HAUSSE FUSIBLE

La présente invention concerne une hausse fusible pour ouvrage hydraulique tel que seuil en rivière, déversoir sur un barrage ou sur une digue de protection comprenant une structure formant paroi étanche ou sensiblement étanche à l'eau, installée sur ledit ouvrage hydraulique et maintenue dessus par gravité, et pouvant s'effacer de manière à laisser passer l'eau sans obstruction, ladite structure étant dimensionnée en poids et en taille pour être chassée par l'eau lorsque cette dernière atteint un niveau prédéfini.

Les hausses fusibles de ce type sont bien connues et sont installées de manière habituelle sur la crête d'un seuil disposé en travers d'un réservoir en vue de rehausser le niveau d'eau du réservoir en amont dudit seuil. Installées sur le seuil d'un barrage elles permettent de réhausser le niveau de retenue du barrage ou d'améliorer la sécurité dudit barrage face aux crues. Elles peuvent également être installées sur le seuil du déversoir d'une digue bordant une rivière et être destinées à protéger les régions voisines contre les crues, le déversoir étant en ce cas installé sur la digue à un emplacement choisi de sorte qu'en cas de crues, l'eau se déverse dans un réservoir de stockage temporaire ou sur un terrain choisi sans danger pour d'autres régions voisines de la rivière.

Les hausses fusibles peuvent être du type non déversant ou du type déversant à savoir que dans ce dernier cas, elles peuvent laisser passer une certaine quantité d'eau par-dessus leur crête tant que le niveau de l'eau en amont de la hausse ne dépasse pas une hauteur prédéterminée. Dans tous les cas, les hausses fusibles doivent s'effacer si le niveau de l'eau en amont de la hausse atteint un niveau prédéterminé lors d'une crue, afin de libérer le volume d'eau qu'elle retient dans le réservoir, et d'éviter ainsi ou un envahissement par l'eau de régions voisines amont ou un endommagement de la digue ou du barrage.

Les hausses fusibles s'appliquent en particulier à une levée ou une digue ou un barrage en remblai ou encore à une digue ou barrage mixte construit en partie en remblai et en partie en béton ou en maçonnerie. La digue peut être une digue frontale en travers d'un cours d'eau, ou une digue latérale le long d'un cours d'eau pour protéger les terres

environnantes contre les crues. Dans le cas d'un barrage, il peut s'agir de tout type de barrage créant un réservoir d'eau, ou d'un barrage de col associé au barrage précité.

Sur de nombreux ouvrages hydrauliques du genre indiqué, il est connu de créer des points de rupture privilégiés qui en cas d'événements exceptionnels, tels que des crues exceptionnelles menaçant l'ouvrage de destruction, cèdent en des emplacements prédéterminés de l'ouvrage choisis pour que les dégâts causés à l'ouvrage lui-même et/ou aux personnes ou aux biens inondés par la rupture de l'ouvrage soient minimaux. Ces points de rupture peuvent être constitués à l'aide de hausses fusibles positionnées sur la crête de la partie de la digue, du remblai ou du barrage choisie, ou d'autre système permettant l'évacuation des débits nécessaires. Ces systèmes sont en outre confrontés aux problématiques de vandalisme et d'agressions par des phénomènes naturels extérieurs ayant pour conséquence de réduire l'efficacité ou la précision desdits systèmes, en modifiant les phénomènes à la base de ces ruptures.

