UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO
Département Hydraulique
Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’ Ingénieur au grade de Master en Hydraulique Intitulé : AMENAGEMENT DE LA MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE DE BEANDRAREZONA
Présenté par : RADONIAINA Andriantsilavina Setra Spydervan Le : 03 juillet 2017 Promotion : 2014 - 2015 MCH de Beandrarezona REMERCIEMENT
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO
Département Hydraulique
Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’ Ingénieur au grade de Master en Hydraulique Intitulé :
AMENAGEMENT DE LA MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE DE BEANDRAREZONA
Présenté par : RADONIAINA Andriantsilavina Setra Spydervan
Le : 03 juillet 2017
Président du jury : Monsieur RAMANARIVO Solofomampionona, Enseignant chercheur à l’ESPA Encadreur Pédagogique : Monsieur RAKOTO David Rambinintsoa, Enseignant chercheur à l’ESPA Encadreur Professionnel : Monsieur RAKOTOVAO Audin Marc, Responsable génie civil du projet rHYviere au Gret Madagascar Examinateurs : Monsieur RANDRIAMAHERISOA Alain, Enseignant chercheur à l’ESPA Monsieur RANDRIANARIVONY Rija Nirina, Coordonnateur du projet rHYviere au Gret Madagascar
Promotion : 2014 - 2015
MCH de Beandrarezona REMERCIEMENT
REMERCIEMENT
Pour l’élaboration du présent travail, je tiens à remercier vivement :
Dieu tout puissant, qui m’a donné la bénédiction, la force, et le courage pour achever mes études et ce présent mémoire de fin d’études ; Monsieur, ANDRIANAHARISON Yvon, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo qui, par son bien vouloir, m’a accordé cinq années d’études afin d’obtenir le diplôme d’ingénieur en Hydraulique ; Monsieur RAMANARIVO Solofomampionona, Chef de département Hydraulique, qui n’a ménagé ni son temps, ni ses peines pour nous diriger pendant toutes ces années au Département et surtout a bien voulu présider ma soutenance de mémoire ; Monsieur RAKOTO David Rambinintsoa, Enseignant chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, qui a accepté de m’encadrer durant l’élaboration de ce mémoire ; Monsieur RANDRIAMAHERISOA Alain, Enseignant Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Monsieur RANDRIANARIVONY Rija Nirina, coordonnateur du projet rHYviere au Gret Madagascar qui ont accepté d’examiner le présent ouvrage malgré leurs occupations ; Monsieur RAKOTOVAO Audin Marc, Responsable du génie civil au sein du projet rHYviere au Gret Madagascar, mon Encadreur Professionnel, pour ses conseils et sa collaboration, qui a bien voulu m’encadrer jusqu’à l’achèvement de ce mémoire ; Tous mes Enseignants pour leur formation et leur instruction durant les années passées jusqu’à ce jour ; Toute ma famille pour leur présence, soutiens moraux, financiers et matériels ; Tous les personnels du Gret et à toutes les personnes qui, de près ou de loin, ont apporté leurs soutiens et qui ont contribué à la réalisation de ce présent mémoire ; Tous mes amis et camarades d’école.
Les mots me manquent pour exprimer ma profonde gratitude envers vous tous, je ne cesse de vous dire : MERCI A VOUS TOUS.
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MCH de Beandrarezona DECLARATION SUR L’HONNEUR
DECLARATION SUR L’HONNEUR
Je, soussigné, RADONIAINA Andriantsilavina Setra Spydervan, auteur de ce mémoire intitulé : « AMENAGEMENT DE LA MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE DE BEANDRAREZONA », 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 ; 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 ………………………… 2017.
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MCH de Beandrarezona LISTE DES ABREVIATIONS
LISTE DES ABREVIATIONS
3D : 3 Dimensions ADEME : Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie ADER : Agence de Développement de l'Electrification Rurale AEPC : Alternative Energy Promotion Centre AES : Association des Entreprises électriques Suisses APS : Avant-Projet Sommaire BAEL : Béton Armé Aux Etat Limites CBS : Concrete Building Structres CEG : Collège d’Enseignement Général CSB : Centre de Santé de Base CTGREF : Centre de Génie Rural Eau et Forêt DCE : Débit Caractéristique d’Etiage EIE : Etude d’Impact Environnemental ELS : Etat Limite de Service ELU : Etat Limite Ultime EPP : Ecole Primaire Public ESHA : European Small Hydropower Association FJKM : Fiangonan'i Jesoa Kristy eto Madagasikara FLM : Fiangonana Loterana Malagasy FNE : Fond National de l’Electricité FTM : Foiben-Taosarintanin'i Madagasikara GIZ : Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GPS : Global Positioning System Gret : Groupe de Recherche et d’Echanges Technologique IRR : Internal Rate Of Return JIRAMA : Jiro sy Rano Malagasy MECIE : Mise en Compatibilité des Investissements avec l'Environnement MNT : Modèle Numérique de Terrain NPE : Nouvelle Politique de l’Energie
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MCH de Beandrarezona LISTE DES ABREVIATIONS
NPHE : Niveau des Plus Hautes Eaux NPV : Net Present Value ONG : Organisation Non Gouvernementale ORE : Office de Régulation de l’Electricité PEHD : PolyÉthylène Haute Densité PHE : Plus Hautes Eaux PMC : Perceptron MultiCouche PND : Plan National de Développement PREE : Programme d’Engagement Environnemental PVC : Polychlorure de vinyle RDM : Résistance Des Matériaux RNA : Réseau de Neurones Artificiels RSA : Robot Structural Analysis Professional TRI : Taux de Rentabilité Interne TVA : Taxe sur la Valeur Ajoutée VAN : Valeur Actuelle Nette VCD : Vidéo CD
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MCH de Beandrarezona LISTE DES FIGURES
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : courbe de charge énergétique actuelle des ménages dans la zone rurale en équivalent watt ...... 15 Figure 2 : courbe de charge énergétique actuelle des ménages dans la zone urbaine en équivalent watt ...... 15 Figure 3 : courbe de charge énergétique actuelle des entreprises dans la zone rurale en équivalent watt ...... 16 Figure 4 : courbe de charge énergétique actuelle des entreprises dans la zone urbaine en équivalent watt ...... 17 Figure 5 : courbe de charge énergétique actuelle des services publics dans la zone rurale en équivalent watt ...... 18 Figure 6 : courbe de charge énergétique actuelle des services publics dans la zone urbaine en équivalent watt ...... 18 Figure 7 : courbe de charge journalière actuelle de la zone rurale ...... 19 Figure 8 : courbe de charge journalière actuelle de la zone urbaine ...... 19 Figure 9 : courbe de charge journalière actuelle de l'ensemble des zones d'intervention du projet ...... 19 Figure 10 : évolution de la demande en énergie des zones à raccorder ...... 21 Figure 11 : courbe hypsométrique du bassin versant du site Ambodiriana ...... 26 Figure 12 : suivi de la variation chronologique de la hauteur d'eau dans la rivière ...... 46 Figure 13 : données pluviométrique N° 01 ...... 46 Figure 14 : données pluviométrique N° 02 ...... 46 Figure 15 : données pluviométrique N° 03 ...... 47 Figure 16 : courbe de tarage de la rivière Beandrarezona au niveau de la station de mesure limnimétrique en 2013 ...... 50 Figure 17 : hydrogramme de la rivière Beandrarezona du 01/12/12 au 31/05/13 ...... 50 Figure 18 : courbe des débits classés de la Beandrarezona (juillet 2013) ...... 51 Figure 19 : courbe des débits classés par la méthode SDR ...... 52 Figure 20 : débits caractéristiques de l'aménagement ...... 57 Figure 21 : variante de shéma d'aménagement du site d'Ambodiriana ...... 61 Figure 22 : indication prodil normal d'un déversoir ...... 67 Figure 23 : profil du barrage d'Ambodiriana obtenu avec la programmation sous le logiciel Excel ...... 68 Figure 24 : actions auxquelles sont soumises le barrage ...... 70 Figure 25 : présentation des points de référence pour l'étude de stabilité du barrage ...... 72 Figure 26 : profil des murs d'ancrage du barrage ...... 80 Figure 27 : profil des murs du dessableur ...... 90 Figure 28 : profil des murs de protection de la chambre de mise en charge ...... 99 Figure 29 : Vue en coupe d’une turbine Crossflow avec ses paramètres principaux ...... 118 Figure 30 : composants d'une turbine Crossflow avec aspirateur ...... 119 Figure 31 : représentation graphique des puissances de l'alternateur ...... 125 Figure 32 : structure du bâtiment de l'usine de production de la centrale d'Ambodiriana ..... 129 Figure 33 : figure représentative des semelles de l'usine de production de la centrale ...... 130
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MCH de Beandrarezona LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : caractéristique climatologique de la zone d'étude ...... 6 Tableau 2 : nombre des clients potentiels du réseau électrique ...... 13 Tableau 3 : appareils types utilisés par les ménages ...... 14 Tableau 4 : appareils types utilisés par les entreprises ...... 16 Tableau 5 : appareils types utilisés par les services publics ...... 17 Tableau 6 : altitudes caractéristiques du bassin versant d'Ambodiriana ...... 27 Tableau 7 : pente moyenne du bassin versant ...... 29 Tableau 8 : temps de concentration du bassin versant ...... 30 Tableau 9 : récapitulatifs des caractéristique du bassin versant d'Ambodiriana ...... 31 Tableau 10 : Répartitions mensuelles des précipitattions à Mandritsara ...... 34 Tableau 11 : Répartitions mensuelles des précipitattions à Ambanja ...... 35 Tableau 12 : Répartitions mensuelles des précipitattions à Beandrarezona ...... 35 Tableau 13 : précipitations annuelles des stations de Mandritsara et d’Ambanja établies par la loi de Goodrich [mm] ...... 35 Tableau 14 : précipitations annuelles sur le bassin versant d’Ambodiriana [mm] ...... 36 Tableau 15 : débit moyens mensuels de Beandrarezona à la station de Beandrarezona ...... 38 Tableau 16 : débits spécifiques de Beandrarezona ...... 39 Tableau 17 : débits moyens mensuels de Beandrarezona au site d'Ambodiriana ...... 39 Tableau 18 : crue les plus importants de la Beandrarezona de la période 1972-76 ...... 40 Tableau 19 : crue de différente période de retour de la Beandrarezona ...... 40 Tableau 20 : débits d'étiages de la Beandrarezona observés à la station de Beandrarezona .... 41 Tableau 21 : débits d'étiages de la Beandrarezona à Ambodiriana ...... 42 Tableau 22 : apports moyens annels des différentes fréquence calculés par la méthode CTGREF ...... 42 Tableau 23 : coefficient de répartition mensuelle d'ALDEGHERI pour le bassin d'Ambodiriana ...... 43 Tableau 24 : coordonnées GPS des matériels de relevé pluvio-limnimétrique ...... 45 Tableau 25 : résultats des jaugeages de la rivière Beandrarezona [source : Programme rHYviere] ...... 49 Tableau 26 : débits caractéristiques d'Ambodiriana ...... 53 Tableau 27 : tableau comparatif des deux variantes d'aménagement proposées ...... 61 Tableau 28 : caractériqtiques du barrage ...... 68 Tableau 29 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du barrage ...... 78 Tableau 30 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du mur d'ancrage ...... 80 Tableau 31 : tableau recapitulatif des caractéristiques de la prise ...... 85 Tableau 32 : tableau récapitulatif des caractéristiques du dessableur ...... 88 Tableau 33 : caractéristiques du déversoir latéral du déssableur ...... 89 Tableau 34 : caractéristique du canal évacuateur de débit du dessableur ...... 89 Tableau 35 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du mur de protection dessableur ...... 91 Tableau 36 : caractéristique de l'ouvrage d'amené ...... 94 Tableau 37 : caractéristiques de la chambre de mise en charge ...... 98 Tableau 38 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du mur de protection de la chambre de mise en charge ...... 99
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MCH de Beandrarezona LISTE DES TABLEAUX
Tableau 39 : dimensions caractéristiques du massif support des coudes des conduites forcée ...... 110 Tableau 40 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du massif support des coudes au niveau des conduites forcées ...... 110 Tableau 41 : dimensions caractéristiques des sellettes d'appuis des conduites forcée ...... 110 Tableau 42 : tableau récapitulatifs des caractéristiques des turbines de la centrale d'Ambodiriana ...... 122 Tableau 43 : tableau recpitulatif des caractéristiques du générateur de la centrale d4ambodiriana ...... 126 Tableau 44 : résultat de dimensionnemnet du portique de manutention de la centrale d'Ambodiriana ...... 127 Tableau 45 : synthèse des caractéristiques des semelles du bâtiment de l'usine de production ...... 130 Tableau 46 : synthèse des caractéristiques des poteaux du bâtiment de l'usine de production ...... 131 Tableau 47 : synthèse des caractéristiques des poutres du bâtiment de l'usine de production ...... 131 Tableau 48 : synthèse des caractéristiques de la dalle du bâtiment de l'usine de production 132 Tableau 49 : résultat de dimensionnemnet des éléments constitutifs de la ferme du bâtiment de l’usine ...... 132 Tableau 50 : valeurs attribuées aux critères d'évaluations des impacts ...... 142 Tableau 51 : tableau d’évaluation des impacts suivants les critères considerées ...... 143 Tableau 52 : synthèse d'évaluation des coûts de construction des ouvrages de génie civil d'Ambodiriana ...... 148 Tableau 53 : synthèse d'évaluation des coûts des équipements électromécaniques de la centrale d'Ambodiriana ...... 149 Tableau 54 : synthèse d'évaluation des coûts de raccordement au réseau de la centrale d'Ambodiriana ...... 149 Tableau 55 : évolution de consommation de l'énergie produite par la centrale ...... 152
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MCH de Beandrarezona LISTE DES CARTES
LISTE DES CARTES
Carte 1: Localisation du district de Bealanana, région Sofia ...... 4 Carte 2: Localisation commune rurale Beandrarezona ...... 4 Carte 3: Localisation du site ...... 5 Carte 4 : carte géologique de Beandrarezona (d'après la carte géologique de feuilles .ST.36 du service géologique d'Ampandrianomby) ...... 8 Carte 5 : hydrographie de la zone d'étude ...... 10 Carte 6 : délimitation bassin versant du site d'Ambodiriana ...... 24 Carte 7: carte de répartition des végétations dans le bassin versant du site d'Ambodiriana ... 32
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MCH de Beandrarezona LISTE DES ANNEXES
LISTE DES ANNEXES
ANNEXE I. DONNEES ET CALCULS SOCIO-ECONOMIQUES DU PROJET ...... I ANNEXE II. CARTES CLIMATOLOGIQUES, HYDROLOGIQUES ET IMAGE GEOLOGIQUE DU SITE ...... X ANNEXE III. DONNEES HYDROLOGIQUE DU SITE ET ELEMENTS CARACTERISTIQUES DU BASSIN VERSANT ...... XII ANNEXE IV. LISTE DES ABAQUES UTILISES ...... XX ANNEXE V. NOTE DE CALCUL DE DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES HYDRAULIQUES ...... XXIV ANNEXE VI. PLAN D’EXECUTION DES ELEMENTS DU BÂTIMENT DE PRODUCTION OBTENU A PARTIR DES DIMENSIONNEMENTS SOUS LE LOGICIEL RSA ...... XXX ANNEXE VII. NOTE DE CALCUL DE DIMENSIONNEMENT DU PORTIQUE AMOVIBLE ...... XLIII ANNEXE VIII. PLAN DES OUVRAGES DE GENIE CIVIL DE L’AMENAGEMENT ...... XLV ANNEXE IX. ELEMENTS DE CALCULS DU METRE ...... LXX ANNEXE X. DETAILS DES CALCULS DANS L’ETUDES ECONOMIQUES DU PROJET ...... LXXXIII
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MCH de Beandrarezona TABLES DES MATIERES
TABLES DES MATIERES
REMERCIEMENT ...... I DECLARATION SUR L’HONNEUR ...... II LISTE DES ABREVIATIONS ...... III LISTE DES FIGURES ...... V LISTE DES TABLEAUX ...... VI LISTE DES CARTES ...... VIII LISTE DES ANNEXES ...... IX TABLES DES MATIERES ...... X RESUME ...... XIV ABSTRACT ...... XIV INTRODUCTION ...... 1 PARTIE I. PRESENTATION DU PROJET ET DU SITE ...... 2
CHAPITRE I. PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE ...... 2 I.1. MISE EN CONTEXTE DU PROJET ...... 2 I.1.i. Le projet rHYviere II ...... 2 I.1.ii. Le projet d’aménagement hydroélectrique d’Ambodiriana ...... 2 I.2. SITUATION GEOGRAPHIQUE ET ADMINISTRATIVE ...... 3 I.3. ACCES AU SITE ...... 6 I.4. CLIMATOLOGIE ...... 6 I.4.i. Température ...... 6 I.4.ii. Pluviométrie et évapotranspiration ...... 6 I.5. CARACTERISTIQUE GEOLOGIQUE DU SITE ...... 7 I.5.i. Etude géomorphologique et géologique ...... 7 I.5.ii. Etude pédologique ...... 8 I.5.iii. Etude des carrières et zones d’emprunts ...... 9 I.6. HYDROGRAPHIE ...... 9 CHAPITRE II. ETUDE SOCIO-ECONOMIQUES ET BESOIN EN ENERGIE ...... 11 II.1. GENERALITES ...... 11 II.2. LA POPULATION ET LES GROUPES CIBLES ...... 11 II.2.i. Démographie ...... 11 II.2.ii. Principale activité de la population ...... 12 II.3. PRESENTATION ET APPLICATION DE LA METHODOLOGIE D’EVALUATION D’ENERGIE ...... 12 II.3.i. Généralité de la méthodologie ...... 12 II.3.ii. Types et nombre de clients potentiels ...... 12 II.3.iii. Présentation de l’échantillon ...... 13 II.3.iv. Présentation et analyse des différents clients potentiels ...... 13 II.3.v. Synthèse des résultats d’étude des charges ...... 18 II.3.vi. Perspective d’évolution de la demande d’énergie ...... 20 II.3.vii. Interprétation et conclusion ...... 21
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MCH de Beandrarezona TABLES DES MATIERES
PARTIE II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET ...... 23
CHAPITRE III. ETUDE HYDROLOGIQUE ET HYDRAULIQUE ...... 23 III.1. CARACTERISTIQUES ET DONNEES DU BASSIN VERSANT ...... 23 III.1.i. Présentation général du bassin ...... 23 III.1.ii. Caractéristiques physiques d’un bassin versant : ...... 24 III.1.iii. Elément de calcul ...... 27 III.1.iv. Récapitulatifs des éléments caractéristiques du bassin versant d’Ambodiriana ...... 31 III.1.v. Couverture végétale ...... 31 III.2. ETUDE PLUVIOMETRIQUE DE LA REGION ...... 33 III.2.i. Pluviométrie moyenne interannuelle ...... 33 III.2.ii. Précipitations annuelles ...... 35 III.3. ETUDE ET ESTIMATION DES DEBITS ...... 36 III.3.i. Estimation des débits moyens ...... 37 III.3.ii. Estimation des débits de crue et d’étiage ...... 39 III.3.iii. Estimation des débits classés ...... 44 III.4. ETUDE DES BESOINS EN EAU DU COMPLEXE HYDRAULIQUE DE LA REGION .... 53 III.4.i. Débit caractéristiques de la rivière ...... 53 III.4.ii. Besoin en eau pour usage agricole ...... 53 III.4.iii. Débit réservé ...... 53 III.4.iv. Besoin en eau de la microcentrale ...... 54 III.4.v. Synthèse des résultats ...... 56 CHAPITRE IV. DONNEES DE BASE ET ETUDE DE GENIE CIVIL DE L’AMENAGEMENT ...... 58 IV.1. VARIANTE ET SCHEMA D’AMENAGEMENT PROPOSE ...... 58 IV.1.i. Type de l’usine ...... 58 IV.1.ii. Schéma d’aménagement proposé ...... 59 IV.1.iii. Variante de l’aménagement ...... 60 IV.2. ETUDE TOPOGRAPHIQUE ...... 60 IV.2.i. Données topographiques du site ...... 60 IV.2.ii. Analyse topographique ...... 61 IV.3. DESCRIPTION ET ETUDE TECHNIQUE DES OUVRAGES DE GENIE CIVIL ...... 62 IV.3.i. Généralités ...... 62 IV.3.ii. Le barrage (ouvrage de dérivation) ...... 62 IV.3.iii. Ouvrage de prise ...... 81 IV.3.iv. Bassin de décantation ou dessableur ...... 85 IV.3.v. L’ouvrage d’amenée ...... 91 I.1.i. L’ouvrage de raccordement ...... 94 I.1.ii. La conduite forcée ...... 100 I.1.iii. Le canal de fuite ou canal de restitution ...... 111 I.1.iv. Perte de charge de l’aménagement ...... 111 CHAPITRE V. ETUDE ET EVALUATION DE LA PUISSANCE DE LA CENTRALE ... 112 V.1. HAUTEUR DE CHUTE ...... 112 V.1.i. Chute brute ...... 112 V.1.ii. Chute nette ...... 112 V.2. LES PUISSANCES ...... 113 V.2.i. Puissance hydraulique nette ...... 113 V.2.ii. Puissance mécanique ...... 113 V.2.iii. Puissance électrique ...... 114 V.2.iv. Puissance électrique nette ...... 114 V.3. ENERGIE ELECTRIQUE PRODUCTIBLE ANNUELLE ...... 115
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CHAPITRE VI. EQUIPEMENT ELECTROMECANIQUE ...... 116 VI.1. LES TURBINES ...... 116 VI.1.i. Types et configurations des turbines ...... 116 VI.1.ii. Turbine de la centrale d’Ambodiriana ...... 118 VI.2. GENERATEUR ...... 123 VI.2.i. Généralités ...... 123 VI.2.ii. Type de générateur ...... 123 VI.2.iii. Composition d’un alternateur ...... 123 VI.2.iv. Caractéristique principales de l’alternateur ...... 124 VI.2.v. Synthèse et récapitulatifs des caractéristiques du générateur ...... 126 VI.1. MULTIPLICATEUR DE VITESSE ...... 126 VI.1.i. Généralités ...... 126 VI.1.ii. Multiplicateur pour la centrale d’Ambodiriana ...... 126 VI.2. VANNE DE GARDE AMONT ...... 126 VI.3. AUXILIAIRE ...... 127 VI.3.i. Portique de manutention ...... 127 VI.3.ii. Autres appareils auxiliaires ...... 127 CHAPITRE VII. L’USINE ET LE BÂTIMENT D’EXPLOITATION ...... 128 VII.1. USINE DE PRODUCTION ...... 128 VII.1.i. Conception et disposition général du bâtiment ...... 128 VII.1.ii. Dimensionnement des éléments du bâtiment de l’usine ...... 128 VII.1.iii. Conclusion et interprétation des résultats de dimensionnement ...... 133 VII.2. BÂTIMENT D’EXPLOITATION ...... 133 CHAPITRE VIII. ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL ...... 134 VIII.1. GENERALITES ...... 134 VIII.1.i. Contexte réglementaire ...... 134 VIII.1.ii. Notion général et conduite de l’étude...... 134 VIII.2. MISE EN CONTEXTE ET DESCRIPTION DU PROJET ...... 135 VIII.3. DESCRIPTION DU MILIEU RECEPTEUR ...... 136 VIII.3.i. Milieu physique ...... 136 VIII.3.ii. Milieu biologique ...... 136 VIII.3.iii. Milieu humain ...... 137 VIII.4. ANALYSE ET EVALUATION DES IMPACTS DU PROJET ...... 137 VIII.4.i. Analyse des impacts du projet ...... 137 VIII.4.ii. Etude des impacts ...... 140 VIII.4.iii. Evaluation des impacts ...... 142 VIII.5. ETUDE COMPARATIVES DES IMPACTS ...... 143 VIII.6. MESURE D’ATTENUATION ...... 144 VIII.6.i. Mesures réductrices ou compensatoires sur le milieu physique ...... 144 VIII.6.ii. Mesures réductrices ou compensatoires sur le milieu naturel ...... 145 VIII.6.iii. Mesures réductrices ou compensatoires relatives au milieu humain ...... 145 VIII.7. PLAN DE GESTION ENVIRONNEMENTAL ...... 146 VIII.7.i. Le programme de surveillance ...... 146 VIII.7.ii. Le programme de suivi ...... 146 VIII.8. SYNTHESE ET CONCUSION DES RESULTATS D’ETUDE ENVIRONNEMENTALE 146 PARTIE III. ETUDE ECONOMIQUE DU PROJET ...... 147
CHAPITRE IX. EVALUATION FINCANCIERE ...... 147 IX.1. COEFFICIENT DE MAJORATION DES DEBOURSES ...... 147 IX.2. CALCUL DU COÛT D’INVESTISSEMENT ...... 147
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MCH de Beandrarezona TABLES DES MATIERES
IX.2.i. Génie civil ...... 147 IX.2.ii. Matériels électromécanique ...... 148 IX.2.iii. Postes de transformation et raccordement ...... 149 IX.2.iv. Divers ...... 149 IX.2.v. Synthèse des résultats ...... 149 CHAPITRE X. ETUDE DE RENTABILITE DU PROJET ...... 151 X.1. OBJECTIF ...... 151 X.2. GENERALITES ...... 151 X.3. ETUDE ECONOMIQUE ...... 151 X.3.i. Investissements initiaux ...... 152 X.3.i. Le cash-flow ...... 152 X.3.ii. ParamètreS de viabilité...... 155 X.3.iii. Synthèse et conclusion de l’étude économique ...... 156 CONCLUSION GENERALE ...... 157 PROGRAMME PREVISIONNEL DES ETUDES ET DES TRAVAUX ...... 158 INFORMATISATION DES CALCULS ...... 159 BIBLIOGRAPHIE GENERALE ...... 162 ANNEXES ...... 165
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MCH de Beandrarezona RESUME
RESUME
E présent document constitue l’étude de faisabilité du projet d’aménagement hydroélectrique du site Ambodiriana dans la commune rurale Beandrarezona, L région Sofia. Le but du projet étant de fournir un apport d’énergie à la production de la centrale d’Andriamanjavona pour les quatre communes aux alentours.
L’aménagement offre une puissance de 356 kW avec un investissement total de 2 045 585 229 Ar. L’aménagement, de type au fil de l’eau avec un débit d’équipement de 2 m3/s est composé, sur la rive droite de la rivière Beandrarezona, par un barrage de 2 m de hauteur, d’un bassin de décantation de longueur 24 m, d’un ouvrage d’amené de longueur 360 m, d’une chambre de mise en charge de volume utile 42,81 m3, de deux conduites forcées de diamètre 0,6 m et de deux turbines Crossflow.
En général, c’est un aménagement assez classique avec un accès facile alors qu’il a comme paramètre de rentabilité une VAN de 2 331 304 125 Ar et un TRI de 17,14 % sous une tarification initiale de 450 Ar/kWh.
ABSTRACT
This document constitutes the feasibility study of the hydroelectric development project of the Ambodiriana site in the Beandrarezona rural commune, Sofia region. The aim of the project is to provide additional energy to the production of the Andriamanjavona plant for the four vicinity communes.
The development offers a power of 356 kW with 2,045,585,229 Ar as total investment. On the right bank of the Beandrarezona River, the water-type installation with a flow rate of 2 m3/s is composed of: a dam 2 m high, a settling basin with a length of 24 m, a supply structure of length 360 m, a forebay tank with a useful volume 42.81 m3, two penstock pipe with a diameter of 0.6 m and two Crossflow turbines.
In general, it is a fairly standard arrangement with easy access, whereas it has as a profitability parameter a NPV of 2,331,304,125 Ar and an IRR of 17.14 % under an initial pricing of 450 Ar/kWh.
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MCH de Beandrarezona INTRODUCTION
INTRODUCTION
CTUELLEMENT face au changement et au réchauffement climatique, les projets d’alimentations en énergie à travers le monde ont tendances à s’orienter vers les A exploitations des énergies renouvelables. Dans ce sujet, Madagascar possède une grande potentielle de production en terme d’hydroélectricité. Selon les études menées par le GIZ1 en 2016, Madagascar possède 7 800 MW d’énergie hydraulique exploitable dont seulement 2,2 % sont déjà exploités. Face à ce potentiel non exploité, la politique de l’Etat, par « La Nouvelle Politique de l’Energie (NPE) » qui s’inscrit dans le cadre du Plan National de Développement (PND) 2015-2019, décide de se lancer et de s’investir un peu plus dans la filière hydroélectricité. La NPE a comme objectif qu’en 2030, 70 % des ménages auront un accès durable à l’électricité contre seulement 4 % à l’état actuel. Il estime que la production d’électricité proviendra à 75 % de l’hydroélectricité, 5 % de l’éolien, et 5 % du solaire, soit 85% de sources d’énergie propres par énergie renouvelable, le restant, 15 %, étant du thermique en complément, à cet horizon (Ministère de l'Energie et des Hydrocarbures, 2015).
L’électrification est l’une des piliers majeurs pour le développement d’un pays en apportant une grande part dans l’économie. Par exploitation de plusieurs site hydroélectrique, on peut avoir des électricités à bon prix qui permet ainsi, de l’évolution industrielle, de la création des nouvelles entreprises (menuisiers, rizeries, …), et de la mécanisation des différentes tâches, … Elle a aussi des impacts directs ou indirects dans la vie des usagers en assurant par exemple la sécurité, favorise l’accès à l’eau par pompage ou facilité de mode vie quotidienne, etc…
Il est donc intéressant de s’aventurer dans cette étude qui se porte sur les avantages de l’exploitation de l’énergie renouvelable notamment de l’énergie hydroélectrique. Ce présent ouvrage s’intitule :
« AMENAGEMENT DE LA MICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE DE BEANDRAREZONA ».
Pour bien mener cette étude, on va aborder le plan suivant :
La première partie constitue la présentation du projet et du site ; La deuxième partie sera consacrée à l’ingénierie et étude technique du projet ; Et on termine par l’étude économique et financière du projet.
1 GIZ : Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 1
Partie I. PRESENTATION DU PROJET ET DU SITE
MCH de Beandrarezona Partie I. PRESENTATION DU PROJET ET DU SITE
Chapitre I. PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
I.1. MISE EN CONTEXTE DU PROJET I.1.I. LE PROJET RHYVIERE II E Gret, une ONG internationale de développement solidaire, de droit français œuvrant dans 28 pays dans tous les continents intervient à Madagascar depuis 40 L ans. Il mène des différents projets dans des palettes de thématique différentes à savoir pour Madagascar, l’eau potable & l’assainissement et les déchets, la gestion des ressources naturelles et énergie, la santé et les villes pour tous et décentralisation. Le projet rHYviere se consacre dans le développement des projets d’hydro électrification rurale, le projet rHYviere I (commencé en 2008) a pu fournir des bénéfices pour 2 500 ménages en électricité dans 3 zones rurales. Grâce à cette réussite, le projet rHYviere II en est la suite. Ce dernier est financé en majorité par l’Union Européenne. La création de microcentrales hydroélectriques concerne trois régions de Madagascar : la falaise en zone tanala (Tolongoina), où un dispositif pilote pour renforcer la durabilité est déjà en place et en phase de suivi, et la zone côtière (Foulpointe, Sahasinaka). La nouvelle phase concerne les Hautes terres centrales en pays betsileo (2 bassins), et la région Sofia (2 bassins) au Nord. Le programme rHYviere II est lancé depuis le début de l’année 2015, il s’étend sur 4 ans. La construction des microcentrales se feraient au cours de la deuxième et la troisième année.
Mon étude se concentre sur les interventions dans le Nord de Madagascar dans la région Sofia, dans le District de Bealanana. Deux sites hydroélectriques sont étudiés dans les deux communes qui sont communes d’Ambatosia et de Beandrarezona. Dans la première, le barrage hydro-électrique potentiel se situerait sur la cascade de la rivière Nanilezana qui s’appelle Andriamanjavona pouvant fournir une puissance d’1,5 MW. Et le second serait sur la cascade de la Beandrarezona que l’on appelle Ambodiriana pouvant fournir une puissance de 356 KW.
I.1.II. LE PROJET D’AMENAGEMENT HYDROELECTRIQUE D’AMBODIRIANA Le projet consiste à aménager le site hydroélectrique d’Ambodiriana dans la Commune Rurale de Beandrarezona, District de Bealanana, Région Sofia.
L’objectif principal du projet est de servir comme appoint d’énergie à la production d’électricité par la future centrale d’Andriamanjavona pour alimenter les trois chefs-lieux des communes rurales d’Ambatosia, Ambodiampana et de Beandrarezona ainsi qu’une injection
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MCH de Beandrarezona Partie I. PRESENTATION DU PROJET ET DU SITE aux réseaux de la JIRAMA dans la ville de Bealanana (chef-lieu de District) afin de réduire la consommation en énergie thermique dans cette ville.
I.2. SITUATION GEOGRAPHIQUE ET ADMINISTRATIVE Le site d’Ambodiriana est situé sur la rivière Beandrarezona dans la commune rurale de Beandrarezona. Ce dernier se trouve dans la partie Nord-Ouest de Madagascar entre les latitudes et longitudes successives :
S : 14°22’ et 14°39’
E : 48°19’ et 48°47’
Administrativement, la commune rurale de Beandrarezona appartient au District de Bealanana dans la Région Sofia. Le District de Bealanana est limité au Nord par le District d’Ambanja et Ambilobe, au Sud par Befandriana Avaratra et Antsohihy, à l’Est par Andapa et à l’Ouest par Analalava.
D’une superficie de 676,7 km², la commune rurale de Beandrarezona est composée de douze (12) Fokontany.
Les cartes suivantes présentent les localisations administratives de notre site.
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Carte 2: Localisation commune rurale Beandrarezona
Carte 1: Localisation du district de Bealanana, région Sofia
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Carte 3: Localisation du site
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I.3. ACCES AU SITE Le chef-lieu de la commune de Beandrarezona se trouve à 14,4 km de Bealanana et relié à ce dernier par une piste intercommunale praticable en toutes saisons. Et le site du projet, situé au Nord-Ouest du chef-lieu de la commune, est accessible en empruntant une piste en terre d’une longueur de 2,0 km qui est pourtant inaccessible en période de pluie.
I.4. CLIMATOLOGIE Comme toutes les villes de haute terre malgache, Bealanana a le même climat que ces régions correspondant au climat tempéré chaud. Un mouvement général descendant de l’air après franchissement de la chaîne montagneuse et formation d’une dépression sous le vent. L’air ayant abandonné une partie de son humidité sur les versants au vent et subissant un effet de subsidence est donc asséché et on observe sur ces régions une pluviosité faible et des températures assez élevées (effet de Foëhn2). La saison est bien marquée par la séparation des deux saisons chaudes pluvieuses et froides sèches. Le profil géographique influençant les condition climatique de la zone est présenté en Annexe II . B
I.4.I. TEMPERATURE Bealanana affiche une température moyenne mensuelle variant de 12 à 23 °C et une température moyenne interannuelle de 20,2 °C (CHAPERON Pierre et all, Mars 1993).
I.4.II. PLUVIOMETRIE ET EVAPOTRANSPIRATION La précipitation, l’évaporation et l’humidité relative de Bealanana sont représentés dans le tableau suivant (CHAPERON Pierre et all, Mars 1993) :
Tableau 1 : caractéristique climatologique de la zone d'étude
Précipitation Evaporation Evapotranspir Humidité moyenne Désignations PICHE ation relative interannuelle [mm] [mm] [%] [mm] Valeurs 1 212 803 704 73
2 Phénomène qui s'observe généralement lorsqu’un écoulement régulier et laminaire d’un fluide rencontre un obstacle provoquant une survitesse juste en amont de l’obstacle suivi d’une forte turbulence en aval de l’obstacle après une zone restreinte d’accalmée Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 6
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I.5. CARACTERISTIQUE GEOLOGIQUE DU SITE I.5.I. ETUDE GEOMORPHOLOGIQUE ET GEOLOGIQUE
I.5.i.a.Relief La zone étudiée se situe dans la zone des hauts plateaux du Nord. Son relief est constitué par la plaine, le relief volcanique, les collines granitiques et les plateaux. La plaine se localise à Beandrarezona et à Bealanana avec une altitude de 1 819 m. Cette plaine est formée par les dépôts argilo-sableux, les sols hydromorphes et les dépôts riverains. Les manifestations volcaniques confèrent à la zone étudiée, surtout aux environs de Bealanana, Beandrarezona et ce site, une topographie assez particulière : cônes de cratères conservés, cheires chaotiques à coulées et projections volcaniques. La formation granitique forme des collines rocheuses et se trouve sur une partie de Bealanana. Tectoniquement, le granite porphyroïde apparaît dans des cuvettes synclinales. Un complexe sol ferrugineux forme les plateaux de Bealanana.
I.5.i.b.Formation géologique Etude géologique par cartographie
La zone étudiée se situe dans le district de Bealanana. Les formations géologiques rencontrées sont formées par les formations récentes (alluvions, argiles latéritiques et les roches volcaniques) et les socles cristallins malgaches.
Notre site est situé sur des roches métamorphiques (gneiss et migmatites à biotites) qui sont en général des roches dures et assez idéale pour des constructions après quelques traitements.
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Carte 4 : carte géologique de Beandrarezona (d'après la carte géologique de feuilles .ST.36 du service géologique d'Ampandrianomby)
Etude et aperçu géologique sur terrain
Le site est à 1,6 km en amont de Beandrarezona, sur la rivière de même nom. Le site d’implantation du barrage se situe à l’étranglement granitique dans la vallée évasée et digitée, et sur le seuil rocheux naturel. Ce seuil rocheux naturel est constitué par des gneiss et migmatites à biotite.
Le barrage sera construit sur une fondation rocheuse d’assise assez stable. Ces roches sont saines, dures à structure grenue et à texture massive, mais fissurées et assez débitées. Les berges sont constituées par les affleurements rocheux stables. La zone d’ancrage est constituée par des gneiss. On observe à proximité des bancs granitiques interstratifiés. Au droit du barrage sur la rive gauche, la roche est à nue, tandis que sur l’autre rive, elle est altérée sur une épaisseur non déterminée. En géotechnique, ces roches désignent les sols rocheux ou sols dures. Des photos du site d’implantation du barrage sont présentés en Annexe II . C
I.5.II. ETUDE PEDOLOGIQUE La pédologie de la zone est constituée des argiles latéritiques. Ces argiles se sont formés aux dépens des différentes roches : volcaniques, granitiques et métamorphiques pour constituer
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MCH de Beandrarezona Partie I. PRESENTATION DU PROJET ET DU SITE des sols de recouvrement superficiel. Ces sols sont le plus souvent jaunes ou rouges (granites et schistes cristallins), brun-rouge (basalte et pyroxénolite), gris (cendres volcaniques et trachytes). Leur épaisseur peut atteindre plusieurs dizaines de mètres en terrain découvert. Le recouvrement d’argile latéritique est plus important sur les roches basiques et volcaniques que sur les roches acides.
I.5.III. ETUDE DES CARRIERES ET ZONES D’EMPRUNTS La carrière du site d’aménagement hydroélectrique de Beandrarezona se trouve sur la chute d’Ambodiriana. Elle se localise à 1,6 km au Nord de village de Beandrarezona. Les roches migmatitiques et gneissiques constituent l’essentiel des matériaux de construction qui pourront être mis en œuvre pour les ouvrages de génie civil de ce site. Ces roches sont dures et de bonnes qualités pour la mise en œuvre des ouvrages de génie civil. Les matériaux de constructions de cette carrière sont suffisants pour couvrir les besoins tant en sable qu’en moellons.
I.6. HYDROGRAPHIE La BEANDRAREZONA est un des principaux affluents de I’ANTSAMAKA, affluent principal de la MAEVARANO. La station de suivi existante de BEANDRAREZONA (14°29’ S – 48°41’ E), située à l’entrée du marais d’ANKOTROBAKA, contrôle un bassin versant d’une superficie de 190 km².
Notre site du barrage se situe à 1,6 km en amont de la station hydrométrique. La carte suivante présente les réseaux hydrographiques de la zone d’étude.
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Carte 5 : hydrographie de la zone d'étude
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Chapitre II. ETUDE SOCIO-ECONOMIQUES ET BESOIN EN ENERGIE
II.1. GENERALITES Rappelons que la production d’énergie envisagée, sur notre site, servira comme appoint pour la production de la future centrale hydroélectrique d’Andriamanjavona qui a pour but d’alimentation électrique des trois chefs-lieux des communes rurales d’Ambatosia, d’Ambodiampana de Beandrarezona et un Fokontany dans la commune de Bealanana ainsi que pour une injection au réseau électrique de la JIRAMA pour la ville de Bealanana. De ce faite, il est nécessaire de procéder à des analyses socio-économiques des zones concernées.
Le but final d’une telle partie d’étude est de pouvoir évaluer les demandes en électricité des zones à desservir. Pour en faire, nous allons présenter les études de la façon suivante :
La population et les groupes cibles ; Présentation et application de la méthodologie d’évaluation d’énergie ; Estimation de la consommation d’énergie.
II.2. LA POPULATION ET LES GROUPES CIBLES II.2.I. DEMOGRAPHIE Les communes rurales d’Ambatosia, d’Ambodiampana de Beandrarezona et la commune urbaine de Bealanana sont les principales bénéficiaires du projet. Pour tout l’ensemble de ces communes, le nombre de population total compte désormais 35 388 habitants3 dont 21 525 habitants dans la zone rurale et 13 863 habitants dans la Ville de Bealanana (signalons que les habitants dans le Fokontany d’Anandrobato commune urbaine de Bealanana sont comptés dans les zones rurales en raison de sa distance par rapport au chef-lieu de la commune et son non connexion au réseau existant de la JIRAMA). La répartition de ces habitants dans les différentes communes cibles est présentée en Annexe I . B
Le taux d’accroissement démographique dans l’ensemble du pays s’élève à 2,68 %4.
3 Données de dénombrement faites par l’équipe du projet rHYviere en 2015 4 Source : INSTAT, 2014 Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 11
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II.2.II. PRINCIPALE ACTIVITE DE LA POPULATION Comme les communes bénéficiaires sont composées des 3 communes rurales et une commune urbaine, les principales activités y présentent sont l’agriculture et l’élevage, l’artisanat et le commerce.
Les zones rurales d’intervention du projet sont des zones à forte potentielle agricole vue les caractéristiques du milieu. Le riz, l’arachide, le maïs, l’oignon, l’ail sont des productions importantes. Certains travaux d’artisanats et commerciaux sont aussi rencontrés dans les lieux. L’arrivé de l’électricité va développer certainement des activités de transformation des produits locaux dans la zone.
Remarquons que les activités des bénéficiaires sont un des facteurs importants à tenir en compte pour l’évaluation de leurs besoins, il est alors important de les étudier. Les effectifs selon les types d’activités de la population sont donnés dans la parie segmentation du paragraphe (Partie I.II.3.iv).
II.3. PRESENTATION ET APPLICATION DE LA METHODOLOGIE D’EVALUATION D’ENERGIE II.3.I. GENERALITE DE LA METHODOLOGIE La méthodologie s’agit de prendre un échantillon de clients potentiels et de leurs poser des différentes questions pour pouvoir évaluer les demandes en électricité des populations. Les questions concernent généralement les sources d’énergie utilisées par les populations, les appareils que les locaux utilisent ainsi que leurs heures d’utilisations et les initiatives des gens pour une électrification de leurs foyers.
II.3.II. TYPES ET NOMBRE DE CLIENTS POTENTIELS
II.3.ii.a.Les différents types de clients Au regard de l’électricité, il est important de différencier les ménages, qui ont principalement des besoins liés au confort, les entreprises qui ont des besoins liés à leurs activités économiques et les services publics qui ont également des besoins liés à leurs activités. Suivant ces différents usagers, les besoins en électricité varient en quantité et en temps (horaire et fréquence). C’est donc en séparant ménages, entreprises et services publics qu’on a analysé la demande des localités.
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II.3.ii.b.Nombre de clients La consultation des bases de données de recensement (en 2015) effectué par le programme rHYviere affiche le nombre de client potentiel du réseau résumé dans le tableau suivant :
Tableau 2 : nombre des clients potentiels du réseau électrique
Communes Beandrarezona Ambodiampana Ambatosia Bealanana Totaux Ménages 950 1 414 1 724 3 691 7 779 Entreprises 31 54 63 325 473 Bâtiments public 16 31 32 70 149 Totaux 997 1 499 1 819 4 086 8 401
II.3.III. PRESENTATION DE L’ECHANTILLON Dans nos communes cibles, les échantillons pris pour chaque type de clients potentiels sont :
Pour les zones rurales (les communes rurales) 9 % des ménages recensés, 53 % des entreprises réellement en activité et 46 % des services publics ; Pour les zones urbaines (Bealanana) 10 % des ménages recensés, 41 % des entreprises réellement en activité et 21 % des services publics.
Ces échantillons sont considérés comme représentatifs de l’ensemble de la population. Ce sont à eux que nous avons posé les différentes questions pour l’approche sociale des locaux.
II.3.IV. PRESENTATION ET ANALYSE DES DIFFERENTS CLIENTS POTENTIELS
II.3.iv.a.Les ménages II.3.iv.a.A. Segmentation et résultats des enquêtes Les ménages sont classifiés en six types d’usagers dont les détails et résultats des segmentations sont présentées en Annexe I . C
II.3.iv.a.B. Evaluation de la courbe de charge des ménages 001. Principes de calcul5
Il s’agit d’évaluer la courbe de charge actuelle en « équivalent watt » des zones à raccorder. Elle se base sur le calcul d’équivalence électrique des différents usages énergétiques actuels de la population qui sont substituables par l’électricité. Les usages substituables par
5 Cette principe de calcul sera adoptée pour l’évaluation des courbes de charge de tous les types de clients du réseau c’est-à-dire les ménages, les entreprises et les services publics Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 13
MCH de Beandrarezona Partie I. PRESENTATION DU PROJET ET DU SITE l’électricité sont les dépenses énergétiques liées à l’éclairage, aux médias et aux activités utilisant des moteurs (petites industries, décortiqueuses, ...).
