Le barrage hydroélectrique Oxec II contribue à dynamiser le Guatemala. Ce projet fournira la région de 56 MW d’hydroélectricité. Hooman Ghassemi, chef de projet chez Hatch mandaté pour ce barrage hydroélectrique, donne un aperçu du projet.
Le barrage hydroélectrique Oxec II, la naissance d’une idée
Énergie renouvelable au Guatemala
Pour répondre à sa demande énergétique croissante, le Guatemala a fixé des objectifs nationaux ambitieux en matière de production d’énergie renouvelable. Situé en Amérique centrale et abritant plus de 17 millions d’habitants, le paysage politique et environnemental du Guatemala pour les nouveaux développements hydroélectriques peut être considéré comme un défi assez important; un défi que la société d’ingénierie Hatch a accueilli à bras ouverts.
Un projet dans les papiers depuis 2014
En effet, ce qui a commencé comme une discussion avec les parties prenantes en 2014 deviendra plus tard l’engagement officiel de Hatch par Energy Resources Capital (ERC), le promoteur, et Solel Boneh Guatemala (SBG), l’entrepreneur général. Hatch sera chargé de la conception et de l’ingénierie détaillée du barrage hydroélectrique Oxec II. Ce projet a reçu le prix d’excellence 2019 de l’Association des sociétés d’ingénieurs-conseils du Canada (AICC). Ce projet fait partie des efforts du pays pour dynamiser la nation avec de l’énergie propre : l’hydroélectricité.
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Les chiffres parlent d’eux mêmes pour ce barrage hydroélectrique
Réalisé avec succès en moins de trois ans, en partie grâce à des approches de conception novatrices, le projet Oxec II est une centrale électrique à hauteur de chute relativement faible.
Une centrale hydroélectrique sur-mesure
Oxec II comporte un barrage hydroélectrique en béton et un déversoir de plus de 41 m de haut, dont la longueur totale de la crête dépasse 200 m. Quatre baies, équipées chacune d’une porte radiale de 12m sur 17m, composent l’évacuateur de crues. La centrale possède trois unités Kaplan à axe horizontal de type S avec une puissance installée de 56MW.
La conception par excellence du barrage hydroélectrique
Le succès du projet Oxec II reposait sur la constructibilité et l’économie de la conception. De fait, l’innovation était cruciale à chaque étape. Pour optimiser la conception, Hatch a proposé un agencement différent. Celui-ci permettrait de réduire les coûts de construction tout en améliorant la fiabilité.
Une nouvelle méthode de batardeaux
Cette nouvelle approche comprenait la révision du plan de dérivation, la conception du déversoir, l’optimisation des blocs d’admission et la méthodologie générale de construction. C’est pourquoi une dérivation en deux étapes utilisant des batardeaux cellulaires a été proposée pour le détournement temporaire de la rivière. Cette méthode de la dérivation originale en trois étapes utilisant des batardeaux en berge décrite dans la conception de base. Le batardeau – avec 29 cellules, près de 300m de long, et composé de 2000 tonnes d’acier et de plus de 50 000m3 de remblai – a été construit en moins de quatre mois.
Une approche qui répond aux problématiques
En fin de compte, l’approche de Hatch a répondu à la plupart des préoccupations provoquées par l’empreinte limitée disponible pour les ouvrages temporaires. De plus, les solutions proposées offrent des améliorations au calendrier de construction, à la sécurité et à la fiabilité des ouvrages de dérivation temporaires. Ensuite, le matériau de remplissage a été traité en vue de son enlèvement, en limitant la taille maximale de l’agrégat à une certaine taille. Ce résultat a été considéré comme une réalisation environnementale remarquable, tant pour le projet que pour la région.
Le premier batardeau du genre pour ce barrage hydroélectrique
Le batardeau cellulaire, une première au Guatemala, a fait preuve d’un haut niveau de fiabilité et de sécurité pendant son installation et sa vie en service. Il a offert un haut niveau de contrôle sur la libération des sédiments en fournissant un espace clos isolé du courant principal de la rivière.