Une telle hausse comprend au moins un élément de hausse rigide et massif qui est posé sur la crête du seuil déversant et est maintenu en place sur celui-ci par gravité, ledit élément de hausse ayant une hauteur prédéterminée et étant dimensionné en taille et en poids pour que le moment des forces appliquées par l'eau à l'élément de hausse atteigne pour un certain niveau déterminé le moment des forces, de pesanteur qui tendent à maintenir l'élément de hausse en place sur le seuil déversant et qu'en conséquence ledit élément de hausse soit déséquilibré et chassé

II est clair que pour des crues d'importance moyenne tant que le niveau de l'eau n'atteint pas le troisième niveau prédéterminé, lequel peut être déterminé en pratique de façon à être égal ou légèrement plus bas que ledit second niveau prédéterminé, c'est-à-dire le niveau des plus hautes eaux, l'eau peut être évacuée par les vannes et autres dispositifs dimensionnés pour les débits les plus courants, sans qu'il en résulte une destruction de la hausse et par suite sans que le déversoir cesse d'être obturé par ladite hausse. Par contre, dans le cas d'une crue exceptionnelle, le niveau de l'eau atteint le troisième niveau prédéterminé, un ou des éléments de hausse sont automatiquement déséquilibrés et chassés

par l'eau sous la seule action des forces de l'eau, donc sans qu'une intervention extérieure soit nécessaire, redonnant ainsi au seuil sa pleine capacité d'évacuation.

De manière à favoriser le déséquilibre et le basculement dudit ou desdits éléments de hausse au moment ou cela devient indispensable pour évacuer une crue exceptionnelle, on prévoit des moyens pour générer une pression dans une chambre formée, encore appelée sous-pression, sous le ou les éléments de hausse, quand le niveau d'eau atteint le troisième niveau prédéterminé.

De tels moyens peuvent être avantageusement agencés pour que la sous-pression appliquée dans la chambre de l'élément de hausse reste nulle ou très faible tant que le niveau de l'eau reste inférieur à un niveau prédéterminé et pour qu'une sous-pression de valeur substantiellement plus forte soit brusquement appliquée à l'élément de hausse à l'instant où le niveau de l'eau atteint ledit niveau prédéterminé le dimensionnement des éléments étant tel qu'à cet instant le moment moteur déstabilisant devienne supérieur au moment stabilisant.

De tels moyens sont notamment constitués par un conduit appelé puits présentant une extrémité inférieure qui débouche dans ladite chambre et une extrémité supérieure qui est située à un niveau correspondant au dit niveau prédéfini. L'extrémité supérieure de ce conduit peut être équipée d'un dispositif de protection contre les corps flottants afin d'éviter une obturation de celui-ci ou encore un dispositif de protection contre les vagues de sorte qu'une ou plusieurs vagues successives ne déclenchent de manière intempestive le basculement de la hausse en créant une pression dans la chambre alors que le niveau prédéfini n'est pas atteint.

Un tel dispositif peut être constitué d'un entonnoir dont le bord supérieur se trouve à un niveau plus élevé que le niveau prédéfini comme cela est décrit dans FR 2 733 260. Dans d'autres dispositifs de déversoirs évacuateurs de crues tels que ceux décrits dans EP 0 435 732, on a proposé d'autres formes pour ce dispositif de protection dans lequel l'extrémité du conduit est recourbée en forme de siphon ou bien est constitué d'une cloche de

protection qui coiffe l'extrémité supérieure du conduit et dont le sommet se troue à un niveau légèrement plus élevé que le troisième niveau prédéterminé.

Toutefois, on a pu remarquer que de tels dispositifs de protection ne sont pas toujours suffisants. Ainsi la forme en entonnoir si elle offre une protection contre les débris flottants n'offre pas une protection suffisamment efficace contre les vagues de certaine amplitude. De ce fait, on encourt toujours le risque d'un basculement partiellement lié aux vagues et non à une crue réelle.

On a pu remarquer également que la forme de cloche recouvrant l'extrémité supérieure du conduit n'offre pas de garanties suffisantes vis-à-vis des risques d'obstruction par les débris flottants, ni par des vagues.

En effet, les différentes causes de fonctionnement dégradé de telles hausses fusibles sont les suivantes : vandalisme, en particulier le vol de pièces métalliques, effets liés aux vagues de grande amplitude qui peuvent déclencher la bascule de la hausse alors que le niveau n'est pas réellement atteint, et l'obturation des moyens de mise en pression par des débris flottants à la surface de l'eau.

