Remplacement des vannes cylindriques de l'écluse de Visé par des vannes papillons

Abstract

Titre : Remplacement des vannes cylindriques de l'écluse de Visé par des vannes papillons

Nom : Léva

Prénom : Noah

Section : Faculté des Sciences appliquées, Master en ingénieur civil des constructions, à finalité spécialisée en "civil engineering"

Année académique : 2024 - 2025

Promoteur : Erpicum Sébastien

Le but de ce travail est de proposer une ou plusieurs solutions permettant le remplacement des vannes cylindriques actuelles situées à l'amont de l'écluse de Visé par des vannes papillons préalablement utilisées à l'écluse d'Ampsin-Neuville.

Pour ce faire, nous avons proposé un programme non discrétisé permettant d'évaluer le calcul du sassement en résolvant à chaque pas de temps l'équation générale de Bernoulli pour un écoulement sous pression dans un réseau de conduites ainsi que l'équation de continuité. Dans un premier temps, ce programme a été appliqué au sassement de l'écluse de Visé pour le cas fictif et simplifié du remplissage du sas par une seule conduite avec des coefficients de pertes de charge fixes afin de s'assurer que le programme fonctionne. Une analyse de chaque terme impliqué dans l'équation de Bernoulli a également pu être menée.

Ensuite, nous avons appliqué notre programme à la configuration actuelle de l'écluse de Visé afin d'avoir des valeurs de référence d'un point de vue hydraulique qui pourront être comparées par la suite à celles trouvées pour les nouvelles solutions envisagées. Le calcul des pertes de charge a été réalisé en grande partie grâce au "Memento des pertes de charge" d'Idel'Cik mais aussi grâce à certaines formules fournies par Gardel et N.M. Dehousse. Nous avons pu ainsi obtenir une série de courbes de sassement pour ce cas de figure et vérifier qu'elles correspondaient à celles mesurées sur site.

Par la suite, nous présentons les trois solutions que nous avons imaginées et retenues quant à l'installation des vannes papillons avant de simuler le sassement pour chacune d'elles selon une loi d'ouverture de la vanne optimisée. Ces trois configurations se distinguent principalement par l’orientation du disque et la position de la vanne dans le réseau de conduites, ce qui permet d’explorer différentes hypothèses d’installation tout en évaluant leur influence sur le comportement au sassement. Les résultats obtenus peuvent ensuite être comparés à ceux déterminés pour la situation actuelle afin de voir l'impact de ce changement de vannes sur le sassement de l'écluse. Pour les lois d'ouvertures définies, nous obtenons des résultats très proches de ceux de la configuration actuelle, ce qui est positif dans la mesure où cela suggère que le changement de vanne a un impact limité sur le sassement.

Enfin, l'écluse de Visé a la particularité d'avoir un canal de communication en aval des vannes permettant à l'eau de communiquer entre les deux côtés de l'écluse. Une étude du sassement en mode dégradé a dès lors été réalisée afin de pouvoir évaluer l'utilité de ce canal.

À la suite de ces analyses, il apparaît que, d'un point de vue des critères liés à la géométrie et à la mise en place des vannes, la solution ne permettant pas l'utilisation du canal de communication est à privilégier. Cependant, le maintien de ce canal permet d'assurer de meilleures performances hydrauliques lors d'un possible dysfonctionnement d'une des vannes.

Title: Replacement of the Cylindrical Valves at the Visé Lock with Butterfly Valves

Name: Léva

First name: Noah

Department: Faculty of Applied Sciences, Master’s degree in Civil Engineering with a specialization in “Civil Engineering”

Academic year: 2024 - 2025

Supervisor: Sébastien Erpicum

The aim of this thesis is to propose one or more solutions for replacing the existing cylindrical valves located upstream of the Visé lock with butterfly valves previously used at the Ampsin-Neuville lock.

To achieve this, we developed a non-discretized program designed to compute the lock chamber filling process by solving, at each time step, the general Bernoulli equation for pressurized flow in a pipe network, along with the continuity equation. As a first step, this program was applied to a simplified, hypothetical case of the Visé lock, in which the chamber is filled through a single pipe with fixed head loss coefficients. This allowed us to validate the program and analyze each term involved in the Bernoulli equation.

Next, the program was applied to the current configuration of the Visé lock in order to obtain hydraulic reference values. These results could then be compared to those obtained for the newly proposed solutions. The calculation of head losses was mainly based on the "Memento des pertes de charge" by Idel'Cik, as well as on formulas provided by Gardel and N.M. Dehousse. This made it possible to generate a set of lock chamber filling curves for the current setup and verify that they matched the measurements taken on-site.

We then present the three alternative solutions we devised for installing the butterfly valves and simulate the lock filling process for each one, using an optimized valve opening law. These three configurations mainly differ in the orientation of the valve disc and the position of the valve within the pipe network. This approach allows the exploration of different installation hypotheses and assessment of their influence on the lock’s hydraulic behaviour. The results can then be compared with those obtained for the current setup to evaluate the impact of the valve replacement on the lock operation. For the defined opening laws, the results are very similar to those of the current configuration, which is promising as it suggests that the valve replacement would have a limited impact on lock chamber filling.

Finally, the Visé lock has a unique feature: a communication channel downstream of the valves that allows water to flow between both sides of the lock. A degraded-mode analysis of the filling process was therefore carried out to assess the usefulness of this channel.

Following these analyses, it appears that, from a geometric and installation point of view, the solution that does not use the communication channel is preferable. However, maintaining this channel ensures better hydraulic performance in the event of a valve malfunction.