Les tableaux, donnant les puissances équivalentes, utilisées pour le calcul de la consommation électrique du village (ménages, entreprises et services publics) sont présentés en Annexe I . A
002. Usage caractéristiques des ménages
Les principaux matériels utilisés par les ménages sont en général classés par leurs types d’usages qui sont pour l’éclairage, pour les médias et les autres appareils. Voici un tableau représentatif des appareils généralement utilisés par les populations selon leurs types d’usage :
Tableau 3 : appareils types utilisés par les ménages
Eclairage Médias Autres lampe pétrole, bougie, lampe radio, radio "carte", radio cassette, réfrigérateur domestique, torche, ampoule solaire et chaine Hifi, téléviseurs et lecteurs ordinateur, imprimante, ampoule électrique VCD ventilateur, chauffe-eau électrique
003. Courbe de charge actuelle des ménages
Après traitements des données, on a pu trouver les consommations énergétiques et les courbes de charges des ménages pour les différentes zones. Les détails sont présentés en Annexe I . D
La consommation énergétique actuelle des ménages s’élève donc à 32 248 kWh/mois avec une pointe de puissance de 293 kW pour la zone rurale ainsi que 54 757 kWh/mois avec 353 kW de pointe pour la zone urbaine. Les courbes de charges des ménages dans les deux zones sont présentées par les figures suivantes :
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Figure 1 : courbe de charge énergétique actuelle des ménages dans la zone rurale en équivalent watt
Figure 2 : courbe de charge énergétique actuelle des ménages dans la zone urbaine en équivalent watt
II.3.iv.b.Les entreprises II.3.iv.b.A. Segmentation et résultats des enquêtes Pour les entreprises, elles sont classifiées en 5 catégories différentes dont les détails et résultats des segmentations sont présentées en Annexe I . C
II.3.iv.b.B. Evaluation de la courbe de charge des entreprises 001. Usage caractéristiques des entreprises
Les principaux matériels utilisés par les entreprises sont généralement, de même que les ménages, classés selon leur type d’usage en matériel pour l’éclairage, pour les médias, les unités de transformation et les autres appareils. Voici un tableau représentatif des appareils généralement utilisés par les entreprises selon leurs types d’usage :
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Tableau 4 : appareils types utilisés par les entreprises
unités de Eclairage Médias Autres transformation lampe pétrole, bougie, lampe radio, radio "carte", radio cassette, décortiqueuse, réfrigérateur, ordinateur, torche, ampoule solaire et chaine Hifi, téléviseurs et lecteurs menuiserie imprimante, ventilateur ampoule électrique VCD
002. Courbe de charge actuelle des entreprises
Comme ceux des ménages, après traitements des données, on a pu trouver les consommations énergétiques et les courbes de charges des entreprises pour les différentes zones. Les détails sont présentés en Annexe I . D
La consommation énergétique actuelle des entreprises s’élève donc à 21 165 kWh/mois avec une pointe de puissance de 92 kW pour la zone rurale ainsi que 10 404 kWh/mois avec 49 kW de pointe pour la zone urbaine. Les courbes de charges des entreprises dans les deux zones sont présentées par les figures suivantes :
Figure 3 : courbe de charge énergétique actuelle des entreprises dans la zone rurale en équivalent watt
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Figure 4 : courbe de charge énergétique actuelle des entreprises dans la zone urbaine en équivalent watt
II.3.iv.c.Les services publics II.3.iv.c.A. Segmentation et résultats des enquêtes Pour les services publics, ils sont classifiés en 3 catégories dont les détails et résultats des segmentations sont présentées en Annexe I . C
II.3.iv.c.B. Evaluation de la courbe de charge des services publics 001. Usage caractéristiques des services publics
Les principaux matériels utilisés par les services publics peuvent généralement classés selon leur type d’usage en matériel pour l’éclairage, pour les médias et les autres appareils. Voici un tableau représentatif des appareils généralement utilisés par les services publics selon leurs types d’usage :
Tableau 5 : appareils types utilisés par les services publics
Eclairage Médias Autres lampe torche, ampoule solaire et radio, radio cassette, téléviseurs et ordinateur, imprimante ampoule électrique lecteurs VCD
002. Courbe de charge actuelle des services publics
Comme ceux des ménages et des entreprises, après traitements des données, on a pu trouver les consommations énergétiques et les courbes de charges des entreprises pour les différentes zones. Les détails sont présentés en Annexe I . D
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La consommation énergétique actuelle des services publics s’élève donc à 105 kWh/mois avec une pointe de puissance de 1,032 kW pour les zones rurales ainsi que 2 036 kWh/mois avec 11 kW de pointe pour la zone urbaine. Les courbes de charges des services publics dans les deux zones sont présentées par les figures suivantes :
Figure 5 : courbe de charge énergétique actuelle des services publics dans la zone rurale en équivalent watt
Figure 6 : courbe de charge énergétique actuelle des services publics dans la zone urbaine en équivalent watt
II.3.V. SYNTHESE DES RESULTATS D’ETUDE DES CHARGES Voici présenté par les graphes suivants les courbes des charges actuelles des deux zones (zone rurale et zone urbaine) ainsi que la courbe de charge journalière de l’ensemble de la zone d’intervention des projets :
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Figure 7 : courbe de charge journalière actuelle de la zone rurale
Figure 8 : courbe de charge journalière actuelle de la zone urbaine
Figure 9 : courbe de charge journalière actuelle de l'ensemble des zones d'intervention du projet
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La consommation énergétique totale mensuelle actuelle de l’ensemble des zones d’interventions des projets s’élève à 121 146 kWh/mois avec une pointe de puissance de 687 kW. Dont 53 518 kWh/mois avec une pointe de puissance de 313 kW pour la zone rurale et 67 628 kWh/mois avec une pointe de puissance de 374 kW pour la zone urbaine.
II.3.VI. PERSPECTIVE D’EVOLUTION DE LA DEMANDE D’ENERGIE
II.3.vi.a.Généralité L’établissement des prévisions de consommation est nécessaire pour définir les équipements de production qu’il faudra mettre en service pour satisfaire la demande future ; une telle prévision s’appuie sur l’analyse détaillée de la situation actuelle de la demande d’électricité (dont nous avons vu dans les paragraphes précédents), pour passer ensuite à la projection des paramètres déterminant les consommations futures.
II.3.vi.b.Définition L’estimation de l’évolution de la demande en énergie des zones à électrifier s’agit d’estimer la consommation énergétique des zones d’intervention pour une année « N » à venir à partir de la demande d’énergie actuelle.
Cette estimation permet surtout d’apercevoir le temps de saturation des réseaux, en particulier pour les sites hydroélectriques munis de plusieurs turbines, elle permet de déterminer le temps de rachat de seconde ou troisième turbine.
II.3.vi.c.Facteurs d’influence de la demande Les principaux facteurs influençant l’évolution de la demande sont la croissance démographique et la croissance économique (AES, Août 2015).
En tenant compte de, taux d’accroissement démographique de 2.68 % et vue les potentielles économiques des zones à raccorder, ainsi que selon les expériences des centrales hydroélectriques déjà réalisées par le projet rHYviere, nous allons admettre des taux d’accroissement de la demande variant dans les années. On va considérer un taux d’accroissement de la demande de 5 % pour les 10 premières années puis, un taux d’accroissement de 3 %. La formule pour calculer cette demande à une année « n » de projection s’exprime par la formule empirique :
N {1} P Pi (1 t accr dmnd) Avec :
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P : puissance estimée pour l’année « n » [kW]
Pi : puissance actuelle [kW] t accr dmnd : taux d’accroissement de la demande considéré [%]
N : année de projection
II.3.vi.d.Evaluation de la demande d’énergie L’année dont la charge sera à estimer est en général la durée de concession du site, et c’est entre 25 et 30 ans pour le cas des sites hydroélectriques. Pour éviter toute éventuelle coupure d’électricité (délestage) au cours de la phase d’exploitation des centrales, il faut se référer, pour l’estimation de la demande, à la pointe de la demande. Rappelons que la valeur de la pointe de puissance de la demande actuelle pour les zones d’intervention (zone rurale et zone urbaine) des projets (centrale d’Andriamanjavona et centrale d’Ambodiriana) s’élève à 687 kW (paragraphe II.3.v).
Par application numérique de l’équation {1}, nous avons obtenu les résultats de l’estimation de la demande d’énergie des zones d’interventions des projets, ces résultats sont présentés dans le tableau en Annexe I . D et le graphe représentatif est la suivante :
Figure 10 : évolution de la demande en énergie des zones à raccorder
II.3.VII. INTERPRETATION ET CONCLUSION En tenant compte les paramètres suivant : production de la future centrale hydroélectrique d’Andriamanjavona : 1 500 kW, et production de la centrale thermique de la JIRAMA à
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Bealanana ville : 236 kW, et par analyse de cette estimation de l’évolution de la demande, nous pouvons tirer les conclusions suivant les différents scénarios suivants :
En abandonnant complètement la production thermique vue ses dépenses d’exploitation et la montée excessives des produits utilisés (carburants), ainsi que l’adoption général des politiques d’utilisation des énergie renouvelables, la production de la future centrale hydroélectrique d’Andriamanjavona sera saturée au bout de 20 ans après son implantation, donc un apport d’énergie venant de notre future centrale (centrale hydroélectrique d’Ambodiriana) sera nécessaire (c’est le scenario le plus probable et celle qu’on adoptera pour l’évaluation économique en paragraphe Partie III.X.3) Toujours en utilisant la centrale thermique de la JIRAMA, la production de la future centrale d’Andriamanjavona avec la production de la JIRAMA seront saturées au bout de 25 ans après son implantation, c’est en cette année alors que l’apport d’énergie de notre centrale sera nécessaire Un autre scénario à signaler est aussi que pour un investissement de raccordement pour la commune d’Ambatoria Est situé à environ 8 km au sud de la ville de Bealanana (dont nous ne disposons pas encore exactement les besoins en énergie), un troisième scénario sera possible qui nécessite un apport d’énergie en avance venant de notre site.
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Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET
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Chapitre III. ETUDE HYDROLOGIQUE ET HYDRAULIQUE
III.1. CARACTERISTIQUES ET DONNEES DU BASSIN VERSANT ANS ce chapitre, nous abordons les facteurs conditionnels de l’écoulement liés au complexe physique du bassin versant. Il s’agit de la morphologie et des Dprincipaux paramètres caractéristiques du bassin (surface, pente, couvertures, …). III.1.I. PRESENTATION GENERAL DU BASSIN
III.1.i.a.Définition Le bassin versant d’un cours d’eau en une section donnée est l’ensemble de la surface topographique en amont de cette section de contrôle drainée par ce cours d’eau de tel sorte que l’ensemble des écoulements prenant naissance à l’intérieur de cette surface doit passer impérativement à travers cette section de contrôle appelé exutoire pour continuer son trajet vers l’aval (RANDRIAMAHERISOA Alain, 2015).
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.
III.1.i.b.Délimitation d’un bassin versant : Chaque bassin versant est séparé de ce qui l’entoure par la ligne de partage de ceux constitués par la ligne de crête, les sommets et la ligne de plus grande pente. En ce principe, la délimitation d’un bassin versant doit être basée sur les caractéristiques topographiques du lieu.
Plusieurs méthodes de délimitation peuvent être abordées comme utilisation des lever topographique d’un canevas tridimensionnel, utilisation des cartes d’échelle définie (par exemple : carte FTM au 100 000ème, … mais de nos jours, grâce à l’avancement technologique, la méthode de délimitation la plus utilisée (résultat assez fiable) est l’utilisation des modèles numérique de terrain (MNT), qui est une représentation 3D de la surface d'un terrain créée à partir des données d'altitude du terrain. Cette dernière méthode a été utilisée pour la délimitation de notre bassin versant. La carte suivante présente la limite du bassin versant su notre site.
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Carte 6 : délimitation bassin versant du site d'Ambodiriana
III.1.II. CARACTERISTIQUES PHYSIQUES D’UN BASSIN VERSANT :
III.1.ii.a.La superficie d’un bassin versant
Un bassin versant est défini en premier lieu par sa superficie (SBV) ; étant le collecteur de précipitation, l’importance des écoulements dépend évidemment de la superficie d’un bassin. Il existe donc une relation de proportionnalité entre les régimes hydrologiques des cours d’eau et la superficie du bassin versant en amont. Quand la superficie est grande, on a un potentiel
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET d’écoulement énorme et inversement. Cette surface est obtenue par planimétrage sur un fond de plan ou sur une carte topographique d’échelle convenable.
Sur notre site, par utilisation du logiciel ArcGIS et des données de la carte « srtm6 90 », on a obtenu les résultats suivants :
Superficie (SBV) : 176,49 km²
III.1.ii.b.La forme d’un bassin versant La forme d'un bassin versant influe l'allure de l'hydrogramme à l'exutoire de ce bassin. Plus précisément, une forme allongée favorise, pour une même pluie, les faibles débits de pointe de crue, ceci en raison des temps d'acheminement de l'eau à l'exutoire plus importants. Ce phénomène est lié à la notion de temps de concentration. En revanche, les bassins en forme un peu arrondi, présentant un temps de concentration plus court, auront les plus forts débits de pointe.
Il existe différents indices morphologiques permettant de caractériser le milieu, mais aussi de comparer les bassins versants entre eux. Mais le plus utilisé et le plus connu par tous les hydrologues, appelé par coefficient de compacité de GRAVELIUS exprimé par KC, est défini comme le rapport du périmètre du bassin au périmètre du cercle ayant la même surface (ROCHE Marcel, 1963) :
PBV PBV KC 0,28 {2}
2 S BV SBV Avec :
KC : Indice de compacité ou coefficient de GRAVELIUS ;
PBV : Périmètre du bassin versant [km] ;
SBV : Surface du bassin versant [km²].
Ce coefficient est donc obtenu en mesurant PBV et SBV sur la carte du bassin.
Par conséquent, ce coefficient nous permet d’affirmer si la forme du bassin versant a une forme allongé (Kc >1) ou une forme ramassée (Kc ~ 1). Dans notre cas, par application numérique, on a obtenu Kc = 1,28 ; le bassin versant a donc une forme assez arrondi.
6 Shuttle Radar Topography Mission Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 25
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III.1.ii.c.Le relief d’un bassin versant L'influence du relief sur l'écoulement se conçoit aisément, car de nombreux paramètres hydrométéorologiques varient avec l'altitude (précipitations, températures, etc.) et la morphologie du bassin. En outre, la pente influe sur la vitesse d'écoulement. Le relief se détermine lui aussi au moyen d'indices ou de caractéristiques suivants :
III.1.ii.c.A. La courbe hypsométrique La courbe hypsométrique fournit une vue synthétique de la pente du bassin, donc du relief. Cette courbe représente la répartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude. Elle porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou au-dessous) de l'altitude représentée en ordonnée. Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le pourcentage de superficie, au-delà d'une certaine altitude.
Figure 11 : courbe hypsométrique du bassin versant du site Ambodiriana
III.1.ii.c.B. Les altitudes caractéristiques En général, l’altitude se caractérise à partir des cinq paramètres, qui sont :
L’altitude maximale (Zmax) : c’est la cote du point culminant observée à l’intérieur du bassin versant ;
L’altitude minimale (Zmin) : c’est l’exutoire ;
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L’altitude à 5 % (Z5) : 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 ;
L’altitude à 95 % (Z95) : elle représente au niveau du courbe Hypsométrique l’altitude dont 95 % de la superficie se trouve au-dessus de celle-ci ;
L’altitude médiane (Z50) : elle représente l’altitude moyenne du bassin versant.
Ces paramètres correspondants à notre site sont présentés dans le tableau qui suit :
Tableau 6 : altitudes caractéristiques du bassin versant d'Ambodiriana
Paramètres Altitude [m]
Zmax 2 082
Zmin 1 092
Z5 1 853
Z95 1 167
Z50 1 569
III.1.III. ELEMENT DE CALCUL
III.1.iii.a.Rectangle équivalent C’est une notion introduite il y a quelques années pour pouvoir facilement comparer des bassins entre eux du point de vue de l’influence et de leurs caractéristiques sur l’écoulement. En supposant que l’écoulement sur un bassin donné est approximativement le même, à conditions climatologiques égales, que sur un rectangle de même superficie, ayant même coefficient de GRAVELIUS et même répartition hypsométrique, étant entendu que la distribution des sols et de la végétation et la densité de drainage sont respectées dans les différentes aires comprises entre les courbes de niveaux.
Le bassin est alors assimilé à un rectangle équivalent de même périmètre et de même surface.
Si LR et lR sont la longueur et la largeur du rectangle équivalent, PBV et SBV le périmètre et la surface du bassin versant, alors :
KC S 1,12 L BV (1 1( )²) {3} R 1,12 KC et
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P {4} lR L 2 Avec
KG : Indice de compacité ou coefficient de GRAVELIUS.
Après calcul, on trouve pour notre bassin versant les valeurs suivantes :
LR = 22,814 km
lR = 7,73 km
III.1.iii.b.Pente moyenne d’un bassin versant La pente moyenne (I) est une caractéristique importante qui renseigne sur la topographie du bassin. Elle est considérée comme une variable indépendante. Elle donne une bonne indication sur le temps de parcours du ruissellement direct - donc sur le temps de concentration et influence directement le débit de pointe lors d'une averse. Elle est donnée par la relation :
D I BV {5}
LR Avec
I : pente moyenne du bassin versant [%] ;
DBV : dénivelée du bassin versant [m] ;
LR : la longueur du rectangle équivalent [km].
La dénivelée peut être obtenue à partir des deux relations, à savoir :
A partir d’une courbe hypsométrique
D (Z 5 Z 95) {6} BV Avec
Z5 : altitude dépassée par 5 % de la superficie du bassin versant [m] ;
Z95 : altitude dépassée par 95 % de la superficie du bassin versant [m].
A partir des altitudes maximales et minimales
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max min {7} DBV 0,95(Z Z ) Avec
Zmax : altitude maximale du bassin versant [m] ;
Zmin : altitude minimale du bassin versant [m].
En utilisant ces deux méthodes et après calcul pour notre site, on obtient :
Tableau 7 : pente moyenne du bassin versant
A partir de la courbe A partir des altitudes Méthodes hypsométrique maximales et minimales Pente moyenne I [m/km] 30,06 4,12
Adoptons pour les calculs qui suivent une pente moyenne I = 30,06 [m/km]
III.1.iii.c.Indice de la pente Cet indice se calcule à partir du rectangle équivalent. Il est égal à la somme des racines carrées des pentes moyennes de chacun des éléments pondérés par la surface intéressée, soit : 1 n Ip Si(di di 1) {8}
LR i1 Avec di et di-1 : cotes des deux courbes de niveau voisines ;
Si : proportion de surface totale comprise entre ces deux courbes ;
LR : Longueur du rectangle équivalent [km] ;
Ip : indice de pente.
L’indice de pente Ip et la pente moyenne I peuvent être liés par la relation :
2 I I 1250 I Ip {9} p donc 1250 Après calcul pour notre site, on obtient :
Ip = 0,18
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III.1.iii.d.Plus long cheminement hydraulique et le temps de concentration Le plus long cheminement hydraulique est le plus long trajet suivi par une goutte d’eau tombée au point le plus éloigné, hydrologiquement de l’exutoire jusqu’à ce dernier. Il est assimilé à la longueur du rectangle équivalent.
A cette distance est associé le temps de concentration qui se définit comme le temps que met la goutte d’eau pour parvenir à l’exutoire depuis le point du bassin versant pour lequel la durée de parcours est la plus longue. Cette valeur est influencée par diverses caractéristiques morphologiques dont principalement :
La taille (surface) ; La forme (surface et longueur) ; Et le relief du bassin (longueur et pente).
A ces facteurs s’ajoutent encore le type de sol, la couverture végétale et les caractéristiques du réseau hydrographique.
Nombreuses formules permettent de déterminer la valeur de cette durée. Parmi celles-ci, les plus utilisées sont la formule de TURRAZA PASSINI, formule de VENTURA, formule de KIRPICH et formule CALIFORNIENNE. Les résultats de temps de concentration selon ces différentes formules sont confinés dans le tableau suivant (les détails des calculs sont présentés en Annexe III . A). La valeur du temps de concentration retenue est la moyenne des valeurs proches.
Tableau 8 : temps de concentration du bassin versant
Valeurs du temps de Valeurs du temps de Formules utilisées concentration [mn] concentration [h] TURRAZA PASSINI 594,51 9,91 VENTURA 210,23 3,5 KIRPICH 170,26 2,84 CALIFORNIENNE 373,13 6,22 MOYENNE 337,03 5,62
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III.1.IV. RECAPITULATIFS DES ELEMENTS CARACTERISTIQUES DU BASSIN VERSANT D’AMBODIRIANA
Tableau 9 : récapitulatifs des caractéristique du bassin versant d'Ambodiriana
Eléments SBV PBV LR LR I Zmax Zmin Z50 Kc Ip tc [h] caractéristiques [km²] (km] [km] [km] (m/km] [m] [m] [m] Valeurs 176,49 61,1 1,28 22,81 7,73 30,06 0,181 2 082 1 092 1 569 5,62 numériques
III.1.V. COUVERTURE VEGETALE La couverture végétale est essentiellement formée des végétaux qui s’implantent à travers le bassin versant ce qui détermine le coefficient de ruissèlement d’une zone donnée qui reste tributaire de la nature de son sol, de sa couverture végétale, de sa pente et aussi de la superficie.
Pour notre bassin versant, il se caractérise par l’abondance de la savane herbeuse et des forêts naturelles assez abondantes. Quelques zones de plantations et des terrains rizicoles sont présentent sur le pied du bassin versant. En termes de quantité, les superficies estimatives des différents types de couvertures végétales dans le bassin sont : de la forêt naturelle de moyenne altitude de surface d’environ 9 700 ha, surface de plantation d’arachide d’environ 92 ha, surface rizicole de 47 ha. Presque le reste de la surface sont remplies des savanes arborées. La carte suivante présente ces types de couvertures végétales sur le site d’Ambodiriana.
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Carte 7: carte de répartition des végétations dans le bassin versant du site d'Ambodiriana
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III.2. ETUDE PLUVIOMETRIQUE DE LA REGION Cette étude a pour but de connaître la valeur de l’intensité de pluie qui tombe dans la zone d’étude ainsi que sa répartition spatio-temporelle. De cela, elle permet d’évaluer les apports du bassin versant et les débits de crue en fonction de la fréquence de pluie ; ce qui permet d’estimer la quantité d’eau annuelle qui déverse dans le bassin et d’observer l’évolution annuel du débit.
Pour qu’elle soit représentative de la situation, des données plus étendues sur plusieurs années sont nécessaires, d’où l’utilité de consultation du réseau de stations pluviométriques de la région. Dans notre cas, les données pluviométriques ne sont disponibles que sur les stations de Mandritsara et d’Ambanja. Elles sont les seules stations qui peuvent nous fournir les données à proximité de notre site.
III.2.I. PLUVIOMETRIE MOYENNE INTERANNUELLE La pluviométrie moyenne interannuelle est la répartition moyenne des précipitations durant l’année c’est-à-dire les variations saisonnières moyennes des précipitations.
Pour avoir les données pluviométriques de Beandrarezona à partir des données des deux stations énoncées précédemment, nous allons utiliser la méthode des moyennes arithmétiques.
Les méthodes destinées à établir la moyenne d'un phénomène sur une surface donnée sont toujours les mêmes quel que soit le phénomène. Ou bien on fait la moyenne arithmétique des résultats trouvés aux différents points d'observation, adoptant au besoin des coefficients de pondération, ou bien on trace des lignes isohyètes et on procède à une intégration graphique.
La méthode de Thiessen est une méthode arithmétique dans laquelle on attribue à chaque pluviomètre un poids proportionnel à une zone d'influence présumée, telle qu'un point situé dans cette zone soit plus près, en distance horizontale, du pluviomètre correspondant que de tout autre pluviomètre. La méthode ne tient donc compte que de la distribution spatiale en plan des stations.
En terme de distance, la station d’Ambanja est la station la plus proche de notre site, mais comme nous savons que le relief, l’altitude, l’exposition ont une très grande influence sur le climat ; et que Madagascar est divisé en trois grands ensembles orographiques qui sont : les hautes terres centrales, le versant oriental et la zone sédimentaire du nord-ouest, de l’ouest et du sud (CHAPERON Pierre et all, Mars 1993), il faut tenir compte de ces paramètres pour pouvoir mieux évaluer la pluviométrie de la région qui nous intéresse.
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Beandrarezona fait partie des hautes terres centrales avec son altitude moyenne de 1 569 [m] et Mandritsara dans les zones assez basses des hauts plateaux. Les deux zones sont influencées climatologiquement par l’orographie, de façons similaires, en raison de ces situations dans la partie centrale de la grande Île. Ambanja quant à lui, faisait partie des zones sédimentaires du nord-ouest qui ont le climat plus influencé par le vent de l’ouest. Il est donc plus commode d’admettre que les données pluviométriques de la station de Mandritsara sont les plus proches de Beandrarezona par rapport à ceux d’Ambanja même si cette dernière est proche de Beandrarezona que Mandritsara.
Donc pour avoir la répartition des pluies à Beandrarezona, on va prendre un coefficient de 0,7 pour la station de Mandritsara et de 0,3 à celle d’Ambanja et portons ces coefficients dans la méthode d’évaluation des moyennes arithmétiques.
La pluie moyenne sur le bassin peut être évaluée par la formule :
R i Ci Pi avec i Ci 1 {10} Avec :
Ci : coefficient de poids de la station i ;
Pi : pluviométrie à la station i.
Et comme nous disposons les répartitions mensuelles des précipitations dans les deux stations de bases, on peut avoir directement la répartition pour Beandrarezona. Voici présenter dans les tableaux qui suivent les données de base et le résultat obtenue après calculs :
Répartition mensuelle des précipitations (mm et 1/10) selon Thiessen pour Mandritsara et Ambanja [source : (CHAPERON Pierre et all, Mars 1993)]
Pluviométrie de Mandritsara de 1930 à 1970 – situé au sud de l’Ankaizina
Tableau 10 : Répartitions mensuelles des précipitattions à Mandritsara
Totale Mois N D J F M A M J J A S O annuelle Pluies 173 305 351 268 233 57 11 5,9 5,3 9 10,2 41,9 1 470,30 [mm]
Ambanja de 1930 à 1970 – contrôle le bassin de la Sambirano au nord
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Tableau 11 : Répartitions mensuelles des précipitattions à Ambanja
Totale Mois N D J F M A M J J A S O annuelle Pluies 174 321 483 413 288 144 49,3 31,6 25,3 34,1 38,2 67,6 2 069,10 [mm]
Résultats des précipitations moyennes mensuelles pour Beandrarezona de 1930 à 1970
Tableau 12 : Répartitions mensuelles des précipitattions à Beandrarezona
Totale Mois N D J F M A M J J A S O annuelle Pluies 173,3 309,8 390,6 311,5 249,5 83,1 22,49 13,61 11,3 16,53 18,6 49,61 1 649,94 [mm]
Pour l’analyse du résultat, on peut estimer que ce résultat est respectable vu :
Que la ville de Bealanana situé à une altitude plus basse que Beandrarezona enregistre une précipitation annuelle de 1 212 mm ; L’appréciation de l’environnement sur terrain ; L’observation de la carte des isohyètes interannuelles de Madagascar (cf. ANNEXE II. ).
III.2.II. PRECIPITATIONS ANNUELLES Les précipitations annuelles sont les précipitations calculées, par des différentes lois les mieux adaptées pour des différentes périodes de retour défini dans le cas des années déficitaires, années excédentaires et médiane.
Pour l’évaluation de ces précipitations sur le bassin d’Ambodiriana, et faute de ne pas avoir les données nécessaires pour pouvoir utilisés les lois statistique d’ajustement, la méthode utilisée était la même que celle précédemment en utilisant les données disponibles des deux stations de bases de Mandritsara et d’Ambanja. Les données disponibles sont établies par utilisation de la loi de Goodrich (CHAPERON Pierre et all, Mars 1993) et la même approche d’affectation des coefficients de 0,7 à la station de Mandritsara et de 0,3 à la station d’Ambanja a été retenue.
Tableau 13 : précipitations annuelles des stations de Mandritsara et d’Ambanja établies par la loi de Goodrich [mm]
Années déficitaires Années excédentaires Récurrences Médianes 100 50 20 10 5 5 10 20 50 100
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Stations Mandritsara 751 761 787 825 895 1117 1467 1700 1917 2188 2403 Ambanja 1112 1195 1340 1485 1677 2067 2464 2668 2833 3019 3134
Après calcul, nous avons obtenu les résultats présentés dans le tableau suivant :
Tableau 14 : précipitations annuelles sur le bassin versant d’Ambodiriana [mm]
Années déficitaires Années excédentaires Récurrences Médiane 100 50 20 10 5 5 10 20 50 100 Stations Beandrarezona 859 891 953 1023 1130 1402 1766 1990 2192 2437 2622
III.3. ETUDE ET ESTIMATION DES DEBITS Le débit d’un cours d’eau, qui est le flux à travers une section de contrôle, varie en fonction du temps et dépend de plusieurs paramètres, notamment le régime pluviométrique qui à son tour est fonction de la saison. Le débit instantané varie de jour en jour avec un minimum qui se situe généralement à la fin de la saison sèche si elle est marquée. Il existe plusieurs méthodes pour évaluer ou estimer les débits d’un cours d’eau comme exemple : méthode volumétrique, les déversoirs, jaugeage au moulinet, ...
Pour pouvoir traiter les résultats de jaugeage des débits, plusieurs types de présentation des données hydrométriques peuvent être adoptés à savoir :
La présentation du débit en fonction du temps (hydrogramme) : c’est le classement chronologique des débits du cours d’eau, elle permet d’apercevoir la variation du débit du cours d’eau au cours du temps ; La courbe des débits cumulés : elle donne le volume d’eau écoulé en une station en fonction du temps compté depuis une origine arbitraire. Cette courbe est souvent intéressant pour les études de régularisation de débit d’un cours d’eau notamment pour constituer un réservoir (cette notion n’a pas d’intérêt donc dans le cas des centrales « au fil de l’eau » comme la nôtre ; Les courbes des débits classés : c’est la courbe représentant les séries de donnée de débit par ordre croissante ou décroissante. Elle est une principale nécessitée pour les études des aménagements hydroélectriques.
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Pour concevoir et dimensionner les différents ouvrages dans une étude de génie civil, la connaissance de certaines valeurs des débits caractéristiques sont nécessaires. Les présentations des données dépendent des besoins des ouvrages à construire ou plus précisément des données nécessaires pour la conception de ces ouvrages. Comme pour le cas des constructions des centrales au fil de l’eau, la présentation des courbes de débits cumulés n’est pas exigée.
III.3.I. ESTIMATION DES DEBITS MOYENS Pour l’estimation des différents débits d’un cours d’eau, il existe plusieurs méthodes et le choix de leurs utilisations dépendent en général des données que l’on dispose. Parmi ces différentes méthodes, les fréquemment utilisées sont :
La méthode statistique qui utilise les relevés des débits maximums ajustés suivant la loi de GUMBEL ou suivant la loi de FRECHET ; La méthode de station de référence utilisant les débits spécifiques de crue ; Les méthodes basées sur des formules empiriques utilisant les pluviométries maximales et les caractéristiques du bassin versant.
Puisqu’on ne dispose pas des données concernant les débits maximaux ou des données pluviométriques maximales du bassin, c’est la méthode de station de référence qui va être appliquées pour l’estimation des débits de différentes fréquences pour le bassin d’Ambodiriana.
III.3.i.a.La méthode des stations de référence La méthode consiste à prendre comme référence une station équipée d’appareil de mesure dont le bassin versant en amont possède des caractéristiques similaires avec le bassin considéré. La ressemblance de caractéristique des deux bassins donne une similarité voire même une correspondance de débit spécifique noté « qs »
Le débit spécifique se définit par le rapport entre le débit de la station de référence à la surface de son bassin versant :
Qbv réf qsbv qsbv réf {11} Sbv réf Avec :
3 qsbv : débit spécifique du bassin versant étudié [m /s/Km²] ;
3 qsbv réf : débit spécifique du station de référence [m /s/Km²] ;
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3 Qbv réf : débit à la station de référence [m /s] ;
Sbv réf : surface du bassin de la station de référence [km²].
Le débit correspondant pour bassin étudié s’obtient ensuite par le produit du débit spécifique par la surface du bassin :
Qbv qsbv x SBV {12} Avec :
3 Qbv : débit pour le bassin étudié [m /s] ;
SBV : surface du bassin étudié [km²].
Pour le cas de notre bassin à Beandrarezona, une station de mesure, de la même rivière Beandrarezona, de coordonnées 14° 29’ S – 48° 41’ E, située à l’entrée du marais d’ANKOTROBAKA, contrôle un bassin versant d’une superficie de 190 km². Notre bassin d’étude est inclus dans ce bassin contrôle donc, il est évident de prendre cette station comme référence. La Beandrarezona a été suivi journalièrement, à cette station, de 1974 au Décembre 1983, ces suivis ont fournis des résultats consultables dans le livre « Fleuves et rivières de Madagascar »
III.3.i.b.Débit moyen mensuel Il se définit par la moyenne, pour un mois donné, des débits moyens journaliers observés pendant les périodes de suivies du cours d’eau. On rappelle que la fiabilité des données est d’autant plus sûre si les années d’observations sont longues.
Les résultats de suivis de la Beandrarezona à la station de référence ont donnés les débits moyens mensuels confinés dans le tableau suivant (CHAPERON Pierre et all, Mars 1993):
Tableau 15 : débit moyens mensuels de Beandrarezona à la station de Beandrarezona
Mois N D J F M A M J J A S O Moyennes 1,73 3,76 6,87 10,8 13 7,64 4,49 3,42 2,66 2,06 1,5 1,49 [m3/s]
Avec une superficie de bassin de 190 km², nous avons obtenu les débits spécifiques présentés dans le tableau suivant :
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Tableau 16 : débits spécifiques de Beandrarezona
Mois N D J F M A M J J A S O qsbv m 0,009 0,020 0,036 0,057 0,068 0,040 0,024 0,018 0,014 0,011 0,008 0,008 [m3/s/Km²]
Comme la surface de notre bassin versant est de 176,49 km², et en appliquant l’équation 12, nous avons obtenu les débits moyens mensuels de Beandrarezona à notre site qui sont présentés dans le tableau suivants :
Tableau 17 : débits moyens mensuels de Beandrarezona au site d'Ambodiriana
Mois N D J F M A M J J A S O Moyennes 1,61 3,49 6,38 10,03 12,08 7,10 4,17 3,18 2,47 1,91 1,39 1,38 [m3/s]
III.3.i.c.Débit moyen annuel Le débit moyen annuel se définit par la moyenne, pour une année donnée, des débits moyens journaliers.
D’après les données des années d’observation de 1974 au décembre 1983 et ensuite par une correction d’hydraulicité, le débit moyen interannuel de la Beandrarezona à la station de 3 3 mesure est de 5,9 m /s. Nous avons donc un débit spécifique qsbv = 0,031 m /s/km² correspondant. Après le produit par la surface de notre bassin versant, nous avons le débit moyen interannuel de la Beandrarezona au site d’Ambodiriana égale à 5,48 m3/s.
III.3.II. ESTIMATION DES DEBITS DE CRUE ET D’ETIAGE L’étude des débits de crue et d’étiage de la rivière, pour laquelle nous allons exploités pour la centrale, est nécessaire afin de connaître les énergies minimales disponibles pour la centrale ainsi que pour le calage hydraulique des ouvrages.
III.3.ii.a.Notion de période de retour On désigne par période de retour ou temps de retour la période pendant laquelle on a la probabilité d’observer au moins une fois ou plus ou n’est pas observé la valeur associée. Une crue de période de retour de 10 ans se produit donc en moyenne 10 fois dans 100 ans et peut se produire 1, 2, 3 ou plus ou n’est pas se produire dans 10 ans.
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III.3.ii.b.Détermination du débit de crue Pour l’aménagement hydroélectrique, l’étude de crue est très importante et obligatoire. Il suffit, en effet, un passage d’une crue catastrophique au niveau d’un ouvrage construit à grand frais, pour qu’il périsse entièrement.
III.3.ii.b.A. Définition La crue est définie par l’augmentation brusque du débit d’une rivière. L’estimation des crues de projet se calcule à partir des formules empiriques. Il existe plusieurs méthodes mais le choix est fixé selon les données qu’on possède.
III.3.ii.b.B. Estimation des débits de crue de diverses fréquences Après une extrapolation de type logarithmique mené à partir des mesures de hautes eaux réalisées lors du passage du cyclone Inès (13-14/03/75), les débits de crue les plus importants de la période 1972-1976 (DANLOUX Joêl, 1991) sont résumés dans le tableau suivant :
Tableau 18 : crue les plus importants de la Beandrarezona de la période 1972-76
Années Q [m3/s] Dates Hm Observation 1975-76 465 22/03/1976 6,8 PHE7 1972-73 174 - 4,75 PHE 1974-75 99 14/03/1975 4,08 PHE
Après l’évaluation par comparaison, les crues de différentes périodes de retour de la Beandrarezona sont confinées dans le tableau suivant :
Tableau 19 : crue de différente période de retour de la Beandrarezona
Périodes de 2 10 50 100 retour [ans] Débits [m3/s] 95 365 760 980
Vue les caractéristiques de notre bassin versant (surface, pente moyenne surtout), nous estimons que ces valeurs sont raisonnables. On se contente de ces valeurs dans la suite de notre étude car nous n’avons pas pu trouver des données pour pouvoir utiliser les autres formules d’estimation des crues.
7 PHE : Plus Haute Eau Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 40
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III.3.ii.c.Détermination du débit d’étiage III.3.ii.c.A. Définition L’étiage est la période de la saison sèche où le débit d’un cours d’eau atteint sa valeur minimale au cours de l’année. 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.
En absence de précipitation, le débit qui alimente l’usine n’est plus alimenté que par les débits de réserve d’eau stockée dans le bassin qui se sont accumulés dans le bassin versant au cours de la saison de pluie. Il est important et capitale, dans la conception des projets hydroélectriques de bien étudier ce type de débit car une simple erreur dans le calcul et de l’estimation du débit d’étiage peut causer des énormes problèmes.
III.3.ii.c.B. Estimation des apports Pour l’estimation des apports du site, on peut l’estimer de deux manières différentes :
Par la méthode utilisant les données d’une station de référence ; Par la méthode empirique utilisant la formule de CTGREF (Centre de Génie Rural Eau et Forêt), qui se base sur les pluviométries moyennes de la zone.
001. Méthode station de référence
Pour cette méthode, après consultations de l’ouvrage « Fleuves et rivières de Madagascar », nous avons confiné dans le tableau suivant les valeurs des débits d’étiages, de la Beandrarezona observés à la station de Beandrarezona :
Tableau 20 : débits d'étiages de la Beandrarezona observés à la station de Beandrarezona
Dates Q [m3/s] DCE 8[m3/s] 30/10/1975 0,94 - 17/10/1980 0,99 1,09 03/10/1981 0,92 0,96 28/10/1982 1,12 1,19 14/10/1983 0,9 1,88
8 DCE : débit caractéristique d’étiage Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 41
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Dommage que l’ouvrage ne mentionne pas les différentes fréquences des débits d’étiage et nous ne pouvons pas non plus les déterminer à cause de manque des données. Par application même de l’équation 12, les débits d’étiage de la Beandrarezona à notre site seront :
Tableau 21 : débits d'étiages de la Beandrarezona à Ambodiriana
DCE Dates Q [m3/s] [m3/s] 30/10/1975 0,873 17/10/1980 0,920 1,01 03/10/1981 0,855 0,89 28/10/1982 1,040 1,11 14/10/1983 0,836 1,75
002. Méthode CTGREF
La méthode CTGREF (Centre Technique du Génie Rurale des Eaux et Forêts) est la seule formule empirique préconisée pour le calcul des apports. Elle a pour expression :
5 1 S P ( ) Zm ( ) Q BV ( m ) 3 ( ) 3 {13} T 31,5 B 100 Avec :
QT : apport moyen annuel de fréquence T [l/s] ;
SBV : superficie du bassin versant [km²] ;
Pm : pluviométrie moyenne annuelle [mm] ;
B : paramètre régional (obtenu dans un abaque donné en Annexe IV . B), qui est égal à 36 pour le bassin de Sambirano (bassin le plus proche de notre bassin) ;
Zm : altitude moyenne du bassin versant [m].
Par application numérique, nous avons obtenu les résultats des apports de différentes fréquences résumées dans le tableau suivant :
Tableau 22 : apports moyens annels des différentes fréquence calculés par la méthode CTGREF
Années déficitaires Années excédentaires Récurrence Médiane 100 50 20 10 5 5 10 20 50 100
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11 13 Q [l/s] 2 774 2 948 3 298 3 712 4 381 6 276 9 221 15 771 17 817 251 218 Q [m3/s] 2,77 2,95 3,30 3,71 4,38 6,28 9,22 11,25 13,22 15,77 17,82
Les apports mensuels sont estimés à partir des apports annuels en prenant en compte le coefficient de répartition mensuelle établi par ALDEGHERI. La formule exprimant l’apport moyen mensuel est :
QT x 12 x Rj Qmi {14} 100 Avec :
Qmi : apport moyen mensuel [l/s] ;
QT : apport moyen annuel de fréquence T [l/s] ;
Rj : coefficient de répartition mensuelle d’ALDEGHERI (Donné en Annexe IV . C).
Ce coefficient Rj varie selon les zones de situation du bassin d’étude. Pour le cas de notre bassin d’Ambodiriana (bassin versant des hautes terres centrales), ce coefficient est
Rj = R1, les valeurs de ces coefficients sont données dans le tableau suivant :
Tableau 23 : coefficient de répartition mensuelle d'ALDEGHERI pour le bassin d'Ambodiriana
R J F M A M J J A S O N D Année R1 16,9 16,7 17,1 9,7 5,7 4,1 3,7 3,4 2,6 2,4 4,8 12,9 100
Par application numérique, les résultats des apports mensuels pour les différentes fréquences pour le bassin d’Ambodiriana sont présentés en ANNEXE III. .
003. Interprétation des résultats
Par analyse des résultats de la méthode de CTGREF, les apports sont minimaux au mois d’octobre de l’année c’est-à-dire qu’en ce mois, l’étiage absolu est atteint. Ceux qui expliquent aussi que le débit du cours d’eau atteint sa valeur minimale de l’année en ce mois. Les valeurs des débits d’étiages obtenus par station de référence aussi sont proches de ces valeurs. On remarque que la valeur du débit d’étiage observée le 14 Mars 1983 (0,836 m3/s) a une fréquence cinquantennal.
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On peut alors conclure que selon les estimations des apports, notre site pourra garantir un apport minimal de 1,07 m3/s pour une fréquence décennale en année déficitaire. Cette valeur sera très utile pour le reste de notre étude.
III.3.III. ESTIMATION DES DEBITS CLASSES
III.3.iii.a.Généralités et méthodologie La courbe des débits classés est la présentation graphique des débits journaliers de l’année d’un cours d’eau classés par ordre décroissante. L’établissement de cette courbe nécessite des données d’observation sur le site. Faute de ne pas avoir des longues séries de données sûres et nécessaires pour pouvoir évalué les différents débits du site, on doit mener notre étude avec la méthodologie utilisant les réseaux de neurones artificiels (RNA) (RANDRIANARIVONY Rija Nirina, 2007) puis avec l’estimation selon les données de base disponible pour le site et ainsi comparer les deux estimations pour en tirer les valeurs réalistes.
III.3.iii.b.Utilisation du réseau de neurones artificiels (RNA) Le réseau de neurones artificiels (RNA) simule le principe de fonctionnement du cerveau humain qui gère un flux d’informations à partir d’une base de données d’apprentissage. C’est un puissant modèle qui permet de calculer et d’établir la complexité des relations entrée- sortie d’un système. Il est lourdement interconnecté afin d’adapter et d’identifier tous les poids entre les variables dans un jeu de données. C’est un outil de modélisation conçu pour résoudre des problèmes complexes tel que la renaissance de formes, les relations non linéaires, la classification, etc. Les RNA de type perceptron multicouches (PMC) ou à fonctions radiales (RFR) sont les modèles couramment utilisés pour simuler les relations non linéaires. En particulier, les PMC sont les plus usités et les plus sophistiqués. Le RNA ne présente pas un modèle explicite physiquement, mais il présente une technique durable pour développer des simulations d’entrées-sorties. Cette technique se base sur les étapes principales suivantes : construction, apprentissage, validation et exploitation du modèle RNA (KHARROUBI Ouissem, 2013).
Les applications des RNA en hydrologie concernent la classification des données hydrologiques, la prévision des débits des rivières (crues et étiages), l’évaluation et la prévision de la qualité de l’eau, la prévision de la consommation d’eau, l’estimation des précipitations, la prévision des apports naturels aux réservoirs d’irrigation ou de production hydroélectrique.
Le RNA que nous avons utilisé nous a modélisé le régime annuel et le comportement d’un cours d’eau des faibles données hydrologique, en vue de l’implantation des microcentrales
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET hydroélectrique. Pour son utilisation, les étapes qui suivent ont été suivis (RANDRIANARIVONY Rija Nirina, 2007).
