AU CŒUR DE LA MONTAGNE

La centrale de Nant de Drance est un concentré de haute technologie niché au cœur de la montagne. Ses six pompes-turbines de dernière génération permettront d'injecter ou d'absorber en quelques minutes une puissance de 900 MW. Cette très grande flexibilité fait de Nant de Drance un complément idéal aux nouvelles énergies qui produisent de l'électricité en fonction de la météo.

Fonctionnement

La centrale de pompage-turbinage de Nant de Drance utilise la différence de niveau entre deux lacs de retenue existants pour produire et stocker de l'énergie. Lorsque les besoins en électricité sont importants, l'eau stockée dans le lac du Vieux-Emosson chute vers la centrale souterraine via deux puits verticaux de 425 m de haut. Elle y est turbinée pour produire de l'électricité puis est déversée dans le lac d'Emosson. A l'inverse, lorsque les besoins en électricité sont moindres, l'eau du lac d'Emosson est pompée vers le lac du Vieux-Emosson. La centrale de Nant de Drance permet ainsi de stocker l'électricité lorsque celle-ci est excédentaire sur le réseau.

Le parcours de l'eau est le même lors des phases de pompage et de turbinage. Elle passe au travers des mêmes galeries, des mêmes puits et des mêmes groupes hydroélectriques. Les six turbines Francis installées dans la caverne des machines seront réversibles et pourront soit pomper, soit turbiner selon la phase du cycle.

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Les deux lacs de retenue

Emosson – Lac de retenue inférieur

Le lac de retenue d’Emosson, situé à 1930 mètres d’altitude, est alimenté par une partie des eaux du Massif du Mont-Blanc, captées  en Suisse et en France. Plus d'un million de mètres cubes de béton a été nécessaire pour construire cet imposant mur. Emosson est actuellement la deuxième plus grande retenue de Suisse derrière celle de Grande Dixence et le cinquième plus haut barrage du pays.

  • Année: 1974
  • Hauteur: 180 m
  • Type: voûte
  • Longueur du couronnement: 555 m
  • Capacité: 227 millions de m³
  • Surface: 327 ha
  • Longueur: 4 km
  • Zone de drainage: 34,91 km²
  • Exploitant: Electricité d'Emosson SA (Alpiq 50%, EDF 50%)
  • Site internet: www.emosson.ch

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Vieux-Emosson – Lac de retenue supérieur

Le barrage du Vieux-Emosson a été construit en 1955 par les CFF. Ses eaux sont actuellement recueillies dans le barrage d’Emosson. Dans le cadre du projet Nant de Drance, le mur du Vieux-Emosson sera rehaussé de 20 mètres, ce qui permettra de doubler la capacité du lac de retenue. La région du Vieux-Emosson est également célèbre pour ses traces de dinosaures.

  • Année: 1955
  • Hauteur finale: 76.5 m 
  • Type:  voûte 
  • Longueur du couronnement: 205 m
  • Capacité finale: 25 millions de m³
  • Surface: 55 ha
  • Longueur: 1,5 km
  • Zone de drainage: 4,6 km²
  • Exploitant: Nant de Drance SA

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Performances et rendement

Pompe-turbine du complexe Nant de Drance. L'installation étant réversible, cet élément fonctionne comme un turbine lorsque l'on produit de l'énergie électrique et comme une pompe lorsque l'on en consomme (remplissage du lac du Vieux-Emosson).

Pompe turbine

La  centrale de pompage-turbinage de Nant de Drance sera équipée de 6 pompes-turbines de type Francis de 150 MW chacune. Elles délivreront une puissance de pompage et de turbinage de 900 MW et produiront environ 2,5 milliards de kWh par an avec une fréquence de 50 Hz.

La centrale pourra passer du pompage à pleine puissance au turbinage à pleine puissance en moins de dix minutes. Cette très grande flexibilité qui permet de répondre rapidement à la demande en électricité ou au besoin de stockage est l'un des atouts majeurs du projet Nant de Drance.  

Les centrales de pompage-turbinage ne produisent pas d'électricité supplémentaire. Le courant utilisé pour les cycles de pompage est supérieur au courant produit lors du turbinage.

