UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT : HYDRAULIQUE ***********************
Mémoire de fin d’Etude en vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur - Option : Hydraulique -
Intitulé :
PROJET D’AMENAGEMENT DE MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE D’AMPITANJAZA –COMMUNE RURALE DE SENDRISOA (a proximite de l’entree du parc national d’andringitra)
a u t e u r : r a t i a n a r i n j a k a J e a n F r a n ç o i s
E N C A D R e u r : r a K O T O D a v i d R a m b i n i n t s o a
Promotion 2007 UNIVERSITÉ D’ANTANANARIVO ECOLE SUPÉRIEURE POLYTECHNIQUE DÉPARTEMENT HYDRAULIQUE
ME M O I R E DE FIN D’ETUD E EN VUE DE L’OBTENT I O N
DU DI P LO M E D’INGEN I E U R HYD R A U L I C I E N INTI TUL E :
«PROJET D’AMENAGEMENT DE MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE D’AMPITANJAZA – COMMUNE RURALE DE SENDRISOA ». (A PROXIMITE DE L’ENTREE DU PARC NATIONAL D’ANDRINGITRA )
Présenté par : RATIANARINJAKA JEAN FRANÇOIS Date et lieu : Le Mardi 24 Juin 2008 au Département Hydraulique à Vontovorona.
Président du Jury : . Monsieur RAMANARIVO Solofomampionona Enseignant Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Chef du Département Hydraulique. Encadreur : . Monsieur RAKOTO David Rambinintsoa Enseignant Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Examinateurs : . Monsieur RAFALIMANANA Mampitony Enseignant Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo. . Monsieur RANDRIANASOLO David Enseignant Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo. . Monsieur RANJATOSON Claude Enseignant Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo. Promotion 2007 Département Hydraulique Remerciements RE M E R C I E M E N T S
Je tiens mes vifs remerciements, pour l’élaboration de ce présent travail à :
Dieu Tout Puissant, qui m’a donné la bénédiction, la force, et le courage pour achever mes études et ce présent Travail de Mémoire de fin d’Etudes. ’ Que ton règne vienne ’ Monsieur, RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique, qui a mené bien nos Etudes, au sein de notre Ecole Polytechnique. ‘Mes authentiques remerciements’ Monsieur RAMANARIVO Solofomampionona, Chef de Département Hydraulique qui n’a ménagé ni son temps, ni ses peines pour nous mener pendant toutes les années en passant au Département et surtout a bien voulu présider ma soutenance de mémoire. ‘Mes remerciements les plus coûteux’ Monsieur RAKOTO David Rambinintsoa, par sa grande volonté, m’a aidé beaucoup et qui n’a jamais cessé de me donner des conseils durant l’élaboration de ce présent travail. ‘Mes remerciements les plus onéreux’
Messieurs les membres du jury qui ont accepté de juger mon travail. Vous avez consacré une grande partie de vos précieux temps pour apprécier mon mémoire. ‘Mes remerciements les plus incontestables’ Tous les Enseignants de l’Ecole pour leur formation et leur instruction durant les années passées jusqu’à ce jour. ‘ Mes remerciements les plus sincères’
Les Personnels de la Région HAUTE MATSIATRA qui n’a pas cessé de m’aider durant la descente sur terrain. ‘ Tous mes remerciements les plus dispendieux’
Le Directeur de l’ANGAP Ambalavao et ses agents qui m’ont beaucoup aidé durant la descente sur terrain. ‘ Tous mes remerciements les plus vifs’ Mes parents pour leur soutien financier et moral. ______RATIANARINJAKA Jean François i Promotion 2007 Département Hydraulique Remerciements
‘ Toute ma profonde gratitude et mes affections les plus tendres’
Tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce Présent Travail. ‘ Toute mes connaissances et mes profonds attachements’ Merci !!!
______RATIANARINJAKA Jean François ii Promotion 2007 Département Hydraulique Déclaration sur l’honneur
DECLA R A T I O N SUR L’HONNEU R
Je, soussigné, RATIANARINJAKA Jean François, auteur de ce mémoire intitulé : «PROJET D’AMENAGEMENT DE MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE D’AMPITANJAZA – COMMUNE RURALE DE SENDRISOA » (A PROXIMITE DE L’ENTREE DU PARC NATIONAL D’ANDRINGITRA), déclare sur l’honneur que :
Ce document est le résultat de mes travaux de recherche personnels, travaux qui n’ont pas été publiés.
Dans cet écrit, je n’ai pas copié ni reproduit des œuvres d’autrui.
Que conformément à l’usage en matière des travaux destinés au public, j’ai précisé à partir de la bibliographie les sources exactes des extraits et documents exploités.
Fait à Antananarivo, le ……………2008.
______RATIANARINJAKA Jean François iii Promotion 2007 Département Hydraulique Liste des abréviations LISTE DES AB R E V I A T I O N S
Socio-économ ique
AEP : Alimentation en Eau Potable BTP : Bâtiment travaux publics CIP : Circulation d’intérêt provincial CAPR : Centre Artisanale de Promotion Rurale CISCO : Circonscription scolaire CHD 1 : Centre Hospitalier de District niveau 1 CHU : Centre Hospitalier Universitaire CSB 1 : Centre de Santé de Base niveau 1 CSB 2 : Centre de Santé de Base niveau 2 CTGREF : Centre Technique du Génie Rurale, des Eaux et Forets D.E.A : Direction de l'Eau et de l'Energie DRDR : Direction Régional de Développement Rural EF1C : Education Fondamentale de Premier Cycle EF2C : Education Fondamentale de Second Cycle ES : Education Secondaire ECAR : Eglise Catholique Apostolique Romaine ERI : Ecorégional Initiative FJKM : Fiangonan’i Jesosy Kristy eto Madagasikara FLM : Fiangonana Loterana Malagasy FAO : Food and Agriculture organization FID : Fond d’Intervention pour le Développement FMBT : Force Motrice à Base Tension INSTAT : Institut Nationale de la Statistique JIRAMA : Jiro sy Rano Malagasy MECIE : Mise En Compatibilité des Investissements à l’Environnement M.E.M : Ministère de l'Energie et des Mines ONG : Organisation Non Gouvernementale ORSTOM : Office de recherche Scientifique et Technique de l’Outre Mer
______RATIANARINJAKA Jean François iv Promotion 2007 Département Hydraulique Liste des abréviations PAEPAR : Projet Alimentation en Eau Potable et Assainissement Rural.
PSDR : Programme de Soutien au Développement Rural RN7 : Route Nationale n°7 SAF/FJKM : Sampana Asa Fampandrosoana FJKM TRI : Taux de Rentabilité Interne TVA : Taxe sur les Valeurs Ajoutées TTC : Tous Taxes Comprises VAN : Valeur Actuel Nette Génie civil : e : Epaisseur de la conduite forcée, fbu : Contrainte du béton, fc28 : Résistance caractéristique à la compression à 28 jours d’age, ft28 : Résistance caractéristique à la traction à 28 jours d’age, fe : limite d’élasticité de l’acier, GPS : Global Positioning System i : rayon de giration, I : Moment d’inertie, lf : longueur de flambement, k : Coefficient de pondération k1 : Coefficient d’amplification des contraintes de flexion simple,
Kg : Coefficient de glissement,
Kr : Coefficient de renversement, n : coefficient de forme du paroi,
Pe : Poussée de l’eau
PS : Poussée des sédiments
Qe : Débit d’étiage
TC : Temps de concentration α : Coefficient de poussée β : Coefficient de butée, θ : Coefficient du temps d’application des charges.
γmac : Poids volumique de la maçonnerie
γe : Poids volumique de l’eau
______RATIANARINJAKA Jean François v Promotion 2007 Département Hydraulique Liste des abréviations
Hydrologie et hydraulique c : Centre de la conduite en charge par rapport au fond de la chambre de charge,
Ceq : Coefficient de ruissellement équivalent, ETP : Evapotranspiration Potentiel, ETR : Evapotranspiration Réelle, H : Hauteur brute de la chute, Hn : Hauteur brute réduite des pertes de charge dans les différents canaux, Hc : Hauteur critique de l’eau dans les canaux et la chambre de mise en charge, I : Pente moyenne du bassin versant,
Ip : Indice de Pente moyenne du bassin versant, K : Coefficient de compacité de GRAVELIUS, m : Fruit du talus NTU : Nephelometric Turbidity Unit
QF : Débit de crue de fréquence F
QT : Apport moyen annuel qR : Débit spécifique associé à une station de référence
SBV : Superficie du bassin versant considérée T : Période de retour
TC : Temps de concentration
Zmax : Altitude maximale au niveau du bassin versant
Zm : Altitude moyenne du bassin versant
Zmin : Altitude minimale au niveau du barrage σ : Ecart-type des échantillons hydrométriques, μ : Coefficient de débit ∆p : Surpression due au coup de Bélier
______RATIANARINJAKA Jean François vi Promotion 2007 Département Hydraulique Liste des abréviations
Energie hydraulique BMCH : Besoin en eau de la microcentrale hydroélectrique BT : Besoin Totaux FMBT : Force Motrice de Basse Tension E : Productibilité en énergie électrique de la centrale LUMUD : LUMières à Usages Domestiques NNE : Niveau Normale des Eaux NPHE : Niveau des Plus Hautes Eaux
QT : Débit turbiné
VT : Volume turbiné η : Rendement global de la centrale hydroélectrique nS : Vitesse spécifique
σT : Coefficient de Thomas ou coefficient de cavitation, U : Vitesse d’entraînement.
______RATIANARINJAKA Jean François vii Promotion 2007 Département Hydraulique Liste des tableaux
LISTE DES TABL E AU X
TABLEAU 1:Tableau de répartition d’occupation du sol du district d’Ambalavao :...... 9 TABLEAU 2:Taux démographique...... 12 TABLEAU 3:Tableau Répartition et densité de la population par commune...... 13 TABLEAU 4:Caractéristiques des ménages...... 14 TABLEAU 5:Professions des chefs de ménages actifs : ...... 15 TABLEAU 6: Nombre d’établissements sanitaires publics :...... 16 TABLEAU 7:Renseignements de l’infrastructure scolaire de l’ensemble du District...... 17 TABLEAU 8:Réseau routière dans le district d’Ambalavao :...... 19 TABLEAU 9: Marché communal de l’ensemble du district d’Ambalavao :...... 22 TABLEAU 10: Evolution de la production rizicole de la région Haute Matsiatra :...... 24 TABLEAU 11:Place des produits agricoles selon la superficie :...... 26 TABLEAU 12:Prévision de répartition de la demande journalière de l’énergie électrique [KW]...... 37 TABLEAU 13:Variation de l’altitude du bassin versant du Projet :...... 45 TABLEAU 14:Récapitulation des Caractéristiques physiques du sous bassin versant de Zomandao :...... 46 TABLEAU 15:Temps de concentration suivant les différentes méthodes et leur moyenne.... 47 TABLEAU 16:Valeur de moyenne, Ecart-type, Gradex et Variable de position QO...... 51 TABLEAU 17:Débit de crue des diverses fréquences en (m3/s) :...... 51 TABLEAU 18:Test de χ²...... 53 TABLEAU 19:Débits caractéristiques d’étiages des diverses fréquences...... 54 TABLEAU 20:Apports mensuels du bassin en (m3/s) :...... 55 TABLEAU 21:Débit moyen mensuel, débit turbine et puissance produite mensuelle...... 55 TABLEAU 22 : Résultats de calcul des stabilités...... 70 TABLEAU 23:Valeurs des réactions aux appuis :...... 70 Tableau 24 : Evaluation des impacts...... 103 TABLEAU 25:Devis récapitulatifs du projet de l’aménagement de la microcentrale hydroélectrique d’Ampitanjaza :...... 111 TABLEAU 26:Estimation des coûts d’exploitation, en [KAr]...... 114
______RATIANARINJAKA Jean François viii Promotion 2007 Département Hydraulique Liste des annexes
LISTE DES ANNE X E S
ANNEXE 1:Puissances des lampes et appareils domestiques :...... a ANNEXE 2:Puissances des installations dans l’industrie agricole :...... a ANNEXE 3:Débits extrêmes instantanés, en [m3/s], période: 1953-1994 ...... a ANNEXE 4:Débits moyens mensuels et annuels :...... c ANNEXE 5:Rappels statistiques :...... e ANNEXE 6:Test de validité de la loi normale :...... f ANNEXE 7:Ajustement des données hydrométriques :...... f ANNEXE 8:Ajustement selon la loi de gauss ou loi normale :...... f ANNEXE 9:Ajustement statistique selon la loi de GUMBEL et FRECHET :...... h ANNEXE 10:Apports annuels :...... k ANNEXE 11: Stabilité du barrage déversoir...... l ANNEXE 12:Calcul de la section de fer d’ancrage...... n ANNEXE 13:Calcul du ferraillage du radier ...... n ANNEXE 14:Dimensionnement de la prise :...... o ANNEXE 15:Calcul des pertes de charges dans les différentes conduites...... p ANNEXE 16:Calibrage du canal d’amenée...... p ANNEXE 17:Dimensionnement de la conduite forcée...... r ANNEXE 18:Calcul économique ...... w ANNEXE 19:Profil en long de la chute d’Andrainalika...... 24 ANNEXE 20:Choix des turbines...... y ANNEXE 21:Diagramme de Moody...... y ANNEXE 22:Domaine d’utilisation des turbines (chute nette, débits, puissance)...... aa
PROFIL EN LONG DU TERRAIN NATUREL D’ANDRAINALIKA PLAN DE MASSE
______RATIANARINJAKA Jean François ix Promotion 2007 Département Hydraulique Liste des cartes
LISTE DES CARTES
CARTE 1:Localisation de la zone d’études...... 5 CARTE 2:Carte d’occupation du sol de la zone d’étude...... 10 CARTE 3:Hydrographie et présentation du Bassin versant du Projet...... 42
______RATIANARINJAKA Jean François x Promotion 2007 Département Hydraulique Liste des Graphes & Figures
LISTE DES GRA P H E S
GRAPHE 1 : Histogramme correspondant à la charge journalière :...... 38 GRAPHE 2:Profil en long de la chute d’Ampitanjaza...... 59
LISTE DES FIGU R E S
FIGURE 1:Plan d’ensemble de l’aménagement...... 63 FIGURE 2:Le Barrage-pont...... 65 FIGURE 3:Profil du barrage ...... 66 FIGURE 4:Différentes forces appliquées sur les corps du barrage...... 67 FIGURE 5:Diagramme de moment...... 71 FIGURE 6:Canal d’amenée...... 73 FIGURE 7: Emplacement de l’usine...... 75 FIGURE 8:Exemple type de turbine Kaplan à axe vertical dans l’usine...... 82 FIGURE 9:Turbine de Kaplan...... 84 FIGURE 10:Dispositions possibles de groupes turbine-générateur pour la turbine Kaplan et hélice...... 85 FIGURE 11 : Roue de Turbine FRANCIS érodée par cavitation...... 87 FIGURE 12:Représentation des puissances apparente, active et réactive...... 91 Figure 13 : Interface de calcul des caractéristiques d’une turbine...... 119
______RATIANARINJAKA Jean François xi Promotion 2007 Département Hydraulique Tables des matières
TABL E DES MAT I E R E S
REMERCIEMENTS ...... i DECLAR ATION SUR L’HONNEUR ...... iii LISTE DES ABREVIATIONS ...... iv LISTE DES TABLEAUX ...... viii LISTE DES ANNEXES ...... ix LISTE DES CARTES ...... x LISTE DES GRAPHES ...... xi LISTE DES FIGURES ...... xi TABLE DES MATIERES ...... xii I NTRODUCTION ...... 1 Chapitre I.I: PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE ...... 3 I.I.1. HISTORIQUE DE LA DITE ZONE : ...... 3 I.I.1.1. Aperçu historique : ...... 3 I.I.2. LOCALISATION : ...... 3 I.I.2.1. Situation géographique : ...... 3 I.I.2.2. Situation administrative : ...... 6 I.I.3. ACCES AU SITE : ...... 7 I.I.4. ETAT PHYSIQUE DU SITE : ...... 7 I.I.4.1. Géologie et géomorphologie : ...... 7 I.I.4.2. Relief : ...... 7 I.I.4.3. Climat : ...... 8 I.I.4.4. Hydrologie – Hydrométrie : ...... 8 I.I.5. AGRICULTURE – ELEVAGE : ...... 9 I.I.5.1. Agriculture ...... 9 I.I.5.2. Pisciculture ...... 11 I.I.5.3. Elevage ...... 11 Chapitre I.II: ETUDES SOCIO-ECONOMIQUES DE LA REGION A DESSERVIR 12 I.II.1. ANALYSE DEMOGRAPHIQUE : ...... 12 I.II.1.1. Situation actuelle sur l’effectif : ...... 12 I.II.1.2. Croissance démographique : ...... 12 I.II.1.3. Constitution de la population (spatiale, tranche d’âge et sexe, ethnique) ... 13 I.II.1.3.1. Disposition spatiale : ...... 13 I.II.1.3.2. Disposition ethnique : ...... 13 I.II.2. CARACTERISTIQUES DES MENAGES : ...... 14 I.II.2.1. Leur activité et leur envergure : ...... 14 I.II.2.2. Taille des ménages ...... 14 I.II.2.3. Sexe du chef de ménage ...... 14 I.II.2.4. Activité et Profession du chef de ménage ...... 15 I.II.3. LES INFRASTRUCTURES SOCIOCULTURELLES : ...... 16 I.II.3.1. Infrastructure sanitaire : ...... 16 I.II.3.2. Infrastructure scolaire : ...... 17 I.II.3.3. Religion : ...... 18 I.II.3.4. Les infrastructures routières : ...... 18 I.II.3.4.1. Etat du réseau : ...... 19 La RN 7 est praticable pendant toute l’année, ...... 19 ______RATIANARINJAKA Jean François xii Promotion 2007 Département Hydraulique Tables des matières 38% du réseau (146 kM ), sont praticables pendant toute l’année, ...... 19 39% du réseau (152Km) sont praticables en saison sèche ...... 19 2% du réseau (8 Km) impraticable toute l’année...... 19 I.II.3.4.2. Principales difficultés : ...... 19 Abscence de liaison routière vers Kirano et Manamisoa ...... 19 L’axe Ambohimandroso-Miarinarivo est difficilement circulable (27 Km) ...... 19 Le chef lieu de commue de Fenoarivo est relativement enclavé : piste saisonière...... 19 I.II.3.5. Le marché : ...... 20 Chapitre I.III: LES ACTIVITES ECONOMIQUES ...... 23 I.III.1. L’AGRICULTURE : ...... 23 I.III.1.1. La Riziculture : ...... 23 I.III.1.2. Cultures vivrières et maraîchères : ...... 24 I.III.1.3. Cultures industrielles : ...... 25 I.III.1.3.1. Viticulture : ...... 25 La SOAVITA (Société Agricole et Viticole d’Ambalavao), dans la domaine de Manamisoa ...... 25 La SVS (Société de Vins Spiritueux), installée à Vohiboay ...... 25 La Société Chan Foui, à Maroparasy ...... 25 I.III.1.3.2. Culture de Tabac : ...... 25 I.III.1.3.3. Autres cultures : ...... 25 I.III.1.4. Cultures fruitières : ...... 26 I.III.2. L’ELEVAGE : ...... 27 I.III.2.1. L’élevage de bovin et de porcin ...... 27 I.III.2.2. L’élevage avicole ...... 28 I.III.2.3. Piscicultures ...... 28 I.III.2.4. Foresterie et environnement ...... 28 I.III.3. LES AUTRES ACTIVITES ECONOMIQUES EXISTANTS : ...... 28 I.III.3.1. Tourisme et Environnement: ...... 28 Parc d’ANJA (lémuriens) ...... 28 Ankazondandy (élevage des vers soie) ...... 29 Ifandana et Ambohimandroso ...... 29 Maison et Toùbeaux anciens ...... 29 Les VATOLAHY ou pierre levées en souvenirs d’un fait historique ...... 29 Des possibilités d’excursion et d’escalades,… ...... 29 L’église Catholique Saint Joseph, qui, avec son clocher de plus de 30m de hauteur, rénovée à la suite de dégat cyclonique de 1993, domine toute la ville à des kilomètres à la ronde...... 29 Des bungalows et des tentes équipées ...... 29 Activités sportives vous y sont proposées : Escalade ...... 29 Balades et treks ...... 30 Promenade,… ...... 30 I.III.3.2. Artisanat : ...... 30 I.III.4. CONTRAINTES ET POTENTIALITES : ...... 30 I.III.4.1. Potentialités : ...... 30 I.III.4.2. Contraintes par le développement : ...... 31 I.III.4.3. Situation actuelle de l’orientation : ...... 32 I.III.5. SITUATION ACTUELLE DE PRODUCTION DE L’ELECTRICITE : ...... 34 I.III.5.1. Evaluation du besoin en énergie électrique : ...... 34 ______RATIANARINJAKA Jean François xiii Promotion 2007 Département Hydraulique Tables des matières Chapitre I.IV: ETUDES HYDROLOGIQUES ...... 40 I.I V.1. CARACTERISTIQUES DU BASSIN VERSANT : ...... 40 I.I V.1.1. Caractéristique topographique : ...... 40 I.I V.1.1.1. Surface et Périmètre : ...... 40 I.I V.1.1.2. Forme du Bassin Versant : ...... 40 I.I V.1.1.3. Rectangle équivalent : ...... 41 I.I V.1.1.4. Pente : ...... 45 4.a. Les différents paramètres représentatifs de la variation d’altitudes : ...... 45 4.b. Pente moyenne du bassin : ...... 46 4.c. Résultats : ...... 46 I.I V.1.2. Le temps de concentration : ...... 46 I.I V.1.3. Couverture végétale : ...... 47 I.I V.2. ESTIMATION DES DEBITS : ...... 48 I.I V.2.1. Généralités : ...... 48 I.I V.2.2. Les débits moyens mensuels : ...... 48 I.I V.3. Les débits moyens annuels : ...... 49 I.I V.3.1. Etudes de crue : ...... 49 I.I V.3.1.1. Définition : ...... 49 I.I V.3.1.2. Calcul des débits des diverses fréquences : ...... 51 I.I V.3.1.3. Résultats : ...... 51 I.I V.3.1.4. Choix de la loi la mieux adaptée : ...... 52 4.a. Principe de la méthode : ...... 52 4.b. Résultats : ...... 53 I.I V.3.2. Analyse fréquentielle de l’étiage : ...... 54 I.I V.3.2.1. Définitions : ...... 54 I.IV.3.2.2. Estimation des débits d’étiage minimal journalière et de débit caractérist ique d’étiage par la méthode statistique : ...... 54 I.I V.3.2.3. Estimation des apports : ...... 55 I.I V.3.2.4. Productibilité annuelle disponible : ...... 55 Chapitre I.V: DONNEES PRINCIPALES SUR L’AMENAGEMENT ...... 58 I. V.1. SCHEMA D’AMENAGEMENT ...... 58 I. V.1.1. Variante 1 : Ampitanjaza ...... 58 I. V.1.2. Variante 2 : Andrainalika ...... 60 I. V.2. CARTOGRAPHIE – TOPOGRAPHIE : ...... 60 I. V.2.1. Cartographie : ...... 60 I. V.2.2. Topographie : ...... 61 I. V.3. DESCRIPTION DES AMENAGEMENTS POSSIBLES : ...... 62 I. V.3.1. Description du site : ...... 62 I. V.3.1.1. Variante 1 : Ampitanjaza ...... 62 I. V.3.1.2. Variante 2 : Andrainalika ...... 63 2.a. Le Barrage : ...... 64 2.a.1. Profil : ...... 64 2.a.2. Etude de la stabilité : ...... 66 Hypothèse de calcul : ...... 66 Eléments caractéristiques : ...... 67 2.a.3. La stabilité au glissement : ...... 68 2.a.4. La stabilité au renversement : ...... 68 ______RATIANARINJAKA Jean François xiv Promotion 2007 Département Hydraulique Tables des matières 2.a.5. La stabilité élastique : ...... 69 Vérification des contraintes au sol de fondation : ...... 69 Vérification de la règle du tiers central : ...... 69 2.a.6. Section de fer d’encrage : ...... 69 2.b. Calcul des armatures du radier : ...... 70 2.c. L’ouvrage de prise : ...... 71 2.d. L’ouvrage d’amener : ...... 72 2.d.1. Variante 1 : Ampitanjaza ...... 72 2.d.2. Variante 2 : Andrainalika ...... 72 2.e. Chambre de mise en charge : ...... 73 2.e.1. Largeur de la chambre : ...... 73 2.e.2. Hauteur d’eau au dessus de l’axe d’entrée des conduites : ...... 74 2.f. Conduites forcées : ...... 74 2.f.1. Généralités : ...... 74 2.f.2. Forme à donner à l’orifice d’entrée : ...... 74 2.g. L’usine : ...... 75 2.h. La restitution : ...... 77 Chapitre I.VI: LES EQUIPEMENTS ELECTROMECANIQUES ET H YDROMECANIQUES ...... 78 I. VI.1. PRISE D’EAU : ...... 78 I. VI.1.1. Grilles et dégrilleur ...... 78 I. VI.1.2. Vanne de tête de canal d’amenée ...... 78 I. VI.2. CONDUITE FORCE : ...... 78 I. VI.2.1. Vannes de tête de conduite forcée : ...... 78 I. VI.3. USINE : ...... 79 I. VI.4. TURBINE : ...... 79 I. VI.4.1. Choix de la turbine : ...... 79 I. VI.4.1.1. Turbine à action : ...... 79 1.a. La turbine Pelton : ...... 79 1.b. La turbine Crossflow : ...... 80 I. VI.4.1.2. Turbine à réaction : ...... 80 2.a. Les turbines Francis : ...... 80 2.b. Les turbines Kaplan et Hélice : ...... 80 I. VI.4.1.3. Caractéristique de la turbine choisie : ...... 81 3.a. Le type d’écoulement ...... 81 3.b. La constitution : ...... 81 3.b.1. Disposition générale : ...... 82 3.b.2. Bâche spirale : ...... 83 Fonction ...... 83 Forme ...... 83 Construction ...... 83 3.b.3. Distributeur : ...... 83 Fonction ...... 83 ______RATIANARINJAKA Jean François xv Promotion 2007 Département Hydraulique Tables des matières Constitution ...... 84 Réglage du débit ...... 84 3.b.4. Roue : ...... 85 Forme ...... 85 Mouvement de l’eau dans la roue ...... 85 3.b.5. Diffuseur : ...... 86 Rôle du diffuseur ...... 86 Moyen utilisé ...... 86 Déchargeur ...... 86 3.b.6. Cavitation : ...... 87 Causes et effets ...... 87 Remèdes ...... 88 3.b.7. Conclusion : ...... 88 I. VI.5. ALTERNATEUR : ...... 89 I. VI.5.1. Les différents types d’alternateurs : ...... 89 I. VI.5.2. Composition d’un alternateur : ...... 89 I. VI.6. VANNES DE GARDE AMONT : ...... 91 I. VI.7. BATARDEAUX AVAL : ...... 91 I. VI.8. AUXILIAIRES : ...... 91 I. VI.9. LE RENDEMENT DE L’USINE : ...... 92 I. VI.10. EVACUATION DE L’ENERGIE PRODUITE : ...... 93 I. VI.11. PRODUCTION ELECTRIQUE SIMULEE : ...... 94 Chapitre I.VII: LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ...... 96 I. VII.1. GENERALITES : ...... 96 I. VII.2. LA MISE EN CONTEXTE DU PROJET : ...... 96 I. VII.2.1. Milieux physiques : ...... 97 I. VII.2.2. Milieux biologiques : ...... 97 I. VII.2.3. Milieux humains : ...... 97 I. VII.3. ETUDES DES DIFFERENTS IMPACTS : ...... 98 I. VII.3.1. Milieux physiques : ...... 98 I. VII.3.1.1. Le relief et sol : aspect et variation ...... 98 I. VII.3.1.2. Hydrologie et physico-chimie : ...... 98 I. VII.3.1.3. Hydrogéologie et géomorphologie : ...... 98 I. VII.3.1.4. Risques naturels : ...... 98 I. VII.3.2. Milieux biologiques : ...... 99 I. VII.3.3. Impacts sur les écosystèmes terrestres : ...... 99 I. VII.3.4. Milieux humains : ...... 99 I. VII.3.4.1. Données d’urbanisme : ...... 100 I. VII.3.4.2. Impact socio-économique : ...... 100 I. VII.3.4.3. Patrimoine de paysage : ...... 100 I. VII.3.4.4. Santé : ...... 100 I. VII.4. LES IMPACTS NEGATIFS ...... 101 I. VII.5. EVALUATION DES IMPACTS ...... 101 I. VII.6. ETUDE COMPARATIVE DES IMPACTS ...... 104 I. VII.7. MESURE D’ATTENUATION ...... 104 I. VII.7.1. Mesures réductrices ou compensatoires sur le milieu physique ...... 104 I. VII.7.2. Mesures réductrices ou compensatoires sur le milieu naturel ...... 105 I. VII.7.3. Mesures réductrices ou compensatoires relatives au milieu humain : .... 105 I. VII.8. PLAN DE GESTION ENVIRONNEMENTAL ...... 106 I. VII.8.1. Le suivi environnemental en phase de travaux ...... 106 ______RATIANARINJAKA Jean François xvi Promotion 2007 Département Hydraulique Tables des matières I. VII.8.2. Le suivi environnemental en phase d’exploitation ...... 106 Chapitre I.VIII: ETUDES ECONOMIQUES ...... 109 I. VIII.1. OBJECTIF : ...... 109 I. VIII.2. PRODUCTION ELECTRIQUE SIMULEE : ...... 109 I. VIII.3. EVALUATION DES DEPENSES : ...... 109 I. VIII.3.1. Coût d’investissement : ...... 109 I. VIII.3.1.1. Génie civil : ...... 110 I. VIII.3.1.2. Matériels électromécaniques : ...... 110 I. VIII.3.1.3. Postes divers : ...... 110 I. VIII.3.1.4. Les charges d’exploitation : ...... 114 4.a. Charges fixes : ...... 114 4.b. Charges variables : ...... 115 I. VIII.3.1.5. Analyse de la rentabilité du Projet: ...... 115 5.a. La valeur actuelle nette (VA N) : ...... 115 5.b. Taux de rentabilité interne du Projet (TRI) : ...... 115 5.c. Coût moyen de Kwh : ...... 116 5.d. Résultats des calculs économiques : ...... 116 INFORMATISATION DE CALCUL SUR LES DIMENSIONS DES EQUIPEMENTS ELECTROMECANIQ UES ...... 117 PR OGRAMME PREVISIONNEL DES ETUDES ET DES TRAVAUX ...... 120 C ONCLUSION GENERALE ...... 122 BIBLIO GRAPHIE ...... 124 A NNEXES ...... 126
PROFIL EN LONG DU SITE D’ANDRAINALIKA PLAN DE MASSE DE L’AMENAGEMENT
______RATIANARINJAKA Jean François xvii Promotion 2007
Département Hydraulique Introduction
INT RO D UCT I O N
Il existe beaucoup de sites qu’on peut exploiter de l’énergie renouvelable à Madagascar. Excepté les régions plates et arides, on peut dire que notre grande Ile est riche en potentiel hydroélectrique. Sa tradition hydro-agricole est un grand avantage pour la dissémination de petits aménagements hydroélectriques ou hydromécaniques. A très long terme, surtout en tenant compte de la hausse du prix de pétrole, l'énergie électrique provenant des moyens et grands aménagements hydroélectriques est l'agent énergétique probablement le plus durable et le plus important pour le Pays. Pas seulement l’insuffisance de Budget ou de l’absence des investisseurs, les mesures de débits fiables souvent incomplets ou presque néants constituent l’un des obstacles pour la réalisation. Nous allons attribuer alors quelles solutions pour la résolution de ces problèmes ? Ce présent Mémoire les traite et nous amène à la vraie solution pour les recours au vrai développement du pays. On peut dire alors que, nous, la nouvelle génération de Techniciens et Ingénieurs pourrons donc, pour Madagascar, avoir un excellent futur dans les jours à venir. L’étude consiste à appliquer des procédés mécaniques et culturales sur certains endroits clés du bassin, et à un pré dimensionnement de barrage pour assurer un débit constant à la centrale et avoir une puissance plus importante, pouvant assurer les besoins des villages de Namoly. Les démarches suivies pour aboutir à des mesures concrètes passent d’abord par une description de la zone d’étude Des études techniques sont ensuite effectuées pour définir les caractéristiques des ouvrages à réaliser. Le rapport aboutit enfin, à l’étude environnementale et économique des solutions proposées. ______RATIANARINJAKA Jean François 1 Promotion 2007
Département Hydraulique Chap.I : Présentation de la zone d’Etude
Chapitre I.I: PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
I.I.1. HISTORIQUE DE LA DITE ZONE :
I.I.1.1. Aperçu historique :
Historiquement, la dénomination de Namoly, à travers les différents récits, est liée à un fait marquant : le tissage (tisser : "mamoly" en malgache) qui semblait être la principale occupation des femmes lors de l’époque révolue où les premiers occupants sont venus s’implanter, motivés par la richesse des pâturages dans la région. Namoly, en effet constitue l’ensemble d’une cuvette composée de petits villages et hameaux dont le premier (Ivatomitata) fut implanté vers 1880, par les premiers agents royaux Betsileo dénommés Ondevohova. Implantation qui s’est étendue plus tardvers d’autres espaces, donnant naissance à d’autres villages, dont Antanifotsy et Andrarezo, vers 1883. le dernier village crée dans cette colonisation de l’espace est Antanambao dont les fondateurs auraient été Raizoany et Randriantsamy Jonah, en 1958. Et ensuite se divisa en Namoly Centre, Est et Ouest à cause de l’extension de l’agglomération rurale. La population est entièrement composée de Betsileo dont la principale activité est la riziculture irriguée, suivie de près par la culture de pommes de terre. La riziculture s’y pratique en terrasse avec une maîtrise particulièrement de l’eau et un travail d’aménagement très important, réalisé avec des moyens rudimentaires. Les cultures maraîchères et l’arboriculture fruitière, destinées à l’autoconsommation et à la vente sur les marchés locaux, sont pratiquées à une échelle modeste. L’élevage bovin se fait d’une manière très extensive. Le feu constitue l’unique outil pour renouveler les pâturages, d’où l’existence de feux incontrôlés qui affectent parfois le Parc dont l’entrée principale est :"Namoly".