III.3.iii.b.A. Relevée des mesures hydrométriques Etant donné la difficulté des mesures instantanés des débits, il est impossible de les effectuées à un pas de temps régulier pour avoir l’évolution du débit en fonction du temps. Il faut donc effectuer les relevés à travers des mesures indirectes de débit à l’aide d’un de ces paramètres directs facilement mesurable. Comme le débit varie en fonction de la hauteur d’eau, on peut estimer le débit instantané en connaissant les variations de la hauteur d’eau en une section bien connue du cours d’eau.
Pour la méthode de RNA, un suivi du régime du cours d’eau concernant l’obtention des données pluviométrique sur le bassin et la hauteur limnimétrique de la rivière à une heure fixe le matin feront bien l’affaire. Ce suivi permettra de se renseigner sur la réponse pluie-débit du bassin versant en tenant compte les caractéristiques physiques du bassin (RANDRIANARIVONY Rija Nirina, 2007).
Pour le cas de notre bassin d’Ambodiriana, Ce suivi a été effectué pendant 6 mois par trois pluviomètres et une échelle limnimétrique, à partir du mois de décembre 2012 jusqu’au mois de mai 2013. Pendant le passage du cyclone au mois de février 2013, le relevé limnimétrique a été interrompu à cause de l’accessibilité et de la sécurité du releveur.
Les appareils de mesure ont les coordonnées GPS suivantes :
Tableau 24 : coordonnées GPS des matériels de relevé pluvio-limnimétrique
Matériels Coordonnées GPS Altitudes [m] Echelle limnimétrique 14° 28’ 04.8’’ S 48° 41’ 03.4’’E 1 084 Pluviomètre N° 01 14° 28’ 00.7’’ S 48° 41’ 00.6’’ E 1 148 Pluviomètre N° 02 14° 29’ 08.7’’ S 48° 41’ 00.9’’ E 1 077 Pluviomètre N° 03 14° 28’ 45.5’’ S 48° 40’ 45.3’’ E 1 091
Les résultats de ce suivi sont résumés dans les graphes suivants (les données des fiches de levées des différents matériels sont présentées en ANNEXE III. Source des données : programme rHYviere) :
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Figure 12 : suivi de la variation chronologique de la hauteur d'eau dans la rivière
Figure 13 : données pluviométrique N° 01
Figure 14 : données pluviométrique N° 02
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Figure 15 : données pluviométrique N° 03
III.3.iii.b.B. Opération de jaugeage et établissement de la courbe de tarage La courbe de tarage est la courbe servant à convertir les mesures limnimétriques (hauteur d’eau) en débits (relation hauteur-débit). L’étalonnage d’une section de contrôle pour obtenir cette courbe se fait par des opérations de mesure instantanée des débits pour différentes valeurs de la hauteur d’eau en cette section.
Il existe plusieurs méthodes de jaugeage plus ou moins compliquées dont l’application dépend des caractéristiques des cours d’eau et des berges. Pour nos cas, les jaugeages sont réalisés avec la méthode de dilution au sel à l’aide d’une sonde conductimétrique.
001. Le jaugeage par dilution
La méthode de jaugeage par dilution s'applique à des torrents ou des rivières en forte pente où l'écoulement est turbulent. Le principe général consiste à injecter dans la rivière une solution concentrée d'un traceur (sel, colorant, ...) et à rechercher dans quelle proportion cette solution a été diluée par la rivière, par prélèvements d'échantillons d'eau à l'aval du point d'injection. Cette dilution est notamment fonction du débit, supposé constant le long du tronçon, concerné pendant la durée de la mesure. On a la relation suivante dans laquelle le rapport C1 représente C 2 la dilution :
C1 Q k ( ) {15}
C 2 Avec :
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Q : débit du cours d'eau [l/s] ;
C1 : concentration de la solution injectée dans le cours d'eau [g/l] ;
C2 : concentration de la solution restante dans des échantillons prélevés à l'aval du point d'injection dans le cours d'eau [g/l] ; k : coefficient caractéristique qui dépend du débit d’injection.
Les conditions suivantes sont nécessaires pour que les méthodes par intégration ou dilution puissent être appliquée :
Le débit de la rivière doit rester à peu près constant pendant la mesure ; Le traceur doit passer dans sa totalité par l'emplacement de prélèvement des échantillons ; A la hauteur des prélèvements, le mélange doit être tel qu'en chaque point de la section du cours d'eau, doit passer la même quantité de traceur.
On utilise différents traceurs minéraux ou organiques, tels que la fluorescéine ou la rhodamine. Suivant le débit à évaluer, on n'utilisera pas le même traceur.
002. Le jaugeage au sel à l’aide d’une sonde conductimétrique
Dans cette méthode que nous avions utilisée, le principe se résume par les différentes étapes suivantes :
On injecte en un point du cours d'eau une masse connue de sel (NaCl) diluée dans un volume d'eau de la rivière ; On place une sonde conductimétrique en aval de l'injection, à une distance suffisamment longue pour que le mélange soit bon. La sonde mesure la conductivité électrique de l'eau à l’état naturel ainsi qu’au cours du passage du nuage de sel ; Tracer ensuite la courbe de conductivité en fonction du temps.
Une relation linéaire existe entre la conductivité de l'eau et sa concentration en sel dissous. On peut donc en déduire la courbe de concentration en fonction du temps. Le débit est alors obtenu par intégration de la concentration au cours du temps.
Les résultats des 6 jaugeages qu’on a effectués sont confinés dans le tableau ci-après :
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Tableau 25 : résultats des jaugeages de la rivière Beandrarezona [source : Programme rHYviere]
Dates de jaugeage 3/12/12 31/01/13 16/02/13 11/03/13 28/04/13 29/05/13 Hauteurs limnimétrique mesurées 30 55 58 52 40 35 Débits mesurées [m3/s] 1,064 1,3 1,586 1,176 1,12 1,05
003. Etablissement de la courbe de tarage
Comme énoncé précédemment, cette courbe permet de connaître le débit du cours d’eau en fonction de la hauteur d’eau observée. Cette courbe est régie par l’équation de tarage qui s’écrit :
2 {16}
Q a h b h c Avec :
a, b et c sont les minimales des erreurs quadratiques moyennes ;
Q : débit du cours d’eau [m3/s] ;
h : hauteur limnimétrique [cm].
Par application numérique à partir des résultats de jaugeages faite, nous avons pu obtenir l’équation de tarage suivante :
2 {17}
Q 0,0018h 0,14h 3,6623
Q : débit de la rivière Beandrarezona [m3/s] ;
H : hauteur d’eau [cm].
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Figure 16 : courbe de tarage de la rivière Beandrarezona au niveau de la station de mesure limnimétrique en 2013
Connaissant cette courbe, nous pouvons maintenant convertir les hauteurs d’eau dans la rivière observée en débits. Le graphe ci-après montre l’hydrogramme de la rivière Beandrarezona pendant la période d’observation du 01 Décembre 2012 au 31 Mai 2013.
Figure 17 : hydrogramme de la rivière Beandrarezona du 01/12/12 au 31/05/13
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III.3.iii.b.C. Intégration des données pluie-débits Les données pluies-débits de Beandrarezona obtenues avec les mesures de terrains de 6 mois à Beandrarezona 1, Beandrarezona 2 et au site Ambodiriana (entre décembre 2012 à mai 2013) sont à intégrer dans le réseau des neurones artificiels pour qu’elles soient assimilées par le Logiciel. Elles serviront comme des données d’apprentissages du réseau pour le site et à partir de ces données continues mesurées, le logiciel détermine le comportement du cours d’eau le long de l’année et ceci à travers la valeur moyenne interannuelle de son régime. Il a aussi évalué l’étendue nécessaire de ces données mesurées, en particulier, celle de son plus petit intervalle.
Il nous faut après fournir au logiciel les données pluviométriques moyennes interannuelles du site pour obtenir la courbe des débits classés correspondante. La courbe des débits classés de la Beandrarezona évaluée à partir du logiciel est présentée par la figure suivante :
Figure 18 : courbe des débits classés de la Beandrarezona (juillet 2013)
III.3.iii.c.Estimation par méthode empirique Pour avoir la courbe des débits classés du site, nous allons utiliser les débits moyens annuels obtenus à partir de la méthode station de référence (cf. paragraphe III.3.i.b). Il consiste à classer les débits moyens mensuels, par ordre décroissante pour avoir la courbe de présentation estimative des débits classés du site. La figure suivante représente la courbe des débits classés obtenue par la méthode SDR :
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Figure 19 : courbe des débits classés par la méthode SDR
En réalité, cette courbe ne nous fournit pas des détails exploitables mais permet de voir l’allure de la courbe des débits classés pour notre site. Pour la suite de l’étude, nous allons utiliser comme courbe des débits classés le résultat obtenu par la méthode RNA.
III.3.iii.d.Synthèse des résultats d’étude Pour les deux méthodes utilisées lors de l’estimation de la courbe des débits classés, on remarque une certaine similarité entre les deux courbes. Et comme la courbe obtenue à partir de la méthode empirique était obtenue à partir des débits moyens mensuels, certains détails de l’allure de la courbe sont forcément incertains.
Les points les plus importants qu’il faut remarquer sont les valeurs des débits d’étiages et des débits des hautes eaux. Et comme les deux courbes présentent des valeurs assez proches, nous pouvons admettre que les résultats de notre étude présentent des cohérences.
Pour la suite des études, nous allons utiliser la courbe des débits classés obtenue par la méthode utilisant le RNA pour pouvoir exploiter les détails utiles sur cette courbe.
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III.4. ETUDE DES BESOINS EN EAU DU COMPLEXE HYDRAULIQUE DE LA REGION III.4.I. DEBIT CARACTERISTIQUES DE LA RIVIERE L’emploi très généralisé des courbes annuelles des débits classés a conduit à fixer une terminologie pour désigner les points essentiels de cette courbe qui définissent les débits caractéristiques du cours d’eau qui sont :
DCM ou débit caractéristique maximum : le débit dépassé 10 jours par an ; DC6 ou débit moyen caractéristique : le débit dépassé 6 mois par an ; DC1, DC3, DC9 ou débit caractéristique de 1, 3, 9 : les débits dépassés respectivement 1, 3 ou 9 mois par an ; DCE ou débit caractéristique d’étiage : le débit dépassé 355 jours par an.
A partir de la courbe de débit classé de notre site, nous avons obtenu les valeurs de ces débits résumés dans le tableau suivant :
Tableau 26 : débits caractéristiques d'Ambodiriana
Désignations DCM DC1 DC2 DC3 DC6 DC9 DCE Valeurs du débit 8 6.56 6.04 5.51 3.64 1.35 1.15 [m3/s]
III.4.II. BESOIN EN EAU POUR USAGE AGRICOLE Aucune présence de surface agricole importante n’est présente entre notre prise d’eau et notre canal de restitution. On peut donc se contenter de laisse le débit de réserve pour le partage du débit du site.
III.4.III. DEBIT RESERVE Tout prélèvement incontrôlé dans un cours d’eau peut conduire à un assèchement partiel ou total d’un tronçon. Bien qu’une installation hydroélectrique en dérivation restitue cette eau après usage ; il n’en reste pas moins qu’elle court-circuite un tronçon de rivière. Il convient donc de prendre des mesures pour limiter les impacts négatifs sur la faune et la flore aquatique.
Ce débit est déterminé par l’administration, dans le but de préserver les espèces animales et végétales en aval de l’ouvrage qui est spécifié toujours un débit minimal devant en tout temps transiter par le lit normal de la rivière. On qualifie alors ce débit en débits réservé noté « Qr ». Suivant les pays ou les autorités responsables, d’autres termes sont également employées, tels
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET que débits résiduels, débits prescrit, débits de compensation, débits de restitution ou débits de dotation.
Ainsi, en fonction des caractéristiques particulières de certaines régions, des règles bien précises doivent être établis.
Dans le cas de notre étude, selon la prescription du « cahier des charges d’exploitation et maintenance des réseaux hydroélectriques ruraux à Madagascar », le débit réservé des cours d’eau exploités devra être compris entre 5 et 10 % de son débit moyen annuel ou module ; il est plus proche de 10 % pour les rivières poissonneuses et de 5 % pour les rivières à écoulement torrentiel (Programme rHYviere, Décembre 2010).
Comme la rivière Beandrarezona au niveau de la chute d’eau d’Ambodiriana ne présente pas des poissons migrateurs, l’écosystème de la rivière en amont et en aval du barrage sera maintenu en laissant un débit réservé de 5% du module.
Par application numérique, comme le module de la rivière est de 3,64 m3/s, nous avons un débit réservé de 0,182 m3/s ou 182 l/s.
III.4.IV. BESOIN EN EAU DE LA MICROCENTRALE
III.4.iv.a.Le débit turbinable
Le débit turbinable « Qt » est la différence entre le débit de la rivière et le débit réservé. Il s’exprime par :
t riv r {18} Q Q Q Avec :
3 Qt : debit turbinable [m /s];
3 Qriv : débit de la rivière [m /s] ;
3 Qr : débit réservé [m /s].
III.4.iv.b.Débit d’équipement de l’installation
Le débit d’équipement (Qe) d’une centrale hydroélectrique est le débit maximum susceptible d’être turbiné par la centrale, c’est-à-dire le débit maximum absorbé par toutes les turbines lorsque celles-ci fonctionnent ensemble à pleine régime (ADEME, Mars 2003). Il est déterminé à partir de la courbe moyenne des débits classés.
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En général pour les centrales hydroélectriques, le débit d’équipement sera défini en fonction des contraintes suivantes :
L’intégralité du débit instantané du cours d’eau n’est jamais exploitable par le moteur hydraulique. Nous devrons en déduire : les fuites éventuelles au niveau du barrage et du canal d’amenée, le débit éventuellement prélevé par un captage alimentant un réseau d’eau potable ou d’irrigation et le débit réservé ; Le débit maximal autorisé est imposé par le droit d’eau ; Il est en revanche tout à fait possible d’adopter un débit d’équipement inférieur à la valeur réglementaire, si cela permet d’optimiser le dimensionnement du moteur hydraulique ou d’adapter l’installation à un mode de fonctionnement particulier, tel que l’alimentation d’une installation électrique autonome.
A chaque fois que le droit d’eau le permet, les valeurs indicatives pour le choix du débit d’équipement Qe de la centrale sont (HESCHUNG Michel, 2007):
Si la centrale doit alimenter un réseau autonome, notre objectif sera de produire de l’électricité sur la plus longue durée de possible : le débit d’équipement choisi sera celui atteint ou dépassé pendant 250 à 300 jours par an, sous réserve que la puissance électrique générée à ce régime soit suffisante pour alimenter les récepteurs de l’installation ; Si la centrale est destinée à fonctionner en parallèle avec le réseau électrique, en vue de la vente de l’énergie produite, notre objectif sera de maximiser la production annuelle. Le débit d’équipement, qui dépend de l’allure de la courbe des débits classés, sera habituellement celui atteint ou dépassé pendant une durée comprise entre 50 et 90 jours par an.
Comme ces valeurs sont indicatives, le choix du débit d’équipement pour une centrale dépend aussi des différentes contraintes du milieu, de la grandeur des centrales à construire et de la forme de la courbe des débits classées. En général, et ce que nous allons adopter, pour l’orchestration des investissements, il est pratique d’équiper les microcentrales hydroélectriques de deux (ou plusieurs) turbines. Selon l’ADER (Agence de Développement de l’Electrification Rurale), pour les centrales hydroélectriques munis de plusieurs turbines de production, il faut choisir le débit d’équipement de la première turbine de la manière que celle- ci pourrai fonctionner avec un débit Q 95% c'est-à-dire avec un débit assuré d’environ 347 jours
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET par an. Le choix des débits des autres turbines varie ensuite pour une optimisation économique du site.
Selon la courbe des débits classés de la rivière Beandrarezona à notre site, le débit d’équipement de la première turbine de la centrale sera :
Q Q95% - Qr {19} e Turbine 1 Avec :
3 Q e Turbine 1 : débit d’équipement de la première turbine [m /s] ;
3 Q 95 % : débit de la rivière atteint 347 jours par an [m /s] ;
Qr : débit réservé [m/s].
Par application numérique, nous avons un débit d’équipement de la première turbine égale à 0,968 m3/s soit 968 l/s. Pour des raisons pratiques, nous allons prendre un débit d’équipement de 1 m3/s pour la première turbine.
Comme la centrale sera équipée de deux turbine, il est pratique et évident de choisir des turbines présentant les mêmes caractéristiques. Il s’agit alors de deux turbines dont le débit d’équipement de chacune sera égal à 1 m3/s pour la centrale. Le débit d’équipement de notre 3 centrale sera donc égal à Q e = 2 m /s qui sera assuré 210 jours/ans.
III.4.iv.c.Débit minimum de l’installation
Le débit minimum « Qmin » d’une installation est le débit au-dessous duquel une turbine ne peut plus fonctionner normalement. Cette valeur dépend donc principalement du type de turbine utilisé (notion de plage de fonctionnement des turbines paragraphe VI.1)
Comme notre installation sera équipé de deux turbines fonctionnant chacun avec un débit nominal de 1 m3/s, le débit minimum pour notre installation sera donc le débit pour lequel la dernière turbine ne peut plus fonctionner normalement et égale à : 0,33 m3/s.
III.4.V. SYNTHESE DES RESULTATS Les différents types des débits du site de l’aménagement seront donc :
Module des débits du site : 3,64 m3/s Débit réservé du site : 0,187 m3/s Débit d’équipement de la microcentrale : 2 m3/s
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Débit minimum de la microcentrale : 0,33 m3/s
La figure suivante résume les différents débits caractéristiques de l’aménagement :
Débits caractéristiques Débits [m3/s] de l'aménagement 12
10
courbe des débits classés 8 Débit réservé [m3/s] Module [m3/s]
6 210 jours Qe 1ère turbine
4 Qt
2
Qe temps [j] 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400
Figure 20 : débits caractéristiques de l'aménagement
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Chapitre IV. DONNEES DE BASE ET ETUDE DE GENIE CIVIL DE L’AMENAGEMENT
IV.1. VARIANTE ET SCHEMA D’AMENAGEMENT PROPOSE IV.1.I. TYPE DE L’USINE Une installation hydraulique exploite l’énergie cinétique (liée à la vitesse) et l’énergie potentielle (liée au poids) d’une masse d’eau qui s’écoule entre deux points d’altitude différente.
En termes d’utilisation des ressources, il y a deux principaux types de petites centrales hydroélectriques :
Centrales au fil de l'eau ; Centrales avec réservoir.
IV.1.i.a.Centrales au fil de l’eau On dit que la centrale fonctionne au fil de l’eau quand l’installation utilise une partie du débit instantané du cours d’eau. La production d’énergie suit par conséquent les variations saisonnières de ce débit. En période d’étiage, si le débit disponible devient inférieur au minimum exploitable par le moteur hydraulique, l’activité de l’installation cesse.
Du fait de cette fluctuation d’énergie, ce type de centrale est à adopter en général pour fournir de l'énergie à un petit réseau électrique ou dans le but d’injection de l’énergie produite dans des réseaux interconnectés.
IV.1.i.b.Centrales avec réservoir On dit que la centrale fonctionne avec réservoir lorsque l’installation est associée à une retenue d’eau, par exemple un étang, qui joue le rôle de réservoir. La centrale peut ainsi exploiter ponctuellement un débit nettement supérieur à celui du cours d’eau pour répondre à un besoin important de puissance, par exemple pour produire de l’électricité aux heures de forte consommation.
IV.1.i.c.La centrale d’Ambodiriana L’aménagement de la microcentrale hydroélectrique de Beandrarezona à Ambodiriana est destiné, comme nous l’avons déjà mentionné précédemment, à une injection dans le réseau de production de la future centrale hydroélectrique d’Andriamanjavona pour l’alimentation des communes rurales d’Ambatosia, d’Ambodiampana et de Beandrarezona ainsi qu’une injection Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 58
MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET au réseau de production thermique de la JIRAMA pour la commune urbaine de Bealanana. En tenant compte aussi de la condition topographique et des présences de certaines activités agricoles et rizeries en amont, qui ne nous permet pas de créer un réservoir (le code de l’eau prescrit les priorités d’utilisation des ressources en eau et l’utilisation industrielle étant en dernière), nos choix pour un aménagement au fil de l’eau est évident.
L’aménagement hydroélectrique de la Beandrarezona au site d’Ambodiriana sera donc un aménagement de type au fil de l’eau.
IV.1.II. SCHEMA D’AMENAGEMENT PROPOSE Un aménagement hydroélectrique comprend toujours principalement d’un barrage (ou seuil) sur le cours d’eau et d’une usine où l’énergie hydraulique est transformée en énergie électrique9. Mais les autres composantes de l’aménagement varient peu du type de la centrale. Selon le critère de dénivellation, on distingue deux (2) types d’aménagement hydroélectriques : les aménagements de montagne ou aménagements de haute chute et les aménagements de plaine ou aménagements de basse chute.
IV.1.ii.a.Les aménagements de montagne Les aménagements de montagne sont caractérisés par une grande dénivellation (hauteur de chute) avec des faibles débits, elles sont surtout présentes dans les sites de haute montagne; ce type d’aménagement utilise donc principalement la hauteur de la rivière, et il est composé en général des ouvrages suivantes : des ouvrages de prise (barrage, prise), des ouvrages d’amenés et de mise en charge (canal d’amené, dessableur, chambre de mise en charge ou cheminé d’équilibre, conduite forcée), des équipements de production (turbines, générateurs, systèmes de régulation) et des ouvrages de restitution.
Ce type d’aménagement est le plus répandue pour les cas des microcentrales hydroélectrique dans les pays en voie de développement.
IV.1.ii.b.Les aménagements de plaine Les aménagements de plaine, contrairement à ceux des montagnes, sont caractérisés par une faible dénivellation (hauteur de chute) avec des grands débits. Ce type d’aménagement exploite donc principalement du débit de la rivière et de la petite dénivellation (en général) du
9 Les types et les dimensions des différents ouvrages pour un aménagement varient selon les disponibilités et les contraintes techniques, économiques, sociales et environnementales de chaque aménagement. Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 59
MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET barrage. L’aménagement est composé donc des ouvrages de prise (barrage, prise) et directement des équipements de production (turbines, générateurs, systèmes de régulation).
IV.1.ii.c.Aménagement hydroélectrique d’Ambodiriana L’aménagement hydroélectrique d’Ambodiriana est de type aménagement de montagne, il est défini par une hauteur de chute brute (dénivellation) de 25,82 m avec un débit de 2 m3/s. L’aménagement sera donc équipé, sur la rive droite du cours d’eau, des ouvrages classiques pour ce type d’aménagement correspondant. Les dimensions et les caractéristiques techniques de ces ouvrages sont détaillées dans le paragraphe description et étude technique des ouvrages de génie civil (paragraphe IV.3)
IV.1.III. VARIANTE DE L’AMENAGEMENT Pour un aménagement d’un site hydroélectrique donné, il est toujours possible d’exploiter différents types de dénivellation offerte par le site. C’est ainsi que s’introduit la variante de l’aménagement ; c’est les différentes configurations possibles de l’aménagement variant suivants la hauteur de chute à exploiter (et évidemment les coûts de l’aménagement car le coût de l’aménagement varie, en général, proportionnellement avec la hauteur de chute à exploiter). Concernant les variantes, le choix de la hauteur de chute tiendra compte de la configuration géographique du site et des coûts et bénéfices des différentes solutions envisageables. Le bon projet résulte ensuite du meilleur compromis entre les données techniques, environnementales et financières des variantes proposées.
Pour le cas de notre site, deux variantes ont été proposé au début de l’exploration mais après les analyses détaillées des données topographiques du site (paragraphe IV.2), nous avons conclus qu’une seule variante sera envisageable. C’est la variante exploitant une hauteur de chute brute de 25,82 m dont nous allons étudier pour la suite de notre étude.
IV.2. ETUDE TOPOGRAPHIQUE IV.2.I. DONNEES TOPOGRAPHIQUES DU SITE Comme l’aménagement fait partie des sites d’étude du projet rHYviere II, des levées topographiques des sites d’implantations envisagées des ouvrages ont été faite par l’équipe du projet. Ces données nous a permis des analyses assez précises des différentes composantes de l’aménagement et des différents calages de tous les ouvrages de l’aménagement. Ces données topographiques sont celles utilisées pour le traçage des différents plans des ouvrages de la centrale consultable en ANNEXE VIII. .
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IV.2.II. ANALYSE TOPOGRAPHIQUE Au début du projet, deux variantes de schéma d’aménagement du site ont été proposés, les levées topographiques ont donc fournis les données nécessaires sur les sites des ouvrages possibles selon les deux types de variante. La figure suivante montre les deux variantes proposées pour le site (V1 : centrale variante 1 et V2 : centrale variante 2) :
Barrage
V1 V2
Vers Beandrarezona
Figure 21 : variante de shéma d'aménagement du site d'Ambodiriana
Après une analyse des données topographiques, nous avons pu trouver les différentes caractéristiques des deux variantes proposées résumées dans le tableau suivant :
Tableau 27 : tableau comparatif des deux variantes d'aménagement proposées
Variante 1 Variante 2 Chute brute 25,82 25,84 Longueur ouvrage d'amené 360 520
Par simple analyse des résultats, nous remarquons tout de suite que la variante 1 est la variante à retenir car il présente sûrement le meilleur compromis entre les données techniques, environnementales et financières des variantes proposées. Nous n’allons alors considérer que cette variante pour toute la suite de notre étude.
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IV.3. DESCRIPTION ET ETUDE TECHNIQUE DES OUVRAGES DE GENIE CIVIL IV.3.I. GENERALITES Les principaux ouvrages de génie civil d'une petite centrale hydroélectrique au fil de l’eau sont le barrage de dérivation, la prise, les conduites d'eau et la centrale de production. Comme énoncé précédemment, les conceptions et les dimensionnements de ces ouvrages tiennent compte du type d’aménagement, des conditions du site et de l’accès aux matériaux de construction local. Les paragraphes qui suivent sont destinés aux descriptions techniques des ouvrages de génie civil pour l’aménagement hydroélectrique d’Ambodiriana.
IV.3.II. LE BARRAGE (OUVRAGE DE DERIVATION)
IV.3.ii.a.Généralités sur les barrages IV.3.ii.a.A. Définition Un barrage est un ouvrage implanté perpendiculairement à l’écoulement d’une rivière pour élever le plan d’eau et détourner ce dernier dans un système d’acheminement d’eau en direction d’une utilisation spécifique.
Pour les barrages d’un aménagement hydroélectrique, ils servent à maintenir devant chaque prise d’eau un plan d’eau compatible avec le fonctionnement de cette dernière pour les aménagements au fil de l’eau comme dans notre cas ; et peuvent également produire une chute supplémentaire et fournir une capacité de stockage pour le type d’aménagement avec réservoir.
IV.3.ii.a.B. Classification En termes de classification, plusieurs paramètres peuvent être adoptés pour classifier les barrages comme selon leurs fonctions ou leurs modes de construction. Selon leurs fonctions, on distingue le barrage de dérivation et le barrage de retenue. Selon le matériau de construction des barrages, on distingue (SOCIETE HYDROTECHNIQUE DE FRANCE, 1986) :
001. Barrages en béton
Les barrages en béton sont des barrages construits essentiellement par des bétons armés. On distingue ainsi les types suivants selon leur forme et leur comportement mécanique : barrage poids, seuil déversant, barrage à contreforts, barrage voûte, barrage à voûte multiples, barrage mobile. Le barrage poids nous intéresse en particuliers donc voyons un peu plus de détails.
Barrage poids
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Massif, ce barrage de section transversale généralement triangulaire (afin de fournir une répartition de stabilité et de contrainte adéquate par rapport au plan de fondation) résiste à la poussée de l’eau par son poids. C’est le type de barrage le plus adapté pour les microcentrales hydroélectriques. Sa conception inclut une analyse de stabilité (au glissement et renversement) et une étude des contraintes.
002. Barrages en terre
Les barrages en terre peuvent être constitués par des matériaux de caractéristiques très diverses allant de l’argile pure très fine à des éléments très grossiers ou même des roches altérées facilement compactables telles que les latérites, schistes et grès tendre. Les barrages en terre se présentent sous trois schémas principaux de structure : barrage homogène, barrage à noyau et barrage à masque amont.
003. Barrage en enrochements
Un barrage en enrochement est essentiellement un grand tas de gros cailloux qui résiste à la poussée de l’eau par le poids du massif mais dont l’étanchéité est assurée comme pour les barrages en terre non homogènes par un masque amont, un écran interne en béton ou un noyau argileux.
004. Autres méthodes de construction des barrages
En dehors des techniques classiques de construction utilisant le béton, la terre, les enrochements, il est possible de construire certains ouvrages en utilisant les ressources locales ou les procédés traditionnels du pays et en particuliers : la maçonnerie, le bois, les gabions, les palplanches, les structures gonflables et les barrages mixtes.
IV.3.ii.a.C. Choix de l’emplacement Le choix de l’emplacement d’un barrage est régi par deux conditions importantes dont nous allons voir dans les paragraphes qui suivent.
001. Conditions relatives à la topographie
La recherche d’un emplacement du barrage est précédée en principe de l’établissement d’une carte à grande échelle permettant de déceler l’existence des gorges et des cuvettes. Pour un barrage fixe, les conditions topographiques doivent remplir les conditions suivantes :
Largeur du verrou doit être la plus faible possible (réduction du volume de l’ouvrage) ; La capacité de la cuvette doit être grande pour une hauteur donnée.
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002. Conditions géologiques
Les roches de la zone de fondation d’un barrage doivent présenter des caractéristiques satisfaisantes en ce qui concerne la stabilité de l’ouvrage et l’étanchéité de la retenue (cas de barrage à réservoir). Les qualités essentielles d’un terrain de fondation sont :
Un faible degré de broyage ou altération ; Une faible compressibilité, raison pour laquelle on n’admet jamais la présence des blocs d’argiles ; Une grande résistance à l’écrasement.
IV.3.ii.b.Type de barrage pour l’aménagement hydroélectrique d’Ambodiriana Le type de barrage convenable pour notre site est un barrage poids à seuil déversant. Il s’agit alors d’un barrage construit en béton armé et béton cyclopéen10. Les conditions topographiques et géologiques sont idéales pour une construction d’un tel ouvrage à l’emplacement choisi dont la coordonnée en est : (S : 14°28’5,79’’ E : 48°41’4,35’’)
Comme la cote du fond de la rivière au droit du site d’implantation étant obtenue par les levées topographiques, la cote du radier du barrage sera donc callée à ZR Barr = 1 140.00 m. Tous les dimensionnements de l’ouvrage qui suivent sont calée à partir de cette cote.
IV.3.ii.c.Dimensionnement du barrage IV.3.ii.c.A. Longueur du barrage et hauteur de charge
Les connaissances de la longueur totale LBarr du barrage qui est donnée par la largeur de la rivière et de la hauteur de charge Hc Barr au-dessus de la crête du barrage sont prioritaires pour le dimensionnement du barrage de dérivation. Ainsi, le débit que peut évacuer un barrage de longueur LBarr est obtenu par la formule général du déversoir exprimée par (BENNIS Saad, 2009) :
3 ( ) {20} 2 Qd . LBarr 2.g Hc Avec :
3 Qd : débit du déversoir [m /s] ;
10 Le Béton cyclopéen est un béton contenant des gros blocs de pierre, des moellons, des galets, etc. Il est généralement utilisé pour de gros volumes ne demandant pas de résistance mécanique élevée. En outre il nécessite un matériel de malaxage adapté. Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 64
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µ : coefficient de débit ;
LBarr : largeur du barrage [m] ; g : accélération gravitationnelle [m/s²] ;
Hc : hauteur de charge sur le déversoir ou bien différence de niveau entre la surface libre en amont, loin de la zone d’approche, et le seuil déversant [m].
Le coefficient de débit µ varie selon le type de déversoir. Ce coefficient ne peut être déterminé qu’expérimentalement, et plusieurs études en été déjà focalisée sur ce domaine. Selon les différentes études, les seuils normaux sont les déversoirs permettant d’évacuer le plus de débit possible. Les seuils normaux (profil CRAEGER, profil Scimeni) sont des déversoirs dont la crête et la partie aval sont profilées de manière à épouser la forme de la lame déversante (paragraphe IV.3.ii.c.C). Le coefficient de débit µ d’un seuil normal varie de 0,45 à 0,49 suivant la vitesse d’approche de l’eau en fonction de la profondeur de pelle P à l’amont du déversoir. Lorsque le seuil est noyé, il y a réduction du débit d’autant plus important que le rapport H H 1 2 est petit. Une courbe donnant un coefficient de réduction à appliquer au coefficient de H1 débit en fonction de la géométrie de l’ouvrage est donnée en Annexe IV . E. Après analyse des paramètres, le coefficient de débit µ correspondant est égal à 0,49.
Comme le débit maximum à évacuer par le déversoir (barrage) est la crue de dimensionnement de l’ouvrage, ce dernier sera donc à rapporter dans l’équation 20, pour en tirer la charge correspondante.
D’après la norme de dimensionnement des ouvrages à Madagascar et selon la prescription du cahier de charge du programme, le débit de crue de dimensionnement des ouvrages pour les projets hydroélectriques du programme rHYviere est le débit cinquantennal (période de retour : 50 ans) (Programme rHYviere, Décembre 2010). Le débit cinquantennal 3 correspondant à notre site (paragraphe III.3.ii.b.B) a pour valeur Q 50 = 760 m /s.
La charge maximale au-dessus du déversoir en période de crue pour notre ouvrage sera donc donnée par l’expression :
2 Q ( ) 50 3 {21} H c max
. LBarr 2.g Avec : Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 65
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Hc max Barr : hauteur de charge maximale au-dessus du barrage [m] ;
3 Q50 : débit cinquantennal du site [m /s] ;
µ : coefficient de débit ;
LBarr : largeur déversante [m].
Application numérique :
La largeur de la rivière au droit du site est de 32 m, après calcul, on a : Hc max = 4,93 m
IV.3.ii.c.B. Hauteur du barrage La hauteur du barrage se définit par la différence entre la côte de la crête du seuil du barrage et la côte du radier. La côte du radier est choisie égale à celle du fond du lit de la rivière, et est donnée par les levés topographiques au niveau de la section d’étude ; la cote du radier de notre barrage est égale à 1 140,00 m d’après l’analyse des données topographiques du site. La côte de la crête du barrage est obtenue à partir du calage hydraulique de la prise, elle correspond à la côte de la surface libre de l’eau qui assure le fonctionnement normal de la prise selon le mode de fonctionnement de ce dernier. A la limite, la hauteur du barrage ne doit pas dépasser certaine valeur de la cote de la rizière, la plus basse susceptible d’être inondée, des zones culturales en amont de l’ouvrage.
Pour le cas de notre site, en tenant compte des calages hydrauliques de la vanne de chasse de hauteur 1 m (paragraphe IV.3.ii.g.A) et de la prise de hauteur 0,95 m (paragrapheIV.3.iii.b), la hauteur du barrage, avec [m] comme unité, sera obtenue par :
Hauteur du barrage = hauteur de la vanne de chasse - 0.05 + hauteur de la prise + 0.1
Par application numérique, HBarr = 2 m
Après avoir analysé les cotes de certaines rizières en amont de l’ouvrage, nous pouvons conclure que seulement quelques zones culturales en amont seront inondées avec le niveau normal des eaux de l’aménagement. Nous pouvons prendre alors une hauteur de barrage égale à 2 m
IV.3.ii.c.C. Profil du barrage et pré-dimensionnement Comme indiqué précédemment, le profil que nous allons adopter pour notre ouvrage est le profil normal (Profil CRAEGER) pour pouvoir assurer le coefficient de débit énoncé dans le paragraphe IV.3.ii.c.A. Les indications permettant de déterminer le profil normal d’un déversoir
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à parement amont vertical sont présentées dans la figure suivante (MINISTERE DE L'AGRICULTURE, 1977) :
HBarr : hauteur de la pelle
Figure 22 : indication prodil normal d'un déversoir
Comme indiqué sur la figure, en considérant comme origine des axes le point à une distance de 0,3 Hc, du parement amont de l’ouvrage, l’équation donnant le profil CRAEGER pour le parement aval du barrage s’exprime par :
X 1,85 Y {22} 0,85 2 . H c Avec :
Hc : hauteur de charge au-dessus du barrage [m].
Après programmation de la formule 22 sous le logiciel Excel, nous avons trouvé comme pré-dimensionnement de l’ouvrage une longueur de la base de l’ouvrage, correspondant à une hauteur totale du barrage de 2 m, égale à 5,9 m. Ces valeurs seront traiter dans la partie étude de stabilité et peuvent varier de tel sorte à trouver des valeurs optimales. Le profil normal du barrage est présenté par la figure ci-après (trait en bleu sur la figure), et pour faciliter les calculs pour la suite de notre étude, nous allons prendre un profil d’étude équivalent un profil trapézoïdal dont les caractéristiques sont résumées dans le tableau suivant (trait en rouge sur la figure). Le tableau suivant résume les caractéristiques de notre barrage sur le site Ambodiriana.
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Tableau 28 : caractériqtiques du barrage
Désignations Unités Valeurs
Type - Poids profil CRAEGER (Trapézoïdale à crête arrondi)
Longueur (LBarr) [m] 32
Hauteur au niveau de la crête (HBarr) [m] 2
Charge maximale (Hc max) [m] 4,93
Fruit du talus amont (mamont) [m] 0
Fruit du talus aval (maval) [m] 1,75
Largeur à la crête (lc Barr) [m] 2,4
Largeur de la base (lB Barr) [m] 5,9
Epaisseur du radier (er Barr) [m] 0,3
Prolongement du radier (ar) [m] 0,3
Largeur totale du radier (l Barr) [m] 6,5
Cote au fond (Zf Barr) [m] 1 140,00
Profil du barrage d'Ambodiriana Lc Barrr
0.000 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
HBarr -1.000
ar LB Barrr ar
er Barr -2.000
LBarrr Hauteur du barrage [m] barrage du Hauteur
-3.000 Base du barrage [m]
Figure 23 : profil du barrage d'Ambodiriana obtenu avec la programmation sous le logiciel Excel
C’est au stade de construction de l’ouvrage qu’il est recommandé d’avoir la norme du profil indiqué en trait bleu sur la figure mais nous allons considérer le profil trapézoïdal pour la suite de notre calcul.
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IV.3.ii.d.Etude de stabilité du barrage L’étude de stabilité des barrages en béton concerne l’équilibre d’ensemble de l’ouvrage, qui doit résister au glissement sur la fondation et au renversement ainsi que la stabilité interne de l’ouvrage qui doit résister aux contraintes qui se développent dans sa masse. Calculons d’abord les actions auxquelles sont soumises le barrage avant de procéder à l’étude de sa stabilité.
IV.3.ii.d.A. Actions auxquelles sont soumis le barrage Le terme "actions" désigne ici tout phénomène qui produit des sollicitations dans les différentes sections de l'ouvrage. Pour un barrage poids, les principales sollicitations dont l’ouvrage subit sont : la poussée de l’eau, la poussée des sédiments saturés, le poids propre de l’ouvrage, les sous pressions et la réaction du sol.
001. Hypothèse de calcul et notation des forces
Pour le cas de notre ouvrage, les forces suivantes sont négligées pour l’étude de stabilité du barrage :
Les sous pressions sont tout à fait négligeables par raison que le barrage sera implanté sur une fondation rocheuse ; Le poids de l’eau sur la crête du barrage variant en fonction du débit de la rivière et de son parcours assure la stabilité du barrage ; Dans les déversoirs à profil normal, on ne tient pas compte non plus de l'eau s'écoulant sur le parement aval, ni de son éventuel effet stabilisateur (MINISTERE DE L'AGRICULTURE, 1977).
Pour la suite de notre étude, nous allons prendre les notations suivantes :
Pw : poussée de l’eau ;
Pt : poussée des sédiments ; W : poids de l’ouvrage.
La figure suivante représente les différentes actions auxquelles sont soumises le barrage :
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Figure 24 : actions auxquelles sont soumises le barrage
002. Calcul des forces appliquées sur le barrage
Nous allons calculer dans ce paragraphe les différentes composantes des forces appliquées sur le barrage. En pratique, l’étude de stabilité des barrages se réduit sur une étude de stabilité par mètre linéaire (suivant la longueur) de l’ouvrage dans les conditions le plus défavorable c’est-à-dire aux conditions de passage de la crue de dimensionnement du barrage. Les forces appliquées se divisent en général en deux catégories dont forces renversantes et forces stabilisatrices. Les forces renversantes sont la poussée de l’eau et des sédiments alors que le poids de l’ouvrage en est la force stabilisatrice.
La poussée de l’eau
L'action de l'eau se manifeste par la pression qu'elle exerce directement sur le parement amont de l'ouvrage. A une profondeur z la pression hydrostatique est phydr = ϒw x z, ϒw étant le poids volumique de l'eau. Pour un ouvrage qui déverse avec une charge Hc le diagramme des pressions prend la forme d'un trapèze et la poussée totale, s'exerçant au centre de gravité du trapèze, a pour expression (MINISTERE DE L'AGRICULTURE, 1977):
1 Pw w (HBarr 2Hc)HBarr {23} 2 Avec :
Pw : poussée de l’eau [N] ;
3 ϒw : poids volumique de l’eau [N/m ] ;
HBarr : hauteur du seuil du barrage [m] ;
Hc : hauteur de charge au-dessus du barrage [m] égale à Hc max pour la vérification de stabilité.
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3 Application numérique : ϒw = 9 810 N/m , HBarr = 2 m, Hc = Hc max = 4,93 m
Après calcul, on obtient Pw = 116 347 N soit Pw = 116,35 kN
La poussée des sédiments saturés
Des sédiments s'accumulent souvent au pied amont du déversoir. Si leur épaisseur est importante, il en résulte une poussée, à l'origine d'efforts notables qu'il convient de ne pas négliger. Il faudra alors considérer une poussée des terres horizontale qui a pour expression (MINISTERE DE L'AGRICULTURE, 1977) :
1 2 2 Pt t e tg ( ) {24} 2 t 4 2 Avec :
Pt : poussée des sédiments saturés [N] ;
3 ϒt : poids volumique des sédiments à l’état saturés [N/m ] ; et : épaisseur de la couche de sédiments [m] ;
Ф : angle de frottement interne des sédiments [rad].
Application numérique :
3 ϒt = 15 696 N/m , comme l’évaluation de la hauteur de sédiment qui s’accumule an amont des ouvrages nécessite beaucoup de matériel et de donnée (facteur d’érosion des bassins, ...) et en raison de la présence d’une vanne de chasse à notre ouvrage, nous allons considérer une hauteur de dépôt de sédiment maximale à ht = 0,8 m, Ф = 0,35 °
Après calcul, on obtient Pt = 2 458 N soit Pt = 2,46 kN
Poids de l’ouvrage
Cette action est favorable à la stabilité de l’ouvrage et constitue la force stabilisatrice principale en raison que notre barrage est de type poids. Le poids de l’ouvrage est obtenu par le produit de son poids volumique par son volume. Pour faciliter les calculs, l’évaluation du poids est faite par division par tranche de l’ouvrage puis la somme des poids de ces dernières. Les détails des calculs sont présentés en Annexe V . A.
Après calcul, on a trouvé comme valeurs du poids de l’ouvrage égale à :
W = 247 212 N soit W = 247,21 kN
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003. Moment des forces appliquées sur le barrage
Il est évident que ce sont les moments qui peuvent causer des éventuels déplacements de l’ouvrage, il nous est donc nécessaire de connaitre les valeurs des moments des forces appliquées sur le barrage. Rappelons que le moment d’une force relativement à un point est égal au module de cette force multipliée par le bras de levier (voir paragraphe suivant). Nous allons d’abord donc calculer les bras de levier de chaque force par rapport aux différents points caractéristiques présentés sur la figure suivante avant de calculer ses moments.
M O
Figure 25 : présentation des points de référence pour l'étude de stabilité du barrage
Bras de levier des forces appliquées sur le barrage
Le bras de levier d’une force se définit par la distance du point d’application de cette force jusqu’ au centre de rotation du moment, mesurée sur une droite perpendiculaire à la direction de la force passant par le centre de rotation. Les points pour lesquels on calcule les bras de levier sont le point au milieu de la base du radier noté « M » et le point de renversement « O » qui se définit à l’extrémité aval du radier du barrage (figure 25).
Les résultats de calcul des bras de levier des différentes forces appliquées sur notre barrage sont confinés dans un tableau présenté en Annexe V . A du document.
Valeurs des moments des forces appliquées sur le barrage
Les moments des forces appliquées sur le barrage s’obtiennent par la relation :
{25}
ΜFi = dFi Fi Avec :
MFi : moment de la force « i » par rapport à un point d’étude [N·m] ; dFi : bras de levier de la force « i » par rapport au point d’étude [m] ; Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 72
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Fi : force « i » [N].
Après calcul, les résultats des moments des différentes forces appliquées au barrage ainsi que leurs caractéristiques sont résumés dans un tableau présenté en Annexe V . A du document.
IV.3.ii.d.B. Equilibre de l’ensemble Dans l’étude de l’équilibre de l’ensemble d’un barrage-poids on considère le barrage comme un bloc indéformable soumis à des actions extérieures, à des sous-pressions et à la réaction des fondations. La sécurité est alors prise par rapport à des mécanismes de ruptures éventuelles (glissement, renversement).
