BIENVENUEBIENVENUE- Présentation du cours- Présentation du … · 2018. 10. 2. · Economie Hydraulique 2 Cours en option du Master E. Davalle et P. Droz Laboratoire des systèmes

ÉC OLE POLY TEC H NIQU EFÉDÉRALE D E LAUSAN NE

Economie Hydraulique

1 Cours en option du MasterE. Davalle et P. Droz

Laboratoire des systèmes énergétiquesLaboratoire de constructions hydrauliques

BIENVENUE - Présentation du coursBIENVENUE - Présentation du cours

• Intervenants : Eric DAVALLE, Dr Ingénieur civil EPFLDirection du Service de l’électricité de Lausanne

Patrice DROZ, Dr Ingénieur civil EPFL

Direction de STUCKY SA

• Quand : chaque jeudi du semestre d’été (GCA330)

• Durée : de 16h15 à 18h00

• Examen : écrit





Présentation du cours – Partie I (Eric Davalle)Présentation du cours – Partie I (Eric Davalle)

" Économie hydraulique "

Économie Hydraulique - Eau

1. Économie : historique et crises

2. Les moteurs de l’économie en 2011

3. Économie et court terme

4. Économie et long terme

5. Développement durable et l’eau

6. Économie et eau, quelles difficultés ?

7. Eau et origine

8. Eau et ressources

9. Eau et enjeux mondiaux (2)

10. Eau et son vrai prix

11. Eau et optimisation d’ouvrages

12. Eau et financements desaménagements





11. Eau et optimisation d’ouvrages11. Eau et optimisation d’ouvrages





L’EAU : Difficultés techniques rencontrées






Rupture du barrage de Zayzoun (Syrie)

Difficultés techniques rencontrées





Les sommes financières engagées sont énormes (le coût d’un aménagement hydroélectrique peut parfois dépasser le milliard de US$ !)

Les responsabilités (financières et techniques) sont très importantes

Les ouvrages sont complexes car leurs formes sont variées et soumis à un environnement très hétérogène

Souvent, les problèmes rencontrés sont à l’échelle des ouvrages à réaliser (sous-pressions, tassements, …)

L’économie ou la technique ne sont pas toujours les seuls critères (écologie et impacts sociaux et environnementaux)






a) Difficultés relatives aux matériaux et conditions locales

L’acier

Le béton

Les enrochements ou autres

La topographie et les conditions hydrauliques locales

Les conditions géologiques et hydrogéologiques






b) Difficultés relatives au site

Barrage de Nourek (Tadjikistan)

1

Vallée auxpentes instables

2

Barrage ”digue”contrôles à long

terme ?

3Sécurité des

populations etdes activités

industrielles ?





b) Difficultés relatives au site

L’ingénieur restera toujoursconfronté au défi d’uneréalisation sur mesure

Evacuateur de crue (interaction béton-rocher)

Tranchée couverte du TSOL et desdifficultés de réalisation dues au sous-sol

très hétérogène localementCaverne d’une centrale souterraine

Grandes dimensions

Herse contre le transport de corps étrangers





c) Difficultés relatives au choix des dimensions de l’ouvrage

Souvent l’expérience remplace avantageusement une analyse technico-économique impossible à établir sérieusement

Trop d’hypothèses ou variables contradictoires:

Ex1 : optimiser entre l’efficacité et le coût d’un ouvrage comme un dessableur, alors qu’ils évoluent en sens inverse !

Attention au coût d’études par rapport au coût des ouvrages ( < à 15% )

Intérêt économique pas significatif

Ex2 : optimiser la hauteur optimale d’une chambre d’équilibre (contre les surpressions de type coups de bélier), alors que son coût est de l’ordre de 5% de celui de la galerie qu’elle protège. En pareil cas, les règles de l’art techniques s’imposent






c) Difficultés relatives au choix des dimensions de l’ouvrage

Les questions d’accès, de facilité d’exploitation et de manutention priment

Ex3 : démontage d’un groupe générateur pour sa réparation ou son remplacement dans une caverne souterraine pose le problème contradictoire d’une place nécessaire pour les opérations et de dimensions des ouvrages souterrains à réduire au maximum pour minimiser les coûts

La prise en compte de variables liés à la sécurité

Ex5 : dispositif d’aération d’écoulement d’une conduite à isoler de tout autre dispositif de manœuvre manuel pour éviter des accidents (ouvrier aspiré !)

