Nant de Drance et BG : le projet de tous les superlatifs (partie 2/3)
La construction d’aménagements hydroélectriques en haute montagne est un défi exigeant pour les ingénieur-es, les entrepreneurs et la force ouvrière. La centrale de pompage-turbinage de Nant de Drance, dans les Alpes valaisannes, en est un exemple probant.
À quelques jours de son inauguration publique les 10 et 11 septembre, BG part à la découverte de cet ouvrage hors-norme et emblématique de l’ingénierie énergétique du futur dans une série de trois articles. Le groupe BG s’est vu confier des mandats dans les domaines du génie civil (partie 1), de la ventilation des galeries et cavernes (partie 2) et de la technique du bâtiment (partie 3) et a demandé aux ingénieurs impliqués de présenter le travail de leurs équipes.
2/3 VENTILATION - Entretien avec Stéphane Lévy, ingénieur en génie mécanique et spécialiste en énergie et mécanique des fluides
Quel a été votre mandat dans le domaine de la ventilation du complexe du Nant de Drance ?
Stéphane Lévy : Bien que le circuit d’eau constitue l’artère principale de cette centrale hydro-électrique en tant qu’élément actif porteur d’énergie (pompage ou turbinage), l’air constitue également un fluide d’importance pour le bon fonctionnement de la centrale et la sécurité des personnes. Notre mandat a été d’assurer la qualité et la quantité d’air requises pour une présence humaine, de réguler la température et l’humidité pour les équipements électriques et de permettre la gestion des fumées en situation d’incendie. Ceci dans ce réseau complexe de galeries et de cavernes aux dimensions conséquentes.
Quel rôle joue la ventilation dans un projet aussi complexe et sujet à de multiples contraintes ?
Stéphane Lévy : Compte tenu de la situation géographique de l’ouvrage et du nombre limité de connexions avec l’extérieur, la ventilation joue un rôle capital dans la sécurité des personnes et le maintien de conditions ambiantes adéquates. Chez BG, nous avons tout fait pour que Nant de Drance ne manque jamais d’air (rires).
Quelle solution avez-vous réalisée pour assurer la ventilation des galeries ?
Stéphane Lévy : La conception du système réalisée grâce au savoir-faire de BG en ventilation des tunnels permet d’assurer de manière fiable une circulation d’air dans les galeries principales et dans les galeries secondaires, tout en visant une utilisation efficiente de l’énergie. Pas question de consommer l’énergie produite par les turbines pour le fonctionnement de la centrale – elle doit en effet être distribuée sur le réseau ! (sourire)
Concrètement, le circuit de l’air commence au point bas du complexe : l’air est aspiré au travers du portail aval (Châtelard) et circule dans les galeries principales en direction du portail amont, sur une distance de 9,6 km sans liaison avec l’extérieur. Le mouvement de l’air est induit par deux ventilateurs de 2 m de diamètre, localisés à proximité du portail amont (Vieux Emosson). Un ventilateur fonctionne en permanence et l’autre est utilisé en redondance ou pour l’évacuation des fumées en mode désenfumage.
Qu’en est-il de la ventilation des cavernes ?
Stéphane Lévy : Après 5.5 km de galerie et au détour d’un élargissement, se trouvent les cavernes principales. L’écoulement régulier d’air en galerie est capté et envoyé en direction des cavernes des machines et transformateurs. Il est refroidi et déshumidifié avant d’être distribué dans les 400 locaux des cavernes au travers d’un réseau de gaines complexe. Au total, 21 centrales de traitement d’air et plus de 6000 m de gaine sont mis en place pour assurer les débits d’air requis dans les locaux.
Chaque local a des besoins propres en termes de renouvellement de l’air (dilution des poussières, vapeurs explosives / toxiques) ou de températures admissibles, ce qui a nécessité un dimensionnement individuel par BG. Ce développement a été mené en coordination directe avec les autres techniques présentes sur le projet et notamment le Génie Civil pour la gestion des percements.
Comment avez-vous abordé la gestion de la température ?
Stéphane Lévy : En raison de l’importante puissance électrique transitant dans la centrale (900 MW), des dissipations thermiques significatives peuvent être présentes dans certains locaux. Ainsi, un système de refroidissement additionnel est mis en place. Celui-ci est prend sa source dans le réseau hydraulique principal de la centrale – dans les conduites forcées – afin de tirer parti de sa température limitée (env. 4°C). Il permet d’alimenter un échangeur de chaleur d’une puissance de 1’750 kW, lequel peut assurer la distribution de froid dans les locaux nécessaires, au moyen d’unités de climatisation et d’armoires frigorifiques.
La centrale fonctionne toute l’année – quelles mesures pour l’hiver ?
Stéphane Lévy : En raison des températures glaciales rencontrées dans cet environnement alpin (-17°C), un risque de gel est présent sur la chaussée, ce qui pourrait dégrader les conditions d’accès au portail Châtelard. Un chauffage doit donc être prévu. Le concept développé par BG allie écologie et économies considérables, grâce à la valorisation des eaux de ruissellement du massif au lieu d’une installation électrique ou au mazout. L’eau est pompée et injectée dans un échangeur de chaleur d’une puissance thermique de 2’000 kW, qui peut ainsi préchauffer l’air circulant au travers.
Et la gestion des fumées, notamment en cas d’incendie ?
Stéphane Lévy : Le complexe de Nant de Drance étant totalement souterrain, la gestion des fumées en cas d’incendie est primordiale pour assurer la sécurité des personnes présentes sur site et limiter les dommages sur les équipements. Il va sans dire que la sécurité des personnes est prioritaire. Comme les distances à parcourir pour se mettre à l’abri sont à l’échelle de ce projet colossal, deux locaux de survie ont été prévus dans le complexe, afin de permettre aux personnes présentes de se mettre en sécurité et d’attendre les secours.