I.I.2. LOCALISATION :
I.I.2.1. Situation géographique : Les villages de Namoly se trouvent au Sud-Est de la ville d’Ambalavao. Il appartient à la commune rurale de Sendrisoa, sous-Prefecture d’Ambalavao. Cette commune a comme coordonnés géographiques : 046°57’14’’ de longitude Est et 22°00’14’’ de latitude Sud. Le village de Namoly s’étend dans une cuvette, sur une altitude de 1438 m et se répartit sur des ______RATIANARINJAKA Jean François 3 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.I : Présentation de la zone d’Etude collines en donnant naissance les quartiers de Namoly Est, Namoly centre, Namoly Ouest. On a comme villages environnants, touchés aussi par ce présents projet, ceux de Tanambao et Antanifotsy. Ces villages suscités sont ceux les plus proches de l’entrée du Parc National d’Andringitra. De la RN7, d’Ambalavao, une R .I.P secondaire d’une distance de 45 kilomètres au Sud-Est mène au village de Namoly. La commune rurale de Sendrisoa est limitée géographiquement par les communes rurales suivantes : o Vohitsaoka à l’Ouest ; o Ambohimandroso, Iarintsena et Andrainjato au Nord o Miarinarivo à l’Est o Ivongo et Antambohobe au Sud Le village de Namoly centre se trouve plus précisément, en coordonnées Laborde, sur la Carte topographique N 55 :
X : 450,258 km Y : 443,744 km
Tandis que le site proprement dit de notre projet, qui est Ampitanjaza, se trouve sur les coordonnées Laborde suivantes : X : 449,118 km Y : 445,471 km
Où l’altitude est obtenue à l’aide d’ GPS (Global Positionning System), et on a : 1,438 km.
______RATIANARINJAKA Jean François 4 Promotion 2007 CARTE 1:Localisation de la zone d’études Vers Ambalavao
Source BD 500 Département Hydraulique Chap.I : Présentation de la zone d’Etude
I.I.2.2. Situation administrative : Pour le district, là où se trouve la zone concerné par le présent projet est composé de quatorze (14) Communes : −une (01) commune urbaine : Ambalavao qui est aussi la capitale du district ; −Treize (13) communes rurales : Ambinanindovoka, Ambinanindrano, Ambohimahamasina, Andrainjato, Anjomà, Sendrisoa, Akaramena , Iaritsena, Sendrisoa, Fenoarivo, Besoa, Miarinarivo, Kirano-Soamiafara, Vohitsaoka, Ambohimandroso, Manamisoa.
______RATIANARINJAKA Jean François 6 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.I : Présentation de la zone d’Etude
I.I.3. ACCES AU SITE :
Provenant de la ville d’Ambalavao vers la zone d’étude, une piste en terre assure la liaison et les passages des trafics. Sur une longueur de 45 Km, cette route est l’unique accès à parvenir au site. Actuellement, on constate une évolution de l’emploi de cette voie de communication néanmoins l’entretien reste toujours comme minimum des choses. Les populations locales, outre l’initiative des agents de l’ANGAP qui la répare de temps en temps. L’utilisation de cet unique accès distingue bien en trois catégories, à savoir : • l’approvisionnement en produit de premières nécessités, • le transport des voyageurs et • le transport des touristes. Il y a coupure immédiat de la voie d’accès s’il y a lieu une averse orageuse d’une durée de une heure et plus, sans attendre la période de forte pluie ou cyclonique. Cela est dû par l’éboulement du sol sur quelques endroits le long de la piste en terre, par exemple le plus mauvais est celle d’Ambatokamiao. En dehors des mauvais temps, tout trafic peut circuler soigneusement. Cet état d’enclavement constitue l’un des obstacles au développement de cette région.
I.I.4. ETAT PHYSIQUE DU SITE :
I.I.4.1. Géologie et géomorphologie : On a le système du graphite qui est divisé comme suit : - Gneiss et migmatites à graphite (Ambatolampy 3a) - Migmatites, Quartzites à magnétite. (Vondrozo M1)
I.I.4.2. Relief : Le présent Projet sera installé dans un relief montagneux et rocheux de haute altitude parmi ceux des hautes terres centrales. Avec l’altitude de 2596m de l’Est allongeant vers l’Ouest d’une altitude qui diminue à 1678m. Des vallées plus ou moins étendues s’étalent entre ces massifs rocheux. Ici on se trouve aux environs de la genèse de la rivière de Zomandao.
______RATIANARINJAKA Jean François 7 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.I : Présentation de la zone d’Etude I.I.4.3. Climat : Pareil au climat des hautes terres, le type du climat est ce du tropical d'altitude : c’est-à-dire on a d e la saison chaude et pluvieuse de Novembre à Avril, saison froide et sèche de Mai à Septembre. On remarque comme particularité même en saison chaude, le matin est toujours assez frais à cause de sa proximité du deuxième pic le plus haut de Madagascar. On observe cependant deux zones microclimatiques relativement bien distinctes : l’est avec un climat plus humide toute l’année et une température plus fraîche surtout durant l’hiver austral, et l’ouest avec un climat plus chaud et plus sec.
La pluviométrie annuelle varie de 1.000 mm à 1.500 mm. La température moyenne oscille de 5° C à 32° C.
I.I.4.4. Hydrologie – Hydrométrie : La zone d’étude est sur le point du commencement et la tête de la rivière de Zomandao. Le bassin versant collecte toute forme de source qui donne naissance à des cours d’eau venant de part et d’autre, des différentes vallées, en se regroupant, l’origine de la rivière de Zomandao. Les deux chutes sous le nom de « Riandahy et Riembavy », qui constituent le Riembavy, de paysages monumentaux sont la genèse de Zomandao. D’autres rivières affluentes comme Antsifotra se déversent dans zomandao qui traverse les plaines de Namoly, Antanifotsy et draine les communes de l’Ouest comme vohitsaoka, Besoa, Iarintsena Firaisantsoa. Les cours d’eau de ce versant alimentent toutes les infrastructures hydroagricoles de ces communes comme ceux qui arrosent la plaine de Tsiafakomby et de Vohimasina. Les ressources en eaux sont importantes, surtout pour les eaux de surfaces. On y rencontre plusieurs sources environnantes qui alimentent la rivière. Son rôle est d’irriguer tous les périmètres existants sur le district et également fonctionne comme un drain pour toutes les communes qu’ils traversent avant de toucher son exutoire au pont d’Ankaramena. Ce réservoir constitue aussi l’une des réserves potentielles futures pour les eaux domestiques et les eaux irrigant les villages environnants. Dans notre étude il est important de souligner que la rivière de zomandao se tarisse progressivement et temporairement, quelques fois diverses sources qui entrainnent ces diverses cours d’eau, ce phénomène a été observé de plusieurs années et continue de manière inexorable. Le District est arrosé par de nombreux petits cours d'eau, qui alimentent des réseaux de quelques dizaines de micros barrages.
______RATIANARINJAKA Jean François 8 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.I : Présentation de la zone d’Etude
I.I.5. AGRICULTURE – ELEVAGE :
I.I.5.1. Agriculture En terme de pourcentage, la surface exploitée en agriculture de la zone d’études (de Namoly) tourne autour de 15 % du territoire, ce qui représente quelques dizaines de km2. Le district d’ Ambalavao est une région à prédominance des cultures vivrières. Le sol est plus utilisé à des fins agricoles. En terme de superficie cultivée, les plus importantes se trouvent à l’extrême est à savoir : Ambohimandroso, Andrainjato, Mahazony, Sendrisoa.
Le district d’ Ambalavao est divisé en deux zones agricoles. La zone de l’Est qui est important que celle de l’Ouest.
Dans le district d’Ambalavao, on trouve des cultures à usages industrielles telles que le Tabac et le Jatropha. La première est prédominante et couvre une superficie pas trop importante, mais cultivée en permanence à cause de la typologie du sol, sur la partie Est. Pour le second on a sa culture depuis la décennie dernière, et à raison des différent Projet sur l’Energie renouvelable à Madagascar, un projet d’aménagement de dizaines d’hectares est en cours.
TABLEAU 1:Tableau de répartition d’occupation du sol du district d’Ambalavao :
% par rapport à la superficie Occupation du sol Superficie en [km2] du District Lac et cours d’eau 62 1,31% Foret naturel 277 5,91% Foret artificiel 35 0,75% Savane arbustive 568 12,12% Savane herbeuse 3 263 69,66% Zone d’habitat aggloméré 6 0,13% Cultures vivrières irriguées 409 8,73% Cultures vivrières sèches 65 1,38% Total 4 684 100%
Source : Traitement de l’Image satellite Landsat TM 1999 du FTM
______RATIANARINJAKA Jean François 9 Promotion 2007 CARTE 2:Carte d’occupation du sol de la zone d’étude Département Hydraulique Chap.I : Présentation de la zone d’Etude
I.I.5.2. Pisciculture Touchées par les différents projets au sein de la Région de Haute Matsiatra la pisciculture (étang) et la rizipisciculture (rizière), sont des activités en cours d’émergence dans tout le district, à savoir : le Carpe royal, le Trondro gasy, le Tilapia qui sont les cultures les plus prépondérantes dans tout l’étendu du District.
Cette activité initiée au départ par un projet soutenu par le FAO vers les années 80, bénéficie actuellement de l’appui de plusieurs projets (Programme spécial pour la sécurité alimentaire : PSDR, SAHA Betsileo) et de l’encadrement soutenu du Service des pêches. Elle a pu se développer graduellement. On dénombre actuellement dans le district, aux environs une dizaine de producteurs d’alevins.
I.I.5.3. Elevage On rencontre souvent le petit élevage de volailles (Akoho gasy, canards, dindon…) à des fins traditionnels (pour les Vahiny, nouveau né,…), quelquefois pour des raisons monétaires. L’élevage de bovin est très important par rapport à l’élevage de porcin presque partout dans le district (Sendrisoa, Miarinarivo, Vohitsaoka, Besoa, Ambinanindovoka). L’élevage de porcin est concentré dans les communes proches de la RN 7. Il est peu pratiqué dans la partie Sud à cause du recours à l’élevage de bovin. L’élevage de vache laitière est très peu développé dans le district.
______RATIANARINJAKA Jean François 11 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
Chapitre I.II: ETUDES SOCIO-ECONOMIQUES DE LA REGION A DESSERVIR
I.II.1. ANALYSE DEMOGRAPHIQUE : I.II.1.1.Situation actuelle sur l’effectif : Lors de l’analyse statistique des différentes élections successives, on a pu apprécié le nombre d’habitant dans le district où se trouve le site de notre présent Projet. La population totale, dans les six (06) Fokontany, s’élève donc environ 5000 Habitants d’après les données de la statistique lors des élections faites l’année dernière. D’après l’observation sur ce mouvement migratoire, ce sont les communes pauvres qui ont subit le phénomène de migration. La cause est la recherche d’une vie meilleure dans les communes proches de la RN 7. La condition de vie dans cette dernière est meilleure que celle des communes éloignées, là où le manque d’activités économiques règne. Ces communes n’ont pas les petites usines de transformations dues à la non électrification, l’acheminement des produits locaux sont difficiles à cause de l’insuffisance et du mauvais état des voies de communications. I.II.1.2.Croissance démographique : On attend par croissance démographique la natalité et la mortalité. Dans la zone à desservir possède un taux de natalité de 3,66% et d’un taux de mortalité de 0.93%.
Pour ces valeurs, on enregistre un taux d’accroissement annuel de 24%o. C’est l’un des districts qui a le moins de taux d’accroissement dans la région Haute Matsiatra. Le tableau suivant explique un peu plus l’évolution de la croissance démographique dans la région : TABLEAU 2:Taux démographique
Taux de fécondité Taux de natalité Taux de mortalité Taux de District [%o] [%o] [%o] croissance [%o] Fianarantsoa I 8.86 23.8 7.4 27 Fianarantsoa II 14.24 30.9 15.1 26 Ambalavao 16.63 36.6 9.3 29 Ambohimahasoa 16.63 34.8 12.6 24 Ikalamavony 12.65 30 13.5 24 Haute Matsiatra 14.04 31.7 12.4 26 Source : Monographie de la région Haute Matsiatra
______RATIANARINJAKA Jean François 12 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
I.II.1.3. Constitution de la population (spatiale, tranche d’âge et sexe, ethnique) I.II.1.3.1.Disposition spatiale :
La Commune d’Ambalavao concentre 11% de la population du District. La densité moyenne surtout l’ensemble du District est de 47 hab. / km2. Près de la moitié (44%) de la population est concentré, principalement à l’Est sur 07 Communes (Ambalavao, Kirano, Anjoma, Ambohimandroso, Andrainjato, Ambinanindovoka, et Mahazony) soit 12% du territoire. Un peu plus du tiers de la population (37%) vit sur près des trois quart (73%) du territoire. L’Ouest du Fivondronana est peu peuplé.
Voici le tableau récapitulatif de la répartition par commune de la population : TABLEAU 3:Tableau Répartition et densité de la population par commune
Population en Densité N° Commune Superficie [km2] 2003 [hab./km2] 1 AMBALAVAO 102 24 900 244,12 2 AMBINANINDOVOKA 78 11 023 141,32 3 AMBINANIROA 668 15 852 23,73 4 AMBOHIMAHAMASINA 407 20 579 50,56 5 AMBOHIMANDROSO 88 12 531 142,40 6 ANDRAINJATO 48 9 356 194,92 7 ANJOMA 112 16 218 144,80 8 AKARAMENA 256 6 543 25,58 9 BESOA 140 9 809 70,06 10 FENOARIVO 959 6 850 7,14 11 IARITSENA 582 23 347 40,12 12 KIRANO FIRARINTSOA 41 11 268 289,63 13 MAHAZONY 110 11 179 101,63 14 MANAMISOA 99 4 939 46,45 15 MIARINARIVO 120 10 051 83,76 16 SENDRISOA 318 11 218 35,28 17 VOHITSAOKA 558 13 252 23,75 Source : Enquête ATW / DAT Avril 2003 (schéma d’aménagement du territoire, Fiv Ambalavao)
I.II.1.3.2.Disposition ethnique :
La disposition ethnique par préfecture n’est pas chiffrable. On note seulement la présence de quelques ethnies (Merina, Antaisaka, Antandroy, Sakalava, et Bara) dans chaque sous préfecture. La majorité de la population sont des Betsileo. ______RATIANARINJAKA Jean François 13 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
I.II.2. CARACTERISTIQUES DES MENAGES : I.II.2.1.Leur activité et leur envergure : Le ménage a été défini comme étant « l’ensemble des personnes habitant un même logement, unies par des liens familiaux ou non et partageant les repas principaux et reconnaissant l’autorité d’une seule personne : " le Chef de ménage" ». I.II.2.2.Taille des ménages La taille moyenne de ménage dans la Région est de : 5,2 en milieu urbain, 6 en milieu rurale. L’écart n’est pas très important entre le nombre moyen de personnes par ménage en milieu urbain et celui en milieu rural. Mais quand même la connaissance de ces chiffres est utile pour savoir l’autoconsommation en énergie de chaque foyer et le nombre de foyer pour la consommation actuelle.
I.II.2.3.Sexe du chef de ménage Souvent, selon la culture malgache, c’est l’homme qui dirige le foyer sauf dans le cas d’une veuve ou d’une séparation, d’où le pourcentage élevé de l’homme chef de ménage dans l’ensemble du district d’Ambalavao.
TABLEAU 4:Caractéristiques des ménages
Sexe du chef de ménage Taille de Milieu urbain Milieu rural Sous préfecture Hommes Femmes [%] Hommes Femmes [%] ménage [%] [%] Fianarantsoa I 5.3 75.6 24.4 - - ______RATIANARINJAKA Jean François 14 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
Fianarantsoa II 5.6 - - 81.8 18.2 Ambalavao 5.3 75.9 24.1 85.0 15.0 Ambohimahasoa 5.6 69.8 30.2 81.6 18.4 Ikalamavony 4.8 85.0 15.0 84.0 16.0 Haute Matsiatra 5.5 - Source : Monographie de la région Haute Matsiatra 2003 I.II.2.4.Activité et Profession du chef de ménage Environ 80 % des chefs de ménages ont fréquentés l’école primaire, ce qui explique que la majorité sait lire et écrire. Ils ont un niveau d’instruction moyen. D’où la proportion élevée de chefs de ménage occupent le district d’Ambalavao, soit 96%. Ils sont repartis dans différents groupes de professions décrites dans le tableau ci-dessous. Sur ce, sans parler l’importance des chefs de ménages occupés dans les groupes G et H, on observe une proportion plus importante de chefs de ménage occupant les groupes de profession C, F, D et J. La majeure partie des chefs de famille dans la région est donc des personnes dynamiques prêt à lutter contre la pauvreté si on multiplie les infrastructures de développement local.
TABLEAU 5:Professions des chefs de ménages actifs :
Chefs Grands groupes de professions de Districts ménag A B C D E F G H I J K e actifs 82 24 1 1 2 1 1 Fianarantsoa I 15652 925 2424 2805 150 6 7 466 209 917 182 500 4469 2 Fianarantsoa II 5680 18 45 889 197 97 571 4997 230 146 6 794 2148 2 Ambalavao 26076 43 17 471 108 96 447 652 111 52 7 601 Ambohimahaso 2176 24903 39 26 457 117 73 300 1638 69 396 21 a 7 Ikalamavony 8131 20 8 123 48 25 67 7626 164 4 35 12 33 34 3 1 1 4 3800 1025 1 7 Total 129342 381 7 3 406 679 216 302 0 6 596 326 Sour ce : RGPH 1993
Légendes : A : Forces armées B : Membres de l'exécutif et des corps législatifs, cadres supérieurs de l'administration publique, dirigeants et cadres supérieurs
______RATIANARINJAKA Jean François 15 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
C : Professions intellectuelles et scientifiques D : Professions intermédiaires E : Employés de type administratif F : Personnel des services et vendeurs de magasin et de marché G : Agriculteurs et ouvriers qualifiés de l'agriculture H : Artisans et ouvriers des métiers de type artisanal de marché I : Conducteur de chantier J : Ouvriers et employés non qualifiés d'entreprise K : Non déterminé
I.II.3. LES INFRASTRUCTURES SOCIOCULTURELLES :
I.II.3.1.Infrastructure sanitaire : Il existe un seul centre médical public dans les différents villages de Namoly, sous le contrôle d’un personnel paramédical. . Le Centre de Santé de Base niveau 1(CSB1) muni d’un dispensaire, de Centres de Santé et de Soins Primaires ou de Postes Sanitaires d’infirmiers. Les mêmes définitions ont été retenues pour comptabiliser les centres médicaux privés. Il est à noter que les infrastructures sanitaires et les médecins privés sont moins nombreux.
TABLEAU 6: Nombre d’établissements sanitaires publics :
Sous préfecture CHR CHD2 CHD1 CSB2 CSB1 FS total Pub Priv Pub Priv Pub Priv Pub Priv Pub Priv Pub Priv Pub Priv Ambalavao - - - - 1 - 2 3 22 2 1 2 26 7 Sour ce : Ministère de la santé, service des informations sanitaires pour la gestion
Dans le district d’Ambalavao, d’une manière générale, l’importance numérique et le niveau de formations sanitaires sont relativement faibles avec une répartition inégale.
−− Le CHD1 existant est localisé dans le chef lieu du District ; −− CSB1 dans 6 communes doté d’au moins un médecin. −− CSB2 dans 17 communes dont 5 sans médecin mais avec 1 paramédical au moins. −− Dans d’autres communes même s’ils ont des infrastructures sanitaires, ils ne sont pas bien équipés en particulier l’inexistence de l’électricité et des plomberies sanitaires. ______RATIANARINJAKA Jean François 16 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
L’électrification et le confort des établissements sanitaires sont donc une des opérations délicates à entreprendre non seulement pour la santé mais aussi pour le développement de la région. I.II.3.2.Infrastructure scolaire : Le taux de scolarisation est estimé comme suit : Nombre d’enfants scolarisés rapporté aux enfants scolarisables (6 à 14 ans) estimé par projection en 2003 des scolarisables selon le RGPH 93 : • Taux moyen : 56% • Forte scolarisation : (61% Anjoma, 79% Sendrisoa et Ankaramena) • 08 Communes ont un taux inférieur à la moyenne du District : Andrainjato, Ambinaniroa, Ambinanindovoka, Fenoarivo, Ambohimandroso, Besoa, Kirano. 42 594 élèves dans le District et 1 099 enseignants (39 élèves pour 1 enseignant). • Ambinanindovoka et Sendrisoa ont un ratio en déçà de 30 • Ambalavao, Ambohimandroso et Fenoarivo ont un ratio entre 31et 40 • Les 12 autres communes ont très peu d’enseignants (jusqu’à 61 élèves par enseignant) Equipements scolaires publics et privés : • 02 lycées (Ambalavao) • 15 CEG sur 13 communes • 276 EPP
Au total dans le District, 943 salles de classe, soit en moyenne 45 élèves par classe. De nombreuses classes sont divisées en sections et dans ce cas, les enfants n’ont que quelques heures d’instruction par jour.
TABLEAU 7:Renseignements de l’infrastructure scolaire de l’ensemble du District
POP TAUX_SCO N° COMMUNE POP03 ETBT ELEVES SDC ENS EL/SDC EL/ENS SCO en (%) 16 SENDRISOA 11218 3994 28 3160 198 194 16 16 79 2 AMBINANINDOVOKA 11023 3886 14 2007 40 75 50 27 52 10 FENOARIVO 6850 2216 11 1029 18 30 56 33 45 ______RATIANARINJAKA Jean François 17 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
5 AMBOHIMANDROSO 12531 4353 11 1939 48 56 40 35 45 1 AMBALAVAO 24900 8904 24 5167 126 136 41 38 58 7 ANJOMA 16218 5927 22 4231 82 103 52 41 71 12 KIRANO 11875 4447 9 1188 35 28 34 42 27 3 AMBINANIROA 15852 5079 15 2670 51 62 52 43 53 15 MIARINARIVO 10051 3490 14 1571 18 34 87 46 45 9 BESOA 9809 3399 10 1452 25 31 58 47 43 4 AMBOHIMAHAMASINA 20579 7156 21 4083 63 84 65 49 57 11 IARINTSENA 23347 7702 39 4388 77 90 57 49 57 8 ANKARAMENA 6543 2096 13 1655 30 33 55 50 79 6 ANDRAINJATO 9356 3250 7 1771 29 34 61 52 54 14 MANAMISOA 4939 1625 8 1048 20 20 52 52 64 13 MAHAZONY 11179 3925 15 2706 46 47 59 58 69 17 VOHITSAOKA 13252 4202 25 2558 37 42 69 61 61 Source : Enquête réalisé par ATW/DAT auprès de la SISCO Ambalavao du Fevrier-Mars 2004
POP 03 : Population en 2003 ENS : Nombre d’Enseignant POP SCO: Population scolarisable en 2003 EL/SDC : Elève par salle de classe ETBT : Etablissement EL/ENS : Elèves par enseignant ELEVES : Nombre d’élèves TAUX_SCO : taux de scolarisation SDC : Salle de classe
I.II.3.3.Religion : Il semblerait que le Christianisme est assez répandu dans la Région. Parmi les religions chrétiennes, nous avons pu avoir des renseignements sur le Fiangonana Loterana Malagasy (FLM), le Fiangonan’i Jesosy Kristy eto Madagasikara (FJKM) et l’Eglise Catholique Apostolique Romaine à Madagascar (ECAR). Mais l’expansion des autres religions suivantes ne sont pas à oublier : le Jesosy Mamonjy, l’Adventiste, le Rhema, l’Assemblée de Dieu et le Témoin de Jéhovah. Du fait de la progression de la religion dans le district, la population locale a de la foi, de l’espérance et de la fraternité sur ces activités ; d’où la transformation de certaines montagnes d’arbres en champs de culture.
I.II.3.4.Les infrastructures routières :
______RATIANARINJAKA Jean François 18 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
Le réseau compte 385 Km de routes et pistes dont 79 Km bitumés et 244 Km de pistes en terre. Une seule route nationale traversent le district : la RN 7.
I.II.3.4.1.Etat du réseau : Les 2/3 du réseau sont praticables toute l’année
• La RN 7 est praticable pendant toute l’année,
• 38% du réseau (146 kM ), sont praticables pendant toute l’année,
• 39% du réseau (152Km) sont praticables en saison sèche
• 2% du réseau (8 Km) impraticable toute l’année.
I.II.3.4.2.Principales difficultés :
• Abscence de liaison routière vers Kirano et Manamisoa
• L’axe Ambohimandroso-Miarinarivo est difficilement circulable (27 Km)
• Le chef lieu de commue de Fenoarivo est relativement enclavé : piste saisonière.
