Glenfield Invicta filiale du groupe AVK a été consultée pour réaliser une étude permettant l’optimisation des vannes dans le but d'augmenter la performance du réservoir de Burnhope. Notre expertise et notre expérience ont été particulièrement précieuses dans la conception de vannes répondant aux exigences du projet.
Un projet datant de 1954
Glenfield Invicta travaille depuis longtemps sur différents projets à Burnhope. Un article « Burnhope Pipeline Scheme » parut dans la Glenfield Gazette de décembre 1954.
Défis et contraintes de fabrication
ESH Stantec s'est engagé avec Glenfield Invicta. Une étroite collaboration a eu lieu tout au long du projet. Les ingénieurs d’ESH Stantec et de Glenfield Invicta se sont rendus sur place à plusieurs reprises pour bien comprendre les défis et les contraintes du projet.
Lorsque l’eau est évacuée d’un réservoir à un débit important, elle possède une énergie cinétique élevée. Si cet écoulement n’est pas maîtrisé, les structures environnantes peuvent être endommagées. Cette énergie cinétique peut être dissipée de manière sûre et efficace grâce à une vanne de décharge spécialement prévue à cet effet, garantissant ainsi une réduction considérable du risque de dommages sur la section en aval.
Le débit doit être contrôlé par la vanne de décharge et pourra atteindre jusqu'à 4,5 m3/s ; soit l’équivalent de 4,5 tonnes d’eau traversant la vanne chaque seconde.
Solution proposée
Après avoir étudié les options possibles, l'équipe technique de Glenfield Invicta a proposé d’installer une vanne de décharge libre série 857 de DN600 équipée d'un concentrateur. Sur ce type de produit, le débit peut être contrôlée avec précision. Le concentrateur permet de limiter l’amplitude du jet, préservant ainsi la structure en aval. L’utilisation de ce dispositif peut diminuer les performances de débit de la vanne, cependant des calculs ont été réalisés pour garantir les performances requises. L'actionnement électrique à distance a été choisi pour faciliter l'utilisation.
Une vanne série 54 de DN800 a également été fournie pour assurer l'isolement en amont.
“Le réservoir de Burnhope était un projet intéressant de par la collaboration avec le bureau d’études de Glenfield Invicta. Non seulement ils possèdent une immense expertise et ont le sens du détail, mais ils ont également su relever les défis et les contraintes du site. » Steve Doyle, chef de projet d'ESH Stantec."
Caractéristiques de conception
La conception d'une vanne de décharge libre est essentielle ; et c'est grâce à notre savoir-faire dans le domaine que nous pouvons garantir que la vanne atteigne un taux de décharge optimal tout en veillant à ce que les forces hydrauliques ne provoquent pas de vibrations excessives, quelle que soit la position de la vanne. La vanne de décharge libre série 857 ne doit pas fonctionner avec une ouverture inférieure à 5 % sauf lorsque qu’elle est en cours de manœuvre. Les vibrations sont réduites grâce aux rainures spécialement conçues pour l’hydrodynamisme. Elles relient le corps de la vanne à la section conique.
Il est également impératif que la vanne soit correctement dimensionnée. Les calculs de dimensionnement sont établis en fonction du débit et de la pression disponibles. Si cette étude n’est pas réalisée correctement, des problèmes importants pourront survenir : sur la vanne, sur le taux de décharge ou encore sur les zones environnantes. Si elle est sous-dimensionnée, la vanne ne pourra pas atteindre le débit d'urgence spécifié.
Pour ce projet, des calculs supplémentaires de conception ont été nécessaires en raison du concentrateur. Il était important que la position de la vanne et du concentrateur soit calculée avec précision pour obtenir un refoulement optimal. Le concentrateur a été fixé séparément sur le béton avec des boulons à scellement chimique.
Les vannes à jet creux sont utilisées pour décharger un réservoir de manière contrôlée sans endommager l’aval. L’énergie cinétique est dissipée sans endommager l'environnement où elle se trouve. L’énergie cinétique est dissipée grâce à l’air de l’atmosphère.
Le corps de la vanne est conçu pour engendrer un minimum de vibrations sur toute sa manœuvre et est pourvu de plusieurs glissières hydrodynamiques soudées avec le cône de dispersion. Ce cône permet la décharge sous forme d'un jet circulaire de type éventail, ce qui est idéal pour la dissipation de l'énergie car la surface de l'eau au contact de l’air augmente très rapidement, dissipant ainsi plus efficacement son énergie. Si l’amplitude du jet doit être contrôlée (comme pour le réservoir de Burnhope), un concentrateur peut être installé en aval de la vanne.
Installation et mise en service
Des réunions hebdomadaires, de la conception à la mise en service, ont été organisées avec les parties prenantes du projet.
Une certaine souplesse sur la durée du chantier a été prise en compte pour certaines raisons : l’emplacement rural et éloigné du réservoir ainsi que les conditions météorologiques pas toujours favorables.
Réservoir de Burnhope
Le réservoir de Burnhope est exploité par la compagnie des eaux Northumbrian. Il est situé dans l'AONB (Area of Outstanding Natural Beauty) des North Pennines, un géoparc mondial de l'UNESCO. Le réservoir a une profondeur maximale de 40 mètres. Sa capacité est d'environ 6,4 millions de mètres cubes.