HAUSSES AVEC CONTRE-HAUSSES INDÉPENDANTES
SYSTÈME CUVINOT
L’invention des barrages mobiles et leur extension depuis 1860, ont naturellement provoqué les recherches des ingénieurs, et il est utile de signaler quelques-uns des nouveaux systèmes qui ont été proposés.
Parmi ceux-ci, la disposition imaginée par M. l’ingénieur Cuvinot me paraît intéressante à connaître, et comme elle dérive du système Desfontaines, elle trouve naturellement ici sa place.
Après avoir étudié le système Desfontaines, M. Cuvinot s’est proposé de l’améliorer en s’imposant les conditions suivantes :
1° Diminuer dans une certaine mesure la longueur de la contre-hausse.
2° Diminuer les pertes de charge que subit l’eau motrice dans les conduites des tambours.
• 3° Assurer l’indépendance des hausses, de telle sorte que les hausses abattues pour le réglement de la retenue soient réparties à volonté sur la longueur du barrage, afin de diviser la cataracte.
4° Obtenir pour les hausses un état stable, c’est-à-dire tel que chacune d’elles ne puisse se dresser ou se coucher sans l’intervention de l’éelusier, quelles que soient les variations des niveaux d’amont et d’aval.
Je suppose qu’il s’agit d’une retenue de 3 mètres de chute.
La passe navigable est supposée munie d’engins mobiles d’un autre système quelconque, de hausses Chanoine par exemple, et voici comment l’inventeur propose de former le déversoir.
Le seuil fixe du déversoir est placé à 1 mètre sur l’étiage d’aval.
Dans le massif de maçonnerie sont ménagés trois grands vides ou conduits longitudinaux parallèles à l’axe du déversoir et présentant, à partir de l’amont, les dispositions suivantes : (PI. 38.)
Un premier conduit rectangulaire de 1 m. 25 c. de largeur et 1 m. 85 c. de profondeur.
Un second conduit de forme à peu près demi-circulaire, dont le fond est également
But du système.
Description du déversoir.
Fonctionnement des hausses.
à I m. 85 c. en contre-bas du seuil fixe et dont la largeur au niveau du radier est de 2 m. 92 c.
Enfin un troisième conduit analogue au premier.
Ces trois cavités sont séparées par deux plates-bandes de 0 m. 75 c. de largeur chacune.
Le conduit rectangulaire d’amont est en communication constante avec le bief supérieur. Celui d’aval est toujours en communication avec le bief inférieur. Ces deux aqueducs, fermés à leur partie supérieure, jouent un rôle analogue à celui des conduites d’amont et d’aval dans le système Desfontaines.
Le conduit demi- circulaire est divisé par des diaphragmes en compartiments de 1 m. 10 c. de longueur, complètement indépendants les uns des autres.
Deux diaphragmes consécutifs supportent en leur milieu l’axe de rotation d’une contrehausse qui se meut dans le tambour en décrivant un angle de 130°. Les deux bras de la 'contre -hausse après avoir embrassé l’essieu de rotation se prolongent au dessus de la plaque de recouvrement du tambour en s’inclinant de 20°. Ces prolongements forment deux béquilles munies à leurs extrémités de galets de roulement.
Les diaphragmes supportent aussi l’axe de rotation de la hausse. Cet axe est placé en àmont de celui de la contre-hausse, cà un niveau un peu plus élevé, de sorte que dans la position horizontale la hausse recouvre les béquilles et vient s’appuyer par son extrémité sur les galets de roulement.
Chaque compartiment du conduit circulaire communique avec le conduit d’amont par un orifice ménagé dans le mur de séparation et qui reste toujours ouvert.
Chaque compartiment du conduit circulaire est mis à volonté en communication avec le conduit d’aval, par un orifice percé dans le mur de séparation, mais que l’on ouvre ou que l’on ferme au moyen d’une valve, suivant les besoins du service.
On peut s’expliquer, dès à présent, le fonctionnement de l’appareil. Lorsque sous l’influence de la pression de l’eau, la contre-hausse tourne autour de son axe de rotation, les béquilles prennent la hausse à revers et lui font décrire un angle de 70°. Dans sa position finale, comme dans tout son mouvement, la hausse s’appuie sur les galets des béquilles.
Si le nouveau déversoir était réduit aux dispositions que je viens de décrire, sa manœuvre ne différerait pas de celle du déversoir Desfontaines.