L'invention objet de la présente demande a donc pour but principal de proposer une hausse comportant des moyens de mise en pression qui pallient l'ensemble de ces défauts et permettent notamment un fonctionnement optimisé de telles hausses fusibles et en particulier une régulation plus fine de la hauteur de basculement des hausses.

A cet effet, l'invention a pour objet une hausse fusible, pour ouvrage hydraulique tel que seuil en rivière, déversoir sur barrage ou sur une digue de protection, comprenant un élément massif disposé sur la crête de l'ouvrage et maintenu dessus par gravité formant paroi étanche ou sensiblement étanche à l'eau, installé sur ledit ouvrage hydraulique et pouvant s'effacer de manière à laisser passer l'eau sans obstruction lorsque le niveau du réservoir ou du cours d'eau atteint un niveau prédéfini, une chambre étant formée à la base de l'élément massif entre celui-ci et la surface qui le supporte, des moyens de mise en pression permettant le remplissage de la chambre avec de l'eau pour créer sous l'élément

massif une poussée dirigée de bas en haut quand l'eau du réservoir ou du cours d'eau atteint le niveau prédéfini, caractérisé en ce que ces moyens de mise en pression sont constitués d'une prise d'eau au niveau d'une structure d'alimentation pourvue de deux compartiments délimités par une paroi verticale intérieure, les deux compartiments étant en communication l'un avec l'autre par au moins un passage ménagé en partie haute de la prise d'eau, l'un des compartiments présentant une ou plusieurs ouvertures dans sa partie inférieure permettant l'entrée de l'eau du réservoir ou de la voie d'eau dans la prise d'eau tandis que l'autre compartiment communique avec la chambre sous l'élément massif.

Ainsi, de manière très avantageuse, l'entrée de l'eau dans les moyens de mise en pression s'effectue de manière régulière depuis la partie inférieure de la structure d'alimentation de sorte qu'on évite ainsi tous les risques d'obstruction de l'entrée des moyens de mise en pression par des débris flottant à la surface de l'eau puisque qu'on se trouve en dessous de ladite surface en cas de montée des eaux.

Par ailleurs, on limite également les risques de vandalisme tels que le vol de pièces sur de telles hausses puisque l'accès est limité.

Par conséquent, une hausse fusible selon la présente invention comprend des moyens mis en œuvre pour lutter contre le vandalisme et les agressions extérieures à ladite hausse.

De manière très avantageuse, on élimine les conséquences des imprécisions dues à l'effet des vagues puisque, lorsque celles-ci surviennent, elles n'ont plus aucune incidence sur la quantité d'eau entrant dans la structure d'alimentation ainsi formée. La précision associée à la hauteur d'eau amont provoquant le basculement des hausses est ainsi grandement améliorée.

La hausse fusible selon l'invention peut avoir ou non une crête rectiligne.

Selon une forme de réalisation préférée, la prise d'eau et donc la structure d'alimentation sont implantées sur la base de l'élément massif, au-dessus de la chambre de mise en pression, sensiblement sous la forme d'une colonne creuse.

Selon une autre forme de réalisation, ladite prise d'eau et la structure d'alimentation sont ménagées en dehors de l'élément massif.

5 Le passage entre les deux compartiments de la structure d'alimentation est ménagé entre la partie supérieure de la structure d'alimentation et l' extrémité supérieure de la paroi verticale intérieure.

Selon une première variante de réalisation, la structure d'alimentation selon l'invention 0 comporte un compartiment dit amont comportant à sa base une entrée d'eau face amont qui permet ainsi de récupérer une partie de l'énergie cinétique du courant.

Selon une seconde variante de réalisation, l'entrée de l'eau peut être ménagée sur une face latérale du compartiment amont de la structure d'alimentation de sorte que la prise d'eau 5 soit indépendante de la vitesse de l'écoulement.