Pour d’évidentes raisons économiques et de stabilité de réseau, la production doit pouvoir être rétablie le plus rapidement possible. C’est pourquoi les incendies en galeries sont gérés par la ventilation dédiée, qui peut entrer en mode désenfumage avec les deux ventilateurs activés à pleine puissance. Dans cette situation, les cavernes sont isolées du reste des galeries, de façon à permettre la poursuite de l’exploitation de la centrale.
Il faut savoir qu’un incendie dans un local d’une caverne engendrerait un comportement similaire à la situation dans un bâtiment, à savoir un compartimentage coupe-feu. Des systèmes spécifiques ont été mis en place, tels que des dispositifs d’extinction à gaz ou un réseau de mise en surpression des cages d’escaliers. Un mode de désenfumage spécifique de la salle des machines, mutualisé avec la ventilation de tunnel a également été développé et vérifié au moyen de simulations numériques 3D d’incendie.
Un mot sur la proposition de valeur de BG ?
Stéphane Lévy : L’horizon d’exploitation de la centrale de Nant de Drance, nous imposait une gestion optimale des ressources en énergie. BG a par conséquent mis en œuvre des solutions permettant des économies considérables sur le long terme : limitation de la puissance des ventilateurs, utilisation de l’eau du massif pour préchauffer l’air au portail et refroidissement des équipements électriques avec l’eau du lac d’Emosson.
Nous témoignons à Nant de Drance SA notre reconnaissance et notre fierté d’avoir pu apporter notre expertise multidisciplinaire au service d’un ouvrage clé de la stabilité du réseau électrique européen et de la transition énergétique. Nous nous réjouissons d’ores et déjà de poursuivre notre collaboration en phase d’exploitation.
* La société en charge de la gestion du complexe hydroélectrique est Nant de Drance SA, créée pour l’occasion. Quatre entreprises sont actionnaires de cette nouvelle entité : Alpiq pour 39%, les CFF pour 36%, IWB (de) pour 15% et FMV pour 10%. En savoir plus : www.nant-de-drance.ch
Carte d’identité d’un chantier hors-norme
Après la construction de trois barrages successifs (Barberine en 1925, Vieux-Emosson en 1955 et barrage-voûte d’Emosson en 1975) sur une période de 50 ans, la mise en service de la centrale de pompage-turbinage de Nant de Drance au 1er juillet 2022 constitue la quatrième et dernière étape d’un maillon essentiel pour la stabilisation du réseau électrique suisse et européen. Avec ses 900 MW et sa production d’environ 2,5 milliards de kilowattheures d’énergie de pointe par an (ou 2’500 GWh), la nouvelle installation est l’une des plus puissantes d’Europe. Elle jouera un rôle central dans la sécurité d’approvisionnement en électricité en Suisse.
14 ans de travaux (2008 – 2022)
Entièrement souterraine, la centrale de pompage-turbinage est située à la frontière franco-suisse dans le massif des Aiguilles Rouges de Chamonix, sur le territoire de la commune de Finhaut (VS) à mi-chemin entre Martigny (CH) et Chamonix (F). Elle met à profit la différence de niveau entre deux lacs de retenue, appelés Lac du Vieux Emosson et Lac d’Emosson. La centrale fonctionne par allers-retours : à l’aller, l’eau du lac supérieur, retenue par un barrage, est entraînée vers une usine souterraine, celle du Nant de Drance, avant d’être propulsée dans le lac inférieur. Au retour, le dispositif pompe et fait remonter l’eau en sens inverse, vers le réservoir amont.
La construction de la centrale de pompage-turbinage a nécessité le chantier de tous les superlatifs en haute altitude : 17 km de galeries creusées, 1,7 million de m3 de roche excavé, jusqu’à 400 ouvriers et quelque 60 entreprises sur site, et un investissement de plus de 2 milliards de francs.
La caverne principale de Nant de Drance, dite caverne des machines, représente un volume d’excavation de 270 000 m3, mesure 52 m de haut, 32 m de large, et 200 m de long, sous une épaisseur de couverture de plus de 600 m. Elle est ainsi l’une des plus grandes du monde, présentant un espace plus grand que les dimensions intérieures de la cathédrale de Notre-Dame à Paris.
La quantité d’eau turbinée, 360 m3 par seconde, correspond au débit du Rhône à Genève en été. Le barrage du réservoir supérieur a dû être surélevé de 20 mètres pour pouvoir retenir 25 millions de m3 d’eau, ce qui représente une capacité de stockage d’énergie de 20 gigawattheures (GWh) (ou : 20 millions de kWh), soit l’équivalent de ce que 400 000 voitures électriques stockeraient dans leurs batteries. Plus pragmatiquement, la centrale alimentera 900 000 foyers en électricité.
Une gigantesque batterie
Nant de Drance a été conçue pour gérer les fluctuations liées à la production d’énergie solaire ou éolienne. Fonctionnant comme une immense batteri”, elle permettra de stocker l’électricité excédentaire sur le réseau, produite en été quand l’énergie est abondante. L’eau stockée dans le barrage sera turbinée en hiver, quand la demande en électricité est plus importante que la production.
Compenser l’impact sur l’environnement d’un chantier en haute altitude
Pour compenser l’impact sur l’environnement des travaux de construction de la centrale et de la ligne à très haute tension qui la relie au réseau électrique, quatorze projets d’un coût total de 22 millions de francs ont été, sont ou seront réalisés. La plupart des mesures visent à recréer localement des biotopes spécifiques, en particulier des milieux humides.
Articles de la série :
article 1/3 (génie civil)
article 3/3 (technique du bâtiment) à paraître sur notre site dans quelques jours.