11 reste à indiquer par quelle combinaison on peut assurer l’indépendance du mouvement des hausses.
Supposons que le barrage soit couché et imaginons que chacun des orifices percés sur le conduit d’aval soit fermé par une valve étanche. Quelle que soit la pression exercée sur la face d’amont de la contre-hausse, aucune d’elles ne bougera, car il existe un jeu de 0 m. 004 au pourtour de chacune, par conséquent l’égalité de pression existe sur les deux faces de chaque contre-hausse.
Dès qu’une valve sera ouverte, la contre-hausse du compartiment ainsi dégagé du côté d’aval se mettra en mouvement et redressera la hausse qu’elle commande. La valve une fois refermée, l’équilibre des pressions se rétablira immédiatement sur les deux faces de la contre-hausse, et la hausse poussant les galets par l’effet de la pression d’amont ramènera la contre-haussse à la position initiale en se couchant. Pour que ce mouvement d’abaisse-
COULIS DE NAVIGATION INTÉRIEURE
ment puisse avoir lieu, il faut que même quand la hausse est dressée, il subsiste une communication d’eau entre l’amont et l’aval de la contre-hausse. Ainsi, contrairement à ce qui se passe dans le système Desfontaines, la eontre-haysse dressée n’appuie pas d’une manière étanche sur son siège, mais seulement sur un certain nombre de points de manière à laisser des fuites au pourtour.
La manœuvre se réduira donc à celle des valves dont je viens de parler, et se produira facilement au moyen d’une barre à talons placée dans le conduit d’aval. En disposant convenablement les talons de cette barre, on abattra successivement toutes les hausses dans l’ordre que l’on aura choisi à l’avance.
Le relèvement se fera dans l’ordre inverse.
L’axe de rotation de chaque valve est armé d’un doigt saillant dont la direction est parallèle à ceLle de la valve, ce doigt poussé par le talon reste horizontal tant que le talon lui est superposé.
Lorsque le talon est ramené en arrière, par le mouvement de la barre, la valve redevenue libre est entraînée par le contre-poids qui lui est adapté à cet effet.
On a prévu le cas où ce contre-poids serait insuffisant pour vaincre l’adhérence de la garniture en caoutchouc et déterminer la rotation.
Un contre-doigt, fixé également sur l’axe de la valve et dans une direction normale au doigt, reçoit l’effort de la barre à talons par l’intermédiaire d’une saillie formant une sorte de contre-talon. Une fois le mouvement commencé, le contre-poids suffira toujours pour entraîner la valve, et le contre-doigt ne fera pas obstacle à l’avancement de la barre lorsqu’on fera la manœuvre d’abattage des hausses.
Cette description sommaire permet déjà de reconnaître qu’en plaçant les conduits d’amont et d’aval en dehors des tambours on a plus de facilité pour augmenter leur section ; condition importante à remplir pour éviter les pertes de charge.
On reconnaît ainsi que les dispositions relatives de la hausse et de la contre-hausse conduisent, comme première conséquence, à la possibilité d’une réduction de la longueur de cette dernière. En effet, pour un barrage construit dans les conditions de celui de Joinville, une retenue de 2 mètres nécessite l’adoption d’une contre-hausse descendant à 2 m. 50 c. en contre-bas du seuil fixe. Dans le système qui fait l’objet de ce chapitre, la contre-hausse décrivant un angle à peu près double de celui que décrit la hausse peut fournir le même travail moteur avec, une longueur moindre, la profondeur de l’encuvement se trouve ainsi diminuée de 0 m. 60 c. environ.
Le déversoir est compris entre deux piles ou culées dans l’intérieur desquelles pénètrent les deux conduits rectangulaires ; ils aboutissent à un aqueduc ménagé dans toute la longueur de chaque épaulement et perpendiculaire à la direction du barrage. Cet aqueduc reçoit trois vannes : la première, à partir de l’amont, est entre l’orifice de prise d’eau et l’origine du tube de relevage, elle n’est abaissée que rarement, soit pendant les crues à eaux troubles, soit pour les manœuvres de nettoyage dont il sera parlé ci-après. La seconde vanne se trouve entre les deux conduits, elle est fermée en temps ordinaire. Enfin, la troisième est placée en aval du conduit d’évacuation, elle reste constamment levée, sauf pour des manœuvres exceptionnelles.
ni. 41
Aqueducs d'alimentation et d’évacuation, et vannes d’isolement.
