à l’amont de la grille de la prise a pour  but principal la rétention d’eau et le dessablage préliminaire. Il n’a pas effet d’amortissement d’une crue (laminage).

La hauteur utile pour le captage est le niveau pour lequel l’installation est efficace.

La hauteur de submersion se calcule avec la formule traditionnelle du déversoir :

                   (II.8)                          

Avec :

µ = coefficient de débit ; b = largeur du déversoir.

 

Les grilles des prises d’eau type tyrolienne sont des éléments importants car il s’agit du point de passage obligatoire de notre prélèvement, d’où l’importance de la position de la grille (dépôt, obstruction par le corps étranger, etc.).

Le calcul du débit à travers la grille dépendra du type de barreaux (carré, rectangulaire, cylindrique, autres formes), de leur espacement, de l’inclinaison de la grille, etc.

                     (II.9) 

Avec :

Cc : coefficient de colmatage valant 0,3 pour les grilles manuelles et 0,5 pour les grilles automatiques ;

α : inclinaison de la grille par rapport à la verticale, il est compris entre 0 et 60° ; e : épaisseur des barreaux ;

S : espacement libre entre les barreaux, en pratique, 

 

Sgrille : section du dégrilleur au débit donné ;

∆hs : pertes de charges singulières au début de la grille ;

 

Ve : vitesse d’écoulement, en pratique : 0,3 ≤ V ≤ 1,0 m/s.

 

On doit nécessairement contrôler le remous d’exhaussement à l’amont de la grille dû aux pertes de charges singulières. Ainsi donc, les pertes de charges calculées doivent être inférieures à 0,045m.

L’orifice de purge sert au nettoyage du bassin de rétention. Il se concrétisera par une vanne de fonds, une vanne secteur, etc. Il est mis en place systématiquement lorsque l’accès par véhicule au bassin est impossible.

L’orifice d’étiage a pour fonction d’assurer le passage du débit de restitution à travers l’ouvrage vers l’aval. Cet orifice permet le passage du débit de restitution quelles que soient les conditions en amont de la prise d’eau.

                         (II.10)

Avec :

Cc : coefficient de contraction ; r : rayon de l’orifice.

 

II. 3.2. Le dessableur et le canal d’amenée II. 3.2.1. Le dessableur

 

L’eau déviée par la prise dans le canal de dérivation transporte avec elle des matières en suspension (boues) et des sédiments (sable, gravier) qui doivent être éliminées dans un dessableur. Sans cela, ces matériaux se déposent dans le canal qu’il faudra nettoyer périodiquement à grands frais. Ils provoquent également une usure rapide de la turbine et des vannes qui devront être réparés ou remplacés prématurément.

Le dessableur est un bassin plus large que le canal et dans lequel la vitesse de l’eau est suffisamment ralentie pour que les particules solides s’y déposent.

Les sédiments seront évacués périodiquement à la rivière par vidange et rinçage du bassin. Dans certains types de dessableur, le nettoyage s’effectue automatiquement en continu pendant les crues à l’aide d’un astucieux système de purge.

Leur dimension est fonction du débit soutiré de la vitesse de chutes dans l’eau des

particules (Vverticales) et de la vitesse de traversée du bassin (Vhorizontales).

La vanne de fond joue un rôle de vanne de purge de déversoir, pour permettre le vidange du dessableur. Le canal de purge facilite le regroupement et l’évacuation des granulats.

Le trop plein limite la quantité d’eau dans le dessableur et dans les canaux en aval. Généralement le fond du dessableur a une pente longitudinale de 1 à 2%. La pente du fond peut être admise à 30°.

La largeur d’un dessableur est importante car elle détermine la vitesse de translation.

                                    (II.11)

Avec :

b: largeur du bassin ;

Vt : vitesse de translation (admis = 0,2m/s) ; h: profondeur du bassin (hauteur de décantation).

 

La longueur du dessableur se détermine en fonction de la vitesse de décantation des grains.

                   (II.12)

Avec :

L : longueur du dessableur ; Vd : vitesse de décantation.

                                       (II.13)

Avec :

d: diamètre des grains à décanter ɣeau : poids volumique de l’eau égal à 10KN/m3 ɣs : poids volumique de grains solides.

υ: viscosité cinématique de l’eau à 20°C égal à 1,007.10-6 m2/s

Les vérifications suivantes sont des vérifications « empiriques » et constructives :

                                                               (II.14)

La vitesse critique de translation ne doit pas être supérieure à la vitesse de translation, sous peine de remettre les grains décantés en suspension.

                            (II.15) 

 

Figure 2 : Dessableur de la microcentrale

 

II. 3.2.2. Canal d’amenée

 

Le canal d’amenée relie la prise d’eau à l’entrée de la centrale. Il peut être en charge ou en nappe libre (à ciel ouvert ou fermé). Les canaux d’amenées « souterrains » demandent moins d’entretien qu’en surface (corps flottants), ils peuvent être fait en PVC, en PE, tuyau ciment. La pente des canaux doit être la plus faible possible pour ne pas perdre trop d’altitude, les pentes usuelles sont de 1,5‰. La longueur du canal mesurée sur le plan.

Pour le canal d’amenée, il y a deux possibilités de conception :

a)    Canal en charge : un canal d’amenée en charge nécessite un dispositif de sécurité supplémentaire pour le dessableur, car lors d’une fermeture brusque à la centrale il peut y avoir, malgré la chambre d’équilibre, une variation de niveau. C’est pourquoi, la présence d’un déversoir de sécurité est de rigueur pour limiter le niveau en amont du canal d’amenée. 

De plus une hauteur d’eau minimale est nécessaire (entrée prise d’eau et entrée conduite forcée) pour éviter la formation des vortex.

b)   Canal à écoulent libre : dans le cas d’un canal en écoulement libre, il est important que lors de fermetures brusques à la centrale, l’eau ne remonte pas dans le canal d’amenée. On prévoit par conséquent un déversoir de sécurité pour limiter le niveau à la chambre. 

 

Figure 3 : Canal à écoulement libre

 

Les vortex qui se développent à l’entrée des ouvrages de prise sont mauvais pour l’exploitation, les problèmes qui peuvent être dus aux vortex peuvent être :

      Une réduction de l’efficacité de la prise (air dans l’écoulement) ;

      Colmatage de l’entrée par des corps flottants ;

      Réduction de l’efficacité des turbines.

 

Pour éviter la formation des vortex, on peut mettre en place certaines mesures, ces mesures sont :

      Création d’une console au-dessus de l’entrée ;

      Placer une grille sur la prise d’eau ;

      Hauteur d’eau sur la prise suffisante.

 

On peut ainsi trouver plusieurs formules empiriques qui sont proposées dans la littérature, pour déterminer la hauteur de submersion critique :

KNAUSS :

                                        (II.16)

ROHAN : hcritique ≥ 1,474 V0, 48 D0, 48                                                                 (II.17)

NAGARKAR : hcritique ≥ 4,4 (VD0, 5)0,54                                                           (II.18) 

Avec :

D : diamètre conduite.

 

Pour dimensionner la section nécessaire pour le passage de Qprise, on utilisera la relation de Manning-Strickler pour le cas de l’écoulement gravitaire.

 Q = VS Avec :

                                                  (II.19)

Avec :

Ks : coefficient de rugosité

I : pente du canal d’amenée

S : section

Rh : rayon hydraulique

 

Vérification : ma vitesse d’écoulement ne sera pas trop petite (dépôts) ni trop grande (érosion).