IV.3.ii.d.C. Etude de stabilité au glissement
Les forces horizontales (ΣFH), telles que la poussée de l'eau et des terres, qui s'exercent sur le barrage tendent à le déplacer vers l'aval. La résistance à ces forces horizontales (résistance au cisaillement) est offerte par les fondations grâce à leur cohésion c et à leur coefficient de frottement (tgϕ). La stabilité au glissement d’un barrage est alors assurée si le coefficient de sécurité au glissement KG est supérieur à un coefficient de sécurité prise généralement égal à 1,5 (MINISTERE DE L'AGRICULTURE, 1977) :
(Fv) tg cS G {26} K 1,5 FH Avec :
KG : coefficient de sécurité au glissement ;
FV : force verticale [kN] ;
FH : force horizontale [kN] ; tgϕ : coefficient de frottement ; c : cohésion [MPa] ;
S : surface de contacte [m²].
Habituellement on néglige la cohésion considérant qu'il s'agit d'une caractéristique variable et aléatoire dont la pérennité en milieu saturé n'est pas assurée. Et puisqu’on néglige les sous-pressions au-dessous du barrage, l’expression du coefficient de sécurité au glissement se simplifie alors par :
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(Wi) tg KG 1,5 {27}
(Pw Pt) Avec :
KG : coefficient de sécurité au glissement ;
Pw : poussée de l’eau [kN] ;
Pt : poussée des sédiments saturés [kN] ; tgϕ : coefficient de frottement ;
Wi : poids de la tranche « i » [kN].
Application numérique : tgϕ = 0,75 pour béton sur rocher et après calcul, on obtient :
KG = 1,56 > 1,5
Ce qui vérifie bien que notre barrage est stable vis-à-vis au glissement.
IV.3.ii.d.D. Etude de stabilité au renversement Le deuxième mode direct de rupture pour un barrage-poids est le renversement. La cause d'une telle rupture est l'existence de forces horizontales suffisamment grandes comparées aux forces verticales pour amener la résultante de toutes les forces agissant sur le barrage en dehors des limites de la surface de base de l'ouvrage.
L'étude de stabilité au renversement consiste à calculer par rapport au centre de rotation de l’ouvrage, qui est le point « O » (figure 25) pour un barrage sur une fondation de formation rocheux c'est-à-dire indéformable, les moments de forces appliquées, en séparant les forces renversantes (éventuellement poussée de l'eau et poussée des terres si on néglige les sous- pressions) et les forces stabilisatrices (poids de l'ouvrage). Le rapport du moment stabilisateur au moment renversant de l’ouvrage défini le coefficient de stabilité au renversement KR, ce coefficient doit être ainsi supérieur à un coefficient de sécurité généralement prise égale à 2 (PERNIN Charles, Septembre 2003) :
MS R {28} K 2 MR Avec :
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KR : coefficient de stabilité au renversement ;
MS : moment stabilisateur [kN·m] égale à MS = ΣMW ;
MR : moment renversant [kN·m] égale à MR = ΣMP.
Application numérique :
MS = MW1 + MW2 + MW3 + MWW = 968,64 kN·m ;
MR = MPw + MPt = 146,10 kN·m.
Après calcul, on obtient :
KR = 6,63 > 2
Ce qui vérifie bien que notre barrage est stable vis-à-vis au renversement.
IV.3.ii.d.E. Etude de stabilité interne 001. Contrainte maximale
Nous allons calculer dans ce paragraphe les contraintes qui se développent à la base de l’ouvrage. Il consiste à vérifier que la contrainte maximale due aux différentes forces appliquées sur le barrage reste inférieure à la contrainte maximale admissible du sol de fondation.
Pour les barrages de moyennes et de petites dimensions et même pour les grands ouvrages ne présentant pas de difficultés particulières, la réaction des fondations est supposée linéairement répartie sur la surface d'appui. Si on désigne par « e » l'excentricité du point d'application de la résultante des forces appliquées à l'ouvrage par rapport au centre de gravité « M » (figure 25) de la surface de base S considérée, en un point situé à une distance y de « M » la valeur de la contrainte normale Ϭy est donnée par la formule de résistance des matériaux (MINISTERE DE L'AGRICULTURE, 1977):
V V F (F ) e.y {29} y S I Avec :
Ϭy : contrainte normale en un point situé à une distance y de M [MPa] ;
FV : force vertical [kN] ;
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S : surface de base qui est égale à lBarr car on considère par tranche de 1 m de longueur du barrage [m²] ; y : distance du point considéré par rapport à « M » [m] ;
I : moment d’inertie de la surface de base S par rapport à l’axe passant par le centre de gravité
3 (lBarr) M et parallèle à la base. Il a pour expression I 12 e : excentricité du point d’application de la résultante des forces appliquées à l'ouvrage par rapport au centre de gravité « M » de la surface de base S considérée [m].
Si on note par R la résultante des forces appliquées sur le barrage qui se décompose en composante verticale et horizontale et nous savons que « e » est la distance du point d’application de suivant l’axe y par rapport au point « M », le moment de la résultante des forces par rapport au point M s’écrit par : M = e R .Comme le point d’application considéré de la résultante et le point M se trouve sur le même niveau vertical (sur la base du barrage), on constate que le moment de la composante horizontale de s’annule, nous pouvons alors écrire : M = e = e RV
Avec : RV : composante verticale de la résultante qui n’est autre que la somme des forces verticales ΣFV . Nous pouvons donc écrire : M = e ΣFV
Le moment de la résultante des forces par rapport au point « M » est égal à la résultante des moments des forces par rapport à ce point, de cette faite, on peut écrire :
M = e ΣFV = ΣMFi = MFV+MFH = MWi + MPi = MW1 + MW2 + MW3 + MWw + MPw +
MPt
MFi MFV + MFH L’excentricité « e » se déduit alors : e Fv Fv
En remplaçant les différents paramètres dans l’équation 29, on obtient :
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FV 12 (MFi) y y 3 lBarr (lBarr)
On constate que les contraintes sont maximales et minimale aux extrémités de l’ouvrage qui
lBarr correspond à y , nous pouvons alors écrire : 2
FV 6 (MFi) max/ min {30} 2 lBarr (lBarr) Après calcul, les contraintes maximale et minimale exercé par l’ouvrage sur la fondation sont :
Ϭmax = 40 774 [N/m²] soit Ϭmax = 0,04 [MPa] ;
Ϭmin = 35 320 [N/m²] soit Ϭmin = 0,03 [MPa].
Cette valeur de contrainte maximale Ϭmax = 0,04 MPa est largement inférieure à la valeur de contrainte maximale de la fondation rocheuse de l’ouvrage qui est d’environ 4 MPa pour une fondation rocheuse assez altérée (ARVOR Géotechnique, 31 Janvier 2011). La valeur positive de la contrainte minimale nous indique qu’aucune force de traction n’est exercé sur tout le long de la fondation de l’ouvrage.
002. Règle du tiers central
On entend par règle du tiers centrale la condition « la résultante des forces appliquées aux barrages doit couper la base de l'ouvrage dans la zone correspondant au tiers central de la base ». Il consiste donc à vérifier si l’excentricité « e » reste inférieure au 1/6 de la base de l’ouvrage :
lBarr e {31} 6 Comme vue dans le paragraphe précédent, l’excentricité « e » a pour expression :
MFi MFV + MFH e Fv Fv
Application numérique :
Après calcul, on obtient e = 0,077 m soit e = 8 cm, et lBarr = 1,05 m soit lBarr = 105 cm 6 6
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Comme : e = 8 < 105
La règle du tiers central est vérifiée pour le barrage.
IV.3.ii.d.F. Synthèse de l’étude de stabilité du barrage Le tableau suivant résume les différents coefficients et paramètres de stabilité du barrage d’Ambodiriana :
Tableau 29 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du barrage
KG KR Ϭmax [MPa] e conditions > 1,5 > 2 < 4 < 1,08 valeurs 1,561 6,630 0,04 0,077
IV.3.ii.e.Dispositif constructif et plan de présentation du barrage IV.3.ii.e.A. Dispositif constructif La technique de fondation remontant vers l’aval est préconisée pour les parties du seuil au droit des rochers et tout en les renforçant avec des fers d’ancrage adéquats. Le profil en travers du barrage sur le seuil rocheux présenté en ANNEXE VIII. montre cette technique de fondation préconisés.
Une mise en place des blocs de roche, de diamètre avoisinant 0,5 m en aval du barrage est préconisée pour la dissipation d’énergie de l’eau après le déversement.
IV.3.ii.e.B. Plan de présentation de l’ouvrage de rehaussement Tous les plans nécessaires et présentant des détails importants du barrage ont été dessiné. Pour améliorer la présentation de cet ouvrage, ces plans sont présentés en ANNEXE VIII.
IV.3.ii.f.Les murs d’ancrage Les murs d’ancrage servent à ancrer le barrage dans les berges et jouent le rôle de parafouille pour résister à l’écoulement souterrain latéral provoqué par la différence de niveau d’eau amont et aval. Comme il s’agit d’un barrage poids, l’effort transmis par le barrage sur les culées peuvent être négligé. Comme les rives sont constituées par des roches (paragraphe Partie I.I.5.i.b), la non présence des écoulements latéraux est assuré.
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IV.3.ii.f.A. Hauteur des murs et revanche La hauteur du mur doit empêcher tout débordement de l’eau vers les ouvrages de la centrale en période de crue. Il faut de même tenir compte de la revanche noté « Rv » qui est une tranche comprise entre la côte des plus hautes eaux (NPHE) fixée â partir des dimensionnements du barrage, et la crête des murs d’ancrage pour empêcher les débordements de l’eau en dessus des crêtes due aux vagues qui se forme sur le plan d’eau.
La cote de la crête des murs est donc donnée par la relation :
Zc murs = NPHE + Rv {32} Avec :
Zc murs : cote de la crête des murs [m] ;
NPHE : niveau des plus hautes eaux [m] ;
Rv : revanche [m].
Application numérique :
En général, on adopte une revanche de 0,5 m pour des raisons pratique et pour limiter les surcoûts des barrages en béton. Comme la cote de la crête du barrage est à 1 142 m avec une hauteur de charge maximale de 4,93 m, la cote de NPHE sera donc égale à 1 146,93 m
Après calcul, la cote de la crête des murs sera donc à Zc murs = 1 147,43 m
IV.3.ii.f.B. Dimensionnement des murs d’ancrage Le dimensionnement des murs se fait de la même façon que ce du barrage. La largeur en crête du mur, dont on va prendre égale à 1,2 m doit respecter une largeur pratique c’est-à- dire de permettre la circulation des personnelles pour les entretiens et la maintenance du barrage.
Le dimensionnement suivant consiste principalement à la partie des murs au droit des vannes de chasse et de la prise mais un simple prolongement des murs verticaux en béton armé seront adopté au-dessus des roches pour les rives.
L’étude de stabilité du mur étant la même que ce du barrage, on va donc vérifier la stabilité au glissement, au renversement et la stabilité interne du mur. Après le pré dimensionnement sur le logiciel Excel, on a trouvé les dimensions du mur présentée dans la figure suivante dont on va vérifier les stabilités.
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Figure 26 : profil des murs d'ancrage du barrage
En procédant du même principe que l’étude de stabilité du barrage (paragraphe IV.3.ii.d), on a pu programmer sous le logiciel Excel les équations de vérification de stabilité. Le tableau suivant résume les différents coefficients et paramètres de stabilité du mur d’ancrage ainsi obtenus (l’interface du programme d’étude de stabilité sous le logiciel Excel est présentée dans le paragraphe « INFORMATISATION DES CALCULS» du document) :
Tableau 30 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du mur d'ancrage
KG KR Ϭmax [MPa] e conditions > 1,5 > 2 < 4 < 0,72 valeurs 1,524 2,495 0,19 0,485
IV.3.ii.g.Etude des appareille auxiliaire Parmi les ouvrages annexes du barrage, ce qui nous intéresse étant la vanne de vue que toute la largeur du seuil de notre barrage est utilisée comme évacuateur de crue de dimensionnement du projet. Le dessableur est étudié dans un paragraphe un peu plus en aval.
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IV.3.ii.g.A. Ouvrage de chasse Le charriage des matériaux et des sédiments par la rivière est un phénomène naturel inévitable, des dépôts de sédiment, qui provoque une poussée déstabilisatrice du barrage, s’accumulent donc en amont de l’ouvrage. D’où il est nécessaire d’équiper le barrage d’un ouvrage de chasse des dépôts. Il s’agit d’une ouverture de section 1 m x 1 m et prolongé vers l’amont par un canal de dépôt de gravier, avec une pente de 5 % pour empêcher les matières charriées par la rivière d’entrer dans la prise (ESHA, 2005). La hauteur de 1 m étant choisie de telle manière que l’évacuation des dépôts soit facile au niveau de l’ouvrage et que cette ouverture servira aussi à faire circuler le débit réservé en période d’étiage absolu.
Il sera équipé d’une vanne levante réglable par système crémaillère et d’une grille en amont pour ne pas endommager la vanne en période de non utilisation. L’épaisseur de la vanne doit résister à la pression maximale exercée par l’eau sur sa face et elle doit être peinte en peinture antirouille pour limiter l’usure de la vanne.
IV.3.III. OUVRAGE DE PRISE La prise est l’ouvrage qui sert à capter la quantité d’eau nécessaire pour l’exploitation de la centrale, elle doit être dimensionnée pour rassuré le captage du débit à transiter dans le cas le plus défavorable c’est-à-dire en période d’étiage.
Il existe plusieurs types de prise suivant ses modes de fonctionnement et ses orientations par rapport à l’écoulement de la rivière, par exemple la prise par en dessous qui est essentiellement un canal construit en travers du lit de la rivière, couvert d’une grille dont la pente est plus grande que celle naturelle de la rivière, la prise latérale classique dont ce qui nous intéresse et on va détailler dans la suite, etc.
IV.3.iii.a.Type de prise pour l’aménagement d’Ambodiriana La prise utilisée pour notre centrale sera une prise de type latérale classique. Elle sera équipée d’une grille pour empêcher l’entrée des matériaux solides qui peuvent causer des problèmes d’obstructions des ouvrages ou des dommages pour les équipements hydrauliques (turbine). Son orientation faisant un angle de 60 ° par rapport à l’axe de l’écoulement assure la minimisation de risque d’accumulation des matériaux solides sur la grille et facilite ainsi les taches de maintenance.
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IV.3.iii.b.Dimensionnement technique de la prise Pour le dimensionnement hydraulique de la prise, l’écoulement à travers celui-ci est comparable à l’écoulement à travers les orifices. Pour assurer la submersion de la prise, la cote supérieure de sa section doit toujours rester inférieure à la cote du seuil du barrage à travers lequel s’écoule de l’eau en permanence. On va alors caler la cote supérieure de la prise à 1 141,9 m soit à 10 cm en dessous du seuil du barrage.
Pour une vanne verticale, la formule donnant son débit s’exprime par (LANCASTRE Armando, 1986):
{33} Qv hpl p 2g ha Avec :
3 Qv : débit capté par la vanne verticale [m /s] ; hp : hauteur de la prise [m] ; lp : largeur de la prise [m] ; ha : hauteur de charge au centre de gravité de la prise [m] ;
µ : coefficient de débit obtenu à partir d’un abaque (donné en Annexe IV . A).
Pour avoir la valeur de ha, il est important de savoir la hauteur minimale de la lame déversant au-dessus du seuil de barrage.
IV.3.iii.b.A. Lame d’eau déversant sur le barrage en période d’étiage De façon analogue à la détermination de la lame déversante en période de crue, on a :
2 Q ( ) min 3 {34} Hc min
. LBarr 2.g Hc min : charge minimale au-dessus du barrage [m] ;
µ : coefficient de débit ;
LBarr : largeur déversante [m] ;
3 Qmin : débit minimal [m /s] qui est égal au débit réservé.
3 Application numérique : LBarr = 32 m, Qmin = 0,187 m /s, après calcul, on a :
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Hc ét = 0,02 m soit Hc ét = 2 cm
IV.3.iii.b.B. Section de la prise La section de la prise peut être déduite de la formule {39}, on a :
Qv Sv {35}
2g ha Avec :
Sv : section de la prise égale à Sv = b x lp.
Avec la cote supérieure de la prise calée à 1 141,9 m et comme on ne peut pas non plus faire descendre le fond de la prise en dessous de la cote supérieure de la vanne de chasse, on va prendre une hauteur de 0,95 m, donc la cote du fond de la prise sera à 1 140,95 m.
On obtient la largeur nécessaire pour avoir le débit d’équipement par la relation :
Qe l p {36}
b 2g ha 3 Application numérique : Qe = 2 m /s, ha = 0,595 m et µ = 0,53 (abaque à Annexe IV . A)
Après calcul, on a : lp = 1,2 m
On va prendre la dimension de la prise lp = 1,2 m, b = 0,95 m donc SV = 1,14 m²
IV.3.iii.b.C. Débit maximal de la prise La connaissance du débit maximal pouvant être capté par la prise permet de savoir l’excédent de débit à évacuer qui risque d’entrainer des dommages ou des dysfonctionnements de la centrale. Le débit maximal est obtenu à partir de la relation {33} avec Qv = Qvmax pour ha = hamax, on a alors :
{37} Qpmax bl p 2g hamax Avec :
3 Qpmax : débit maximal capté par la prise [m /s] ;
µ : coefficient de débit ; b : hauteur de la prise [m] ;
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lp : largeur de la prise [m] ; hamax : hauteur de charge maximale au fond de la prise [m].
Application numérique : µ = 0,53, b = 0,95 m, lp = 1,2 m et hamax = 5,505 m
3 Après calcul, on a Qpmax = 6,279 m /s
IV.3.iii.b.D. Perte de charge au niveau de la prise En hydraulique, tout changement de forme ou des variations brusque engendre une perte, les pertes de charge au niveau de la prise sont au nombre de deux qui sont dues à la contraction de la section et à la présence d’une grille de garde.
001. Perte de charge sur la grille de la prise
Une grille est toujours nécessaire à l’entrée des prises d’eau pour éviter l’introduction de corps flottant. La grille au niveau de notre prise sera inclinée de 60 ° par rapport à l’horizontale. Les pertes de charges au niveau des grilles sont données par la formule de Kirschmer (ESHA, 2005):
e V h k ( b )4/3 ( 0 )sin {38} t t tb 2g Avec :
Δht : perte de charge à travers une grille [mm] ; kt : facteur de forme égale à 1,8 pour les barre circulaire ; eb : épaisseur des barreaux [mm] ; tb : espacement entre les barreaux [mm] ;
V0 : vitesse d’approche [m/s] ;
Ф : angle d’inclinaison sur l’horizontale [°].
Application numérique : eb = 8 mm, tb = 50 mm, V0 = 0,8 m/s, Ф = 60 °
Après calcul pour la grille de la prise, on a Δhtp = 0,006 m
002. Perte de charge due à la contraction à l’entrée de la prise
Lors d’une contraction brusque, il y a une perte de charge due à l’augmentation de vitesse de l’eau et à la turbulence à grande échelle générée par le changement de géométrie. La
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET perte de charge singulière au niveau de la contraction de la prise est obtenue par la relation (ESHA, 2005):
2 V2 {39} hc kc ( ) 2g Avec :
Δhc : perte de charge due à la contraction [mm] ; kc : coefficient de contraction ;
V2 : vitesse de l’eau dans la section la plus étroite [m/s].
Application numérique : kc = 0,25 et V2 = 2,08 m/s
Après calcul pour la contraction au niveau de la prise, on a Δhcp = 0,056 m
IV.3.iii.c.Synthèse des résultats de dimensionnement de la prise Les caractéristiques de la prise d’eau de la centrale d’Ambodiriana sont confinées dans le tableau suivant :
Tableau 31 : tableau recapitulatif des caractéristiques de la prise
Désignations Unités Valeurs Type - latérale classique
3 Débit nominal à transiter (Qe) [m /s] 2 3 Débit maximal (Qpmax) [m /s] 6,279
Largeur (lp) [m] 1,2 Hauteur (b) [m] 0,95
Section (Sp) [m²] 1,14
Perte de charge de la grille (Δht) [m] 0,006
Perte de charge due à la contraction (Δhc) [m] 0,056 Angle d’inclinaison des grilles par rapport [°] 60 à l’horizontale (Ф) Cote au fond (Z fp) [m] 1 140,95
IV.3.IV. BASSIN DE DECANTATION OU DESSABLEUR La dénivellation entre la vanne de chasse et la prise d’eau en a pour rôle d’éliminer l’entrée des matériaux charriés dans la prise ; toutefois, cela ne peut pas empêcher l’entrée des sédiments en suspension. De ce faite, un bassin de décantation doit être construit en aval de la
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET prise. L’objectif principal d’un tel bassin est d’éviter un colmatage des structures en aval (canaux, conduites, etc.), et de limiter les dommages possibles sur les équipements mécaniques et hydrauliques.
IV.3.iv.a.A. Principe du dessableur Un bassin de décantation se base sur le principe de diminution des vitesses et des turbulences d’écoulement, c’est-à-dire sur une décantation des sédiments en suspension dans le bassin. La diminution (des vitesses) est obtenue par un élargissement du canal, contrôler par un déversoir en aval.
IV.3.iv.a.B. Hypothèse de dimensionnement des dessableurs pour les microcentrales Le rendement d’un bassin de décantation est défini par le diamètre de grain qui se dépose dans le bassin. Le choix du niveau de rendement dépend du type d’équipement hydromécanique et de la chute brute de la centrale. Les intervalles de temps entre les réparations des équipements hydraulique en particulier des turbines est d’autant plus larges plus que le diamètre à éliminer est d’autant plus petit. L’expérience montre que la solution la plus économique est un diamètre maximum non éliminé d’environ 0,2 mm pour les contraintes importantes (chute brute significative, particules de quartz) et d’environ 0,3 mm pour les conditions normales (ESHA, 2005). Pour le projet rHYviere, on prend la valeur de diamètre maximum non éliminé de 0,2 mm.
IV.3.iv.a.C. Dimensionnement du dessableur La longueur nécessaire d’un bassin de décantation est définie par le débit équipé de la prise et par son rendement (diamètre de grain à déposer). La longueur doit permettre à tous les grains de se déposer avant que l’eau quitte le bassin et est donné par la relation (ESHA, 2005) :
Qe LD {40}
VD.BD Avec :
LD : longueur du dessableur [m] ;
3 Qe : débit d’équipement [m /s] ;
VD : vitesse de dépôt [m/s] ;
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1 BD : largeur du dessableur [m] qui doit rester inférieur à de LD et inférieur à deux fois la 8 profondeur d’écoulement yD dans le dessableur.
La vitesse de dépôt VD est définie par la formule de Pascal ou de Prandtl pour des particules sphériques et pour des conditions idéales, c’est-à-dire celles de l’eau pure, sans turbulence et sans effet de parois. En pratique, la formule empirique de Zanke est souvent utilisée pour des conditions d’eau stagnante et a pour expression (ESHA, 2005) :
100 3 D {41} V ( 11,57.10².d 1) 9.d Avec :
VD : vitesse de dépôt [mm/s] ; d : diamètre de grain [mm] et T = 20 °C et densité grain-eau égale à 2,65.
Application numérique :
Avec d = 0,2 mm, on a VD = 27,89 mm/s soit VD = 0,02789 m/s
3 Avec Qe = 2 [m /s] et en considérant après pré-dimensionnement sous le logiciel Excel BD =
2,99 m, on a trouvé LD = 23,984 m avec une profondeur d’eau yD = 2,25 m
1 Vérification des conditions que BD < LD et BD < 2.yD 8
1 LD = 2,998 m et 2yD = 5 m et BD = 2,99 < 2,998 et 5 donc la relation est vérifiée. Comme la 8 valeur de LD est la valeur minimale, on peut alors admettre une longueur du bassin égale à
LD = 24 m et une largeur de BD = 3 m
En définitive, pour chaque dimensionnement, la vitesse de transfert critique « VCR » du bassin doit être définie. Cette vitesse critique définit la limite entre le régime de suspension et le régime de dépôt ; si elle est trop élevée, les sédiments déposés risquent d’être entrainés à nouveau par l’écoulement. Les valeurs types pour VCR sont 0,2 - 0,3 m/s (ESHA, 2005).
Calculons alors la vitesse d’écoulement dans notre bassin avec les dimensions énoncées en haut :
Qe VED {42}
SD Avec :
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VED : vitesse d’écoulement d’eau dans le bassin [m/s] ;
3 Qe : débit d’équipement [m /s] ;
SD : section d’écoulement [m²] qui est égale à SD = BD x yD.
Application numérique :
BD = 3 m yD = 2,25 m, on a SD = 6,75 m²
Après calcul, on trouve : VED = 0,296 m/s qui est bien inférieur à VCR = 0,3 m/s
IV.3.iv.a.D. Synthèse des résultats de dimensionnement Le tableau suivant fourni les dimensions caractéristiques du dessableur de la microcentrale d’Ambodiriana :
Tableau 32 : tableau récapitulatif des caractéristiques du dessableur
Désignations Unités Valeurs
Longueur (LD) [m] 24
Largeur (BD) [m] 3
Profondeur d'eau (yD) [m] 2,25
Vitesse d'écoulement (VED) [m/s] 0,297 Cote du fond de début [m] 1 137,86
IV.3.iv.a.E. Déversoir évacuateur de débit En période de crue, le débit capté par la prise d’eau peut s’augmenter brusquement en fonction de la hauteur de charge de ce dernier. L’excèdent de débit capté au débit d’équipement de la centrale sera aussi à éliminer, de ce fait un déversoir d’évacuateur de débit sera mise en place au niveau du dessableur pour éviter tout problème de déversement ou disfonctionnement des ouvrages aval de la centrale. A la limite c’est-à-dire dans le cas où la centrale dysfonctionne, ce déversoir doit être capable d’évacuer le débit maximal que la prise peut capter avec une charge ne dépassant pas le rebord des murs de protection du dessableur. D’où à partir de la formule du débit d’un déversoir, on peut calculer la largeur nécessaire à partir de la relation suivante :
3 ( ) {43} 2 QdD . LD 2.g Hc Avec :
3 QdD : débit du déversoir [m /s] ;
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µ : coefficient de débit ;
LD : largeur du déversoir [m] ;
Hc : hauteur de charge [m].
On en déduit la largeur utile par :
QdD LD 2 {44} ( ) 3 . 2.gHc max Avec :
3 QdD : débit maximal à évacuer [m /s].
Hc max : hauteur de charge maximale [m] égale à H max = RD - 0,05 – 0,02 avec RD la revanche du dessableur qui est égale à 0,24 m. Donc Hc max = 0,17 m
3 Application numérique : avec QdD = 6,279 m /s et µ = 0.46 pour un déversoir rectangulaire, on trouve
LD = 15 [m]
Les caractéristiques du déversoir évacuateur du débit sont donc résumées dans le tableau suivant :
Tableau 33 : caractéristiques du déversoir latéral du déssableur
Désignations unités Valeurs 3 Débit maximal (QdD) [m /s] 6,279
Longueur (LD) [m] 15
charge maximale (Hc max) [m] 0,17
IV.3.iv.a.F. Canal évacuateur de crue La récupération et l’évacuation de cet excès de débit se fait par un canal à ciel ouvert. Le détail de son principe de dimensionnement est la même que ce présenté dans le paragraphe de dimensionnement de l’ouvrage d’amené tout en bas (paragraphe IV.3.v.b). Après dimensionnement, on a résumé les principales caractéristiques du canal dans le tableau suivant :
Tableau 34 : caractéristique du canal évacuateur de débit du dessableur
Désignations Unités Valeurs Type - canal à ciel ouvert à profil rectangulaire
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3 Débit à transiter (QdD) [m /s] 6,279
Longueur (Lre) [m] 3
Largeur au fond (bre) [m] 1,5
Largeur en crête (lcre) [m] 1,5
Hauteur (hre) [m] 0,6
Revanche (Rre) [m] 0,07
Tirant d'eau normale (Yre) [m] 0,53 Pente (I) [‰] 60
Vitesse moyenne (Vre) [m/s] 8,02
IV.3.iv.a.G. Murs de protection du dessableur Comme ceux du mur d’ancrage du barrage, les murs de protection du dessableur doivent résister aux diverses actions s’y exerçant. Du coté talus, là ou laquelle existe un déversoir est le côté le plus soumis aux actions de l’eau, on va alors se référer de ce côté pour le dimensionnement dont le principe étant le même que ce du barrage (paragraphe IV.3.ii.d).
D’après le pré-dimensionnement sous le logiciel Excel, on a trouvé les dimensions présentées sur la figure suivante :
Figure 27 : profil des murs du dessableur
Du même principe que l’étude de stabilité des murs d’ancrages du barrage (paragraphe IV.3.ii.f.B), c’est-à-dire en utilisant le programme d’étude de stabilité sous Excel, les différents
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET coefficients et paramètres de stabilité du mur du dessableur obtenus sont présentés dans le tableau suivant :
Tableau 35 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du mur de protection dessableur
KG KR Ϭmax [MPa] e conditions > 1,5 > 2 < 0,2 0,34 valeurs 1,525 2,864 0,02 0,159
IV.3.V. L’OUVRAGE D’AMENEE
IV.3.v.a.Définition L’ouvrage d’amenée est l’ouvrage servant à amener le débit capté par la prise vers l’ouvrage de raccordement. C’est les conditions topographiques et les formations géologiques, influant les possibilités techniques et financières, qui conditionnent le choix d’admettre des canaux à découverts ou couverts. Il est tout à fait évident que l’option présentant le moindre coût est l’option des canaux à découverts, et comme les conditions topographiques de notre site le permettent, on va admettre un canal à ciel ouvert.
Le choix du type et des profils du canal à ciel ouvert se fait en général par une étude et comparaison des coûts mais dans notre cas, l’ouvrage d’amenée sera un canal à ciel ouvert de forme rectangulaire conçu avec des maçonneries de moellons hourdées au mortier comme la prescription pour le projet en cas des terrains sablonneuse et/ou argileuse (Programme rHYviere, Décembre 2010).
IV.3.v.b.Dimensionnement Le canal d’amené est dimensionné de fait à transiter le débit d’équipement de la centrale en essayant d’avoir des pertes de charge minimes et avoir des profils économiques tout en assurant le dépassement des vitesses des dépôts des sédiments dans le canal. Comme pour le canal évacuateur de crue du bassin de décantation, le canal d’amenée est dimensionné à partir de la formule de Manning-Strickler (LANCASTRE Armando, 1986):
(2 / 3) (1/ 2) {45} Qc KS S R I
Avec :
3 Qc : débit à transiter dans le canal [m /s] ;
KS : coefficient de rugosité de Manning-Strickler ;
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S : Section mouillée du canal [m²] ;
R : rayon hydraulique [m] ;
I : pente moyenne du canal [m/m]
Et pour un canal à profil rectangulaire, les paramètres sont :
S = b x y
R = 푆 푃
P = 2 + 2y
A partir de cette formule, on constate que pour un canal ayant une section transversale mouillée S et une pente donné I, le débit augmente lorsque le rayon hydraulique augmente. Cela signifie que le rayon hydraulique est un indice d’efficacité. Comme le rayon hydraulique R est le quotient de la section mouillée S par le périmètre mouillée P, la section la plus efficace sera celle ayant le périmètre mouillé minimum, c’est la notion de profil optimum. Le profil optimum pour un canal à section rectangulaire est défini pour un profil dont la largeur lca égale au deux fois la profondeur d’écoulement yca (ESHA, 2005). Le profil optimum ne présente pas forcement la solution la plus économique de la construction.
Pour le dimensionnement du canal, on doit vérifier la relation suivante :
Q Q Q c e 5% {46}
Qe Qe Avec :
3 Qc : débit transité dans le canal [m /s] ;
3 Qe : débit d’équipement [m /s].
Application numérique :
On va admettre une pente Ica = 3 ‰ pour le canal, et on va considérer une revanche 3 Rca = 0,24 m pour éviter tout débordement de l’eau. Pour un débit d’équipement Qe = 2 m /s, après calcul sous le logiciel Excel, on a trouvé les valeurs suivantes avec une différence de débit de ΔQ = 0,5 % : bca = 1,2 m, yca = 0,76 m, hca = 1 m et Vca = 2,2 m/s
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Le canal aura une longueur totale de Lca = 360 m le long de la rive droite de la rivière et comportant une partie constitué d’une bâche (pont canal) en béton armé de longueur 6 m. Cette partie pont canal sert à laisser une ouverture en-dessous du canal pour permettre l’évacuation des eaux de ruissèlement à travers la vallée en-dessus des ouvrages d’amené. Les plans de présentations de l’ouvrage d’amené sont présentés en ANNEXE VIII. .
IV.3.v.c.Nombre de Froude Le nombre de Froude noté « Fr » représente le rapport du double de l’énergie cinétique par l’énergie potentielle de l’écoulement. Ce paramètre est important pour un écoulement car il permet de déterminer le type d’écoulement dans le canal. Le nombre de Froude s’exprime par (LANCASTRE Armando, 1986):
Vca Fr g yca
Avec :
Fr : nombre de Froude ;
Vca : vitesse d’écoulement dans le canal [m/s] ;
Yca : tirant d’eau dans le canal [m].
Suivant le nombre de Froude le type d’écoulement est :
Fluvial pour Fr < 1 Critique pour Fr = 1 Torrentiel pour Fr > 1
Application numérique : Vca = 2,2 m/s et yca = 0,76 m
Après calcul, on Fr = 0,81 ce qui signifie que l’écoulement dans le canal d’amené est de type écoulement fluvial.
IV.3.v.d.Perte de charge le long du canal Le long du parcours dans le canal, les pertes de charge due au frottement sur les rugosités de la paroi sont directement compensées par la pente du fond du canal. La perte de charge dans le canal s’obtient par la relation :
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hca J Lca {47} Avec :
Δhca : perte de charge dans le canal [m] ;
J : perte de charge unitaire qui est égale à la pente du canal [m/m] ;
Lca : longueur totale du canal [m].
Application numérique : avec J = 0,003 m/m et Lca = 360 m
Après calcul, on a Δhca = 1,08 m
IV.3.v.e.Synthèse des résultats du dimensionnement de l’ouvrage d’amené Les résultats de dimensionnement de l’ouvrage d’amené sont présentés dans le tableau suivant :
Tableau 36 : caractéristique de l'ouvrage d'amené
Désignations Unités Valeurs Type - canal à ciel ouvert à profil rectangulaire
3 Débit à transiter (Qe) [m /s] 2
Longueur (Lca) [m] 360
Largeur au fond (bca) [m] 1,2
Largeur en crête (lcca) [m] 1.2
Hauteur (hca) [m] 1
Revanche (Rca) [m] 0,24
Tirant d'eau normale (Yca) [m] 0,76 Pente (I) [‰] 3
Vitesse moyenne (Vca) [m/s] 2.2
Perte de charge totale (Δhca) [m] 1,08 Cote au fond du début (Z fca) [m] 1 140,91
I.1.I. L’OUVRAGE DE RACCORDEMENT L’ouvrages de raccordement, comme son nom l’indique, assurent la jonction entre le canal d’amenée et la conduite forcée (conduite à écoulement en charge). Il existe deux type d’ouvrage de raccordement selon le type de l’ouvrage d’amené à savoir une cheminée d’équilibre si l’ouvrage d’amené est une galerie en charge pour supprimer les différentes sous
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET pression de l’eau en charge et une chambre de mise en charge si l’ouvrage d’amené est à ciel ouvert pour mettre en charge l’eau. On a donc affaire à une chambre de mise en charge dont on va étudier pour la suite de ce paragraphe.
IV.3.v.f.Définition La chambre de mise en charge 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 percé des orifices d’entrer des conduites forcées.
IV.3.v.g.Dimensionnement de la chambre La chambre de mise en charge doit être dimensionnée de façon à ce que les conduites forcées soient bien alimentées et également pour permettre le curage systématique de l’ouvrage.
IV.3.v.g.A. Hauteur de recouvrement Pour diminuer le plus possible la probabilité de formation de vortex11 à l’entrée des conduites forcées, il faut que l’entrée d’eau dans la conduite soit assez profonde relativement à la surface libre et que l’écoulement ne soit pas perturbé. Il n’existe pas encore aucune théorie qui prenne entièrement en compte tous les paramètres et qui donne l’assurance qu’aucun vortex ne se créera pas, néanmoins, des formules empiriques expriment la hauteur minimale de recouvrement permettant d’éviter une formation de vortex mais on va utiliser celle de KNAUSS qui s’exprime par (ESHA, 2005) :
VCF ht D (1 2,3 ) {48} gD Avec : ht : hauteur de recouvrement d’une conduite forcée [m] ;
D : diamètre de la conduite [m] ;
VCF : vitesse de l’eau dans la conduite [m/s].
Application numérique :
Selon les études dans le paragraphe IV.3.v.g.E, D = 0,6 m et VCF = 3,54 m/s
Après calcul, on a ht = 2,61 m
11 Écoulement tourbillonnaire où les particules fluides tournent autour d'un axe instantané Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 95
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IV.3.v.g.B. Rayon de succion des conduites Pour l’alimentation en eau de la conduite forcée, une surface d’impact de variation d’écoulement est aperçue. Le rayon de cette surface appelé rayon de succion de la conduite s’obtient par :
h R t {49} s 2 Avec :
RS : rayon de succion de la conduite [m] ; ht : hauteur de recouvrement de la conduite [m].
Application numérique : après calcul, on a RS = 1,845 m soit RS = 1,85 m
IV.3.v.g.C. Largeur de la chambre La largeur de la chambre est dimensionnée de façon à ce que les conditions des bonnes alimentations des conduites soient remplies c’est-à-dire que les rayons de succions des conduites forcées soient respectés. La largeur minimale de la chambre, pour alimenter deux conduites de mêmes diamètres, s’obtient alors par la relation :
{50} Lch min 4RS 2DCF Avec :
Lch min : largeur minimale de la chambre de mise en charge [m] ;
RS : rayon de succion de la conduite [m] ;
DCF : diamètre de la conduite [m].
Application numérique : après calcul, on obtient Lch min = 8,587 m.
On prend alors Lch = 8,6 m
IV.3.v.g.D. Capacité de la chambre de mise en charge Dans la mesure du possible, le volume utile de la chambre doit assurer une quantité d’eau nécessaire pouvant fournir les débits utiles des turbines pendant 15 secondes pour prévoir les appels de charges brusques de la centrale (AEPC, August 2004). Pour remplir cette condition, le volume minimal de la chambre s’obtient alors par la relation :
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{51} Vch min 15Qe Avec :
3 Vch min : volume utile minimal de la chambre [m ] ;
3 Qe : débit d’équipement de la centrale [m /s].
3 Application numérique : après calcul, on obtient Vch min = 30 m
Signalons que le volume utile de la chambre est la quantité d’eau dans la chambre située entre le bord supérieur de la conduite et le fond du canal d’amené.
IV.3.v.g.E. Longueur de la chambre Pour assurer le volume utile et en sachant le volume minimal de la chambre, la hauteur de recouvrement et la largeur de la chambre, on peut obtenir la longueur de la chambre par la relation :
V ch min {52} lch min
ht Lch Avec : lch min : longueur minimale de la chambre [m] ;
3 Vch min : volume minima de la chambre [m ] ; ht : hauteur de recouvrement [m] ;
Lch : largeur de la chambre [m].
3 Application numérique : Vch min = 30 m /s, ht = 2,61 m, Lch = 8,6 m
Après calcul, on obtient lch = 1,34 m et comme cette valeur est inférieure par rapport à la valeur du rayon de succion, et pour des raisons pratiques de construction, on va prendre comme longueur de la chambre lch = 1,9 m
IV.3.v.g.F. Hauteur de la chambre Pour déterminer la hauteur de la chambre, les conditions à respecter sont : la hauteur de recouvrement pour éviter le vortex, une tranche morte d’au moins 0,3 [m] en dessous de la conduite doit être retenue (AEPC, August 2004) pour faciliter les travaux d’entretien ainsi que
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET pour éviter l’entrée des particules solides dans la conduite forcée. De ces faites, et comme la hauteur d’eau dans canal d’amené n’est pas considéré comme faire partie de la hauteur de recouvrement, la hauteur de la chambre est obtenue par la relation :
{53} hch Tm DCF ht hca Avec : hch : hauteur de la chambre de mise en charge [m] ;
Tm : tranche morte [m] ;
DCF : diamètre de la conduite [m] ; ht : hauteur de recouvrement de la conduite [m] ; hca : hauteur du canal d’amené [m].
Application numérique : Tm = 0,3 m, DCF = 0,6 m (résultat des études dans le paragraphe
IV.3.v.j.A), ht = 2,61 m, hca = 1 m
Après calcul, on obtient hch = 4,51 m et on va prendre hch = 4,52 m
IV.3.v.g.G. Synthèse des résultats de dimensionnement Les caractéristiques de la chambre de mise en charge pour la centrale d’Ambodiriana sont synthétisées dans le tableau suivant :
Tableau 37 : caractéristiques de la chambre de mise en charge
Désignations Unités Valeurs
3 Débit nominal à mettre en charge (Qe) [m ] 2
Tranche morte (Tch) [m] 0,3
Revanche (Rch) [m] 0,24
Hauteur de recouvrement (ht) [m] 2,61
Hauteur totale (hch) [m] 4,52
Longueur (lch) [m] 1,9
Largeur (Lch) [m] 8,6 3 Volume total (Vt ch) [m ] 73,86 3 Volume utile (vu ch) [m ] 42,81
Cote au fond (Zf ch) [m] 1 136,30
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IV.3.v.g.H. Murs de protection de la chambre de mise en charge Comme ceux du mur d’ancrage du barrage et du dessableur, les murs de protection de la chambre de mise en charge doivent résister aux diverses actions s’y exerçant. Le principe de dimensionnement des murs étant le même que ce du barrage (paragraphe IV.3.ii.d).
D’après le pré-dimensionnement sous le logiciel Excel, on a trouvé les dimensions présentées sur la figure suivante :
Figure 28 : profil des murs de protection de la chambre de mise en charge
Du même principe que l’étude de stabilité des murs d’ancrages du barrage (paragraphe IV.3.ii.f.B), c’est-à-dire en utilisant le programme d’étude de stabilité sous Excel, les différents coefficients et paramètres de stabilité du mur de protection de la chambre de mise en charge obtenus sont présentés dans le tableau suivant :
Tableau 38 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du mur de protection de la chambre de mise en charge
KG KR Ϭmax [MPa] e conditions > 1 > 2 < 0,2 < 0,42 valeurs 1,314 2,033 0,001 0,415
IV.3.v.h.Perte de charge au niveau de la grille de l’ouvrage de raccordement Même avec la présence d’une grille au niveau de la prise d’eau, des éventuelles débris ou matériaux solide peuvent être présentent dans l’ouvrage d’amené au cours de son parcours
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET alors que l’entrée de ces matériaux solides dans les conduites forcées peut entrainer directement des dommages importants. Pour éviter cela, l’entrée d’eau dans la chambre de mise en charge doit être équipée d’une grille à maille fine qui génère une perte de charge qu’on devra prendre en compte. Cette perte est obtenue, de manière analogue à la perte au niveau de la grille de la prise d’eau, par la relation de Kirschmer (ESHA, 2005) (cf. paragraphe 001. dans IV.3.iii.b.D). Après calcul avec les paramètres présentés ci-après, la valeur de la perte au niveau de la grille de la chambre est égale à :
Avec: eb = 8 mm, tb = 10 mm, V0 = 2,2 m/s, Ф = 60 °.
Après calcul, on a Δhtch = 0,381 m
I.1.II. LA CONDUITE FORCEE
IV.3.v.i.Généralités La conduite forcée est le tuyau cylindrique qui conduit l’eau, sous pression, depuis l’ouvrage de raccordement jusqu’à l’usine pour alimenter la turbine. La définition d’une conduite forcée peut paraître simple, toutefois, le choix de l’agencement le plus économique pour une conduite forcée n’est pas une tâche facile. Le type de matériau à admettre pour la conduite dépend de la nature du sol, des contraintes environnementales et des caractéristiques du site (hauteur de chute et débit).
De nos jours, il existe un grand choix de matériaux pour les conduites selon le besoin : PVC, acier, fonte, PEHD, béton à âme en tôle, etc. Le cahier de charge du projet rHYviere prescrit que les conduites forcées soient en acier soudées pour des débits et/ou des pressions de services importants (Programme rHYviere, Décembre 2010). Vu les caractéristiques de notre site, on va donc choisir des conduites forcées en acier soudées, fixées par des colliers sur des blocs d’ancrages en béton, dont les dimensions sont déterminées dans les paragraphes qui suivent.
IV.3.v.j.Dimensionnement de la conduite forcée Le dimensionnement de la conduite forcée consiste à déterminer le diamètre et l’épaisseur de la conduite en vue de transporter le débit d’équipement de la centrale avec la plus faible perte de charge possible.
IV.3.v.j.A. Diamètre de la conduite Le choix de diamètre de la conduite est une étape importante vue le coût important des matériaux utilisés. Rappelons que pour transporter un certain débit, une conduite de petit
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET diamètre va nécessiter une vitesse d’eau plus élevée qu’une conduite de grand diamètre, et par conséquent, les pertes vont être plus grandes. Sélectionner un diamètre aussi petit que possible va minimiser le coût de la conduite forcée mais augmente les pertes d’énergie et vice versa.
Un simple critère pour le choix du diamètre est de limiter la perte de charge, qui est principalement due aux pertes par frottement, au niveau de la conduite à 4 % de l’énergie disponible (ESHA, 2005). Le diamètre de la conduite peut alors être calculé par la relation :
n2Q2 L D 2,69 ( CF )0,1875 {54} CF Hb Avec :
3 DCF : diamètre de la conduite [m /s] ; n : coefficient de rugosité selon les matériaux donné par abaque (en Annexe IV . D) ;
Q : débit à transiter dans la conduite [m3/s] ;
LCF : longueur de la conduite [m] ;
Hb : chute brute disponible [m].