Mais grâce à l’utilisation de techniques ultramodernes, la centrale de pompage-turbinage de Nant de Drance offrira un rendement de plus de 80%. C'est à l'heure actuelle l'un des rendements existants les plus élevés pour le stockage d'électricité.

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Ligne 380 kV

Ligne haute tension

La mise en service de l'aménagement Nant de Drance nécessite le renforcement de la ligne à très haute tension entre Châtelard et la vallée du Rhône. Le projet consiste à remplacer l’un des deux ternes  de 220 kV existant par un terne de 380kV, ce qui nécessite la pose de nouveaux pylônes. La construction du tronçon entre Châtelard et La Bâtiaz a déjà débuté. La réalisation de ce projet, indispensable au fonctionnement de la centrale, est sous la responsabilité de Swissgrid, gestionnaire du réseau suisse à très haute tension. Pour plus d'informations sur la ligne à très haute tension entre Châtelard et Rosel: Swissgrid

Avec la mise en service de Nant de Drance, c’est une puissance de 900 MW supplémentaire qui sera injectée sur le réseau à très haute tension dans le canton du Valais à partir de 2019. L’extension du réseau THT, en particulier le tronçon Chamoson - Chippis, est donc indispensable pour transporter la totalité de la production électrique valaisanne, notamment durant les heures où la demande en électricité est forte. Swissgrid est responsable de mener à bien ce projet dans le cadre de sa mission qui consiste à garantir la sécurité, l’exploitation et le développement du réseau suisse à très haute tension. Pour plus d'informations sur la ligne à très haute tension entre Chamoson et Chippis: Swissgrid

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Le minage du bouchon de la galerie hydraulique inférieure: une course contre la montre

17.03.15, sécurisation de la galerie après percement

Le 19 mars 2015, les derniers blocs de rochers qui bouchaient encore la galerie hydraulique ont sauté. Une vanne obstrue désormais la voie d’accès; son assemblage a nécessité des travaux de chaudronnerie complexes.

Une étape importante pour le chantier a été franchie le 19 mars 2015. Ce jour-là, le dernier bouchon de la galerie hydraulique inférieure a été miné. Deux galeries parallèles ont en effet déjà été excavées, chacune étant destinée à alimenter trois des six turbines avec l’eau venant du lac d’Emosson. C’est pour cette raison qu’il s’agit de bétonner et d’installer une vanne obstruant le passage de l’eau, avant de pouvoir faire sauter les derniers bouchons. Sinon, «toute l’eau contenue dans le lac, soit quelque 200 millions de mètres cubes, se serait écoulée jusqu’à la plaine du Rhône», explique Gérard Seingre, le directeur général des travaux de Nant de Drance. Une portion de rocher, longue de 30 mètres, a donc été laissée sur place dans chacune des deux galeries.

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17.03.15, placement d’explosifs pour le percement de la
galerie

Une fenêtre de travail restreinte

Le minage d’un de ces bouchons, celui fermant la galerie hydraulique inférieure, vient d’être mené à bien, à l’issue d’une «véritable course contre la montre», dit Gérard Seingre. Le lac d’Emosson étant toujours en exploitation, le travail ne peut se faire que lorsque son niveau est bas, c’est-à-dire entre le 1er mars et le 20 mai. «A la fin de l’hiver, le lac est faiblement rempli et, à partir de la mi-mai, la fonte des neiges fait remonter son niveau », précise Gérard Seingre. « Si l’on ne profite pas de cette fenêtre de travail restreinte, les travaux doivent être reportés d’un an.»

Le marathon a commencé en mars 2014, avec l’installation, dans la caverne des vannes inférieures (dite «KSU»), du dispositif servant à obstruer la galerie. «C’est une double vanne de type wagon, qui ressemble à une guillotine», décrit le directeur des travaux. Cette «très grosse structure» est constituée de deux lames en acier «d’un mètre d’épaisseur et pesant plusieurs dizaines de tonnes» dont l’une (celle qui pourra être fermée lors de l’exploitation de la centrale), est lestée de béton. L’ensemble est placé dans un bâti qui mesure 42 mètres de long. 