Grâce à la structure d'alimentation décrite, il est possible de réaliser une régulation plus fine de la hauteur d'eau provoquant le basculement des hausses. En effet, au préalable, il était nécessaire de positionner le niveau des puits des hausses à des hauteurs étagées dont 0 l'écart était important de manière à compenser les imprécisions des hauteurs de basculement de hausses adjacentes. En particulier, il était nécessaire d'étager les niveaux de basculement de plusieurs hausses d'une hauteur correspondant au remplissage nominal requis pour provoquer la mise en pression de la hausse et ce, afin d'obtenir des basculements des hausses dans l'ordre souhaité et d'éviter les basculements simultanés.

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Le procédé décrit de structure d'alimentation permet de réduire la hauteur d'eau de remplissage nominal, et permet de réduire avantageusement la différence de hauteur de basculement entre les hausses. On obtient une régulation plus fine du niveau d'eau dans le réservoir ^' amont lors des épisodes de crue. On peut aussi retarder la bascule de la première

30. hausse car l'écart de niveau de basculement entre les structures d'alimentation est réduit.

Par ailleurs, dans certaines configurations, lors du basculement d'une hausse adjacente, le niveau d'eau sur le déversoir baisse à cause de l'augmentation des vitesses d'écoulement sur le seuil et il est alors difficile de réaliser un puits qui permette de mettre la chambre inférieure en pression pour des niveaux d'eau supérieurs dans le réservoir. Une configuration adéquate de la structure d'alimentation des hausses selon l'invention avec une admission d'eau en face frontale permet de générer une pression (H) résultant de la pression statique correspondant au niveau d'eau sur le déversoir (h) et de la pression cinétique correspondant à la vitesse de l'écoulement de l'eau sur le déversoir (v ² /2g). La pression résultante (H) correspond au niveau d'eau dans le réservoir (H=h+v ² /2g).

Ainsi, comme on l'a vu, l'eau entre par le bas du premier compartiment et monte dans la structure d'alimentation jusqu'à l'extrémité supérieure de la paroi verticale intérieure puis une fois un niveau prédéterminé atteint s'écoule dans le second compartiment et donc vers la chambre sous l'élément massif.

De préférence, l'extrémité supérieure de la paroi verticale intérieure est pourvue d'un labyrinthe pour augmenter le débit de passage d'eau.

On décrira maintenant l'invention plus en détail en référence au dessin dans lequel :

La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une hausse fusible selon l'invention ;

La figure 2 représente une vue en coupe selon la ligne AA de la hausse selon la figure 1 ;

La figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne BB de la hausse de la figure 2 ;

La figure 4 représente une vue en coupe de T extrémité de la paroi intérieure verticale du puits de la hausse selon l'invention ;

Les figures 5a et 5b représentent une solution proposée pour l'installation de la base d'une hausse dans le cas où la linéarité de la surface du socle ne peut pas être assurée avec des tolérances suffisamment fines ; et

La figure 6 représente une vue en perspective du dessus selon la figure 2 ;

Les figures 7a et 7b représentent respectivement des vues en perspective avant et arrière de hausse fusible selon l'invention à une crête rectiligne ;

Les figures 8 a et 8b représentent respectivement des vues en perspective avant de deux exemples de hausse fusible selon l'invention à une crête non rectiligne.

La hausse fusible selon l'invention est destinée à être positionnée sur la crête d'un ouvrage hydraulique tel que seuil en rivière, déversoir sur barrage ou sur une digue de protection.

Elle est constituée d'un élément massif 1 maintenu sur la crête par gravité et formant paroi étanche ou sensiblement étanche à l'eau. Cet élément massif 1 est installé sur l'ouvrage hydraulique de façon à pouvoir passer d'une première position dressée comme sur la figure

1 puis s'effacer pour laisser passer l'eau pratiquement sans obstruction lorsque le niveau du réservoir ou du cours d'eau atteint un niveau prédéfini.