Application numérique : n = 0,012 (conduites en acier soudées), Q = 1 m3/s (deux conduites de même dimension pour le site), LCF = 46 m, Hb = 25,82 m
Après calcul, on obtient D = 0,57 m
Pour des raisons pratiques, on va prendre comme diamètre des conduites forcées
DCF = 0,6 m
La perte par frottement correspondant à ce diamètre prise correspond à 3,71 % de l’énergie disponible (paragraphe IV.3.v.k.B) qui est bien inférieure au critère de 4 %.
IV.3.v.j.B. Pression dans la conduite Des changements brusques de débits peuvent survenir lorsque l’opérateur de la centrale ou le système de commande manœuvre rapidement les organes réglant de la turbine. De manière occasionnelle, le débit peut être coupé de manière brutale lors d’un déclenchement en pleine charge, ou simplement parce qu’un corps étranger est venu se bloquer entre les organes des turbines. L’onde de pression qui survit avec un changement brusque de vitesse d’écoulement
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET est connue sous le nom de « coup de bélier », et bien que transitoire, il peut entrainer des pressions dangereusement hautes et basses, dont les effets peuvent être dramatique, la conduite forcée pouvant s’éclater en raison des surpressions ou s’écraser en raison de dépression.
Ce phénomène est un phénomène complexe dont son traitement demande beaucoup d’étude. L’étude simplifiée de ce phénomène consiste à calculer la variation de pression dans la conduite qui est fonction de la vitesse de l’onde de pression.
001. Vitesse de l’onde de pression
La vitesse de l’onde de pression dans la conduite est un facteur principal influençant la variation dans cette dernière. Pour une conduite d’eau à la température normale, cette vitesse de l’onde s’obtient par la formule d’Allievi qui s’exprime par la relation (BENNIS Saad, 2009):
9900 c
D {55} 48,3 r ep Avec : c : vitesse de l’onde de pression [m/s] ; r : constante propre au matériau égale à r = 0,5 pour l’acier ;
D : diamètre de la conduite [m] ; ep : épaisseur de paroi de la conduite [m].
Application numérique : k = 0,5, D = DCF = 0,6 m, en posant comme première approximation une paroi d’épaisseur ep = 3 mm
Après calcul, on obtient c = 812,95 m/s
002. Variation maximale de pression dans la conduite
Pour l’évaluation de la variation maximale de pression dans la conduite, deux cas peuvent être considérer selon la durée de manœuvre des vannes à savoir : la manœuvre instantanée et la manœuvre progressive.
Temps critique
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Le temps critique est le temps que met l’onde de pression pour atteindre l’organe de coupure lors de son retour, après une fermeture brusque. Ce temps est un paramètre à savoir pour l’évaluation de pression dans la conduite, il est obtenu par la relation (ESHA, 2005):
2L t {56} c c Avec : tc : temps critique [s] ;
LCF : longueur de la conduite [m] ; c : vitesse de l’onde de pression [m/s].
Application numérique : L = 46 m, c = 812,95 m/s
Après calcul, on obtient tc = 0,113 s
Valeur de la surpression maximale pour une manœuvre instantanée
En considérant un cas de manœuvre instantanée, la valeur maximale du coup de bélier dans la conduite, exprimée en hauteur de charge se calcule par l’expression (BENNIS Saad, 2009) :
cv p {57} g Avec :
Δp : variation de pression maximale [m] ; c : vitesse de l’onde de pression [m/s] ; g : accélération gravitationnelle [m/s²].
Δv : variation de la vitesse d’écoulement après la fermeture [m/s]. Le cas extrême est que la fermeture de la vanne a pour but d’arrêt complet de l’écoulement, donc Δv est égale à la vitesse initiale de l’écoulement v0.
Application numérique : c = 812,95 m/s, Δv = V0 = 3,54 m/s
Après calcul, on obtient Δp = 293,092 m
Valeur de la surpression maximale pour une manœuvre progressive
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En pratique, aucune manœuvre n’est instantanée car la fermeture d’une vanne requiert toujours un certain temps qu’on appelle temps de fermeture tf. Ce temps de fermeture impliquant une manœuvre progressive de la vanne qui cause le coup de bélier entraine une réduction de la sévérité du phénomène si la durée de la manœuvre tf dépasse un certain seuil, soit tf > tc
La pression maximale correspondant à un temps de fermeture tf > tc s’obtient par (BENNIS Saad, 2009):
2L V p CF 0 {58}
g t f Avec :
Δp : variation de pression maximale [m] ;
LCF : longueur de la conduite forcée [m] ;
V0 : vitesse de l’eau dans la conduite [m] ; g : accélération gravitationnelle [m/s²] ; tf : temps de fermeture minimal de la vanne [s].
Pour le cas général des vannes d’isolement des turbines, le temps minimal que met pour la fermeture automatique, entrainée par le régulateur en cas d’arrêt brusque par accident, est au moins 3 [s] quel que soit le type de la vanne. On va donc prendre cette valeur pour déterminer la surpression maximale susceptible de se produire dans notre aménagement.
Application numérique : LCF = 46 m, V0 = 3,537 m/s, g = 9,81 m/s², tf = 3 s
Après calcul, on obtient Δp = 11,056 m
Il nous est donc nécessaire de prendre cette valeur comme surpression dans la conduite car c’est le cas susceptible de se produire en pratique.
IV.3.v.j.C. Epaisseur de la conduite L’épaisseur de paroi exigée dépend du matériau de la conduite, de sa résistance maximale à la traction et de sa limite élastique, de son diamètre et de la pression d’exploitation. Selon le principe de la RDM, l’épaisseur de paroi pour une conduite est calculée par l’équation (BENNIS Saad, 2009):
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pD e CF {59} p 2 max Avec : ep : épaisseur de paroi de la conduite [m] ; p : pression dans la conduite qui est la pression normale de service majorée de la surpression du coup de bélier [N/m²] donc p = pH + Δp avec pH la pression hydrostatique ;
DCF : diamètre interne de la conduite [m] ;
Ϭmax : contrainte maximale admissible du matériau [N/m²].
Application numérique :
6 p = pH + Δp = 25,82 + 11,056 = 36,876 m, D = 0,6 m, Ϭm = 140 10 N/m²
Après calcul, on obtient ep = 0,00179 m soit ep = 1,8 mm
La conduite doit être assez rigide pour être manipulée sans danger de déformation sur le terrain, il est alors recommandé une épaisseur minimum en [mm] équivalente à 2,5 fois le diamètre en mètres augmenté de 1,2 mm. Après calcul, on doit respecter une épaisseur minimum de e > 2,7 mm
D’où, on peut prendre alors comme épaisseur de la conduite ep = 3 mm ce qui convient bien à notre évaluation pour le calcul de la vitesse des ondes (paragraphe 001. dans IV.3.v.j.B)
IV.3.v.k.Perte de charge au niveau de la conduite forcée La perte de charge principale au niveau de la conduite est due aux pertes par frottement mais les pertes dues au changement de direction (au niveau des coudes) seront aussi à calculer.
IV.3.v.k.A. Nombre de Reynolds de l’écoulement Pour déterminer la perte de charge dans la conduite, il est important de savoir la nature de l’écoulement y présent s’il est turbulent ou laminaire. La limite exacte de différenciation de ces deux écoulements n’est pas très précise. A la fin du 19ème siècle, Osborne Reynolds a réalisé une expérience soigneusement préparée et a trouvé que la transition d’un écoulement laminaire à un écoulement turbulent dépend non seulement de la vitesse, mais également du diamètre de la conduite et de la viscosité du fluide y circulant, est peut-être décrite par le rapport entre la force d’inertie et la force de viscosité. Dans le cas d’une conduite circulaire, ce rapport, connu
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET sous le nom de nombre de Reynolds peut être exprimé par l’équation (YONABA Roland O., 2015):
DVm {60} R e Avec :
Re : nombre de Reynolds de l’écoulement ;
D : diamètre de la conduite [m] ;
Vm : vitesse moyenne de l’écoulement [m/s] ;
ν : viscosité cinématique du fluide [m²/s].
-6 Application numérique : D = DCF = 0,6 m, Vm = 3,54 m/s, ν = 1,007 10 m²/s
Après calcul, on a Re = 2 100 000
De manière expérimentale, le nombre de Reynolds critique est d’environ Re = 2 000 en- dessous de laquelle l’écoulement est laminaire et en-dessus turbulent. Comme notre Re est nettement supérieur, on est sûr qu’on est à un cas d’écoulement turbulent.
IV.3.v.k.B. Perte de charge par frottement La perte de charge par frottement est due au frottement du liquide à l’intérieure de la conduite, contre la paroi de cette dernière, qui dépend de la rugosité de la paroi et du gradient de vitesse près de la paroi. Le gradient de vitesse est plus élevé dans un écoulement turbulent que dans un écoulement laminaire. Darcy et Weisbach, en appliquant le principe de conservation de la masse à un volume défini (un volume de fluide dans une conduite entre deux sections perpendiculaire à son axe) en ont déduit l’équation suivante, applicable à des écoulements incompressibles et permanents, dans les conduites (ESHA, 2005):
L V 2 h f ( CF ) m {61} fr DCF 2g Avec :
Δhfr : perte de charge par frottement [m] ; f : facteur de frottement (à déterminer) ;
LCF : longueur de la conduite [m] ;
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DCF : diamètre de la conduite [m] ;
Vm : vitesse moyenne de l’écoulement [m/s] ; g : accélération gravitationnelle [m/s²].
Le facteur de frottement f est un paramètre dont son calcul dépend du type d’écoulement. Pour les écoulements turbulents (nombres de Reynolds élevés), ce facteur de frottement ne dépend plus de Re mais uniquement de la rugosité relative. Dans ce cas, la conduite est une conduite hydrauliquement rugueuse, et Von Karman a trouvé le coefficient f par la relation (ESHA, 2005):
1 D 2log (3,7 ) {62} f 10 e Avec : f : facteur de frottement ;
D : diamètre de la conduite [m] ; e = rugosité relative qui est égale à e = 0,6 pour conduite en acier soudées.
Application numérique : D = 0,6 m, e = 0,6
Après calcul, on obtient f = 0,02
En portant f dans l’équation 61, avec L = 46 m et Vm = 3,54 m/s, on obtient la perte de charge par frottement égale à Δhfr = 0,96 m
IV.3.v.k.C. Perte de charge au niveau des coudes La perte de charge au niveau des coudes est une perte singulière due au changement de direction de l’écoulement. Elle est proportionnelle au carré de la vitesse moyenne d’écoulement en y affectant le coefficient de perte de charge appelé Kb. Et comme la plupart des singularités ne permettent pas une approche analytique simple, les coefficients de perte de charge singulière sont le plus souvent déduit de mesures ou de calculs numériques, et sont disponibles sous forme d'abaques. La perte de charge pour un coude arrondi peut être obtenue par la relation (CHAUSSEDEN Stéphane, Janvier 2011):
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V 2 7 m D 2 hcd K b( ) où Kb [0,1311,847( ) ] {63} 2g rc Avec :
Δhcd : perte de charge au niveau d’un coude arrondi [m] ;
Kc : coefficient de perte de charge singulière au niveau du coude ;
Vm : vitesse moyenne de l’écoulement [m/s] ;
α : angle au sommet du coude par rapport à l’horizontale [rad] ;
D : diamètre de la conduite [m] ; rc : rayon de courbure du coude [m].
Application numérique :
D = 0,6 m, rc = 3 m, Vm = 3,54 m/s, les angles et les coefficients de perte de charge obtenu respectifs des deux coudes sont α1 = 34,76 °, α2 = 145,24 ° et Kc1 = 0,027, Kc2 = 0,111
Après calcul, les pertes de charges au niveau des coudes sont
Δhcd1 = 0,017 m et Δhcd2 = 0,071 m
IV.3.v.k.D. Perte de charge au niveau des vannes Des vannes doivent être mise en place dans les aménagements hydroélectriques pour isoler une composante du reste. Elles sont donc entièrement fermées ou entièrement ouvertes. La régularisation de débit est assurée par les aubes du distributeur, les pales de la roue ou les vannes à pointeau de la turbine.
Pour notre aménagement, on a deux vannes de type de vannes dont l’une est placée juste en sortant de la chambre de mise en charge pour pouvoir isoler complètement la conduite en cas de dommage, et la deuxième étant la vanne d’isolement de la turbine.
Comme celle au niveau des coudes, la perte au niveau des vannes est proportionnelle au carré de la vitesse moyenne d’écoulement en y affectant le coefficient de perte de charge appelé
Kv. La perte est donc également obtenue par la relation :
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V 2 h K ( m ) {64} v v 2g Avec :
Kv : coefficient de perte de charge au niveau des vannes qui sont données par des abaques selon le type de vanne considéré.
Application numérique : Vm = 3,54 m/s, Kv = 0,2 (vanne guillotine)
Après calcul, on obtient Δhv = 0,128 m, donc pour deux vannes Δhv = 0,255 m
IV.3.v.k.E. Perte de charge à l’entrée de la conduite Avant d’entrée dans la conduite, la géométrie présente une contraction brusque qui entraine une perte de charge due à l’augmentation de vitesse de l’eau et à la turbulence à grande échelle. Comme celle au niveau des coudes et des vannes, cette perte est obtenue de même par la relation :
V 2 h K ( m ) {65} ct ct 2g Avec :
Kct : coefficient de perte de charge correspondant au type de contraction fournie par des abaques
Application numérique : Vm = 3,54 m/s, Kct = 0,2 (contraction à paroi arrondie)
Après calcul, on obtient Δhct = 0,128 m
IV.3.v.k.F. Synthèse des résultats d’étude des pertes de charges La perte de charge totale au niveau de la conduite forcée est donc égale à la somme des différentes pertes de charge. Elle s’obtient par :
hCF hi hfr hcd hv hct
Application numérique : après calcul, la perte de charge totale au niveau de la conduite forcée est égale à ΔhCF = 1,43 m
IV.3.v.l.Dimensionnement des supports de conduite IV.3.v.l.A. Généralités Les conduites en acier ne devront pas s’appuyer directement sur le sol, si les conditions le permettent, pour faciliter leurs maintenances et pour augmenter ses durabilités. Les différents supports des conduites doivent pouvoir absorber les différentes forces s’y appliquant qui sont Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 109
MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET le poids de la conduite remplie d’eau et les forces de poussées de l’eau. Leurs dimensionnements consistent, comme ce de dimensionnement du barrage, à vérifier ses stabilités par rapport aux différentes forces. Deux types de support sont à traiter à savoir : le support d’ancrage des coudes et les sellettes d’appuis. Des calculs des dimensions adéquates pour assurer leurs stabilités sont faites à partir du théorème de quantité de mouvement. Ses stabilités se base également sur la stabilité assurée par leurs poids. Les détails des calculs sont présentés en (Annexe V . A) et les résultats sont confinés dans les tableaux qui suivent.
IV.3.v.l.B. Support d’ancrage des coudes Les dimensions caractéristiques des massifs au niveau des coudes de notre aménagement sont présentées dans le tableau suivant :
Tableau 39 : dimensions caractéristiques du massif support des coudes des conduites forcée
Désignations Unités valeurs
Longueur de la semelle du massif (Ls ma) [m] 0,9
Largeur de la semelle du massif (ls ma) [m] 0,9
Longueur de la base du massif (Lma) [m] 0,9
Largeur de la base du massif (lma) [m] 0,9
Hauteur totale du massif (hma) [m] 0,8
Hauteur encastrée (ha ma) [m] 0,2
Et le résumé des paramètres et coefficients de stabilité du massif sont présentés dans le tableau suivant :
Tableau 40 : tableau recapitulatif des paramètres de stabilité du massif support des coudes au niveau des conduites forcées
KG KR Ϭmax [MPa] e conditions > 1,5 > 2 < 0,2 < 0,15 valeurs 3,73 3,01 0,006 0,11
IV.3.v.l.C. Sellette d’appui Les sellettes d’appuis des conduites forcées seront espacées de 6 [m] entre elles. Pour ne pas dépasser la portance du sol de fondation, les dimensions caractéristiques des sellettes d’appuis de notre aménagement sont présentées dans le tableau suivant (les détails des calculs sont présentés en Annexe V . A :
Tableau 41 : dimensions caractéristiques des sellettes d'appuis des conduites forcée
Désignations Unités valeurs
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Longueur de la base de la sellette (LSA) [m] 0,9
Largeur de la base dde la sellette (lSA) [m] 0,9
Hauteur totale de la sellette (hSA) [m] 0,8
Hauteur encastrée (ha SA) [m] 0.2
I.1.III. LE CANAL DE FUITE OU CANAL DE RESTITUTION L’ouvrage de restitution ou canal de fuite comme son nom l’indique est l’ouvrage (généralement canal à ciel ouvert) servant à restituer le débit turbiné vers la rivière. Le débit de dimensionnement de ce canal est donc le débit d’équipement de la centrale.
Nous allons donc adopter un canal à ciel ouvert de section rectangulaire dont le principe de dimensionnement étant la même que pour l’ouvrage d’amené (paragraphe IV.3.v.b). Après dimensionnement, on a résumé les principales caractéristiques du canal dans le tableau suivant :
Désignations Unités Valeurs Type - canal à ciel ouvert à profil rectangulaire
3 Débit à transiter (Qe) [m /s] 2
Longueur (Lre) [m] 29
Largeur au fond (bre) [m] 1
Largeur en crête (lcre) [m] 1
Hauteur (hre) [m] 0,8
Revanche (Rre) [m] 0,14
Tirant d'eau normale (Yre) [m] 0,66 Pente (I) [‰] 10
Vitesse moyenne (Vre) [m/s] 3,09 Cote au fond du début (Z fca) [m] 1 114,14
I.1.IV. PERTE DE CHARGE DE L’AMENAGEMENT La perte de charge de l’aménagement est la somme des pertes hydrauliques de l’installation c’est-à-dire la somme des différentes pertes de charge à travers les ouvrages jusqu’à l’entrée des turbines. Elle s’obtient donc par la relation :
{66} hAm hi
Après calcul, on obtient ΔhAm = 2,57 m soit une perte de 9,95 % de l’énergie disponible sur le site. Ce qui signifie que nos ouvrages sont bien dimensionnés vue qu’en général, la perte de charge de l’aménagement nominale est d’environ 10 à 15 % de l’énergie disponible (Programme d'action PACER, 1995).
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Chapitre V. ETUDE ET EVALUATION DE LA PUISSANCE DE LA CENTRALE
Cette partie concerne l’étude de puissance que peut fournir la centrale d’Ambodiriana au cours de son fonctionnement en tenant compte des différents types des pertes au niveau des ouvrages et des équipements de l’installation.
V.1. HAUTEUR DE CHUTE V.1.I. CHUTE BRUTE La chute brute représente l'énergie totale à disposition entre l'entrée et la sortie de l'aménagement. Elle est donnée par la différence d’altitude entre les niveaux d’eau à la prise d’eau et à l’aval de la centrale. C’est une donnée topographique mesurée sur le terrain ou sur la carte. Le niveau aval exact à prendre en compte dépend du type de turbine et pour une turbine de type Crossflow sans aspirateur comme pour notre aménagement, c’est l’axe de la roue.
L’analyse des données topographique du site et le calage hydraulique de la turbine par rapport au niveau normale d’eau aval permet d’obtenir une chute brute égale à Hb = 25,82 m
V.1.II. CHUTE NETTE La chute nette représente l'énergie effective à la disposition de la turbine, mesurée entre l'entrée et la sortie de la machine. Elle se calcule pratiquement en déduisant de la chute brute la perte de charge à l’amont et à l’aval de la turbine et l’énergie cinétique résiduelle qui est perdu à la sortie de la turbine.
Comme notre niveau aval considéré correspond à l’axe de la turbine et que la perte de l’énergie cinétique résiduelle peut être négligée, la chute nette de notre site est donnée par la relation :
{67} Hn Hb hAm Avec :
Hn : chute nette [m] ;
Hb : chute brute [m] ;
ΔhAm : perte de charge de l’aménagement [m].
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Application numérique :
Après calcul, on a trouvé une chute nette pour le site égale à Hn = 23,25 m
V.2. LES PUISSANCES La puissance électrique se définie comme la valeur instantanée délivrée ou consommée. Elle correspond à l’énergie produite ou consommée par unité de temps (ADEME, Mars 2003).
V.2.I. PUISSANCE HYDRAULIQUE NETTE
La puissance hydraulique nette ou simplement puissance nette noté « Phyd » est la puissance hydraulique obtenue à partir du débit d’équipement et de la hauteur nette du site par la relation de puissance :
{68} Phyd gQt H n Avec :
Phyd : puissance hydraulique [kW] ;
3 Qt : débit turbiné [m /s] ;
Hn : hauteur de chute nette [m].
3 Application numérique : Qt = Qe = 2 m /s et Hn = 23,25 m
Après calcul, on obtient Pn = 456,17 kW
V.2.II. PUISSANCE MECANIQUE La puissance mécanique est la puissance directement disponible à l’arbre de la turbine donc tient compte du rendement de cette dernière. Elle est donc obtenue par la relation :
{69} Pméc t Phyd Avec :
Pméc : puissance mécanique [kW] ;
Phyd : puissance hydraulique [kW] ;
ηt : rendement de la turbine.
Application numérique : Phyd = 456,17 kW, ηt = 0,83 (rendement global de notre turbine d’après l’étude dans le paragraphe VI.1.ii.cVI.1)
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Après calcul, on obtient Pméc = 378,621 kW
V.2.III. PUISSANCE ELECTRIQUE La puissance électrique est la puissance directement disponible aux bornes du générateur donc tient compte du rendement de ce dernier. C’est à partir de cette puissance qu’on évalue la productivité annuelle de la centrale. Elle s’obtient par la relation :
{70} Pél g Pméc Avec :
Pél : puissance électrique [kW] ;
Pméc : puissance mécanique [kW] ;
ηg : rendement du générateur.
Application numérique : Pméc = 378,621 kW, ηg = 0,96 (rendement général des générateurs avec équipements standardisés (RAKOTO David R., 2016))
Après calcul, on obtient Pél = 363,472 kW
V.2.IV. PUISSANCE ELECTRIQUE NETTE La puissance électrique nette est la puissance disponible à la sortie du transformateur donc tient compte du rendement de ce dernier. Elle s’obtient par la relation :
{71} Pél n tr Pél Avec :
Pél n : puissance électrique nette [kW] ;
Pél : puissance électrique [kW] ;
ηtr : rendement du transformateur.
Application numérique : Pél = 363,472 kW, ηt = 0,98 (rendement global des transformateur)
Après calcul, on obtient Pm = 356,203 kW
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V.3. ENERGIE ELECTRIQUE PRODUCTIBLE ANNUELLE L’énergie électrique productible en une année est la grandeur qui permet le calcul de la rentabilité d’une centrale. Elle se calcule en intégrant la puissance électrique sur le temps pendant lequel elle a été fournie, elle s’obtient alors par la relation :
{72} EP Pél (Qt )t Avec :
EP : énergie électrique productible [kWh] ;
Pél (Qt) : puissance électrique produite en fonction du débit turbiné [kW] ;
Δt : intervalle de temps dans laquelle la puissance Pél (Qt) a été produite [h].
Comme notre centrale sera équipée de deux turbines, fonctionnant chacun avec un débit de 1 m3/s, dont l’ensemble fonctionne 225 j/ans et ensuite une seule turbine fonctionne pour les 140 j restant de l’année, notre énergie électrique productible annuelle est obtenue par :
EP Pél (Qe )t1 Pél (Qet1)t2
Avec :
Pél (Qe) : puissance électrique produite sous le débit d’équipement de la centrale [kW] ;
Pél (Qet1) : puissance électrique produite sous le débit d’équipement d’une seule turbine [kW] ;
Δt1 : temps de fonctionnement des deux turbines [h] ;
Δt2 : temps de fonctionnement d’une seule turbine [h].
Application numérique :
Pél (Qe) = 356,203 kW, Pél (Qet1) = 178,101 kW, Δt1 = 225 j = 5 400 h et Δt2 = 140 j = 3 360 h
Après calcul, on obtient l’énergie productible annuelle de notre centrale égale à
6 EP = 2,522 10 kWh soit EP = 2,522 MWh
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Chapitre VI. EQUIPEMENT ELECTROMECANIQUE
Ce chapitre consiste à la description et à l’étude des principaux équipements électromécaniques de la centrale. Les nombres et les types de ces équipements dépendent en général du type de l’aménagement.
VI.1. LES TURBINES Une turbine hydraulique est une machine tournante, constituée principalement d’une roue à aubes, qui reçoit de l’énergie d’un fluide, sous forme d’énergie de pression ou d’énergie cinétique et qui la transforme en énergie mécanique directement utilisable sur un arbre en rotation.
VI.1.I. TYPES ET CONFIGURATIONS DES TURBINES
VI.1.i.a.Généralités On distingue deux grandes catégories de turbines selon deux mécanismes fondamentaux de fonctionnements : les turbines à action (Pelton, Banki-Michell) dont la pression de l’eau entièrement convertie en énergie cinétique, et les turbines à réaction (Francis, Kaplan) dont l’eau sous pression induit une force sur la face des aubes de la roue.
VI.1.i.b.Différents types de turbine En termes d’utilisation, les principaux types de turbines généralement connu ainsi que ses domaines d’utilisation sont : turbine Pelton, turbine à flux traversant, turbine Francis, turbine Kaplan et hélices.
VI.1.i.b.A. Turbine à flux traversant Les turbines à flux traversant, également comme Banki-Michell ou Crossflow, sont des turbines à action dans lesquelles l’eau entre dans la roue par en dessus et la traverse une seconde fois avant d’en sortir par le bas. Elles sont utilisées pour une large gamme de dénivellations de 5 à 200 m (ESHA, 2005), couvrant les domaines des Kaplan, Francis et Pelton.
VI.1.i.c.Choix du type de turbine VI.1.i.c.A. Principe du choix La sélection du type de turbine va être fonction de la chute nette, du débit et des données spécifiques qu site sur lequel la machine sera installée. En sachant la vitesse de rotation de la turbine, la hauteur de chute nette et le débit, on peut faire le choix du type de turbine le mieux adapté au site grâce à l’abaque présenté dans le paragraphe VI.1.i.c.C.
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VI.1.i.c.B. Vitesse de rotation La vitesse de rotation d’un générateur est liée à la fréquence constante du réseau est donnée par la relation :
60 f N {73} g np Avec :
Ng : vitesse de rotation du générateur [tr/mn] ; f : fréquence du réseau [Hz] ; np : nombre de paires de pôles du générateur.
En pratique, la vitesse maximum est limitée à 1500 tr / min (2 paires de pôles), pour tenir compte de la survitesse de l’emballement qui provoque des contraintes mécaniques très importantes au-delà, et la vitesse minimum est limitée à 600 tr / min (6 paires de pôles), car le volume du générateur, donc son prix par rapport à la puissance installée, augmente parallèlement à une baisse du rendement dû à une augmentation des pertes, en particulier magnétiques.
Application numérique : f = 50 Hz, np = 3
Après calcul, on obtient Ng = 1 000 tr/mn
Pour atteindre cette vitesse de rotation, on décide d’utiliser des multiplicateurs de vitesse pour éviter des coûts élevés des turbines.
VI.1.i.c.C. Choix du type de turbine pour la centrale d’Ambodiriana En prenant une vitesse de rotation de 600 tr/mn, et avec les caractéristiques du site 3 (Qnt1 = 1 m /s, Hn = 23,25 m), on trouve d’après l’abaque présenté en Annexe IV . F, qu’on peut utiliser soit une turbine Francis ou soit une turbine Crossflow.
Généralement adoptés pour les programmes d’électrification rurale, par raison de peu de capacité de maintenance et d’investissement et vue son coût inférieur par rapport aux turbine Francis, et d’après la prescription du cahier de charge du programme rHYviere, le type de turbine qu’on choisit d’utiliser est la turbine Crossflow.
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VI.1.II. TURBINE DE LA CENTRALE D’AMBODIRIANA Comme nous avons une turbine de type Crossflow pour la centrale, voyons un peu plus de détails et quelque description sur ce type de turbine.
VI.1.ii.a.Description de la turbine Crossflow et ses composants principaux Comme annoncé dans le paragraphe VI.1.i.b.A, la turbine Crossflow est une machine à action à admission partielle qui a ceci de particulier que l’eau traverse deux fois la roue.
De construction simple, elle est constituée de trois parties principales (voir figure 29)
Un injecteur de section rectangulaire et dont le débit est réglé à l’aide d’une aube profilée rotative, similaire à une vanne papillon. Afin d’assurer un arrêt de la turbine sans énergie d’appoint, la fermeture est souvent réalisée à l’aide d’un contrepoids, et l’ouverture par un vérin hydraulique ; Une roue en forme de tambour, dotée d’aubes cylindriques profilées ; Un bâti enveloppant la roue et sur lequel sont fixés les paliers de la turbine.
Les dimensionnements de ces différents éléments sont présentés dans le paragraphe qui se suit.
La turbine, roue et injecteur, est souvent divisée en 2 secteurs, de largeur 1/3 et 2/3 respectivement et qui peuvent être mis en fonction séparément ou ensemble. Avec ce système, il est possible d’obtenir un rendement satisfaisant sur toute la plage des débits.
Les paramètres principaux ainsi que les différentes composantes d’une turbine Crossflow sont présentés dans les figures suivantes :
Inj : injecteur avec aubage rotatif Ra : roue à aubes cylindriques Ba : bâche
Figure 29 : Vue en coupe d’une turbine Crossflow avec ses paramètres principaux
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Prc : tubulure de raccordement turbine-conduite
Ad : volet rotatif de l’injecteur
Inj : injecteur
Ra : roue à aubes
Ba : bâti
Asp : aspirateur
Ac : accouplement d’arbre avec multiplicateur ou générateur
Pal : palier
Joi : joint d’arbre
Arb : arbre de la turbine
Br : largeur de la roue
Figure 30 : composants d'une turbine Crossflow avec aspirateur
VI.1.ii.b.Dimensionnement et caractéristique de la turbine La grande majorité des ouvrages hydrauliques, tels que les déversoirs, les prises d’eau, etc., sont conçus et construit sur la base des résultats obtenus à partir d’études préliminaires sur modèle réduits. On rappelle alors que la conception des turbines hydraulique est l’affaire de spécialistes disposant de résultat d’essais en laboratoire. Les différents calculs donnés ci-après sont donc des dimensionnements préliminaires utiles à l’étude de notre aménagement.
VI.1.ii.b.A. Roue de la turbine La formule permettant un calcul approximatif du diamètre ainsi que de la largeur de la roue d’une turbine Crossflow est défini par la relation (Programme d'action PACER, 1995):
2Qt Br Dr Br avec 0,3 4 {74} 0,25 2gH n Dr Avec :
Dr : diamètre de la roue [m] ;
Br : largeur de la roue [m] ;
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3 Qt : débit turbiné [m /s] ;
δ : angle d’injection selon les constructeurs [rad] ;
Hn : chute nette [m].
3 Application numérique : Qt = 1 m /s, δ = p/2, Hn = 23,25 m
Après calcul, avec un rapport Br / Dr = 2,65 bien compris dans les exigences, on obtient
Dr = 0,3 m et Br = 0,795 m
VI.1.ii.b.B. Tracés des aubes Pour une évaluation simplifiée, les aubes sont obtenues par des arcs de cercle dont le rayon est donné par la relation (http://www.energies-sans-frontieres.org/):
Dr {75} R 0,326 ca 2 Avec :
Rca : rayon des arcs de cercle pour le tracé des aubes [m] ;
Dr : diamètre de la roue [m].
Application numérique : Dr = 0,3 m
Après calcul, on obtient Rca = 0,049 m soit Rca = 4,9 cm
VI.1.ii.b.C. Vitesse caractéristique de rotation 001. Vitesse de rotation
La vitesse de rotation de la turbine est la vitesse pour laquelle la turbine tourne en fonctionnement nominal. Elle est obtenue par la relation (Programme d'action PACER, 1995):
2gH n {76} Nt 0,9 Dr Avec :
Nt : vitesse de rotation de la turbine [rad/s] ;
Hn : hauteur nette [m] ;
Dr : diamètre de la roue [m].
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Application numérique : Hn = 23,25 m, Dr = 0,3 m
Après calcul, on obtient Nt = 64,074 rad/s soit Nt = 612 tr/mn ce qui est belle et bien proche de notre évaluation de 600 tr/mn pendant le choix du type de turbine (paragraphe VI.1.i.c.C).
002. Vitesse d’emballement
Chaque type de turbine est caractérisé par une vitesse d’emballement maximale. Elle correspond à la vitesse que l’unité peut atteindre en cas de déclenchement du réseau lorsque l’énergie hydraulique est à son maximum. Ce fonctionnement correspond en fait à un rendement nul, toute l’énergie à disposition étant dissipée en frottement.
La vitesse d’emballement d’une turbine Crossflow est égale à 1,8 fois la vitesse nominale sous la chute nominale. Après calcul, la vitesse d’emballement de notre turbine est
égale à NEt = 115,33 rad/s soit NEt = 1 101 tr/mn
003. Vitesse spécifique
La vitesse spécifique est l’un des paramètres de classement des turbines, chaque type de turbine a ses plages de vitesse de fonctionnement. La vitesse spécifique est la vitesse de rotation d’une turbine travaillant sous une chute de 1 m avec un débit de 1 m3/s. Elle est obtenue par la relation :
Q(1/ 2) N N t {77} q t (3/ 4) H n Avec :
Nq : vitesse spécifique de la turbine [rad/s] ;
Nt : vitesse de rotation de la turbine [rad/s] ;
3 Qt : débit turbiné [m /s] ;
Hn : hauteur nette [m].
3 Application numérique : Nt = 64,074 rad/s, Qt = 1 m /s, Hn = 23,25 m
Après calcul, on obtient Nq = 6,052 rad/s soit Nq = 58 tr/mn
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VI.1.ii.c.Rendement de la turbine La transformation de la puissance hydraulique en puissance mécanique par la turbine entraîne des pertes. En effet, une partie de la puissance est perdue sous forme de bruit et de chaleur. Le rendement, quantification de ces pertes, est défini par la relation :
P méc {78} t Phyd Avec :
ηt : rendement de la turbine ;
Pméc : puissance mécanique [W] ;
Phyd : puissance hydraulique [W].
Le rendement de chaque turbine est donné par les constructeurs sous formes de courbes qui varient principalement avec le débit turbiné. Pour une évaluation globale, la plage de rendement des turbines Crossflow est entre 78 - 84 % et on va considérer un rendement égal à
ηt = 83 % soit ηt = 0,83 pour notre calcul. Un abaque montrant la variation du rendement pour une turbine Crossflow est présenté en Annexe IV . G.
VI.1.ii.d.Synthèse des résultats et caractéristiques de la turbine Le tableau suivant récapitule les dimensions et les paramètres caractéristiques de la turbine de la centrale d’Ambodiriana :
Tableau 42 : tableau récapitulatifs des caractéristiques des turbines de la centrale d'Ambodiriana
Désignations unités valeurs
Type - Crossflow à deux compartiments Nombre [u] 2
Diamètre de la roue (Dr) [m] 0,3
Largeur de la roue (Br) [m] 0,795
Vitesse de rotation (Nt) [tr/mn] 612
Vitesse d'emballement (NEt) [tr/mn] 1 101
Vitesse spécifique (Nq) [tr/mn] 58 Rendement - 0,83
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VI.2. GENERATEUR VI.2.I. GENERALITES Le générateur transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. Il est mis en rotation par la turbine, en général par un accouplement direct ou par un système de transmission. On emploie principalement pour la production d’électricité par centrale hydraulique les alternateurs qui sont des générateurs de courant alternatif.
VI.2.II. TYPE DE GENERATEUR Il existe deux différents types de générateurs à savoir :
VI.2.ii.a.Les générateurs synchrones Ils sont équipés d’un système d’excitation à courant continu ou à aimant permanent (rotatif ou statique), associé à un régulateur de tension régulant la tension de sortie avant que le générateur ne soit connecté au réseau. Ce type de générateur est généralement utilisé pour les centrales autonomes dans les régions isolées.
VI.2.ii.b.Les générateurs asynchrones Ce sont des moteurs à induction à rotor en court-circuit simple (cage d’écureuil) n’ayant aucune possibilité de régulation de tension et fonctionnant à une vitesse directement liée à la fréquence du réseau. Ce type de générateur est généralement utilisé lorsque la centrale est connectée à un réseau (fonctionnement en parallèle).
On choisit donc des générateurs asynchrones triphasés pour la centrale d’Ambodiriana puisque la centrale est destinée à fonctionnement en parallèle.
VI.2.III. COMPOSITION D’UN ALTERNATEUR Un alternateur se divise en 2 parties qui sont 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, la partie mobile, s’est composé d’électro-aimants.
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. Donc le rotor joue le rôle d’un inducteur magnétique et le stator le rôle d’un enduit magnétique.
La configuration générale de notre alternateur est la suivante :
L’alternateur est en axe horizontale, avec 3 paires de pôles ; Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 123
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L’alternateur est réfrigéré par un ventilateur d’air assuré naturellement par la jante ; L’air est refroidi sur des échangeurs air-eau ; Les cellules phases et neutres sont accolées au cuvelage alternateur.
VI.2.IV. CARACTERISTIQUE PRINCIPALES DE L’ALTERNATEUR
VI.2.iv.a.Rendement Quand un générateur transforme de l’énergie, certaine partie de la puissance mécanique (directement à l’arbre de la turbine) seulement peut être convertie en puissance électrique (directement utile aux bornes du générateur) qui définit ainsi le rendement du générateur par le rapport :
P él {79} g Pm Avec :
ηg : rendement du générateur ;
Pél : puissance électrique [W] ;
Pméc : puissance mécanique [W].
Tandis que d’autres parties sont perdues, qu’on appelle perte, au cours de la transformation dans le générateur. Ces différentes pertes sont en nombre de quatre à savoir : perte mécanique dues aux frottements et à la ventilation, perte fer par hystérèse et courant de Foucault12 dues aux champs magnétiques alternatifs, perte par effet Joule au niveau du stator et du rotor, perte supplémentaires dues aux harmoniques supérieurs du champ magnétique et à la présence des encoches.
Généralement et ce qu’on va adopter pour notre cas, le rendement global d’un petit générateur avec des équipements standardisés peut être estimé à ηg = 0,96 (RAKOTO David R., 2016).
VI.2.iv.b.Puissance caractéristique La puissance servant à caractériser un générateur s’appelle puissance apparente qui est la résultante de la puissance active et de la puissance réactive d’un générateur. La puissance
12 Courant de Foucault : courants électriques créés dans une masse conductrice, soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique extérieur traversant ce milieu (le flux du champ à travers le milieu), soit par un déplacement de cette masse dans un champ magnétique. Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 124
MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET active étant la puissance effectivement du générateur tandis que la puissance réactive ne peut pas être exploitée. La puissance active n’est donc autre que la puissance à l’arbre (la turbine). Pour avoir la puissance apparente, il s’agit d’introduire ce qu’on appelle facteur de puissance noté « cos ϕ » dont l’angle ϕ est définit sur la figure suivante :
Figure 31 : représentation graphique des puissances de l'alternateur
Généralement en fonctionnement nominal, le facteur de puissance cos ϕ est exigé à une valeur 0,8 et d’après la figure 32, on peut calculer la puissance apparente de notre générateur par la relation :
P méc {80} P app cos Avec :
Papp : puissance apparente [VA] ;
Pméc : puissance mécanique [W] ;
Cos ϕ : facteur de puissance.
Application numérique : Pméc = 189 308 W (une turbine), cos ϕ = 0,8
Après calcul, on obtient Papp = 236 636 VA soit Papp = 237 kVA
VI.2.iv.c.Vitesse de rotation Comme la centrale est en fonctionnement parallèle au réseau, et d’après le calcul au paragraphe VI.1.i.c.B, la vitesse de rotation nominale de notre alternateur est égale à :
Ng = 1 000 tr/mn.
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VI.2.V. SYNTHESE ET RECAPITULATIFS DES CARACTERISTIQUES DU GENERATEUR Le tableau suivant présente les caractéristiques du générateur de la centrale d’Ambodiriana :
Tableau 43 : tableau recpitulatif des caractéristiques du générateur de la centrale d4ambodiriana
Désignations unités valeurs Type - asynchrone triphasé Nombre [u] 2 Puissance [kVA] 237 Fréquence [Hz] 50 Vitesse de rotation [tr/mn] 1 000 Tension [V] 0,575 Rendement - 0,96 Facteur de puissance - 0,8
VI.1. MULTIPLICATEUR DE VITESSE VI.1.I. GENERALITES Si la turbine et le générateur, comme notre cas, ne fonctionnent pas à la même vitesse de rotation, ils ne peuvent pas être placés de sorte que leurs arbres soient alignés ou bien fonctionner en accouplement direct. Donc pour avoir la vitesse de rotation du générateur nécessaire, on devra faire recours à des multiplicateurs de vitesse.
VI.1.II. MULTIPLICATEUR POUR LA CENTRALE D’AMBODIRIANA
Comme la vitesse de rotation de la turbine est égale à Nt = 612 tr/mn (paragraphe 001. du VI.1.ii.b.C) et la vitesse de rotation de l’alternateur égale à Ng = 1 000 tr/mn (paragraphe VI.2.iv.c), on va choisir, parmi les différents types existantes, un multiplicateur à courroie de rapport 1,634. On considère que le rendement du multiplicateur est inclus dans le rendement du générateur.
VI.2. VANNE DE GARDE AMONT Chaque groupe est équipé d’une vanne de garde amont de type vanne guillotine. Cette vanne est manœuvrée à chaque arrêt et à chaque démarrage du groupe. Ces vannes sont installées avec une bride mobile de démontage, non auto butée, et sont équipées d’un by-pass.
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Elles sont capables de se fermer sur débit de gueule bée, suite à une rupture de la conduite en aval.
VI.3. AUXILIAIRE VI.3.I. PORTIQUE DE MANUTENTION Pour manœuvrer les groupes ou les turbines en vue des besoins de maintenance ou de remplacement éventuel, un portique de manutention amovible, fabriqué à partir des aciers profilés selon la prescription du cahier de charge du programme rHYviere, doit être dimensionné pour pouvoir supporter les charges maximales. Après dimensionnement du portique via le logiciel de calcul des structures RSA ou Robot Structural Analysis, les différentes caractéristiques des pièces du portique sont confinées dans le tableau suivant (les détails des calculs sont présentés en ANNEXE VII. ) :
Tableau 44 : résultat de dimensionnemnet du portique de manutention de la centrale d'Ambodiriana
Matéri Cas de Pièces Profils Lay Laz Ratios aux combinaison
Poteau CARRE 70 x 70 x 3 ACIER 91,31 188,01 0,23 3 ELU Poutre principale IPN 120 ACIER 31,73 164,06 0,76 3 ELU Poutre barre CARRE 70 x 70 x 3 ACIER 5 478,44 54,78 0,76 3 ELU
VI.3.II. AUTRES APPAREILS AUXILIAIRES Réfrigération :
Un circuit de réfrigération indépendant par groupe, pour refroidir les paliers du groupe de l’alternateur.
Dispositif pour incendie :
Un circuit d’eau alimenté par une conduite forcée ou des suppresseurs, équipé de robinets d’incendie armés de lance avec dévidoir de tuyauterie semi-rigide.
Air comprimé :
Equipement d’air comprimé de service, indépendant de la production d’air comprimé pour la centrale à huile des groupes.
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Chapitre VII. L’USINE ET LE BÂTIMENT D’EXPLOITATION
VII.1. USINE DE PRODUCTION L’usine de production est le bâtiment destiné à abriter et à protéger les équipements électromécaniques de la centrale en toute sécurité. Le nombre de groupes, le type, la puissance et la configuration des turbines, la dénivellation exploitable et la géomorphologie du site déterminent la forme et la taille du bâtiment.
VII.1.I. CONCEPTION ET DISPOSITION GENERAL DU BATIMENT Selon la norme de construction du bâtiment de l’usine du projet rHYviere, l’usine doit comporter trois pièces principales qui sont : la salle des machines, la salle de contrôle et le magasin de stockage des pièces de rechange. Des normes d’espacement des turbines par rapport au mur doivent être suivies. Pour remplir ces différentes conditions, on a un bâtiment de dimension 10,8 x 6,45 m en totale dont 5,25 x 1,5 m pour la salle de contrôle et 4 x 1,7 m pour le magasin de stockage. Les dimensionnements des différents éléments du bâtiment sont présentés dans les paragraphes qui se suivent.
VII.1.II. DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DU BATIMENT DE L’USINE Le dimensionnement général des différents éléments en béton armé de l’usine a été faite par l’utilisation du logiciel Robot Structural Analysis Professional (RSA ou Robobat) et son extension le Concrete Building Structres (CBS) pour la descente des charges. Les paragraphes qui suivent présentent donc simplement les résumés des résultats mais les calculs détaillés sont présentés en annexe de ce document.
VII.1.ii.a.Structure général de l’usine Les poids des différents équipements de la centrale (turbines, générateurs, portique de manutention, conduites forcées, vannes et divers matériaux sont tous introduites dans le logiciel CBS pour que le logiciel assimile les charges transmises aux fondations de la structure. C’est ensuite à partir de ces résultats qu’on dimensionne les éléments en béton armé du bâtiment via le logiciel RSA. Les figures suivantes représentent la modélisation de la structure du bâtiment dans le logiciel CBS ainsi que les différents éléments caractéristiques de la structure.
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Figure 32 : structure du bâtiment de l'usine de production de la centrale d'Ambodiriana
VII.1.ii.b.Combinaison d’action à considérer Comme les combinaisons classiques de dimensionnement des éléments en génie civil, on considère les deux combinaisons à l’ELS et l’ELU pour le dimensionnement des différents éléments du bâtiment (plus de détail à ANNEXE VII. ).