 

                   

Vmax = 4 à 10m/s

Vitesse effective,

 

Vmin ≤ V ≤ Vmax                                                                                               (II.20) 

II. 3.3. Chambres II. 3.3.1. Chambre de mise en charge

 

La chambre de mise en charge est un élément important dans la conception des microcentrales, car elle permet d’avoir une sécurité supplémentaire. Le but de cette chambre de mise en charge est de :

      Créer une zone où l’on peut stocker de l’eau pour augmenter la hauteur d’eau (la charge),

      Créer une zone de « décompression » lors d’une fermeture brusque de la vanne à la

centrale qui engendre une variation brusque du niveau hmin > hcri.

 

Il est important de bien connaître les niveaux d’eau, le niveau inférieur ne doit être plus bas que la hauteur critique de submersion, le niveau supérieur doit être limité par un trop plein pour éviter que l’eau ne mette en charge le canal d’amenée.

 

II. 3.3.2. Chambre d’équilibre

 

La chambre d’équilibre s’utilise lorsque le canal d’amenée est en charge. Son but est de créer une zone de décompression, lors d’une fermeture brusque à la centrale.

Pour les niveaux, il est important au-dessus de l’entrée de la conduite forcée, d’avoir une hauteur d’eau supérieure à la hauteur critique de submersion.

Le volume de la chambre d’équilibre est donné par :

V = Q t Avec :

t : étant le temps de la rétention.

  

II. 3.4. Le dégrillage et la conduite forcée II. 3.4.1. Le dégrillage

Ces grilles placées horizontalement, verticalement ou obliques empêchent que les débris flottant (feuilles, branches, etc.) ne parviennent à la turbine et ne la colmatent.

On les retrouve à plusieurs endroits sur les installations suivant la nature des besoins et les conditions particulières.

Le dimensionnement des grilles se fait à partir de la formule (II.9)

 

II. 3. 4. 2. La conduite forcée

 

Les principes de calcul du diamètre de la conduite forcée sont ceux de

« l’hydrodynamique » avec l’application des équations de Bernoulli, Darcy-Weissbach et de Colebrook.

L’ingénieur concepteur doit être très attentif aux pressons qui, ici, sont parfois très grandes et choisira des tuyaux spéciaux résistants aux pressions de service.

Pour des pressions élevées et des conditions de terrain difficiles, le choix se limite aux tuyaux en fonte ou en acier. Les pressions dans les conduites sont parfois très élevées et peuvent atteindre 200 bars.

Les conduites forcées des petites centrales sont réalisées avec des tuyaux standards disponibles sur le marché pour d’autres applications (eau potable et eaux usées).

Le choix du matériau des tuyaux est essentiellement fonction de la chute (ou pression) et du diamètre de la conduite.

Les tuyaux pour canalisation en plastique ou fibrociment sont utilisables pour les faibles hauteurs, jusqu’à 10 ou 20 m. Jusqu’à 140m de chute (pression 14bars) et pour des faibles diamètres (200mm ou moins), le plastique : PVC, PE ou polyester, présente de multiples avantages, en particulier du point de vue du prix et de la résistance à la corrosion.

Pour des pressions plus élevées et des conditions de terrain difficiles, le choix se limite aux tuyaux en fonte ou en acier, qui ont fait leurs preuves dans l’approvisionnement en eau. Les conduites forcées des petites centrales récentes sont généralement enterrées, ce qui permet de préserver le paysage.

 

 

Figure5 : Principe de dimensionnement de la conduite forcée

                                                                    (II.21)

Avec : 

λ: Coefficient de perte de charge linéaire est fonction du nombre de Reynold et de la rugosité relative.

Si Re ≤ 2300

 

Si 2300 < Re  < 105

 

Si Re > 105

 

Avec :

Re : Nombre de Reynold,  

υ : Viscosité cinématique de l’eau à 10ºC

Ks : rugosité absolue

 

Après simplification, la formule H s’écrira :

 

                                                                          (II.22)

II. 3.5. Turbines

 

La turbine est la pièce métallique qui va être entrainée en rotation par le mouvement de l’eau.

Pour une petite centrale déterminée, le type de turbine adéquat sera choisi en fonction de la hauteur de chute et du débit du site.

1.      La turbine Pelton

Est la plus couramment utilisée pour des chutes de 30m à 50m ou plus. Elle est équipée d’une roue à augets qui sont frappés par un ou plusieurs jets d’eau à grande vitesse.

 

Figure6 : Vue en coupe d’une turbine Pelton

 

2.      La turbine Francis

 

Est la plus utilisée dans les installations à faible chute (3 à 100m). Contrairement à la Pelton, la roue de cette turbine, dite turbine à réaction, est complétement immergée dans l’eau. Elle est constituée d’une série d’aubages profilés qui forment des canaux ou travers desquels l’eau est accélérée et déviée.

 

Figure7 : Vue en coupe d’une turbine Francis

    

3.      La turbine Kaplan

Est une autre forme de turbine à réaction dont la roue est entièrement immergée. La roue est une hélice comparable à celle d’un bateau.

 

 

 

Figure8 : Vue en coupe d’une turbine Kaplan

    

4.      La turbine Cross-flow

Est réalisée au moyen d’une roue à axe horizontal, placée directement en travers du courant du canal d’amenée. Elle convient pour des hauteurs de chute très faibles et des débits petits.

 

 

Figure9 : Vue en coupe d’une turbine Cross-flow

   

II. 4. PETITES CENTRALES HYDRAULIQUES ET L’ENVIRONNEMENT II. 4.1. Introduction

 

Toute activité humaine modifie l’environnement. C’est le cas des petites centrales dont l’influence est cependant limitée et peut être mieux maîtrisée que celle des grandes

installations.

La production d’énergie par la force hydraulique se trouve confrontée à des intérêts divergents (pêche, irrigation agricole, protection de la nature, loisirs) mais ces derniers ne s’excluent pas totalement. La valorisation énergétique d’une chute peut être bien être combinée avec d’autres formes d’utilisation.

Il n’est pas possible de généraliser les incidences des petites centrales sur l’environnement : il faut examiner les différents intérêts en présence pour chaque installation. La préséance ne peut être donnée a priori à l’un des utilisateurs de l’eau en particulier. Des compromis peuvent d’ailleurs être consentis dans de nombreux cas.

Plusieurs lois sur la protection de l’environnement (LPE) n’imposent pas d’étude d’impact pour la construction des microcentrales. Seules les installations dont la puissance dépasse 3000 KW y sont soumises. Cela ne signifie pas pour autant que les effets des petites centrales sur l’environnement ne doivent pas être examinés, mais la procédure elle-même est plus simple dans la mesure où les conséquences sur la nature seront évoquées dans le cadre du rapport technique.

 

II. 4.2. Débits de restitution

 

Dans le cadre de la protection des eaux, la question des débits résiduels a une signification particulière. Il faut entreprendre par ce terme le débit maintenu dans le lit de la rivière après un barrage de dérivation ou une prise d’eau. Le tronçon de rivière compris entre le barrage et la réintroduction de l’eau dérivée est appelé tronçon à débit résiduel. Si le débit minimum légal n’est pas respecté, un débit de dotation doit être réinjecté dans le lit de la rivière.

 

Les débits minima sont exigés pour tenir compte des autres formes d’utilisation du cours d’eau selon la liste suivante :

Les eaux courantes sont l’espace vital des animaux et des plantes qui y croissent et s’y reproduisent. Un débit insuffisant peut mettre en danger la survie de ces êtres vivants.

 

 

1.      Débit total de la rivière

2.      Excédents d’eau

3.      Débit de dotation

4.      Débit de restitution

5.      Pertes et fuites

6.      Eau de rinçage/ purge

7.      Débit turbiné

Figure10 : Définition du débit de restitution et de dotation

 

      Les rivières font parties intégrante du paysage et sont des lieux de détente. Le lit d’un cours d’eau dont le débit est insuffisant perd une part importante de cette fonction ;

      Les rivières épurent les eaux. Les impuretés y sont décomposées par les bactéries et autres micro-organismes qui y vivent. Ce mécanisme d’autoépuration est  extrêmement important pour la qualité de l’eau. Un débit insuffisant a pour conséquence une destruction moins efficace des polluants, une formation excessive d’algues, des odeurs peu agréables et un aspect rébarbatif de l’eau (couleur, mousse).