TABLEAU 8:Réseau routière dans le district d’Ambalavao : ______RATIANARINJAKA Jean François 19 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
Natures Longueur [km] % Routes bitumées praticables toute l’année 79 21 Routes en terre praticables toute l’année 146 38 Routes en terre saisonnières (Saison sèche) 152 39 Routes en terre impraticables 8 2 Total 385 100 CR ayant le plus grand nombre de linéaire AMBINANIROA 49 15 IARINTSENA 47 12 CR ayant le plus de tronçons praticables AMBINANIROA 33 16 AMBALAVAO 25 12 CR ayant le plus fort d’indice de praticabilité MANAMISOA 4 ANKARAMENA 4 CR ayant le plus de tronçons impraticables MAHAZONY ANDRAINJATO Chef lieu de commune non desservie par une route KIRANO MANAMISOA
Remarque : KIRANO et MANAMISOA sont desservis par des sentiers La praticabilité ne veut pas forcément dire que la chaussée est bonne. Source : Service Travaux public Ambalavao avec rectification du Maire Avril-Mai 2004
I.II.3.5.Le marché : Les marchés sont définis comme les lieux où s’effectue l’échange des produits de l’activité agricole, industrielle et artisanale. Mais dans la sous préfecture d’Ambalavao, deux types de marchés se rencontrent : le marché de produits en général, et le marché de bétail.
Soulignons bien que le district d’Ambalavao est l’un des districts fournisseurs de bovins à l’échelle nationale, voire mondiale.
En ce qui concerne le marché de produits en général, on rencontre un peu partout dans les chefs-lieux de Communes dont les plus importants se trouvent dans la commune urbaine d’Ambalavao. Les quatre autres marchés vivriers les plus importants sont celui de Ambinaniroa, Anjoma, Ambohimahamasina, Ambinanindovoka. Ces quatre lieux de communes sont facilement accessibles (routes et pistes praticables en toute l’année). Dans ces
______RATIANARINJAKA Jean François 20 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques marchés, les produits vendus et achetés concernent les produits agricoles, de l'élevage, de l’artisanat, les PPN, les tissus, les matériels agricoles, etc.….
Le système d’échanges dans la région est très lié à la disposition des infrastructures de transports routiers car c’est dans les communes ayant plus de linéarité que le marché se développe mieux.
Pour soutenir les avantages réciproques que devront avoir les différents commerçants dans les marchés, il faut améliorer et multiplier les infrastructures de marché (installation de places de marché au niveau de chaque commune, développement du réseau de communications routier et téléphonique) pour que tous les acteurs (producteurs, consommateurs et opérateurs économiques) soient régulièrement informés de la situation sur les marchés (quantités, qualités, prix, débouchés, etc. ...).
Concernant Ambalavao donc, voici la liste des communes qui ont le marché vivrier :
______RATIANARINJAKA Jean François 21 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.II : Etudes socioéconomiques
TABLEAU 9: Marché communal de l’ensemble du district d’Ambalavao :
CALENDRIER DE MARCHE IMPORTANCE N° COMMUNES FOKONTANY LUN MAR MER JEU VEN SAM DIM Nb de jour Note Recette annuelle en (Ar) 1 AMBALAVAO AMBALAVAO 1 1 10 372 452 900 2 AMBALAVAO ANKOFIKA 1 1 1 1 1 1 1 7 10 3 AMBINANINDOVOKA AMBINANINDOVOAKA 1 1 2 6 2 763 050 4 AMBINANIROA AMBINANIROA 2 1 1 1 1 1 1 8 8 1 266 200 5 AMBINANIROA MANDAZAKA 1 1 2 - 6 AMBOHIMAHAMASINA AMBOHIMAHAMASINA 1 1 2 7 5 845 000 7 ANDRAINJATO ANDRAINJATO 1 1 2 3 5 000 000 8 ANJOMA ANJOMA 1 1 2 7 3 667 750 9 ANJOMA TAMBOHOBE 1 1 2 - 10 ANKARAMENA ANKARAMENA 1 1 3 620 000 11 BESOA BESOA 1 1 4 400 000 12 BESOA ANTAKO 1 1 1 - 13 FENOARIVO FENOARIVO 1 1 4 3 907 000 14 IARINTSENA ANJA-AMBAIBOA 1 1 1 - 15 IARINTSENA TANANOMBY 1 1 1 - 16 IARINTSENA FIRAISANTSOA 1 1 1 1 1 1 1 7 1 - 17 IARINTSENA VOLAMENA 1 1 1 - 18 IARINTSENA BETORABATO 1 1 1 - 19 IARINTSENA AMBALALOVA 1 1 1 - 21 MAHAZONY ANTAKOLAVA 1 1 3 2 003 500 22 SENDRISOA SENDRISOA 1 1 4 - 23 SENDRISOA NAMOLY CENTRE 1 1 1 - 24 VOHITSAOKA VOHITSAOKA 1 1 5 2 626 650 400 552 050 Source : Enquête réalisé par ATW/DAT du Fev.-Mars 2004
______RATIANARINJAKA Jean François Promotion 2007 22 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
Chapitre I.III: LES ACTIVITES ECONOMIQUES
I.III.1. L’AGRICULTURE : Malgré son statut de Commune Urbaine, ce sont les activités rurales qui font vivre la majorité de la population. En effet, les conditions agro climatiques et humaines permettent une vaste gamme de cultures. Les principales zones d’agriculture sont concentrées à l’Ouest et l’Est (CR Ambinaniroa).
Sur les plateaux, la presque totalité des vallées sont exploitées et les pentes présentant des possibilités d’irrigation sont occupées par les rizières en gradins « kipahy ». Les autres cultures vivrières (manioc, patate douce, haricot, maïs, etc. …), destinées surtout à l’autoconsommation sont très pratiquées. Et avec des techniques culturales adéquates et suivies, la production agricole accroîtra très rapidement. Par ailleurs, les cultures maraîchères et fruitières (agrumes surtout) sont importantes et la viticulture est en plein essor dans la région. La culture de tabac est prospère dans le Sud. Et pour la région moyen Ouest, en sus de la riziculture, les autres produits promettent, tels que le manioc, l’arachide, le coton, le maïs.
I.III.1.1.La Riziculture :
Avec une production d’environ 3 000tonnes par an, Ambalavao fait figure de grenier à riz dans la Province de Fianarantsoa. Elle ravitaille Fianarantsoa à période de récolte mais l’inexistence d’une structure de stockage fait que la pénurie se fait beaucoup sentir en période de soudure.
______RATIANARINJAKA Jean François 23 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
TABLEAU 10: Evolution de la production rizicole de la région Haute Matsiatra :
CAMPAGNE AGRICOLE Année 1993/1994 1998/1999 2003/2004 Superficie (ha) 28 770 25 050 26 520 Le riz constitue la Fianarantsoa II Production (t) 71 018 64 629 79 410 principale activité agricole de Rendement (t/ha) 2.47 2.58 2.99 Superficie (ha) 14 420 13 180 13 300 l’ensemble de la population Ambalavao Production (t) 36 931 36 245 45 220 d’Ambalavao avec une Rendement (t/ha) 2.56 2.75 3.40 Superficie (ha) 15 370 13 250 15 120 superficie de 16 044 hectares Ambohimahasoa Production (t) 37 656 33 125 43 848 Rendement (t/ha) 2.45 2.50 2.90 des terres cultivables et un Superficie (ha) 9 470 7 740 9 517 rendement moyen de 2.6 Ikalamahavony Production (t) 24 433 20 511 33 310 Rendement (t/ha) 2.58 2.65 3.50 tonnes à l’hectare. Superficie (ha) 68 030 59 220 64 457 Haute Matsiatra Production (t) 170 038 154 510 201 788 Rendement (t/ha) 2.50 2.61 3.13 Source : DRDR Fianarantsoa.
Au niveau de toute la région, pour la saison 2003/2004, le district d’Ambalavao concourt pour 23.46 % des superficies rizicoles (15 120 ha sur 64 457 ha) et pour 21.73 % des productions rizicoles (43848 tonnes sur un total régional de 201 788 tonnes). Dans le temps, l’évolution de cette production rizicole semble peu significative, superficies cultivées stationnaires et augmentation des productions de 14 % sur 10 ans. Mais sous l’amélioration des techniques culturales et le lancement vers une mécanisation de la riziculture, on pourra gagner des terrains de culture sur les flancs de montagnes à l’aide de l’irrigation par pompage en plus de celui à gravitaire.
I.III.1.2.Cultures vivrières et maraîchères : Les autres cultures vivrières comme l’haricot,le mais, le manioc, la patate douce et les pommes de terre ont aussi des importances à ne pas délaisser car en plus de la production rizicole, leur récolte sont les principales sources de revenue de la population à part de l’autoconsommation qu’ils procurent.
Les principales cultures maraîchères pratiquées dans le district sont la tomate, les brèdes, le chou, le poireau, et la carotte. On note que la production de tomates est très
______RATIANARINJAKA Jean François 24 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques excédente. Ambalavao ravitaille la ville de Fianarantsoa. Ces activités sont essentiellement destinées à l’autoconsommation et la vente sur la commune urbaine d’Ambalavao.
I.III.1.3.Cultures industrielles : La région a aussi doté des cultures industrielles à savoir: le raisin, l’arachide, la canne à sucre, et les arbres fruitières (pêches, agrumes, mangue).
I.III.1.3.1.Viticulture : La viticulture est la plus connue en terme industriel, assumée par les sociétés suivantes :
• La SOAVITA (Société Agricole et Viticole d’Ambalavao), dans la domaine de Manamisoa
• La SVS (Société de Vins Spiritueux), installée à Vohiboay
• La Société Chan Foui, à Maroparasy Mais des pays s’adonnent aussi à cette activité et livrent leurs productions à des sociétés de Fianarantsoa, entre autres, « LAZAN’NY BETSILEO ».
Leurs produits (coteaux d’Ambalavao, Gris de Manamisoa, Château Verger,…) parviennent jusqu’au table des grands restaurants et aux rayons des grandes surfaces d’Antananarivo.
Elles font vivre des dizaines de familles en engageant des salariés permanent ou saisonniers, sans parler des tenanciers de débits de boissons.
I.III.1.3.2.Culture de Tabac : Ressources non négligeables. Le Tabac est cultivé surtout le long du fleuve Mananantanana. L’OFMATA (Office Malgache du Tabac), achète la production mais une quantité assez considérable par clandestinement vers la Sud ou l’Ouest à cause du problème de prix et le mode paiement qui ne satisfont pas les paysans. I.III.1.3.3.Autres cultures : Comme la canne à sucre constitue une activité peu importante dans quelques communes rurales.
______RATIANARINJAKA Jean François 25 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
I.III.1.4.Cultures fruitières : Le district d’Ambalavao est une région renommée par une production de divers fruits. On produit bien des fruits tropicaux comme la mangue, letchi que des fruits tempérés comme les pommes, les pèches, l’orange, l’ananas). La production est destinée aux marchés urbains d’Ambalavao, de Fianarantsoa et d’Antananarivo, mais avec le minimum de logistiques et d’organisation.
TABLEAU 11:Place des produits agricoles selon la superficie :
COMMUNES PRODUIT LE PLUS IMPORTANT EN SUPERFICIE 1er 2ème 3ème AMBALAVAO Mais Haricot Arachide AMBINANINDOVOKA Riz Mais Tabac AMBINANIROA Manioc Riz Mais AMBOHIMAHAMASINA Riz Manioc Patate douce AMBOHIMANDROSO Tabac Riz Manioc ANDRAINJATO Riz Tabac Oignon ANJOMA Riz Manioc Mais ANKARAMENA Riz Manioc Mais BESOA Riz Manioc Manioc FENOARIVO Riz Mais Mais IARINTSENA Riz Tabac Manioc KIRANO Riz Tabac Mais MAHAZONY Riz Manioc Tabac MANAMISOA Riz Raisins Manioc MIARINARIVO Riz Manioc Patate douce SENDRISOA Riz Manioc Patate douce VOHITSAOKA Riz Manioc Mais Source : Enquête ILO 2001-INSTAT et Université de CORNELL.
Le sol dans l’ensemble du district est fertile et peut s’adapter à toute genre de culture mais la pratique varie d’une commune à l’autre selon l’étendue du terrain (exemple : la canne à sucre a le plus de rendement 20.4 t/ha mais peu de superficie). Alors, le relief très vallonné et la maîtrise de l’eau durant la saison sèche sont les principaux problèmes à surmonter. Pour y remédier ; la réhabilitation, la multiplication des ouvrages hydrauliques (barrage, prise, canal d’irrigation,…), et surtout l’exploitation des potentiels hydrauliques du district sont indispensables non seulement pour la production d’énergie électrique mais aussi pour le développement agricole.
______RATIANARINJAKA Jean François 26 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
Les différents projets possibles d’avenir pour Ambalavao à propos de l’agriculture, à savoir :
− L’extension des superficies agricoles à partir de l’irrigation par pompage pour les terrains d’altitude élevé. − La Création d’une usine de transformation des produits oléagineux (huilerie). Tous ces projets auront des importantes conséquences sur la population car la production agricole va augmenter et les autres activités économiques : secteur industriel, secteur tertiaire vont prendre aussi une place importante sur le développement de la région. Ainsi le district d’Ambalavao peut prendre son essor sur le développement de notre pays.
I.III.2. L’ELEVAGE : L’élevage est une activité secondaire pratiquée par la population locale. Toutes les communes du district se caractérisent par la prédominance de l’élevage de bovin et de porcin. L’élevage des volailles a aussi une place très importante : dans la région de la Haute Matsiatra, le district d’Ambalavao fournit le 44 % de production avicole.
Le développement de ces types d'élevage dépendra des projets existants actuellement dans la région (FID, ANAE, etc. . . .) compte tenu des différents problèmes rencontrés (couverture sanitaire faible, insuffisance d'alimentation et d'encadrement etc . . .).
I.III.2.1.L’élevage de bovin et de porcin L’élevage de bovin et de porcin est les activités traditionnelles des paysans du district associé aux riz. Les troupeaux sont destinés aux travaux agricoles.
Dans ce domaine, Ambalavao tient le second rang sur le plan national. 1600 têtes de bovidés par semaine passent par ce marché. Les droits et taxes perçus assurent la moitié du budget municipal. Les bœufs prennent la direction d’Antananarivo ou de Tamatave, ou du Sud-Est, soit à pied, soit par camion.
Actuellement, on note une régression des effectifs des bovidés. Cette situation est due à des actes de vol de bétails qui sévit jusqu’à ce jour malgré les différentes actions menées pour le rétablissement de la sécurité.
______RATIANARINJAKA Jean François 27 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
Le district dispose des marchés de bovidé d’envergure comme ce d’Iarintsena qui sont presque tous les jours, pareil pour Ambinaniroa. L’élevage des vaches laitières est une activité peu développée, relativement rare, à cause de l’absence d’unité de transformation laitière.
A titre indicatif, la taille du cheptel bovin était de 2500 têtes en 2003 pour la Commune rurale d’Andrainjato.
I.III.2.2. L’élevage avicole L’élevage avicole est traditionnel et de race locale. Le district possède un important cheptel de poulet « gasy », de canard, et de dinde notamment dans les communes rurales. Le projet PSDR développe actuellement l’introduction de poules pondeuses dans quelques communes rurales et le projet SAHA Betsileo l’élevage de canard près à gaver. Mais pour intensifier cet élevage, l’énergie électrique est plus recommandée pour les poussins à couveuses.
I.III.2.3.Piscicultures L’activité piscicole est une activité en pleine expansion et apportant des revenues complémentaires. Le marché de poisson est en pleine croissance : les espèces le plus développés sont le tilapia, le black bass et la carpe royale.
I.III.2.4.Foresterie et environnement Malgré l’importance des feux de brousse enregistrés dans le district d’Ambalavao, il y a encore de forêt dense située à l’est et représentant 13.46 % du territoire. Les savanes à l’ouest de la RN7, occupent 73 % du territoire.
Le domaine forestier recensé représente 33 928 ha, dont 65 % de forêt naturelle, 34 % de foret de pin, et 1 % de foret d’eucalyptus et de pins. On enregistre peu de bois d’œuvre disponibles.
I.III.3. LES AUTRES ACTIVITES ECONOMIQUES EXISTANTS :
I.III.3.1.Tourisme et Environnement: Le district d’Ambalavao possède quelques sites touristiques et monuments, à savoir :
• Parc d’ANJA (lémuriens) ______RATIANARINJAKA Jean François 28 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
• Ankazondandy (élevage des vers soie)
• Ifandana et Ambohimandroso
• Maison et Toùbeaux anciens
• Les VATOLAHY ou pierre levées en souvenirs d’un fait historique
• Des possibilités d’excursion et d’escalades,…
• L’église Catholique Saint Joseph, qui, avec son clocher de plus de 30m de hauteur, rénovée à la suite de dégat cyclonique de 1993, domine toute la ville à des kilomètres à la ronde. AMBONDROMBE : Un patrimoine culturel national A 50 km environ, à l’Est d’Ambalavao, c’est une montagne qui, selon les croyances des Malagasy, abrite des fantômes de tous ceux qui sont décédés. ANDRINGITRA : Parc national, placé sous la responsabilité de l’ANGAP (Association National de Gestion des Aires Protégées). Tourisme et Environnement, Ecotourisme,… ; un projet plein d’avenir surtout que la région offre beaucoup d’originalité. Malgré les feux de brousses répétés, les responsables, comme les organisations de sensibilisation ne perdent espoir. Et les Ecoles apportent aussi leurs contributions car dans beaucoup d’établissement, on trouve des petits jardins fleuris (Lycée Joel Sylvain, Collège Anne Marie Javouhey, EPP Vondrokely,…) pour ne citer que ceux-là. PARC D’ANJA : Reserve villageoise d’ANJA : Site culturel et Ecologique : le Parc d’Anjà se situe juste à coté de la RN7 à 12km au Sud d’Ambalavao, direction Toliary. Le site se trouve dans la partie Sud de la Haute terre Malagasy en Pays Betsileo à Madgascar. CAMP CATA : Il se situe en bordure Ouest du parc national près du site d’éscalade de Tsaranoro (Commune Rural de Vohitsaoka Fokontany de Soavahiny) à 56 km d’Ambalavao, à 19km de la RN7, à 10km de Vohitsaoka. Hôtel – Restaurant – Camping :
• Des bungalows et des tentes équipées
• Activités sportives vous y sont proposées : Escalade ______RATIANARINJAKA Jean François 29 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
• Balades et treks
• Promenade,… I.III.3.2.Artisanat : A propos de l’artisanat, citons les activités existantes : PAPIER ANTAIMORO : production de papier décoratif à partir de fibres végétales par une Société du même nom. Le procédé de fabrication respecte encore, mise à part quelques variantes, celui légué par les anciens Arabes qui ont débarqués dans le Sud-est de Madagascar, voici des siècles. LE TISSAGE : Tissage de la soie naturelle ayant fait la réputation de la région ? Cette activité fait vivre encore des artisans, quoique la soie ait été remplacée par des fils de coton, l’élevage de vers à soie réapparaît actuellement. Néanmoins, les produits sont encore appréciés, des tissus, des nappes aux couleurs vives. Et l’on prévoit à prendre la sériciculture. POTERIE : Spécialité d’un village à l’Est d’Ambalavao. Produit à consommation locale, vu la fragilité des jarres et des marmites.
Le secteur secondaire est marqué par l’arrêt d’activités de plusieurs unités industrielles : conserveries, savonnerie, parfumerie.
Actuellement, les activités sont de types semi artisanales utilisant un niveau de technologie faible : menuiserie, sucrerie, décortiquerie, briqueterie, scierie, … les plus importantes entreprises ont été onze (11) et compte vingt ( 20) salariés.
La réhabilitation de la microcentrale hydroélectrique pourra encourager les opérateurs à réactiver ces industries, donc au relancement du secteur secondaire au profit de la population locale.
I.III.4. CONTRAINTES ET POTENTIALITES : Nous allons représentés dans ce paragraphe les contraintes et potentialités de développement de la zone d’étude pour les différentes activités économiques.
I.III.4.1.Potentialités : Le district est une zone fertile, on y voit presque toutes les différentes cultures. La potentialité agricole y est très considérable, surtout la production de riz, arachide, patate
______RATIANARINJAKA Jean François 30 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques douce, le manioc et l’haricot. Des spécificités agro-commerciales existent aussi et fonctionnent assez bien selon les conditions locales : culture de tabac, de pommes de terre, des arbres fruitiers, et surtout la viticulture qui est totalement spécifique de la région.
Des villes comme Ambalavao, Andranovorivato, Talata Ampano exploitent assez bien les opportunités de restauration offertes par les Taxis-brousse (environ 100 à 200 minibus par jour selon les saisons)
On peut encore citer nombreux avantages de la zone telle que : −− L’existence des apports de l’état malgache en la présence des structures d’appui au développement rural tel que :
Le fond d’intervention pour le développement (FID),
Le projet spécial pour la sécurité alimentaire (PSSA),
Le programme de soutien au développement rural (PSDR).
−− La présence des associations paysannes, plus particulièrement le SAHA Betsileo, et le Tranoben’i Tantsaha. −− Il existe aussi des appuis techniques d’organisation des confessionnelles et des organismes non gouvernementaux comme le programme Ecorégional initiative (ERI), Le SAF/FJKM, l’ANAE, et le SAGE….
I.III.4.2.Contraintes par le développement : Les contraintes les plus importantes de développement de la zone sont la mauvaise maîtrise de l’eau par manque d’entretien et insuffisance d’infrastructures, la dégradation des bassins versants en amont du barrage, d’où l’ensablement, l’envasement de l’ancienne retenue d’eau.
Les ressources en eau sont nombreuses mais largement sous exploitées et peu ou pas préservées.
La zone ouest : Tanety à savane, est peu exploité à cause de la non maîtrise de l’eau.
Les communes éloignées de la RN7 sont encore sous l’enclavement plus ou moins prononcé.
L’insuffisance d’ouvrages hydroagricoles dans les grandes étendues de la partie occidentale du district est très considérable ;
Les infrastructures sanitaires et éducatives sont encore insuffisantes. ______RATIANARINJAKA Jean François 31 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
L’insuffisance voire l’inexistence des usines de transformation des produits locaux est aussi très marquée.
L’acte de banditisme est assez généralisé, en particulier le vol de bovidés assez fréquents.
La pression sur le foncier, sur les forets et sur les ressources vivrières due à l’accroissement démographique commence à envahir le développement du district, surtout dans les communes au bord de la RN 7.
I.III.4.3.Situation actuelle de l’orientation : La mise en place d’un système permanent de suivi-évaluation permettant un diagnostic régulier constitue une nécessité pour une meilleure maîtrise des paramètres de développement du district.
C’est sur cette base, on peut mener un programme d’action intégrant l’ensemble des domaines économiques et sociaux dans un processus rationnel assurant une meilleure visibilité à travers des objectifs clairs basés sur un développement de l’agriculture qui constitue l’activité principale de la sous préfecture.
L’apport des techniques nouvelles d’intensification et de diversification des cultures doit permettre à long terme de mieux assurer une autosuffisance alimentaire et un accroissement sensible du niveau de vie de la population. Ce qui permettra d’améliorer les indicateurs socio-économiques de bases permettant à toutes les courbes de la population et particulièrement la population rurale de profiter des fruits de développement.
Les perspectives possibles pour le sou préfecture d’Ambalavao sont :
Le recours au projet d’aménagement de microcentrale hydroélectrique pour la promotion des activités industrielles.
L’extension des activités touristiques,
Le renforcement des intensifications des activités agricoles et soutien des autres secteurs économiques ;
La modernisation de l’élevage de bovin et porcin ;
La relance de l’apiculture, de l’expansion de la rizi-pisciculture ;
L’appui aux secteurs de l’artisanat amorce du processus d’industrialisation ;
______RATIANARINJAKA Jean François 32 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
La reproduction de l’opération d’aménagement du plateau à savane sur la frange occidentale du district.
L’appui à la vulgarisation agricole et à la professionnalisation des producteurs.
L’accès aux matériels, équipements et intrants agricoles.
L’appui à la mécanisation agricole et à la motorisation de l’irrigation à l’aide de l’énergie électrique.
Le désenclavement de la zone de production,
La protection intensive des bassins versants avec les communautés locales, le reboisement soutenu et financé, nouvelle plantation, désenclavement,
Le renforcement de sécurité rurale.
En guise de conclusion, notre zone d’étude offre des caractéristiques physiques plus ou moins hétérogènes : sols à vocation pastorale et agricole.
Les secteurs productifs principaux sont l’Agriculture et l’Elevage. L’activité agricole est dominée par les cultures vivrières, mais avec l’évolution des besoins monétaires, des cultures de rentes, industrielles et de contre-saison se sont développées.
Avec l’agriculture, l’élevage, surtout bovin, constitue une activité essentielle au sein de la sous préfecture. Les éleveurs doivent faire face à l’insuffisance des moyens pour la protection de la santé animale et surtout à l’insécurité qui sévit à la campagne du fait de la recrudescence des vols de boeufs.
Cependant, le secteur secondaire est marqué par la fermeture de plusieurs unités industrielles (conserveries, savonnerie, parfumerie par exemple) qui a sérieusement aggravé le problème de chômage et gonflé l’exode rural.
La pression démographique a eu des effets négatifs sur l’appareil productif et sur l’aménagement spatial.
Le district connaît un niveau d’équipement insuffisant, surtout dans les zones rurales (électrification, adduction d’eau, équipement socio-culturel et existence de zones enclavées).
L’enseignement rencontre des problèmes d’encadrement, équipement et parfois même de niveau des enseignants qui viennent aggraver la mauvaise répartition des établissements essentiellement concentrés dans la ville.
______RATIANARINJAKA Jean François 33 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
La couverture sanitaire reste faible et le district entier demeure à l’écart des efforts en matière de santé. Seule la ville d’Ambalavao est relativement bien équipée. La plupart des formations sanitaires nécessitent des dotations en lits, matelas et autres mobiliers. Aux problèmes de vétusté des bâtiments, s’ajoutent ceux de l’approvisionnement en eau d’assainissement et de nutrition. L’approvisionnement en eau constitue un problème crucial pour la population en milieu rural. Elle s’approvisionne aux rivières, aux canaux d’irrigation, aux lacs et aux marécages. D’où la propagation de maladies hydriques. L’adduction d’eau potable dans la région est aussi une des opérations délicate pour la santé et le développement de la population.
La ville d’Ambalavao assure diverses fonctions politico-administratives, économiques et commerciales. Les ministères et beaucoup de sociétés commerciales y sont représentés par des services décentralisés. Les projets, les ONG, les collecteurs, grossistes et transporteurs qui y résident, étendent leurs rayons d’actions sur l’ensemble du district.
I.III.5. SITUATION ACTUELLE DE PRODUCTION DE L’ELECTRICITE : Seule la commune urbaine d’Ambalavao et les communes, effectivement de quelques Fokontany au bord de la route national (Iarintsena, Andranovorivato, Talata Ampano) bénéficient de l’électricité provenant de la centrale hydroélectrique de Namorona.
Le problème en est que le transport d’énergie de cette centrale vers toutes les communes d’Ambalavao semble être moins rentables. Les recettes et les dépenses ne sont pas proportionnelles : l’énergie vendue sera à faible quantité alors que l’installation des matériels de transports semble être difficile, et les coûts sont très chers à cause de l’éloignement du lieu d’exploitation et de distribution. Donc, de ces raisons technico-économiques, on ne peut pas satisfaire le besoin en énergie de la commune urbaine et de certaines communes rurales (16) fournisseurs en produits agricoles et artisanaux.
Pour ces communes, également pour notre zone d’études, les ressources énergétiques utilisées sont les bois et ses dérivées. Pour la lumière, la plupart des ménages utilisent encore le pétrole et la bougie.
I.III.5.1.Evaluation du besoin en énergie électrique :
______RATIANARINJAKA Jean François 34 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
L’énergie produite par la centrale hydroélectrique sera utilisée pour approvisionner de l’énergie aux village de Namoly : l’alimentation des infrastructures sanitaires et scolaires, de décortiquerie, du Gîte d’étape, le Centre d’interprétation de l’ANGAP ; le projet de construction d’un hôtel et aussi pour l’électrification des Villages environnants concernant par le Projet.
L’étude socio-économique et l’évolution de la consommation en énergie électrique de la commune urbaine nous permettent d’estimer le besoin actuel.
La détermination du nombre de la population peut se faire par plusieurs méthodes. Parmi eux, nous proposons une des trois méthodes suivantes :
− Méthodes en utilisant le taux d’accroissement naturel − Méthodes basée sur la courbe exponentielle − Méthodes basée sur la courbe logique suivant les tendances Comme nous n’avons pas de données sur le nombre de la population pendant quelques années successives, nous allons choisir la première méthode utilisant le taux d’accroissement naturel. La formule est donnée par : Y= Yo (1+ α) β Avec Y : nombre de la population pour l’année considérée Yo : nombre de la population de l’année de base (2006) = 4068 habitants α : taux d’accroissement naturel = 2,25 % pour la commune rurale (village de Namoly). β : écart entre l’année i considérée et l’année précédente i-1 pour la projection. Ainsi pour l’année d’étude 2006, le nombre des abonnés est donné par la relation : Nombre de la population totale Nombre d'abonné = × Taux de participation Taille de menage 4253 ⇒ Pour l’ensemble du village, il est : × 0,90 = 638 ménages 6 Le taux de 90 % est tiré du nombre de la population intéressé au projet d’après l’enquête sur terrain et au près de la mairie. Pour la zone à desservir, on estime comme abonné ayant branché en énergie électrique ces 638 ménages, il ne reste aucun abonné privé de l’électricité. Donc pour commencer l’étude de besoin en électricité, on peut commencer l’évaluation de l’énergie consommée par ces derniers et les quelques FMBT arrêté de la ville.