Ex4 : mise en place du blindage (viroles métalliques) d’une conduite forcée fortement inclinée. Décision de réduire le poids pour la mise en place par l’utilisation un acier à haute résistance (réduction de l’épaisseur des tôles)






L’EAU : Étapes relatives aux études






Cycle de vie d’un ouvrage

Étapes relatives aux études

Identification,études préliminaires,coût estimatif,

recherche de financementsDÉCISION DE POURSUIVRE

LES ÉTUDES

Études de détail,suivi des délais et

contrôle des coûts deconstruction jugée conforme

OUVRAGE RÉALISÉ

Exploitation et maintenancede l’ouvrage, programmedu suivi des opérations,

programme d’investissementsDÉCISION DE RÉHABILITER ou D’ÉTENDRE

Études conceptuelles,établissement des conditions

de réalisation et calcul du coûtDÉCISION DE CONSTRUIRE

Études complémentaires,ouvrage rénové ou étendu

POURSUITE D’EXPLOITATION

1

2

4

5

3



LES ÉTUDES



OUVRAGE RÉALISÉ









LES ÉTUDES



OUVRAGE RÉALISÉ







1

2

4

5

3





ÉTUDES DEFAISABILITÉ

ÉTUDES DEFAISABILITÉ

ECONOMIQUESOCIALE et

ENVIRONNEMENTALE

ECONOMIQUESOCIALE et

ENVIRONNEMENTALE

TECHNIQUESTECHNIQUES

ÉTUDES DEVARIANTES

ÉTUDES DEVARIANTES

OPTIMISATIONTECHNIQUE

OPTIMISATIONTECHNIQUE

RECHERCHED’ÉCONOMIES

RECHERCHED’ÉCONOMIES

Avant-projetsommaire (APS)

Avant-projetsommaire (APS)

Avant-projetdétaillé (APD)Avant-projet

détaillé (APD)