VII.1.ii.c.Norme de conception et de dimensionnement des éléments Vue la condition générale du site qui se situe dans les hauts plateaux centraux, on considère le type de fissuration préjudiciable et du milieu non agressif pour notre calcul.
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On considère que le béton qu’on utilise a comme résistance caractéristique fc28 = 25 MPa, ainsi que les ferraillages sont constitués par des aciers HA 400 c’est-à-dire limite d’élasticité fe = 400 MPa (c’est le type d’acier disponible au sein des fournisseurs à Madagascar).
La norme de conception pour les calculs béton armé qu’on a utilisé est le BAEL 97 modifié 99, la norme pour les calculs géotechniques étant le Fascicule N°62 – Titre V.
VII.1.ii.d.Semelles Comme les charges auxquelles les semelles sont soumises sont différentes et pour ne pas dépasser la contrainte maximale admissible du sol de fondation, les dimensions et les ferraillages de ces derniers ne sont pas aussi égales (l’épaisseur des semelles étant la même mais c’est la section qui varie pour respecter Ϭadm sol = 0,2 MPa (au niveau des fondations). Les caractéristiques et les résultats de dimensionnement des semelles sont résumés dans le tableau qui suit (un extrait des détails des calculs plan d’exécution sont présentés en Annexe VI . A), les notations des dimensions des semelles sont présentées sur la figure suivante :
Figure 33 : figure représentative des semelles de l'usine de production de la centrale
Tableau 45 : synthèse des caractéristiques des semelles du bâtiment de l'usine de production
Identifications Dimensions Poids total de coefficients de sécurité
de la semelle [m] x [m] ferraillage [kg] du sol (qadm/q) 1 0,6 x 0,6 8,84 1,33 2 0,6 x 0,6 8,84 1,11 3 0,5 x 0,5 8,21 1,035 4 0,4 x 0,4 5,91 1,368 5 0,9 x 0,9 14,35 1,131 6 0,6 x 0,6 8,84 1,32 7 0,5 x 0,5 8,21 1,14
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8 0,5 x 0,5 8,21 1,527 9 0,7 x 0,7 10,97 1,252
VII.1.ii.e.Poteaux De même principe que les semelles, les caractéristiques et les résultats de dimensionnement des poteaux sont résumés dans le tableau suivant (un extrait des détails des calculs et plan d’exécution sont présentés en Annexe VI . B) :
Tableau 46 : synthèse des caractéristiques des poteaux du bâtiment de l'usine de production
Identifications Sections Poids total de Elancements Hauteurs [m] du poteau [m] x [m] ferraillage [kg] λ et λlim 1 0,25 x 0,25 1,93 7,71 19,16 < 55,28 2 0,25 x 0,25 1,93 7,71 19,16 < 51,50 3 - - - - 4 - - - - 5 0,25 x 0,25 1,93 7,71 19,16 < 34,19 6 0,25 x 0,25 0,58 2,55 6,11 < 56,65 7 0,25 x 0,25 0,58 2,55 6,11 < 63,43 8 0,25 x 0,25 1,13 4,73 11,45 < 74,95 9 0,25 x 0,25 1,13 4,73 11,45 < 46,80
VII.1.ii.f.Poutres De même principe que les semelles et les poteaux, les caractéristiques et les résultats de dimensionnement des poteaux sont résumés dans le tableau suivant (un extrait des détails des calculs plan d’exécution sont présentés en Annexe VI . C) :
Tableau 47 : synthèse des caractéristiques des poutres du bâtiment de l'usine de production
Identifications Sections Poids total de Flèches/flèche Longueurs [m] de la poutre [m] x [m] ferraillage [kg] admissibles [cm] 1 0,25 x 0,35 2,23 12,35 0,1 < 0,5 2 0,3 x 0,35 5,25 152,42 0,3 < 1,1 3 0,25 x 0,35 3,11 22,26 0,1 < 0,7 4 0,25 x 0,35 5,28 40,81 0,6 < 1,1 5 0,25 x 0,25 3,11 14,28 0,01 < 0,7 6 0,25 x 0,25 0,58 24,78 0,01 < 0,2 7 0,25 x 0,25 0,5 3,67 0,01 < 0,2
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8 0,25 x 0,25 1,68 11,95 0,1 < 0,4 9 0,25 x 0,25 1,61 8,73 0,01 < 0,4
VII.1.ii.g.Dalle du radier Pour des raisons économique de constructions, seulement la partie se reposant sur du remblai sera équipée d’une dalle en béton armé qui se repose sur les poutres en béton armé aussi, une fondation classique de dallage composé d’une couche de hérisson de 15 cm d’épaisseur suivi d’une couche de béton de forme dosé à 250 kg/m3 avec une chape incorporé (INSTITUTION SUPERIEUR DE TECHNOLOGIE, Mars 2002) suffise pour l’autre partie.
Ainsi, les caractéristiques et les résultats de dimensionnement de la dalle sont résumés dans le tableau suivant (les détails des calculs ainsi que les plans d’exécution sont présentés en Annexe VI . D) :
Tableau 48 : synthèse des caractéristiques de la dalle du bâtiment de l'usine de production
Désignations unités Valeurs Longueur [m] 11,08 Largeur [m] 3,36 Epaisseur [m] 0,15 Poids total de ferraillage [kg] 632,66
VII.1.ii.h.Toiture et ferme La toiture du bâtiment sera en tôle comme indiquer dans le cahier de charge du programme rHYviere. Le tableau suivant résume les résultats de dimensionnement des pièces de la ferme du bâtiment de l’usine de la centrale d’Ambodiriana (les détails et note de calcul sont présentés en Annexe VI . E) :
Tableau 49 : résultat de dimensionnemnet des éléments constitutifs de la ferme du bâtiment de l’usine
Cas de Pièces Profils Matériaux Lay Laz Ratios combinaison
Entrait TEAE 50 x 6 ACIER 517,61 733,78 0,58 4 ELU Arbalétrier MHEA 120 ACIER 313,60 134,71 0,38 4 ELU Poinçon TEAE 50 x 6 ACIER 82,16 145,59 0,17 4 ELU Montant CAE 45 x 5 ACIER 74,08 92,60 0,17 4 ELU Diagonale CAE 45 x 5 ACIER 40,17 50,21 0,21 4 ELU
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VII.1.III. CONCLUSION ET INTERPRETATION DES RESULTATS DE DIMENSIONNEMENT Après analyses des résultats de calcul et de dimensionnement des différents éléments du bâtiment de l’usine, on peut dire qu’on a approximativement eu les dimensionnements optimaux des éléments en les comparants avec les dimensions en cas de dimensionnement forfaitaire des éléments.
VII.2. BÂTIMENT D’EXPLOITATION Un bâtiment pour logement du responsable de la centrale sera aussi construit à côté du bâtiment de l’usine. Il aura une surface totale de 6,5 x 5,3 m² qui se divise en trois pièces (Bureau de travail, chambre à coucher et cuisine) et comportant les ouvrages nécessaires pour suivre les prescriptions du cahier de charge du projet. (Les plans de disposition et les détails du bâtiment d’exploitation sont présentés en ANNEXE VIII. )
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Chapitre VIII. ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL
VIII.1. GENERALITES VIII.1.I. CONTEXTE REGLEMENTAIRE Toutes activités humaines apportent des modifications, qui entrainent des impacts positifs mais aussi négatifs, sur l’environnement. L’adoption de la loi portant Charte de l’Environnement Malagasy et la promulgation du décret relatif à la Mise en Compatibilité des Investissements avec l'Environnement (MECIE) (Décret n°99 954 du 15 décembre 1999) impliquent une obligation pour les projets d’investissements publics ou privés susceptibles de porter atteinte à l'environnement d’être soumis soit à une étude d’impact environnemental (EIE), soit à un programme d’engagement environnemental (PREE), selon la nature technique, l’ampleur de ces projets et la sensibilité de leurs milieux d’implantation.
Les projets de centrale hydroélectrique dont la puissance maximale brute dépasse 500 kW sont soumis à l’étude d’impact, les projets dont la puissance est inférieure à cette valeur sont soumis à notice d’impact (ADEME, Mars 2003). Cela ne signifie pas pour autant que les effets des microcentrales sur l’environnement ne doivent pas être examinés, mais la procédure elle-même est plus simple dans la mesure où les conséquences sur la nature seront évoquées dans le cadre du rapport technique.
VIII.1.II. NOTION GENERAL ET CONDUITE DE L’ETUDE
VIII.1.ii.a.Notion d’impact L’impact se définit par la différence de valeur d’état comparativement avec ou sans action. En particulier, un impact sur l’environnement d’un projet peut se définir comme l’effet, sur une période de temps donnée et dans un espace défini, d’une activité humaine sur une composante de l’environnement biophysique et humaine, en comparaison de la situation en l’absence du projet.
VIII.1.ii.b.L’étude d’impact environnemental L’étude d’impact environnemental est une identification et une analyse des effets positifs et négatifs d’un projet sur l’environnement, le cadre de vie et la santé. Version simplifiée de l’étude d’impact, la notice comprend théoriquement deux rubriques décrivant
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respectivement les incidences éventuelles du projet sur l’environnement et les conditions dans lesquelles l’opération projetée satisfait aux préoccupations d’environnement (ADEME, Mars 2003).
Dans les faits, même si la notice ne requiert pas réglementairement le plan indiqué pour l’étude d’impact, il est fortement recommandé de s’en inspirer. Selon la réglementation, le contenu de l’étude doit être en relation avec l’importance des travaux et des aménagements projetés et avec leurs incidences prévisibles sur l’environnement.
En définitive, la notice ne diffère de l’étude d’impact que par :
Le nombre plus limité de domaines à étudier, en ne prenant en compte que les critères les plus pertinents ; Le nombre plus limité de campagnes saisonnières de mesures physicochimiques et hydro biologiques. En pratique l’usage consacre 1 ou 2 campagnes pour la notice, contre 4 pour l’étude d’impact.
VIII.1.ii.c.Plan de l’étude Comme le plan d’étude d’impact environnemental dépend de chaque type de projet, pour un projet d’aménagement hydroélectrique, l’étude se base sur les étapes suivantes :
La mise en contexte du projet ; La description du projet et du milieu récepteur ; L’analyse et l’évaluation des impacts du projet ; La synthèse et les mesures d’atténuations ; Le plan de gestion environnemental du projet.
VIII.2. MISE EN CONTEXTE ET DESCRIPTION DU PROJET Le projet rHYviere, mené par l’ONG Gret à Madagascar, fait partie des projets d’électrification rurale favorisé par l’Etat malgache pour le développement et la décentralisation à Madagascar. Notre projet d’aménagement hydroélectrique sur le site de Beandrarezona, dans la commune rurale de Beandrarezona District de Bealanana, Région Sofia est un projet de construction d’une centrale produisant une puissance de 356,203 kW. Sa production sera injectée dans le réseau de production de la future centrale hydroélectrique d’Andriamanjavona qui alimentera 3 communes rurales et une commune urbaine dans le District de Bealanana. En effet, il a pour objectif global de favoriser, dans le respect de l’environnement, l’accès durable
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aux services de l’énergie électrique dans la région, afin de contribuer à l’amélioration des vies des populations dans les zones bénéficiaires du projet.
Le projet en tant qu’élément de construction sera constitué des travaux mécaniques dont la construction des différents ouvrages (Barrage de dérivation, ouvrage d’amené, bâtiment de production et d’exploitation) et la mise en service de la centrale en période d’exploitation. Ces activités peuvent entrainer des différents impacts sur l’environnement dont leurs études étant le principal sujet de ce chapitre.
VIII.3. DESCRIPTION DU MILIEU RECEPTEUR Le but de ce paragraphe est d’avoir la description et la connaissance adéquate des composantes du milieu d’insertion du projet. Le milieu récepteur de notre projet est la partie qui intègre le bassin versant, la zone d’implantation des ouvrages de la centrale et les zones bénéficiaires du projet. De ce faite, l’étude d’impact concerne principalement la commune rurale de Beandrarezona (site du projet), et certains impacts seront analysés pour les communes bénéficiaires de l’électricité produite. La description du milieu récepteur, qu’on va analyser par la suite, se base sur les milieux physiques, biologiques et humains de ces zones.
VIII.3.I. MILIEU PHYSIQUE Le milieu physique est l’ensemble de tous ce qui est aux environs du site de projet : l’eau, le relief, l’occupation du sol et le paysage. Mais si l’on observe un peu plus loin il concerne surtout la climatologie, la géologie, la géomorphologie, l’hydrologie, l’hydrogéologie, la physico-chimie des eaux, et les risques naturels. Certains détails du milieu et des occupations du sol sont déjà présentés dans les paragraphes antérieurs (paragraphe 0)
Pour l’occupation du sol, seulement quelque partie de la zone culturale sera submergée due à la présence de l’ouvrage de rehaussement et cela ne devrait pas avoir des impacts importants sur le climat de la zone.
VIII.3.II. MILIEU BIOLOGIQUE L’appréciation des impacts sur le milieu biologique se porte sur les êtres vivants animaux et végétaux même les petits organismes de la zone d’étude. Comme la ressource la plus concernée par notre projet est principalement l’eau de la rivière, il est important d’étudier les impacts probables dument aux modifications apportées.
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
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concentration en oxygène, la composition chimique des eaux. La modification d’un ou plusieurs de ces facteurs écologiques des cours d’eau par l’aménagement peut entrainer 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, qui occupent des étendues assez larges sur des différentes unités topographiques. Des forêts naturelles et des oiseaux y présentent sont à considérer comme de l’écosystème terrestre, les études de terrain doivent permettre à distinguer les différents types d’oiseaux et des espèces des arbres de la région.
VIII.3.III. MILIEU HUMAIN Le milieu humain en est la principale cible, à chaque étape et activité du projet, il y aura des impacts que ce soit négatifs ou positifs dont on va analyser. Alors la connaissance des caractéristiques locales de ce milieu est très importante pour prendre des précautions. Certaines principales caractéristiques et mode de vie général des habitants des zones d’interventions du projet sont déjà étudiés dans les paragraphes antérieurs (paragraphe Partie I.Chapitre II).
En principe, cette étude traite les impacts sociaux, économiques et culturels dans les zones concernées du projet.
VIII.4. ANALYSE ET EVALUATION DES IMPACTS DU PROJET VIII.4.I. ANALYSE DES IMPACTS DU PROJET Les impacts qu’on va citer dans ce paragraphe sont les impacts, généralement probables, liées au différentes tâches pour la construction et l’exploitation d’une microcentrale hydroélectrique. On va les analyser selon les différents milieux de l’environnement que nous avons cité tout en haut.
VIII.4.i.a.Milieu physique VIII.4.i.a.A. Relief et sol : aspect et variation Modification de paysage ; Erosion du sol et risque des éboulements au niveau des sites des ouvrages d’amenés ; Changement de la topographie du terrain.
VIII.4.i.a.B. Hydrologie et physico-chimie de l’eau Création d’un obstacle à l’évacuation des crues an amont de l’installation ;
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Diminution du débit circulant dans le tronçon court-circuité ; Diminution de transport solide ; Variation conséquente du niveau due aux éclusées en aval de l’installation.
VIII.4.i.a.C. Hydrogéologie, géomorphologie Diminution du drainage de la nappe et répercussion sur l’état de saturation des sols en amont ; Aggravation du drainage de la nappe dans le tronçon court-circuité ; Influence de la stabilité des berges, de l’évolution de la ligne d’eau.
VIII.4.i.a.D. Risques naturels Conséquences de l’aménagement sur la stabilité des versants ; Possibilités de mouvement de terrain (éboulement et érosion) ; Risque d’incendie lié à une ligne aérienne d’évacuation de l’énergie ; Modification de l’écoulement des crues ; Submersion des quelques zones en amont du barrage.
VIII.4.i.b.Milieu biologique VIII.4.i.b.A. Dans le lit du cours d’eau Divers effets peuvent être observés dans le lit du cours d’eau suite à la mise en place du barrage :
Apparition des écosystèmes aquatiques : développement des poissons et de la dérive des invertébrés ; Prolifération des végétations aux rivages ; 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 dévalaison ; Changement 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.
VIII.4.i.b.B. Sur les écosystèmes terrestres Seulement quelques impacts sont probables vue l’envergure de notre projet :
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Décapage et débroussaillage nécessaire à l’aménagement et à la création de la piste d’accès ; Perturbation des conditions de vie des oiseaux ; Evolution des écosystèmes terrestres liés à une éventuelle modification de la nappe phréatique.
VIII.4.i.c.Milieux humains Les activités socio-économiques liées à l’existence du cours d’eau doivent être étudiées :
Activités de loisirs : parcours de pêche, baignade, etc. ; Système d’irrigation des agricultures.
Les bruits générés par la centrale hydraulique peuvent avoir plusieurs origines :
Bruit dû aux vannes ou aux dégrilleurs ; Bruit de l’eau dans la conduite forcée ; Bruit des groupes électromécaniques.
La construction 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.
VIII.4.i.c.A. Donnée 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.
VIII.4.i.c.B. Impact socio-économique Les répercussions 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.
VIII.4.i.c.C. Nuisance sonores 001. Pendant la phase de construction
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La réglementation des bruits de voisinage, et donc des aménagements hydroélectriques, s’appuie sur la notion d’émergence. L’émergence est définie comme la différence entre le réseau de bruit entrant, comportant le bruit particulier en cause, et celui du bruit résiduel constitué par l’ensemble des bruits habituels, extérieurs ou intérieurs dans un lieu donné, correspondant à l’occupation normale des locaux et au fonctionnement normal des équipements.
002. Pendant la phase d’exploitation
Le niveau sonore toléré dépend de l’existence d’une population proche ou de maisons isolées proches de la centrale. D’après les conditions sur notre site, le niveau sonore externe maximum autorisé, pendant la nuit doit être établi pour quelques maisons situées à quelque centaine de [m] environ.
VIII.4.i.c.D. Patrimoine de paysage Les impacts paysagers sont principalement liés :
A l’amélioration et à la présentation des ouvrages ; A l’aperçu très agréable de l’usine comprenant des équipements de la centrale ; Aux voies d’accès.
VIII.4.i.c.E. Santé Ce paragraphe met en exergue les risques sanitaires qui peuvent être causés par le projet. En effet, la problématique « centrale hydroélectrique et la santé » se situe à deux niveaux de perception :
A 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 ; A l’échelle locale, une centrale hydroélectrique peut générer des effets négatifs limités (bruits par exemple).
VIII.4.II. ETUDE DES IMPACTS Cette partie résume les impacts les plus importants du projet en les étudiants s’ils sont des impacts négatifs ou positifs pour l’environnement du projet. Les impacts d’une centrale hydroélectrique sont dits négatifs lorsqu’il porte atteinte à la qualité de vie du milieu ou affecte
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MCH de Beandrarezona Partie II. ETUDE TECHNIQUE DU PROJET un désordre sur les composantes environnementales. Ils sont dits positif dans le cas où le projet contribue et apporte une amélioration de la qualité de toute forme de vie du milieu humaine.
VIII.4.ii.a.Les impacts négatifs Les impacts négatifs les plus pertinents de notre projet d’aménagement hydroélectrique sont :
Les effets négatifs des ouvrages sur l’environnement : o Pollution de l’air et de l’eau engendrée par la construction et l’évacuation des déchets ; o Erosion des sols ; o Destruction de la végétation ; o Problèmes de l’hygiène et de santé provenant des campements des ouvriers. Augmentation des maladies liées à l’eau ; Dégradation de l’environnement due au développement induit (agriculture irriguée, industries, croissance urbaine) ; Risques de perturbation passagère des activités habituelles ; Pollution due aux éclats, débris rocheux ; Risque d’accidents lié à la dénivellation créée artificiellement par exploitation de gites et emprunts ; Glissements de terrain par l’effet de vibration ; Pollution due à l’émanation des poussières ; Pollution sonore.
VIII.4.ii.b.Les impacts positifs Les impacts positifs les plus pertinents de notre projet d’aménagement hydroélectrique sont :
Création de plusieurs emplois temporaires, en phase de construction, et quelque emploi permanent pour la population locale pendant la phase d’exploitation ; Essor des petites et moyennes industries et entreprise ; Rétablissements des communications du réseau routier préexistants ; Diminution de l’exploitation des ressources naturelles (combustible), diminution des pollutions causées par les hydrocarbures (centrale thermique) ; Amélioration de la qualité de vie des bénéficiaires ; Achat et circulation des services et produits locaux ;
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Développement et essor des villages bénéficiaires ; Amélioration des sécurités des habitants due à la présence d’éclairage.
VIII.4.III. EVALUATION DES IMPACTS L’évaluation des impacts consiste à les classifier selon leur importance relative à travers une analyse multicritère plus ou moins objective. L’évaluation globale des impacts sert à définir s’ils sont positifs ou négatifs et directs ou indirects. L’évaluation objective dépend des trois critères principaux suivants :
Etendue de la portée spatiale des effets de l’impact considéré ; Durée qui se réfère à la période pendant laquelle l’impact se fait sentir ; Intensité ou l’ampleur de l’impact en regard du degré de perturbation du milieu, de la sensibilité, de la vulnérabilité, de l’unicité ou de la rareté de la composante affectée.
Et pour chaque critère, on va définir les valeurs suivantes selon leurs catégories :
Tableau 50 : valeurs attribuées aux critères d'évaluations des impacts
Critères Catégories Valeurs Locale 1 Portée Régionale 2 Générale 3 Temporaire 1 Durée Moyenne 2 Longue 3 Faible 1 Ampleur Moyenne 2 Forte 3
Pour l’évaluation de l’importance des impacts, les scores seront additionnés et c’est en fonction du total des coefficients d’un impact qu’on va classer selon les intervalles suivants :
[1 – 4] : impacts d’importance mineure ]4 – 7[ : impacts d’importance moyenne [7 – 9] : impacts d’importance majeure
Les résultats des évaluations des différents impacts de notre projet sont présentés dans le tableau suivant :
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Tableau 51 : tableau d’évaluation des impacts suivants les critères considerées
Evaluations des impacts Identification des impacts Genres Portées Durées Ampleurs Importances effets négatifs des ouvrages sur l’environnement Direct 1 3 1 Moyenne augmentation des maladies liées à l’eau Indirect 1 3 1 Moyenne dégradation de l’environnement due au Direct 1 3 2 Moyenne
développement induit perturbation passagère des activités habituelles Direct 1 2 1 Mineure pollution due aux travaux Direct 1 2 3 Moyenne
NEGATIFS risque d’accidents lié à la dénivellation Direct 1 1 1 Mineure glissements de terrain Direct 1 1 1 Mineure pollution environnementale Direct 1 2 2 Moyenne pollution sonore Direct 1 3 1 Moyenne création d'emplois Direct 2 3 3 Majeure essor des petites et moyennes industries et entreprises Indirect 2 3 3 Majeure rétablissements des communications du réseau Indirect 1 3 2 Moyenne routier préexistants
diminution de l’exploitation des ressources naturelles Direct 2 3 2 Majeure diminution des pollutions causées par les Indirect 1 3 2 Moyenne hydrocarbures
POSITIFS amélioration de la qualité de vie des bénéficiaires Indirect 2 3 3 Majeure achat et circulation des services et produits locaux Indirect 2 3 3 Majeure développement et essor des villages bénéficiaires Indirect 2 3 3 Majeure amélioration des sécurités Indirect 2 3 2 Majeure
VIII.5. ETUDE COMPARATIVES DES IMPACTS S’il est vrai que, bien souvent, les communautés et les promotions des industries éloignées du site de la centrale hydroélectrique en bénéficient, les habitants aux alentours qui, en règle générale, supportent les coûts sociaux et environnementaux les plus importants causés par la construction de la 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
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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, qui répond à la demande en énergie tout en évitant de produire des eaux réchauffées ou polluées, des émissions atmosphériques, des cendres ou des déchets.
On constate que les impacts positifs ont des importances majeures sur l’échelle régionale et locale, mais l’impact négatif reste seulement au niveau de riverain, c'est-à-dire locale.
Bref, ce projet offre plus d’avantages à l’ensemble de la population locale que régionale, cela explique l’utilité de l’aménagement de notre site hydroélectrique.
VIII.6. MESURE D’ATTENUATION Face aux différents impacts identifiés et évalués dans les paragraphes précédents, des mesures d’atténuation doivent être prises pour prévenir, supprimer ou réduire les impacts négatifs, ou bien pour accroître les bénéfices des impacts positifs sur l’environnement. Les différentes mesures réductrices ou compensatoires des impacts sur tous les milieux du projet sont les suivantes :
VIII.6.I. MESURES REDUCTRICES OU COMPENSATOIRES SUR LE MILIEU PHYSIQUE La demande constitue à privilégier d’abord les mesures « pour éviter » puis les mesures « pour réduire » et enfin les mesures « pour compenser » les impacts :
Maintien d’un débit réservé modulé dans le temps pour permettre au pouvoir de dilution souffrant d’éventuel affluant ; 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’hydrocarbure et des produits chimiques ; 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 ;
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Précautions à prendre en vue de restreindre les actions érosives ; Remise en valeur des terres ; Bon nettoyage des environs du chantier après les travaux.
VIII.6.II. MESURES REDUCTRICES OU COMPENSATOIRES SUR LE MILIEU NATUREL Pour les impacts sur le milieu naturel, les différentes mesures à prendre sont :
Installations des grilles à l’entrée de la prise d’eau ; Installations des grilles, de déflecteur à l’extrémité aval du canal de fuite ; Création de frayère artificielle ; Bonne attention aux différents travaux (minimisation des interventions dans le milieu) ; Mise en place dans les aires de stockages des produits de fouille.
VIII.6.III. MESURES REDUCTRICES OU COMPENSATOIRES RELATIVES AU MILIEU HUMAIN Les mesures suivantes sont prises pour réduire ou compenser les impacts du projet sur le milieu humain :
Installation des latrines et des bacs à ordures pour les besoins pendant la phase de construction ; 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 ; Utilisation des engins équipés de silencieux efficace, ou bien des engins des moteurs neufs ; Réaménagement des sites dégradés ou modifiés par les travaux : zone d’emprunt des matériaux, zones de remblais, démantèlement de construction provisoire ; Choix des zones d’implantation ou du tracé le plus discret possible pour les ouvrages de la centrale (canal d’amené, conduite forcée, bâtiment de l’usine, …) ; Fourniture des services sociaux et sanitaires aux riverains de la centrale ;
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Développement les activités rurales et fournir des services de santé en vue d’atténuer, le plus possible, les impacts négatifs ; Plan de reboisement ou adoption des mesures de conservation des sols dans les bassins versants ; Réinstaller des communautés dans des régions appropriées et compensation financière de leurs ressources perdues.
VIII.7. PLAN DE GESTION ENVIRONNEMENTAL Le cahier de charge environnementale exige que le plan de gestion environnementale soit exécuté durant l’exécution et après la fermeture du projet. C’est un programme qui garantit la surveillance et le suivi de la réalisation des mesures d’atténuations.
VIII.7.I. LE PROGRAMME DE SURVEILLANCE Le programme de surveillance est un programme qui contrôle l’achèvement des obligations et des recommandations du promoteur ainsi que celui des mesures d’atténuation des impacts négatifs demandées. Il consiste donc de vérifier si les mesures prescrites en phase d’étude sont respectées durant les travaux.
VIII.7.II. LE PROGRAMME DE SUIVI Le suivi comprend la collecte et l’emploi d’information pour permettre à la direction du projet de connaître le degré d’avancement des mesures prises et de prendre en temps voulu les décisions qui s’imposent pour s’assurer de la progression des activités conformément aux mesures d’atténuations prises. Le programme de suivi comprend la vérification de l’efficacité des mesures d’atténuation, c’est une activité quotidienne des divers responsables concernées selon le domaine des impacts considérés.
VIII.8. SYNTHESE ET CONCUSION DES RESULTATS D’ETUDE ENVIRONNEMENTALE Selon ces différentes études, la prise en compte de l’environnement dans notre projet ne s’arrête pas simplement à la réalisation de l’étude d’impact. Celle-ci se poursuit en continu, en phase travaux, puis en phase exploitation. Ces différentes mesures doivent réduire ou compenser les différents impacts, cela permet alors de bénéficier de plus notre projet.
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Partie III. ETUDE ECONOMIQUE DU PROJET
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Chapitre IX. EVALUATION FINCANCIERE
A prise de décision pour la réalisation d’un projet doit précéder d’une évaluation financière. C’est très important d’estimer le coût du projet avant d’investir. A cet Leffet, les précisions des estimations sont importantes afin d’évaluer ce coût d’investissement le plus précis possible, d’où l’objet de ce chapitre.
Pour réaliser une bonne estimation du coût d’un projet, il existe plusieurs méthodes comme « par formule » par exemple, mais on adopte celle du sous détail de prix qui consiste à calculer le prix de chaque ouvrage élémentaire pour un ouvrage donné. C’est la méthode généralement adopté et donnant le plus de précision possible pour une construction donnée.
IX.1. COEFFICIENT DE MAJORATION DES DEBOURSES Le coefficient, généralement noté par K, représente le taux de pondération appliqué au prix de déboursé. Il est fonction des différents facteurs liés à la décomposition interne des différentes catégories des frais. Ce coefficient est égale à 1,33 pour notre calcul (les détails des calculs sont présentés en Annexe X . A).
IX.2. CALCUL DU COÛT D’INVESTISSEMENT Le coût d’investissement est la ressource financière nécessaire à mobiliser pour la construction de l’aménagement projeté. L’évaluation du coût d’investissement pour la construction d’une centrale hydroélectrique se catégorise en trois grands lots qu’on va détailler dans les paragraphes qui suivent.
IX.2.I. GENIE CIVIL L’estimation des coûts des travaux génie civil est basée sur les métrés quantitatifs sommaires des ouvrages définis à partir des plans associés. Ces plans ont été dessinés à partir du logiciel Covadis.
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, évolution du prix unitaire en fonction de la quantité ; D’autre part, l’analyse des offres ou marchés des différents travaux effectués à Madagascar (des demandes des factures pro-forma au niveau des fournisseurs ont été faite pour avoir les valeurs les plus précisent possible des matériaux de construction).
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Le tableau suivant récapitule de façon synthétique le coût d’investissement du génie civil pour la construction de la microcentrale hydroélectrique d’Ambodiriana (le bordereau des devis estimatifs des ouvrages est présenté en Annexe IX . B du document) :
Tableau 52 : synthèse d'évaluation des coûts de construction des ouvrages de génie civil d'Ambodiriana
Désignations Montants en [Ariary] Montants en [Euro]13
Barrage et prise d'eau 199 156 939 57 607,09 canal d'amené 146 488 178 42 372,40 Bassin de décantation et annexe 92 792 829 26 840,77 Ouvrage de raccordement 78 185 500 22 615,53 Conduite forcée 157 075 310 45 434,78 Bâtiment de l'usine 88 374 046 25 562,61 Ouvrage de restitution 12 923 387 3 738,15 Bâtiment d'exploitation 39 120 101 11 315,68 Aménagement et création piste 59 665 222 17 258,45 Autres 140 953 40,77 Totaux 873 922 469 252 786,24
IX.2.II. MATERIELS ELECTROMECANIQUE 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 et achetés pour les aménagements existants réalisés par le projet rHYviere à Madagascar.
Le devis des équipements électromécaniques intègre 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.
Le tableau suivant résume quelques détails d’estimation des coûts des matériels électromécaniques de la centrale d’Ambodiriana :
13 Coûts évalués avec le cours de change de 1 € = 3 457,16 Ar (Janvier 2017) Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 148
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Tableau 53 : synthèse d'évaluation des coûts des équipements électromécaniques de la centrale d'Ambodiriana
Désignations Coûts estimatifs en [Ariary] Coûts estimatifs en [Euro]
Turbine et entrainement 587 540 061 169 948,76 Automatisme pour turbine 17 280 590 4 998,49 Générateur 25 920 885 7 497,74 Raccordement généraux 17 280 590 4 998,49 Matériaux et main d'œuvre 216 007 375 62 481,16 Totaux 864 029 502 249 924,65
IX.2.III. POSTES DE TRANSFORMATION ET RACCORDEMENT Ce lot englobe le coût des divers matériels électriques de raccordement, les coûts des mesures environnementales ainsi que les différentes dépenses éventuelles imprévues pour la construction de la microcentrale.
Le tableau suivant résume quelques détails d’estimation des coûts des postes et divers de la centrale d’Ambodiriana :
Tableau 54 : synthèse d'évaluation des coûts de raccordement au réseau de la centrale d'Ambodiriana
Désignations Coûts estimatifs en [Ariary] Coûts estimatifs en [Euro]
Transformateur 100 000 000 28 925,48 Protection et accessoires 2 954 330 854,55 Ligne de raccordement 59 067 886 17 085,67 Main d'œuvre et ingénierie 16 202 221 4 686,57 Totaux 178 224 437 51 552,27
IX.2.IV. DIVERS Ce lot englobe le coût des mesures environnementales ainsi que les éventuelles tâches non identifiées pour la construction de la microcentrale. Il est évalué à :
20 000 000 Ar soit 5 785,10 € pour ces coûts divers estimatifs.
IX.2.V. SYNTHESE DES RESULTATS En tenant compte d’une marge d’imprévue de 5 %, le coût total d’investissement pour la construction de la microcentrale hydroélectrique d’Ambodiriana s’élève à :
I = 2 045 585 229 Ar soit I = 591 695,27 €.
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Avec une puissance installée de 356,203 kW, le coût du kilowatt installé de notre centrale s’élève à CkW installé = 5 742 751,27 Ar/kW soit CkW installé = 1 661,12 €/kW. Ce coût du kilowatt installé nous permet de conclure que l’estimation des coûts sont acceptables vue que la fourchette de coût du kilowatt installé des petites centrales hydroélectriques est généralement entre 400 € à 2000 €/kW pour des installations d'une puissance supérieure à 100 kW (OOREKA, 2017).
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Chapitre X. ETUDE DE RENTABILITE DU PROJET
X.1. OBJECTIF Si bien que la construction d’une microcentrale hydroélectrique est principalement un projet à but communautaire, pour sa pérennité et son bon fonctionnement, il fait de même l’objet d’un investissement qui consiste, pour une entreprise, à engager durablement des capitaux sous diverses formes dans l'espoir de maintenir ou d'améliorer sa situation économique et sa valeur. De ce faite, ce chapitre en a pour objectif d’évaluer la viabilité économique et financière de notre projet de construction de la microcentrale hydroélectrique d’Ambodiriana.
D’un point de vue économique, une centrale hydroélectrique diffère d’une centrale thermique conventionnelle par un coût d’investissement initial plus élevé, alors que les coûts de fonctionnement sont eux extrêmement bas, puisqu’il n’y a pas de consommation de combustibles.
X.2. GENERALITES Pour l’analyse de viabilité économique d’un projet, certaines approches peuvent être adoptées comme les méthodes statiques : méthode du temps de retour brut sur investissement, le RSI ou retour sur investissement, etc. mais le plus utilisé et dont on va utiliser étant la méthode dynamique utilisant les paramètres de Taux de Rentabilité Interne ou TRI et de la Valeur Actuelle Nette ou VAN. Cette méthode d’analyse financière prend en considération les coûts totaux et les bénéfices sur la vie de l’investissement et la détermination des recettes dans le temps.
Pour les différents calculs des coûts, on considère comme référence que l’année de construction de la microcentrale étant l’année actuelle (2017) (en raison du calcul des coûts financiers du projet à l’année actuelle) sauf qu’en réalité, cette année de construction est paramétrée par les scénarios qui se produisent au cours des années à venir selon les études dans le volet socio-économique (paragraphe Partie I.II.3.vi.d).
X.3. ETUDE ECONOMIQUE L’utilisation de cette méthode de taux de rentabilité interne exige la détermination des paramètres suivants :
Calcul des investissements initiaux ; Calcul des cash-flows actualisés ;
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Calcul des paramètres de viabilité (VAN, TRI).
Pour présenter d’une manière pratique cette étude, les détails de calculs et quelques résultats sont présentés en ANNEXE X. du document. Seulement les indications significatives sont données dans les paragraphes.
X.3.I. INVESTISSEMENTS INITIAUX D’après l’étude dans le paragraphe précédent (paragraphe Partie III.IX.2), le coût d’investissement total pour la construction de la microcentrale hydroélectrique d’Ambodiriana s’élève à I = 2 045 585 229 Ar.
X.3.I. LE CASH-FLOW Le cash-flow est définit comme la somme du bénéfice net après impôts augmentée des amortissements. L’étude économique est évaluer sur toute la durée de vie de l’investissement c’est-à-dire que pour une centrale hydroélectrique, elle est évaluée sur tous la durée de concession du site qui est généralement comprise entre 20 et 30 ans ; on va prendre alors une durée de 25 ans pour notre étude. Pour déterminer le cash-flow, on doit passer par les étapes de calculs dans les paragraphes suivants.
X.3.i.a.Chiffres d’affaires annuels La vente de l’électricité produite constituera les recettes de la centrale. Les calculs dans cette section sont basés sur le prix de vente du kilowattheure selon les plans tarifaires de ventes d’énergie sur les sites de productions hydroélectriques rurales existantes. Le coût moyen de vente du kilowattheure s’élève à 450 Ar/kWh augmenté d’un coefficient de hausse de tarif de 2 % dans l’année, ce coût est raisonnable vue que la zone est rurale et que le tarif moyenne (tous abonnés confondus) de la JIRAMA s’élève à 380 Ar/kWh (L'Express de Madagascar, 2016). Selon les études et évaluation d’énergie précédente (paragraphe Partie I.II.3.vi.d), l’évolution de consommation de l’énergie produite par la centrale sera comme présentée dans le tableau suivant :
Tableau 55 : évolution de consommation de l'énergie produite par la centrale
(N + i) pour i Années N N + 1 N + 2 N + 3 N + 4 N + 5 N + 6 N + 7 jusqu’à 25 Energie consommée [%] 13 26 39 53 67 81 100 100 100
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Avec une production annuelle de 2 521 916 kWh, et en appliquant un coefficient d’abattement de 10 % de ce chiffre correspondant à des arrêts de maintenance, pannes, coupures réseaux, etc. l’énergie consommable annuelle produite sera égale à 2 269 724 kWh.
A partir de ces paramètres, les recettes brutes attendues dans les années de fonctionnement de la centrale sont calculées.
X.3.i.b.Charges de fonctionnement ou charges d’exploitation Les charges d’exploitations varient en fonction de la taille et des caractéristiques de la centrale. Elles sont composées des frais d’entretien, des frais éventuels de personnel et de gardiennage, des assurances obligatoires et de la taxe professionnelle.
Les coûts directs d’exploitation ou charge d’exploitation peuvent être évalué à 20 % des recettes brutes (OOREKA, 2017) si on ne possède pas des informations suffisantes concernant les différents détails. D’où l’on obtient les charges d’exploitation de la centrale.
X.3.i.c.Amortissements L'amortissement est la constatation comptable et annuelle de la perte de valeur des actifs d'une entreprise subie du fait de l'usure, du temps ou de l'obsolescence. Il sert, en fait, à pouvoir renouveler les actifs quand leurs durées de vie seront atteintes. Pour des raisons de variabilité des durées d’amortissements des actifs (ouvrages de génie civil d’environ 35 ans et matériels d’environ 15 ans) de la microcentrale, on adoptera un amortissement constant linéaire s’étalant sur 25 années donc un amortissement de 4 % de l’investissement par année.
Le coût d’amortissement annuel s’élève donc à 81 823 409 Ar pendant toute la période d’amortissement.
A l'expiration de la durée d'utilisation ou de location d’un bien, la valeur résiduelle définit sa valeur lorsque sa période d'amortissement arrive à échéance. Cette valeur sera donc à prendre en compte dans le calcul du cash-flow à la fin de la période d’amortissement. On estime une valeur résiduelle de 18 % pour notre projet.
X.3.i.d.Résultats ou bénéfices annuelles X.3.i.d.A. Bénéfice net Le bénéfice net se définit par le résultat des chiffres d’affaires diminués des charges de fonctionnements et de l’amortissement.
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X.3.i.d.B. Les impôts d’une centrale de production d’électricité Pour toute activité génératrice de bénéfice, un certain pourcentage des bénéfices, régit par les lois de finances de chaque pays, doit être versé en impôt à l’Etat.
Particulièrement pour les centrales de production d’électricité, quel que soit leurs moyens de productions (hydraulique, éolienne, thermique, …), les différents impôts qu’elles fournissent, avec leurs taux14, sont :
La taxe communale égale à 20 % ; La taxe FNE ou Fond National de l’Electricité égale à 1,25 % ; La taxe ORE ou Office de Régulation de l’Electricité égale à 1,2 % ; Et la TVA ou taxe sur la valeur ajoutée égale à 20 %.
Ces différentes taxes sont calculées à partir du chiffre d’affaire annuelle de l’entreprise.
X.3.i.d.C. Bénéfice net après impôts Le résultat de bénéfice net diminué des impôts définit les bénéfices nets après impôts.
X.3.i.e.Les cash-flows Après avoir calculé ces différents paramètres, les cash-flows dans les 25 années de fonctionnement de la centrale (qui sont la somme du bénéfice net après impôts augmentée des amortissements) peuvent être déterminés.
X.3.i.f.Les cash-flows actualisés X.3.i.f.A. Principe d’actualisation L’actualisation est une méthode qui permet de calculer la valeur actuelle d’une somme qui sera perçue à une date future, lorsqu’on admette un taux d’actualisation. La valeur actualisée d’une somme est donnée par la relation :
1 VA VF {81} 0 (1 r)n n Avec :
VA0 : valeur actualisée de la somme [monétaire] ;
14 Certaines réductions peuvent être perçues pour la taxe FNE et TVA selon les puissances mensuelles consommées par les clients (ménage utilisant une puissance mensuelle inférieure à 20 kWh non soumis à la taxe FNE et inférieure à 100 kWh non soumis au TVA), mais face aux incertitudes d’évaluations des abonnées, on a pris le cas le plus défavorable. Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | 154
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VFn : valeur future à l’année « n » [monétaire] ; r : taux d’actualisation [%] ; n : nombre d’année futur.
X.3.i.f.B. Calculs des cash-flows actualisés En appliquant cette méthode d’actualisation par utilisation de la relation {81} aux cash- flows nets, on obtient les valeurs des cash-flows actualisés.
X.3.II. PARAMETRES DE VIABILITE
X.3.ii.a.La VAN La VAN ou valeur actuelle nette et est égale à la différence entre la somme des cash-flows actualisés d’un investissement et le montant de l’investissement, elle indiquera de combien augmentera la valeur de l’entreprise si l’investissement est entrepris (RANDRIAMANANJARA Daniel, 2016).
X.3.ii.a.A. Calcul de la VAN La relation permettant d’obtenir la VAN se définit par :
n CaF VAN j {82} j j1 (1 r) Avec :
VAN : valeur actuelle nette ;
CaFj : cash-flow à l’année « j » ; r : taux d’actualisation [%] ; n : nombre d’année futur.
Après calcul, la VAN de notre projet est égale à VAN = 2 331 304 125 Ar.
X.3.ii.a.B. Interprétation du résultat Cette valeur positive de la VAN montre que la centrale va réussir à (RANDRIAMANANJARA Daniel, 2016) :
Récupérer le capital investi ; Rémunérer les fonds immobilisés ; Dégager des surplus dont la valeur actuelle est égale à la VAN du projet.
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X.3.ii.b.Le TRI Le taux de rentabilité interne (TRI) d’un investissement est le taux pour lequel il y a équivalence entre le capital investi et l’ensemble des cash-flows. Autrement dit, le TRI d’un projet est le taux pour lequel la valeur actuelle nette (VAN) est nulle.
Le TRI est donc obtenu par la résolution de l’équation (RANDRIAMANANJARA Daniel, 2016):
n CaF I j I {83} j j1 (1 r) Avec :
I = investissement ;
CaFj : cash-flow à l’année « j » ; r : taux d’actualisation [%] ; n : nombre d’année futur.
Après calcul sous Excel, le TRI de notre projet de construction de la microcentrale d’Ambodiriana est de TRI = 17,14 %.
X.3.ii.c.Délai de récupération Le délai de récupération, ou pay-back ratio, mesure le temps nécessaire à la récupération du montant initial d'un investissement en le comparant aux flux cumulés de trésorerie. Pour notre projet, le délai de récupération est de 9 ans 10 mois et 4 jours après la mise en marche de la centrale.
X.3.III. SYNTHESE ET CONCLUSION DE L’ETUDE ECONOMIQUE Les principaux résultats de cette partie d’étude sont :
VAN = 2 331 304 125 Ar TRI = 17,14 % Délai de récupération = 9 ans 10 mois et 4 jours
Avec ses éléments caractéristiques de rentabilité économique, le projet paraît être très intéressant donc il sera économiquement faisable.
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MCH de Beandrarezona CONCLUSION GENERALE
CONCLUSION GENERALE
OUR mener du développement durable, il faut toujours tenir compte de plusieurs paramètres en parallèle dont l’environnement, l’économie et les secteurs sociaux. P Pour en apporter à Madagascar, la construction d’un tel type de centrale hydroélectrique en est une solution adéquate.
En effet, l’énergie hydroélectrique qui est issue de la conversion de l'énergie hydraulique en électricité présente certains avantages intéressants. Dans le volet environnement, une fois l’installation mise en place malgré son coût de construction assez élevé, elle produit de l’électricité sans rejeter quoi que ce soit de nocif dans la nature, la production est dite propre. De plus l’installation est plutôt résistante et sa durée de vie est élevée avec un très faible coût d’exploitation par rapport aux autres types de production d’énergie. Pour le secteur économique, la présence de l’électricité engendrera 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 et artisanal, la relance des petites industries, l’évolution des infrastructures sanitaires ainsi que la sécurité grâce à la lumière.