L’assemblage de cette vanne, qui a été fait sur place par l’entreprise ERNE surfaces AG (sous-traitant de Andritz) a nécessité «un travail de chaudronnerie très complexe». Les soudures doivent en effet être soignées et, si l’une d’elles comporte des défauts, «il faut refaire». Ensuite, il a fallu bétonner le bâti de la vanne, en procédant par étape afin de laisser à chaque couche de béton le temps de légèrement refroidir avant de poser la suivante. Ces derniers travaux, comme tous ceux qui concernent le génie civil du chantier de Nant de Drance, ont été confié à GMI (Groupement Marti Implenia).

«Ce chantier nous a donné beaucoup de travail pendant toute l’année 2014, constate le directeur des travaux. Mais nous y sommes arrivés et, lorsque tout sera terminé, aux alentours du 15 au 20 mai, on pourra fermer la vanne». Il est en effet nécessaire de faire des injections d’étanchement «afin que l’eau du lac ne puisse pas passer par des fissures qui se trouveraient autour de la vanne.»

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17.03.15, travaux d’étanchéité sous Vieux-Emosson

Dix jours de minage

Une fois la vanne mise en place, le minage a pu commencer. Il a été fait à partir du fond du lac d’Emosson dont il a d’abord fallu déneiger la route d’accès. «Au commencement, on a eu de la chance car les conditions nous étaient favorables », se rappelle Gérard Seingre. « Mais, début mars, il y a eu une tempête de neige et il a fallu tout recommencer. Nous avons dû nous adapter à la météo et aux avalanches», ajoute, serein, le directeur des travaux qui est coutumier des aléas liés au travail en altitude.

Le minage, réalisé à l’explosif Tovex, a duré dix jours, à raison de trois mètres d’excavation par jour. «Le 18 mars, on a testé la vanne et le lendemain, on a fait sauter les derniers blocs de rochers du bouchon», constate avec satisfaction Gérard Seingre, heureux que le planning ait pu être respecté et la course contre la montre gagnée. 

Il reste maintenant à bétonner la portion de galerie ainsi libérée, travail qui est actuellement en cours. L’année prochaine, on remettra l’ouvrage sur le métier, afin de faire sauter le bouchon obstruant l’autre galerie hydraulique.

 

 

JBCOMM, avril 2015

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Les pièces maîtresses de la chaudronnerie

12.02.16, travaux de chaudronnerie en caverne

Fin août 2015, sur le chantier de Nant de Drance, les travaux de chaudronnerie progressent. A la satisfaction de Thierry Cousot, ingénieur, aucune difficulté technique n’est venue bousculer le calendrier établi. Seule la météo a parfois joué les trouble-fêtes.

En cet après-midi de fin août 2015, Thierry Cousot a le sourire. «Nous avons dû procéder à des ajustements pour maintenir un bon rythme, mais en gros, nous sommes dans les délais souhaités», confirme-t-il avec une pointe de soulagement. Pour l’ingénieur et son équipe, le défi à relever est à la dimension des pièces qu’ils doivent mettre en place sur le chantier de Nant de Drance: énorme. Au pied du puits, on trouve ainsi des tubes pouvant atteindre 7 mètres de diamètre. Une envergure qui laisse imaginer la manutention complexe nécessaire à leur installation dans les entrailles de la centrale de pompage-turbinage.

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Les caprices de la météo

«Nous sommes contents car jusqu’à présent nous n’avons pas rencontré de difficultés d’ordre purement technique», dit Thierry Cousot. Ce qui ne signifie pas pour autant que tout coule de source dans cet univers de la haute technologie hydroélectrique. «Il se passe rarement une semaine sans un imprévu», confirme l’ingénieur. 

L’un des derniers en date a eu lieu à la fin juillet. En raison d’un violent orage, de l’eau boueuse s’est infiltrée par l’une des prises d’eau, située au niveau du Vieux-Emosson. Elle a glissé le long du puits vertical. «Nous en avons reçu environ 70 cm dans la caverne de montage, ce qui a occasionné un arrêt complet des travaux de toute la zone.» Les postes à souder et les alimentations de  préchauffage des soudures ont été souillés. Des dégâts ont été constatés sur le dispositif de collecte des eaux d’infiltration des puits. 