Études pluridisciplinaires et optimisation

PROJETDÉFINITIF

PROJETDÉFINITIF

SOUMISSIONSOPTIMISATION

DESQUANTITÉS

SOUMISSIONSOPTIMISATION

DESQUANTITÉS

PROJETD’ÉXÉCUTION


SUPPORT A LA RECHERCHEDE FINANCEMENT ET

OPTIMISATION FINANCIÈRE

SUPPORT A LA RECHERCHEDE FINANCEMENT ET

OPTIMISATION FINANCIÈRE

MONTAGE D’UNPARTENARIATTECHNIQUE

MONTAGE D’UNPARTENARIATTECHNIQUE MANAGEMENT

DE PROJETOPTIMISATION

DU TEMPS

MANAGEMENTDE PROJET

OPTIMISATIONDU TEMPS

CONSEILS ÀL’ENTREPRISE

CONSEILS ÀL’ENTREPRISE

RÉALISATION

Étapes relatives aux études





Exemple de calculs d’optimisation, contrôle et vérification

Iran, 1997

Suisse, 1997

Suisse, 1998

Suisse, 1998

Turquie, 1999

Suisse, 1999Suisse, 1999

Suisse, 1999

Iran, 1997





Étapes des études en Suisse

ANALYSE DUPROBLÈME,

DÉFINITION DE LA MISSION ET RECHERCHE

DES DONNÉES

ANALYSE DUPROBLÈME,

DÉFINITION DE LA MISSION ET RECHERCHE

DES DONNÉES

PRÉPARATION D’UN ÉVENTAIL DE SOLUTIONS

ET CHOIX

PRÉPARATION D’UN ÉVENTAIL DE SOLUTIONS

ET CHOIX

ETUDES DE OU DES

SOLUTIONS RETENUES ET

PRÉDIMEN-SIONNENENTS

ETUDES DE OU DES

SOLUTIONS RETENUES ET

PRÉDIMEN-SIONNENENTS

DIMENSION-NEMENT ET

PRÉPARATION DES

DOCUMENTS POUR LA

DEMANDE D’AUTORISA-

TION DE CONSTRUIRE

DIMENSION-NEMENT ET

PRÉPARATION DES

DOCUMENTS POUR LA

DEMANDE D’AUTORISA-

TION DE CONSTRUIRE

PRÉPARATION DES

DOCUMENTS DE

SOUMISSIONS ET

PROCÉDURE

PRÉPARATION DES

DOCUMENTS DE

SOUMISSIONS ET

PROCÉDURE

ETU

DE

SR

ÉA

LIS

ATI

ON

ÉTUDESPRÉLIMINAIRE

ÉTUDESPRÉLIMINAIRE

AVANT-PROJET

AVANT-PROJET

PROJETDÉFINITIF

PROJETDÉFINITIF

TRAVAILPRÉPARATOIRE

TRAVAILPRÉPARATOIRE

APPELSD’OFFRES

APPELSD’OFFRES



DIRECTIONGÉNÉRALE

DIRECTIONGÉNÉRALE

DIRECTION LOCALEDES TRAVAUX

DIRECTION LOCALEDES TRAVAUX

DOSSIER DEL’OUVRAGE EXÉCUTÉ

DOSSIER DEL’OUVRAGE EXÉCUTÉ

GARANTIE ETVÉRIFICATION

FINALE

GARANTIE ETVÉRIFICATION

FINALE





L’EAU : Estimation du coût des ouvrages






Evaluation préliminaire des coûts d’ouvrages hydrauliques

Barrage mobile C1 = 4’000 x QP [CHF]

Prise d’eauet dessableur C2 = 35’000 x QP [CHF]

Avec, en première approximation:

QP (par km2 de bassin versant) = 1 m3/sI = 2 mm/m (économique) de pente de

galerie souterraine (2 ‰)

Galerie souterraine C3 = ( 220 QP0,4 I-0,2 – 200 ) x L [CHF]

C3 = ( 760 QP0,4 – 200 ) x L [CHF]

Estimation du coût des ouvrages





Conduite béton C4 = ( 0.18 QP0,82 I-0,41 + 320 ) x L [CHF]

Conduite acier C5 = ( 280 QP0,42 I-0,21 - 240) x L [CHF]

(Toutes ces formules sont basées sur la connaissance d’un patrimoine construit par la Société du Canal de Provence (SCP), valeurs 1985)

Centrale GC : C7-1 = (1.50 + 0.10 Q0,5) x 106 [CHF] EM : C7-2 = ( 40 : 2750) x 8 Q H (m) [CHF]

Hautechute

Bassechute

Puissacegarantie

η X 9,81

Canal en terre ouvertà écoulement libre C6 = ( 80 QP

0,39 I-0,19 ) x L [CHF]

QP ou 2QP 20,39 = 1,31 de différence !


Estimation du coût des ouvrages






Galerie souterraine

Conduite acier! !!C3 = ( 220 QP

0,4 I-0,2 – 200 ) x L [CHF]

C5 = ( 280 QP0,42 I-0,21 - 240) x L [CHF]

Projet n° 1 Projet n° 2 Projet n° 3Dérivation Évacuateur Galerie

Longueur (m) 934 800 2260Débit dérivé (m3/s) 1800 2300 65Pente 0.009 0.12 0.0012Coût (MCHF) 36 40 27