Pour la réalisation de ce projet, on va diviser en deux (2) classes les consommateurs de l’énergie qui sera produite : ______RATIANARINJAKA Jean François 35 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
. Le premier est constitué par l’ANGAP par ses infrastructures (Gîte d’étape, Centre d’Interprétation, l’Hotel à créer) . La deuxième classe est composée de cultivateurs n’ayant pas d’autres revenues à part les recettes venant des récoltes annuelles et des petits travaux de main d’oeuvre. Pour l’évaluation de la puissance des appareils utilisés, on se réfère aux documents de l’encyclopédie et les résultats d’enquête concernant la consommation maximale par ménage et sur le nombre de poste utilisée par chaque ménage selon sa classe.
Les tableaux suivants ressortent les prévisions de la répartition de la charge journalière:
______RATIANARINJAKA Jean François 36 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
TABLEAU 12:Prévision de répartition de la demande journalière de l’énergie électrique [KW] MATIN Nature DESIGNATION 00_01 01_02 02_03 03_04 04_05 05_06 06_07 07_08 08_09 09_10 10_11 11_12 Ampoules 0 0 0 0 0 0 8,93 0 0 0 0 0 Radios 0 0 0 0 0 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 Télévisions 0 0 0 0 0 0 0,23 0 0 0 0 0 LUMUD Réfrigérateurs 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 Résistances électriques 0 0 0 0 0 0 0 0,58 0 0 0 0,58 Fers à repasser 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Décortiquerie 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 FMBT Atelier bois 0 0 0 0 0 0 0 0 6 6 6 6 Charge totale 0,001 0,001 0 0,001 0,001 0,051 9,211 0,631 13,051 13,051 13,051 13,631
SOIR Nature DESIGNATION 12_13 13_14 14_15 15_16 16_17 17_18 18_19 19_20 20_21 21_22 22_23 23_24 Ampoules 0 0 0 0 0 0 8,93 8,93 8,93 8,93 0 0 Radios 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0 0 Télévisions 0,23 0 0 0 0 0 0,23 0,23 0,23 0,23 0 0 LUMUD Réfrigérateurs 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 Résistances électriques 0,58 0 0 0 0 0 0 0,58 0 0 0 0 Fers à repasser 0 0 0 0 0 0,58 0 0 0 0 0 0
Décortiqueurie 0 7 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 FMBT Atelier bois 6 6 6 6 6 0 0 0 0 0 0 0 Charge totale 6,861 13,05 13,1 6,051 6,051 0,631 9,211 9,791 9,211 9,211 0,001 0,001
______RATIANARINJAKA Jean François 37 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.III : Les Activités économiques
GRAPHE 1 : Histogramme correspondant à la charge journalière :
HISTOGRAMME DE CHARGE JOURNALIERE
60,000 H] W [K
NCE
A 50,000 S S UI P
40,000
30,000
20,000
10,000
0,000 0_1 2_3 4_5 6_7 8_9 10_11 12_13 14_15 16_17 18_19 20_21 22_23 Consommation d'énergie par heure HORAIRES
______RATIANARINJAKA Jean François 38 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.III : Les activités économiques
Tel qu'il est illustré à l’histogramme ci-dessus, les profils horaires de la demande d’électricité pour une journée de notre zone d’études font ressortir les observations suivantes:
La pointe quotidienne est enregistrée aux alentours de 10 heures. Cette pointe est essentiellement due à la mise en marche massive des machines dans le FMBT en particulier les décortiqueries.
De plus, les charges faibles de 00 h à 06 h du matin (heures du sommeil) sont aussi très remarquables.
Le troisième pic de 19 h après celui de 15 h n’est pas aussi à oublier, car c’est essentiellement l’heure de pointe de l’éclairage public et résidentiel.
______RATIANARINJAKA Jean François 39 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
Chapitre I.IV: ETUDES HYDROLOGIQUES
I.IV.1. CARACTERISTIQUES DU BASSIN VERSANT : I.IV.1.1.Caractéristique topographique : Un bassin versant est une section droite d’un cours d’eau et défini comme la totalité de la surface topographique drainée par ce cours d’eau et ses affluents à l’amont de la dite section ; tous les écoulements prenant naissance à l’intérieur de cette surface doivent traverser la section droite considérée pour poursuivre leur trajet vers l’aval.
Les caractéristiques topographiques, géologiques et pédologiques du bassin ont une influence essentielle sur son comportement hydrologique.
Il fonctionne comme un collecteur chargé de recueillir les pluies et de les transformer en écoulement à l’exutoire. Notre bassin ici est un sous bassin à ce de Zomandao-Ankaramena. Ce qui fait la dimension est plus ou moins exacte et convenable à notre site d’études. Il appartient donc au grand réservoir naturel de Zomandao d’une altitude élevée de l’ordre de 1 450 m. I.IV.1.1.1.Surface et Périmètre : Un bassin versant est défini par sa surface (S). Il en résulte que plus la surface du bassin versant est grande, plus le volume de crue écoulée devient important.
Ainsi, la prise en considération de cette surface est impérative afin de parvenir à des résultats précis et fiables dans les différents calculs. En principe on l’obtient par planimétrie sur le fond de plan ou sur une carte topographique d’échelle 1/100 000 à l’aide du logiciel MapInfo. Ici, on utilise la deuxième méthode et on obtient : Superficie S = 76.91 km2 Périmètre P = 43,06 km
I.IV.1.1.2.Forme du Bassin Versant : Pour des bassins versants de même surface, de même régime climatique dans une seule région, l’hydrogramme peut changer suivant la forme du bassin. Ainsi on définit l’indice de forme : L’indice admis pour représenter cette caractéristique est le coefficient de compacité de Gravellius K, exprimé par :
______RATIANARINJAKA Jean François 40 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
Périmètre du bassin versant K = Périmètre du cercle de surface équivalente Ainsi : P K = 2. πS Avec P : périmètre du bassin versant [km] S : surface du bassin versant [km²] Ce coefficient est donc obtenu en mesurant P et S sur la carte du bassin. Par conséquent, ce coefficient nous permet d’affirmer si la forme du bassin versant a une forme allongé (K>>1) ou une forme ramassée (K ≤ 1) Dans notre cas, K= 1.38 ; le bassin versant a donc une forme ramassée (justifiée aussi après traçage du bassin versant à l’aide de Mapinfo)
I.IV.1.1.3.Rectangle équivalent : Le rectangle équivalent est la transformation géométrique du bassin versant du site en un rectangle de même périmètre et de même superficie. Par conséquent l’écoulement du bassin considéré a approximativement le même coefficient de Gravellius K et même répartition hypsométrique que le rectangle de même superficie.
Le BV est alors assimilé à un rectangle équivalent de même superficie et de même périmètre.
Si et L sont la largeur et la longueur du rectangle, P et S le périmètre et la surface du bassin versant, alors :
K S 1.12 L = bv (1 + 1 − ( ) 2 ) et 1.12 K P = bv − L 2 Où K : coefficient de compacité de GRAVELIUS ; S : superficie du bassin versant en km2 Par application numérique, on obtient : L = 17,119 km et = 4,411km
______RATIANARINJAKA Jean François 41 Promotion 2007 CARTE 3:Hydrographie et présentation du Bassin versant du Projet
Vers Ambalavao
Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
I.IV.1.1.4.Pente : La pente du bassin versant est la caractéristique qui reflète son relief. Plus elle est forte, le temps de concentration sera d’autant plus faible.
A défaut des données hydrologiques, on ne peut pas aboutir à la construction de la courbe hypsométrique. Pourtant, on peut estimer les différents paramètres nécessaires dans la suite.
4.a. Les différents paramètres représentatifs de la variation d’altitudes : En général, l’altitude varie à partir des cinq paramètres, tels que :
. L’altitude maximale (Zmax) : c’est la cote du point culminant observée à l’intérieur du bassin versant ;
. L’altitude minimale (Zmin) : c’est de l’exutoire ; . L’altitude à 5% : c’est l’altitude lue dans la courbe hypsométrique correspondant au 5% de la superficie, c’est-à-dire que 5% de la superficie seulement se trouve au dessus de cette altitude (si il y a courbe hypsométrique) ;
. L’altitude à 95% de la superficie (Z95) : elle représente au niveau du courbe Hypsométrique l’altitude qui correspond à 95% de la superficie (si il y a courbe hypsométrique);
. Z50 représente l’altitude moyenne du bassin versant (si il y a courbe hypsométrique).
TABLEAU 13:Variation de l’altitude du bassin versant du Projet :
Paramètre Altitude [m]
Zmax 2650
Zmin 1421
Z50 -
Z5 -
Z95 -
______RATIANARINJAKA Jean François 44 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
4.b. Pente moyenne du bassin : On peut se faciliter la tâche en calculant seulement la pente moyenne du BV :
Avec, D : la dénivelée du bassin versant L : la longueur du rectangle équivalent La dénivelée est obtenue par l’une des relations suivantes : . A partir des courbes hypsométriques :
D = 0.95 (Z5 - Z95) Dans laquelle,
Z5 : altitude pouvant être dépassée par 5% de la surface du BV
Z95 : altitude pouvant être dépassée par 95% de la surface du BV . A partir des altitudes maximales et minimales :
D = 0.95 (Zmax – Zmin) Avec,
Zmax : altitude maximale du BV
Zmin : altitude minimale du BV En utilisant ces deux méthodes et après calcul, malheureusement la deuxième qu’on a de possibilité, on obtient : I = 68 ,20 m/km pour la méthode utilisant les altitudes extrêmes
4.c. Résultats : TABLEAU 14:Récapitulation des Caractéristiques physiques du sous bassin versant de Zomandao : S P K L I I Paramètres p [Km] [Km2] [Km] [SI] [Km] [m/Km] [SI] Valeurs numériques 76,91 43,06 1,38 17,119 4,411 68,20 -
I.IV.1.2.Le temps de concentration :
Le temps de concentration tc est la durée que met une goutte d’eau tombée sur le point le plus hydrologiquement éloigné du BV pour atteindre l’exutoire.
Les différents renseignements que l’on possède nous montrent que le temps de concentration tc varie avec : ______RATIANARINJAKA Jean François 45 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
L’intensité de la précipitation ;
La surface du bassin versant ;
La pente générale et la forme du bassin ;
La couverture végétale du sol. Les différentes méthodes pour calculer le temps de concentration sont les suivantes : Formule de TURAZZI PASSINI: 3 × = S L t C 0,108 I Formule de VENTURA : S t = 0,1272 C I Formule de BCEOM : = L 0,77 t C 0,00663( ) I D’après le calcul, on trouve les différents temps de concentration : TABLEAU 15:Temps de concentration suivant les différentes méthodes et leur moyenne
TURAZZI Méthode VENTURA BCEOM MOYENNE PASSINI En minute [mn] 8,60 8,10 - -
En heure [h] 0,1433 0,1351 0,116 0,197
I.IV.1.3.Couverture végétale : On dénomme couverture végétale d’un bassin versant, tout être végétale qui s’implantent sur la surface du bassin.
La couverture du bassin versant en question est constituée principalement par des savanes arborés et des savanes herbeuses dont leur pourcentage avec les autres occupations de sol se répartit comme suit :
3 % Escarpement rocher;
13% Culture ;
24% Savane arborée ;
45% Savane herbeuse
10% Rizière
5% Bois. ______RATIANARINJAKA Jean François 46 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
Source : BD 500 FTM
Le coefficient de ruissellement équivalent y afférent est : 6 S ⋅ C = i i Ceq ∑ i= 1 Si
On trouve Ceq = 0.41
I.IV.2. ESTIMATION DES DEBITS : I.IV.2.1.Généralités : L’étude hydrologique est essentielle pour l’aménagement hydroélectrique. Il faut accorder plus d’attention aux calculs parce que le dimensionnement des différents ouvrages se fera à partir de ces calculs hydrologiques. Du fait qu’il n’y a pas de données hydrologiques concernant notre présent bassin versant, l’étude du bassin doit se faire à partir de l’ajustement du basin de Zomandao à Ankaramena par la méthode de station de référence. Pour bien mener l’Etude, on va baser les caractéristiques hydrologiques du bassin versant qui sont les suivantes : - Débits moyens mensuels ; - Débits moyens annuels ou module ; - Débits d’étiage et la crue des diverses fréquences. On a ajusté par la méthode de station de référence les données hydrologiques du bassin de Zomandao à Ankaramena pour obtenir les données hydrologiques du Bassin versant du Projet.
I.IV.2.2.Les débits moyens mensuels : Ils sont calculés en prenant chaque mois la moyenne arithmétique des débits moyens journaliers.
∑ Q mj Q = mois mm N Avec :
Qmm= Débit moyen mensuel du mois m ;
Qmj = Débit moyen journalier du jour j ; ______RATIANARINJAKA Jean François 47 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
N = Nombre de jours du mois m.
I.IV.3. Les débits moyens annuels : C’est le débit moyen annuel calculé en prenant la moyenne arithmétique de 12 débits moyens mensuels ; cette moyenne étant pondérée compte tenu du nombre de jours réels de chaque mois.
∑ Q mj Q = année ma 365
Avec : Qma : Débit moyen annuel ;
Qmj : Débit moyen journalier du jour j.
I.IV.3.1.Etudes de crue :
I.IV.3.1.1.Définition :
La crue d’un cours d’eau est le phénomène par lequel son débit prend, pendant un temps limité, une valeur considérée comme relativement rare. Pour l’hydrologue, une crue sera une période au cours de laquelle le débit dépasse une certaine valeur, liée au module. Pour le statisticien, la crue est une période de débit dont la fréquence est relativement faible (par exemple 1 à 5%) ; il s’intéresse à la répartition des débits probables de crues de moins en moins fréquentes. Une crue est définie complètement par la variation du débit en fonction du temps en tous les points du bassin versant. On rappelle que la méthode utilisée ici pour l’obtention des données hydrométriques dans toute la suite des calculs est celle de la Station de référence. La méthode consiste à utiliser les valeurs de débits du grand bassin versant qui est la référence pour avoir les données hydrométriques correspondant au bassin versant du projet. Il existe donc plusieurs méthodes pour estimer le débit de crue. Dans ce cas, on peut utiliser la méthode probabiliste de GUMBEL ET FRECHET, créée pour l’étude de la distribution de valeurs extrêmes. C’est la loi de la plus grande valeur de la variable aléatoire
______RATIANARINJAKA Jean François 48 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques figurant dans un échantillon extrait d’une distribution statistique qui tend à suivre asymptotiquement une loi de probabilité simple, ne dépend pas de la loi générale suivie par cette variable aléatoire.
= − eU Cette loi est de type : F(Q) e Où F (Q) : Fonction de non dépassement,
u = a (Q-Qo) pour la loi de GUMBEL
u = a log (Q – Qo) pour la loi de FRECHET 1 1 a = = si σ est l’écart type : Gradex G a 0,78σ . La loi de GUMBEL : Les différentes valeurs de coefficient de GUMBEL : Moyenne _ ∑ Q Q = i N Ecart- type _ ∑ (Q − Q)2 σ = (N − 1) G radex = 1 = σ aG 0.78 a
Variable de position _ = − σ Qo Q 0.45
. Loi de FRECHET : Les différentes valeurs de FRECHET : Moyenne ∑ logQ logQ = N Ecart-type ∑ (logQ − logQ ) σ = (N − 1) Gradex 1 a = = 0.78 σ G a ______RATIANARINJAKA Jean François 49 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
Variable de position = − σ log Qo log Q 0.45
I.IV.3.1.2.Calcul des débits des diverses fréquences :
Les débits des diverses fréquences sont exprimés par la formule suivante : = + QF Qo aG uF pour GUMBEL = + logQF logQO aG uF pour FRECHET Avec : = − − uF ln ln(F) 1 F = 1− T F : Fréquence de non dépassement ; T : Période de retour
I.IV.3.1.3.Résultats :
On calcule les débits de crue de divers temps de retour T (an) en utilisant les relations précédentes.
TABLEAU 16:Valeur de moyenne, Ecart-type, Gradex et Variable de position QO
Loi de Paramètres Loi de GUMBEL FRECHET Moyenne 64,001 3,91 Ecart-type 42,17 0,75 Gradex 32,89 0,58 α 0,03 0,58 Qo 45,02 3,57
D’après l’utilisation des différentes formules su-citées, on trouve les divers débits en fonction de leur récurrence qui représente ci-dessous : TABLEAU 17:Débit de crue des diverses fréquences en (m3/s) :
T 5 ans 10 ans 20 ans 25 ans 50 ans 100 ans ______RATIANARINJAKA Jean François 50 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
GUMBEL 77,5 98,1 117,8 124,1 143,5 162,6 FRECHET 71,2 112,5 174,4 200,7 308,2 471,6
I.IV.3.1.4.Choix de la loi la mieux adaptée : Les différentes lois utilisées étant définies, le problème qui se pose est de choisir celle qui a le plus de chances de représenter la population mère. On constate en effet un écart dans les débits à partir de la période de retour de 50 ans. Pour choisir la loi mieux adaptée à l’échantillon, il existe un certain nombre de méthodes : D’une part, nous avons considéré que la loi le mieux représentative était celle dont la forme géométrique se rapprochait le plus de la distribution expérimentale en calculant le coefficient d’asymétrie et d’aplatissement. χ 2 D’autre part, nous sommes appuyés sur le test d’ajustement du , en comparant les valeurs de ce test appliqué aux différentes lois. Bien que sa valeur intrinsèque soit discutable, c’est le test qui permet à la fois de tenir compte du fait que la loi de répartition est choisie a priori et que les paramètres de cette loi sont calculés d’après l’échantillon dont on dispose.
χ 2 D’autant plus que ce n’est pas la valeur absolue du qui nous intéresse mais les valeurs relatives calculées pour différentes lois appliquées au même échantillon. On va procéder au test de χ2 pour choisir laquelle de ses deux lois convient le mieux pour représenter la distribution expérimentale.
4.a. Principe de la méthode : . L’échantillon de N valeurs est classé par ordre décroissant ; . On détermine la valeur de Vi qui est le nombre théorique des valeurs affectées à la classe i par la relation :
xi = N f(x) dx = N [F( ) − F( )] Vi ∫ Xi Xi+ 1 xi + 1 . Le nombre de χ2 est donné par : ( − ) 2 χ 2 = ∑ ni vi vi . On recherche la probabilité de dépassement correspondant au nombre de degré de liberté : λ = k − 1 − p
______RATIANARINJAKA Jean François 51 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
k : nombre de classe de l’échantillon ; p : nombre de paramètres dont dépend la loi de répartition F : pour la loi de FRECHET et GUMBEL p=2
Divisons l’échantillon de 18 éléments de débit de crue de la rivière de Zomandao amont en 5 classes.
4.b. Résultats : Les résultats du test χ² des deux lois sont récapitulés dans le tableau ci-dessous :
TABLEAU 18:Test de χ²
GUMBEL FRECHET Q [m3/s] Classe ni F(Q) F(Qi)-F(Qi-1) vi (ni-vi)2/vi F(Q) F(Qi)-F(Qi-1) vi (ni-vi)2/vi 137,42 1 1 131,12 [111; ∞[ 4 129,86 0,8741 0,1258 2,2654 1,3279 0,9473 0,13442 3,294 0,3298 111,83 88,63 86,36 [70 ;111[ 3 0,6263 0,2478 4,4608 0,4783 0,7384 0,1989 3,2918 0,3271 70,6 69,97 68,84 [55 ; 70[ 3 0,4779 0,1483 2,6708 0,0405 0,5492 0,1732 2,5349 1,5438 55,47 33,41 31,39 29,37 [20 ; 55[ 6 28,87 0,1176 0,3602 6,4846 0,0362 0,1212 0,3101 3,3493 0,2318 28,87 20,67 17,14 [12 ; 20[ 2 12,11 0,0652 0,0523 0,9431 1,1843 0,0743 0,0983 0,3428 1,1237 χ²calc. : 3,06753 χ²calc. : 3,5562
χ 2 χ 2 Les deux tests sont acceptés car la valeur de calculée est inférieure à lue sur la
χ 2 table . Le test de χ2 étant meilleur pour la loi FRECHET que pour la loi de GUMBEL.
______RATIANARINJAKA Jean François 52 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
D’une rapide enquête, il ressort que seule la crue de l’année 1944 -45 aurait atteint un niveau comparable à celui du cyclone Emilie (04/02/77) avec un débit aux alentours de 140m3/s (méthode de laisse de crue). D’après la comparaison du résultat obtenu à partir des deux méthodes (Gumbel et Frechet), avec le résultat trouvé dans l’ouvrage « Fleuves et rivières de Madagascar », on constate que la loi de Gumbel donne le résultat approximatif. D’où on prend le débit de crue de 50 ans par la loi de Gumbel avec Q = 143,5 m3/s.
I.IV.3.2.Analyse fréquentielle de l’étiage : I.IV.3.2.1.Définitions : L’étiage est la période de la saison sèche où le débit d’un cours d’eau atteint sa valeur minimale de l’année. Or pour de nombreux projets, la connaissance de cette valeur minimale est essentielle, par exemple pour les projets d’aménagement hydroélectrique, irrigation…. L’étiage absolu d’une rivière pour une année donnée est par définition le débit le plus faible de l’année. C’est le point d’aboutissement de la courbe de tarissement juste avant le démarrage de la saison de pluie. On appelle étiage décennal, étiage centenaire, étiage millénaire les étiages qui ont une chance sur T de se produire dans les 12 mois à venir, sans intervention de l’homme. On appelle durée de retour d’un étiage le nombre d’années T tel qu’il ait une chance sur T de se produire dans les 12 mois à venir, sans intervention de l’homme. On appelle courbe de débits classés d’un cours d’eau, la courbe que l’on obtient en portant : . en abscisse : la fréquence d’apparition de l’ensemble des débits supérieurs au débit porté en ordonnée ; . en ordonnée : le débit maximal (ou moyen) journalier.
I.IV.3.2.2.Estimation des débits d’étiage minimal journalière et de débit caractéristique d’étiage par la méthode statistique : On adopte la même méthode de calcul de débit de crue pour trouver les différents paramètres (moyenne, écart-type, variable de position), mais, la formule de fréquence qui se différencie. TABLEAU 19:Débits caractéristiques d’étiages des diverses fréquences
______RATIANARINJAKA Jean François 53 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
T 2 5 10 25 50 100 GUMBEL 0,016 0,018 0,020 0,023 0,025 0,028
I.IV.3.2.3.Estimation des apports : On peut aussi trouver les apports moyens mensuels en utilisant les coefficients de répartition mensuelle définis par ALDEGHERI qui caractérise les hautes terres centrales : R1. Elle est calculée à partir de la formule suivante : 12 × Q × R Q = a i m 100
3 Avec Qm : apport mensuel exprimé en [m /s] ;
3 Qa : apport moyen annuel, exprimé en [m /s] ;
Ri : coefficient de répartition mensuelle de la région. Le tableau suivant donne les différentes valeurs des coefficients de répartition des hautes terres centrales qu’on note R1 et les apports mensuels
TABLEAU 20:Apports mensuels du bassin en (m3/s) :
Mois Janv Fev Mar Avr Mai Juin Juil Août Sept Oct Nov Déc R1 16,9 16,4 17 9,7 5,7 4,1 3,7 3,4 2,6 2,4 4,8 12,8
Qm 3,2 3,2 3,3 1,9 1,1 0,8 0,7 0,7 0,5 0,5 0,9 2,5
I.IV.3.2.4.Productibilité annuelle disponible :
La production d’énergie électrique varie en fonction du débit de la rivière, et elle se présente dans le tableau ci-après : TABLEAU 21:Débit moyen mensuel, débit turbine et puissance produite mensuelle
Mois Nov Déc Janv Févr Mars Avr Mai Juin Juil Août Sept Oct Débit moyen 0,728 2,700 4,237 3,724 2,475 0,842 0,395 0,286 0,243 0,227 0,174 0,178 mensuel [M3/S] Débit turbiné 0,728 1 1 1 1 0,842 0,395 0,286 0,243 0,227 0,174 0,178 [M3/S]
______RATIANARINJAKA Jean François 54 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.IV : Etudes Hydrologiques
Puissance 32,57 44,72 44,72 44,72 44,72 37,65 17,67 12,79 10,88 10,14 7,78 7,94 produite [KW]
Or la somme de production mensuelle est égale à 316 KWh.
______RATIANARINJAKA Jean François 55 Promotion 2007
Dépa rtement Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
Chapitre I.V: DONNEES PRINCIPALES SUR L’AMENAGEMENT
I.V.1. SCHEMA D’AMENAGEMENT L’aménagement de la microcentrale d’Ampitanjaza est de type au fil de l’eau. Il est dimensionné pour fournir à terme une puissance d’environ 45 KW indépendamment du réseau interconnecté d’Ambalavao avec un débit d’équipement d’environ de 1m3/s. L’implantation du barrage est nécessaire en surélevant le niveau de quelques mètres pour dominer la crête de la prise à seuil rectangulaire noyé. Devant le caractère très « hostile » du site par ses falaises rocheuses sur les 2 rives et rendant l’accès difficile et l’encaissement très poussé du passage de la rivière en cet endroit (tout au plus de 5,77m en amont :Ampitanjaza et contre 100 m en aval : Andrainalika), les solutions qui peuvent être envisagées sont les suivantes :
I.V.1.1.Variante 1 : Ampitanjaza
Pour un canal à ciel ouvert, le barrage est constitué par un seuil déversant en béton qui barre le cours d’eau. Le profil de barrage est de forme trapézoïdale et la prise d’eau est implantée à la rive droite juste en amont du barrage. Sa longueur déversante est d’environ 250 m. Le niveau du seuil est calé à la cote 1418,74 m. La longueur de la prise est de 4.7 m pour un seul pertuis de 0,70 m × 0,70 m. L’ouvrage d’amenée est constitué par : . Un canal à ciel ouvert revêtu en maçonnerie de moellon de 207,84 m de longueur en section trapézoïdale dont la hauteur d’eau dans lequel est de hauteur de 0,7 m, . Une chambre de mise en charge située à 208 m de la prise et qui débouche sur une crête à la côte d’environ 1407 m, sa hauteur est de 2,35 m, . Une chambre des vannes de tête à l’extrémité de la chambre de mise en charge qui repartie le débit vers les conduites forcées, . Une conduite forcée de 0,6 m de diamètre et 42,42 m de longueur alimente un groupe. Il sera équipé à terme de 1 groupe de KAPLAN et Hélice de 50 KW de puissance unitaire.
______RATIANARINJAKA Jean François 57 Promotion 2007 GRAPHE 2:Profil en long de la chute d’Ampitanjaza
PROFIL EN LONG DU SITE D'AMPITANJAZA Dépa rtement Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
I.V.1.2.Variante 2 : Andrainalika
Il est à noter que la variante 1 soit le site le plus touché par notre projet, et en plus le site qu’on a fait comme études les plus détaillées. Même si on a fait des mesures topographiques détaillés grâce à la Station totale que nous avons utilisé sur terrain pour les deux cas, pour le cas de cette deuxième variante nous allons énumérer tout simplement les possibilités d’aménagement sans faire les calculs et détails techniques plus appropriés. Pour une galerie à écoulement libre, le barrage est constitué par un seuil déversant en béton qui barre le cours d’eau. Le profil de barrage est de forme trapézoïdale et la prise d’eau est implantée dans la rive gauche. Sa longueur déversante est de 500 m. La prise d’eau est située en rive gauche, immédiatement en amont du barrage. L’ouvrage d’amenée est constitué par : . Une galerie d’amenée à ciel ouvert, revêtue en maçonnerie de moellon, de 300m environ de longueur en section de fer à cheval, dont l’étanchéité ne sera connue qu’à partir d’une étude géologique approfondie. . Une chambre de mise en charge située à 246 m en aval de la prise et qui débouche sur une crête à la côte d’environ 1394 m, soit une hauteur de chute brute de 99 m. . Une chambre des vannes de tête à l’extrémité de la chambre de mise en charge qui repartit le débit vers les conduites forcées, . Deux conduites forcées de diamètre et de longueur à apprécier dans des calculs plus détaillés alimentant chacune deux groupes pour des raisons économiques et pour la sécurité. Elle sera équipée à terme de deux groupes Francis de 1 MW de puissance unitaire. Les débits seront restitués suivant le nombre de groupes en fonctionnement et après la création de chenal de même caractéristique que le canal d’amenée à la variante 1 jusqu’à la confluence du ruisseau de la même rivière de Zomandao.
I.V.2. CARTOGRAPHIE – TOPOGRAPHIE : I.V.2.1.Cartographie : La localisation du site se fait à partir de la carte Topographique feuille N 55 d’Ambalavao voir au paragraphe ci-dessus. L’ensemble de l’aménagement est couvert par la photo aérienne du site voir ci-dessous.
______RATIANARINJAKA Jean François 59 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement I.V.2.2.Topographie : Les travaux topographiques effectués sur le site ont précisé les caractéristiques techniques du site et plus particulièrement la hauteur de chute exploitable. D’après les levés topographiques effectués au niveau du site, on peut tracer le profil en long de la rivière et l’emplacement de chaque ouvrage.