 

Pareillement au maintien d’un débit d’eau suffisant, il faut tenir compte d’autres exigences comme celles de la pêche, avec les conséquences pratiques suivantes :

 Les nouvelles constructions ou modernisation de petites centrales seront réalisées sans canal de dérivation afin d’éviter des tronçons à débit résiduel (par exemple microcentrale intégrée au barrage) ;

 Les tronçons à débit résiduel seront aménagés de manière à maintenir une profondeur d’eau suffisante de 15 à 20cm (chenal pour débit minimum), assurer une diversité suffisante dans la forme et la structure au lit de la rivière ainsi qu’une vitesse d’eau variable, avec zones tranquilles et rapides ;

 Les barrages et déversoirs des petites centrales seront construits de manière à permettre le passage des poissons (échelle ou passe à poisson).

 

Du point de vue écologique, il est recommandé d’éviter l’aménagement en dur des berges (béton, enrochement), de conserver la végétation naturelle, voire de la compléter par des nouvelles plantations.

Par contre, il faut s’assurer que le profil du lit des berges permettra le passage des crues sans érosion ni inondations.

Pour satisfaire à ces deux exigences, des techniques dites « naturelles » sont possibles, combinant plantations de végétaux avec matériaux durs (blocs de pierres, bois).

Si les aménagements traditionnels en dur brisent la force du courant, les techniques naturelles agissent avec souplesse en freinant l’eau par le manteau élastique des buissons et plantes, leurs racines entrecroisées assurant résistance et stabilité au sol.

Le recours aux matériaux classique se limite aux endroits où il est impossible de stabiliser la rive avec des végétaux, lorsque les vitesses d’écoulement sont trop élevées et qu’il s’agit de détruire ponctuellement l’excès de l’eau (par exemple au pied de barrages ou de chutes).

Il faut veiller à conserver l’hétérogénéité du profil de la rivière lors de son aménagement dans le voisinage de la centrale et d’éviter la monotonie de rives rectilignes ou de talus uniformes. La création de tronçons de rivières proches de l’état sauvage favorise le développement d’un grand nombre d’organismes vivants qui constituent la base de l’autoépuration des cours d’eau.

Dans le cadre d’un aménagement respectueux de l’environnement, la création d’un chenal pour les basses eaux est souvent nécessaire afin de concentrer l’écoulement, en maintenant une profondeur minimale par temps sec d’au moins 20cm ; ceci pour permettre la migration des poissons.

 

Figure11 : Implantation d’une microcentrale (type environnemental)

II. 4.3. Intégration des installations dans le paysage

 

Tout est question de goût, les centrales hydrauliques suscitent souvent des dégâts sur leurs qualités, mais, de ce point de vue, les petites centrales posent moins de problèmes que les grandes, dont les prises d’eau, barrages, vannes, installations de dégrillage sont bien visibles. 

Le plus souvent, ces éléments ne font pas partie des petites centrales où y sont très discrets.

Les conduites forcées sont généralement enterrées et les canaux de dérivation, serpentant dans la campagne sous arbres et buissons ne se différencient guère de ruisseaux naturels.

Etant donné la faible emprise des machines, le volume des constructions reste modeste et dans bien de cas, turbines et générateurs sont intégrés dans des bâtiments existants.

L’intégration au paysage des petites centrales ne pose donc pas de problème particulier.

Le bruit et les fibrations de certaines turbines (Pelton et flux traversant de centrales à moyenne et haute pression) peuvent atteindre une intensité susceptible d’importuner le voisinage, même lorsque la puissance est faible. Si les turbines sont situées à proximité ou dans un bâtiment habité, il convient de prévoir une isolation phonique des machines et un support anti vibration sous les fondations du groupe turbogénérateur.

           

Première Partie : APPROCHE PRATIQUE

Chap.  III. ESTIMATION DES BESOINS

 

III. 1. L’ENERGIE AU CENTRE « IHUSI »

 

Presque toutes les infrastructures du centre « IHUSI » et des environs ne disposent d’aucune source d’énergie, sauf la plaque solaire installée au BCZ de « KALEHE » et un grand groupe électrogène de l’Hôpital Général de référence de « IHUSI/KALEHE », et ce dernier ne fonctionne que lors il y a une urgence à l’hôpital entre autre : une opération, etc.

 

III. 2. LA DEMANDE ENERGETIQUE DES MENAGES ET AUTRES INFRASTRURES

 

III. 2.1. Les ménages et infrastructures recensées

 

Concernant les ménages susceptibles d’être alimentés en électricité au centre « KALEHE » ; les enquêtes récentes ont recensé en 2010 quelques 99 ménages à « KALEHE CENTRE » et quelques 269 ménages concentrés aux environs de « KALEHE CENTRE ».

quant aux infrastructures sociales, le rayon des villages à alimenter compte 5 écoles primaires (E.P.), 4 écoles secondaires (E.S.) : (EP IHUSI, EP KALEHE, EP RUHARAGA, Institut BINGA, Institut FURAHA, Institut TUUNGANE, etc.), un Institut supérieur ISTD, un centre d’enseignement des métiers BDD, un hôpital Général de référence (HGR) de « KALEHE », une paroisse, un couvant des sœurs religieuses, un couvant des frères religieux, un couvant des prêtres et 13 bureaux ( TPI ; Affaires sociales ; Ministère des affaires foncières ; Divisions titres, immobiliers et du cadastre ; Ministère de Mines ; Tribunal de paix de Kalehe ; Bureau du territoire ; Chefferie ; Ministère d’Agriculture ; Environnement ; ANR ; Chefs de services ; Police Nationale ; Police de frontière), un centre de santé de KALEHE, une prison et un marché.

 

Village

Ménages

Bureaux

E.P.

E.S.

H.G.R

C.S

Marché

Eglise

1

MUNGWAHWERE

57

 

1

 

 

 

 

 

2

CIBANJA

63

 

1

2

 

 

 

4

3

IHUSI

149

 

 

 

1

 

1

 

4

KALEHE CENTRE

99

13

3

4

 

1

 

 

 

TOTAL :

368

13

5

6

1

1

1

4

Tableau6 : Répartition des ménages et infrastructures sociales à « IHUSI »

 

III. 2.2. L’estimation de la demande actuelle

Les normes de consommation en énergie utilisées dans cette étude se sont référées aux normes utilisées par la GTZ dans son étude sur « l’électrification des centres ruraux en RD Congo » faite en 1981. En utilisant ces normes et en appliquant les puissances unitaires sur chaque catégorie de consommateur, on déduit la puissance spécifique à prévoir pour chaque individu de chaque catégorie. 

Le tableau ci-dessous donne les normes à utiliser pour les catégories recensées :

 

Catégorie de consommateurs

Puissance spécifique connectée(KW)

Ménage simple

0,050

Bureau

0,010

E.P.

0,002

E.S.

0,004

Centre de santé ou hôpital

0,300

Marché

0,001

Eglise

0,001

Tableau7 : Normes de consommation utilisées

 

En se servant de ces normes et en estimant le nombre de personnes à 6 pour un ménage simple ; 10 pour un bureau ; 700 pour une école primaire ; 300 pour une école secondaire rurale, Institut supérieur et une prison ; 30 lits pour un centre de santé ; 150 lits pour un hôpital ; 500 visiteurs pour une église et 1500 visiteurs pour un marché ; l’on peut estimer la demande actuelle en énergie dans le tableau ci-dessous :

 

Catégorie

Nombre

Personnes affectées

Puissance spécifique

(KW)

Puissance demandée(KW)

Ménages

368

2208

0,050

110,4

Bureaux

13

130

0,100

13

E.P.