Passerelle à l’amont.
Étude des moments.
La règle est de laisser le conduit d’amont en communication constante avec le bief d’amont par les deux extrémités, et le conduit d’aval en communication avec le bief d’aval.
La seule manœuvre à faire pour régler la retenue consiste, ainsi que je l’ai dit, dans un déplacement de la barre à talons.
Si le conduit rectangulaire d’amont venait à s’envaser, on n’aurait qu’à fermer la vanne d’amont de l’une des piles et à ouvrir la vanne du milieu de la même pile. Un courant trèsrapide s’établirait dans le conduit et le nettoierait. Une manœuvre analogue assurerait la propreté du conduit d’aval. y
Les envasements, s’ils se produisaient, seraient d’ailleurs peu à craindre puisqu’ils seraient localisés dans deux conduits éloignés des tambours et ne pourraient avoir aucune influence fâcheuse sur la marche des contre-hausses, si ce n’est en diminuant un peu la section d’alimentation ou d’évacuation.
L’établissement d’un rang de fermettes portant une passerelle à l’amont des hausses est motivé par des raisons générales qui s’appliquent à tous les barrages à hausses; il importe d’offrir en effet à l’éclusier une circulation facile d’une rive à l’autre. Le rang de fermettes permet, en outre, soit d’établir un bàtardeau pour les réparations, soit de remplacer momentanément le barrage à hausses par un barrage à aiguilles, soit de modérer le courant au moyen d’un écran d’aiguilles placées au droit de hausses couchées, soit enfin de régler l’inclinaison déchaussés, ainsi que je l’ai expliqué en parlant du barrage de Joinville.
En résumé, quoique la passerelle d’amont ne soit indispensable ni pour le barrage Desfontaines, ni pour le barrage Cuvinot, je pense qu’on ne devrait pas hésiter à l’établir.
Ainsi que je l’ai expliqué précédemment, une hausse couchée correspond à une valve fermée et par conséquent son tambour ne perd pas d’eau. Une hausse dressée au contraire correspond à une valve ouverte et donne lieu à des fuites.
En d’autres termes, le conduit d’amont éprouve des pertes de charges au droit des hausses dressées.
Il en résulte que, dans ce système, il y a avantage à commencer le relèvement par la hausse la plus éloignée de l’embouchure de l’aqueduc alimentaire, puisque l’eau motrice y arrive sans perte de chute, et la dernière hausse à relever, celle qui offre le plus grand moment résistant, se trouvera la plus rapprochée de l’embouchure de cet aqueduc, c’est-à-dire en un point où la perte de charge est peu importante.
Si on effectuait le relèvement dans l’ordre contraire, c’est-à-clire si on relevait en dernier lieu la hausse la plus éloignée, l’aqueduc perdant sur tout son parcours, le moment moteur aurait sa valeur minimum pour relever la hausse dont le moment résistant est maximum.
Cela posé, l’épure des moments peut se faire exactement comme pour le système Desfontaines.
Il faut d’abord déterminer la courbe type :
x=-Lf /Ai
on sait que :
La section d’un conduit est
Son périmètre est :
Son diamètre réduit est donc : D = 4 — = 4 ■ = 1 m. 49 c.
Une contre-hausse a 1 m. 10 c. de largeur et 1 m.60 c. de longueur, par conséquent, en supposant que les fuites aient lieu sur tout son pourtour, la section de fuite pour une hausse dressée sera :
0,004X5,40 = 0mq021 6,
soit par mètre courant :
on a donc :
= 0mq02
La courbe type des pertes est donc x = 28,14 F tandis que pour le barrage de Joinville elle
est comme je l’ai montré précédemment x = 6,80F |-y- j, ainsi, grâce à la forte section des conduits,
la courbe type du nouveau système est beaucoup plus aplatie que celle du barrage de Joinville et les pertes de charge n’y ont que peu d'importance.
En se reportant’au tableau des valeurs de F données dans le chapitre précédent, page 313,
on voit qu’en prenant y0 pour unité et en faisant y = 1,05 on a : x = 28,14x1,267 = 36 m. 653, pour y = 1,10 on a : x = 28,14 X 1,603 = 45 m. 108 ; de sorte que les tangentes à cette courbe menées sur l’arc qui correspond à la longueur du déversoir sont presque horizontales.
