SYSTÈME GIRARD
J’ai expliqué au chapitre VII que les hausses Thénard, ayant leur axe de rotation sur le radier, présentent une trop grande résistance au relèvement pour être appliquées à des grandes retenues en n’employant que les mécanismes ordinaires des barrages mobiles.
M. Girard, ingénieur civil, mort en 1871, a trouvé moyen de manœuvrer facilement ces hausses en actionnant chacune d’elles au moyen d’une presse hydraulique, qu’un robinet met à volonté en communication avec un accumulateur établi sur la rive.
Telle est l’idée générale du système., dont une décision ministérielle du 23 juin 1870 a autorisé l’essai sur l’Yonne, au déversoir du barrage de l’ile Brûlée, située à 1,800 mètres en aval d’Auxerre, et ayant une chute normale de 1 m. 85 c.
Voici d’abord la description des engins mobiles d’un projet de grand barrage proposé par M. Girard. (PI. 37.)
Chaque hausse est composée de trois fers en J reliés à leur partie inférieure à un essieu formant charnière sur toute sa longueur. Cet essieu tourne dans une gorge en fonte scellée sur le radier.
Les fers en I sont recouverts sur leurs faces d’aval par une feuille de tôle qui les relie entre eux et sur leur face d’amont par des madriers de chêne.
Une hausse a 3 m. 50 c. de longueur, mesurée suivant un plan normal à l’axe de rotation, et à partir de cet axe. Sa projection verticale quand elle est dressée est de 3 m. 20 c., sa largeur horizontale est de 4 mètres.
Une hausse dressée présente un fruit de 0 m. 40 c. par mètre. L’intervalle entre deux hausses consécutives est de 0 m. 045.
En aval de chaque hausse un cylindre en fonte est scellé sur le radier suivant une inclinaison d’environ 10°; ce cylindre, désigné par M. Girard sous le nom de corps de presse, reçoit un piston de 0 m. 30 c. de diamètre, dont la tète portant une traverse en fonte est assujétie à glisser dans trois guides en fonte destinés à assurer son mouvement rectiligne. Ces guides sont scellés sur le radier parallèlement au prolongement de Taxe du corps de presse.
Sur la traverse de tête du piston sont ajustées trois bielles qui remplissent le rôle de l’arc-boutant, par rapport à la hausse ; chacune de ces bielles vient se rattacher par une fourche à l’un des fers en X de la hausse et au milieu de sa hauteur.
Chaque corps de presse reçoit à son extrémité inférieure un tube en fer étiré de 0 m. 025 de.. diamètre intérieur, dont l’autre extrémité débouche dans l’accumulateur.
Un robinet à trois' eaux placé près de ce dernier permet, soit d’introduire l’eau de l’accumulateur dans le corps de presse, soit d’évacuer l’eau du corps de presse, soit d’établir une communication directe entre le corps de presse et la pompe qui dessert l’accumulateur.
Chaque hausse ayant son corps de presse, son tube alimentaire et son robinet, peut être actionnée isolément ou en même temps que les autres, à volonté.
L’eau motrice est puisée, soit dans le bief d’amont, soit dans une bâche au moyen d’une pompe à double effet, mise en mouvement par une turbine qui reçoit l’impulsion de la chute du barrage.
La turbine, la bâche, la pompe de refoulement et l’accumulateur sont installés dans un petit bâtiment construit sur une culée du déversoir.
L’emploi d’une turbine suppose l’existence. d’une chute.
Au barrage de l’île Brûlée comme on ne ferme le déversoir qu’après avoir relevé la passe navigable-, qui est munie de hausses Chanoine, la réduction de section qui résulte de cette fermeture produit nécessairement une dénivellation de l’amont à l’aval.
Il faut seulement que cette dénivellation soit suffisante pour que la turbine puisse produire le travail voulu; je reviendrai tout à l’heure sur ce point.
Dans le cas où il n’y aurait pas de chute, si, par exemple, tout le barrage était muni de hausses Girard et si le seuil n’était pas surélevé, il faudrait recourir à une machine à vapeur pour faire mouvoir la pompe alimentaire. Telle était la première idée de M. Girard, mais ayant reconnu qu’en ce qui concerne le barrage de l’ile Brûlée la fermeture préalable de la passe aurait pour conséquence une chute d’au moins 0 m. 40 c., la turbine a été calculée de manière à produire avec cette chute le travail moteur nécessaire au relèvement, et l’idée de la machine à vapeur a été abandonnée pour cette première application.