Comme souvent dans pareille situation, l’événement s’est produit un vendredi en fin de journée. Ce mauvais timing n’a toutefois entraîné aucune conséquence fâcheuse supplémentaire. Les équipes sur le terrain ont très bien réagi. Elles ont aussitôt donné l’alerte permettant une intervention efficace. Dès le lundi, l’eau, la boue et les cailloux avaient pu être évacués. Quant au matériel abîmé – pris en charge par les assurances – il a été remis en état rapidement.

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12.02.16, élément du pied du puits

Deux secteurs délicats

La réussite de l’avancement des travaux dépend en priorité de la maîtrise de deux secteurs délicats: celui des vannes papillons, situées en amont derrière le lac du Vieux-Emosson, et celui des vannes wagons, situées en aval derrière le lac d’Emosson. Ces dernières ont d’ailleurs été sollicitées en urgence durant le printemps, lorsque la remontée subite du lac d’Emosson s’est produite. 

Les zones des vannes représentent un vrai challenge organisationnel au moment du remplissage des bassins, les fenêtres d’intervention étant extrêmement courtes. Concrètement, pour permettre le rehaussement du barrage du Vieux-Emosson, le lac en amont a été vidé. Il sera à nouveau rempli, en 2017, lors des essais des turbines.

Quant au lac d’Emosson, situé en aval, il est en exploitation. Ce printemps, il a été abaissé afin de percer le dernier bouchon rocheux d’une des deux adductions qui amèneront l’eau jusqu’aux turbines. Cette opération sera renouvelée en 2016 pour percer le second bouchon rocheux. Les secteurs des vannes papillons et wagons doivent donc être terminés à temps pour que le remplissage des lacs puisse se dérouler normalement.

Or, à mi-septembre, les équipes de chaudronnerie entrevoient des difficultés avec le montage des vannes situées derrière le lac du Vieux-Emosson. «Il y a un risque de dérive de un à deux mois, explique Thierry Cousot. Cela n’aura pas ou peu d’influence sur le planning général, mais pourrait en avoir sur le remplissage de la retenue du Vieux-Emosson. Les essais de la première machine risqueraient d’être perturbés et devraient être adaptés à cette situation.»

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12.02.16, travaux sur les conduites du puits vertical

Alternance des travaux

Autre casse-tête à régler: l’alternance des travaux de chaudronnerie et de génie civil, les pièces métalliques étant bloquées en partie dans le béton. Le blindage de la structure extérieure des vannes aval du second tube a été terminé à la fin août 2015 ; le témoin a ensuite été passé aux équipes du béton. Elles se sont affairées durant 5 mois. Les vannes proprement dites seront mises en place dans le courant du mois de mars 2016. 

Le montage des conduites constitue une autre source de satisfaction. Il progresse. Le premier coude au pied du puits est terminé, le second est en cours. La première bifurcation en amont a commencé. Et à l’aval, côté basse pression, une bifurcation est achevée et une autre est en cours de montage. Actuellement, près de la moitié des travaux de blindage a été réalisée. Quant aux grilles des prises d’eau, elles seront installées au printemps 2016 au Vieux-Emosson. Mentionnons encore la pose des 6 tuyaux d’aspiration des turbines, terminée depuis février 2015. Au programme pour 2016 figure l’implantation des bâches spirales au-dessus des tuyaux d’aspiration, ainsi que le blindage de fermeture du pied des 2 puits verticaux. 

 

 

JBCOMM, octobre 2015

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Alimenter le chantier en électricité

Intense activité dans la caverne principale

On l’oublie trop souvent: sur le chantier de Nant de Drance, rien ne pourrait se faire sans courant. Pour le maître d’ouvrage, l’installation et la maintenance de l’alimentation électrique des galeries souterraines et des différents bâtiments de Châtelard représentent un véritable défi.

Lorsqu’on évoque le chantier de Nant de Drance, on pense aussitôt aux travaux d’excavation et aux nombreuses machines qui rongent la roche. On oublie en revanche la place importante que prend l’alimentation électrique dans les travaux. Ces équipements sont pourtant indispensables. «Quand on construit une maison, la première chose que l’on installe, c’est un coffret électrique, dit Florian Brantschen,  responsable électrotechnique de Nant de Drance SA, car le premier corps de métier qui viendra travailler aura besoin de courant.»