C3 (MCHF) 10.40 5.80 9.70C5 (MCHF) 16.20 8.85 14.45

Caractéristiques

x 1,5





L’EAU : Protéger et gérer

Les périmètres de protection

Contre les pollutions accidentelles

Économiser l’eau et gérer la demande

Recharger les nappes souterraines






3 types de périmètres pour préserverLa qualité de l’eau brute

Aucune introductionde substances polluantes

Activités, installationsdépôts réglementés, pour

éviter une pollution rendantl’eau impropre à la consommation

Proximité d’activitésà risques Étude du sous-sol (hydrogéologie et géologie)

Études des activités ou constructions prévuesAnalyse des risques de pollutionAnalyse des risques de prélèvement sur le milieuÉtablissement de cartes de dangers ou d’impactsÉtablissement des dossiers réglementaires

Directive cadre 2000/60/CE, du 20 octobre 2000

Éviter toute situation susceptible de conduire vers des dégradations de l’eau

Les périmètres de protection

Cou

rtesy

, Veo

lia E

nviro

nnem

ent





Contre les pollutions accidentelles

Conséquences graves pour les écosystèmes etla production d’eau potable

Identifier les sources de pollution en amontPrendre des mesures préventives (bassins derétention, bacs de déshuileurs, …)Modéliser les transferts possibles de pollutions(modèles numériques ou physiques à la rhodamine)

Prévoir des stations d’alerte (analyses automatiques)Prévoir des dispositifs d’approvisionnement alternatifsPrévoir un dispositif de sécurité avec du personnelformé et équipé en cas de crise

Exemple de protection de champ captantpar une barrière hydraulique(cas du Grand-Lyon, France)

1

2

3

4

Bassin d’infiltration créant une barrière hydraulique

Champ captant

Ligne d’infiltration des eaux du bassin

Ligne d’infiltration sans bassin

Cou

rtesy

, Veo

lia E

nviro

nnem

ent

Anticiper pour prévenir et éviter des dégâts coûteux et irréversibles





Économiser l’eau et gérer la demande

Sensibiliser les consommateurs aux économies d’eau(réduire le gaspillage donc les factures d’eau, …)

Généraliser les compteurs individuels (des cas sanscompteur ou sous compteurs collectifs)

Généraliser le radio relevé des compteurs pour unsuivi des consommations

Introduire des procédures en cas d’alerte de fuites

Réduire les pertes en réseau

Réduire la proportiond’eau non comptabilisée

Consommation mesurée et payée

Consommation non mesurée et payéeConsommation mesurée et non payéeConsommation non mesurée et non payéeConsommation non autoriséeCompteurs imprécisPertes d'eau du réseau de distributionPerte d'eau au stockage

Fuites des propres installations des services de l'eauSi

tuat

ion

de l'

eau

cons

omm

ée e

t per

due

Eau payée

Eau non payée

Consommation autorisée et

payée

Consommation autorisée et non payée

Consommation normale

Pertes d'eau

Pertes réelles

Pertes apparentes

Réduire les pertes techniques et non techniques et recouvrir les coûts de la demande






Cou

rtesy

, Veo

lia E

nviro

nnem

ent

Réinjection

Pompageextraction

Exemple de gestion des eauxde la ville de Berlin :

recharge à 30% par précipitationsrecharge à 60% cours d’eaurecharge à 10% par réinjections

C’est 209 millions de m3 d’eau/anpour 3,5 millions d’habitants

Économiser l’eau en complétant la recharge naturelle





Exemple de recharge pour éviterles intrusions d’eau de mer dans les nappes

La recharge des nappes profondes pour faire barrière aux eaux saumâtres

Au Bangladesh, l’élévation du niveau de l’eau de merrend l’eau des nappes phréatiques inutilisable






Les transferts de l’"or bleu"

Coût du m3 d’eautransféré par bateau

US $ 4 à 8,5

Coût du m3 d’eaupar dessalement

US $ 1 à 2,5

Coût du m3 d’eautransféré par canaux

US $ 1 à 5

"Hydro dinosaures"

Canal SheikhZayed (Egypte)

La R

eche

rche

, jui

llet-a

oût 2

008





L’EAU : Dessalement de l’eau de mer

Usine de Carboneras(Andalousie, Espagne)

120’000 m3/jour






Dessalement de l’eau de mer

Usine de dessalement par distillation de DJEDDAH (mer rouge)





Techniques de dessalement

L’eau de mer est une source inépuisable, mais contient 100 fois plus de sel (35 g/l) que la limite fixée par l’OMS pour pouvoir la consommer !