______RATIANARINJAKA Jean François 60 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
I.V.3. DESCRIPTION DES AMENAGEMENTS POSSIBLES : I.V.3.1.Description du site : Les aménagements nécessitent canal d’amenée, c’est un canal trapézoïdal sur la rive droite. Néanmoins, il faut agir de façon à éviter toute squatérisation de terrains, suite aux rumeurs sur des travaux hydroélectriques qui y vont se faire dans le temps pour éviter toute indemnisation sur des terrains domaniaux occupés spontanément par des gens mal intentionnés. Par ailleurs, à la mise en place de la prise d’eau en amont, le niveau de la rivière ne va pas monter et il n’y a rien à craindre quant aux submersions des rizières en amont de cette prise pour la variante 1. En terme de site, on propose donc une solution dont dans les deux variantes, les emplacements du barrage déversoir seront les mêmes mais la galerie de dérivation provisoire s’est creusée à la rive droite dans la variante 2 jouant un rôle de vidange de fond et d’évacuateur de crue en phase d’exploitation. I.V.3.1.1.Variante 1 : Ampitanjaza
L’aménagement comprend généralement de : . Un barrage déversoir en béton, de dimensions : 3,61 m de hauteur, 4,7 m de base et 25 m de long, au dessus duquel on construit un pont en béton armé. D’où la nomination de barrage-pont parce il joue à la fois le rôle de barrage avant d’être pont. Il évacue un débit cinquantennale de 143,5 m3/s. Juste en amont du barrage, où on place la prise.
. Une prise rectangulaire (noyé) latérale aménagée sur la rive droite, munie de dispositifs habituels (grilles et vannes de garde), et permet de dériver en première étape un débit d’équipement de 1 m3/s conduisant les eaux au canal d’amenée. . Un canal d’amenée en maçonnerie de moellon de 207,84 m de long, qui sera muni à son extrémité aval d’une chambre de mise en charge, et cette dernière sera reliée à l’usine par une conduite forcée de 42,42 m de longueur.
______RATIANARINJAKA Jean François 61 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
I.V.3.1.2.Variante 2 : Andrainalika L’aménagement comprend en général de: . Un barrage en béton, (dimensions encore à apprécier). Il évacue un débit cinquantennale de l’ordre plus grand que ce d’Ampitanjaza de 143,5 m3/s. Juste en amont du barrage, où on place la prise. . Une prise rectangulaire (noyée) latérale aménagée sur la rive droite, munie de dispositifs habituels (grilles et vannes de garde), et permettent de dériver en première étape un débit d’équipement de plus de 1m3/s conduisant les eaux au canal à ciel ouvert. . Une galerie en surface libre, revêtue ou non selon la qualité de la roche à traverser, qui sera munie à l’extrémité d’une chambre de mise en charge, et cette dernière sera reliée à l’usine par deux conduites forcées d’environ 110m de longueur. FIGURE 1:Plan d’ensemble de l’aménagement
______RATIANARINJAKA Jean François 62 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
2.a. Le Barrage : La recherche et le choix du site du barrage qui se repose sur les cartes géologiques, topographiques, et la reconnaissance sur terrain, ont permis de retenir l’emplacement définitif de l’ouvrage répondant aux critères suivants : - l’ouvrage doit être ancré sur un sol rocheux - cet emplacement est choisi afin de ne pas créer une submersion de la rizière en amont du barrage. - l’emplacement de l’ouvrage doit faciliter d’accès au site.
2.a.1. Profil : Le barrage déversant est un barrage poids, à la fois pont, en béton de forme trapézoïdale et il a les caractéristiques sui vantes pour le cas d’Ampitanjaza : Hauteur du barrage "Hb" : 3,61 [m] Largeur du barrage "B" : 25 [m] Largeur en crête du barrage " b" : 2,75 [m] Epaisseur du radier " e" :0,30[m]
______RATIANARINJAKA Jean François 63 Promotion 2007 FIGURE 2:Le Barrage-pont
Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
FIGURE 3:Profil du barrage COUPE C -C
CHAUSSEE POUTRE
BARRAGE
Calcul de la charge en amont :
La formule générale d’un déversoir est : = × × × 3/2 Q m L 2g H O
Avec m : coefficient de débit HO : charge en amont du déversoir ; L : largeur du seuil déversant Q : débit évacué par déversoir = 143,5 m3/s. D’après M. LENCASTRE dans la livre « Manuel Hydraulique général » pour un seuil épais trapézoïdal de parement amont vertical et aval incliné, m prend la valeurs 0.44 pour une pente de parement aval 1/2.
L’épaisseur d’eau au dessus du barrage hc est pratiquement égale à 2/3 de la charge en amont au point où la vitesse de l’eau est sensiblement nulle.
= 2 C'est-à-dire : h H Pour HO = 3,02 m, on a hc = 2,01 m C 3 O
2.a.2. Etude de la stabilité :
• Hypothèse de calcul : Les forces suivantes ne sont pas prises en compte pour la vérification de la stabilité de l’ouvrage :
______RATIANARINJAKA Jean François 65 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
. les sous pressions car elles sont tout à fait négligeables dans ce cas parce que le barrage est de fondation rocheuse ; . le poids de l’eau sur la crête du barrage : varie en fonction du débit de la rivière assure aussi la stabilité du barrage ; . la poussée sur le parement aval de l’ouvrage : après le passage du barrage, l’eau circule dans le bassin de dissipation (blocs des rocher) et se retombe sur le long du lit de la rivière.
• Eléments caractéristiques : Les composantes des différentes forces appliquées sur les corps de l’ouvrage sont représentées dans le schéma ci-dessous : Les bilans des forces appliquées au barrage sont les suivantes : FIGURE 4:Différentes forces appliquées sur les corps du barrage
. Poussée de l’eau C’est l’énergie de force de pression hydrostatique exercée par l’eau sur le parement amont du barrage. Elle sera pour somme P telle que : = + = P P1 P2 avec P1 ρ e H O H b Avec HO : charge en amont du déversoir
1 2 P = ρ H Hb : hauteur du barrage 2 2 e O P : poussée de l’eau en ρ e : poids volumique de l’eau
. Poids de l’ouvrage
______RATIANARINJAKA Jean François 66 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
= + + Q Q1 Q 2 Q 3 = − Où Q1 ρ b b(H b e) e Q = ρ (H − ) 2 b b 2 = Q 3 ρ b eB Avec b : largeur de la crête du barrage e : épaisseur du radier B : largeur de la base du barrage ρ b : poids volumique du béton
. Poids de l’eau Q4 Ce poids aussi joue le rôle de stabilisateur = − + Q 4 0,30ρ b (H b e H O )
2.a.3. La stabilité au glissement : Les forces horizontales qui s’exercent sur le barrage ont tendance à le déplacer vers l’aval. La stabilité au glissement est assurée si l’on a : Q K = tgϕ ≥ 1 S P Avec tgϕ : cœfficient de frottement du béton sur le terrain de fondation tgϕ = 0.60 : béton sur un roche tendre tgϕ = 0.75 : béton sur le roche
Q = Q1 + Q2 + Q3 +Q4 : Sommes des forces verticales
P = P1 + P2 : Sommes des forces des horizontales (Source : R. Rolley Technique du barrage en aménagement rural 1997, p 247) Ici, on adopte la valeur 0.75.
2.a.4. La stabilité au renversement : La stabilité au renversement d’un barrage poids est assurée si le coefficient de sécurité au renversement KR≥2. M = S K R M R
Avec MS : c’est le moment par rapport à l’extrémité aval du barrage de toutes les forces qui tendent à stabiliser l’ouvrage.
xi : c’est la distance du point d’application de la force Qi et l’extrémité aval du barrage (bras de lever) ______RATIANARINJAKA Jean François 67 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
MS = Q1x1 + Q2x2 + Q3x3 + Q4x4
Dont MR : c’est le moment par rapport à l’extrémité aval du barrage de toutes les forces qui tendent à renverser l’ouvrage yi : c’est la distance du point d’application de la force Pi et l’extrémité aval du Barrage (bras de lever) MR = P1y1 + P2y2
2.a.5. La stabilité élastique :
• Vérification des contraintes au sol de fondation : 6M 3 = N ± y = B = B σ max avec I et y min S I 12 2 ⇒ = N ± 6M σ max min S B² M : moment fléchissant dans la section par rapport à l’axe passant par le centre de gravité de la base ; N : sommes des efforts normaux (poids) ; S : surface de contact égal à B par un tranche de 1 m ; B : base de la fondation ; I : moment d’inertie par rapport à l’axe passant par le centre G et parallèle à la base ; Y : position du point considérer de plus loin du centre G. σ = 2 La portance admissible pour les rocher de fondation est estimée à sol 10Kgf / cm
• Vérification de la règle du tiers central : La résultante des forces appliquées sur le barrage doit passer dans le tiers central de la base de fondation. Il faut donc que e < B/6 avec e : excentricité et B : base de l’ouvrage Pour déterminer l’excentricité e, on la détermine par la formule suivante : N 6e σ B − N σ = (I − ) ⇒ e = ( max )B max S B 6N
2.a.6. Section de fer d’encrage : Elle est calculée à partir de la formule suivante : 1 M A = (T + ) avec σ a : contrainte admissible σ a Z A : section de fer d’ancrage ; T : effort tranchant maximal ; ______7 RATIANARINJAKA Jean François Z = h : bras68 de levier ; Promotion 2007 8 h : hauteur de la section du béton ; M : moment fléchissant. Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
D’après le calcul en annexe, on trouve : TABLEAU 22 : Résultats de calcul des stabilités
σ 2 Stabilité KG KR max min e A [cm ] Barrage 1,68 3,62 (9,62 ; 4,75) 0.27 8.04
2.b. Calcul des armatures du radier : On peut supposer deux hypothèses: 1. La surcharge n’est pas uniformément repartie sur la base et on suppose qu’il se repose sur deux appuis simples. Le calcul se fait par unité de longueur. . Calcul du moment et réaction aux appuis D’après le calcul en annexe, on trouve les réactions en A et en B TABLEAU 23:Valeurs des réactions aux appuis : Réaction aux appuis Forces [t] A 13,32 B 13,25 Le calcul du moment se fait par la méthode de section : 0 ≤ x ≤ 2,16
x = 0 ⇒ M = = 0 tm M(x) = Ax x 0 = ⇒ = x 2,16 M x = 2,16 28,77 tm 2,16 ≤ x ≤ 4,63
x = 2,16 ⇒ M = = 28,77 tm M(x) = Ax − P(x − 2,16) x 2,16 = ⇒ = x 4,63 M x = 4,63 0tm
______RATIANARINJAKA Jean François 69 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
FIGURE 5:Diagramme de moment
P
A B
28,77 tm
2. Fissuration préjudiciable On suppose que le béton et les armatures travaillent avec leurs contraintes limites de service, avec d = 30 cm : M A = = 8,97cm² σSβ1d Prenons A = 6T14 = 9,24 cm² pour de raison constructive
2.c. L’ouvrage de prise : Les ouvrages de prise d’eau sont destinés à prélever dans un cours d’eau le débit nécessaire à chaque instant de l’alimentation de l’ouvrage d’amenée aux turbines de la centrale, en éliminant, dans la mesure du possible, les matières solides transportées par le cours d’eau. La prise d’eau est implantée juste en amont du barrage. Elle est dimensionnée pour entonner un débit de 1 m3/s par un seul pertuis de 0,70 x 0,70 soit une surface totale de grilles 0,49 m2, ainsi avec une vitesse d’approche devant les grilles de 0.8 m/s, les pertes de charges sont négligeables. La charge en amont au niveau de la prise est calculée à 0,43m.
______RATIANARINJAKA Jean François 70 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
Les grilles sont inclinées de 15° par rapport à la verticale et prolongée par une voile à béton jusqu’à la plate forme du dégrilleur. Le seuil de la prise est calé à la cote 1418,74m, et le sommet des grilles à 1419,44 m, soit 2,76 m sous le niveau de la crête du barrage. L’ensemble des équipements de manœuvre de la vanne de tête est placés hors d’eau sur la plate-forme à 1407,35 m et sur laquelle débouche la piste d’accès à cet ouvrage. Le principe de calcul des dimensions de l’ouverture est donné par la formule suivante : Q = µ × S 2g∆ h
Avec Q : débit à évacuer [m3/s] ; µ : coefficient de dé bit = 0.7 (orifice noyé) ; S : section de l’ouverture [m²] ; ∆ h : différence de niveau d’eau amont et aval de la prise [m].
2.d. L’ouvrage d’amener : Les ouvrages d’amener relient une prise d’eau à l’entrée des conduites forcées d’une usine hydroélectrique. Pour les deux solutions, ils peuvent être à écoulements en surface libre.
2.d.1. Variante 1 : Ampitanjaza Les caractéristiques sont : Canal, en maçonnerie de mœllon, de forme trapézoïdale et déterminé à partir de la section économique : 1 - fruit m = ; 1 - hauteur d’eau h = 0,6 m ; - largeur fond l = 0,5 m ; - revanche R = 0.10 m - largeur superficielle du canal L = 1,9 m ; - vitesse de l’eau V = 1,6 m/s ;
Pente I = 2°/oo Débit à évacuer : Q = 1 m3/s
2.d.2. Variante 2 : Andrainalika
______RATIANARINJAKA Jean François 71 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
Une galerie d’environ 315 m de longueur qui coupe la montagne pénétrant dans le massif rive droite. La section de la galerie est de type fer à cheval à radier horizontal. Elle est dimensionnée, à ce niveau d’étude, pour une vitesse d’environ de 2.38 m/s en section revêtue. La pente de la galerie est de 3°/oo pour rejoindre la chambre de mise en charge accompagnée des 2 vannes de tête.
FIGURE 6:Canal d’amenée
2.e. Chambre de mise en charge : C’est la jonction entre le canal d’amenée à écoulement libre et la conduite forcée. Elle est constituée par un élargissement et un approfondissement de la partie terminale du canal d’amenée, fermée à la côte aval par un mur de fond au bas duquel est percée l’orifice d’entrée de la conduite forcée.
2.e.1. Largeur de la chambre : La largeur minimale est déterminée par l’obligation de laisser dans le cas de plusieurs conduites forcées des intervalles suffisantes entre les orifices d’entrée de ces dernières pour qu’elles soient bien et également alimentées. ______RATIANARINJAKA Jean François 72 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
Largeur intérieure minimale de la chambre, d’après le calcul, on a 2,00m
2.e.2. Hauteur d’eau au dessus de l’axe d’entrée des conduites : Pour ne pas créer une dépression, ni suppression dans la section S d’entrée de la conduite. La hauteur d’eau minimum est obtenue par l’utilisation de la formule de l’orifice noyé : Q = µ × S 2g∆ h
Donc d’après le calcul on trouve ∆ h = 0,36 m
2.f. Conduites forcées :
2.f.1. Généralités : Les conduites forcées sont des tuyaux qui relient l’extrémité de l’ouvrage d’amenée aux turbines et toujours pleine d’eau. Elles supportent à leur extrémité inférieure une pression service de la hauteur de chute. Le raccordement entre ouvrage d’amenée et conduites est réalisé par une chambre de mise en charge. Pour cet ouvrage, les conduites forcées dont la longueur est de 42,42m, se construit en tôle d’acier pour une raison de sécurité et pour faciliter leur montage. D’après le calcul en ANNEXE 17, les conduites forcées ont les caractéristiques suivantes : - épaisseur = 10 mm ; - diamètre = 600 mm ; - vitesse de l’eau à l’intérieur de la conduite = 3,54m/s ; - pression de service en tenant compte du coup de bélier = 53 bars. Les pertes de charge le long de la conduite et à l’entrée sont estimées à 1,42 m.
2.f.2. Forme à donner à l’orifice d’entrée : Le départ d’une conduite forcée ne s’effectue jamais avec son diamètre définitif D. On lui donne la forme d’une embouchure débutant par un grand diamètre et se terminant par le diamètre D. Cette disposition est prise pour prévoir: - la contraction de la veine liquide - la réduction de la perte d’énergie ______RATIANARINJAKA Jean François 73 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
- d’ eviter qu’il y ait cavitation - d’éviter les vibrations La forme d’embouchure que nous préconisons est celle d’un ajustage convergent qui passe rectilignement le diamètre ∆ = 1,5D avec D le diamètre de la conduite forcée.
2.g. L’usine : L’usine est implantée en rive droite du Zomandao pour les deux variantes 1 et 2. FIGURE 7: Emplacement de l’usine Variante 1 : Ampitanjaza
Variante 2 : Andrainalika
______RATIANARINJAKA Jean François 74 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
L’usine est de type extérieure et son emplacement, en pied de versant, nécessitera des terrassements importants pour réaliser une plate-forme. L’usine accueille un seul groupe de Francis à axe vertical de 50 KW de puissance unitaire et est protégé par une vanne de garde amont située dans l’usine ; immédiatement en amont de la bâche spirale. La salle de commande et ses annexes sont disposées à l’intérieur de l’usine dans les locaux. L’appareillage et les services auxiliaires des groupes sont répartis dans les locaux aménagés au-dessus des aspirateurs, au droit des travées des groupes suivant des dispositions classiques. Pour un groupe, l’emplacement nécessaire s’appelle travée. Les dimensions principales peuvent être déterminées en partant des indications suivantes : - la largeur qui commande la portée λ du pont roulant ; - la longueur qui est fixée par l’entrave E entre groupes ; - la profondeur de fondation qui dépend du mode de restitution de l’eau et de la position vertical de l’axe de la turbine ; - la hauteur hors sol, détermine aussi pour le pont roulant ; Pour la turbine que nous installons, on établit 2 travées, l’une étant réservé à la plage de montage et de démontage. On peut remarquer que la superstructure est déterminée en largeur et hauteur du pont roulant, en longueur par les nombres de groupes que le pont roulant doit desservir. Pour les groupes à axe vertical, un certain nombre d’étages principaux partagent l’infrastructure du bâtiment : - l’étage de l’alternateur - l’étage de turbine - l’étage de la sortie de l’eau - l’étage puisard d’eau L’encombrement des groupes à axe vertical est donc plus en hauteur qu’en longueur. ______RATIANARINJAKA Jean François 75 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Données principales sur l’Aménagement
2.h. La restitution : L’ouvrage de restitution relie la sortie des turbines au lit du cours d’eau aménagé. Le chenal de restitution s’effectue à l’écoulement à surface libre et on a les mêmes caractéristiques du canal d’amenée dans la variante 1. Les caractéristiques sont : Canal de forme trapézoïdale et déterminé à partir de la section économique : - fruit m = 1 ; - hauteur d’eau h = 0,6 m ; - largeur fond l = 0,5 m ; - revanche R = 0.10 m - largeur superficielle du canal L = 1,9 m ; - vitesse de l’eau V = 1,6 m/s ; Débit à évacuer : Q = 1 m3/s
______RATIANARINJAKA Jean François 76 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc.
Chapitre I.VI: LES EQUIPEMENTS ELECTROMECANIQUES ET HYDROMECANIQUES
I.VI.1. PRISE D’EAU : I.VI.1.1.Grilles et dégrilleur Dimensions : 1 pertuis de de 0,70 x 0,70 soit une surface totale de grilles 0,49 m2 (variante 1) La prise d’eau est équipée d’une grille inclinée de 15° par rapport à la verticale, et d’un dégrilleur automatique destiné à évacuer les détritus. I.VI.1.2.Vanne de tête de canal d’amenée Dimensions : 1 m x1 m (variante 1) La vanne de tête est de type vanne wagon, avec étanchéité sur les 4 côtés, manœuvrée par un vérin à simple effet placé en tête et des brimbales pour le démontage de la vanne. Elle se ferme par son propre poids. Cette vanne sert : - à l’isolement du canal d’amenée pour visite et maintenance des équipements aval - d’organe de sécurité : fermeture automatique sur détection de défaut.
I.VI.2. CONDUITE FORCE : I.VI.2.1.Vannes de tête de conduite forcée : Il y a une vanne de tête avant l’entrée, proprement dite, de l’eau dans la conduite forcée. Dimension : 0,70 m × 0,70 m Chaque vanne de tête de conduite forcée est de type vanne wagon sous carter, manœuvrée par un vérin simple effet. Elle se ferme par son propre poids. Cette vanne sert : - à l’isolement de la conduite forcée correspondante pour la visite et la maintenance des équipements en aval ; - d’organe de sécurité : fermeture automatique sur détection de défaut.
______RATIANARINJAKA Jean François 77 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc.
I.VI.3. USINE : L’usine est équipée d’un seul groupe à axe vertical. Le pivot est au-dessus de l’alternateur, le croisillon est fixé sur le stator, qui transmet les efforts au génie civil par ses pieds d’appuis. Le démontage des roues de turbine est prévu par-dessous. Le groupe s’appelle de groupe « bloc », sans disjoncteur entre l’alternateur et le transformateur. Les transformateurs sont installés à l’extérieur du bâtiment usine. I.VI.4. TURBINE : Une turbine hydraulique est un moteur rotatif entraîné par une veine d’eau sous pression amenée par une conduite forcée ; ce moteur transforme en énergie mécanique la plus grande fraction possible de l’énergie de l’eau à l’extrémité aval de la conduite. On a principalement deux types de turbine, les turbines à action et les turbines à réaction. Ce sont donc des dispositifs destinés à obtenir l’énergie cinétique de l’eau et la transmettre à l’alternateur.
I.VI.4.1.Choix de la turbine : Lors de sa conception, les turbines hydroélectriques sont prises en charge afin de déterminer laquelle est le plus appropriée pour le barrage selon sa taille, son rendement et son tipe. I.VI.4.1.1.Turbine à action : Les turbines à action sont celles qui ont une pression d’eau à l’entrée de la turbine égale à la pression d’eau à la sortie. Elles sont les plus simples à mettre en œuvre mais leur rendement est bas parce qu’elles utilisent des injecteurs amenant l’eau jusqu’aux augets de la turbine sous forme de jet libre. On distingue 2 types portant le nom de leurs inventeurs respectifs, les Pelton et les Crossflow.
1.a. La turbine Pelton : Ce sont des turbines utilisées lors de hautes chutes et petits débits. Le débit des injecteurs est réglé avec le pointeau mobile de l’injecteur (comme une vanne), ensuite l’eau sort de manière cylindrique et uniforme. Elle vient immédiatement percuter des cuillères métalliques rattachées à la roue ce sont les augets. L’eau ensuite glissera sur les côtés de la turbine. Les turbines Pelton conviennent aux très hautes chutes, entre 200 m et 2 000 m. En pratique, les turbines Pelton ne se rencontrent jamais dans les usines de pied de barrage et
______RATIANARINJAKA Jean François 78 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. que par contre, on les trouve toujours à l’extrémité de conduites forcées d’usine de dérivation de haute chute.
1.b. La turbine Crossflow : Ce type de turbine est utilisé pour des débits moyens et des chutes de 200 mètres. Son nom technique est turbine à flux traversant et l’eau est attrapée à l’intérieur des augets et traverse 2 fois la roue. Cette fois-ci l’injecteur de la roue est réglé par un aube rotative ouverte à l’aide d’un vérin hydraulique et fermé par un contre poids. Les aubes sont cylindriques et profilées, et un bâti assure le positionnement des paliers et de la turbine. L’une des particularités intéressantes de cette turbine est qu’elle est divisée en 2 parties et peut donc être mise en fonctionnement séparément ou ensemble dépendants des conditions. Elle est aussi autonettoyante car le flux de l’eau peut dégager les débris accumulés. I.VI.4.1.2.Turbine à réaction : On parle de turbine à réaction si la pression de l’entrée est supérieure à la pression à la sortie de la roue. Leurs rendements sont plus hauts mais leur fonctionnement s’avère plus complexe. Ces turbines sont immergées dans l’eau du fait qu’elles se trouvent à l’intérieur du canal d’écoulement du barrage, pour cette raison il est important de faire attention au phénomène de cavitation qui est la résultante de la pression d’aspiration de l’eau en hauteur et se manifeste en une grande dépression sur les aubes de la roue
2.a. Les turbines Francis : Utilisées à cause d’un fort rendement mais conviennent aux moyennes chutes, entre 40 et 300 m, on les trouvera aussi bien dans des usines de pied de barrage que dans les usines de dérivation ayant moins de 350 m de hauteur.
2.b. Les turbines Kaplan et Hélice : Les turbines Kaplan conviennent aux très basses chutes, entre 5 et 30 m. La Kaplan peut-être réglable lors de son fonctionnement et sa roue a une forme d’hélice, on peut donc développer plusieurs variantes pour régler la puissance fournit et l’extraire ainsi des groupes « Bulbes » dont la technique à été développée pour l’usine marémotrice, ou l’alternateur est collé à la turbine et étanche ce qui donne un niveau d’indépendance à la turbine tel qu’elle est capable d’être totalement immerge sous l’eau. On les rencontre évidemment dans les usines de plaine.
______RATIANARINJAKA Jean François 79 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. D’après la classification des différentes turbines en Annexe IV (abaque) et les caractéristiques du site, on prend les turbines Kaplan et Hélice.
I.VI.4.1.3.Caractéristique de la turbine choisie :
Les turbines hélice et Kaplan sont les plus appropriées pour le turbinage des faibles chutes. Elles se particularisent par leur roue qui est similaire à une hélice de bateau, et dont les pales sont fixes (turbine hélice) ou réglables en marche (turbine Kaplan).
3.a. Le type d’écoulement – la roue d’une turbine Kaplan peut être placée dans un distributeur classique, comme sur une turbine Francis. L’écoulement est radial dans le distributeur, puis axial à travers la roue. La turbine est placée soit dans une bâche spirale, soit dans une chambre d’eau, comme la turbine Francis. – le distributeur peut être conique, ou axial, et l’écoulement subit ainsi un minimum de changement de direction. C’est le type de machine qui est représentée sur la FIGURE 7, qui en présente les composants principaux. Cette disposition permet d’obtenir une construction très compacte : la turbine peut être intégrée dans une conduite, ce qui simplifie le génie civil.
3.b. La constitution : Ces machines sont classées en fonction de leurs possibilités de réglage, selon les exigences du site : – turbine hélice à pales et distributeur fixes : pour des débits constants, puissance fixe; – turbine hélice à pales fixes et distributeur mobile : pour des débits élevés et peu variables; – turbine Kaplan à pales variables et distributeur fixe : permet de turbiner à bon rendement des débits variant entre 30 et 100%; – turbine Kaplan à pales et distributeur réglables : adaptée pour des débits très variables, entre 15 et 100 %. Il s’agit de la machine la plus compliquée avec ses deux possibilités de régulation qui doivent être accordées ensemble pour donner les résultats voulus : pour chaque position de pale, le distributeur doit être calé sur l’angle qui donne le meilleur rendement total. En pratique, le signal de la régulation commande l’un des deux organes (par exemple la roue) et le second est asservi au premier selon une loi de ______RATIANARINJAKA Jean François 80 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. corrélation qui donne automatiquement la position optimale, par une came ou une programmation électronique.
D’où la variété des dispositions possibles : – turbine dans conduite en siphon ; – turbine en S dans conduite (amont ou aval); – turbine bulbe ; – turbine immergée monobloc
3.b.1. Disposition générale : L’axe de la turbine KAPLAN peut être vertical ou horizontal. On prend l’axe vertical.
FIGURE 8:Exemple type de turbine Kaplan à axe vertical dans l’usine
______RATIANARINJAKA Jean François 81 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc.
3.b.2. Bâche spirale :
• Fonction La bâche est placée entre l’extrémité de la conduite forcée et le distributeur de la turbine ; elle a pour rôle d’assurer l’arrivée régulière de l’eau sur toute la périphérie du distributeur.
• Forme L’eau pénètre dans la bâche à travers une section circulaire ; elle en sort à travers une section cylindrique de diamètre D et de hauteur H ; la bâche doit donc entourer complètement le distributeur, et à l’aire de ses sections droites successives doit décroître linéairement quand α croit de 0 à 360°, de façon que l’eau arrive régulièrement sur toute la périphérie ; d’où sa forme en volute ou en coquille d’escargot. Des directrices fixes guident l’eau un peu avant sa sortie et entretoisent les parois ; elles assurent le report des charges verticales sur les fondations.
• Construction La bâche spirale peut être faite en tôle soudée ou en acier moulée ; on la construit en plusieurs parties lorsque ses dimensions rendent impossible le transport en une seule pièce. Après la mise en place et le calage, la bâche est noyée dans le béton pour faire bloc avec les fondations
3.b.3. Distributeur :
• Fonction Le distributeur a pour rôle de diriger l’eau sur la roue avec une vitesse bien déterminée en intensité et direction ; d’autre part il permet le réglage du débit.
______RATIANARINJAKA Jean François 82 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc.
• Constitution Le distributeur comporte des directrices mobiles montées entre les pièces de guidage (2) et (3) ; leur section est profilée de façon à réduire la résistance à l’écoulement de l’eau ; leur montage sur tourillons permet leur rotation autour des axes xx’.
• Réglage du débit Pour régler la puissance on ne peut agir que sur le débit, donc sur la section de passage de l’eau ; on y parvient en faisant pivoter les directrices (4) autour de leur axe xx’ ; d’où l’élargissement ou rétrécissement de la largeur de la veine liquide entre deux directrices. La commande simultanée des directrices est obtenue par rotation d’un anneau appelé « cercle de vannage » ; celui-ci est relié aux tourillons 4 A des directrices par bielles (22) et manivelles (21) ; le cercle de vannage est actionné par un servo-moteur à huile sous pression, lui commande par le régulateur de vitesse.