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Déchargement et basculement d’une pièce de l’aspirateur d’une pompe-turbine

Eclairer, chauffer, ventiler et faire tourner les machines

Du courant, la construction de la future station de pompage-turbinage de Nant de Drance en consomme beaucoup. Sur le chantier principal, il sert à  faire tourner les engins, ainsi qu’à assurer la ventilation et l’éclairage des galeries et des cavernes. Il alimente aussi l’usine de Trient (qui valorise une grande partie des matériaux d’excavation qui servent à fabriquer du béton) et les travaux de surélévation du barrage du Vieux-Emosson.

A Châtelard, il faut aussi éclairer et chauffer les bureaux de la direction de Nant de Drance et ceux de l’entreprise de génie civil GMI (Groupe Marti Implenia). Sans oublier les bâtiments abritant la cantine et les logements des ouvriers. «Cela représente un village de 400 habitants et, en hiver, tous les radiateurs fonctionnent passablement», constate Stéphane Claivaz, coordinateur d’exploitation de Nant de Drance.

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Containers superposés servant à l’hébergement des ouvriers

L’équivalent de la consommation de près de 4000 habitants

La consommation totale varie d’année en année, en fonction des travaux effectués, mais elle reste importante. «En 2012, elle a été de 16 GWh (Gigawattheures)», selon Florian Brantschen, soit l’équivalent de la consommation électrique des quatre communes de la vallée du Trient (Vernayaz, Salvan, Finhaut et Trient) qui regroupent 3 800 habitants.

Ce courant, distribué par le Service Electrique Intercommunal (SEIC) basé à Vernayaz, provient du réseau domestique et industriel «normal» qui n’avait pas été dimensionné pour alimenter un tel chantier. «Avant le démarrage du projet, le maître d’ouvrage a donc dû financer le renforcement du réseau de la vallée du Trient», précise le coordinateur d’exploitation. Il fallait en effet s’assurer que le chantier ne manquerait pas d’électricité et que les habitants de Finhaut et des communes avoisinantes ne seraient pas plongés dans le noir.

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Des kilomètres de câbles

Il a d’abord fallu amener l’électricité à différentes entrées du chantier. Puis, à mesure que l’excavation avançait, l’acheminer à l’intérieur des galeries. Donc, poser des kilomètres de câbles, mais  aussi mettre en place les transformateurs, les boites de dérivation et autres équipements permettant de conduire le courant jusqu’aux utilisateurs.

En outre, à l’extérieur, les lignes électriques alimentant le chantier étaient aériennes sur certains tronçons, à l’époque. «En hiver, il suffisait de la chute d’une branche de sapin pour arrêter tous les travaux.»

Malgré quelques incidents de parcours, tout s’est globalement bien passé et, jusqu’ici, «il n’y a pas eu de panne importante», conclut Florian Brantschen.

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Phase de transition

Les responsables de l’alimentation électrique et leurs collègues chargés de la logistique devront faire face à une importante étape de transition. Le réseau électrique intérieur qui avait été mis en place par l’entreprise de génie civil GMI pour les travaux d’excavation doit être en grande partie remplacé pour répondre aux besoins des fournisseurs d’équipements électromécaniques (turbines etc.) qui ont pris le relai. 

Il faut aussi déjà songer à l’installation du réseau définitif qui servira à alimenter la future station de pompage-turbinage et «qui sera mise en service en 2016 ou 2017». Pour l’installer, «il faudra changer pratiquement tous les équipements électriques». Notamment les câbles qui seront remplacés par d’autres, « plus légers, mais qui seront protégés par des tuyaux placés dans le béton». C’est dire que, pour Stéphane Claivaz et Florian Brantschen, la tâche est encore loin d’être achevée.

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L’excavation des puits: une opération complexe

La chute d’un objet peut être mortelle pour les ouvriers qui travaillent au-dessous.

Deux puits verticaux achemineront l’eau des lacs jusqu’aux turbines. Pour les construire, il a fallu creuser la roche sur 425 mètres de hauteur. La tâche était délicate et elle est réussie.

