Solution ingénieuse pour la modernisation d’un barrage hydraulique au Mexique
Les ingénieurs de Bosch Rexroth ont remplacé les entraînements électromécaniques usés des portes à segments sur le barrage de retenue de Malpaso au Mexique. La solution hydraulique servira de modèle lors des prochaines modernisations de barrages.
Nous sommes au sud du Mexique. Sur le barrage du lac de retenue Nezahualcóyotl, une grue déplace une plaque métallique géante suspendue à un crochet. Le grutier l’abaisse avec précaution devant l’une des portes à segments du barrage. Les masses d’eau renvoient la plaque contre la paroi de béton au fur et à mesure qu’elle s’abaisse et obture le passage. Puis la porte à segments s’ouvre et l’eau entre elle et la plaque métallique se déverse.
La voie est libre pour les spécialistes de Bosch Rexroth : la porte à segments qui empêche normalement le barrage de déborder est hors d’eau.
C’est fascinant. La plaque, ou porte, est maintenue fermée sous la pression de l’eau du lac de retenue.
La mission des ingénieurs consiste à moderniser les anciens entraînements sur toutes les portes à secteur du barrage.
La transmission par chaînes hydraulique sera peut-être la prochaine solution standard pour la modernisation des barrages. Manuel Schuhmann, Martin Gómez et Abraham Huerta (en partant de la g.) photographiés devant les portes modernisées.
Innovation hydraulique prudente
Le barrage construit entre 1958 et 1966 mesure 138 mètres de haut. Il retient un lac artificiel de plus de dix millions de mètres cubes d’eau pour un plan d’eau de près de 110 kilomètres carrés. L’ouvrage sert à protéger la plaine de l’état de Tabasco contre les inondations annuelles et à produire de l’hydroélectricité au moyen de six turbines Francis pour alimenter la région en énergie propre. L’exploitant du barrage est la Comisión Federal de Electricidad (CFE), organisme d’état qui investit régulièrement dans la sécurité et la disponibilité de toutes les installations techniques.
En 2015, tous les entraînements de trois des sept portes à secteurs qui régulent le niveau d’eau devaient être modernisés : pour chaque porte, un moteur électrique entraînait deux réducteurs dotés de pignons de sortie par l’intermédiaire d’un arbre mécanique. Depuis la mise en service du barrage dans les années 1960, le moteur soulevait la porte à segments de 170 tonnes par une chaîne de part et d’autre de la porte.
Bosch Rexroth au Mexique avait souvent mis en œuvre des vérins hydrauliques à course longue sur de nouvelles constructions, comme le barrage de retenue La-Yesca. Cette solution était toutefois exclue pour ce programme de modernisation, car la structure en béton du barrage de Malpaso s’était révélée incompatible. La paroi n’aurait pas été capable d’absorber les forces des vérins sans renfort et une modification de la structure en béton aurait été longue et fastidieuse.
Nous avons donc développé une solution qui utilise la transmission par chaîne existante tout en offrant les avantages de l’hydraulique.
En matière de génie civil et construction métallique, la sécurité est prioritaire. Nous avons reçu le feu vert après avoir apporté la preuve que des systèmes hydrauliques semblables avaient déjà été implantés avec succès sur des barrages.
Un moteur à pistons radiaux Hägglunds entraîne directement la chaîne. Le démarrage en douceur du moteur augmente considérablement la durée de vie de la chaîne.
Une évolution en toute sécurité
La solution sur le barrage Malpaso consiste en une centrale hydraulique fixe par porte qui alimente deux moteurs lents à pistons radiaux pour lourdes charges. Ces moteurs Hägglunds de Rexroth remplacent les réducteurs et entraînent directement les pignons sur les chaînes.
L’hydraulique apporte une protection naturelle contre la surcharge. Si par exemple un tronc d’arbre se coince dans la porte et si la charge sur la chaîne est supérieure à celle calculée, le limiteur de pression entre en action sans que l’entraînement ne subisse de dommages. Un entraînement mécanique risquerait de se casser. Notre solution hydraulique constitue un avantage de sécurité indéniable.
Afin d’accroître la sécurité, les ingénieurs en génie civil et construction métallique de Bosch Rexroth ont installé sur chacun des moteurs un frein à disques à ressort spécial qui reste ouvert sous l’effet de la pression hydraulique. En cas de chute de la pression de pilotage, le frein se referme automatiquement pour maintenir la porte en position. Cette dernière ne risque plus de se fermer de manière incontrôlée.
Les centrales hydrauliques sur le barrage : les carénages sont climatisés et protègent l’installation contre le climat tropical.
Tension en douceur
Le nouvel entraînement hydraulique protège les chaînes. Auparavant, le moteur électrique démarrait par à-coups, tirait et déformait les chaînes avant même que la porte ne se déplace. Cela soumettait les maillons de la chaîne et toutes les pièces mécaniques à de fortes sollicitations, nécessitant un entretien fréquent.
A l’inverse, l’entraînement hydraulique est à démarrage lent et régulier, la chaîne se tend en douceur. Cela diminue la maintenance.
En dehors de la l’ingénierie et du montage dans son ensemble, Bosch Rexroth était chargé de la commande électrique, y compris la programmation de la partie logicielle.
Chaque centrale hydraulique dispose de sa propre commande électrique, mais en option il est possible de commander les trois par un tableau commun. L’utilisateur peut commander à partir d’un écran tactile l’ouverture de la porte, par exemple sur un mètre.
Comparé au maniement par boutons et manettes, le confort d’utilisation s’est amélioré. Mais un autre facteur est décisif : la porte du barrage transmet désormais des données et indique si elle est fermée ou son degré d’ouverture, le niveau de température et de la pression de l’eau.
Les ingénieurs de Bosch Rexroth ont ainsi travaillé dos au lac de retenue pendant trois mois. En juin 2015, le projet de modernisation était achevé et la grue relevait la plaque métallique : trois portes à segments sont équipées d’un nouvel entraînement sécurisé. Les quatre autres portes suivront.
Nous avons déjà des demandes en Inde qui aimerait davantage d’informations sur l’entraînement hydraulique des chaînes. Ce sera peut-être la nouvelle solution standard de modernisation.