5

3 500

0,002

7

E.S.

6

1 800

0,004

7,2

H.G.R

1

150

0,300

45

C.S

1

30

0,300

9

Marché 

1

1 500

0,001

1,5

Eglise

4

500

0,001

0,5

TOTAL :

 

 

 

193,6

Tableau8 : Besoins actuels en énergie à «  KALEHE CENTRE »

 

III. 3. LA DEMANDE INDUSTRIELLE ESCOMPTEE

 

Les projets existant à « KALEHE » prévoient l’installation des moulins, les salons de coiffure au centre « IHUSI », tout autour du marché. Pour toutes les activités industrielles, ns estimons une demande de 2KW.

 

III. 4. LA DEMANDE TOTALE ESCOMPTEE ET LA CHARGE DE POINTE III. 4.1. La demande totale

La demande totale escomptée est calculée dans le tableau ci-dessous :

Catégorie

Demande total en KW

Ménages

110,4

Infrastructures sociales

83,2

Activités industrielles

2

TOTAL :

195,6

Tableau9 : Demande totale actuelle en énergie du centre « KALEHE » et ses environs

 

A base de cette demande actuelle, l’on peut estimer la demande future par la formule statistique des intérêts composés ci-après :

                                                            (III.1)

Avec :

En : Demande à l’année « n » Eo : Demande actuelle

i : Le taux de croissance annuelle de la demande en énergie électrique n : Le nombre d’années

 

Pour le centre « KALEHE », le taux d’accroissement de la demande en énergie peut être considéré comme proportionnel au taux d’accroissement de la population, soit de 3% par an.  Le tableau ci-dessous donne l’estimation de la demande en énergie pour les 25 premières années :

 

Année

Demande(KW)

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025

201,468 207,512

213,737

220,15

226,754 233,557

240,563

247,78

255,214

262,87

270,756 278,879 287,245 295,863

 

Année

Demande(KW)

2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036

304,738 313,881 323,287 332,996 342,986 353,275

363,874

374,79

386,034 397,615 409,543

 

Tableau10 : Demande en énergie des 25 premières années

III. 4.2. La charge de pointe

 

La charge de pointe est donnée par la crête de la courbe de charge journalière probable. Pour le cas des centres ruraux comme « KALEHE CENTRE », l’étude des habitudes a donné la variation journalière de la consommation d’énergie dans le tableau ci-dessous :

 

Heure

% de consommation

Heure

% de consommation

Oh

2h 4h 6h 8h

10h 12h

25 15 10 35 70 80 80

12h 14h 16h 18h 20h

22h

0h

80 90 85 70 50 40 25

Tableau11 : Charge journalière probable

 

 

Tableau12 : Courbe de la charge journalière probable

La charge de pointe arrive à 14h et pourrait atteindre 90%. C’est-à-dire qu’il faudrait une production consommable actuelle de 176,04 KW. En considérant les pertes de 15% dans les installations, la demande totale actuelle pourrait donc s’estimer à 205,38 KW.

Chap.  IV. ETUDES TECHNIQUES DU SITE

IV. 1. LOCALISATION DU SITE DE CONSTRUCTION

 

La microcentrale de « Sangano » se trouve au Nord du territoire de KALEHE et au Nord

Est du chef-lieu de la province du Sud-Kivu sur la rivière « Sangano ». Le site a été choisi à 3,5 Km du centre de « KALEHE » à l’endroit où se trouvait le moulin. Les coordonnées géographiques de la centrale sont :

Altitude: 1562 m

S 02° 04’47, 3"

E 028° 54’ 11, 1"

 

La figure ci-dessous montre la localisation du Barrage.

 

Figure12 : Localisation du site de projet

 

IV. 2. ETUDE HYDROLOGIQUE IV. .2.1. Méthodes pratiques d’estimation des crues

 

Malgré les nombreuses études effectuées par les hydrologues, les statisticiens et les ingénieurs sur les crues des cours d’eau, il n’existe pas de doctrine universellement admise pour la prédétermination du débit maximum de crue à prendre en compte.

Les méthodes existantes peuvent être classées en trois groupes :

      Les méthodes dites empiriques : dans lesquelles on trouve celles basées sur le débit des grandes crues historiques ; les méthodes et formules empiriques utilisant les caractéristiques principales du bassin versant.

      Les méthodes statistiques : basées sur l’analyse de la fréquence des crues par le calcul de la probabilité pour qu’un débit supérieur à une valeur donnée survienne un nombre de fois données pendant une durée donnée, cela exige des données sur une longue période.

      Les méthodes déterministes : desquelles on peut citer les méthodes analytiques (hydro gramme unitaire), la méthode rationnelle, les méthodes synthétiques.

 

Comme il n’y a pas de donnée sur le régime des débits de la rivière « Sangano » par manque de stations de jaugeage, nous avons utilisé la méthode consistant à faire faire un déversoir en bois comme le montre le cours de Mécanique de fluide de G2.

 

IV. 2.3. Détermination de débit du projet

 

Selon les expériences sur le lieu du Projet du Microcentrale de Sangano à KALEHE (Fin 2012) les mesures et calculs montrent que la rivière Sangano a un débit en moyen de 0.49m3/s pendant. Cette valeur de débit a été choisie comme la valeur la conception de l'installation hydro-électrique.

 

 

IV. 2.4. Etude de la potentialité du site

 

Lors de cette étude de la potentialité du site, on peut considérer que la chute H est égale à la différence d’altitude entre les niveaux à la prise d’eau et la sortie de la turbine. C’est une donnée topographique mesurable sur le terrain, ou grâce à une carte pour les hautes chutes. Dans notre cas, la chute est de 14,5m. Pour notre cas, nous nous rapporterons au débit moyen de fonctionnement de 0,49m3/s.

 

Calcul du Potentiel Hydroélectrique Quotidienne

 

Le volume total d'eau quotidienne peut être calculé comme suit:

Le volume total d'eau par jour = débit (m3/s) x 60 seconds x 60 minutes x 24 heures

                                                 = 0.49 x 60 x 60 x 24

                                                 = 42,336 m3

Le potentiel hydroélectrique quotidien (la quantité d'énergie électrique qui peut être généré par jour sur le site) peut être calculé comme suit:

Potentiel Hydroélectrique Quotidien (Pq) = V x H x e x d x g (kW-hr) / 3600 seconds

                                                                       = 42,336 x 14.5m x 0.6 x 1000 x 9.81 / 3600                                                                        = 1005.6 kW-hrs

Avec :

Pq = Potentiel hydroélectrique en kW-hrs.

V = Volume in mètres cubes

H = La hauteur de chute brute de la prise jusqu’à le turbine, en mètres (m) e = L'efficacité de l'installation, compte tenu de la perte de charge dans le pipeline et l'efficacité de la turbine et le générateur, exprimé par un nombre décimal (efficacité

60% 0,6) d = Densité de l'eau (1000 kg/m3). g = accélération de la pesanteur.

  

Calcul du Potentiel Hydroélectrique en Continu

 

Le potentiel hydroélectrique continu (la puissance qui peut être produite par l’installation en continu 24heures par jour) peut être calculé comme suit:

Potentiel Hydroélectrique Continu (Pc) = Q x H x e x g Kilowatts (kW)

                                                                = 0.49 x 14.5m x 0.6 x 9.81                                                                 = 41.9 kW

Avec : 

Pc = Puissance continue à la borne du générateur, en kilowatts (kW).

Q = Débit dans le pipeline, en mètres cubes par seconde (m3/s).

