De l’énergie renouvelable pour 7500 ménages

La conduite forcée Chapfensee-Plons et la centrale hydroélectrique de Plons dans la commune saint-galloise de Mels ont été construites en 1948. Après 70 ans de service, elles avaient besoin d’une rénovation, notamment parce qu’elles contenaient des métaux lourds. Mandaté pour l’étude du projet et les travaux de réaménagement des installations hydrauliques, Emch+Berger a constaté qu’on pouvait en même temps augmenter la production d’électricité.

Le Service de l’électricité et des eaux de la commune de Mels nous a chargés en 2015 de la planification de la rénovation de l’étage de Plons et de l’aménagement des nouveaux paliers de Weissenstein et Chapfensee. L’objectif du mandat était de mettre en service toutes les installations en février 2019, de manière à approvisionner la commune de Mels en énergie durable pour 7500 ménages.

La concession stipulait que les plans devaient être approuvés en l’espace de deux ans. Et le chantier ne devait pas non plus durer plus de deux ans. Pour des raisons de sécurité, l’aménagement actuel risquait en outre à tout moment de devoir être mis hors service, vu le mauvais état de la conduite forcée et des deux barrages de la retenue.

Un potentiel hydraulique supplémentaire
Le mandat original comprenait, d’une part au lieu-dit Weissenstein, le réaménagement de la prise d’eau du torrent Cholschlagerbach et l’adjonction d’un petit aménagement hydroélectrique, et d’autre part la transformation de la centrale de Plons. Au cours de l’élaboration du projet définitif, nous avons constaté que la production d’électricité pouvait être augmentée par la construction, sans grands frais supplémentaires, d’une petite centrale près du Chapfensee, si bien qu’en fin de compte, un aménagement hydroélectrique de quatre étages a pu être réalisé, avec une production annuelle totale de 27 GWh.

Un bassin de compensation d’une capacité de 500 m3 a été planifié sur l’alpage de Mädems à 1655 m d’altitude. Dans ce premier étage, une turbine à flux croisés reçoit l’eau des sources après une chute de 46 m. Du bassin de compensation au palier suivant, des tuyaux en fonte de 300 et 400 mm de diamètre ont été posés sur une distance de 2750 m. À Weissenstein (altitude : 1065 m), une turbine Pelton à deux injecteurs, d’une puissance de 735 kW a été installée.

Dans le voisinage immédiat de cette seconde centrale, la prise d’eau sur le torrent Cholschlagerbach a été rénovée pour augmenter l’adduction d’eau et la production d’énergie. Ce captage est latéral ; il est muni d’un dispositif qui rejette le bois flottant du torrent. Pour pouvoir turbiner cette eau, un nouveau dessableur équipé de grilles Coanda latérales a été conçu. Libérée de son sable et des matières flottantes, cette eau de rivière est mélangée à l’eau déjà turbinée, puis amenée à la nouvelle centrale de Chapfensee de l’étage suivant, par une conduite de polyester renforcé de fibres de verre d’un diamètre de 1000 mm. Vu la faible hauteur de chute de 30 m, nous avons opté pour une turbine de 450 kW à flux croisés. Nos planificateurs ont décidé d’installer la centrale de Chapfensee en sous-sol, afin de ménager le paysage et l’environnement naturel de la zone marécageuse autour du Chapfensee.

Le quatrième et dernier étage mène du Chapfensee à la plaine, à Plons. C’est le cœur de l’aménagement hydroélectrique. Dans un terrain alpin souvent très raide, une conduite forcée composée de tuyaux en fonte a été posée sur plus de 1600 m. La dénivellation de 530 m était un défi en matière de statique et de logistique de chantier. Les tuyaux de 800 mm de diamètre ont dû être ancrés en plusieurs points fixes dans le rocher. Le plus grand point fixe a nécessité à lui seul de couler plus de 100 m3 de béton. Quant à la centrale de Plons, elle n’a subi en façade que des adaptations minimes pour pouvoir accueillir la nouvelle turbine Pelton à deux injecteurs, d’une puissance de 7.2 MW.

Prise en compte des impératifs de la protection de l’environnement
La centrale de Plons fait partie du patrimoine protégé. De ce fait, le bâtiment n’a pas pu être entièrement transformé. Grâce à l’étroite collaboration du fournisseur de la turbine et du spécialiste des installations électriques, la géométrie de la turbine et son assise ont été optimisées de manière à obtenir une solution efficace pour les modifications apportées à la salle des machines.

Le respect des dispositions légales en matière de bruit (transmission du bruit solidien) fut également un défi important : la centrale de Plons étant située dans le voisinage immédiat d’une zone habitée. Nous avons prévu une assise flottante pour la turbine et le générateur, ce qui a considérablement réduit les vibrations et le bruit solidien transmis. Le canal de fuite de 320 m de long qui évacue l’eau turbinée à la rivière est une autre source de bruit. En le dimensionnant de manière appropriée, les émissions sonores ont pu être fortement limitées.

Nous avons également dû prévoir des mesures de remplacement et de compensation des atteintes causées par les travaux. Les deux torrents Schmelzibach et Cholschlagerbach ont été renaturés. Pour le premier, une solution élégante a été trouvée, qui combine la protection contre les crues et la renaturation. L’élargissement du torrent a en même temps réduit le risque de débordement. Le nouveau pont routier a aussi fait l’objet de notre attention, pour limiter le risque d’embâcle en cas de crue. Les nombreux retours positifs de la population nous ont montré que le projet est bien accepté. Il a aussi conduit à une meilleure prise en compte des impératifs écologiques et de la biodiversité.

Traitement des déchets
L’ancienne conduite forcée Chapfensee-Plons en acier a été entièrement démontée, décontaminée et recyclée. On a constaté la présence de divers polluants : des métaux lourds, des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des polychlorobiphényles (PCB). Le terrain avoisinant était aussi contaminé et a dû être soigneusement enlevé et éliminé. Les tuyaux d’acier ont été sectionnés d’une manière spéciale dans une tente étanche à l’air, puis emballés dans un film de plastique pour protéger l’environnement et le personnel et transportés pour décontamination.

Réfection des barrages
Le projet comprenait aussi la réfection des deux barrages du Chapfensee, ce lac artificiel de 430 000 m3. Ces travaux ont eu lieu en hiver, pendant les mois de basses eaux. Il s’agissait principalement de remplacer l’étanchéité des parements amonts. Pour pouvoir exécuter les travaux malgré les basses températures, les murs ont dû être entièrement confinés et chauffés.

Conclusion
Les efforts considérables de tous les participants, les structures directes de prise de décision et la flexibilité des intervenants du projet ont permis la mise en service de tous les étages de l’aménagement hydroélectrique dans les délais prévus et en respectant le budget. Ce projet a permis à la commune de Mels de faire un pas significatif vers un approvisionnement énergétique renouvelable et indigène.

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Auteur/s
Markus Heinzmann
Emch+Berger AG Bern