Nant de Drance et BG : le projet de tous les superlatifs

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 et du désenfumage (partie 2) et de la technique du bâtiment (partie 3) et a demandé aux ingénieurs impliqués de partager le travail de leurs équipes. 

1/3 GENIE CIVIL - Entretien avec Patrick Heck, ingénieur et spécialiste en géotechnique

Depuis quand le Groupe BG est-il partenaire de Nant de Drance SA ?
Patrick Heck : BG a été largement impliqué dans les aspects liés au génie civil de Nant de Drance depuis 2008. Le Groupe a établi les bases de soumission et l’analyse de l’offre pour l’extension de puissance des cavernes, la vérification du prédimensionnement et l’assistance pour les reconnaissances géologiques et la mécanique des roches. BG a également été chargé des études d’exécution des cavernes, en ce qui concerne l’excavation, le soutènement et la réalisation du gros œuvre. Enfin, BG a participé activement à la direction des travaux et la mise en eau des voies d’eau.

L’un des éléments les plus marquants est la caverne principale : comment a-t-elle été créée ?
P.H. : L’excavation de la caverne principale a débuté en août 2011 depuis la galerie d’accès en calotte, avec une cadence de 500 m3 par jour. La caverne principale a été excavée en 9 étapes horizontales et 11 étapes verticales, avec l’application d’un soutènement immédiat de béton projeté fibré renforcé par boulonnage. La calotte a été excavée en 3 phases avec un décalage de 10 m entre les étapes. En parallèle, la voûte définitive a été bétonnée. En attendant la réalisation du reste de la structure de la caverne, elle était appuyée provisoirement sur une longrine en béton armé suspendue par des ancrages précontraints, sur laquelle était accroché le pont roulant de chantier.

Parlez-nous des phases d’excavation et soutènement.
P.H. : Une contribution clé de BG dans cette phase du projet était l’optimisation de l’excavation et du soutènement en réalisant des investigations géologiques spécifiques couplées à une analyse numérique poussée, et en implémentant la méthode observationnelle durant l’exécution. La définition d’un concept approprié d’excavation, de soutènement et de revêtement a requis l’établissement d’un modèle de comportement du massif très élaboré, s’appuyant sur une campagne de reconnaissance conséquente. Sur cette base, une modélisation tridimensionnelle par éléments finis ainsi qu’une analyse des blocs instables ont permis de fortement optimiser le soutènement et le revêtement. Le suivi de l’avancement (par la mise en place de 5 sections instrumentées de cibles optiques et extensomètres) et les rétro-analyses effectuées ont permis des allégements successifs des mesures de soutènement et l’adaptation du phasage d’excavation.

Quel a été l’impact de ces investigations géologiques poussées ?
P.H. : Les économies réalisées grâce à ces études ont représenté environ 6 fois les coûts des reconnaissances et des calculs d’ingénieur consentis par le Maître d’Ouvrage. Les délais d’excavation ont aussi pu être accélérés en réorganisant les phasages des différentes étapes, dégageant une marge pour rattraper les retards survenus ailleurs.

Quels autres défis avez-vous relevés, notamment lors du gros-œuvre des cavernes principales ?
P.H. : Dans le cadre du développement du projet d’exécution, BG était responsable du dimensionnement des structures des cavernes principales, et a été confronté à un nombre de défis : des charges hors-normes, que ce soit au niveau des dalles ou des appuis des machines, des dalles percées de grandes ouvertures, ou encore des grandes étapes de bétonnage, nécessitant un travail de modélisation de l’évolution thermique couplée à des essais sur chantier.

BG a dû faire appel à toute son ingéniosité et travailler en étroite collaboration avec l’entreprise (Groupement Marti-Implenia GMI) et l’équipementier (GE Hydro) pour développer des concepts particuliers pour répondre aux tolérances de rigidité et aux conditions de fréquences propres : tritubes précontraints, injections des bâches spirales, analyse numérique tridimensionnelle fine, développement de maquettes physiques, ou encore plans de ferraillage en 3D.

Du point de vue de la réalisation, la coordination entre les différents intervenants, le manque d’espace et la logistique ont constitué les défis principaux de ce chantier gigantesque.

Comment avez-vous géré la contrainte du temps ?
P.H. : Pour la construction de la salle des machines, il aura fallu environ 53’000 m3 de béton, 98’000 m2 de coffrage et 6’200 t. d’armature, et ceci en moins de 30 mois. En règle générale, du béton autocompactant a été utilisé pour la construction des éléments murs, radiers et plafonds, avec pour granulats, les matériaux d’excavation récupérés durant la période du creusement, qui ont été valorisés et concassés dans la gravière du chantier.

Ce défi a pu être relevé par le Groupement GMI grâce au soutien quotidien de toute l’équipe de projet BG, qui a su livrer, dans les délais impartis, plus de 1’300 plans et 2’000 listes de fer, tout ça à 9 exemplaires ! Une équipe spéciale a été créée pour l’occasion, composée de 33 collaborateurs des bureaux de Lausanne et Sion, mais aussi de nos collègues de Aix-les-Bains, ainsi que de nos partenaires chez PRA Ingénieurs Conseils et Next Draw pour booster notre capacité de production de plans.

Et comment avez-vous organisé la Direction des travaux ?
P.H. : Dans le cadre de la participation à la direction des travaux, BG a assuré une présence continue sur chantier à Châtelard, de janvier 2013 à décembre 2018. Durant cette période, jusqu’à 5 collaborateurs BG à plein temps étaient à l’œuvre, apportant leur expertise technique, administrative et linguistique pour assurer le bon déroulement des travaux dans un contexte climatique exigeant, sur un projet hors-normes, international et multilingue.

Nos experts et expertes sont également intervenus sur chantier tout au long de notre mandat pour accompagner le Maître d’Ouvrage et les entreprises sur des sujets spécifiques, tels que les injections des aspirateurs et bâches spirales, ou la participation au suivi de remplissage des voies d’eau.

Un mot, en guise de conclusion ?
P.H. : Ce projet audacieux et innovant, au service de l’homme et de l’environnement, est parfaitement en phase avec l’ADN du Groupe BG, et nous sommes très fiers et reconnaissants d’avoir été des acteurs clé à sa bonne mise en œuvre.

 

 

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.

Les articles 2/3 (ventilation et désenfumage) et 3/3 (technique du bâtiment) seront publiés sur notre site ces prochains jours. 

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