H = La hauteur de chute brute de la prise jusqu’à le turbine, en mètres (m) e = L'efficacité de l'installation, compte tenu de la perte de charge dans le pipeline et l'efficacité de la turbine et le générateur, exprimé par un nombre décimal (efficacité

60% = 0,6) d = Densité de l'eau (1000 kg/m3).

g = accélération de la pesanteur.

 

On a la puissance électrique continu égale à : 41,9KW.

Le présent travail démontre que les conditions géotechniques et hydrologiques ne permettent que la production d’une puissance d’environ 41,9KW. Elle ne pourra pas faire grand-chose si elle n’est pas renforcée par d’autres sources d’énergie au centre de « KALEHE » et les autres villages environnants.

 

IV. 2.5. Détermination de la hauteur du barrage-déversoir

 

Compte tenu du plan topographique des ouvrages et de la quantité en volume d’eau nécessaire pour faire fonctionner la turbine, la hauteur du barrage-déversoir de la microcentrale retenue est de 4m.

   

IV. 3. ETUDE TOPOGRAPHIQUE DU SITE

 

J’ai réalisé les levées topographiques du site du projet, et à base de cela, on a dressé une carte topographique à l’échelle 1/1000 avec des courbes de niveau équidistantes de 1m. Nous avons alors proposé l’emplacement approprié des ouvrages de la microcentrale. 

Ci-dessous se trouve l’extrait des levées topographiques sur l’axe du barrage. 

 

 

 

Figure14 : Extrait du plan topographique et plan masse de la rivière Sangano sur le site du projet

     

IV. 4. ETUDE GEOTECHNIQUE DU SITE

 

Nous avons effectué plusieurs visites sur terrain, ces visites nous a permis également de faire certaines observations notamment sur la configuration du terrain et d’avoir une première idée sur la nature des terrains rencontrés. Nous avons constaté que les conditions géologiques du site qui allait accueillir les différents ouvrages nous permettaient de faire des essais géotechnique.

 

Figure16 : Configuration du site

 

Figure17 : Configuration du site du barrage

 

 

Figure18 : Configuration du site de la salle des machines

Toutefois, à l’endroit du barrage, plus exactement à l’endroit du réservoir, on a observé un dépôt de sable limoneux. Les essais qui doivent se réaliser normalement est : la courbe granulométrique et la limite d’Atterberg à l’endroit du réservoir, mais expérimentalement le sol à cet endroit nous montre que nous sommes en présence d’un mélange de sable et de limon de plasticité moyenne.

On remarque la présence aux alentours du site des pierres d’excellente qualité provenant de la fragmentation de la roche naturelle. Celle-ci pourra servir comme matériaux de construction.

 

IV. 5. CONDITION GEOLOGIQUES DU SITE

 

Le site « Sangano » est composé par des conglomérats, des quartzites généralement grossiers, de teinte généralement blanche à rose et rougeâtre par altération. Les roches ont une stratification entrecroisée fréquente.

En bas de l’endroit où on va mettre notre barrage, le quartzite a une structure massive. Les quelques diaclases que présente la roche sont fermées, ce qui ne laisse à avoir une hypothèse que cette structure des roches se prolongent jusqu’à l’endroit du Barrage, d’où on peut supposer qu’il n’y aura aucune possibilité d’infiltration en dessous de notre ouvrage de retenue.

Le canal d’amenée pourra être aménagé sur la rive gauche dans une zone rocheuse et la salle de machine dans de blocs quartzitiques mélangés au limon sablonneux.

 

Figure21 : Mode d’affleurement de la rivière

            

Chap.  V. CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES DE

GENIE CIVIL

V. 1. INTRODUCTION

 

La centrale en soit sera constituée par un barrage (avec création d’un lac artificiel), une prise d’eau, un canal d’amenée, une conduite forcée et le bâtiment de la centrale ou une salle de machine.

Il est prévu à tracer une route d’accès de 217 m.

La côte du fond de la prise d’eau est 1560,8m, la côte début et fin du canal d’amenée sont respectivement 1560m (S 02°04’47,8" ; E 028°54’11,5") et 1559m (S02°04’48,7" ; E 028°54’12,2"). Ce qui donne une pente régulière de 1,8% sur une distance de 57m.

Le fond de la chambre de mise en charge est à la côte 1558m (S 02°04’48,9" ; E

028°54’11,8") et la salle de machine sera implantée à la côte 1548m (S 02°04’49,5" ; E 028°54’13,0").

Le dimensionnement des ouvrages a été conçu pour satisfaire une turbine de 41,9KW.

Les conditions géologiques du terrain sont favorables sur le versant gauche de la rivière, et c’est pour cela que le choix a porté sur ce versant pour l’implantation de la salle de machine.

 

Les figures en annexe donnent le plan d’ensemble des ouvrages de la microcentrale.

 

V. 2. DIMENSIONNEMENT DU BARRAGE

 

Le barrage est principalement un ouvrage de dérivation d’eau. Il est composé d’une partie déversoir et d’une autre partie barrage-poids.

 

V. 2.1. Vérification de la stabilité du barrage-poids.

 

La vérification de l’équilibre du barrage va se faire en tenant compte des principes énoncés dans le paragraphe I.3.1.

 

Les principales forces appliquées

      Le poids du barrage P : P = 0,5*a*h*Vp

Où Vp est la masse volumique du matériau a = m*h

On a P = 0, 5*m*h2*Vp

      La pression hydrostatique W : W = 0,5*Wo*h

Avec : Wo = Vw*h où Vw est la masse volumique de l’eau. 

On a : W = 0,5*Vw.*h2

La résultante des sous pression S : S = 0,5*So*a

Avec: a = m.h, 

 

On a: 

 

Vérifions le non renversement.

Condition : les moments des forces P, W et S par rapport au point B, doivent satisfaire la condition suivante :

MW < MP - MS (1)

Suivant les points d’application G, T et R les bras de P, W et S sont respectivement  BR, AT et BR où :

 

et 

 

On a:

MW = AT.W, MP = BR.P et MS = BR.S

   

Récapitulons tout dans un tableau:

 

Vp

VW

M

H

F

AT

BR

M

 

P

25

9,81

1

4

200

-

2,66

532

MP

W

25

9,81

1

4

78,48

1,33

-

104,38

MW

S

25

9,81

1

4

26,16

-

2,66

69,6

MS

Tableau19 : Force et bras de levier appliqués sur le barrage-poids

(1) Devient : 104,38 < 532 – 69,6

              104,38 < 462,4

« Le non renversement est vérifié »

 

On doit avoir  W < f (P – S)      (2)    Avec : f = Coefficient de friction

L’étude géotechnique a donné f = 0,75

On a : 78,48 KN < 0,75 (200 – 69,6)

78,48 < 0,75 x 130,4

78,48 < 97,8

« Le non glissement est vérifié »

 

Vérifions le nom traction :

Suivant la théorie de la résistance de matériaux, nous avons vu qu’il y a trois forces : T, N et M.

La contrainte de traction sera donnée par :

                                                                      (3)

Avec :

N : Contrainte normale

M : moment dû à l’effort tranchant

 

Avec : I = moment d’inertie et n = la position la plus éloignée de la fibre neutre

 

 

Pour les sections rectangulaires 

 

Et

 

Si on prend b = 1m, on aura :

                                                               (4)

La condition de non traction est τ  ≥ 0. On aura finalement :

 

 

On a : N = P et  M = MP – MW

D’où N = 200KN  et  M = MP – MW

                                                     = 532 KN – 104,38 KN

= 427,62KN

 

On prend h = 13 m,

 

Vérifions le non écrasement, nous vérifions les contraintes au voisinage du point B car c’est là où elles sont maximal.