Les puits sont des structures cruciales pour la station de pompage-turbinage de Nant de Drance. C’est en effet dans ces deux cheminées verticales que l’eau du lac du Vieux-Emosson chutera dans les turbines qu’elle fera tourner, avant de s’écouler vers le lac inférieur d’Emosson. C’est aussi à travers ces structures que l’eau prendra le chemin inverse, après avoir été pompée. La construction de ces puits de 425 mètres de haut et de 7 mètres de diamètre représente toutefois un sacré défi. «Ce n’est pas un travail courant», remarque Gérard Seingre, le directeur général des travaux.

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Vue verticale d’un des deux puits. C’est dans ces conduits d’une longueur de 400 mètres et d’un diamètre de 8 mètres que l’eau chutera ou sera pompée.

Un forage en trois étapes

La première difficulté réside dans le fait que ces structures sont verticales. Il faut être «extrêmement prudent, car la chute d’un objet peut être mortelle pour les ouvriers qui se trouvent dessous». En outre, si l’on creuse du haut vers le bas, il faut alors «dépenser une énorme énergie pour remonter les matériaux excavés».

C’est pour cette raison que le maître d’ouvrage a choisi d’utiliser la technique de forage nommée «raise-drill» («forage remontant»). L’excavation se fait en trois étapes qui permettent d’élargir progressivement la cheminée. 

La première phase consiste à forer un trou de 30 centimètres de diamètre. La méthode est la même que celle employée pour faire des forages pétroliers, à cette différence près que les tiges employées pour creuser doivent rester parfaitement verticales, ce qui nécessite une grande précision. L’objectif a été atteint puisque la déviation finale n’a été que de 20 centimètres sur 400 mètres, soit une précision de 0,5 sur 1000 (0.5 pour mille). 

Ce premier trou est ensuite élargi à l'aide d'une tête de forage de 2,5 mètres de diamètres entrainée du bas vers le haut. Les matériaux d'excavation tombent ainsi au fond du puits.

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Il faut bétonner la structure sans jamais s’arrêter, pour éviter la formation de joints qui deviendraient des points faibles.

Pas d’arrêt pour le bétonnage

Vient ensuite la troisième étape, l’élargissement à l’explosif jusqu’à atteindre le diamètre final de 7 mètres. «Les mineurs forent 5 mètres par jour. Ils travaillent à l’aide d’une plateforme qui porte les équipements nécessaires et la principale difficulté pour eux, c’est qu’ils ne doivent pas tomber dans le trou.» Au fur et à mesure de l’avancement des travaux, les ouvriers ramassent à la pelle mécanique les graviers puis les blocs de roches tombés au fond du puits.

Il ne reste alors plus qu’à bétonner la structure. Sans jamais s’arrêter car sinon, il se forme dans le béton des joints qui sont autant de points de faiblesse. «Les ouvriers ont travaillé pendant trois mois, 24 heures sur 24 et nous avons réussi l’exploit de bétonner les 425 mètres du puits sans avoir aucun arrêt.» Dernière finition: on injecte un mélange de ciment et d’eau entre la roche et le béton afin que ce dernier soit bien collé à la paroi.

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La radioactivité naturelle freine les travaux

La construction du premier puits est maintenant achevée et «globalement, elle s’est bien déroulée», se félicite le directeur général des travaux. « Une petite portion du rocher s’est cependant révélée radioactive. J’ai immédiatement ordonné l’arrêt des travaux et contacté la SUVA (la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents)», se rappelle Gérard Seingre. «Pour éviter les opérations manuelles, nous avons décidé de projeter sur la roche une couche de 7 à 8 centimètres de béton renfermant des fibres métalliques à la place du treillis. Cela a permis de réduire la radioactivité à des niveaux parfaitement acceptables.» 

Un dernier écueil doit encore être surmonté avant que les chaudronniers arrivent sur place pour installer des coudes en acier en amont et à l’aval du puits: de l’eau s’infiltre à travers les fissures du béton et tombe dans le puits. «On est en train de monter une tente pour protéger les ouvriers et permettre le soudage» explique Gérard Seingre. Une fois la centrale en exploitation, cette fine pluie ne posera plus problème puisque ce seront des trombes d’eau qui dévaleront dans les puits.

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