On conclut Recette observation qu’il est inutile de faire l’épure des moments comme pour le Le problème est rabarrage de Joinville, et qu’il suffit de comparer le moment résistant de la dernière hausse relevée, mené à la compaau moment moteur dont la variation n’est pas sensible d’une hausse à une autre. raison des mo -
Mais dans le système de M. Cuvinot, le moment moteur varie pour une môme hausse avec derni£re P°hausse son inclinaison, ainsi que je vais l’expliquer ; le moment résistant varie également avec cette incli- seulement, naison, c’est donc pendant le mouvement de rotation de la dernière hausse qu’il faut comparer à chaque instant le moment moteur au moment résistant.
Pour mieux faire comprendre l’esprit du système de barrage dont je m’occupe en ce moment, je Moments moteurs, vais pour un instant supposer que les axes de rotation de la contre-hausse et de la hausse sont au même niveau, que leur écartement 00' est égal à la moitié de la longueur OA = l de la hausse et que la béquille O'B a aussi pour longueur 1 (Fig. 33). Ces hypothèses s’écartent un peu de la réalité puisque la hausse en se couchant horizontalement doit recouvrir la béquille. Le calcul des moments sera donc refait exactement un peu plus loin quand j’aurai mis en relief le principe du système.
OA et O'B représentent une position quelconque de la hausse et de la béquille, et il résulte
des hypothèses posées ci-dessus que : «étant l’angle de la hausse avec l’horizontale OO', l’angle de la contre-hausse avec cette même horizontale est 2«. Le lieu des points tels que B, suivant lesquels la hausse prend son point d’appui sur la béquille est la demi circonférence décrite sur OC = 1 comme diamètre ; enfin, la réaction normale BC de la hausse sur la contre-hausse passera constamment par l’extrémité C du diamètre, de sorte que le bras co . de levier O'B' de cette réaction sera moitié pour l’axe O' de ce
rlg. oô. 1
qu’il est pour l’axe 0.
Désignant par N la réaction dont il s’agit et par M' le moment de la pression de l'eau sur la contre-
hausse, si on suppose que celle-ci est en équilibre sous l’action du moment M' et de la réaction N, on aura :
ll' = Nx O'B'.
De même, si je désigne par M le moment que la réaction N transmet de la contre-hausse à la hausse, on aura :
M = N x OB
et comme OB = 20'B', on -en conclut que :
C’est-à-dire que la contre-hausse transmet à la hausse un moment double du sien, quel que soit l’angle «, et abstraction faite des résistances passives.
Telle est la propriété simple et remarquable du mécanisme défini ci-dessus, et qui sert de point de départ aux dispositions susceptibles d'être adoptées dans la pratique des barrages.
La conséquence de cette propriété est que dans ce système la contre-hausse peut avoir notablement moins de longueur que dans le système Desfontaines, ainsi que je l’ai déjà dit.
Je reprends maintenant le système avec les dispositions réalisables qui sont représentées sur la pl. 38, et je vais chercher quelle est la relation entre le moment M' de la contre-hausse et le moment M auquel il faut faire équilibre sur la hausse.
Je désigne par : (Fig. 34.)
a la différence de niveau des deux axes O et O' de la hausse et de la contre-hausse, b la distance horizontale de ces deux axes, r la longueur O'B de la béquille, a l’angle de la hausse OA avec l’horizon,
p l’angle de la béquille O'B avec l’horizon, correspondant à l’angle «,
N - la réaction de la hausse sur la béquille.
On a :
et par conséquent :
On a sur la figure O'B' = r cos (5 — «)
M = N x OB M' = Nx O'B'
OB
JL
et
d’où
OB = — r
BD r sin p — a
sin a
sin a
r sin /3 — a
M' r sin a cos (p — «)
On vérifie sur cette expression que pour a = 0 et M
p — 2« on a — = 2, ainsi qu’on l’a vu directement.
On a, entre « et p, la relation :
tanga
BD r sin p — a
OD r cos p + b
relation qui donne bien a = ~ p quand on fait a = 0 et r == b.
Etant donnée une valeur quelconque de «, les formules (1) et (2) feront connaître la relation qui correspond à cet angle.