FIGURE 9:Turbine de Kaplan
______RATIANARINJAKA Jean François 83 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc.
3.b.4. Roue :
• Forme La roue est obtenue par moulage, comporte des aubes incurvées (12C) entre le moyeu (12 A) et la couronne (12 B) ; on voit que leur arête d’entrée AB est sur un
cylindre de diamètre D1 tandis que l’arête de sortie CD est sur une surface de révolution voisine du cône ; leur forme de poche est déterminée en grande partie par étude sur modèle réduit de telle sorte que l’énergie de l’eau qui se transforme dans la roue en énergie cinétique intervient peu.
• Mouvement de l’eau dans la roue Elle entre suivant une direction perpendiculaire à l’axe et en sort parallèlement à
cet axe. La composition de la vitesse absolue Ve et de la vitesse d’entraînement Ue à
l’entrée donne la vitesse relative We, d’où l’inclinaison à donner aux aubes pour que l’eau pénètre sans choc dans la roue. La composition des vitesses à la sortie donne la vitesse
absolue Ve qui doit être faible et sensiblement parallèle à l’axe. Pour suite de la dissymétrie de la roue, celui-ci est soumise à une poussée axiale importante que l’on peut annuler par l’emploi de deux roues en opposition ou d’une roue double, dans le cas d’un axe horizontal ; quand l’axe est vertical, on prévoit une pivoterie pour supporter les poids et la poussée axiale.
FIGURE 10:Dispositions possibles de groupes turbine-générateur pour la turbine Kaplan et hélice
______RATIANARINJAKA Jean François 84 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc.
Turbine Kaplan en chambre d'eau. Entraînement du générateur par courroie plate
3.b.5. Diffuseur :
• Rôle du diffuseur S’il n’y avait pas de diffuseur l’eau sortirait de la roue à l’air libre, donc à la pression atmosphérique, et avec une certaine vitesse, de l’ordre de 7 à 8 m/s ; l’énergie correspondant à cette pression et à cette vitesse serait perdue ; le diffuseur a pour rôle de récupérer cette énergie.
• Moyen utilisé Pour récupérer l’énergie de pression, il suffit de munir la turbine d’un tuyau cylindrique étanche conduisant l’eau de la sortie de la roue au canal de fuite ; en effet, en B la pression est égale à la pression atmosphérique, car le tuyau, plein d’eau, est assimilable à un tube barométrique ; or dans le tuyau, on a = + ρ = − ρ pB pA gh d 'où pA patm gh La pression en A est donc inférieure à la pression atmosphérique, et on a récupéré dans la roue une énergie de pression correspondant à la hauteur h. Quant à la vitesse, elle est la même en A et B, car le débit est constant ainsi que la section du tuyau. Pour récupérer également l’énergie de vitesse, il suffit d’évaser vers le bas le tuyau;la section étant plus grande en B qu’en A,et le débit étant constant,on a donc
VB vitesse VA. • Déchargeur Il faut éviter l’emballement de la roue, et pour cela arrêter presque instantanément l’arrivée de l’eau à la turbine ; mais il faut éviter une fermeture trop rapide du distributeur, ______RATIANARINJAKA Jean François 85 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. ce qui provoquerait un coup de bélier dangereux dans la conduite. Ici l’usage de déflecteur est impossible ; on prévoit alors une conduite auxiliaire court-circuitant la turbine ; en cas de défaut grave ou d’emballement, une vanne à ouverture rapide permet l’évacuation de l’eau par cette conduite ; on ferme ensuite lentement les directrices et la vanne du déchargeur. 3.b.6. Cavitation : • Causes et effets On a vu ci-dessus que l’emploi d’un diffuseur permet d’abaisser la pression, à la sortie de la roue, à une pression inférieure à la pression atmosphérique ; cela n’est pas sans inconvénients : aux basses pressions, l’eau bout à faible température et il y a risque de formation de poches (ou cavités), pleines de vapeurs d’eau et de gaz qui étaient dissoutes dans l’eau. La paroi de ces poches très mobiles peut marteler les aubages tandis que les vapeurs procèdent à une attaque chimique ; il en résulte des vibrations, des chocs, une usure prématurée, une corrosion parfois rapide de roue. FIGURE 11 : Roue de Turbine FRANCIS érodée par cavitation ______RATIANARINJAKA Jean François 86 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. • Remèdes La cavitation est un phénomène complexe difficile à éviter ; on y parvient par une étude minutieuse du tracé des aubages évitant les dépressions locales, l’adoption d’un métal dur, élastique, résistant à la corrosion (acier inoxydable), bien poli, enfin par calage en altitude de la roue, assez souvent placée plus basse que le niveau libre de l’eau dans le canal de fuite. Courbes caractéristiques Les courbes de variation du couple moteur, de la puissance et du rendement en fonction de la vitesse de rotation ont sensiblement la même allure. La vitesse d’emballement est un peu plus élevée : 2 à 2.2 fois la vitesse nominale. Enfin, le nombre de tours spécifiques varie de 70 à 400 environ. 3.b.7. Conclusion : La turbine est du type Kaplan et Hélice avec les caractéristiques nominales suivantes : . Débit : 1 m3/s . Hauteur de chute nette environ : 4,35 m . Puissance : 50 KW Le débit de chaque turbine est réglable par un distributeur manœuvré par deux servomoteurs à double effet fonctionnant par pression d’huile. Ces vérins sont alimentés en huile par une centrale à huile indépendante pour chaque groupe, et qui permet également la manœuvre de la vanne de garde amont associée. La centrale à huile est équipée de 2 pompes normales dont l’une joue un rôle de secours, d’un limiteur de pression et d’un dispositif d’intermittence pour le réglage de la pression de service. La sécurité à la fermeture du vannage sera assurée par une réserve spécifique d’huile sous pression emmagasinée dans un accumulateur air comprimé / huile. L’air comprimé ______RATIANARINJAKA Jean François 87 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. est fourni aux accumulateurs air comprimé / huile par une station d’air comprimé commune à tous les groupes. La position du vannage est assurée par un régulateur de vitesse électronique à action proportionnelle, intégrale et dérivée (P.I.D) Les différentes pièces constituant de la turbine en contact direct avec l’eau sont fabriquées en acier inoxydable : roue, aubes directrices, plaques d’usure, labyrinthe, blindage. L’arbre turbine est équipé d’un joint à fuite, type labyrinthe. Le démontage de la roue de la turbine se réalise par en dessous après déposition préalable du cône d’aspiration qui est équipé d’une machette coulissante. Un chariot sur rails permet de translater la roue pour être reprise par un des 2 portiques de manutention, à travers les trémies prévues dans les planchers des différents étages. I.VI.5. ALTERNATEUR : I.VI.5.1.Les différents types d’alternateurs : Il y a 2 types d’alternateur : . alternateur synchrone : les alternateurs synchrones sont les plus utilisés par l’alimentation des petits réseaux autonomes ; . alternateur asynchrone : les alternateurs asynchrones peuvent être utilisés lorsque la centrale est connectée dans les réseaux puissants (réseau interconnecté). Donc, on emploie ici les alternateurs synchrones triphasés car les asynchrones peuvent être plus cher que les synchrones et actuellement, la plupart des centrales sont équipées d’ alternateur synchrone. I.VI.5.2.Composition d’un alternateur : Un moteur peut transformer l’énergie électrique en énergie motrice, imaginons qu’au lieu de transformer l’énergie électrique ce moteur recevait de l’énergie motrice et pourra produire de l’énergie électrique. Un moteur peut donc ainsi fonctionner de façon inverse, on ______RATIANARINJAKA Jean François 88 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. l’appellera alternateur. L’alternateur a donc comme rôle principal de transformer l’énergie cinétique en énergie électrique. Un alternateur se divise en 2 parties le stator et le rotor, le stator est la partie fixe de celui-ci et se compose d’un bobinage de fils de cuivres tandis que le rotor constitué par la partie mobile qui se compose d’électro-aimants. En fin l’arbre relié au rotor le fera tourner à l’intérieur du stator, ceci formera un champ magnétique dans l’alternateur. Ce champ magnétique provoquera un déplacement d’électrons à un courant électrique récupéré au niveau du stator. Chaque alternateur comporte 1 ou 2 paliers. La configuration générale d’un alternateur est la suivante : . L’alternateur est à axe vertical, aux pôles saillants ; . La ligne d’arbre comporte un pivot, un palier alternateur supérieur et/ou inférieur alternateur ; . L’alternateur est réfrigéré par une ventilation d’air assurée naturellement par la jante ; . L’air est refroidi sur des échangeurs air-eau. . Les cellules phases et neutres sont accolées au cuvelage alternateur. Caractéristiques principales : . Puissance apparente : 50VA . Nombre : 1 . Facteur de puissance : cosϕ = 0.80 Quand un moteur fournit un travail, il absorbe deux catégories de puissance : . puissance active exprimée en MW, restituée sous forme de travail ; . puissance réactive exprimée en kVA nécessaire pour créer les champs magnétiques dans les bobinages. La combinaison de ces deux puissances est la puissance apparente. P P = 45 KW et P = active active a cosϕ = 2 + 2 = 2 − 2 Papparente Pactive Préactive d 'où Préactive Papparente Pactive Soit Préactive = 33,75 VA ______RATIANARINJAKA Jean François 89 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. FIGURE 12:Représentation des puissances apparente, active et réactive nte pare active Pap ré P ϕ Pactive Un transformateur est en suite utilisé pour élever la tension du courant et pour faciliter sa transportation dans les lignes à haute tension. I.VI.6. VANNES DE GARDE AMONT : Chaque groupe est équipé d’une vanne de garde amont de type vanne papillon. Cette vanne est manœuvrée à chaque arrêt et à chaque démarrage du groupe. La fermeture se fait par contrepoids, et l’ouverture se fait par vérin à huile simple effet, alimenté par la centrale à huile du groupe correspondant. Ces vannes sont installées avec une bride mobile de démontage, non autobutée, et sont équipées d’un by-pass. Elles sont capables de se fermer sur débit de gueule bée, suite à une rupture de la conduite en aval. I.VI.7. BATARDEAUX AVAL : Chaque groupe est équipé d’un batardeau aval, destiné à mettre hors d’eau l’aspirateur du groupe pour maintenance. Leur manutention se fait par un palan installé sur un rail. I.VI.8. AUXILIAIRES : Portiques de manutention : 2 demi-portiques de 10 t chacun, accouplés pour lever la charge maximale. Réfrigération : un circuit de réfrigération indépendant par groupe, pour refroidir les paliers du groupe de l’alternateur. Incendie : circuit d’eau alimenté par une conduite forcée ou des surpresseurs, équipé de robinets d’incendie armés de lance avec dévidoir de tuyauterie semi-rigide. ______RATIANARINJAKA Jean François 90 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. Air comprimé : équipement d’air comprimé de service, indépendant de la production d’air comprimé pour la centrale à huile des groupes. I.VI.9. LE RENDEMENT DE L’USINE : Il est évident que la puissance brute n’est pas totalement transformée en énergie électrique à causes des différentes pertes hydrauliques, mécaniques et électriques. Soit δ les pertes de charge dans le canal d’amené ou galerie d’amenée et δ ' dans les conduites forcées On appelle chute brute réduite : H ' = H − δ H = H − δ − δ ' On appelle hauteur de chute nette n Donc la puissance nette est la puissance recueillie à l’entrée dans le distributeur de la turbine. = ρ Pn g Q Hn Sur le canal d’amenée, la pente et la section offertes à l’eau sont en principe, constantes : aussi l’écoulement s’y effectue en régime uniforme, tout au moins chaque fois que le débit dérivé est constant. Si donc, en première approximation, on fait abstraction de quelques pertes de charges singulières se produisant à l’entrée et à la sortie du canal, dans de coudes…etc. La perte de charge entre la prise et la chambre de mise en charge ne proviendra que de la résistance générale du liquide. Sa valeur est donnée en mètre par dénivellation δ existant entre les points extrêmes. En effet, dans un écoulement à veine libre, s’effectuant en régime uniforme, la perte de charge linéaire J (en mètre par kilomètre de longueur) est égale à la pente I du canal. Ainsi la perte de charge totale est : δ = J.L = I.L Cela signifie que le nombre de kilogrammètres perdus par chaque kilogramme-poids d’eau est égal δ . En définitive, la hauteur effective sous laquelle l’eau travaille dans les turbines n’est pas H mais la hauteur H ' correspondant à la différence d’altitude entre la prise ______RATIANARINJAKA Jean François 91 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. et la chambre de mise en charge. La valeur de δ ' est calculée dans le calcul de dimensionnement de la conduite forcée. Quand l’eau traverse les distributeurs, la roue et l’échappement, il se produit des pertes par frottement hydraulique et de perte de freinage dues à la réaction de l’alternateur. δ = − δ Soit t la somme des pertes dans la turbine et la chute utile est de Hu Hn t . = ρ Puissance utile Pu g Q Hu P η = u Le rendement global de la turbine est calculé par : t Pn P η = u Le rendement global de l’aménagement est calculé par : a Pb η = Si on utilise des équipements mécaniques standardisés : a 0.84 Bien entendu, entre les turbines et les compteurs se produisent des pertes d’énergie correspondant aux pertes électriques et magnétiques dans les alternateurs et les transformateurs. Nous devons faire intervenir les coefficients de rendement de ces machines. On peut admettre : η = - alternateur : 1 0.96 η = - transformateur : 2 0.98 D’où le rendement électrique global : η = η × η = el 1 2 0.94 Avec les progrès de la technique et l’amélioration du rendement des machines, la valeur de rendement de l’usine η est égal rendement de l’aménagement fois rendement électrique. η = η × η a el = 0.79 Avec la formule de départ : P = ρgQHb On en déduit la puissance nette de l’usine est : Pn = 0,79 ρgQHb = 45 KW I.VI.10.EVACUATION DE L’ENERGIE PRODUITE : Il importe de signaler préalablement que le site d’Ampitanjaza, et par suite la centrale correspondante, se trouve à 60 Km de la ligne 63.000 V de la JIRAMA qui dessert les petites villages dans le Fokontany de Namoly dont la puissance souscrite sera de 45 KW assurée par 01 transformateur abaisseur. ______RATIANARINJAKA Jean François 92 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.V : Les Equipements éléctromec. et Hydroméc. Deux scénarios de placement de l’Energie peuvent être envisagés : . Une partie de l’énergie est livrée directement aux villages locaux . L’autre partie sera injectée aux infrastructures de l’ANGAP, à savoir : le Gîte d’étape, le Centre d’Interprétaion et l’Hotel (ce dernier et encore à construire) I.VI.11.PRODUCTION ELECTRIQUE SIMULEE : Avec un module de 0,85 m3/s, les installations seront dimensionnées pour 1 m3/s. La puissance mécanique fournie sous 5,77 m de chute est ainsi d’environ 45 Kw. Ainsi, avec un rendement global de 0.79, la production annuelle sera de 316 Mwh d’après le calcul. Il convient d’appliquer un abattement de 10% de ce chiffre correspondant à des arrêts de maintenance, pannes, coupures réseaux, etc…. Production nette annuelle : 316 19 Wh x 0,9 = 284 570 Wh = 285 KWh. ______RATIANARINJAKA Jean François 93 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux Chapitre I.VII: LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX I.VII.1.GENERALITES : L’étude d’impact environnemental est obligatoire pour tout projet d’investissement à entreprendre. Elle est indispensable pour les travaux d’installation d’une centrale hydroélectrique d’après le décret MECIE N° 99-954. L’étude d’impact est une identification et une analyse des effets positifs et négatifs d’un projet sur l’environnement, le cadre de vie et la santé. L’étude d’impact constitue cinq (5) étapes dont : - Mise en contexte du projet ; - Elaboration des différents impacts ; - Evaluation des impacts ; - Études comparatives des impacts ; - Plan de Gestion Environnemental (PGE). L’impact est défini comme la dérivation de la situation de base déjà connue après une modification d’un état. Une telle étude se soucie de l’environnement et du développement durable des êtres humains, des bénéficiaires ou non du projet. I.VII.2.LA MISE EN CONTEXTE DU PROJET : L’étude environnementale reflète d’une façon globale et détaillée les atouts et les méfaits de la réalisation d’un projet. Elle permet de dégager les points traités avant, durant et après la réalisation des infrastructures pour que les objets mis en place ne nuisent pas à l’environnement au niveau du territoire villageois Le présent projet s’intitule projet hydroélectrique comprenant des barrages, des canaux, des galeries, des conduites forcées, des salles de machines et des postes transformateurs nécessaires à la génération d’électricité. En effet, il a pour objet d’alimenter en électricité la zone interconnectée, et aussi de lutter contre la dégradation de l’environnement due à l’utilisation des charbons des bois En général, diminuer l’exploitation de la centrale thermique d’une part et augmenter l’utilisation des ressources renouvelables comme la centrale hydraulique d’autre part sera les objectifs principaux de ces travaux. ______RATIANARINJAKA Jean François 95 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux I.VII.2.1.Milieux physiques : L’analyse du milieu physique nécessite des collecteurs de données relatives à la climatologie, la géologie et la géomorphologie, l’hydrologie, la physico-chimie des eaux, l’hydrogéologie et les risques naturels. Cette zone est marquée par le climat tropical de type des hauts plateaux malgaches. I.VII.2.2.Milieux biologiques : L’appréciation des impacts sur le milieu biologique se porte sur la faune piscicole, et celle-ci constitue bien souvent l’un des thèmes majeurs de l’étude. Outre, les écosystèmes aquatiques, les écosystèmes terrestres sont à prendre en compte dans l’étude du milieu naturel. Les études de terrain doivent permettre à caractériser la faune et la flore. Les espèces végétales et animales d’un cours d’eau se répartissent en fonction des facteurs écologiques tels que la vitesse du courant, la nature du fond, la température, la concentration en oxygène, la composition chimique des eaux. La modification d’un ou plusieurs des ces facteurs écologiques du cours d’eau par l’aménagement peut entraîner une évolution des écosystèmes. C’est à partir du constat de l’état initial de l’environnementaliste que devront - être déterminées les évolutions prévisibles des différents écosystèmes. La flore de la région est caractérisée par des savanes herbeuses parfois arborées, et ces savanes occupent des étendues assez larges sur des différentes unités topographiques. I.VII.2.3.Milieux humains : Les questions abordées dans la fiche « milieu humain » sont très diverses. Elles concernent les données d’urbanismes, les aspects socio-économiques, l’habitat et le bruit, paysagers. En principe, cette étude présente successivement : - le recueil des données sur le milieu humain ; - l’analyse des impacts sur le milieu humain ; - les mesures réductrices ou compensatoires relatives au milieu humain ; - la santé. ______RATIANARINJAKA Jean François 96 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux I.VII.3.ETUDES DES DIFFERENTS IMPACTS : I.VII.3.1.Milieux physiques : I.VII.3.1.1.Le relief et sol : aspect et variation - Modification de paysage - Erosion des rivages dus au marnage de l’eau de la retenue, - Augmentation des sédiments dans la retenue, - Erosion du sol dans le canal d’amener, - Changement de la topographie du terrain, - Effondrement ou éboulement des talus dû au vitesse de l’eau I.VII.3.1.2.Hydrologie et physico-chimie : En amont du barrage : - Réduction des rizières, - Réapparition du plan d’eau - Variation de la qualité et de la quantité de l’eau au cours de l’année sous les différentes étapes du cycle de l’eau et surtout l’exploitation de l’eau pour la centrale et le petit périmètre. En aval du barrage : - Modification et déviation de l’écoulement naturel du cours d’eau; - Ecoulement contrôlé dans le canal d’amenée, - Diminution du transport solide. - Amélioration de la qualité physico chimique de l’eau, - Concurrence de l’eau entre la centrale et les rizicultures. I.VII.3.1.3.Hydrogéologie et géomorphologie : - En amont : diminution du drainage de la nappe, répercussions sur l’état de saturation des sols ; - Dans le tronçon court-circuité : aggravation du drainage de la nappe ; - Influence de la stabilité des berges de l’évolution de la ligne d’eau ; I.VII.3.1.4.Risques naturels : - Conséquences de l’aménagement sur la stabilité des versants ; - Possibilités de mouvement de terrain (éboulement et érosion) ; ______RATIANARINJAKA Jean François 97 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux - Risque d’incendie lié à une ligne aérienne d’évacuation de l’énergie ; - Stockage de masse d’eau très important pouvant entraîner des graves accidents au niveau du barrage (rupture et écroulement de l’ouvrage) - Modification de l’écoulement des crues. I.VII.3.2.Milieux biologiques : Les effets peuvent être très divers : - Apparition des écosystèmes aquatiques : développement des poissons et de la dérive des invertébrés. - Prolifération des végétations aux rivages; - Développement des microorganismes dans les retenues - Concentration des micropolluants dans les sédiments derrière le barrage - Pas d’ impacts essentiels sur le tracé aval du barrage, la chute naturelle est infranchissable pour les poissons et défavorable à la continuité biologique. - Mortalité des juvéniles au passage dans les turbines au cours de la dévalasion ; - Évolution de la qualité des eaux par diminution du pouvoir auto épurateur ; - Modification de la flore, du plancton, du benthos et de la faune piscicole dans la partie court-circuitée ; I.VII.3.3.Impacts sur les écosystèmes terrestres : Les impacts à analyser sont peu nombreux : - Décapage et Débroussaillage nécessaire à la réhabilitation de la piste d’accès, - Perturbation des conditions de vie des oiseaux, la zone ne présente pas d’autres espèces animales. - Evolution des écosystèmes terrestres liées à une éventuelle modification de la nappe phréatique. I.VII.3.4.Milieux humains : Les activités socio-économiques liées à la réapparition du plan d’eau doivent être particulièrement étudiées : - activités de loisirs : la pique-nique, la pêche, et le baignade etc.… ; - agriculture nécessitant un système d’irrigation ; Les bruits générés par la centrale hydraulique peuvent avoir plusieurs origines : - bruit dû aux vannes ou aux dégrilleurs ; - bruit dans la conduite forcée ; ______RATIANARINJAKA Jean François 98 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux - bruit des groupes électromécaniques ; La reconstruction d’une centrale hydraulique génère également des nuisances sonores liées aux engins de chantier et aux véhicules de transports. L’analyse doit permettre d’évaluer les caractéristiques visuelles de l’aire d’étude et la sensibilité paysagère du site. I.VII.3.4.1.Données d’urbanisme : Il est nécessaire d’analyser la compatibilité du projet avec les documents d’urbanisme : - compatibilité par rapport au zonage ; - compatibilité par rapport aux règlements des zones impactées ; - compatibilité par rapport aux servitudes. I.VII.3.4.2.Impact socio-économique : L’étude d’impact doit mentionner : - les répercutions de l’aménagement sur l’emploi, - les répercussions sur les finances locales par les biais notamment de la taxe professionnelle ; - les répercussions sur les autres activités socio-économiques : tourisme, agriculture, industrie ; - les répercussions sur les infrastructures et réseaux de transports. I.VII.3.4.3.Patrimoine de paysage : Les impacts paysagers sont principalement liés : - à l’amélioration d’une conduite forcée ; - à l’aperçu très agréable de l’usine comprenant des équipements de la centrale ; - à la ligne d’évacuation d’énergie ; - aux voies d’accès. I.VII.3.4.4.Santé : Ce chapitre constitue un prolongement de l’analyse des effets du projet sur l’environnement, mais en mettant en exergue les risques sanitaires. En effet, la problématique « centrale hydroélectrique et la santé » se situe à deux niveaux de perception : - à l’échelle nationale, l’énergie hydraulique en tant qu’énergie renouvelable présente principalement des effets positifs sur la santé ; elle permet d’éviter notablement l’utilisation de combustible fossile responsable de la majorité de la pollution atmosphérique de notre planète, ______RATIANARINJAKA Jean François 99 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux - à l’échelle locale, une centrale hydroélectrique peut générer des effets négatifs limités (bruits par exemple). L'énergie hydraulique a donc très fortement contribué au redressement économique du pays et, par là même, à l'amélioration de la santé. I.VII.4.LES IMPACTS NEGATIFS L’impact d’une centrale hydroélectrique est dit négatif lorsqu’il porte atteinte à la qualité de vie du milieu ou affecte un désordre sur les composantes environnementales. Les effets négatifs du réaménagement hydroélectrique sont : - diminution des surfaces cultivées en amont du barrage - Les effets négatifs des ouvrages sur l’environnement : i. pollution de l’air et de l’eau engendrée par la reconstruction et l’évacuation des déchets ; ii. érosion des sols ; iii. destruction de la végétation ; iv. problèmes de l’hygiène et de santé provenant des campements d’ouvriers, - Augmentation des maladies liées à l’eau ; - Dégradation de l’environnement causée par une pression accrue exercée sur les terres ; - Migration spontanée de la population dans la région rendue accessible par les routes et les lignes des transmissions ; - Problèmes d’environnement dû au développement induit (agriculture irriguée, industries, croissance urbaine) ; - Risques de perturbation passagère des activités habituelles (déviation provisoire de l’eau du canal et implantation du chantier) ; - Pollution due aux éclats, débris rocheux ; - Risque d’accidents lies à la dénivellation créée artificiellement par l’exploitation de gîtes et emprunts; - Glissement de terrain par l’effet de vibration ; I.VII.5.EVALUATION DES IMPACTS L’évaluation consiste à donner pour chaque impact un ordre de grandeur. La notation se forge par l’intensité de l’effet, sa durée dans le temps et son étendue dans l’espace. Pour l’indication des notations, pour l’évaluation des impacts, dans le tableau suivant, on a : ______RATIANARINJAKA Jean François 100 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux Faible A : pour la somme des points inférieure strictement à 4 Moyenne B : pour la somme des points égale à 4 Forte C : pour la somme des points supérieure strictement à 4 ______RATIANARINJAKA Jean François 101 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux Tableau 24 : Evaluation des impacts IMPORTANCE DE Portée Durée Grandeur de l’impact L’IMPACT IMPACTS