Comme la pompe peut agir directement sur les tubes des presses hydrauliques, l’accumulateur n’est pas indispensable, mais il est utile en ce qu’il sert de régulateur au travail de la pompe et aussi en ce qu’il permet une manœuvre plus prompte, puisqu’on peut avoir de 1a. pression en réserve avant même de commencer la fermeture de la passe.
Cette description suffit pour faire comprendre la manœuvre d’ouverture ou de fermeture du déversoir, manœuvre qui se réduit à tourner d’une certaine quantité chacun des robinets des tubes alimentaires.
Une hausse quelconque peut être arrêtée à un moment quelconque de son mouvement de relèvement ou d’abaissement, par une simple manœuvre du robinet correspondant.
J’ai déjà fait ressortir les avantages qui en résultent, soit pour modérer la force d’affouillement de la cataracte, soit pour offrir à une petite crue précisément le débouché qui lui convient, sans faire varier sensiblement le niveau d’amont.
Il est important que le piston de chaque presse ne puisse jamais prendre une trop grande
vitesse, même quand il y a un fort excédant de puissance. On obtient ce résultat en donnant au robinet une section d’orifice telle que l’eau en le traversant perde une partie de sa force vive.
Je suppose, par exemple, que le piston ait une vitesse de 0 m. 10 c. par seconde, vitesse qui ne peut produire de choc fâcheux au moment de l’arrêt. Je suppose en outre que la pression dans l’accumulateur soit de vingt atmosphères. La vitesse de sortie de l’eau sera
de \J 2g x 20 x 10,33 = 63 m. 66 c., il suffira donc que la section du piston soit avec la
section d’orifice du robinet dans -le rapport de (j qp— 636, pour que la vitesse du piston ne soit que de‘0 m. 10 c.
Avec cette vitesse la course du piston étant de 1 m. 50 c., l’abaissement où le relèvement de tout le déversoir aura lieu en 15", et en tenant compte des pertes de charge on peut encore assurer que chaque manœuvre complète aura lieu en moins d’une minute, quelle que soit la largeur barrée.
Les robinets pourraient facilement être mis en mouvement par un flotteur, et par conséquent le barrage peut àvolonté être passif ou être automobile.
Le système qui vient d’être décrit, présente plusieurs propriétés remarquables, savoir :
Manœuvres rapides, faciles et sans choc.
Pertes très-réduites par les entredeux peu nombreux des hausses.
Possibilité d’application à de grandes hauteurs et à de grandes longueurs.
Mais il présente aussi des inconvénients :
La principale objection contre ce système résulte de l’effet de la gelée sur les tubes alimentaires et sur les corps de presse.
Si, pour éviter ces effets, on place ces organes à une profondeur notable sous l’étiage on rend les réparations très-difficiles. Or, la moindre fuite dans ces appareils soumis d’une manière presque continue à de fortes charges arrête leur fonctionnement.
M. Girard avait proposé de remplir les tubes et les corps de presse avec de l’eau alcoolisée, ne se congélant qu’à une très-basse température ; cette eau aurait été recueillie dans un puisard à sa sortie des tubes pendant les manœuvres d’abaissement, puis reprise dans ce puisard pour être refoulée par la pompeMans l’accumulateur, mais cet expédient n’a pas paru pratique et on s’est contenté, au déversoir de l’île Brûlée, de placer les tubes de communication à 1 m. 50 c. sous les plus basses eaux, après avoir soumis tous les appareils à une pression d’épreuve d’au moins 30 atmosphères.
Les tubes sont placés dans un conduit en maçonnerie ménagé dans le radier et recouvert d’une plaque de fonte.
Pour réparer sous charge une hausse qui ne fonctionnerait plus, on peut imaginer qu’on place devant cette hausse un écran prenant ses points d’appui sur les voisines ; celle à réparer se trouve ainsi soulagée et peut être enlevée ; mais le déboulonnement sous l’eau, puis la remise en place du corps de presse et de son tube sont des opérations assez délicates et qui ne sont admissibles que très-exceptionnellement. L’usage apprendra s’il y a là une difficulté trop grande dans la pratique.