Elles sont données par :

                                         (5)

τ = 30,566KN/m2

= 0,030566N/mm2

Nous proposons de construire avec du béton de la classe B25. Avec un coefficient de sécurité de 2,7 ; la contrainte admissible sera donnée par :

 

0,030566N/mm2  <   

« Donc le non écrasement est vérifié»

La résistance aux secousses sismiques, on doit avoir :

W + F1 + F2 < f*P     Avec : f = coefficient de friction

F1 = α P

Ici α varie suivant les degrés de séismes. A l’Est du Congo RD, les séismes se retrouvent dans la catégorie des degrés 1 et α a comme valeur 0,00025.

F1 = 0,00025 x 200

= 0,05 KN

 

 

 

Avec :

T : Une période du tremblement. A l’Est du Congo RD, généralement la moyenne est de 10 secs.

 

C = 0,818001

 

Vérifions la résistance aux secousses sismiques :

78,48+ 0,05 + 0,0214 < 0,75 * 200

78,5514 KN  < 150 KN

«  La condition est bel est bien vérifié»

 

V. 2.2. Dimensionnement du déversoir

 

Le déversoir rectangulaire doit être dimensionné de manière à élever le niveau du barrage par un montant suffisant pour qu'il entre dans le canal d’alimentation vers le bassin de sédimentation. Au cours des faibles débits le barrage devrait tenir toutes les eaux de la rivière et de les orienter vers le bassin de sédimentation. Au cours des débits élevés, la majorité de l'eau passera par-dessus le déversoir (à travers la fictive de l’échancrure). 

La hauteur minimum de la crête de déversoir au-dessus de lit de la rivière devrait être le double de la profondeur de l'eau au cours de la crête du déversoir rectangulaire au cours du débit de conception. 

La profondeur peut être calculée comme suit :

Pour un déversoir rectangulaire,

Q = 1.77 x b x h1, 5

Ou Q = débit de déversoir (m3/s) h = profondeur de l'eau sur la crête du déversoir (m) b = largeur fictive de l’échancrure (m)

 

Réorganisé pour la hauteur sur la crête du déversoir nous donne ce qui suit : H = [Q / (1.77 x b)] 0,6667

 

En supposant une fictive de l’échancrure de 2,5 m et un débit nominal de 0.49m3/s nous donne la profondeur de l'eau sur la crête de déversoir rectangulaire.

H = [0.49 / (1.77 x 2.5)] 0,6667

= 0.23m

Par conséquent, il est recommandé que le base de déversoir rectangulaire entaille est fixé à une distance 40cm ou 50cm au-dessus de la base de la rivière. Le fictive de l’échancrure rectangulaire doit être dimensionnée pour accueillir tout le débit maximal que peut se produire dans la rivière. Pour la rivière Sangano, le rapport Projet du Microcentrale de Sangano à Kalehe (2011) suggère une valeur maximale de 10 ans d'écoulement de 0,98m3/s et une valeur de 100 ans de 1,31m3/s.

En supposant une largeur fictive de l’échancrure de 2,5m et un débit maximal de 100ans de 1,31m3/s nous donne la profondeur de l'eau sur la crête déversoir rectangulaire. H = [1, 31 / (1, 77 x 2.5)] 0.6667

= 0.44m

 

La marge de réserve au-dessus le déversoir doit être au moins 0.40 m.

Les paramètres clés pour la conception du déversoir sont les suivantes:

      Largeur fictive de l’échancrure: 2.5m

      Profondeur du fictive de l’échancrure: 0.4m

      Hauteur totale du déversoir: 0.8m ou 1m

 

V. .3. DIMENSIONNEMENT DE LA HAUTEUR ET LARGEUR DE PRISE

 

Pour un débit capté correspondant à Q = 0,49 m3/sec, la formule mettant en évidence la hauteur et la largeur de la prise en fonction du débit est celle du déversoir rectangulaire cidessous :

Q = 1,8 (L – 0,2H) H3/2        (V.4)

 

 

Figure24 : Dimensionnement de la prise d’eau

 

Après résolution (V.4), on trouve les résultats du tableau ci-dessous :

 

Q (m3/sec)

L (m)

H (m)

Hmax = H + 0,3

L > 3.Hmax

3. Hmax

0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49

0,49

0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49

272,22

24,34

10,06

5,78 3,85 2,79

2,13

1,69 1,37 1,14 0,95 0,81 0,70 0,60 0,52 0,45 0,39

0,01 0,05 0,09 0,13 0,17

0,21 0,25

0,29 0,33 0,37 0,41 0,45 0,49 0,53 0,57 0,61 0,65

0,31 0,35 0,39 0,43 0,47 0,51 0,55

0,59 0,63 0,67 0,71 0,75 0,79 0,83 0,87 0,91 0,95

Vérifié Vérifié Vérifié Vérifié Vérifié Vérifié

Vérifié

Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié

Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié

0,93 1,05 1,17 1,29 1,41 1,53 1,65

1,77 1,89 2,01 2,13 2,25 2,37 2,49 2,61 2,73 2,85

Tableau24 : Dimensionnement de la prise

 

Pour les différents plans du barrage et du déversoir, voir annexe

       

V. 4. DIMENSIONNEMENT DE LA GRILLE DE PROTECTION

 

Les grilles des prises d'eau type tyrolienne sont des éléments importants, car il s’agit du point de passage obligatoire de notre prélèvement, d’où l’importance de la position de la grille (dépôt, obstruction par corps étranger, etc.). 

Le calcul du débit à travers la grille dépendra du type de barreaux (carré, rectangulaire, cylindrique, autres formes), de leur espacement, de l’inclinaison de la grille, etc.

Le dimensionnement de la grille se fera en tenant compte des principes du paragraphe (II.3.1.1) et sa section sera calculée en appliquant la formule (II.9)

 

          Transformée.

Avec :

Qe : Débit à travers la grille ;

Cc : Coefficient de colmatage valant 0,3 pour les grilles manuelles et  0,5 pour les grilles automatiques ;

α : Inclinaison de la grille à la verticale, il est compris entre 0° et 60° ; e : épaisseur des barreaux ;

S : espacement libre entre les barreaux ; en pratique 

 

Sgrille : Section du dégrilleur au débit donné

hs: pertes de charge singulières au début de la grille ; 

 

Ve : vitesse d’écoulement, en pratique, 0,3 v 1,0 m/s.

    

Qe (m3/sec)

e/S

Vitesse (m/sec)

h (m)

S (m)

e (m)

Sgrille (m2)

0,49 0,49

0,49

0,49 0,49

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,6 0,6

0,6

0,6 0,6

0,01720162 0,01906341

0,02083828

0,0225405

0,02418068

0,005 0,005

0,005

0,005 0,005

0,0015

0,00175

0,002

0,00225

0,0025

3,538888889

3,675

3,811111111

3,947222222 4,083333333

Tableau25 : Dimensionnement de la grille

 

En considérant l’inclinaison de la grille α = 0° avec la verticale, pour un débit de

0,49m3/sec et en prenant le rapport  = 0,4 ; on aura la section de la grille égale à S =

3,811m2.

 

V. 5. DIMENSIONNEMENT DU DESSABLEUR

 

Pour un débit d’équipement égal à Q = 0,49m3/sec et en tenant compte du fait que la rivière charrie un peu plus de sable fin dont le diamètre de grains est de 0,2mm du poids volumique égal à 26, 5 KN/m3, les dimensions de dessableur seront calculer par les formules (II.11) jusqu’à (II.15).

Le tableau suivant donne les résultats obtenus après application de ces formules.