En admettant les données numériques suivantes : a = 0 m. 15 c., b = 1 m. 01 c., r = 1 m. 08 c., qui sont représentées sur la pl. 38, on a les résultats ci-après :
Pour
Pour
-jjjr= 1.89,
Pour
Pour”
Il faut observer ici que la longueur r
qui représente la distance entre
contre-hausse et le point de contact du galet B de la béquille avec la hausse, n’est pas absolument constante, elle varie de quelques centimètres quand « varie de 0°à70°, mais ces variations n’affectent pas sensiblement les résultats et j’ai admis la valeur moyenne de r = 1,08.
Le moment moteur M' que la chute produit directement sur la contre-hausse, a pour expression :
En désignant par H la chute et par X la longueur de la contre-hausse. Pour > = 1 ,60 (Pl. 38) , on a :
On a donc tous les éléments nécessaires pour calculer le moment moteur M à chaque instant du relèvement.
Le calcul du moment résistant se fait en appliquant les formules déjà citées et qui sont développées, Moments résistants, soit dans la note annexe n° 2, soit dans le chapitre précédent.
Je suppose que toutes les hausses, moins une, sont relevées et font avec l’horizon un angle final qui, sur la planche 38, est de 70°.
Je vais examiner la variation du moment résistant de la dernière hausse pendant que son angle passe de « = 0° à « = 70°.
Je désigne toujours par H la chute de l’amont à l’aval et par h la hauteur de l’eau d’aval au dessus de l’axe de rotation de la hausse.
On sait que pour a — 0, le moment résistant a pour expression :
en faisant K = , •
A l’instant où le sommet de la hausse va émerger du niveau d’aval, c’est-à-dire pour sin a = — , 1 étant la longueur de la hausse, le moment résistant atteint son maximum et a pour expression :
Applications.
Enfin, quand l’angle « atteint 70°, et quand la hausse se trouve suivant l’alignement de la paroi formant barrage, la pression exercée n’est pas la pression dynamique complète, puisqu’il n’y a plus écoulement, mais elle doit encore être supérieure à la pression statique puisque l’eau du bief d’amont ne peut perdre sa vitesse presque instantanément.
La pression exercée sur la hausse doit donc être intermédiaire entre la pression statique et la pression dynamique ; mais pour conserver des conditions défavorables, je supposerai que cette dernière reste complète et on sait que son moment est :
I H2 75011 (-4- -y- 3 sin2 70°
Iih
Sin2 70°
Il serait facile d’exprimer le moment résistant pour d’autres valeurs de a, mais ces trois positions de la hausse suffiront pour la comparaison cherchée.
Je suppose que le cours d’eau a un mouillage minimum de 3 mètres correspondant à 2 mètres sur l’étiage.
Le seuil du déversoir et l’axe de rotation des hausses se trouvant à peu près à 1 mètre au dessus de l’étiage, le barrage devra commencer à être fermé quand l’eau naturelle sera à environ 1 mètre au dessus de cet axe de rotation.
J’ai expliqué que je n’avais besoin que de considérer le relèvement de la dernière hausse du déversoir. Or quand 1 instant de ce relèvement arrivera, l’eau aura un peu baissé à l’aval, mais je néglige cet abaissement et je suppose que la chute de l'amont à l’aval a atteint 0 m. 50 c. pendant la fermeture.
On aura H = 0,50 et h = 1. En outre, la hausse ayant 2 m. 10 c. de longueur, l’angle d’émergence correspondra à sin a = 9 ^ c'est-à-dire à peu près à« = 30°.
Introduisant ces valeurs dans les formules posées précédemment, on aura les résultats consignés dans le tableau suivant :
VALEURS
de x
VALEURS
de
VALEURS
du moment moteur
par mètre courant
VALEURS
du moment résistant
JVR
pnr mètre courant
M' = 640km
id.
id.
M = 1.97 X M' = l,261km
M = 1,89 x M' — l,210km
M = 1,64 X M' = l,050km
Ml = 500H3 = 62km
M = 750H : | IT2 + H h + h2) = 625km
Ml = 7 5 0H ü + h3) == 620km
\3 sin2 70° 1 sm3 /0° 1 /
On voit donc que, malgré l’admission de conditions défavorables, le relèvement* ne présentera pas de difficultés.
Supposons le barrage levé, la retenue complète et l’eau d’aval au niveau de l’axe de rotation des hausses, c’est-à-dire H = 2 m. 10 c. et h = 0, et examinons sbon peut relever une hausse abattue pour un motif quelconque.
Le tableau qui suit donne le résultat des calculs :
VALEURS
de a
VALEURS
de
