Étude des grilles de prises d'eau ichtyocompatibles

Study of fish-friendly trash racks in water intakes

• Auteur / Autrice : Fatma Lemkecher
• Direction : Laurent David, Ludovic Chatellier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 04/12/2020
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers) - Institut Pprime / PPRIME
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Abadie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent David, Ludovic Chatellier, Dominique Courret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédérique Larrarte, Robert M. Boes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prises d'eau (ouvrages hydrauliques)

Hydraulique à surface libre

Écoulement (hydrologie) -- Vitesse

Simulation par ordinateur

Centrales hydroélectriques

Perte de charge

Mots clés libres

Pertes de charge

Mesures de vitesse ADV

Simulations numériques

Écoulement à surface libre

Centrales hydroélectriques

Head losses

ADV velocity measurements

Numerical simulations

Free surface flow

Hydropower plants

Résumé

La présence des centrales hydroélectriques restreint la circulation des poissons migrateurs dans les rivières. Plusieurs dispositifs ont été, donc, aménagés dans ces centrales afin de faciliter leur passage. Les bases de conception et de dimensionnement de ces dispositifs, dénommés "prises d’eau ichtyocompatibles", ont été définies en 2008 par Courret & Larinier à partir des retours d’expérience acquis en France et à l’étranger. Des études hydrauliques sur des modèles réduits de grille, un des composant des prises d’eau, ont ensuite permis de confirmer ou préciser certains critères concernant leur implantation et la conception des exutoires associés. Il en résulte aussi des formules d’évaluation des pertes de charge adaptées aux configurations testées afin de quantifier la perte d’énergie résultante à l’installation de ces grilles. Cette thèse vient explorer de nouveaux concepts de grilles ichtyocompatibles (grille placée à l’entrée des turbines afin d’en dévier le poisson et lui permettre de continuer sa migration) qui minimisent les pertes de charges pour les producteurs et qui sont adaptées à la dévalaison des poissons. Dans un premier temps, une optimisation des grilles inclinées est proposée avec des formes de barreau différentes et l’ajout de l’effet des supports qui maintiennent les grilles. La courantologie de ce type de grille est ensuite étudiée in-situ afin d’évaluer l’efficacité des premières grilles ichtyocompatibles implantées dans les centrales hydroélectriques en appui des simulations numériques réalisées parallèlement. Dans un deuxième temps, de nouvelles barrières physiques sont étudiées. D’abord, les grilles orientées à barreaux horizontaux sont testées et montrent un guidage de poissons favorable et une perte de charge faible. La deuxième nouvelle solution explorée est la plaque perforée, qui s’est avérée aussi efficace que la grille inclinée en terme de guidage de poisson avec l’avantage de minimiser encore plus les pertes de charge.

Hydropower plants restricts the fish migration in rivers. Thus, several devices have been installed in hydropower plants to facilitate fish passage. The bases for the design and sizing of these devices, called "fishfriendly water intakes", were defined in 2008 by Courret & Larinier based on feedback acquired in France and abroad. Hydraulic studies on a reduced model of trash rack, a component of the water intake, then confirmed certain criteria concerning the installation of trash racks and the design of the associated bypasses. They also led to produce head loss formulas adapted to the tested configurations in order to predict energy loss resulting to trash rack implementation in hydropower plants. This thesis explores new concepts of fishfriendly trash racks (rack placed at the inlet of the turbines to prevent fish passage) which minimize head losses for producers and which are suitable for downstream fish migration. First, an optimization of inclined trash racks is proposed with different bar shapes and the addition of the effect of the supports that maintains the trash racks. The flow upstream this type of racks is then studied in-situ in order to assess the effectiveness of the first fishfriendly trash racks installed in hydropower plants with numerical simulations carried out in parallel. Secondly, new physical barriers are studied. The angled trash racks with horizontal bars were tested and show a favorable guidance of the fish and a low head loss whose model is inclined trash racks one. The second new solution explored is the perforated plate, which has proven to be as effective as the inclined trash rack in terms of fish guidance with the advantage of minimizing further the head losses.