La construction des petites centrales, comme la nôtre d’une puissance de 356 kW, présente donc des investissements intéressants vus ses coûts d’implantation raisonnables par rapport aux coûts de construction des grandes centrales, tout en assurant la protection de l’environnement et la jouissance des bénéfices sociales et économiques. La réalisation de notre projet engendrera alors beaucoup de bénéfice tant pour les futurs délégataires du site, aux populations bénéficiaires et aussi sur l’environnement général.
Il ne faut pas oublier qu’« Il faut imiter la source qui ne se tarit pas et non pas l'averse qui inonde la montagne » si on veut vraiment amener du développement à notre pays.
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MCH de Beandrarezona PROGRAMME PREVISIONNEL DES ETUDES ET DES TRAVAUX
PROGRAMME PREVISIONNEL DES ETUDES ET DES TRAVAUX
Voici le chronogramme prévisionnel des études et des travaux pour la construction de la centrale d’Ambodiriana. La durée de construction de la centrale sera prévue en 14 mois.
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MCH de Beandrarezona INFORMATISATION DES CALCULS
INFORMATISATION DES CALCULS
001. Présentation générale L’interface du programme de vérification de stabilité des ouvrages se présente par la capture d’écran de la fiche Excel préprogrammée suivant :
SAISIE DES DONNEES
GEOMETRIE DE L'OUVRAGE
Hauteur du mur (m) 2,72 Largeur de base sans prolongement radier (m) 2,05 Prolongement du radier (m) 0 Epaisseur du radier (m) 0 Largeur en crête (m) 0,53
DONNEES TECHNIQUES DE DIMENSIONNEMENT
Charge déversante (m) 0,15 Hauteur de dépôt des sédiments (m) 0,3 contrainte max adm de la fondation (Mpa) 1,5 Coefficient de sécurité au glissement 1,5 Coefficient de sécurité au renversement 2
PARAMETRES FONDAMENTALES DU MILIEU
Masse volumique de l'eau (kg/m3) 1000 Masse volumique du béton (kg/m3) 2400 Masse volumique des sédiments (kg/m3) 1600 Angle de frottement interne (matériau-fondation) 0,75 Accélération gravitationnelle (m/s2) 9,81
RESULTATS DES CALCULS DES DIFFERENTS PARAMETRES
ACTIONS AUXQUELLES SONT SOUMISES L'OUVRAGE
Poussée de l'eau en (N) 40 291,63 Poussée des sédiments en (N) 345,61 Poids total de l'ouvrage (N) 82 611,19
BRAS DE LEVIERS DES FORCES PAR RAPPORT A "M"
De la poussée de l'eau (m) 0,952 De la poussée des sédiments (m) 0,100 Du poids de l'ouvrage (m) 0,305
BRAS DE LEVIERS DES FORCES PAR RAPPORT A "O"
De la poussée de l'eau (m) 0,952 De la poussée des sédiments (m) 0,100 Du poids de l'ouvrage (m) 1,330
MOMENTS AGISSANTS SUR L'OUVRAGE
Par rapport au point du milieu Par rapport au point aval (centre de renversement)
Moment basculant (Nm) 38 380,10 Moment basculant (Nm) 38 380,10 Moment résistant (Nm) 25 227,36 Moment résistant (Nm) 109 903,83 Somme algébrique (Nm) -13 152,73 Somme algébrique (Nm) 71 523,73
RESULTATS FINAUX
Désignation condition Valeur Vérification
Coefficient de glissement > 1,5 1,525 OK Coefficient de renversement > 2 2,864 OK Contrainte maximale à la fondation 1,5 0,022 OK Excentricité 0,34 0,159 OK
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MCH de Beandrarezona INFORMATISATION DES CALCULS
002. Description du logiciel
Cette interface du programme est composée de 4 zones différentes :
L’espace « saisie des données » ; L’espace « paramètres fondamentales du milieu » ; L’espace « résultats des calculs des différents paramètres » ; Et l’espace « résultats finaux ».
Comme son nom l’indique, c’est dans l’espace de « saisie des données » qu’on fait entrer les valeurs correspondant à notre ouvrage. On remarque que seules les cases colorées en orange sont déverrouillées dans cette programme cela pour éviter des fausses manipulations éventuelles probables. Les paramètres de géométrie et les données techniques de dimensionnement sont les paramètres à introduire. Le sous-espace « géométrie de l’ouvrage » est composée de : la hauteur du mur, la largeur à la base du mur, le prolongement du radier, l’épaisseur du radier et de la largeur en crête. Le sous-espace « données techniques de dimensionnement » est composée par : la charge déversante, la hauteur de dépôt des sédiments, la contrainte maximale admissible au niveau de la fondation, le coefficient de sécurité au glissement et le coefficient de sécurité au renversement.
Dans l’espace « paramètres fondamentales du milieu » sont affichés les paramètres du milieu généralement utilisés dans les calculs ; ce sont des paramètres qui varient de peu selon les conditions d’utilisation. Cette espace est composée de : la masse volumique de l’eau, la masse volumique du béton, la masse volumique des sédiments (saturés), l’angle de frottement interne du matériau utilisé et l’accélération gravitationnelle.
Dans l’espace « résultats des calculs des différents paramètres » sont affichés les forces, les bras de leviers ainsi que les moments des forces agissant sur l’ouvrage. Les formules de calculs de ces différents paramètres sont déjà programmées dans les différentes cellules pour que le programme calcul automatiquement les valeurs correspondantes. Ces paramètres permettent d’apercevoir les grandeurs forces pour les interpréter de façon à savoir les éventuelles sources des déstabilisations si c’est le cas.
Dans l’espace « résultats finaux » sont afficher les conditions, les valeurs et les conclusions de vérification des conditions de stabilité au glissement, conditions de stabilité au renversement, condition de non dépassement des contraintes maximales au niveau de la fondation et la règle
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MCH de Beandrarezona INFORMATISATION DES CALCULS de la tierce centrale. Les formules de vérification de ces paramètres sont déjà programmées dans les cellules aussi et le programme nous affiche directement les résultats.
003. Guide d’utilisation
L’utilisation du logiciel est assez simple, il suffit d’introduire les valeurs correspondantes à chaque paramètre dans les cases colorées en orange dans l’espace « saisie des données », puis observés les résultats dans l’espace « résultats finaux ». Dès que les cases colorées en bleu affichent « OK », les paramètres sont corrects.
Il faut procéder de la manière suivante pour optimiser les dimensionnements de l’ouvrage : commencer par des valeurs assez basses pour les valeurs dans les paramètres « géométrie des ouvrages » puis accroitre peu à peu jusqu’à obtenir des valeurs, dans la section « valeurs » dans l’espace « résultats finaux », adéquates par rapport aux valeurs affichées dans la section « condition » dans la même espace.
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MCH de Beandrarezona BIBLIOGRAPHIE GENERALE
BIBLIOGRAPHIE GENERALE
Bibliographie : ADEME, Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie, Mars 2003. Guide pour le montage de projets de petite hydroélectricité. s.l. : EDITIONS ROULAND, Mars 2003, p. 150. AEPC, Alternative Energy Promotion Centre, August 2004. GUIDELINES FOR DETAILED FEASIBILITY STUDIES OF MICRO-HYDRO PROJECTS. s.l. : Graphic International, Kathmandu, August 2004. p. 41. AES, Association des entreprises électriques Suisses, Août 2015. Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen, Facteurs d'influence sur la demande en électricité. Août 2015, p. 9. ARVOR Géotechnique, Ingénierie des sols et des fondations, 31 Janvier 2011. Fondations superficielles - Contraintes admissibles aux Etats Limites sous charges verticales centrées selon le Fascicule 62 Titre V à partir de résultats d'essais pressiométriques. 31 Janvier 2011. BENNIS Saad, 2009. Hydraulique et hydrologie, 2ème édition REVUE ET AUGMENTEE. Canada : Bibliothèque et Archives nationales du Quebec, 2009. p. 451. CHAPERON Pierre et all, Mars 1993. Fleuves et rivières de Madagascar. Paris : ORSTOM, Mars 1993. p. 874. CHAUSSEDEN Stéphane, Janvier 2011. Statique et dynamique des fluides. [En ligne] Janvier 2011. http://numeliphy.unisciel.fr/index. DANLOUX Joêl, 1991. MADAGASCAR Etude des crue 1 - Les données d'observations et estimation des débits maximums. s.l. : Nouméa : ORSTOM, 1991. p. 160. ESHA, European Small Hydropower Association, 2005. LAYMAN'S GUIDEBOOK on how to develop a small hydro site. Bruxelle, Belgique : s.n., 2005. p. 268. HESCHUNG Michel, 2007. Mémoire MASTER OF ADVANCED STUDIES (MAS)-GUIDE POUR LA REHABILITATION DES MOULINS HYDRAULIQUES EN VUE DE LA PRODUCTION D’ELECTRICITE. 2007. p. 109. http://www.energies-sans-frontieres.org/, APPROCHE DE LA TURBINE BANKI. [En ligne] INSTITUTION SUPERIEUR DE TECHNOLOGIE, - Département du Génie civil, Mars 2002. INTRODUCTION A L'ETUDE DU DROIT DES OBLIGATIONS DES B.E. - MODULE 1. Mars 2002. KHARROUBI Ouissem, 2013. Thèse : Prévision des crue par modèle de réseau de neurones artificiels : application au bassin versant de l'Eure. Lille 1 : s.n., 2013. p. 210. LANCASTRE Armando, 1986. MANUEL D'HYDRAULIQUE GENERALE. Paris : Collection de la Direction des Etudes et Recherches d'électricité de France, 1986. p. 411.
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MCH de Beandrarezona BIBLIOGRAPHIE GENERALE
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ANNEXES
MCH de Beandrarezona ANNEXE I.
ANNEXE I. DONNEES ET CALCULS SOCIO-ECONOMIQUES DU PROJET
Annexe I . A.EQUIVALENCE DE CONSOMMATION ELECTRIQUE DES MATERIELS USAGERS
Puissances Matériels usagers équivalentes Catégories d'usagers [W] Lampe pétrole 20 Ménages, entreprises Bougie 20 Tous Lampe torche 20 Tous Lampe solaire 20 Tous Ampoule électrique 20 Tous Radio 10 Tous Radio cassette 20 Tous Chaîne HIFI 120 Ménages, entreprises, églises Poste téléviseur 110 Ménages, entreprises Amplificateur 80 Ménages, entreprises, églises Lecteur VCD 80 Ménages, entreprises, églises Réfrigérateurs / congélateurs électriques 120 Entreprises, CSB Ordinateurs 250 Ménages, entreprises, écoles Imprimantes 100 Ménages, entreprises, écoles Machine à coudre 120 Ménages, entreprises Fer à repasser à charbon et électrique 1200 Ménages, entreprises Synthétiseur 100 Ménages, entreprises, écoles Radio BLU 100 CSB, Gendarmerie Décortiqueuse 9000 Entreprises
Annexe I . B.TABLEAU DE REPARTITION DE LA POPULATION CIBLE DU PROJET
Nombres de Nombres de Communes Fokontany population Ambatosia 6 8 120 Ambodiampana 3 6 661 Beandrarezona 2 4 474 Bealanana 5 16 133
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MCH de Beandrarezona ANNEXE I.
Annexe I . C.SEGMENTATION DES DIFFERENTS CLIENTS POTENTIELS DU RESEAU DANS LES ZONES A RACCORDER Pour les ménages :
Pour ce type d’usagers, il est nécessaire de les classifier vue les différences socio- économique présentent sur les lieux. On a donc classé les ménages en 3 catégories, qui se divisent ensuite en 6 types d’usagers, selon leur possession des matériels électriques, la caractéristique de leurs habitats et leurs domaines d’activité. Une estimation de leurs consommations moyennes d’énergie aussi a été calculée selon leurs matériels possédé et leurs utilisations.
Pour les différentes communes (successivement la zone rurale et la zone urbaine), les différents pourcentages selon ces classifications sont confinés dans les tableaux suivants :
Energies Catégorie Segmentations consommées Catégorie Types Bien de des [nombre de moyennes Habitat socioprofessio d'usagers possession ménages population] mensuelles nnelle [Wh] maison en ouvrier terre, toit en agricole, 1 12,30 % 1 212 paille, maison radio tâcheron en mauvaise journalier Ménages état défavorisés ouvrier maison en agricole, radio, lampe 2 25,30 % 3 113 terre, toit en tâcheron torche paille journalier, étudiant maison en terre ou en cultivateur, brique, toit en petit radio, lampe 3 18,45 % 4 798 paille ou en commerce, torche, téléphone Ménages tôle, maison en étudiant moyens mauvaise état maison en cultivateur, radio, lampe 4 39,47 % 9 746 terre ou en petit torche, téléphone brique, toit en
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MCH de Beandrarezona ANNEXE I.
paille ou en commerce, tôle salariés
radio, lampe cultivateur, torche, maison en commerce, téléphone, salon, 5 3,30 % 24 466 brique, toit en salariés, télévision, tôle fonctionnaire lecteur, panneau solaire, ampoule radio, lampe Ménages torche, aisés téléphone, salon, maison en cultivateur, armoire, brique, toit en commerce, télévision, 6 1,18 % 48 888 tôle, maison en salariés, lecteur, panneau bon état fonctionnaire solaire, ampoule, groupe électrogène, voiture, moto
Energies Catégories Segmentations consommées Catégories Types Bien de des [nombre de moyennes Habitats socioprofessionn d'usagers possession ménages population] mensuelles elle [Wh] maison en terre, toit en ouvrier agricole, 1 15,31 % 1 134 paille, maison tâcheron radio en mauvaise journalier Ménages état défavorisés ouvrier agricole, maison en tâcheron radio, lampe 2 16,21 % 3 003 terre, toit en journalier, torche paille étudiant
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MCH de Beandrarezona ANNEXE I.
maison en terre ou en brique, toit en cultivateur, petit radio, lampe 3 7,82 % 4 970 paille ou en commerce, torche, téléphone tôle, maison étudiant Ménages en mauvaise moyens état maison en terre ou en cultivateur, petit radio, lampe 4 26,12 % 10 988 brique, toit en commerce, torche, téléphone paille ou en salariés tôle radio, lampe cultivateur, torche, maison en commerce, téléphone, salon, 5 23,13 % 25 758 brique, toit en salariés, télévision, tôle fonctionnaire lecteur, panneau solaire, ampoule radio, lampe Ménages torche, aisés téléphone, salon, maison en cultivateur, armoire, brique, toit en commerce, télévision, 6 11,41 % 62 992 tôle, maison salariés, lecteur, panneau en bon état fonctionnaire solaire, ampoule, groupe électrogène, voiture, moto
Pour les entreprises :
De même que pour les ménages, nous avons classés les entreprises en 5 catégories selon les résultats des enquêtes de leurs consommations d’énergies et leurs matériels possédés. Les dénombrements faits par les enquêteurs ont pu trouver 156 petites entreprises dans les zones rurales ainsi que 317 entreprises individuelles dans la zone urbaine.
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MCH de Beandrarezona ANNEXE I.
Pour les deux zones (successivement la zone rurale et la zone urbaine), les différents pourcentages selon les classifications sont confinés dans les tableaux suivants :
segmentations consommations Types catégories des moyennes Activités Bien de possession d'usagers d'entreprise entreprises mensuelles [Wh] Consommateurs restauration, lampe à pétrole, 1 47 % 711 très faibles gargote, bar lampe torche, radio épicerie, commerce, Consommateurs lampe à pétrole, 2 34 % 6 001 dépôt de faibles lampe torche, radio médicament, microfinance lampe torche, radio, projection ampoule électrique, tv Consommateurs 3 4 % 18 920 film, et lecteur, ampli et moyens microédition baffle, ordinateur et imprimante Consommateurs 4 4 % 128 000 menuiserie machine à bois importants consommateurs 5 11 % 1 168 694 décortiquerie décortiqueuse très importants
Consommations Types catégories segmentations moyennes Activités Bien de possession d'usagers d'entreprise des entreprises mensuelles [Wh] restauration Consommateurs lampe à pétrole, lampe 1 33 % 885 , gargote, très faibles torche, radio bar épicerie, commerce, Consommateurs lampe à pétrole, lampe 2 36 % 5 343 dépôt de faibles torche, radio médicamen t
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MCH de Beandrarezona ANNEXE I.
projection lampe torche, radio, film, ampoule électrique, tv Consommateurs microéditio 3 17 % 24 359 et lecteur, ampli et moyens n, baffle, ordinateur et microfinan imprimante ce menuiserie, ampoule électrique, Consommateurs 4 13 % 97 088 hôtel, machine à bois, importants épicerie frigidaire, congélateur décortiquer ampoule électrique, consommateurs 5 1 % 1 118 625 ie, décortiqueuse, très importants menuiserie machine à bois
Pour les services publics :
De même que pour les ménages et les entreprises, nous avons classés les services publics en trois catégories selon les résultats des enquêtes de leurs consommations d’énergies et leurs matériels possédés. Les dénombrements faits par les enquêteurs ont pu identifier 85 services publics dans les zones rurales ainsi que 64 dans la zone urbaine.
Pour les deux zones (zone rurale et zone urbaine), les différents pourcentages selon les classifications sont confinés dans les tableaux suivants :
catégories segmentations consommations Types du service des services moyennes Activités Bien de possession d'usagers public publics mensuelles [Wh] Bureau Consommateurs lampe à pétrole, lampe 1 75 % 9 Fokontany, faibles torche, radio mairie, CEG, EPP église FLM, église FJKM, lampe torche, radio, église ampoule électrique, Consommateurs 2 24 % 3 721 Arampilazantsara, ampli et baffle, intermédiaires église Jesosy ordinateur et Mamonjy, lycée, imprimante CSB II
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MCH de Beandrarezona ANNEXE I.
ordinateur, imprimante, Consommateurs 3 1 % 30 115 centre associatif ampli et baffle, autres importants matériels électriques
consommations catégories segmentations moyennes Types d'usagers du service des services Activités Bien de possession mensuelles public publics [Wh] Bureau Fokontany, Consommateurs lampe à pétrole, 1 36 % 167 écoles, centre faibles lampe torche, radio associatif lampe torche, radio, ampoule électrique, Consommateurs églises, écoles, 2 52 % 5 761 ampli et baffle, intermédiaires prison ordinateur et imprimante hôpitaux, église ordinateur, Consommateurs catholique, mairie, imprimante, ampli et 3 12 % 110 961 importants radio, gendarmerie, baffle, autres police nationale matériels électriques
Annexe I . D.CONSOMMATION ENERGETIQUE MOYENNE ACTUELLE DES DIFFERENTS CLIENTS DU RESEAU Après regroupement et transformation des résultats des enquêtes tout en tenant compte des usages déclarés par les ménages, les entreprises et les services publics, les horaires et fréquences d’utilisation des matériels, nous avons pu évaluer les niveaux de consommation actuelle d’énergie substituable par l’électricité des différents types de clients dans les deux zones. Les résultats sont présentés successivement de la zone rurale puis de la zone urbaine par les tableaux ci-après.
Pour les ménages :
consommateurs Consommateurs Consommateurs types d'usagers faibles intermédiaires importants Catégorie des ménages 1 2 3 4 5 6
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MCH de Beandrarezona ANNEXE I.
Pointe de puissance par 13 49 46 140 32 14 type de ménage (kW) Consommation moyenne mensuelle en énergie par 1,2 3,1 4,8 9,8 24,5 48,9 ménage (kWh/mois)
consommateurs Consommateurs Consommateurs types d'usagers faibles intermédiaires importants Catégorie des ménages 1 2 3 4 5 6 Pointe de puissance par 8 17 11 90 128 98 type de ménage (kW) Consommation moyenne mensuelle en énergie par 1,13 3 4,97 10,99 24,76 62,99 ménage (kWh/mois)
Pour les entreprises :
Consomma Consomma Consomma Consomma consommat types d'usagers teurs très teurs teurs teurs eurs très faibles faibles moyens importants importants Catégorie des entreprises 1 2 3 4 5 Pointe de puissance actuelle par type 0,74 3,09 1,43 10,53 84 d’entreprise (kW) Consommation moyenne mensuelle en énergie par 0,7 6 18 128 1 169 type d'entreprise (kWh/mois)
Consomma Consomma Consomma Consomma consommat types d'usagers teurs très teurs teurs teurs eurs très faibles faibles moyens importants importants Catégorie des entreprises 1 2 3 4 5 Pointe de puissance actuelle par type 1 4 5 26 25 d’entreprise (kW)
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MCH de Beandrarezona ANNEXE I.
Consommation moyenne mensuelle en énergie par 0,9 5,3 24,4 97,1 1 118,6 type d'entreprise (kWh/mois)
Pour les services publics :
Consommateurs Consommateurs Consommateurs types d'usagers faibles moyens importants Catégorie des services publics 1 2 3 Pointe de puissance actuelle par 0,1 0,752 1,01 type de service public (kW) Consommation moyenne en énergie par type de service public 0,1 3,7 30 (kWh/mois)
Consommateurs Consommateurs Consommateurs types d'usagers faibles moyens importants Catégorie des services publics 1 2 3 Pointe de puissance actuelle par 1 9 2 type de service public (kW) Consommation moyenne en énergie par type de service public 0,16 35 110 (kWh/mois)
Annexe I . E.EVOLUTION DE LA DEMANDE D'ENERGIE DES ZONES A RACCORDER
Année t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14 t15
Demande en énergie [kW] 687 721 757 795 835 877 921 967 1 015 1 066 1 119 1 153 1 187 1 223 1 260 1 297
Année t16 t17 t18 t19 t20 t21 t22 t23 t24 t25 t26 t27 t28 t29 t30
Demande en 1 336 1 376 1 418 1 460 1 504 1 549 1 595 1 643 1 693 1 743 1 796 1 850 1 905 1 962 2 021 énergie [kW]
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MCH de Beandrarezona ANNEXE II.
ANNEXE II. CARTES CLIMATOLOGIQUES, HYDROLOGIQUES ET IMAGE GEOLOGIQUE DU SITE
Annexe II . A.CARTE DES ISOHYETES INTERANNUELLES DE MADAGASCAR
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MCH de Beandrarezona ANNEXE II.
Annexe II . B.PRESENTATION DU PROFIL GENERAL OUEST-EST DE BAIE DE NARINDRA / BEALANANA / REGION DE DIEGO-SUAREZ INFLUANCANT LES CONDITIONS CLIMATIQUE DE LA ZONE D’ETUDE (CHAPERON Pierre et all, Mars 1993)
Annexe II . C.PHOTO DU SITE D’IMPLANTATION DU BARRAGE (rive droite, rive gauche, lit de la rivière)
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MCH de Beandrarezona ANNEXE III.
ANNEXE III. DONNEES HYDROLOGIQUE DU SITE ET ELEMENTS CARACTERISTIQUES DU BASSIN VERSANT
Annexe III . A.FORMULE DE CALCUL DU TEMPS DE CONCENTRATION DU BASSIN
Formule de TURRAZA PASSINI :
3 SBV LR tc 6,48 I Avec : tc : temps de concentration [mn] ;
SBV : superficie du bassin versant [km²] ;
LR : longueur du rectangle équivalent [km] ;
I : pente moyenne du bassin versant [m/m].
Formule de VENTURA :
SBV tc 7,632 I Avec : tc : temps de concentration [mn] ;
SBV : superficie du bassin versant [km²] ;
I : pente moyenne du bassin versant [m/m].
Formule de KIRPICH :
0,77 0,385 tc 0,01947 LR I Avec : tc : temps de concentration [mn] ;
L : longueur du rectangle équivalent [km] ;
I : pente moyenne du bassin versant [m/m].
Formule de CALIFORNIENNE :
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MCH de Beandrarezona ANNEXE III.
0,77 LR tc 8,712 ( ) I Avec :
tc : temps de concentration [mn] ;
I : pente moyenne du bassin versant [m/m] ;
LR : longueur du rectangle équivalent [km].
Les différentes valeurs de temps de concentration obtenues sont résumées dans le tableau suivant et la valeur du temps de concentration retenue est la moyenne des valeurs proches.
Valeurs du temps de Valeurs du temps de Formules utilisées concentration [mn] concentration [h] TURRAZA PASSINI 594,51 9,91 VENTURA 210,23 3,5 KIRPICH 170,26 2,84 CALIFORNIENNE 373,13 6,22 MOYENNE 337,03 5,62
Annexe III . B.TABLEAU DE REPARTITION MENSUELLE DES APPORTS BASSIN D'AMBODIRIANA OBTENU PAR LA METHODE CTGREF [m3/s]
Années déficitaires Années excédentaires Récurrences Médianes 100 50 20 10 5 5 10 20 50 100 N 1,60 1,70 1,90 2,14 2,52 3,62 5,31 6,48 7,61 9,08 10,26 D 4,29 4,56 5,11 5,75 6,78 9,72 14,27 17,42 20,46 24,41 27,58 J 5,63 5,98 6,69 7,53 8,88 12,73 18,70 22,82 26,81 31,98 36,13 F 5,56 5,91 6,61 7,44 8,78 12,58 18,48 22,55 26,49 31,61 35,71 M 5,69 6,05 6,77 7,62 8,99 12,88 18,92 23,09 27,12 32,36 36,56 A 3,23 3,43 3,84 4,32 5,10 7,31 10,73 13,10 15,39 18,36 20,74 M 1,90 2,02 2,26 2,54 3,00 4,29 6,31 7,70 9,04 10,79 12,19 J 1,36 1,45 1,62 1,83 2,16 3,09 4,54 5,54 6,50 7,76 8,77 J 1,23 1,31 1,46 1,65 1,95 2,79 4,09 5,00 5,87 7,00 7,91 A 1,13 1,20 1,35 1,51 1,79 2,56 3,76 4,59 5,39 6,43 7,27 S 0,87 0,92 1,03 1,16 1,37 1,96 2,88 3,51 4,12 4,92 5,56 O 0,80 0,85 0,95 1,07 1,26 1,81 2,66 3,24 3,81 4,54 5,13
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MCH de Beandrarezona ANNEXE III.
Annexe III . C.FICHE DE RELEVE LIMNIMETRIQUE DE BEANDRAREZONA (source : programme rHYviere) Nom de la commune : BEANDRAREZONA
Nom de la rivière : Ambodiriana
Nom du suiveur : RAZAFINDRABARY Alfred Jean Paul
Hauteur 2012/12/27 27 51 2013/01/27 58 42 d'eau 2012/12/28 28 42 2013/01/28 59 44 Date Jours dans la 2012/12/29 29 65 2013/01/29 60 46 rivière 2012/12/30 30 42 2013/01/30 61 57 [cm] 2012/12/31 31 36 2013/01/31 62 55 2012/12/01 1 30 2013/01/01 32 34 2013/02/01 63 - 2012/12/02 2 30 2013/01/02 33 34 2013/02/02 64 - 2012/12/03 3 30 2013/01/03 34 32 2013/02/03 65 - 2012/12/04 4 30 2013/01/04 35 31 2013/02/04 66 - 2012/12/05 5 30 2013/01/05 36 31 2013/02/05 67 - 2012/12/06 6 30 2013/01/06 37 47 2013/02/06 68 - 2012/12/07 7 28 2013/01/07 38 43 2013/02/07 69 - 2012/12/08 8 28 2013/01/08 39 43 2013/02/08 70 - 2012/12/09 9 28 2013/01/09 40 37 2013/02/09 71 - 2012/12/10 10 27 2013/01/10 41 33 2013/02/10 72 - 2012/12/11 11 30 2013/01/11 42 33 2013/02/11 73 - 2012/12/12 12 35 2013/01/12 43 32 2013/02/12 74 - 2012/12/13 13 25 2013/01/13 44 31 2013/02/13 75 - 2012/12/14 14 50 2013/01/14 45 30 2013/02/14 76 - 2012/12/15 15 40 2013/01/15 46 30 2013/02/15 77 - 2012/12/16 16 36 2013/01/16 47 33 2013/02/16 78 58 2012/12/17 17 36 2013/01/17 48 60 2013/02/17 79 56 2012/12/18 18 36 2013/01/18 49 42 2013/02/18 80 56 2012/12/19 19 42 2013/01/19 50 53 2013/02/19 81 57 2012/12/20 20 36 2013/01/20 51 43 2013/02/20 82 62 2012/12/21 21 54 2013/01/21 52 40 2013/02/21 83 58 2012/12/22 22 56 2013/01/22 53 41 2013/02/22 84 55 2012/12/23 23 60 2013/01/23 54 41 2013/02/23 85 54 2012/12/24 24 42 2013/01/24 55 41 2013/02/24 86 53 2012/12/25 25 36 2013/01/25 56 36 2013/02/25 87 52 2012/12/26 26 51 2013/01/26 57 41 2013/02/26 88 53
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MCH de Beandrarezona ANNEXE III.
2013/02/27 89 54 2013/04/01 122 58 2013/05/04 155 40 2013/02/28 90 54 2013/04/02 123 58 2013/05/05 156 40 2013/03/01 91 54 2013/04/03 124 58 2013/05/06 157 40 2013/03/02 92 55 2013/04/04 125 56 2013/05/07 158 38 2013/03/03 93 56 2013/04/05 126 56 2013/05/08 159 38 2013/03/04 94 56 2013/04/06 127 54 2013/05/09 160 38 2013/03/05 95 55 2013/04/07 128 54 2013/05/10 161 38 2013/03/06 96 56 2013/04/08 129 53 2013/05/11 162 38 2013/03/07 97 55 2013/04/09 130 53 2013/05/12 163 37 2013/03/08 98 54 2013/04/10 131 52 2013/05/13 164 37 2013/03/09 99 52 2013/04/11 132 52 2013/05/14 165 37 2013/03/10 100 52 2013/04/12 133 52 2013/05/15 166 37 2013/03/11 101 52 2013/04/13 134 52 2013/05/16 167 37 2013/03/12 102 52 2013/04/14 135 52 2013/05/17 168 37 2013/03/13 103 52 2013/04/15 136 52 2013/05/18 169 37 2013/03/14 104 52 2013/04/16 137 51 2013/05/19 170 37 2013/03/15 105 56 2013/04/17 138 51 2013/05/20 171 37 2013/03/16 106 73 2013/04/18 139 51 2013/05/21 172 37 2013/03/17 107 70 2013/04/19 140 51 2013/05/22 173 37 2013/03/18 108 54 2013/04/20 141 50 2013/05/23 174 36 2013/03/19 109 54 2013/04/21 142 48 2013/05/24 175 36 2013/03/20 110 56 2013/04/22 143 48 2013/05/25 176 36 2013/03/21 111 56 2013/04/23 144 45 2013/05/26 177 36 2013/03/22 112 60 2013/04/24 145 44 2013/05/27 178 36 2013/03/23 113 66 2013/04/25 146 44 2013/05/28 179 36 2013/03/24 114 70 2013/04/26 147 42 2013/05/29 180 35 2013/03/25 115 71 2013/04/27 148 42 2013/05/30 181 35 2013/03/26 116 69 2013/04/28 149 40 2013/05/31 182 35 2013/03/27 117 66 2013/04/29 150 40 2013/03/28 118 60 2013/04/30 151 40 2013/03/29 119 60 2013/05/01 152 40 2013/03/30 120 60 2013/05/02 153 40 2013/03/31 121 60 2013/05/03 154 40 Annexe III . D.FICHE DE RELEVE PLUVIOM2TRIQUE
Annexe III .D . 1. FICHE DE RELEVE PLUVIOMETRIQUE N°01 Nom de la commune : BEANDRAREZONA
Nom du village : Ambodiriana
Nom du suiveur : RAZAFINDRABARY Alfred Jean Paul Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | XV
MCH de Beandrarezona ANNEXE III.
Pluvi- 2013/01/06 4.7 2013/02/14 0 2013/03/25 3.2 Date ométrie 2013/01/07 0 2013/02/15 6 2013/03/26 0 [mm] 2013/01/08 0.7 2013/02/16 11 2013/03/27 1.5 2013/01/09 0 2013/02/17 0 2013/03/28 0 2012/12/01 0 2013/01/10 0 2013/02/18 0 2013/03/29 10 2012/12/02 0 2013/01/11 0 2013/02/19 5.8 2013/03/30 0 2012/12/03 0 2013/01/12 0 2013/02/20 2.9 2013/03/31 0 2012/12/04 0 2013/01/13 0 2013/02/21 0 2013/04/01 4 2012/12/05 0 2013/01/14 0 2013/02/22 17 2013/04/02 0 2012/12/06 0 2013/01/15 0 2013/02/23 1.6 2013/04/03 0 2012/12/07 0 2013/01/16 60 2013/02/24 0 2013/04/04 0 2012/12/08 0 2013/01/17 2.2 2013/02/25 0 2013/04/05 0 2012/12/09 0 2013/01/18 20 2013/02/26 76 2013/04/06 0 2012/12/10 0 2013/01/19 38 2013/02/27 25 2013/04/07 1.8 2012/12/11 0 2013/01/20 2.5 2013/02/28 0 2013/04/08 0 2012/12/12 0 2013/01/21 0 2013/03/01 0 2013/04/09 3.2 2012/12/13 18 2013/01/22 0.2 2013/03/02 7.2 2013/04/10 0 2012/12/14 0 2013/01/23 0 2013/03/03 25 2013/04/11 0 2012/12/15 0 2013/01/24 3.1 2013/03/04 0 2013/04/12 5.4 2012/12/16 0 2013/01/25 0.4 2013/03/05 4.5 2013/04/13 0 2012/12/17 2 2013/01/26 3.6 2013/03/06 0 2013/04/14 0 2012/12/18 20 2013/01/27 2.5 2013/03/07 0 2013/04/15 4.8 2012/12/19 20 2013/01/28 10 2013/03/08 0 2013/04/16 0 2012/12/20 4.9 2013/01/29 20 2013/03/09 0 2013/04/17 0 2012/12/21 0 2013/01/30 70 2013/03/10 0 2013/04/18 0 2012/12/22 9 2013/01/31 0 2013/03/11 1.5 2013/04/19 0 2012/12/23 0 2013/02/01 21 2013/03/12 0 2013/04/20 0 2012/12/24 0 2013/02/02 0.6 2013/03/13 2.4 2013/04/21 4.5 2012/12/25 0 2013/02/03 0 2013/03/14 3.6 2013/04/22 0 2012/12/26 18 2013/02/04 1.5 2013/03/15 16 2013/04/23 2.5 2012/12/27 0 2013/02/05 43 2013/03/16 1.3 2013/04/24 0 2012/12/28 34 2013/02/06 6.2 2013/03/17 0 2013/04/25 0 2012/12/29 0 2013/02/07 0 2013/03/18 0 2013/04/26 0 2012/12/30 0.3 2013/02/08 9.5 2013/03/19 20 2013/04/27 0 2012/12/31 0 2013/02/09 2.2 2013/03/20 0 2013/04/28 4.4 2013/01/01 0 2013/02/10 0 2013/03/21 3.8 2013/04/29 0 2013/01/02 0 2013/02/11 6.5 2013/03/22 38 2013/04/30 0 2013/01/03 0 2013/02/12 21 2013/03/23 39 2013/05/01 0 2013/01/04 4.9 2013/02/13 9 2013/03/24 57 2013/05/02 0 2013/01/05 0
Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | XVI
MCH de Beandrarezona ANNEXE III.
2013/05/03 0 2013/05/11 0 2013/05/19 0 2013/05/27 0 2013/05/04 0 2013/05/12 0 2013/05/20 0 2013/05/28 0 2013/05/05 0 2013/05/13 0 2013/05/21 0 2013/05/29 0 2013/05/06 0 2013/05/14 0 2013/05/22 0 2013/05/30 0 2013/05/07 0 2013/05/15 0 2013/05/23 2.1 2013/05/31 0 2013/05/08 0 2013/05/16 0 2013/05/24 0 2013/05/09 0 2013/05/17 0 2013/05/25 9.5 2013/05/10 0 2013/05/18 0 2013/05/26 0
Annexe III .D . 2. FICHE DE RELEVE PLUVIOMETRIQUE N°02 Nom de la commune : BEANDRAREZONA
Nom du village : Beandrarezona II
Nom du suiveur : BEMAHASOATRA Jacques Arthur
Pluvi- 2012/12/21 42 2013/01/13 0 2013/02/05 16 Date ométrie 2012/12/22 7.2 2013/01/14 0 2013/02/06 6.8 (mm) 2012/12/23 0 2013/01/15 0 2013/02/07 0 2012/12/24 0 2013/01/16 31 2013/02/08 4.1 2012/12/01 0 2012/12/25 0 2013/01/17 2.1 2013/02/09 30 2012/12/02 0 2012/12/26 0 2013/01/18 18 2013/02/10 0 2012/12/03 0 2012/12/27 22 2013/01/19 36 2013/02/11 6.5 2012/12/04 0 2012/12/28 40 2013/01/20 1.7 2013/02/12 12 2012/12/05 0 2012/12/29 0 2013/01/21 0 2013/02/13 10 2012/12/06 0 2012/12/30 0 2013/01/22 0 2013/02/14 5 2012/12/07 0 2012/12/31 0 2013/01/23 0 2013/02/15 3.3 2012/12/08 0 2013/01/01 0 2013/01/24 0 2013/02/16 0 2012/12/09 0 2013/01/02 0 2013/01/25 0 2013/02/17 0 2012/12/10 0 2013/01/03 30 2013/01/26 0 2013/02/18 0 2012/12/11 0 2013/01/04 0 2013/01/27 4 2013/02/19 0 2012/12/12 0 2013/01/05 9 2013/01/28 12 2013/02/20 0 2012/12/13 6.4 2013/01/06 0 2013/01/29 20 2013/02/21 0 2012/12/14 3.5 2013/01/07 0 2013/01/30 77 2013/02/22 27 2012/12/15 0 2013/01/08 11 2013/01/31 24 2013/02/23 3.5 2012/12/16 0.7 2013/01/09 0 2013/02/01 12 2013/02/24 0 2012/12/17 2 2013/01/10 0 2013/02/02 0.6 2013/02/25 0 2012/12/18 1.4 2013/01/11 4.11 2013/02/03 0 2013/02/26 31 2012/12/19 3 2013/01/12 0 2013/02/04 0 2013/02/27 20 2012/12/20 3.2
Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | XVII
MCH de Beandrarezona ANNEXE III.
2013/02/28 0 2013/03/24 80 2013/04/17 0 2013/05/11 0 2013/03/01 0 2013/03/25 12 2013/04/18 0 2013/05/12 0 2013/03/02 4.4 2013/03/26 0 2013/04/19 0 2013/05/13 0 2013/03/03 45 2013/03/27 0 2013/04/20 0 2013/05/14 0 2013/03/04 0 2013/03/28 0 2013/04/21 0 2013/05/15 0 2013/03/05 0 2013/03/29 0 2013/04/22 0 2013/05/16 0 2013/03/06 0 2013/03/30 10 2013/04/23 0 2013/05/17 0 2013/03/07 0 2013/03/31 0 2013/04/24 0 2013/05/18 0 2013/03/08 0 2013/04/01 2 2013/04/25 0 2013/05/19 0 2013/03/09 0 2013/04/02 0 2013/04/26 0 2013/05/20 0 2013/03/10 0 2013/04/03 0 2013/04/27 0 2013/05/21 0 2013/03/11 0 2013/04/04 0 2013/04/28 0 2013/05/22 0 2013/03/12 0 2013/04/05 0 2013/04/29 0 2013/05/23 0 2013/03/13 0 2013/04/06 0 2013/04/30 0 2013/05/24 7.3 2013/03/14 0 2013/04/07 5 2013/05/01 0 2013/05/25 0 2013/03/15 0 2013/04/08 0 2013/05/02 0 2013/05/26 0 2013/03/16 0 2013/04/09 0 2013/05/03 0 2013/05/27 0 2013/03/17 0 2013/04/10 0 2013/05/04 0 2013/05/28 0 2013/03/18 0 2013/04/11 0 2013/05/05 0 2013/05/29 0 2013/03/19 45 2013/04/12 0 2013/05/06 0 2013/05/30 0 2013/03/20 0.5 2013/04/13 0 2013/05/07 0 2013/05/31 0 2013/03/21 4.5 2013/04/14 0 2013/05/08 0 2013/03/22 58 2013/04/15 0 2013/05/09 0 2013/03/23 25 2013/04/16 0 2013/05/10 0
Annexe III .D . 3. FICHE DE RELEVE PLUVIOMETRIQUE N°03 Nom de la commune : BEANDRAREZONA
Nom du site : Ambodiriana
Nom du suiveur : FASSOUMA Aimé
Pluvi- 2012/12/05 0 2012/12/13 1.2 2012/12/21 4.5 Date ométrie 2012/12/06 0 2012/12/14 2.3 2012/12/22 1.8 [mm] 2012/12/07 0 2012/12/15 0.5 2012/12/23 12 2012/12/08 0 2012/12/16 0 2012/12/24 0 2012/12/01 0 2012/12/09 0 2012/12/17 2.3 2012/12/25 0 2012/12/02 0 2012/12/10 0 2012/12/18 20 2012/12/26 0 2012/12/03 0 2012/12/11 0 2012/12/19 33 2012/12/27 14 2012/12/04 0 2012/12/12 0 2012/12/20 0.2 2012/12/28 41
Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | XVIII
MCH de Beandrarezona ANNEXE III.
2012/12/29 0 2013/02/06 6.2 2013/03/17 1.2 2013/04/25 0 2012/12/30 1.2 2013/02/07 0 2013/03/18 0 2013/04/26 0 2012/12/31 0 2013/02/08 7.2 2013/03/19 22 2013/04/27 0 2013/01/01 0.1 2013/02/09 24 2013/03/20 0 2013/04/28 3.2 2013/01/02 0 2013/02/10 0 2013/03/21 4.2 2013/04/29 0.5 2013/01/03 0.2 2013/02/11 0.5 2013/03/22 57 2013/04/30 0 2013/01/04 0 2013/02/12 3.2 2013/03/23 14 2013/05/01 0 2013/01/05 0 2013/02/13 0.9 2013/03/24 54 2013/05/02 0 2013/01/06 7.5 2013/02/14 11 2013/03/25 73 2013/05/03 0 2013/01/07 0 2013/02/15 0 2013/03/26 0.5 2013/05/04 0 2013/01/08 1.2 2013/02/16 2.1 2013/03/27 0 2013/05/05 0 2013/01/09 0 2013/02/17 3.1 2013/03/28 0 2013/05/06 0 2013/01/10 0 2013/02/18 0 2013/03/29 11 2013/05/07 0 2013/01/11 0 2013/02/19 0 2013/03/30 0 2013/05/08 0 2013/01/12 0 2013/02/20 3.3 2013/03/31 2.1 2013/05/09 0 2013/01/13 0 2013/02/21 0 2013/04/01 0 2013/05/10 0 2013/01/14 0 2013/02/22 2.5 2013/04/02 0 2013/05/11 0 2013/01/15 0 2013/02/23 26 2013/04/03 0 2013/05/12 0 2013/01/16 15 2013/02/24 0 2013/04/04 0 2013/05/13 0 2013/01/17 1.2 2013/02/25 0 2013/04/05 0 2013/05/14 0 2013/01/18 2.5 2013/02/26 32 2013/04/06 0 2013/05/15 1.5 2013/01/19 17 2013/02/27 18 2013/04/07 5.1 2013/05/16 0 2013/01/20 22 2013/02/28 0 2013/04/08 0 2013/05/17 0 2013/01/21 0.4 2013/03/01 0 2013/04/09 6.2 2013/05/18 0 2013/01/22 0 2013/03/02 5.2 2013/04/10 0 2013/05/19 0.5 2013/01/23 0 2013/03/03 31 2013/04/11 0 2013/05/20 0 2013/01/24 0 2013/03/04 0 2013/04/12 5.8 2013/05/21 0 2013/01/25 0 2013/03/05 1.4 2013/04/13 0 2013/05/22 0 2013/01/26 4.8 2013/03/06 0 2013/04/14 0 2013/05/23 0 2013/01/27 0.4 2013/03/07 0 2013/04/15 6.2 2013/05/24 6.3 2013/01/28 1.8 2013/03/08 0 2013/04/16 0 2013/05/25 0 2013/01/29 16 2013/03/09 0 2013/04/17 0 2013/05/26 0 2013/01/30 21 2013/03/10 0 2013/04/18 0 2013/05/27 0 2013/01/31 70 2013/03/11 6.1 2013/04/19 0.4 2013/05/28 0 2013/02/01 23 2013/03/12 2.1 2013/04/20 0 2013/05/29 0 2013/02/02 11 2013/03/13 0 2013/04/21 8 2013/05/30 0 2013/02/03 0.5 2013/03/14 0 2013/04/22 0 2013/05/31 0 2013/02/04 0 2013/03/15 3.1 2013/04/23 1.6 2013/02/05 14 2013/03/16 12 2013/04/24 0
Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | XIX
MCH de Beandrarezona ANNEXE IV.
ANNEXE IV. LISTE DES ABAQUES UTILISES
Annexe IV . A.ABAQUES DES COEFFICIENTS DE DEBIT DES VANNES VERTICAUX
Annexe IV . B.VALEUR DU COEFFICIENT REGIONAL « B » UTILISE DANS LA FORMULE DE CTGREF Rivières B Ikopa à Bevomanga 49 Ikopa au Bac de Fiadanana 51 Androba à Tsinjony 50 Tafaina 47 Ikopa à Antsatrana 47 Betsiboka à Ambodiroka 46 Mangoro à Mangoro 47 Mania à Fasimena 45 Vohitra à Rogez 42 Namorona à Vohiparara 63 Mananantanana 50 Zomanadao à Ankaramena 49 Ihosy à Ihosy 47 Mahatsiatra à Malakialina 46 Mangoky à Banian 49 Mandrare à Amboasary 47
Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | XX
MCH de Beandrarezona ANNEXE IV.