On reproche aussi au système la rigidité absolue de chaque hausse. Si un corps flottant
Avantages ou inconvénients du système.
vient la heurter elle ne cède pas, et le corps flottant produit des réactions très-violentes sur les attaches et sur les organes ; à la vérité, il en est de même des barrages à aiguilles.
J’ai vu, au contraire, un train de bois arriver en dérive sur la passe navigable d’Évry et la franchir en faisant basculer les hausses sans aucune avarie.
On peut encore craindre que les sables, en s’interposant entre les glissières et l’armature de la tête de chaque piston, n’en rendent les frottements trop durs et ne produisent une prompte usure des surfaces frottantes.
Enfin, au début du relèvement, la bielle fait un angle très-aigu avec la hausse, il en résulte d’abord que la composante normale, qui seule donne un travail utile, n’est qu’une faible fraction de la pression exercée sur le piston. Il en résulte encore que la composante suivant la hausse est considérable et produit sur l’essieu et sur ses colliers une compression et des frottements dont il faut tenir compte.
Si on désigne par n le nombre d’atmosphères dans l’accumulateur, lapression transmise à un piston sera :
P = 1,000 ^j-x 10,33 x n = 81 13,18 xnd2,
d représentant le diamètre du piston.
L’axe de la bielle que je suppose unique et attachée au centre de figure de la hausse, fait horizontale un angle variable a avec le prolongement de l’axe du piston. Si
je désigne par B la force transmise suivant l’axe de la bielle et par F le frottement exercé sur la glissière dans le plan de l’axe du piston, on aura entre les trois forces P, B, F, les deux relations : (Fig. 35.)
P — F + B cos
F = fB sin a
d’où on tire : . R = — ^ - .
I sra a -f- cos «
La force transmise à la bielle variera donc 'avec l’angle a, c’est-à-dire à chaque instant du relèvement de la hausse.
L’expérience fait connaître que la pression P atteint son maximum au moment où la crête de la hausse va émerger du niveau d’aval, le calcul confirme ce fait, puisque c’est à l’instant de l’émergeance que les moments résistants dûs à la chute et au courant atteignent leur maximum. C’est donc seulement dans cette position déterminée de la hausse qu’il est utile de faire la comparaison des moments moteurs-el des moments résistants.
Il en résulte que l’élévation du niveau d'aval a, comme on devait s’y attendre, une influence considérable sur ces moments.
Je désigne comme précédemment par h la hauteur du niveau d’aval au dessus de l’axe de rotation de la hausse. Au moment de l’émergeance elle fera avec l'horizon un angle donné par l’équation : (Fig. 36.)
• û h sin p = — - .
Calcul des moments moteurs.
X étant. la longueur de la hausse dans un plan normal à l’axe de rotation et à partir de cet axe.
On trace sur une épure l’axe de la hausse suivant son inclinaison ; on trace également la position de la bielle correspondant à cette position de la hausse, et on mesure sur l’épure l’angle a de la bielle et du piston et l’angle y de la bielle et de la hausse.
Or, la force B suivant l’axe de la bielle produit une composante B sin y, normale à la hausse, cette composante est la force motrice, et le moment moteur que je désigne par Mra est :
B sin y X ^
ou
P> sin 7 f sin « + cos «
On a d’ailleurs P = 81 13,1 8x nd2. On a donc tous les éléments nécessaires pour cal-
Quant au coefficient f on doit lui attribuer une valeur un peu élevée à cause des sables et de la vase qui peuvent se trouver sur les glissières, on peut admettre, je pense, f = 0,40.
Dans ce calcul, je n’ai pas tenu compte du poids du piston ni de son frottement dans le corps de presse ; enfin, je suppose que la vitesse est assez faible pour que la perte de charge dans le lube alimentaire puisse être négligée.
Calcul des Je suppose que les hausses du perluis sont relevées successivement et j’examine les moments moments résistants, résistants de la dernière. (Fig. 36.)
J’ai déjà expliqué, en parlant des hausses Desfontaines, que quand même les niveaux d’amont et d’aval ne varieraient pas pendant la fermeture, le moment résistant est plus grand pour la dernière hausse parce que la chute se présente sous forme de cataracte et non plus sous forme de plan incliné. J’ai expliqué aussi qu’à l’instant où la hausse émerge par sa volée, le moment résistant par mètre courant a pour expression, en admettant le mode de calcul exposé dans la note annexe nu 2 :
culer le moment moteur en fonction de n.