Vd (m/sec)

Q (m3/sec)

0 < δ < 2

b (m)

h (m)

L (m)

b L/8

0,04 0,04

0,04

0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

0,49

0,49 0,49

0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49

0,2 0,4

0,6

0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

0,7

0,99

1,21

1,4

1,57 1,71 1,85

1,98

2,1

2,21

3,5

2,47 2,02

1,75 1,57 1,43 1,32 1,24 1,17 1,11

17,5

12,37

10,10

8,75 7,83 7,14 6,61 6,19 5,83 5,53

Vérifié Vérifié

Vérifié

Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié Non Vérifié

Tableau26 : Dimensionnement du dessableur

Le corps du dessableur sera en maçonnerie de moellons dosée à 250Kg/m3, sur laquelle sera posée une chape lisse de ciment dosée à 500Kg/m3. Conformément à la formule de l’étendue d’un dessableur, on voit que cette dernière n’est fonction que du diamètre extrême à éliminer déterminant Vd et du rendement souhaité. Le volume est par contre une fonction linéaire croissante de la profondeur. On conclue donc que le dessableur doit être peu profond, suffisamment larges et allongé.

On adopte alors comme dimensions :

      Largeur du dessableur b = 1,21m

      La profondeur du dessableur h = 2,02m

      La longueur du dessableur L = 10,10m

      Une pente « a » du fond peut être admise à 30°

      Une pente longitudinale de 1%

 

Pour les plans du dessableur  voir l’Annexe

 

 

Figure 20 : Localisation du dessableur

V. 6. CHOIX DE LA FORME DE LA SECTION ET DES MATERIAUX POUR LE

CANAL D’AMENEE

 

Les sections les plus adaptées pour la canalisation des eaux sont les profils rectangulaire et trapézoïdal. Ils sont choisis parce qu’ils facilitent le curage en cas de fortes précipitations engendrant un transport solide intense.

Pour le calcul présent, le profil trapézoïdal est le mieux indiqué. 

En effet, quoi qu’encombrant, le profil trapézoïdal est économique et présente une capacité hydraulique élevée par rapport au profil rectangulaire (pour les canaux à ciel ouvert).

Ce profil assure aussi la stabilité des berges et du talus.

La longueur de la canalisation sera en maçonnerie de moellons (Kst = 50m1/3/sec) car ces matériaux sont disponibles sur le site de construction du barrage.

 

Figure27 : Profil-type d’un canal trapézoïdal

 

                                                      (V.5)

 

Les paramètres hydrauliques peuvent être exprimés en fonction de λ comme suit :

 

Paramètres

Expression

Emprise du canal « B »

Section mouillé A

Périmètre mouillé P

 

Rayon hydraulique Rh

(λ + 2p) H

(λ + p) H2

       

                                    

Tableau27 : Paramètres hydrauliques d’un canal trapézoïdal

 

L’expression de Manning Strickler pour un écoulement uniforme de hauteur H donne la vitesse dans la canalisation :

                                                 (V.6)

                                      (V.7)

                                                             

Exprimant la hauteur H en fonction du débit Q, on a :

                               (V.8)

 

                                 (V.9)

 

La dérivée de A par rapport à λ donne la valeur de λ pour la section la plus économique. 

 

Comme la section du canal dépend du coefficient d’accolement p, la condition 

 donne la section trapézoïdale doublement économique avec :

 

Et

 

 

En adoptant comme paramètre d’entrée :

      Pente des Berges : p = 0,577

      Compte tenu des études faites, on se propose de concevoir une centrale qui utilisera un débit Q = 0,49m3/sec

      Compte tenu d’une faible pente du terrain naturel, on adopte une pente I = 0,0015.

 

Inclinaison

Berge (°)

Q (m3/sec)

I

λ

P

V (m/sec)

H (m)

b (m)

B (m)

A (m2)

Rh (m)

30 35 40 45 50

55

60

65 70 75 80 85 90

0,49 0,49 0,49 0,49 0,49

0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49 0,49

0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015

0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015

0,54 0,63 0,73 0,83 0,93 1,04 1,15

1,27

1,4

1,53 1,68

1,83

2

1,73 1,43

1,19

1

0,84

0,7

0,58

0,47 0,36 0,27 0,18

0,09

0

0,79 0,81 0,83 0,84 0,84 0,85 0,85

0,85 0,84 0,84 0,83 0,83 0,82

0,52 0,54 0,56 0,57 0,57 0,58 0,58

0,58 0,57 0,57 0,56 0,56 0,55

0,28 0,34 0,41 0,47

0,53

0,6

0,67

0,73

0,8

0,87 0,95

1,02

1,1

2,09 1,89

1,73

1,6 1,5

1,41 1,34

1,28 1,22 1,18 1,15

1,12

1,1

0,62

0,6

0,59 0,59 0,58 0,58

0,58

0,58 0,58 0,58 0,59

0,59

0,6

0,261 0,271 0,278 0,283 0,287 0,288

0,289

0,289 0,287 0,285 0,282 0,278 0,274

Tableau28 : Dimensionnement du canal d’amenée pour une section doublement économique En dimensionnant notre canal selon le profil économique, c’est-à-dire pour une pente des berges égales à 60° et λ = 1,15 ; et en ajoutant une hauteur de sécurité de 0,68m sur le canal trapézoïdal, on trouve les dimensions suivantes :

      Inclinaison de berge : 60°

      Largeur de fond b : 0,67m

      Emprise du canal B : 1,34m

      La hauteur du canal H : 1,26m

      Longueur du canal L : 57m

 

Tandis que, pour notre cas sur notre site, le canal rectangulaire qu’on aura à utiliser.

Le canal devrait être dimensionné en fonction sur un débit de conception de pointe de

0.49m3/s.  Le canal sera construit à partir de maçonnerie en pierre avec un revêtement de 4cm de béton. Une pente 1/100 a été sélectionnée ce qui correspond à la topographie du site et est typique pour ce type d'application. Une vitesse recommandée admissible pour le béton des canaux bordés de 6m/s a été utilisé. En utilisation de ce débit, la section transversale peut être calculée comme suit :

Q = V x A

Où : Q = débit (m3/s)

V = vitesse maximale admissible pour un canal de béton (m/s)

A = section transversale d'écoulement (m2)

 

Réorganisé pour la section transversale :

A = Q / V

= 0,49 m3/s / 6m/s

= 0,082 m2

 

Le fond du canal doit être positionné 20cm en dessous de la crête du déversoir. Pour maintenir 10cm de franc-bord en dessous de la crête pendant la profondeur de l’eau dans le canal d’écoulement doit être maintenue à 10 cm.

 

Pour cette section :

A = 0,1m x B 

= 0,1y

 

La largeur du canal peut être calculée comme suit :

A  = 0,082 m2

0.1B = 0,082 m2

B   = 0,082 / 0,1

B = 0,82 m

Par conséquent, afin de maintenir un débit recommandé admissible de 6 m/s et une profondeur de 10 cm d'eau, la largeur du canal doit être 0,82m de large.

Pour éviter le franchissement au cours des débits excessive, la hauteur totale des parois du canal doit être le même que la hauteur totale des parois de déversoir.

Les paramètres clés de la conception pour le canal sont donc les suivantes:

 Largeur intérieure: 0,8m  Hauteur intérieure: 0,6m  Conception débit: 4,9m3/s  Vitesse de conception: 6m/s

 

En annexe, Coupe transversale du canal d’amenée

 

V. 7. DIMENSIONNEMENT DE LA CHAMBRE DE MISE EN CHARGE

 

La chambre d’équilibre est conçue de telle sorte que l’on dispose d’une zone qui peut d’une part, stocké la quantité d’eau nécessaire au fonctionnement normal de la turbine à tout instant et d’autre part, constitue un espace de décomposition lors de la fermeture brusque de la vanne de la centrale. 

Elle sera conçue en maçonnerie de moellons correctement étanche. 