Locale : 1 Occasionnelle : 1 Faible : 1 FAIBLE : A Zonale : 2 Temporaire : 2 Moyenne : 2 MOYENNE : B Régionale : 3 Permanente : 3 Forte : 3 FORTE : C Effets négatifs des ouvrages sur l’environnement 1 2 1 B Migration 1 1 1 A Risque de perturbation paysagère des activités habituelles 1 2 1 B Pollution due aux travaux 1 1 1 A Glissement du terrain par l’effet de vibration 1 1 1 A NEGATIFS Pollution sonore 1 3 1 B Santé 2 3 2 C Rétablissements des communications du réseau routier 1 2 2 C préexistant Amelioration de la source d’énergie 2 3 2 C Création des travaux et activités 1 3 2 C POSITIFS Diminution de la dégradation de l’environnement 3 3 3 C Pas de pollutions de l’air et de l’eau 1 1 3 B Autosuffisance alimentaire 2 3 3 C ______RATIANARINJAKA Jean François 102 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux I.VII.6.ETUDE COMPARATIVE DES IMPACTS S’il est vrai que, bien souvent, les communautés et les promotions des industries éloignées du barrage hydroélectrique en bénéficient, les habitants de la région inondée qui, en règle générale, supportent les coûts sociaux et environnementaux les plus lourds causés par la reconstruction du centrale. La production d’électricité que rend possible un projet hydroélectrique est un avantage indéniable qui permet de développer l’économie et d’améliorer la qualité de vie des populations desservies. Les projets hydroélectriques sont à forte intensité de main d’œuvre et fournissent, par conséquent, des possibilités d’emplois. Les routes et autres types d’infrastructure peuvent offrir aux populations locales un accès facilité aux marchés où seront vendues leurs récoltes, aux établissements scolaires, aux centres de soins et autres services sociaux. Par ailleurs, l’hydroélectricité est une source d’énergie de substitution aux combustibles fossiles ou à l’énergie nucléaire, qui répond à la demande en énergie tout en évitant de produire des eaux réchauffées, des émissions atmosphériques, des cendres ou des déchets des fumées de bois et des radioactifs. Nous pouvons constater que l’impact positif a une importance majeure à l’échelle régionale, mais l’impact négatif reste au niveau de riverain, c'est-à-dire local. Or, ce projet offre plus d’avantages à l’ensemble de la population locale et régionale, cela explique l’utilité du réaménagement dans cette région. I.VII.7.MESURE D’ATTENUATION I.VII.7.1.Mesures réductrices ou compensatoires sur le milieu physique La demande consiste à privilégier d’abord les mesures « pour éviter » puis les mesures « pour réduire » et enfin les mesures « pour compenser » : - maintien d’un débit réservé modulé dans le temps pour ne pas épuiser la retenue ; - installation de dispositif de contrôle de la qualité des eaux permettant de corriger une anomalie constatée ; - adaptation d’un mode opératoire en phase chantier pour limiter les matières en suspension ; - interdiction de déversement sur le sol, en phase chantier, d’hydrocarbures et des produits chimiques ; ______RATIANARINJAKA Jean François 103 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux - lutte contre la pollution de l’air et de l’eau ; - soin apporté à la localisation des campements, des constructions des zones d’emprunt, des carrières et des décharges ; - précautions à prendre en vue de restreindre les actions érosives ; - remise en valeur des terres ; - situer le barrage aux fins d’éviter les pertes ; I.VII.7.2.Mesures réductrices ou compensatoires sur le milieu naturel - les installations des grilles à l’entrée du canal d’amenée, - les installations des grilles, de déflecteur à l’extrémité aval du canal de fuite, - la création de frayère naturelle ; I.VII.7.3.Mesures réductrices ou compensatoires relatives au milieu humain : On prévoit les mesures suivantes pour réduire et compenser les impacts sur le milieu humain : - remise en état de la voirie et des installations publiques éventuellement dégradées par la circulation induite par les travaux ; - contrôle de la circulation automobile aux abords du chantier ; - obligation pour les poids lourds d’utiliser des itinéraires précis ; - contrôle du niveau sonore du chantier (circulation des engins), de ses voies d’accès (transport routier) et des éventuels tirs de mine ; - interdiction de travaux de nuit, utilisation des engins équipés de silencieux efficace ; - réaménagement des sites dégradés ou modifiés par les travaux : zone d’emprunt des matériaux, zones de remblais, démantèlement de construction provisoire ; - choix du tracé le plus discret pour les lignes d’évacuation de l’énergie ; - enfouissement de certains éléments des installations : conduite forcée ou ligne électrique ; - choix de l’architecture du bâtiment, des supports de ligne électrique ; - répartir équitablement les ressources en eau entre la centrale et le périmètre irrigué. - fournir des services sociaux et sanitaires aux riverains de la centrale, - limiter l’accès à la région, développer les activités rurales et fournir des services de santé en vue d’atténuer le plus possible les impacts négatifs ; ______RATIANARINJAKA Jean François 104 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux - reboiser ou adopter des mesures de conservation des sols dans les bassins versants ; I.VII.8.PLAN DE GESTION ENVIRONNEMENTAL Aujourd’hui, la prise en compte de l’environnement dans le réaménagement hydroélectrique se situe essentiellement au stade de l’étude de réhabilitation. Donc Elle se concrétise sur les procédures qu’on doit prendre à la réalisation de l’étude d’impact. Néanmoins dans une démarche qualité, il est important d’assurer la prise en compte de l’environnement et de la conception du projet à l’exploitation d’ouvrage. Cette fiche présentera alors successivement le plan de gestion type pour un projet de réaménagement hydroélectrique : - le suivi environnemental en phase de travaux ; - le suivi environnemental en phase d’exploitation de l’ouvrage ; - le code de bonne pratique d’environnemental ; I.VII.8.1.Le suivi environnemental en phase de travaux Pour le législateur, les mesures réductrices ou compensatoires mentionnées dans l’étude d’impact doivent être suffisamment précises pour juger leur faisabilité effective et engager la responsabilité du promoteur. Rappelons de plus que ces mesures doivent être évaluées financièrement dans l’étude d’impact. Le suivi environnemental en phase de travaux peut être décomposé en deux phases principales : - à la phase projet de détail et consultation des entreprises, les mesures environnementales sont affinées, elles sont la traduction et la concrétisation des mesures évoquées dans l’étude d’impact. Celles-ci sont ensuite intégrées dans le dossier d’appels d’offres aux entreprises ; - à la phase chantier, le promoteur suit les différentes opérations et contrôles des exigences environnementales. Il peut éventuellement adapter ou proposer de nouvelles actions en faveur de l’environnement ; I.VII.8.2.Le suivi environnemental en phase d’exploitation - De multiples raisons peuvent amener le maître de l’ouvrage à suivre l’environnement du réaménagement en phase d’exploitation : - maîtrise de niveau sonore ; ______RATIANARINJAKA Jean François 105 Promotion 2007 Département Hydraulique Chap.VII : Les Impacts Environnementaux - délivrance du débit réservé ; - respect d’autres exigences réglementaires ; - utilisation d’huile biodégradable ; - programmation d’une chasse ; - programmation d’un vidange ; Le code de bonne pratique environnementale Celui-ci comprend les parties suivantes : - la période d’avant travaux ; - la période d’exploitation : i. la qualité des eaux, pollution vidange ; ii. le régime des eaux ; iii. la protection des écosystèmes (débit réservé) ; iv. entretien de cours d’eau ; v. le bon voisinage ; vi. l’environnement paysager ; vii. la sécurité et la production des tiers. ______RATIANARINJAKA Jean François 106 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.VIII : Etudes économiques Chapitre I.VIII: ETUDES ECONOMIQUES I.VIII.1.OBJECTIF : L’étude économique a pour principal objectif de vérifier si le projet d’aménagement de la microcentrale hydroélectrique d’Ampitanjaza est rentable pour couvrir la demande en énergie électrique des villages de Namoly et ceux des environnants. Ainsi il faut estimer d’une manière précise le coût de l’activation de la centrale et de déterminer s’il serait intéressant de procéder à l’exécution du projet de vue technico-économique. Pour la détermination de ces trois principaux critères économiques, la connaissance de la production électrique simulée dans la région, l’évaluation des dépenses, le coût d’investissement de ce projet est essentiellement à considérer : I.VIII.2.PRODUCTION ELECTRIQUE SIMULEE : L’aménagement proposé est une activation de la centrale hydroélectrique de débit d’équipement Q = 1 m3/s, de hauteur de chute brute 5,77 m réduit à une chute nette de 4,35 m donnant une puissance installé disponible de 45 KW. La production nette annuelle est de : 316 19 Wh x 0,9 = 284 570 Wh = 285 KWh. I.VIII.3.EVALUATION DES DEPENSES : Les dépenses générées par le projet comprennent : − le coût d’investissement − les charges de fonctionnement − les coûts de l’entretien des infrastructures génie civil et électromécaniques − le taux d’amortissement du projet. I.VIII.3.1.Coût d’investissement : Le coût d’investissement est la ressource financière nécessaire à mobiliser pour l’aménagement projeté. Il s’obtient en ajoutant au coût de construction, les intérêts intercalaires durant le temps de construction des ouvrages et s’établit à partir de l’échéancier de dépenses. Le calcul des intérêts intercalaires est évalué avec un taux d’actualisation de 10 %. ______RATIANARINJAKA Jean François 108 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.VIII : Etudes économiques I.VIII.3.1.1.Génie civil : L’estimation des coûts des travaux du Génie Civil est basée sur les métrés quantitatifs sommaires des ouvrages définis à partir des plans associés. Les prix unitaires ont été établis en combinant : − d’une part, une phase du prix de référence issue d’une analyse des coûts constatés sur des chantiers hydroélectriques. Cette base donne en particulier, pour chacun des postes, l’évolution du prix unitaire en fonction de la quantité ; − d’autre part, l’analyse des offres ou marchés des différents travaux effectués à Madagascar. I.VIII.3.1.2.Matériels électromécaniques : Les coûts des matériels importants tels que les turbines, alternateurs, vannes ont été évalués à partir de l’analyse des prix de matériels semblables fabriqués dans les dix dernières années. Les devis des équipements électromécaniques intègrent une provision de 10% du coût total des matériels, correspondant aux prestations diverses non comptabilisées et aux aléas sur les niveaux de prix et les fluctuations monétaires. I.VIII.3.1.3.Postes divers : Ces postes englobent le coût des routes d’accès, ce de la cité d’exploitation et ce des reconnaissances complémentaires réalisées au cours du chantier et des mesures environnementales. L’estimation du coût des routes d’accès et de la cité d’exploitation est basée sur le même principe que celui du coût des travaux du Génie Civil. Apres avoir calculé le devis estimatif détaillé, le tableau ci après récapitule de façon synthétique le coût d’investissement de l’aménagement de la microcentrale hydroélectrique d’Ampitanjaza. ______RATIANARINJAKA Jean François 109 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.VIII : Etudes économiques TABLEAU 25:Devis récapitulatifs du projet de l’aménagement de la microcentrale hydroélectrique d’Ampitanjaza : (Etabli à partir de levées sur terrain) Montant Désignation U Quantités P.U. total en Ariary en kAriary 1 - GENIE CIVIL A- BARRAGE - Déblais terrains meubles m3 52,00 10642,00 553 - Déblais rocheux m3 31,00 63850,00 1979 - Béton dosé à 250 kg/m3 m3 57,00 182599,00 10408 - Béton dosé à 300 kg/m3 m3 20,00 232144,00 4643 - Coffrages (Rc = 0,5 m2/m3) m2 90,00 60147,00 5413 - Aciers (Ra = 30 kg/m3) kg 312,00 6385,00 1992 TOTAL BARRAGE 23010 B-DERIVATION PROVISOIRE (Galerie:L=300m) - Excavation (diam. excavé : 3 m) . Déblais terrains meubles m3 16,00 10642,00 170 . Déblais rocheux m3 7,00 63850,00 447 - Béton dosé 300 kg/m3 m3 8,00 232144,00 1857 - Coffrages (Rc = 2,5 m2/m3) m2 42,00 133613,00 5612 - Aciers (Ra = 15 kg/m3) kg 300,00 6385,00 1916 TOTAL DERIVATION PROVISOIRE 10001,62 C- PRISE D'EAU VARIANTE 1 - Déblais terrains meubles m3 7,00 10642,00 74 - Déblais rocheux m3 5,00 63850,00 319 - Béton dosé à 350 kg/m3 m3 2,00 304590,00 609 - Coffrages (Rc = 1,5 m2/m3) m2 8,00 111147,00 889 - Aciers (Ra = 50 kg/m3) kg 73,00 6385,00 466 ______RATIANARINJAKA Jean François 110 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.VIII : Etudes économiques TOTAL PRISE D'EAU 2358 E- CANAL D'AMENEE . Déblais terrain meuble m3 31,00 10642,00 330 . Déblais rocheux m3 23,00 63850,00 1469 - Béton dosé à 300 kg/m3 m3 5,00 232144,00 1161 - Coffrages (Rc = 2,5 m2/m3) m2 148,00 133613,00 19775 - Maçonnerie de moêllon m3 15,00 75000,00 1125 - Aciers (Ra = 15 kg/m3) kg 120,00 6385,00 766 TOTAL CANAL D'AMENEE 24625 G- CHAMBRE DE MISE EN CHARGE - Excavation (diam. excavé : 21 m) . Déblais terrain meuble m3 16,00 10642,00 170 . Déblais rocheux m3 8,00 63850,00 511 - Béton dosé à 300 kg/m3 m3 6,00 232144,00 1393 - Coffrages (Rc = 2,5 m2/m3) m2 24,00 133613,00 3207 - Aciers (Ra = 15 kg/m3) kg 276,00 6385,00 1762 TOTAL CHAMBRE DE MISE EN CHARGE 7043 H- CONDUITES FORCEES (L=42,42m) - Déblais terrains meubles m3 5,00 10642,00 53 - Déblais rocheux m3 6,00 63850,00 383 - Béton dosé à 250 kg/m3 m3 3,50 182599,00 639 - Coffrages (Rc = 0,5 m2/m3) m2 14,00 111147,00 1556 - Aciers (Ra = 30 kg/m3) kg 502,00 6385,00 3205 4281 TOTAL CONDUITES FORCEES ______RATIANARINJAKA Jean François 111 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.VIII : Etudes économiques I- USINE et RESTITUTION - Déblais terrains meubles m3 17,00 10642,00 181 - Déblais rocheux m3 3,50 63850,00 223 - Béton dosé à 250 kg/m3 m3 5,00 182599,00 913 - Béton dosé à 350 kg/m3 m3 7,00 304590,00 2132 - Coffrages (Rc = 2 m2/m3) m2 37,00 111147,00 4112 - Aciers (Ra = 60 kg/m3) kg 469,00 6385,00 2995 TOTAL USINE 6444 77762 TOTAL GENIE CIVIL 2 - ELECTROMECANIQUE A- VANTELLERIE PRISE D'EAU ens. 1,00 60480,00 60 B- CONDUITES FORCEES Kg 560,00 95000,00 53200 C- GROUPE TURBINE-ALTERNATEUR ens. 1,00 8000500,00 8001 D- IMG, IEG, TRANSFO. et POSTE ens. 1,00 8200000,00 8200 TOTAL ELECTROMECANIQUE 69461 3 - LIGNES D'EVACUATION D'ENERGIE Longueur : 4 km, tension : 3x45kV Km 4,00 2000000,00 8000 TOTAL LIGNES 8000 4- DIVERS A- ROUTE D'ACCES - Piste interne site km 0,40 957433,00 383 - Réfection route existante km 8,50 401839,00 3416 TOTAL ROUTE D'ACCES 3799 C- RECONNAISSANCES ______RATIANARINJAKA Jean François 112 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.VIII : Etudes économiques -Reconnaissances complémentaires ens. 2,00 215921,00 432 en phase chantier D- ENVIRONNEMENT - Aménagements connexes (impacts, ens. 2,00 148530,00 297 recasements, ...) TOTAL DIVERS 8326 TOTAL GENERAL AMENAGEMENT 163549 I.VIII.3.1.4.Les charges d’exploitation : Les charges d’exploitations varient en fonction de la taille et des caractéristiques de la centrale. Elles sont les charges fixes et les charges variables. 4.a. Charges fixes : Les charges fixes à considérer sont les charges liées au réaménagement hydroélectrique : L’investissement total : 163 702 KAr qui va repartir et engager comme suit : 40 % pour la première année et 60 % pour la deuxième. Ces années sont les deux années de la mise en service des ouvrages. Les frais de personnel et d’entretien de la centrale Les frais fixes pour la réparation et entretien de l’ensemble de l’aménagement et du réseau. Les coûts d’exploitations sont calculés en pourcentage de l’investissement initial : TABLEAU 26:Estimation des coûts d’exploitation, en [KAr] COUT D'EXPLOITATION INVESTISSEMENT TAUX COUT LOT INITIAL ANNUEL ANNUEL GENIE CIVIL 77762 - 10 007 ELECTRO-MECANIQUES 69 461 - 18 290 LIGNE DE TRANSPORT 8000 - 6606 TOTAL COUT D'EXPLOITATION [KAr] 34 902 ______RATIANARINJAKA Jean François 113 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.VIII : Etudes économiques 4.b. Charges variables : Elles comprennent les frais suivants : Les annuités de remboursements o Les impôts, selon la loi fiscale, le taux de ces derniers est de 10% du bénéfice net, pour ce type de projet contribuant au développement, et 30 % quand le bénéfice net est supérieure à 45 %. I.VIII.3.1.5.Analyse de la rentabilité du Projet: L’analyse de la rentabilité est une étude qui permet de juger la valeur économique du projet d’aménagement de microcentrale hydroélectrique d’Ampitanjaza, est ce qu’il est rentable ou non ? De cette étude donc se base les critères de rejet ou de l’exécution du projet. 5.a. La valeur actuelle nette (VAN) : La VAN est la somme de bénéfices nets durant la période considérée. Elle s’exprime par : 10 − n β + VAN = ∑ n (1 i) n= 0 Où ßn : bénéfice net à l’année n ; i : taux d’actualisation. 5.b. Taux de rentabilité interne du Projet (TRI) : On appelle Taux de Rentabilité Interne (T.R.I) d’un projet, le taux pour lequel la valeur actuelle nette (V.A.N) est nulle. D’autre part, le TRI de la réactivation de la microcentrale est le taux d’actualisation pour le quel la valeur actualisée des dépenses totales annuelles est égale à celles des recettes totales annuelles. n D R i − i = ∑ i ∑ i 0 i = 1 (1 + τ ) (1 + τ ) Di : Dépenses annuelles Ri : Recettes annuelles ζ : Taux de rentabilité interne ______RATIANARINJAKA Jean François 114 Promotion 2007 Dépa rtement Hydraulique Chap.VIII : Etudes économiques 5.c. Coût moyen de Kwh : La méthode suivante est proposée pour déterminer le prix du KWh produit : Il faut que les dépenses actualisées à un certain taux inférieur ou égale à 10 % soient égales aux recettes actualisées, elle est aussi à ce taux pendant une période considérée. Le prix du KWh se calcul comme suit : n P ⋅ E n D m n − n = ∑ n ∑ n 0 i = 1 (1 + τ ) i = 1 (1 + τ ) Pm : Prix de vente moyen du KWh, En : Energie vendue en année n, Dn : Dépenses totales de l’année n. Soit alors, le coût moyen du KWH : 210 Ar 5.d. Résultats des calculs économiques : Le taux de rentabilité interne du projet de réhabilitation de la microcentrale hydroélectrique est de TRI = 24,6 % Le prix de vente moyen du KWH pour obtenir un TRI supérieure ou égale à 24.6 % est de 210Ar, le prix du KWh à appliquer dans le sou préfecture d’Ambalavao, pour la zone d’étude. Le temps mis par le projet pour récupérer sa mise de fond initiale est de 4 ans et11 mois après la mise en marche. Le projet paraît être très intéressant donc c’est économiquement faisable. ______RATIANARINJAKA Jean François 115 Promotion 2007 Département Hydraulique Informatisation de calcul INFO R M A T I S A T I O N DE CALCUL SUR LES DI M E N S I O N S DES EQUI P E M E N T S ELECT RO M E C A N I Q U E S Présentation générale La page de base de ce logiciel permet d’accéder à un certain nombre de calculs d’hydraulique, simples et utiles si on s'intéresse aux chutes d'eau et aux moteurs hydrauliques. Organigramme de calculs Ce chapitre permet d’expliciter les différents graphes hiérarchiques ou organigramme, il est ainsi nécessaire de citer brièvement quelques légendes que l’on va utiliser. Début et terminaison Affichage Procédé de calcul Décision Donnée Document Manipulation du logiciel : Dans le barre de Menu : Menus OPTIONS 1_ OPTIONS 2_ OPTIONS 3, on utilise les sous menus des Options 1, 2, ou 3 pour le choix du calcul qu’on veut faire. Pour chaque calcul une petite page d'instructions est affichée ce qui facilite l'utilisation. A chaque page de calcul donc : Il nous sera demandé de fournir des données ce qui nous permettra de lancer le « CALCUL » Menu EVALUATIONS TURBINES CLASSIQUES Le sous menu TURBINES conduit à la page la plus développée : Précalcul d 'une chute Cette page du petit logiciel permet l'évaluation rapide d'une chute et de son équipement. S'il y a plusieurs machines dans la même usine, le débit de chaque machine est à considérer séparément. ______RATIANARINJAKA Jean François 116 Promotion 2007 Département Hydraulique Informatisation de calcul Pour se faire : Indiquer la hauteur de chute en m et le débit en m3/s en modifiant les valeurs par défaut indiquées au lancement. Réglage de la vitesse la vitesse est fixée par défaut à 100 tr/mn. Pour la modifier, faire glisser le curseur de la barre de défilement en cours. Il y a 2 gammes de vitesse et elles varie par valeurs entières : - L'une des barres excursionne de 1 à 500 t/min, - L'autre de 501 à 5000 t/min, Cliquer sur CALCUL 1 si on veut se baser sur la vitesse La puissance théorique est retournée en CV et en KW La puissance réelle est indiquée en CV et en KW également avec un rendement par défaut de 0.85 qui est celui d'une turbine industriellement valable Si le rendement est différent, l'ajuster avec la barre de rendement. Activer la vitesse spécifique (ns) Si on choisit le Ns comme paramètre de base on fait le choix du type de roue La vitesse vraie s'adapte alors en conséquence La vitesse spécifique maximale est de 1100 T/mn mais les paramètres dimensionnels ne sont plus garantis si cette vitesse dépasse 1000 T/mn Les caractéristiques principales de la roue sont indiquées dans les 2 cas. Si on clique alternativement sur CALCUL 1 ET CALCUL 2 sans changer les autres valeurs, on lance un affinement en cascade qui est généralement sans intérêt et finit par tout fausser. Activation du rendement Si on modifie le rendement, seules varient la puissance utile en CV et en KW et le Ns. Cependant à chaque modification manuelle du rendement une fenêtre rouge invite à refaire le calcul, soit à partir de la vitesse réelle n soit à partir de la spécifique. La vitesse spécifique varie avec la puissance utile et les autres paramètres ne varient pas. Le bouton « calcul » permet alors de calculer les paramètres et les résultats s’afficheront automatiquement. ______RATIANARINJAKA Jean François 117 Promotion 2007 Département Hydraulique Informatisation de calcul Figure 13 : Interface de calcul des caractéristiques d’une turbine. ______RATIANARINJAKA Jean François 118 Promotion 2007 Département Hydraulique Prog. Prévisionnel des travaux PROG R A M M E PR E V I S I O N N E L DES ETUDES ET DES TRAVAU X Le planning ci-après présente la durée prévisible des études et celle des travaux à entreprendre pour la réalisation du projet d’aménagement de microcentrale d’Ampitanjaza. Il est établi en supposant que les études, la consultation des entreprises puis les travaux seront réalisés sans interruption. La durée des travaux est estimée à 2 ans, jusqu’à la mise en service de la centrale. Afin de mener à bien ce programme, il est nécessaire d’anticiper la réhabilitation du piste d’accès au site, puis de mener en parallèle les travaux de génie civil sur le barrage, l’usine et les ouvrages d’amenée. ______RATIANARINJAKA Jean François 119 Promotion 2007 Département Hydraulique Prog. Prévisionnel des travaux ______RATIANARINJAKA Jean François 120 Promotion 2007 Département Hydraulique Conclusion Mois 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 1 1 1 16 17 18 1 20 2 22 23 2 1 2 3 4 5 9 1 4 ETUDES ET PREPARATION DU MARCHE Etude avant projet détaillé et préparation des documents d’Appel d’Offres Lancement de l’Appel d’Offres Préparation des Offres Jugement des offres Entrée en vigueur du marché (O.S) GENIE CIVIL Amenée de matériels, Installation de chantier Piste d’accès Ouvrages de génie civil Conduite forcée Etude et amenée des matériels et fournitures Montage Bâtiment de la centrale Essais, réception provisoire EQUIPEMENT DE LA CENTRALE Etude, fabrication, amenée équipement, Montage Mise au point, essai Marche semi-industrielle Réception provisoire LIGNE ELECTRIQUE Etude Commande matériel Exécution fourniture Montage CONCLUSION GENE R A L E Vues les différentes études faites par des chercheurs, et surtout, nous les élèves ingénieurs, on peut dire que notre grande île a une très grande potentialité en énergie hydroélectrique. Mais la plupart de ses sites ne sont pas encore exploités. Leurs coûts d’installation nécessitent un grand financement, mais il faut penser aux avantages énormes que ceux-ci pourraient apporter. Le fait d’exploiter ces ressources contribuera beaucoup dans ______RATIANARINJAKA Jean François 121 Promotion 2007 Département Hydraulique Conclusion le développement du pays tout entier car la population locale en jouisse de ces privilèges et les frais d’exploitation sont relativement bas. Le présent projet d’aménagement de la microcentrale sur le site d’Ampitanjaza engendre divers effets positifs apportés non seulement de l’électricité mais aussi au point de vue agricole, industrielle et sociale. La dotation de l’électricité engendra un développement de chaque individu ménage au niveau d’un groupement et enfin au niveau de la commune, l’utilisation de nouvelle technique et technologie d’exploitation dans le domaine agricole, la relance des petites industries, l’évolution des infrastructures sanitaires ainsi que la sécurité grâce à la lumière. La route menant vers le site sera automatiquement entretenue périodiquement par l’exploitant de la centrale pour un bon fonctionnement de cette dernière. L’écoulement, la transformation des produits locaux n’est plus un problème pour les riverains d’où une hausse remarquable dans l’économie de la zone. Bref, la condition de vie de la population du village de Namoly et ses environs va s’améliorer grâce à la revalorisation de la ressource naturelle par l’aménagement de la microcentrale. Actuellement, la maîtrise de l’eau, l’exploitation des potentiels hydrauliques est l’une des moyens indispensables pour nous ouvrir la voie au développement rapide et durable. La réalisation d’un tel projet fait connaître aux bénéficiaires leurs rôles respectifs sur les diverses infrastructures par une approche participative. Chacun est alors responsable de ses actes et de ses devoirs s’il veut maintenir un changement durable et radical. ______RATIANARINJAKA Jean François 122 Promotion 2007 Département Hydraulique Bibliographie BI B L I O G R A P H I E - LA HOUILLE BLANCHE N 7/8 – Petit, G. (1981). -« Microcentrale hydroéléctriques d’une puissance inferieure à 100 KW ». - A LENCASTRE, A.