La force hydraulique en quête de flexibilité

Créé en juillet 2021, l’Hydro Alps Lab rassemble 4 partenaires autour de la question hydroélectrique. L’enjeu est de taille : comment associer efficacement la force hydraulique, les nouvelles technologies digitales et les énergies renouvelables pour répondre aux enjeux énergétiques de demain.

Le développement nécessaire des énergies renouvelables revalorise depuis plusieurs années l’importance stratégique de la force hydraulique. Elle pourrait être amenée à jouer un rôle crucial dans les prochaines décennies et c’est la raison pour laquelle la HES-SO Valais-Wallis, en collaborations avec 3 autres partenaires – à savoir Alpiq, les Forces Motrices Valaisannes (FMV) et HYDRO Exploitation - a créé l’Hydro Alps Lab en juillet 2021. Ce laboratoire entend affiner les compétences de ses partenaires industriels afin que l’hydroélectricité évolue grâce aux outils du XXIe siècle et puisse répondre efficacement aux enjeux énergétiques du futur.

Pour Cécile Münch-Alligné, la responsable de ce nouveau laboratoire, la création de ce centre de recherche est une chance incroyable : « Autour de la table, nous avons deux propriétaires d’aménagements et un exploitant. Chacun présente des problématiques différentes, mais toutes sont cruciales. Pour une réponse efficace, nous devons analyser les besoins de chacun et prendre en compte tous les paramètres » assure-t-elle.

Il ne s’agit pas d’une mince affaire. Afin de pouvoir respecter l’objectif zéro émission nette d’ici 2050, une croissance d'environ 70 GWh par an en moyenne sera nécessaire pour la force hydraulique. C’est-à-dire augmenter le stockage, améliorer le rendement et sécuriser les infrastructures. Pour y parvenir, les différentes équipes de recherche vont s’intéresser à toutes les facettes de l’hydroélectricité, comme la flexibilité des aménagements, le monitoring des machines, le suivi des conduites forcées, l’étude des vannes ou les mesures de débits.

Monitoring des machines :

Changer une turbine est une opération coûteuse et chronophage. Il est donc important de savoir développer des méthodes innovantes pour allonger la durée de vie de celles-ci et prévoir le plus précisément possible lorsqu’il sera nécessaire de la remplacer.

Les turbines sont usées par les vibrations, l’érosion par les sédiments qui la traversent et surtout le phénomène de cavitation. Soumise à de fortes dépressions, l’eau peut se transformer en poches de vapeur qui implosent. Si le phénomène se produit à proximité d’une paroi, celle-ci peut progressivement s’endommager.

Pour étudier l’usure des turbines, une équipe développe une méthode de surveillance grâce à des micros ultra-sensibles et non intrusifs capables d’interpréter les bruits que produit l’eau turbinée. Il est ainsi possible de prévoir avec précision l’état d’une turbine sans avoir à la stopper.

Les conduites forcées :

Les conduites forcées et les puits blindés transfèrent l’eau du barrage jusqu’aux turbines de la centrale hydroélectrique. Leur bon fonctionnement et leur sécurité sont donc primordiaux pour assurer la production électrique. Les sollicitations mécaniques qu’ils subissent ont augmentées car l’exploitation de la force hydraulique a évolué depuis leurs mises en service dans les années 1950 à 1970. De nos jours, les machines hydrauliques ne sont plus seulement utilisées pour produire de l’énergie mais aussi pour équilibrer la puissance entre les consommateurs∙trices et les producteurs∙trices. Pour ce faire, les machines changent de régime, démarrent et s’arrêtent plus fréquemment ce qui pourrait causer une fatigue accélérée de l’acier constituant le blindage de ces conduites. Le HAL développe de nouvelles approches de suivi conditionnel basées sur des capteurs innovants et des jumeaux numériques permettant d’évaluer en temps réel les sollicitations sur ces organes critiques pour la production d’énergie électrique afin d’assurer leur pérennité et de limiter les coûts d’exploitation et les indisponibilités.

Les vannes papillons :

Elles permettent d’ouvrir ou fermer une conduite de manière automatique, notamment pour des raisons de maintenance et de sécurité. À l’instar d’autres organes mécaniques dans le milieu de la grande hydraulique, chaque vanne est conçue en fonction des caractéristiques spécifiques de l’aménagement hydro-électrique concerné, ce qui implique un grand savoir-faire. Elles doivent par exemple supporter des efforts faramineux. : une vanne de 2m de diamètre doit supporter une pression équivalente à celle de 15 camions de 40 tonnes qui y seraient suspendues.

Afin de dimensionner au mieux ces organes critiques, les équipes du HydroAlps Lab effectuent des simulations numériques ainsi que des mesures en laboratoire et sur site. Au travers de travaux de diplôme et autres projets d’étude, les étudiant∙e∙s sont plongé∙e∙s au cœur de ces problématiques. Ils∙elles développent ainsi des processus méthodologiques rigoureux d’analyse des caractéristiques techniques.

Hydro Alps Lab