Pour un débit d’équipement Q = 0,49m3/sec et en considérant un temps de stockage de 25 secondes, la chambre de mise en charge du projet aura un volume de 2, 5 m3.

Pour des raisons constructives et pour éviter la formation de Vortex au dessus de la conduite forcée, on devra prévoir une hauteur minimale de1, 2m au dessus de ce dernier (ou prévoir un panel de Vortex) 

Le panel de vortex :qui permet d’éviter que l’air entre dans la conduite, car cet air peut créer la dépression dans cette dernière voire même créer des bulles d’air d’eau qui pourront endommager la roue de la turbine, pour étudiant.

 

Q (m3/sec)

t (seconde)

Volume (m3)

Hauteur (m)

Longueur (m)

Largeur (m)

0,49

25

12,25

1,52

7,60

3,40

Tableau29 : Dimensionnement de la chambre de mise en charge

 

Voir annexe pour Différentes coupes de la chambre de mise en charge

V. 8. DIMENSIONNEMENT DE LA CONDUITE FORCEE

 

La conduite forcée à dimensionner sera en acier galvanisée, d’une longueur de 25m mène de la chambre de mise en charge au bâtiment de la centrale. Ces conduites seront reliées entre elles par des brides à joints bien serrés sur chaque emboîtement, il y aura un massif d’encrage en maçonnerie qui jouera le rôle de support.

Une vanne d’arrêt sera placée à l’entrée de la centrale, du coté droit de la façade gauche de la salle des machines pour secourir en cas d’accident de fonctionnement à l’intérieur de la centrale. Un réducteur DN 200 sera placé en emboîtement de la conduite forcée et de la turbine.

La détermination du diamètre de la conduite forcée se fait à partir de la formule (II.22). Comme la résolution de cette équation n’est pas facile, nous avons procédé par itération successive de Newton-Raphson pour trouver le diamètre de la conduite forcée. La méthode de résolution se résume comme suit :

De l’équation (II.22), nous posons :

 

                                           (V.10)

De l’équation (II.22) et (II.6), nous écrivons une fonction du diamètre :

f (D) = AD-5 + BD-4 - H                                                                                              (V.11)

                                                                   (V.12)

 

Si nous prenons D1 comme référence d’itération, alors nous aurons :

 

                                                                                             (V.13)


Conception et Dimensionnement d’une Microcentrale Hydroélectrique sur la rivière Sangano dans le territoire de Kalehe au Sud-Kivu


 

Débit Q

(m3/sec)

L (m)

D1 (m)

H (m)

V (m/sec)

Re

Λ

Σζ

A

B

f (D1)

f'’(D1)

D2 (m)

e

  

    

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tableau30 : Calcul par itération du diamètre pour la conduite forcée

 

MUBALAMA MIRINDI Eric                                                                                              Page 76

 


Le dimensionnement nous a donné un diamètre interne de la conduite forcée de …….mm et son épaisseur est de …..mm.

 

A part la méthode par itération pour dimensionner la conduite forcée, on peut aussi utiliser la méthode ou les formules de Hazen Williams pour la dimensionner.

Le diamètre de la conduite forcée doit être optimisé pour délivrer la puissance maximale de la turbine. Les pertes de charge devraient être moins de 5%.

 Différence d'altitude entre conduite forces et turbine = 14,5 m

 Perte de charge acceptable (maximale 5%) = 0,05 x 14,5 m = 0,72 m

 Distance de la conduite forcée à la turbine = 25 m

 HW coefficient pour les nouveaux tuyaux en acier = 130

 Débit de conception = 0,49 m3/s Par Hazen Williams:

Diamètre intérieur tuyau (m)= [(10,9 x Distances x Débit x 1,85) / (Coefficient x 1, 85 x  

                                                 Perte)] (1/ 4, 85)

= [(10, 9 x 25 m x 0, 49 x 1, 85 m3/s) / (130 x 1, 85 x 0, 72 m)] 

   (1 / 4, 85)

= (247, 02125 / 173, 16) x 0,206

=0,29m (i.e. 300mm)

Recommander l'utilisation de tuyaux en acier standard DN 300 avec brides de DN 300 soudé. Le tuyau devrait être soudé dans deux sections principales (la sortie et descente incliné de la cuve de décantation, et l'entrée dans la salle des turbines). Il est aussi recommandé que l'entrée du tuyau soit évasée pour un rayon de 150mm pour faciliter le passage de l'eau dans la conduite forcée sans turbulence. La conduite forcée doit également être installé avec une bride de 150mm à empêcher le passage de l'eau entre l'interface tuyau / béton.

 

Voir annexe Coupe de la conduite forcée

 

V. 9. LE BATIMENT DE LA CENTRALE

 

Le bâtiment de  la centrale se trouvera au pied du versant sur lequel est posée la conduite forcée à proximité directe du lit de la rivière. Le bâtiment aura 5,9m de long et 4,4m de largeur. La fondation sera en maçonnerie en moellons, l’ossature sera en béton armé et les murs seront en briques cuites. La toiture sera constituée par une charpente en bois, recouverte de tôles BG28.

 

Voir annexe les Plans de salle de machines

 

V. 10. LE CANAL DE RESTITUTION

 

Nous avons adopté les mêmes dimensions du canal d’amenée, d’autant plus que le débit de l’eau turbinée reste 0,49m3/sec avec lequel nous avons dimensionné le canal.

Le canal de restitution qui recueille l’eau turbinée pour la rejeter dans la rivière derrière la façade ouest. Le canal aura une pente régulière de 0,5% sur une longueur totale de 4,2m.

 

Voir annexe la Coupe de canal de restitution

             

V. 11. CHOIX DE LA TURBINE V. 11. 1. La turbine adaptée

 

Pour le choix des turbines qui serons alimentées par des canaux à l’aval de la première centrale, 

Notre choix dépendra de deux éléments plus importants : la hauteur et le débit. 

Le débit varie entre 0,1 et 0,49m3/s

La hauteur varie entre 1 et 14,5m

Nous choisissons des turbines PELTON pour des raisons suivantes :

 Dans le cas des variations des débits importants sous une chute moyenne, une Pelton multi jet ayant une vitesse de rotation basse mais  un rendement élevé sur une large plage de fonctionnement  pourra être préférée à une turbine Francis. Le choix final entre un ou plusieurs unités ou entre un type de turbine ou un autre sera le résultat d’un calcul itératif prenant en considération l’investissement.

 La turbine Pelton est la turbine idéale pour des grades variations de hauteurs. La figure

suivante le montre clairement ;

Pour la production de 41,9KW à la sortie, pour une hauteur de 14,5m ; nous avons choisi une turbine PELTON modèle. Ce sont des turbines qui présentent de bonnes propriétés hydrauliques. Leur structure extérieure est aussi simple et l’installation demande peu de travaux de Génie civil. 

 

 Le tableau suivant justifie également notre choix

 

Type de turbine

Capacité de réponse aux variations de débit

Capacité de réponse aux variations de chute

Pelton

Elevée

Basse

Francis

Moyenne

Basse

Kaplan à double réglage

Elevée

Elevée

Kaplan simple réglage

Elevée

Moyenne

Hélice

Basse

Basse

 



[1] KINYAMBA, Homba. Méthode de la recherche scientifique, étape, contraintes et perspectives, Kinshasa, éd. MVE Kin., 2003.

[2] SEMBUKE. Initiation à la recherche scientifique, Inédit, Faculté des Sciences et Technologies Appliquées, ULPGL/Goma, 2008-2009, p. 1- 10.

 

[3] QUIVY. Manuel de recherche en sciences sociales, Paris, 2ème  éd. DUNOD, P. 189

[4] Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.

[5] Source : notes de cours d’aménagement en énergie hydroélectrique de la faculté polytechnique de l’Université de Burundi

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