Au IVème siècle avant J. C. , les marins grecs dessalaient déjà l’eau de mer

Il y a plusieurs méthodes utilisées depuis les années 1960-1970 :

la séparation thermique (Multi-Stage Flash distillation (MSF) de 1960, Multi Effect Distillation (MED) ou Mechanical Vapor Compression (MVC)) : l’eau salée est chauffée, par pression se vaporise brutalement avant que la vapeur soitcondensée et l’eau douce récupérée (évaporation et condensation)

la réfrigération : par séparation des cristaux de glace et d’eau pure

la séparation membranaire• l’osmose inverse (Reverse Osmosis (RO)) : l’eau salée passe à travers une membrane sous forte pression (50 à 60 bars)• l’électrodialyse (Electro Dialysis (ED)) : plus pour les eaux saumâtres (brackish water), où le sel est dissout sous l’effet d’un courant électrique






Techniques de dessalement

Données : Process Energy Group, California Energy Commisson, 2002

Procédés Membranaires

86%

14%

R O E D

Procédés Thermiques

43%

24%

33%

M S F M E D V C

Répartition des procédés basée sur13 600 unités de production

78,5%

21,5%

Membranaires Thermiques






Répartition géographique et d’utilisateursdes procédés de dessalement

53,40%

17,00%

10,60%

10,10%

8,90%

Moyen Orient Amérique du nordAsie EuropeAutres pays

60,2%

28,3%

6,0%2,2%3,3%

Marché municipal Marché industrielCentrales électriques Usages militairesDivers

Production mondiale d’eau dessalée : 44 millions de m3 / jour, soit 16 km3/anqui représente 0,45% de la consommation d’eau douce journalière sur terre

à comparer avec environ 3’500 km3/an au niveau mondial






Dessalement sur le pourtour de la Méditerranée

76 % de la productiond’eau douce assuréepar des installations

d’osmose inverse

La R

eche

rche

, jui

llet-a

oût 2

008

Salinité de 40 g/litre

Salinité de 36 à 39 g/litre






Dessalement sur le pourtour de la Méditerranée

76 % de la productiond’eau douce assuréepar des installations

d’osmose inverse

Salinité de 36 à 39 g/litre

Salinité de 40 g/litre

Les

doss

iers

de

la re

cher

che,

n°

36, a

oût 2

009

! Concentré osmotique est de 70 g/l !






Principe naturel faisant passer l’eau de la solution la moins vers la plus

concentrée

Principe de l’osmose inverse(utilisant 2 fois moins d’énergie que la distillation)






Principes de fonctionnement du dessalement par osmose inverse

Alimentation

Ions

Concentrat

Perméat

Alimentation

Ions

Concentrat

Perméat






Conséquences relatives au dessalement par osmose inverse

Usine de productiond’eau douce de

25’000 m3 / jour

48’000 foyersde 4 personnes

(130 l / pers. / j)

Eau

8’100 foyersde 4 personnes

(3 kWh / pers. / j)

Électricité

CompensationCO2 ?

Environnement

100’000kWh / jour

1 m3

d’eau douce

1 à 9 m3

de saumure+

des résiduschimiques (chlore,

cuivre de corrosion,, …)17 t de

CO2 / jour

680 g de CO2 /m3 d’eau dessalée

24 t de chlore / jour

0,3 t de cuivre / jour






Prévisions

Dessalement de l'eau de merParts de marché à horizon 2010

70%

20%

10%

Osmose inverse Thermiques Autres membranaires


Documents

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