-« Manuel d’hydraulique générale » - Eyrolles, Paris, France. - ARISTIDE QUILLET – 1973 -«Encyclopédie des sciences Industrielles et Electricité » - Louis DURET – 1976 - « Estimation des débits de crues à Madagascar » - Université de Madagascar, ORSTOM-MRS. - ELECTRICITE DE FRANCE – « Les microcentrales hydroéléctriques. Principe et pratique ». - EDF. Information et communication. Paris, France. - Jean pierre MOUGIN – 1992- « Cours de béton armé B.A.E.L 91 » - Edition Eyrolles Chap B, Chap C, Chap G, Chap K, Chap L. - I.T.B.T.P, C.T.I.C.M – 1996, « Règles de calculs des constructions en acier R.C » - Jean Claude VERBRUGGE, « Construction du génie rural ». - M DUNGLAS - « Cours d’ouvrage d’art ». - M Carlier – 1986 - « Hydraulique générale et appliquée », Edition Eyrolles. - MAUCOR J. P – 1980 – « Les microcentrales hydrauliques » - Paris : Ministère de la coopération, G.R.E.T (dossier technologique et développement). Les méthodes utilisées pour évaluer les services rendus par les centrales hydrauliques. Rapport Français. Genève, Nations Unies - REMIENERAS G -1965 - « Hydrologie de l’ingénieur » Paris - Edition Eyrolles. - Pierre CHAPERON, Joël DANLOUX, Luc FERRY – 1993 - « Fleuves et rivières de Madagascar », ORSTOM. - RAFALIMANANA Mampitony – « Cours de mécanique de fluides » - ESPA. - RAKOTO David – « Cours d’aménagement hydroélectrique » - ESPA. - RANJATOSON Claude_ «Cours d’écoulement en charge - Cours de matériaux de construction»_ESPA - RAMANANTSOA Benjamin – « Cours de barrage et ouvrages d’arts » - ESPA. - RAMANARIVO Solofomampionona « Cours d’hydrologie » - ESPA. - RANDRIANASOLO David – « Cours de mécanique de sol » - ESPA. - RASOLOFONIAINA Jean Donné _ « Cours d’Hydrologie »_ESPA In ternet : -www.maguysama.fr - w ww.stucky . Ch - www. EDF.com ______RATIANARINJAKA Jean François Promotion 2007 Département Hydraulique Bibliographie - www. nbpower. com - www.Pienergies.com ______RATIANARINJAKA Jean François Promotion 2007 ANNE X E S Département Hydraulique Annexes ANNEXE 1:Puissances des lampes et appareils domestiques : Appareil Puissance [W] Ampoule à usage domestique 75 Ampoule à éclairage public 100 Poste Radio 40 Poste téléviseur 400 Réfrigérateur 400 Résistance chauffante 1500 ANNEXE 2:Puissances des installations dans l’industrie agricole : Appareil Puissance [W] Congélateur 300 Décortiqueur 7000 Poste soudure 3000 Broyeur 7000 Source : Encyclopédie (application en électricité et électronique) ANNEXE 3:Débits extrêmes instantanés, en [m3/s], période: 1953-1994 ______RATIANARINJAKA Jean François a Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Min. Max. Année Q (m3/s) Date Q (m3/s) Date 1953 0,262 12/11 703,000 11/02 1954 0,290 29/10 464,000 15/01 1955 0,262 14/11 364,000 13/01 1956 0,353 25/11 680,000 23/03 1957 0,515 25/11 250,000 14/03 1958 0,560 10/01 136,000 23/01 1959 0,353 06/11 289,000 27/03 1960 0,019 12/11 150,000 18/12 1961 0,232 16/10 355,000 18/02 1962 0,182 08/10 201,000 16/12 1963 0,120 24/10 173,000 03/02 1964 0,680 12/01 448,000 15/02 1965 1,050 23/11 759,000 24/01 1966 0,371 11/10 291,000 25/12 1967 0,757 05/10 158,000 16/01 1968 0,467 28/10 280,000 20/02 1969 0,344 03/11 301,000 05/02 1970 0,326 15/10 123,000 20/11 1971 0,235 13/11 352,000 10/01 1972 0,166 30/10 21,100 13/11 1973 0,165 28/09 525,000 12/01 1974 0,358 22/11 754,000 25/12 1975 0,207 04/12 286,000 19/01 1976 0,165 01/12 158,000 24/12 1977 0,133 22/12 560,000 04/02 1978 0,133 03/01 233,000 27/12 1979 0,120 03/12 229,000 08/02 1980 0,120 03/12 546,000 11/01 1981 0,165 31/01 265,000 16/03 1982 0,120 24/09 703,000 23/01 1983 0,120 01/01 229,000 15/12 1984 0,120 31/08 1040,000 23/01 1985 0,120 17/02 887,000 20/02 1986 0,012 06/11 555,000 21/12 1987 0,055 30/05 249,000 31/01 1988 0,120 01/01 136,000 02/02 1989 0,120 06/01 685,000 27/02 1990 0,120 25/05 1090,000 02/01 1991 0,120 01/01 164,000 22,02 1992 0,120 30/11 96,100 21/11 1993 0,133 28/05 440,000 01/01 1994 0,133 05/06 1030,000 04/02 Source : Météorologie Nationale ______RATIANARINJAKA Jean François b Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ANNEXE 4:Débits moyens mensuels et annuels : Année N D J F M A M J J A S O Annuel 1952/53 8,43 9,32 33,5 42,5 48,4 7,86 2,65 3,45 1,66 1,99 2,03 0,938 13,4 1953/54 0,714 7,96 65,3 47,6 30,9 5,32 1,28 1,11 0,624 0,516 0,465 0,700 13,4 1954/55 5,57 12,6 62,6 6,81 5,83 2,48 1,31 1,17 0,879 0,756 0,436 0,391 8,19 1955/56 1,04 11,6 25,6 19,1 22,6 6,80 2,62 2,05 1,74 1,37 1,60 1,35 8,77 1956/57 1,81 12,5 32,3 6,18 19,0 6,31 3,57 2,62 2,18 1,46 1,38 1,21 7,60 1957/58 0,912 21,4 11,4 ------1958/59 - - + + 10,63 3,68 2,56 2,14 1,63 1,06 0,672 - 1959/60 3,96 9,80 11,5 14,5 11,3 3,69 2,23 1,60 1,24 0,805 0,541 0,437 5,11 1960/61 0,514 18,0 45,4 23,3 19,4 5,54 2,36 1,94 1,47 2,11 0,626 0,598 10,1 1961/62 4,42 38,2 10,6 16,3 10,5 3,06 2,29 1,26 0,948 1,31 0,430 1,59 7,49 1962/63 7,18 21,9 47,0 32,8 11,4 2,63 1,32 2,10 1,69 0,761 0,375 0,272 10,7 1963/64 4,92 21,5 25,4 59,0 26,9 4,54 2,38 2,38 2,36 4,15 2,00 1,48 12,9 1964/65 4,89 20,6 58,5 16,2 13,8 7,87 3,16 2,23 6,47 7,07 6,91 6,20 12,9 1965/66 3,79 29,2 12,3 25,0 9,07 6,17 6,01 2,81 2,00 1,93 2,53 1,93 8,45 1966/67 2,61 33,9 39,6 18,1 28,8 11,9 4,08 2,32 1,91 2,08 1,58 3,50 12,6 1967/68 10,0 10,4 11,4 35,0 13,2 5,54 3,18 2,75 2,14 1,51 0,897 0,682 7,99 1968/69 2,09 19,4 31,7 ------1,45 - 1969/70 2,16 10,2 - - - - - 4,04 2,28 1,67 0,642 0,389 - 1970/71 6,82 8,53 30,4 58,1 12,6 4,62 2,15 1,20 0,869 0,446 0,628 0,807 10,3 1971/72 ------1972/73 ------1973/74 24,7 39,9 22,3 37,3 25,4 19,9 10,3 6,61 3,99 1,55 1,01 1,03 16,1 1974/75 4,80 53,0 64,1 57,6 31,8 6,53 3,13 2,03 1,38 1,19 0,780 0,930 18,8 1975/76 7,83 26,5 7,14 16,2 12,5 9,43 2,40 1,19 1,20 1,38 0,620 1,32 7,29 1976/77 1,26 37,6 ------Moyenne 5,02 21,6 32,4 29,5 19,6 6,86 3,16 2,37 1,96 1,78 1,32 1,33 Ecart-type 5,17 12,5 19,4 17,5 10,8 4,05 2,05 1,27 1,30 1,48 1,45 1,32 Max 24,7 55 65,3 59 48,4 19,9 10,3 6,61 6,47 7,07 6,91 6,2 75% 6,82 29,2 46,2 42,5 26,9 7,87 3,57 2,69 2,16 1,96 1,54 1,47 Méd 4,19 20,0 31,1 24,2 16,4 6,17 2,62 2,17 1,72 1,49 0,839 0,938 25% 1,81 10,4 11,9 16,2 11,4 4,52 2,23 1,43 1,22 0,998 0,580 0,635 Min 0,514 7,96 7,14 6,18 5,83 2,48 1,28 1,11 0,624 0,446 0,375 0,272 ______RATIANARINJAKA Jean François c Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Source : Fleuves et rivières de Madagascar ______RATIANARINJAKA Jean François d Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ANNEXE 5:Rappels statistiques : Fonction de répartition : Soit X la variable aléatoire continue à étudier (pluviométrie, débit,…) La fonction de répartition F(x) est la probabilité pour que la variable X soit inférieure ou égale à x, x étant une valeur qui peut être égale à X. F(x) = Prob [X ≤ x] F(x) est aussi appelée fréquence de non-dépassement et qui tend vers 1 quand X tend vers l’infini. Temps de retour : Le temps de retour est donnée par : 1 T = 1− F Variance ou moment centré d’ordre 2 : σ Pour un échantillon de N valeur de Xi : l’écart type est − ∑ ( X i X ) ² σ ² = N − 1 Loi de GAUSS (ou loi Normale) : La loi de GAUSS est utilisée pour l’ajustement des valeurs des pluviométries moyennes mensuelles ou des débits moyens mensuels. On considère comme variable X la pluie P ou le débit Q. Si on prend comme variable la pluie P, la fonction de répartition a pour expression: 2 1 u − F ( P ) = ∫ exp( u )du 2π ∞ 2 . la variable réduite est : Q − Q u = σ Avec : Q : moyenne arithmétique de la série des débits σ : écart- type de la série des débits ______RATIANARINJAKA Jean François e Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ANNEXE 6:Test de validité de la loi normale : On effectue le test de χ2 , la démarche est comme suit : . Calculer le nombre χ2 ( n − ν ) 2 où ni : nombre expérimental χ 2 = ∑ i i ν νi : nombre théorique i . Calculer le nombre m appelé "degré de liberté" associé à la loi Normale : 10 m = k - ℓ - 1 Avec k : nombre de classe ; où k = 1 + log N 3 ℓ : nombre de paramètres mis en jeu dans le calcul : Q etσ , donc ℓ = 2. . Lire sur la table la valeur χ2 de correspondant au seuil choisi (généralement égal à 5%) en tenant compte de la valeur de m. . Comparer la valeur de χ2 calculée avec la valeur lue sur la table. 2 2 . Si χ calculée ≤ χ table la loi est acceptable sinon elle sera rejetée. ANNEXE 7:Ajustement des données hydrométriques : Classement et rangement des débits annuels par ordre décroissant Rang Q Classe 1 2,388 1 2 2,038 Q ≤ 2 3 1,710 4 1,707 5 1,650 2 6 1,617 7 1,580 Q ≤ 1,5 8 1,360 9 1,336 3 10 1,274 Q ≤ 1,1 11 1,079 12 1,059 4 13 1,024 14 1,016 Q ≤ 1 15 0,955 16 0,951 5 17 0,922 18 0,647 ANNEXE 8:Ajustement selon la loi de gauss ou loi normale : u2 1 u − F ( u ) = ∫ e 2 du 2π − ∞ ______RATIANARINJAKA Jean François f Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Q − Q Q − 9.06 Avec u = = σ 1.84 pour P = 2 on a u = 1,45 P = 1,5 u = 0,33 P = 1,1 u = -0,56 P = 1 u = -0,78 En utilisant la table de la loi Normale : − 2 1 o,78 − u u∈ ]- ∞ ;-0,78[ : F ( u) = ∫ e 2 du = 1- 0,7823 = 0,2177 2π − ∞ − 2 1 o,56 − u u ∈ [- 0,78 ;-0,56[ : F ( u) = ∫ e 2 du = 0.7823 – 0,7123 = 0.07 π 2 − 0,78 2 1 o,33 − u u ∈ [- 0,56 ;0,33[ : F ( u) = ∫ e 2 du = 0,6293-1 + 0,7123 = 0,3416 π 2 − 0,56 2 1 1,45 − u u ∈ [ 0,33 ; 1,45 [ : F ( u) = ∫ e 2 du = 0,9265 – O,6293 = 0,2972 π 2 O;33 + ∞ 2 1 − u u ∈ [ 1,45 ; + ∞ [ : F ( u) = ∫ e 2 du = 1-0,9265 = 0,0735 π 2 1,45 Test de χ2 2 N° de classe Borne Nombre F(u) νi = 18F(u) ( − ν ) ni i d’éléments ν ni i 5 ]- ∞ ;-0,78 [ 4 0,2177 3,9186 0,00169 4 [- 0,78 ;-0,56 [ 4 0.07 1,26 2,9584 3 [- 0,56 ; 0,33 [ 3 0,3416 6,1488 1,6125 2 [0,33 ; 1,45[ 5 0,2972 5,3496 0,0228 1 [1,45 ; + ∞ [ 2 0,0735 1,323 0,3464 Somme - 18 - 18 4,9418 χ 2 calculée = 4,94 Degré de liberté : nombre de classe=5; paramètres mis en jeu :Q et σ donc m = 5-2-1=2 χ 2 χ 2 La valeur de correspondante au seuil de 5% est p (2) = 5,99 > calculée , la loi normale est représentative. ______RATIANARINJAKA Jean François g Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ANNEXE 9:Ajustement statistique selon la loi de GUMBEL et FRECHET : Elle est aussi appelée lois doublement exponentiel ou encore loi des valeurs extrêmes. Pour le débit maximal, la loi est définie par la fonction de non dépassement notée F(Q) telle que : GUMBEL : − u F(Q) = e− e La variable u déduite de cette fonction a pour expression : u (F) = -ln [- ln (F)] Selon GUMBEL, les débits maximaux des différentes fréquences sont donnés par : QF = Q0 + aG u (F) Dans la quelle : QF : Débit des différentes fréquences Q0 : variable de position aG : Gradex 1 F : fréquence de non dépassement telle que F = 1 − , T étant la période de retour T FRECHET : Les débits des différentes fréquences est donnés par : log QF =logQ0 +aG u(F) Dans lesquelles : QF : débits des différentes fréquences Q0 : variable de position aG : Gradex 1 F : fréquence de non dépassement telle queF = 1- , T étant la période de retour T Calcul des différents paramètres : Pour ce type de loi, les paramètres d’ajustements se déduisent des paramètres statistiques. ______RATIANARINJAKA Jean François h Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Paramètres GUMBEL FRECHET ∑ Q ∑ logQ Moyenne Q= logQ= N N ∑ (Q - Q)² ∑ (logQ -logQ)² Ecart type σ = σ = N -1 N -1 1 1 Gradex a = =0.780σ a = =0.780σ G α G α Variable de position Q0 =Q -0.45σ (logQ)0 = logQ -0.45σ Résultats de calcul : Les débits maximaux des différentes fréquences calculées à partir de l’échantillon sont : Tableau : débits maximaux de 24 heures, en [mm], des différentes fréquences. T 5 ans 10 ans 20 ans 25 ans 50 ans 100 ans GUMBEL 77,5 98,1 117,8 124,1 143,5 162,6 FRECHET 71,2 112,5 174,4 200,7 308,2 471,6 Principe test de validité des lois par χ² : • Les débits maximums sont classés par ordre décroissant puis divisé en 05 classes comportant n éléments. • La fréquence théorique est donnée par vi = N.[ F(Qi)-F(Qi-1)] N = 18 : taille de l’échantillon F (Q) = exp {-exp [- α(Q-Q0)]} pour la loi de GUMBEL F (Q) = exp {-exp [- α(logQ- logQ0)]} pour la loi de FRECHET ( n -v ) 2 • On calcul χ 2 =∑ i i vi ______RATIANARINJAKA Jean François i Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Test de validité des lois par χ² : GUMBEL FRECHET Q [m3/s] Classe ni F(Q) F(Qi)-F(Qi-1) vi (ni-vi)2/vi F(Q) F(Qi)-F(Qi-1) vi (ni-vi)2/vi 137,42 1 1 131,12 [111; ∞[ 4 129,86 111,83 0,874139921 0,125860079 2,265481419 1,327997961 0,9473 0,13442 3,294 0,3298 88,63 86,36 [70 ;111[ 3 70,6 0,626316353 0,247823568 4,460824218 0,478388587 0,7384 0,1989 3,2918 0,3271 69,97 68,84 [55 ; 70[ 3 55,47 0,477936518 0,148379835 2,670837038 0,040567153 0,5492 0,1732 2,5349 1,5438 33,41 31,39 29,37 [20 ; 55[ 6 28,87 28,87 20,67 0,117677073 0,360259445 6,484670014 0,036224669 0,1212 0,3101 3,3493 0,2318 17,14 [12 ; 20[ 2 12,11 0,065281455 0,052395618 0,943121129 1,184357886 0,0743 0,0983 0,3428 1,1237 χ²calc. 3,067536257 χ²calc. : 3,5562 ______RATIANARINJAKA Jean François j Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes On a χ²GUMBEL = 3,0675 et χ²FRECHET = 3,5562 Pour les deux lois le degré de liberté m = 2 car le nombre de classe = 5 et le nombre des paramètres mis en jeu = 2, (α et Qo) donc m = 5-2-1= 2 La valeur de χ² correspondant au seuil de 2.5% sur la table est χ² TABLE = 7,38 > χ ²GUMBEL, la loi de GUMBEL est représentative. On a choisi la loi de Gumbel comme loi représentative car au niveau de période de retour de cinquante (50) ans, la valeur du débit de crue de celle calculée par la loi de Frechet est trop grande (Valeur calculée par Frechet est de 2 à 3 fois de la valeur calculée par loi de Gumbel) pour ce bassin versant du projet. ANNEXE 10:Apports annuels : Pour notre bassin de référence de 610 Km², la relation hydro pluviométrique à l'échelle annuelle, établie sur treize valeurs de l'échantillon commun 1952-1968 (sauf 1955-56 qui reste hors de la corrélation) est la suivante : H = 59 (P-312) (R2 =0,69 P > .995), ce qui permet d'estimer les apports de 1949-50 à 1951-52 et ceux des années incomplètes (1957-58, 1958-59,1968-69 et 1969-70) 1949-1950 H = 510 mm Q = 9.86 m3/s 1950-1951 H = 340 mm Q = 6.58 m3/s 1951-1952 H = 645 mm Q = 12.4 m3/s 1957-1958 H = 515 mm Q = 9.96 m3/s 1958-1959 H = 920 mm Q = 17.8 m3/s 1968-1969 H = 690 mm Q = 13.3 m3/s 1969-1970 H = 980 mm Ql = 19.0 m3/s Source : Fleuves et rivières de Madagascar ______RATIANARINJAKA Jean François k Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ANNEXE 11: Stabilité du barrage déversoir Hypothèse de calcul ρ = 1000 kg/m3 : masse volumique de l’eau ; ρ 3 b = 2500 kg/m : masse volumique du béton ; Hb = 3,61 m : hauteur du barrage ; HO = 3,02 m : charge en amont sur le déversoir ; b = 2.75 m : largeur de la crête du barrage ; e = 0.30 m : épaisseur du radier ; B = 25 m : largeur du barrage ; Poussée de l’eau = × × = P1 ρ H o H b 10,57 t 1 P = × ρ × H 2 = 4,56 t 2 2 o Poids de l’ouvrage = × × − = Q1 ρ b b (H b e) 22,00 t = × − × − = Q1 ρ b (H b e) (H b e)/4 6,40 t = × × = Q1 ρ b e B 3,53 t Poids de l’eau = × × [ − + ] = Q 4 ρ 0,3 (H b e) H o 1,86 t Stabilité au glissement Q Soit K = × tgϕ G P Avec Q = 33,79 t P = 15,13 t tgϕ = 0,75 ⇒ = ≥ K G 1,68 1 : le barrage est stable au glissement Stabilité au renversement M = S ≥ Soit K R 2 M R ______RATIANARINJAKA Jean François l Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Pour : Type Force Bras de levier Q1 22 3,03 Q2 6,4 1,20 Q3 3,52 2,35 Q4 1,86 4,55 P1 10,57 1,51 P2 4,56 2,01 = ≥ On trouve KR 3,62 2 La stabilité au renversement est assurée. Stabilité élastique : Vérification des contraintes au sol de fondation : = N ± 6M σ max min S B² N = Q = 33791 kg S = B × 1 = 4,7 m2 Mo = 8956,10 kgm = 2 ≤ = 2 σmax 9,62Kg/cm σadm 10Kgf/cm = 2 ≤ = 2 σminx 4,75Kg/cm σadm 10Kgf/cm Vérification de la règle du tiers central : ∑ M e = O N σ = 9,62Kg/cm² = 9620Kg/m² max = Pour M O 8956,10Kgm N = Q = 33791Kg B B On a e = O,27m ; = 0,78m ⇒ e < 6 6 ______RATIANARINJAKA Jean François m Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes La règle du tiers centrale est vérifié or l’ouvrage travaille entièrement en compression. Conclusion : D’après le calcul ci-dessus, les différents critères de stabilité étant bien vérifiée ce qui nous amène déduire que le barrage est stable vis-à-vis des forces qui agissent. ANNEXE 12:Calcul de la section de fer d’ancrage Par sécurité, il est nécessaire de mettre en place des cannes d’ancrage pour augmenter la résistance du barrage. Le barrage est assimilé à une console verticale encastrée dans une fondation soumise à des poussées horizontales et à une charge verticale (flexion composée). Les efforts tranchants T favorisent le glissement. Le calcul se fait par mètre linéaire du barrage. 1 M A = (T + ) σ a Z A : section d’armature (cm2) ; 2 σ a :contrainte admissible = 2800 Kg/cm pour FeE 400 HA. ; T : effort tranchant maximal = P = 15130,20 Kg; Z : 7/8 Hb : bras de levier = 3,06 m ; Hb : hauteur de la section du béton = 3,61 m ; M : moment fléchissant = 8956,10 kgm ; On a A = 6,45 cm2 On utilise des barres d’acier à haute adhérence FeE 400 HA du 4Φ16. Soit A = 8.04cm2. ANNEXE 13:Calcul du ferraillage du radier On suppose que le radier se repose sur deux appuis simples. Réaction aux appuis Somme de moment par rapport au point B = 0 (22 + 6,4)2,17 A × 4,63 − P × 2,17 = 0 ⇒ A = = 13,32 t 4,63 ______RATIANARINJAKA Jean François n Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Avec P = Q1 + Q2 Somme de moment par rapport au point A = 0 (22 + 6,4)2,16 B × 4,63 − P × 2,16 = 0 ⇒ B = = 13,25 t 4,63 Calcul des armatures Cas de fissuration préjudiciable, armé d’acier HA Fe500 : ≤ ⇔ ≤ ⇒ Mser Mrb ( σ bc σ bc ) Section à simple armature ⇔ Si Mser > Mrb Section à double armature. α α M = 1 (1 − 1 )b d²σ rb 2 3 o bc 15σ f α = bc σ = 0,6f ; σ = e et γ = 1,6 Avec : 1 + et bc c28 s s 15σbc σs γs 2 et σ = 0,8Min[ fe;Max(0,3fe,110 ηf )] , soit σ = 200MPa s 3 t28 s d: hauteur du radier b0 : largeur du radier β α La valeurs des K et sont données par l’abaque en connaissant 1 La section est calculée à partir de la formule suivante : M A = [cm2] σ sβ1d On trouve : Sections Valeur de « A » calculé Valeur de « A » à prendre Variante 2 8,97 [cm2] 9,24 [cm2] Soit 6T14 espacés de 14 cm, enrobase e = 4 cm. L’armature longitudinale est de A/3 : - 4T10 espacé de 16 cm ANNEXE 14:Dimensionnement de la prise : La prise est dimensionnée avec le débit Q = 1 m3/s. D’après la formule de l’orifice noyé, la section de l’orifice est calculée à partir de : Q Q = µ × S × 2g∆ h ⇒ S = µ 2g∆ h Avec : Q : débit de la prise = 1 m3/s ; ______RATIANARINJAKA Jean François o Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes S : section de la prise [m2] ; avec S = 0,7m x 0,7m = 0,49 m² μ: coefficient du débit = 0.70 d’après (M. Carlier, Hydraulique générale et appliqués Eyrolle) g = 9.81 m2/s ; ∆ h : la différence de niveau d’eau amont et en aval de l’orifice, on trouve ∆ h = 0,43 m. On obtient avec S = 0,49 m2, la prise se compose d’un seul pertuis avec une hauteur de 0,70 m et une longueur L = 0,70 m. ANNEXE 15:Calcul des pertes de charges dans les différentes conduites Pertes de charges singulières : La perte de charge singulière est obtenue par la formule suivant : V 2 J = k ⋅ , 2 ⋅ g Où V : vitesse nominal de l’eau dans la prise = 3 m/s g : accélération de pesanteur = 9.81m/s2, k : coefficient de perte de charge définie selon les cas dans les abaques A l’entrée de la prise : D’après ces figures k = 0.5 et on a : V 2 J = 0.5 = 0.22 936 m 1 2g A la sortie : k = 0.6 et on a : J2 = 0.27 523 m Dans la vanne : k = 0.2 et J3 =0.09 174 m A l’entrée de la chambre de mise en charge : k = 0.5 etJ4 = 0.06 499 m A l’entrée de la Conduite forcée : k = 0.8 et J5 = 0.10 529 m A la sortie de la Conduite forcée : k = 0.5 et J6 = 0.06 499 m ANNEXE 16:Calibrage du canal d’amenée ______RATIANARINJAKA Jean François p Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Canal revêtu dont les caractéristiques sont les suivantes : Q = 1 m3/s ; I : pente du canal = 2 °/oo ; m: fruit du talus = 1 ; KS : coefficient de Manning Strickler = 80 ; Le débit est calculé à partir de la formule de Manning Strickler ci-dessous : 2 1 = × × 3 × 2 Q K S S R H I Pour un canal trapézoïdale à section économique On note : L : largeur au miroir [m] ; l : largeur au plafond [m] ; h : tirant d’eau [m] ; 1 tgα : pentes du talus = ; m S : surface mouillée (m²) = h( +mh) P : périmètre mouillée (m) = +2h 1 + m² = S RH : rayon hydraulique P Le profil trapézoïdal isocèle de débit maximal est circonscriptible à la demi circonférence dont le diamètre coïncide avec la surface libre. Le rayon est donc égal à la profondeur du canal. Les éléments géométriques de ce profil s’obtiendront en remplaçant la formule précédente par sa valeur déduite soit : = 2(h 1 + m² - mh) Il vient ainsi : S = h²(2 1 + m² -m) P = 2h(2 1 + m² -m) = S = h RH P 2 ______RATIANARINJAKA Jean François q Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes D’après le calcul on obtient : h l L S RH V Q 0,2 0,17 1,09 0,07 0,1 0,77 0,06 0,4 0,33 1,66 0,29 0,2 1,22 0,36 0,45 0,37 1,78 0,37 0,225 1,32 0,49 0,6 0,50 1,90 0,66 0,3 1,60 1,06 On adopte : - tirant d’eau : h = 0,6 m - largeur du fond de canal : l = 0,50 m - largeur superficielle du canal : L = 1,9 m - Largeur au miroir : Lm = 1,7 m - revanche : r = 0.10 m ANNEXE 17:Dimensionnement de la conduite forcée Dia mètre . D’après H. VARLET 4 Le diamètre de la conduite s’exprime par D = K Q avec K = π .V Avec : K : paramètre de H.VARLET. V : vitesse de l’eau dans la conduite [m/s] ; Q : débit de l’eau dans la conduite [m/s] ; D : diamètre de la conduite. La vitesse maximale admise est comprise entre 3 et 8 m/s. Donc, ce diamètre est compris entre les limites D1 et D2 tels que : = D1 0,45 Q correspond à la Vmax. = D 2 0,65 Q correspond à la Vmin. On obtient : Débit [m3/s] D1 [m] D2 [m] 0,58 0,34 0,50 1,13 0,48 0,69 ______RATIANARINJAKA Jean François r Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes On prend D = 0,6 m Ainsi le résultat suivant : K V (m/s) Q (m3/s) D (m) 0,6 3,54 1 0,6 Perte de charge . Perte de charge linéaire λ .L V 2 J = L D 2 g Pour une tôle soudée, la rugosité k = 0.15 VD − R = avec γ = 1,61.10 6 m²/s , γ la viscosité cinématique e γ La valeur de λ est déterminée par le diagramme de Moody On obtient : Débit [m3/s] D [m] Vadmise [m/s] D/K Re λ JL [m] 1 0,6 3,54 4000 1318302 0,015 1,42 . Perte de charge singulière La perte de charge singulière est due à l’entrée de la conduite forcée, c'est-à-dire un rétrécissement brusque. V 2 J = K avec K = 0.5 S 2g On obtient : Débit [m3/s] Vadmise [m/s] JS [m] 1 3,54 0,03 . Perte de charge totale Débit [m3/s] JL JS [m] JT [m] 1 1,42 0,03 1,45 ______RATIANARINJAKA Jean François s Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Epaisseur de la conduite . D’après l’Alliévi, l’épaisseur minimale c = 8 × D ; pour résister au vide à l’intérieur. On a : c = 4,8 mm - D’après la formule de la RDM y P R 0 dθ Proj °/y : P.R × dθ = 2.σ × e × sin 2 dθ dθ Avec dθ très petit, or sin ; 2 2 dθ P.R × dθ = 2σ × e × PR = σ × e 2 σ = PR = PD e 2e σ La contrainte admissible à la compression : a = 2800 bars PD PD σ = ≤ σ σ = ≤ σ 2e a 2e a PD e ≥ 2σ a Dans laquelle : P : pression maximale en service [bars] ; D : diamètre de la conduite forcée =0,6 m ; σ a : contrainte admissible à la compression. . Pression en service PS = Pn + ∆p C × V Avec : Δp = : surpression maximale due au coup de bélier g ______RATIANARINJAKA Jean François t Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes Pn : pression nominale dans la conduite ; Pn = ρgHnPn = 4,23 bars ; Avec Hn = 5,77 m– 1,45m = 4,32m V : vitesse moyenne de l’eau dans la conduite ; c : vitesse de propagation du son. . Vitesse de propagation du son 1 C = ϖ 1 D ( + ) g ε Ee Pour une conduite en acier remplie d’eau, nous avons : E: module d’élasticité du métal de la conduite = 21000 Kg/mm2 = 2.1 1010 kg/m2 ; ε : coefficient de compressibilité de l’eau =20000 Kg/ cm2 = 2 108 Kg/m2; ϖ : poids volumique de l’eau [ Kg/m3] ; g : accélération de pesanteur [m2/s]. . Surpression due au coup de Bélier C × V Δp = g Avec: c = 1400,7 m/s ; V = 6.17 m/s ; g = 9.81 m2/s ; Or, ∆ p = 505,07 m = 49 bars. Enfin, la valeur de la pression en service PS = Pn + ∆p . Résultats D [m] V [m/s] c [m/s] ∆ P PS 0,6 3,54 1400,7 49 53 . Vérification de l’épaisseur de la conduite en tenant compte du coup de Bélier. ______RATIANARINJAKA Jean François u Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes PD En appliquant la formule e ≥ 2σ a σ = Avec a 2800 bars , on a e = 5,6mm mais en plus de sécurité, on prend l’épaisseur de la conduite finale de 1 cm. ______RATIANARINJAKA Jean François v Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ANNEXE 18:Calcul économique Prix du KWh Elle est calculée comme suit : 6,85 × 3075 KWh = = 210,63 Ariary 100 Prix du KWh installée Investissement 63000 Prix du KW installé = = = 1400 US $ KW installé 45 ______RATIANARINJAKA Jean François w Promotion 2007 ANNEXE 19:Profil en long de la chute d’Andrainalika PROFIL EN LONG DU SITE D'ANDRAINALIKA Département Hydraulique Annexes ANNEXE 20:Choix des turbines ANNEXE 21:Diagramme de Moody ______RATIANARINJAKA Jean François y Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ______RATIANARINJAKA Jean François z Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ANNEXE 22:Domaine d’utilisation des turbines (chute nette, débits, puissance) ______RATIANARINJAKA Jean François aa Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ______RATIANARINJAKA Jean François bb Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ______RATIANARINJAKA Jean François cc Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ______RATIANARINJAKA Jean François dd Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ______RATIANARINJAKA Jean François ee Promotion 2007 Département Hydraulique Annexes ______RATIANARINJAKA Jean François ff Promotion 2007 Titre du Mémoire : « PROJET D’AMENAGEMENT DE MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE D’AMPITANJAZA – COMMUNE RURALE DE SENDRISOA ». (A proximité de l’entrée du Parc National d’Andringitra) Auteur : RATIANARINJAKA Jean François Adresse : Lot 139B/ 3603 – Antarandolo – Fianarantsoa I (301) Contacts: +261 32 41 808 82 et/ou +261 33 12 760 82 E-mail : [email protected] et/ou [email protected] Résumé Summury Vu les expériences de nos enseignants dans Considering the experiments of our Teachers le domaine de l’hydraulique, nous pouvons in the Hydraulic World, we can achieve the atteindre le but de la réalisation de ce goal of the realization of this Mémoire présent Mémoire de fin d’Etudes intitulé : present of end of Studies intitulé : PROJET D’AMENAGEMENT DE PROJECT OF INSTALLATION OF MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE D’AMPITANJAZA – COMMUNE RURALE DE OF AMPITANJAZA - RURAL DISTRICT OF SENDRISOA. Dans le cas pratique, on a SENDRISOA. In the practical case, one bien fait les visites sur terrain puis, on a fait made the visits well on ground then, one les différents calculs théoriquement. On est made various calculations theoretically. abouti à estimer les différents cas qui One is led to estimate the various cases peuvent engendrer par la croissance which can generate by the demographic démographique et à l’aménagement qu’on va growth and with installation that one will faire. make. Design Ci mentioned always brings La conception ci- mentionnée amène the major consideration of the improvement toujours la considération profonde de and the insurance of the life of humanity. l’amélioration et l’assurance de la vie de l’humanité. Nombre de pages : 117 Nombre de tableaux : 26 Nombre de figures : 12 Nombre de cartes : 03 Mots clés : Microcentrale, hydroélectrique, hydroturbine, énergie renouvelable. Rédacteur : Monsieur RATINARINJAKA Jean François Encadreur : Monsieur RAKOTO David Rambinintsoa Contacts : + 261 32 41 808 82 et/ou +261 33 12 760 82 E-mail : [email protected] et/ou [email protected]