Une chambre 2 est formée à la base de l'élément massif 1 entre celui-ci et la surface qui le supporte. Des moyens de mise en pression permettent le remplissage de la chambre 2 avec de l'eau pour créer sous l'élément massif 1 une poussée dirigée de bas en haut quand l'eau du réservoir ou du cours d'eau atteint le niveau prédéfini. La chambre 2 est en outre pourvue d'une purge 2a permettant de drainer de l'eau entrant dans la chambre alors que la hausse n'est pas dans des configurations nominales de basculement.

Les moyens de mise en pression sont constitués d'une structure d'alimentation 3 qui est pourvue de deux compartiments 3 a et 3b délimités par une paroi verticale intérieure 4. Ces deux compartiments 3a et 3b sont en communication l'un avec l'autre par un passage 5

ménagé entre la partie supérieure de la structure d'alimentation 3 et l'extrémité supérieure de la paroi verticale.intérieure 4.

De préférence, la structure d'alimentation 3 est de section sensiblement carrée ouverte en partie supérieure et fermée à l'aide d'une plaque 3c ce qui permet de conserver un accès à l'intérieur de la structure d'alimentation 3 notamment pour des opérations de maintenance.

L'un des compartiments 3 a présente une ou plusieurs ouvertures 6 dans, sa partie inférieure permettant l'entrée de l'eau du réservoir ou de la voie d'eau dans la structure d'alimentation 3 tandis que l'autre compartiment 3b est en communication avec la chambre 2 à la base de l' élément massif 1.

Cette entrée 6 de l'eau, dans la structure d'alimentation ainsi formée, permet donc un flux régulier de l'eau dans la structure d'alimentation et le phénomène des vagues ne peut plus créer de risque de surpression dans la chambre 2

De préférence à l'extrémité de la paroi intérieure verticale 4, on met en place un labyrinthe 7 permettant ainsi d'augmenter le débit d'eau dans la structure d'alimentation vers la chambre 2 comme on peut le voir à la figure 4. Ce labyrinthe 7 peut être constitué de plusieurs ondes.

Toujours dans un souci de protection contre le vandalisme et pour améliorer les performances, on propose également de mettre en place un joint d'un nouveau genre à la base de la hausse. En effet, lorsque la hausse repose sur son socle 8 à savoir la crête de l'ouvrage hydraulique, il est nécessaire de ménager une certaine étanchéité. Pour se faire, on met en place un joint entre le socle et la hausse, plus précisément sous la hausse appelée poutre 9. A cet effet, on ménage sur le socle 8 une rainure 10 dans laquelle on met en place un scellement secondaire tel qu'un coulis auto lissant 11 qui permet d'obtenir un excellent calage de la hausse et de réduire à une valeur proche de 0 l'espace entre la hausse 1 et son support 10. On réalise des bords biseautés 9a sur la poutre 9, puis sur la partie amont de la face inférieure de la poutre 9, on met en place une bande souple 12 qui en compression entre le scellement secondaire 11 et la poutre 9 assure une étanchéité suffisante.

Une hausse selon la présente invention présente donc des qualités améliorées tant du point de vue de la fiabilité que de la sécurité contre le vandalisme.

Dans la hausse fusible labyrinthe simple onde sécurisée selon la figure 8a, la paroi intérieure 40 de la structure d'alimentation définit deux compartiments 30a et 30b, le compartiment 30a dans lequel entre l'eau par l'entrée 60 entourant le compartiment 30b dans lequel tombe l'eau par dessus la paroi 40 par le passage 50, vers la chambre de mise sous pression.

La figure 8b montre un autre mode de réalisation d'une hausse fusible labyrinthe double onde sécurisée dans lequel la paroi 4 définit deux compartiments 3 a et 3b.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit mais englobe également les variantes des revendications dépendantes.