Une conception de batardeaux de haute qualité pour l’alimentation des hydros turbines électrique
La conception du batardeau cellulaire de Hatch a été reconnue par le Consulting Engineers of Ontario (CEO) en 2017 avec un prix de mérite dans la catégorie Industrie, énergie et ressources. Puis est venue la conception du déversoir. La conception de base comprenait un bassin de tranquillisation pour la dissipation de l’énergie, qui était plutôt peu profond et long. Ce bassin avait un impact potentiellement préjudiciable sur la centrale électrique Oxec I située immédiatement en aval du site Oxec II.
Comment Hatch a surmonté le problème
Pour surmonter ce problème, Hatch a donc proposé un déversoir à godets à rouleaux submergé pour la dissipation de l’énergie. Il s’agissait d’un processus complexe nécessitant une analyse 3D des éléments finis. Ainsi, Hatch pouvait mieux déterminer le comportement structurel du déversoir soumis à la charge. Enfin, des études hydrotechniques supplémentaires ont été faites pour déterminer la profondeur admissible pour le godet à rouleaux. La performance hydraulique du déversoir sous la crue maximale de conception a également été vérifiée par un modèle CFD sophistiqué. Celui-ci a pris en compte les caractéristiques tridimensionnelles du lit et des berges de la rivière.
Un barrage hydroélectrique répondant au dérèglement climatique
Confronté à de nombreux obstacles liés au climat, notamment un sol instable, de fréquentes crues soudaines et une forte sismicité, le projet Oxec II a été mis à rude épreuve sur tous les fronts.
Limiter les risques d’inondations
Les risques supplémentaires associés aux inondations de grande ampleur et aux travaux dans l’eau ont été atténués par le batardeau cellulaire pour la dérivation des rivières. L’équipe de Hatch a fourni plusieurs détails de conception pour améliorer la constructibilité des structures permanentes, comme l’utilisation de portes radiales de 12 m de large par 17 m de haut.
Un élément critique du barrage hydroélectrique
La charge hydrostatique appliquée au tourillon de la porte dans des conditions de fonctionnement normales est égale à la poussée d’une fusée Falcon 9 au décollage. Cela fait de l’ancrage du tourillon l’un des éléments les plus critiques de la structure. Hatch a adopté une conception consistant en des groupes d’ancrages post-tensionnés, qui fournissent l’ancrage nécessaire dans le corps du barrage hydroélectrique plutôt que dans les piliers du déversoir.
Système de dérivation pour de ce barrage hydroélectrique
Une partie du système de déviation proposé par Hatch consistait en de très grands conduits laissés dans le corps principal du déversoir à l’aide de rondins d’arrêt en béton, qui devaient être fermés à la dernière étape de la construction.
Planification de la fermeture des conduits de dérivation
La planification de la fermeture devait tenir compte du poids des rondins d’arrêt immergés, des forces de traînée sur les rondins d’arrêt, de la capacité de la grue à placer les derniers rondins dans des conditions d’écoulement rapide et de la résistance de friction des rondins contre les guides. Pour cela, l’équipe a réalisé des calculs détaillés et des optimisations de la forme et du rapport d’aspect des rondins d’arrêt en béton. Ces calculs ont permis de mener une opération de fermeture sans incident.
Un projet mené avec brio
En fin de compte, le projet Oxec II a été mené à bien dans les délais et dans les limites du budget. L’optimisation de la conception de la structure du déversoir et le remplacement du bassin de tranquillisation par un seau à rouleaux immergé ont permis d’économiser environ 40 % du volume de béton du déversoir. L’optimisation du bloc d’admission a permis de réaliser des économies importantes grâce à la réduction des matériaux et à la simplification de la méthode de construction.
Quelle est la prochaine étape pour le Guatemala ?
La véritable histoire reste que la centrale Oxec II fournira au Guatemala 56 MW d’hydroélectricité pour la durée de son exploitation tout en offrant une certaine protection contre les inondations pendant la saison des pluies.
Hydroélectricité au Guatemala : comment ce barrage hydroélectrique prépare l’avenir?
Elle ouvrira également la voie à de futurs projets dans la région, avec des plans déjà en cours pour adapter une conception similaire à celle du batardeau aux développements futurs. Oxec II prépare également le terrain pour les opérations locales et les travaux de maintenance pour les années à venir. Le Guatemala est prêt à accueillir d’autres barrages hydroélectriques. De nombreuses caractéristiques du projet Oxec II sont uniques pour cette région et ont déjà servi de base à de futurs projets.