Mananara à Bevia 54 Sambirano à Ambanja 36 Petits bassins ANKABOKA 35
Annexe IV . C.COEFFICIENT DE REPARTITION MENSUELLES ou COEFFICIENT DE REPARTITION D’ALDEGHERI R J F M A M J J A S O N D Année R1 16,9 16,7 17,1 9,7 5,7 4,1 3,7 3,4 2,6 2,4 4,8 12,9 100 R2 17,9 18,2 20,5 8,8 4,8 3,7 3,1 2,8 2,2 2 4,4 11,6 100 R3 13,4 14,8 15,8 9,9 6,9 5,7 5,8 6 4,4 3,6 4,5 9,2 100 R4 23,8 19 17,2 6,8 3,8 2,7 2,4 2,1 1,6 1,5 3,3 15,8 100
R1 = Bassins versants des hautes terres centrales
R2 = Grands bassins versant du Nord-Ouest
R3 = Bassins versants de la bordure orientale
R4 = Bassins versants du Centre Ouest, du Sud-Ouest, et petits bassins versants du Nord-Ouest
Annexe IV . D.COEFFICIENT DE MANNING « n » POUR DES DIFFERENTES CONDUITES DU COMMERCE (ESHA, 2005) Type de conduite n Acier soudé 0,012 Polyéthylène (PE) 0,009 PVC 0,009 Ciment amianté 0,011 Fonte ductile 0,015 Fonte 0,014 Bois 0,012 Béton (coffrages métalliques avec joints lisses) 0,014
Annexe IV . E.ABAQUE DE COEFFICIENT DE REDUCTION DU COEFFICIENT DE DEBIT POUR UN DEVERSOIR NORMAL La courbe de la figure suivante, établie par l’« U.S. Bureau of Reclamation » donne le coefficient de réduction k à appliquer au coefficient de débit µ en fonction de la géométrie de l’ouvrage.
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IV.
Annexe IV . F.ABAQUE DE SELECTION DU TYPES DE TURBINES EN FONCTION DES DONNEES DU SITE Les traits en vert sur la figure suivante représentent notre sélection du type de turbine correspondant à notre site
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IV.
Annexe IV . G.ABAQUE DE VARIATION DU RENDEMENT POUR UNE TURBINE CROSSFLOW A DEUX COMPARTIMENT La figure suivante montre la variation du rendement pour une turbine Crossflow à deux compartiments (Programme d'action PACER, 1995):
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MCH de Beandrarezona ANNEXE V.
ANNEXE V. NOTE DE CALCUL DE DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES HYDRAULIQUES
Annexe V . A.NOTE DE CALCUL DES ETUDES DE STABILITE DU BARRAGE Calcul du poids de l’ouvrage Pour faciliter le calcul du poids de l’ouvrage, la méthode usuelle est de calculer les poids du barrage par tranche de forme usuelle. Nous avons alors considéré les poids par tranche présentée dans la figure suivante. Comme un prolongement du radier de l’ouvrage est nécessaire pour la construction, le poids de la partie de l’eau en amont de l’ouvrage au-dessus du radier fait partie des forces stabilisatrices de l’ouvrage.
W1 We W1 We
W2 W2
W3 W3
O M
La formule donnant le poids d’une tranche s’exprime par :
Wi i Vi
Avec :
Wi : poids de la tranche « i » [kg] ;
ϒi : poids volumique du béton ϒb pour le corps du barrage et poids volumique de l’eau ϒw pour la partie eau. [N/m3] ;
3 Vi : volume de la tranche « i » [m ].
3 3 Application numérique : poids volumique du béton ϒb = 23 544 N/m , ϒw = 9 810 N/m
Poids de la tranche 1
W1 = ϒb x V1 avec V1 = HBarr x Lc Barr
Application numérique : HBarr = 2 m et LC Barr = 2,4 m
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MCH de Beandrarezona ANNEXE V.
Après calcul, on obtient W1 = 113 011 N soit W1 = 113,01 kN
Poids de la tranche 2
HBarr (lB Barr Lc Barr) W2 = ϒb x V2 avec V 2 2
Application numérique : HBarr = 2 m, lB Barr = 5,9 m et LC Barr = 2,4 m
Après calcul, on obtient W2 = 82 404 N soit W2 = 82,40 kN
Poids de la tranche 3
W1 = ϒb x V3 avec V3 = er Barr x lr Barr
Application numérique : er Barr = 0,3 m et lBarr = 6,5 m
Après calcul, on obtient W3 = 45 911 N soit W3 = 45,91 kN
Poids de l’eau
Ww = ϒw x Vw avec Vw = HBarr x ar
Application numérique : HBarr = 2 m et ar = 0,3 m
Après calcul, on obtient Ww = 5 886 N soit We = 5,89 kN
Le poids total de l’ouvrage s’obtient alors par la somme de tous les poids de chaque tranche, on a alors :
W = W1 + W2 + W3 + Ww
Application numérique :
Après calcul, le poids total de l’ouvrage est égal à W = 247 212 N soit W = 247,21 kN
Bras de levier des différentes forces appliquées sur le barrage
Bras de levier par rapport à Forces unités O M
Pw [m] 1,244 1,244
Pt [m] 0,567 0,567
W1 [m] 5,00 1,75
W2 [m] 2,63 0,62
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MCH de Beandrarezona ANNEXE V.
W3 [m] 3,25 0,00
Ww [m] 6,35 3,10
Résultats des moments des différentes forces appliquées au barrage ainsi que leurs caractéristiques En prenant comme sens positif du moment le sens horaire, les expressions affectées d’un signe négative indique que le moment tourne dans le sens antihoraire par rapport au point de référence considéré.
Moments en [kN] par rapport à Forces valeurs [kN] Natures des forces O M
Pw 116,35 -144,71 -144,71 renversante
Pt 2,46 -1,39 -1,39 renversante
W1 113,01 565,06 197,77 stabilisatrice
W2 82,40 217,00 -50,82 stabilisatrice/renversante
W3 45,91 149,21 0,00 stabilisatrice
Ww 5,89 37,38 18,25 stabilisatrice
Annexe V . B.LES SUPPORTS DES CONDUITES FORCEES Support d’ancrage des coudes Les supports d’ancrages des coudes sont les supports de la conduite au niveau des changements de direction de celle-ci. Le support le plus sollicité étant le support de coude de réception. Le dimensionnement se base alors sur ce coude puis les stabilités des autres seront assurées. La figure suivante représente les différentes forces appliquées sur le support :
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MCH de Beandrarezona ANNEXE V.
푈푖⃗⃗⃗⃗ : vitesse moyenne de l’eau dans la section « i »
퐹 Pi : force de pression dans la section « i »
푃⃗ T : résultante des poids
푅⃗ : force exercée sur le support
Force exercée par le liquide En appliquant le théorème de quantité de mouvement ou théorème d’Euler au niveau du coude, l’expression de la résultante des forces exercées par le liquide au massif s’écrit par les relations :
R QU (cos 1) P S(cos 1) Px m a
RPy QUm sin PaS sin Avec :
RPx : composante de la force exercée par le liquide sur le support suivant l’axe 표푥⃗⃗⃗⃗ [N]
RPy : composante de la force exercée par le liquide sur le support suivant l’axe 표푦⃗⃗⃗⃗ [N]
ρ : masse volumique de l’eau [kg/m3]
Q : débit dans la conduite [m3/s]
Um : vitesse moyenne de l’écoulement [m/s]
Pa : pression de l’eau dans la conduite [N/m²]
S : section de la conduite [m²]
β : angle au sommet du coude [rad]
3 3 Application numérique : ρ = 1 000 kg/m , Q = 1 m /s, Um = 3,54 m/s, Pa = 45 596 N/m²
(pression de l’eau à l’entrée de la conduite), α = 34,76 °
Après calcul, on a RPx = -13 832 N et RPy = 44 191 N
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MCH de Beandrarezona ANNEXE V.
Résultante des poids Le poids du massif est obtenu par le produit de son volume par son poids volumique. Pour des raisons pratiques de construction, des dimensions minimums des massifs doivent être respectées. Les dimensions caractéristiques des massifs au niveau des coudes de notre aménagement sont présentées dans le tableau suivant :
Désignations Unités valeurs
Longueur de la semelle du massif (Ls ma) [m] 0,9
Largeur de la semelle du massif (ls ma) [m] 0,9
Longueur de la base du massif (Lma) [m] 0,9
Largeur de la base du massif (lma) [m] 0,9
Hauteur totale du massif (hma) [m] 0,8
Hauteur encastrée (ha ma) [m] 0,2
La résultante du poids est composée par le poids propre du massif et par le poids de la conduite remplie d’eau, cette force s’exprime par :
PT Pma P CFW
Avec :
PT : résultante des poids [N]
Pma : poids propre du massif [N]
PCFW : poids de la conduite remplie d’eau [N]
Application numérique : Après calcul, on obtient PT = 29 535 N
Etude de stabilité du massif15 L’étude de stabilité étant la même que celle des barrages et des murs de protection précédents, après calcul et obtention des résultats, le résumé des paramètres et coefficients de stabilité du massif sont présentés dans le tableau suivant :
KG KR Ϭmax [MPa] e conditions > 1,5 > 2 < 0,2 < 0,15 valeurs 3,73 3,01 0,006 0,11
15 Pour notre calcul, on néglige la réaction de butée du sol (marge de dimensionnement) et on se base seulement sur la stabilité grâce au poids du massif. Setra Spydervan – E.S.P.A. – Promotion 2015 Page | XXVIII
MCH de Beandrarezona ANNEXE V.
Sellette d’appui Les sellettes d’appuis sont les massifs destinés à supporter la conduite le long de son emplacement. Les efforts soumis par l’eau au niveau de ces massifs s’annulent, il est donc non nécessaire d’étudier ses stabilités. Seulement une dimension raisonnable pour ne pas limiter la portance du sol de fondation due aux poids des ouvrages.
Espacement entre les sellettes L’espacement entre les sellettes ou portée entre les supports est déterminé par la valeur de la flèche maximale admissible. La distance maximale entre les supports est donc donnée par l’équation (ESHA, 2005):
4 4 (DCF 0,014) D 3 LSA 182,61 PCFW Avec :
LSA : distance maximale entre les supports [m]
DCF = diamètre de la conduite [m]
PCFW : poids du mètre linéaire de la conduite remplie d’eau [kg/m]
Application numérique : DCF = 0,6 m, PCFW = 342,74 kg/m
Après calcul, on obtient LSA = 15 m, mais en raison des présences des soudures sur la conduite, on va prendre une distance entre les supports égale à LSA = 6 m
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
ANNEXE VI. PLAN D’EXECUTION DES ELEMENTS DU BÂTIMENT DE PRODUCTION OBTENU A PARTIR DES DIMENSIONNEMENTS SOUS LE LOGICIEL RSA
Annexe VI . A.SEMELLE Semelle 1, 2 et 6
Semelle 3, 7 et 8
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Semelle 4
Semelle 5
Semelle 9
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Annexe VI . B.POTEAU Poteau 1, 2 et 5
Poteau 6 et 7
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Poteau 8 et 9
Annexe VI . C.POUTRES Poutre 1
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Poutre 2
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Poutre 3
Poutre 4
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Poutre 5
Poutre 6
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Poutre 7
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Poutre 8
Poutre 9
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Annexe VI . D.DALLE
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Annexe VI . E.FERME Caractéristique de la ferme du bâtiment de production Elle aura deux versants ce qui ramène que nous avons une ferme triangulaire. Parmi les divers types de fermes possible, on choisit la ferme métallique simple avec appui sur poteau à l’américaine qui est le plus économique, résistant et facile pour la conception. L’assemblage des constituants sera fait par soudure pour faciliter les modes de constructions de la ferme.
Terminologie, norme de conception et structure de la ferme Les différents éléments constitutifs d’une ferme sont présentés sur la figure suivante, dans notre cas, on a choisi de dimensionner les éléments principaux via le logiciel RSA suivant la norme de construction métallique CM66 et NV 65 pour les surcharges climatiques. Les dimensions caractéristiques de la ferme du bâtiment de la centrale d’Ambodiriana sont aussi présentées sur la figure.
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VI.
Synthèse de résultat de dimensionnement Le tableau suivant résume les résultats de dimensionnement des pièces de la ferme du bâtiment de l’usine de la centrale d’Ambodiriana à partir du logiciel RSA :
Ratio Pièces Profils Matériaux Lay Laz Cas de combinaison s
Entrait TEAE 50 x 6 ACIER 517.61 733.78 0.58 4 ELU Arbalétrier MHEA 120 ACIER 313.60 134.71 0.38 4 ELU Poinçon TEAE 50 x 6 ACIER 82.16 145.59 0.17 4 ELU Montant CAE 45 x 5 ACIER 74.08 92.60 0.17 4 ELU Diagonale CAE 45 x 5 ACIER 40.17 50.21 0.21 4 ELU
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VII.
ANNEXE VII. NOTE DE CALCUL DE DIMENSIONNEMENT DU PORTIQUE AMOVIBLE Matériaux et dimensionnement du portique Les différents composants du portique, présenté sur la figure suivante, sont dimensionnés pour supporter son poids propre et les charges d’exploitation maximale suivant la norme CM66 via le logiciel de dimensionnement des structures RSA ou Robot Structural Analysis. Ces différents éléments sont dimensionnés pour pouvoir manœuvrer une charge maximale de Pmax = 1 t et sont choisis de manière à avoir les aciers profilés disponible aux fournisseurs des matériaux.
Combinaison d’action à considérer De même que la combinaison d’action classique pour les études des structures qui doit différencier les actions permanentes et les actions variables, on va considérer deux combinaisons qui sont :
A l’état limite de service (ELS) : il s’agit de combiner les différentes charges appliquées à la structure en affectant à chacun des coefficients qui sont égale à 1 ou plus précisément les valeurs réelles des charges appliquées. La combinaison à l’ELS s’écrit donc par :
Gmax Q
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VII.
A l’état limite ultime (ELU) : il s’agit de combiner les différentes charges appliquées à la structure en affectant à chacun des coefficients différents suivant la nature de la charge. Ces coefficients ont généralement une valeur de 1,35 pour les charges permanentes, 1,5 pour les charges d’exploitation ainsi que 1,35 pour les charges d’exploitation étroitement bornées ou de caractère particulier (LEGRAND Pascal, et al., Mars 2009). La combinaison à l’ELU s’écrit donc par :
1,35Gmax 1,5Q1 1,35Q2 Synthèse de résultat de dimensionnement Le tableau suivant résume les résultats de dimensionnement des pièces du portique de manutention de la centrale d’Ambodiriana :
Matéri Cas de Pièces Profils Lay Laz Ratio aux combinaison
Poteau CARRE 70 x 70 x 3 ACIER 91,31 188,01 0,23 3 ELU Poutre principale IPN 120 ACIER 31,73 164,06 0,76 3 ELU Poutre barre CARRE 70 x 70 x 3 ACIER 5478,44 54,78 0,76 3 ELU
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MCH de Beandrarezona ANNEXE VIII.
ANNEXE VIII. PLAN DES OUVRAGES DE GENIE CIVIL DE L’AMENAGEMENT Les plans suivants représentent les plans nécessaires pour la réalisation des ouvrages de génie civil de l’aménagement hydroélectrique d’Ambodiriana. Ils représentent successivement les éléments suivants :
Les ouvrages vue d’ensemble : Planche N° 01 et 02 ; Le barrage : Planche N° 03 – 04 et 05 ; Le canal d’amené : Planche N° 06 et 07 ; Le bassin de décantation : Planche N° 08 et 09 ; La chambre de mise en charge : Planche N° 10 et 11 ; Les conduites forcées : Planche N° 12 et 13 ; Le bâtiment de l’usine de production et canal de restitution : Planche N° 14 – 15 – 16 – 17 – 18 – 19 – 20 et 21 ; Et le bâtiment d’exploitation : Planche N° 22 – 23 et 24.
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
ANNEXE IX. ELEMENTS DE CALCULS DU METRE
Annexe IX . A.EXEMPLES TYPES D’UN SOUS DETAILS DES PRIX UNITAIRES DES OUVRAGES (Extrait du document Excel de programmation) Sous détail de Prix 17 K1= 1,33 N°
Quantité à Désignation Unité Rendement Durée de la tâche réaliser Béton dosée à 200 kg/m3 M3 1 1 1
Composante de prix Unité Quantité Prix unitaire sec Total Matériels Lot d'outillage Fft 1 10 000 10 000 Bétonnière H 0,5 25 000 12 500 Pervibrateur H 1 12 000 12 000 Brouettes U 1 20 000 20 000 Total partiel 54 500 Matériaux Ciment CPA 42.5 Kg 200 620 124 000 Sable M3 0,45 26 000 11 700 Gravillons M3 0,85 54 000 45 900 Eau M3 0,16 2 800 448 Total partiel 182 048 Personnel Chef d'équipe H 0,3 1 997 599 Ouvrier spécialisé H 1 1 724 1 724 Manœuvre H 3 872 2 616 Total partiel 4 939 Total des déboursés sec = "D" 241 487 Prix de vente à l'Unité = ("D" x "K1") / "R" = 321 177,00 Ar
Annexe IX . B.BORDEREAU DES DEVIS ESTIMATIFS DE LA CONSTRUCTION DES OUVRAGES DE GENIE CIVIL DE LA CENTRALE HYDROELECTRIQUE D’MBODIRIANA Prix unitaire Montant Reference Désignation Unité Quantité [Ariary] [Ariary]
0 BARRAGE ET PRISE D'EAU
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
1 Installation de chantier Fft 1,00 4 546 462,00 4 546 462,00
2 Repli de chantier Fft 1,00 4 312 902,00 4 312 902,00
3 Batardeau provisoire ml 78,00 158 006,00 12 324 468,00
4 Décapages et débroussaillages m2 216,86 3 440,00 745 998,40
5 Déroctages m3 34,25 171 480,00 5 873 190,00
6 Déblais ordinaire m3 6,38 15 626,00 99 693,88
7 Déblais rocheux m3 42,12 29 818,00 1 255 934,16
8 Fouille d'ouvrage m3 1,36 8 976,00 12 207,36
9 Trou d'ancrage de 40 à 70 cm de profondeur u 48,00 43 066,00 2 067 168,00
10 Remblais m3 6,00 21 389,00 128 334,00
11 Engazonnement m2 2,00 7 093,00 14 186,00
12 Béton cyclopéen dosé à 300 Kg/m3 m3 222,42 251 804,00 56 006 245,68
13 Béton dosé à 350 kg/m3 m3 64,88 444 867,00 28 862 970,96
14 Béton armé à 400 kg/m3 m3 45,56 486 097,00 22 146 579,32
15 Armature en acier doux ou tor kg 5 259,66 6 186,00 32 536 256,76
16 Coffrage au bois de pin m2 83,72 15 728,00 1 316 748,16
17 Polyane pour étanchéité m2 5,52 3 000,00 16 560,00
Maçonnerie de moellon hourdée à 300 18 m3 120,30 185 287,00 22 290 026,10 kg/m3
19 Chape dosée à 400 kg/m3 m2 56,00 9 862,00 552 272,00
Grille métallique pour la vanne de chasse 1,0 20 U 1,00 184 111,20 184 111,20 x 1,2
21 Grille métallique pour la prise d'eau 1,2 x 1,2 U 1,00 393 120,00 393 120,00
Vanne de fond avec système de manœuvre 22 U 1,00 289 800,00 289 800,00 1,2 x 1,0
Vanne de réglage avec système de 23 U 1,00 1 806 000,00 1 806 000,00 manœuvre 1,0 x 1,0
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
24 Garde-corps ml 20,77 59 150,00 1 228 545,50
25 Peinture antirouille m2 14,48 10 163,00 147 160,24
COÛT TOTAL DU BARRAGE ET PRISE 199 156 939,72 D'EAU
26 OUVRAGE D'AMENE
27 CANAL D'AMENE
28 Décapages et débroussaillages m2 1 570,08 3 440,00 5 401 075,20
29 Déroctages m3 28,37 171 480,00 4 864 887,60
30 Déblais ordinaire m3 1 701,77 15 626,00 26 591 858,02
31 Déblais rocheux m3 160,73 29 818,00 4 792 647,14
32 Fouille d'ouvrage m3 72,49 8 976,00 650 670,24
33 Remblais m3 435,46 21 389,00 9 314 053,94
34 Evacuation des terres excédentaires m3 1 455,39 9 051,00 13 172 734,89
35 Engazonnement m2 24,65 7 093,00 174 842,45
36 Couche de sable au fond, d'épaisseur 5 cm m3 36,24 26 000,00 942 240,00
Maçonnerie de moellon hourdée à 300 37 m3 434,91 185 287,00 80 583 169,17 kg/m3
38 Chape dosée à 400 kg/m3 m3 1 449,69 9 862,00 14 296 842,78
39 PONT CANAL
40 Décapages et débroussaillages m2 22,09 3 440,00 75 989,60
41 Déblais ordinaire m3 15,18 15 626,00 237 202,68
42 Déblais rocheux m3 1,69 29 818,00 50 392,42
43 Remblais m3 2,00 21 389,00 42 778,00
44 Evacuation des terres excédentaires m3 13,18 9 051,00 119 292,18
45 Béton dosé à 350 kg/m3 m3 4,55 444 867,00 2 024 144,85
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
46 Armature en acier doux ou tor kg 278,00 6 186,00 1 719 708,00
47 Coffrage au bois de pin m3 45,84 15 728,00 720 971,52
Maçonnerie de moellon hourdée à 300 48 m3 1,52 185 287,00 281 636,24 kg/m3
COÛT TOTAL DU CANAL D'AMENE 146 488 178,65
49 BASSIN DE DECANTATION
50 Décapages et débroussaillages m2 198,74 3 440,00 683 665,60
51 Déblais ordinaires m3 693,10 15 626,00 10 830 380,60
52 Remblai m3 288,00 21 389,00 6 160 032,00
53 Evacuation des terres excédentaires m3 405,10 9 051,00 3 666 560,10
54 Fouille d'ouvrage m3 9,06 8 976,00 81 322,56
55 Béton de propreté à 150 kg/m3 m3 9,51 249 681,00 2 374 466,31
56 Béton armé à 350 kg/m3 m3 44,29 444 867,00 19 703 159,43
57 Armature en acier doux ou tor kg 1 181,05 6 186,00 7 305 975,30
58 Coffrage au bois de pin m2 143,80 15 728,00 2 261 686,40
59 Polyane pour étanchéité m2 178,75 3 000,00 536 250,00
Maçonnerie de moellon hourdée à 300 60 m3 170,13 185 287,00 31 522 877,31 kg/m3
61 Joint sur maçonnerie m2 145,53 6 114,00 889 770,42
62 Chape dosée à 400 kg/m3 m2 20,00 9 862,00 197 240,00
Vanne de fond avec système de manœuvre 63 U 1,00 289 800,00 289 800,00 0,8 x 0,85
64 Plateforme ou passerelle d'exploitation m3 0,86 444 867,00 382 585,62
65 Peinture antirouille m2 1,50 10 163,00 15 244,50
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
COÛT TOTAL DU BASSIN DE 86 901 016,15 DECANTATION
66 ANNEXE DU DESSABLEUR
67 Décapages et débroussaillages m2 12,62 3 440,00 43 412,80
68 Déblais ordinaires m3 10,51 15 626,00 164 229,26
69 Fouille d'ouvrage m3 0,56 8 976,00 5 026,56
70 Remblais m3 0,20 21 389,00 4 277,80
71 Couche de sable au fond, d'épaisseur 5 cm m3 0,56 26 000,00 14 560,00
72 Béton dosé à 300 kg/m3 m3 5,22 403 637,00 2 106 985,14
73 Armature en acier doux ou tor kg 208,80 6 186,00 1 291 636,80
74 Coffrage au bois de pin m2 40,04 15 728,00 629 749,12
75 Polyane pour étanchéité m2 9,40 3 000,00 28 200,00
Maçonnerie de moellon hourdée à 300 76 m3 7,84 185 287,00 1 452 650,08 kg/m3
77 Chape dosée à 400 kg/m3 m2 15,32 9 862,00 151 085,84
COÛT TOTAL DE L'ANNEXE DU 5 891 813,40 DESSABLEUR
78 CHAMBRE DE MISE EN CHARGE
79 Décapages et débroussaillages m2 83,90 3 440,00 288 616,00
80 Déblais ordinaires m3 360,75 15 626,00 5 637 079,50
81 Fouille d'ouvrage m3 6,20 8 976,00 55 651,20
82 Evacuation des terres excédentaires m3 234,25 9 051,00 2 120 196,75
83 Remblais m3 0,37 21 389,00 7 913,93
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
84 Engazonnement m2 1,20 7 093,00 8 511,60
85 Béton de propreté à 150 kg/m3 m3 5,06 249 681,00 1 263 385,86
86 Béton armé à 350 kg/m3 m3 62,97 444 867,00 28 013 274,99
87 Armature en acier doux ou tor kg 2 538,96 6 186,00 15 706 006,56
88 Coffrage au bois de pin m2 90,65 15 728,00 1 425 743,20
89 Polyane pour étanchéité m2 25,20 3 000,00 75 600,00
Maçonnerie de moellon hourdée à 300 90 m3 114,58 185 287,00 21 230 184,46 kg/m3
91 Joint sur maçonnerie m2 149,45 6 114,00 913 737,30
92 Chape dosée à 400 kg/m3 m2 8,32 9 862,00 82 051,84
Grille métallique [2,0 x 1,15 x 1,7] à l'entrée 93 U 1,00 777 142,80 777 142,80 de la chambre
Vanne de fond avec système de manœuvre 94 U 1,00 289 800,00 289 800,00 0,8 x 0,85
95 Plateforme ou passerelle d'exploitation m3 0,51 444 867,00 226 882,17
96 Peinture antirouille m2 6,27 10 163,00 63 722,01
COÛT TOTAL DE LA CHAMBRE DE MISE EN
CHARGE
97 CONDUITE FORCEE
98 Décapages et débroussaillages m2 269,14 3 440,00 925 841,60
99 Déblais ordinaires m3 1 028,00 15 626,00 16 063 528,00
100 Fouille d'ouvrage m3 1,01 8 976,00 9 065,76
101 Remblais m3 0,14 21 389,00 2 994,46
102 Ancrage coude m3 0,43 403 637,00 173 563,91
103 Support d'ancrage en béton m3 5,49 403 637,00 2 215 967,13
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
104 Armature en acier doux ou tor kg 414,40 6 186,00 2 563 478,40
105 Coffrage au bois de pin m2 34,58 15 728,00 543 874,24
106 Couche de sable au fond, d'épaisseur 5 cm m3 504,00 26 000,00 13 104 000,00
Fourniture et pose de tuyaux en acier de DN 107 ml 92,00 557 124,00 51 255 408,00 600 , PN 10
108 Coude 600 u 4,00 1 365 000,00 5 460 000,00
109 Vanne guillotine 600 u 4,00 15 750 000,00 63 000 000,00
110 Peinture antirouille et protection m2 172,94 10 163,00 1 757 589,22
COÛT TOTAL DE LA CONDUITE 157 075 310,72 FORCEE
111 BÂTIMENT DE LA CENTRALE
112 Installation de chantier Fft 1,00 4 546 462,00 4 546 462,00
113 Repli de chantier Fft 1,00 4 312 902,00 4 312 902,00
114 Décapages et débroussaillages m2 283,02 3 440,00 973 588,80
115 Déroctages m3 0,80 171 480,00 137 184,00
116 Déblais ordinaires m3 326,39 15 626,00 5 100 170,14
117 Déblais rocheux m3 103,83 29 818,00 3 096 002,94
118 Fouille d'ouvrage m3 1,26 8 976,00 11 309,76
119 Hérissonage m3 5,24 73 988,00 387 697,12
120 Remblais m3 103,83 21 389,00 2 220 819,87
121 Engazonnement m2 23,77 7 093,00 168 600,61
122 Béton de propreté à 150kg/m3 m3 1,26 249 681,00 314 598,06
123 Béton dosé à 300kg/m3 m3 3,48 403 637,00 1 404 656,76
124 Béton armé à 350kg/m3 m3 10,22 444 867,00 4 546 540,74
125 Armature en acier doux ou tor kg 1 280,80 6 186,00 7 923 028,80
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
126 Coffrage au bois de pin m2 15,74 15 728,00 247 558,72
127 Polyane pour étanchéité m2 36,53 3 000,00 109 590,00
128 Maçonnerie de moellon hourdée à 300kg/m3 m3 5,12 185 287,00 948 669,44
129 Joint sur maçonnerie m2 0,00 6 114,00 0,00
130 Maçonnerie de brique hourdée, e = 22 cm m2 132,45 40 021,00 5 300 781,45
131 Chape bouchardée dosée à 400 kg/m3 m2 68,10 9 862,00 671 602,20
132 Revêtement au sol en carreau m2 5,92 48 076,00 284 609,92
133 Enduit intérieur et extérieur m2 229,60 10 969,00 2 518 482,40
134 Charpente assemblée pour ferme U 1,00 1 027 004,00 1 027 004,00
135 Panne métallique (profil C) ml 154,70 35 316,00 5 463 385,20
136 Couverture en tôle galvabac prelaqué 60/100 m2 92,44 38 646,00 3 572 436,24
137 Faitière en TPG ml 11,30 16 288,00 184 054,40
138 Descente d'eau pluviale en PVC ml 14,00 60 003,00 840 042,00
139 Porte métallique coulissante 3,5 m x 3,0 m U 1,00 2 498 634,00 2 498 634,00
Porte à panneau à deux vantaux 2.0 m x 2.20 140 U 1,00 1 225 276,00 1 225 276,00 m
141 Porte semi vitrée, deux vantaux 1.4 x 2.1 U 1,00 1 069 320,00 1 069 320,00
Fenêtre à deux vantaux, dimension 1.2 m x 142 U 4,00 395 821,00 1 583 284,00 1.2 m
143 Peinture antirouille m2 8,98 10 163,00 91 263,74
144 Peinture à l'huile intérieur et extérieur m2 451,06 11 356,00 5 122 237,36
145 Vernisserie des meubles en bois m2 21,20 10 797,00 228 896,40
146 Vitre en verre demi double m2 2,10 178 626,00 375 114,60
147 Lampe tube mono fluo de 1.20 m U 3,00 26 597,00 79 791,00
148 Lampe tube mono fluo de 0.60 m U 2,00 18 750,00 37 500,00
149 Interrupteur à simple allumage U 4,00 22 369,00 89 476,00
150 Canalisation à simple allumage ml 9,20 9 601,00 88 329,20
151 Prise de courant lumière 5 à 15 A U 6,00 18 911,00 113 466,00
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
152 boite de dérivation ml 2,00 21 330,00 42 660,00
153 Conducteurs électriques en câble VGV ml 29,70 6 330,00 188 001,00
154 Décapages et débroussaillages m2 10,00 3 440,00 34 400,00
Bordures en béton préfabriqué , dim.: 0.15 x 155 u 34,00 444 867,00 15 125 478,00 0.15 x 1
Voie piétonnière en couche de gravillon 5/15 156 m2 3,50 8 131,00 28 458,50 , e= 5cm
157 Engazonnement m2 25,38 7 093,00 180 020,34
158 Clôture périmètre des zones dangereuses ml 53,63 71 987,00 3 860 662,81
COÛT TOTAL DU BÂTIMENT DE LA 88 374 046,52 CENTRALE
159 CANAL DE RESTITUTION
160 Décapages et débroussaillages m2 70,79 3 440,00 243 517,60
161 Déblais ordinaires m3 60,26 15 626,00 941 622,76
162 Fouille d'ouvrage m3 5,00 8 976,00 44 880,00
163 Remblais m3 7,17 21 389,00 153 359,13
164 Couche de sable au fond, d'épaisseur 5 cm m3 1,53 26 000,00 39 780,00
165 Béton de propreté à 150kg/m3 m3 1,52 249 681,00 379 515,12
166 Béton dosé à 300 kg/m3 m3 13,08 389 672,00 5 096 909,76
167 Armature en acier doux ou tor kg 522,88 6 186,00 3 234 535,68
168 Coffrage au bois de pin m2 15,20 15 728,00 239 065,60
169 Polyane pour étanchéité m2 15,20 3 000,00 45 600,00
Maçonnerie de moellon hourdée à 300 170 m3 12,90 185 287,00 2 390 202,30 kg/m3
171 Chape dosée à 400 kg/m3 m2 11,60 9 862,00 114 399,20
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
COÛT TOTAL DU CANAL DE 12 923 387,15 RESTITUTION
172 BÂTIMENT D'EXPLOITATION
173 Décapages et débroussaillages m2 207,14 3 440,00 712 561,60
174 Déroctages m3 0,20 171 480,00 34 296,00
175 Déblais ordinaires m3 203,21 15 626,00 3 175 359,46
176 Fouille d'ouvrage m3 2,21 8 976,00 19 836,96
177 Hérissonage m3 5,17 73 988,00 382 517,96
178 Remblais m3 48,10 21 389,00 1 028 810,90
179 Béton de propreté à 150kg/m3 m3 0,25 249 681,00 62 420,25
180 Béton dosé à 300kg/m3 m3 3,36 403 637,00 1 356 220,32
181 Armature en acier doux ou tor kg 101,16 6 186,00 625 775,76
182 Coffrage au bois de pin m2 4,56 15 728,00 71 719,68
183 Polyane pour étanchéité m2 6,00 3 000,00 18 000,00
184 Maçonnerie de moellon hourdée à 300kg/m3 m3 2,94 185 287,00 544 743,78
185 Joint sur maçonnerie m2 5,08 6 114,00 31 059,12
186 Maçonnerie de brique hourdée, e = 22 cm m2 52,65 40 021,00 2 107 105,65
187 Maçonnerie de brique hourdée, e = 11 cm m2 29,99 23 307,00 698 976,93
Receveur de douche en porcelaine avec 188 U 1,00 61 100,00 61 100,00 accessoires
189 Lavabo en porcelaine émaillée blanche U 1,00 61 500,00 61 500,00
190 Siege de toilette à l'anglaise avec accessoires U 1,00 227 400,00 227 400,00
191 Tuyau PPR pour l'alimentation en eau ml 22,00 6 745,00 148 390,00
Tuyau PVC évacuation pour les eaux usées 192 ml 25,00 9 038,00 225 950,00 DN 50
193 Chape bouchardée dosée à 400 kg/m3 m2 0,23 9 862,00 2 268,26
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
194 Revêtement au sol en carreau m2 31,16 48 076,00 1 498 048,16
195 Revêtement mural en carreau m2 12,78 37 702,00 481 831,56
196 Enduit intérieur et extérieur m2 148,81 10 969,00 1 632 296,89
197 Charpente assemblée en bois pour ferme U 1,00 80 279,00 80 279,00
198 Panne en madrier ml 88,00 35 316,00 3 107 808,00
199 Plafond en plastique m2 33,04 41 102,00 1 358 010,08
200 Couverture en tôle galvabac prelaqué 60/100 m2 49,01 38 646,00 1 894 040,46
201 Faitière en TPG ml 7,54 16 288,00 122 811,52
202 Descente d'eau pluviale en PVC ml 10,00 60 003,00 600 030,00
203 Porte à panneau , deux vantaux 1.05 x 2.10 U 2,00 649 958,00 1 299 916,00
204 Porte à panneau , deux vantaux 0.95 x 2.10 U 1,00 568 901,00 568 901,00
Fenêtre à deux vantaux, dimension 1.0 m x 205 U 4,00 293 864,00 1 175 456,00 1.0 m
Fenêtre à deux vantaux, dimension 1.40 m x 206 U 2,00 395 821,00 791 642,00 1.10 m
207 Peinture antirouille m2 0,80 10 163,00 8 130,40
208 Peinture à l'eau intérieur m2 188,05 4 572,00 859 764,60
209 Peinture à l'huile extérieur m2 109,59 11 356,00 1 244 504,04
210 Vernisserie des meubles en bois m2 25,60 10 797,00 276 403,20
211 Vitre en verre demi double m2 6,40 178 626,00 1 143 206,40
212 Lampe tube mono fluo de 1.20 m U 3,00 26 597,00 79 791,00
213 Lampe tube mono fluo de 0.60 m U 3,00 18 750,00 56 250,00
214 Hublot plafonnier étanche de 200 U 3,00 25 295,00 75 885,00
215 Interrupteur à simple allumage U 9,00 22 369,00 201 321,00
216 Canalisation à simple allumage ml 10,40 9 601,00 99 850,40
217 Prise de courant lumière 5 à 15 A U 6,00 18 911,00 113 466,00
218 boite de dérivation ml 0,00 21 330,00 0,00
219 Conducteurs électriques en câble VGV ml 30,00 6 330,00 189 900,00
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
220 Décapages et débroussaillages m2 10,00 3 440,00 34 400,00
Bordures en béton préfabriqué , dim.: 0.15 x 221 u 13,00 444 867,00 5 783 271,00 0.15 x 1
Voie piétonnière en couche de gravillon 5/15 222 m2 9,30 8 131,00 75 618,30 , e= 5cm
223 Engazonnement m2 11,24 7 093,00 79 725,32
224 Clôture du périmètre ml 36,00 71 987,00 2 591 532,00
COÛT TOTAL DU LOGEMENT 39 120 101,96 PERSONNEL
225 PISTE
226 Décapage et débroussaillages m2 5 250,00 3 440,00 18 060 000,00
227 Déroctage m3 0,20 171 480,00 34 296,00
228 Déblais ordinaires m3 11,00 15 626,00 171 886,00
229 Déblai rocheux m3 2,10 29 818,00 62 617,80
230 Fouille d'ouvrage m3 262,50 8 976,00 2 356 200,00
231 Remblai m3 8,50 21 389,00 181 806,50
232 Engazonnement m2 3,00 7 093,00 21 279,00
233 Profilage ml 320,00 47 647,00 15 247 040,00
234 Curage canal en terre ml 23,00 3 093,00 71 139,00
235 Béton armé à 350 kg/m3 m3 22,40 444 867,00 9 965 020,80
236 Armature en acier doux ou tor kg 1 680,00 6 186,00 10 392 480,00
237 Coffrage au bois de pin m2 33,60 15 728,00 528 460,80
238 Polyane pour étanchéité m2 28,00 3 000,00 84 000,00
Maçonnerie de moellon hourdée à 300 239 m3 6,40 185 287,00 1 185 836,80 kg/m3
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MCH de Beandrarezona ANNEXE IX.
240 Joint sur maçonnerie m2 6,60 6 114,00 40 352,40
241 Chape dosée à 400 kg/m3 m2 28,00 9 862,00 276 136,00
242 Canal d'assainissement et/ou Fossé maçonné ml 7,00 140 953,00 986 671,00
COÛT TOTAL DE LA PISTE 59 665 222,10
243 AUTRES
244 Portique de manutention u 1,00 140 953,00 140 953,00
COÛT TOTAL AUTRES 140 953,00
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MCH de Beandrarezona ANNEXE X.
ANNEXE X. DETAILS DES CALCULS DANS L’ETUDES ECONOMIQUES DU PROJET
Annexe X . A.CALCUL DU COEFFICIENT DE MAJORATION DES DEBOURSES La formule permettant de de calculer la valeur de K s’exprime par :
(1 A1) (1 A2 )
K (1 A3 ) (1 T) Avec :
K : coefficient de majoration des déboursés
T : taxe des valeurs ajoutées ou TVA [%] (T = 20 % à Madagascar)
Ai : coefficient représentés dans le tableau suivant
Indice de composition Décomposition à l’intérieur de de catégorie Valeur Origine des frais Indice chaque catégorie de frais Valeur en en [%] Indice [%] Frais d’agence et de patente a.1 2.00 Frais généraux Frais de chantier a.2 10.00 proportionnels aux A1 16.00 Frais d’études et de laboratoire a.3 2.00 déboursés Assurances a.4 2.00 Bénéfice et impôts sur le Bénéfice brut et frais a.5 12.00 bénéfice financiers Aléas techniques a.6 3.00 A2 15.00 proportionnels au prix Aléas de révision de prix a.7 - de revient Frais financiers a.8 - Frais proportionnels au Frais de siège a.9 - A3 0.00 prix de règlement
Certaines valeurs des coefficients sont nulles vue que notre projet est un projet d’électrification rurale c’est-à-dire étudier de manière à de trouver le moindre coût du projet.
Après calcul, on obtient la valeur de K = 1,33 qui va être appliquée aux calculs des prix unitaires suivant la relation :
KD PU R Avec :
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MCH de Beandrarezona ANNEXE X.
PU : prix unitaire de l’ouvrage [monétaire]
K : coefficient de majoration des déboursés
D : totale des déboursés [monétaire]
R : rendement
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MCH de Beandrarezona ANNEXE X.
Le tableau suivant représente les valeurs des chiffres d’affaires, charges d’exploitations, amortissements, résultats et les cash flow de la centrale au cours de ces 25 années de fonctionnement.
Charge Résultats Résultats Cash flow Chiffre Amorti Valeur Cash flow Coefficient Cash flow d'exploita avant après actualisé Année d'affaire ssement résiduelle net d'actualisat actualisé tion impôts impôts cumulé [Mrd Ar] [m Ar] [Ar] [m Ar] ion [m Ar] [m Ar] [m Ar] [m Ar] [m Ar] 0 -2,046 ------2 045,585 1,00 - -
1 0,133 26,556 81,823 24,400 -18,753 - 63,070 0,92 57,862 57,862
2 0,271 54,174 81,823 134,872 46,839 - 128,663 0,84 108,293 166,155
3 0,414 82,886 81,823 249,720 115,031 - 196,854 0,77 152,007 318,163
4 0,574 114,893 81,823 377,747 191,046 - 272,870 0,71 193,308 511,471
5 0,741 148,146 81,823 510,762 270,024 - 351,848 0,65 228,677 740,147
6 0,913 182,684 81,823 648,914 352,052 - 433,876 0,60 258,706 998,853
7 1,150 230,047 81,823 838,365 464,538 - 546,362 0,55 298,879 1 297,732
8 1,173 234,648 81,823 856,769 475,466 - 557,289 0,50 279,685 1 577,416
9 1,197 239,341 81,823 875,540 486,611 - 568,435 0,46 261,723 1 839,139
10 1,221 244,128 81,823 894,688 497,980 - 579,803 0,42 244,915 2 084,055
11 1,245 249,010 81,823 914,218 509,576 - 591,400 0,39 229,187 2 313,241
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MCH de Beandrarezona ANNEXE X.
12 1,270 253,991 81,823 934,139 521,404 - 603,228 0,36 214,468 2 527,710
13 1,295 259,070 81,823 954,458 533,469 - 615,292 0,33 200,695 2 728,405
14 1,321 264,252 81,823 975,184 545,774 - 627,598 0,30 187,806 2 916,211
15 1,348 269,537 81,823 996,324 558,326 - 640,150 0,27 175,745 3 091,957
16 1,375 274,928 81,823 1 017,887 571,129 - 652,953 0,25 164,459 3 256,416
17 1,402 280,426 81,823 1 039,881 584,189 - 666,012 0,23 153,897 3 410,313
18 1,430 286,035 81,823 1 062,315 597,509 - 679,332 0,21 144,014 3 554,328
19 1,459 291,755 81,823 1 085,198 611,095 - 692,919 0,19 134,766 3 689,093
20 1,488 297,590 81,823 1 108,538 624,954 - 706,777 0,18 126,111 3 815,204
21 1,518 303,542 81,823 1 132,345 639,089 - 720,913 0,16 118,012 3 933,216
22 1,548 309,613 81,823 1 156,629 653,508 - 735,331 0,15 110,433 4 043,649
23 1,579 315,805 81,823 1 181,398 668,214 - 750,038 0,14 103,341 4 146,991
24 1,611 322,121 81,823 1 206,662 683,215 - 765,038 0,13 96,705 4 243,695
25 1,643 328,564 81,823 1 232,432 698,516 368,205 1 148,544 0,12 133,194 4 376,889
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Titre du mémoire :
« CONTRIBUTION A L’ANALYSE DES DONNEES TOPOGRAPHIQUES ET HYDROLOGIQUES ET REALISATION DES PLANS DE GENIE CIVIL POUR LE COMPLEMENT DU DOCUMENT D’APS DU PROJET D’AMENAGEMENT HYDROELECTRIQUE DE BEALANANA » SUR LE SITE BEANDRAREZONA, REGION SOFIA
Auteur : RADONIAINA Andriantsilavina Setra Spydervan
E-mail : [email protected]
Téléphone : +261 33 78 566 06
Encadreur : Pr RAKOTO David Rambinintsoa
Nombre de page : 164 Nombre de figures : 33 Nombre de tableaux : 55 Nombre d’annexes : 10 Nombre de cartes : 07
Résumé :
Le présent document constitue l’étude de faisabilité du projet d’aménagement hydroélectrique du site Ambodiriana dans la commune rurale Beandrarezona, région Sofia. Le but du projet étant de fournir un apport d’énergie à la production de la centrale d’Andriamanjavona pour les 4 communes aux alentours.
L’aménagement offre une puissance de 356 kW avec un investissement total de 2 045 585 229 Ar. L’aménagement, de type au fil de l’eau avec un débit d’équipement de 2 m3/s est composé, sur la rive droite de la rivière Beandrarezona, par un barrage de 2 m de hauteur, d’un bassin de décantation de longueur 24 m, d’un ouvrage d’amené de longueur 360 m, d’une chambre de mise en charge de volume utile 42,81 m3, de deux conduites forcées de diamètre 0,6 m et de deux turbines Crossflow.
En général, c’est un aménagement assez classique avec un accès facile alors qu’il a comme paramètre de rentabilité une VAN de 2 331 304 125 Ar et un TRI de 17,14 % sous une tarification initiale de 450 Ar/kWh.
Mots clés : hydroélectricité - énergie renouvelable - ouvrage hydraulique - centrale hydroélectrique