Comment gérer la formation de glace en hiver sur les ouvrages ?

Les trois formes de glace qui gênent une centrale

Le frasil. Il naît dans une eau turbulente en surfusion, d’à peine quelques centièmes de degré sous zéro et jamais plus de 0,1 °C US Army Corps of Engineers, Ice Engineering. Il se forme surtout par nuits d’hiver froides et claires, dans les rapides et à l’aval des seuils. En Suède, des problèmes de frasil ont été relevés dès −4 °C d’air Université de Luleå. Ces cristaux dits « actifs » adhèrent à tout ce qui se trouve dans l’eau : végétaux, grilles, filtres IRSN, 2013.

La glace de fond. Le frasil se fixe au lit des rivières peu profondes et rapides ; les rapides et les radiers en sont les lieux typiques USACE.

Les embâcles. Un embâcle est une accumulation immobile de glace qui freine l’écoulement ; à l’aval, le niveau peut baisser au point de découvrir les prises d’eau USACE. Confluences, rétrécissements, méandres serrés, piles de pont et ruptures de pente y prédisposent ministère de l’Environnement du Québec.

Point clé : un couvert de glace intact et stable empêche toujours la production de frasil USACE. Ce couvert se forme quand le courant passe sous 0,6 m/s environ ; au-dessus de 1 m/s, le frasil reste en suspension et file vers la prise Université de Luleå.

Ce que la glace fait à une centrale hydroélectrique

• Des grilles bouchées. Le frasil peut s’accumuler sur la grille jusqu’à arrêter complètement l’arrivée d’eau à la prise USACE.
• Une grille qui cède. La différence de charge de part et d’autre d’une grille colmatée peut suffire à la rompre : le manuel américain recommande de la dimensionner pour un colmatage total et de mesurer cette différence en continu USACE.
• Des vannes figées. Les vannes exposées peuvent geler en place ; par grand froid, il faut les manœuvrer souvent USACE.
• De la production perdue. À la centrale suédoise de Vittarv, la glace a réduit la chute jusqu’à un tiers ; aux États-Unis, la gestion d’un risque d’embâcle en janvier 1997 a fait renoncer à environ 6 800 MWh USACE. Sur une centrale suédoise suivie pendant dix ans, la glace et le chauffage des grilles ont coûté en moyenne un million de couronnes par an Université de Luleå.
• Les petites centrales en première ligne. Une étude de l’université d’Alaska juge ces problèmes particulièrement sévères pour la petite hydraulique et les centrales au fil de l’eau Université d’Alaska.

Les parades, de la plus structurante à la plus ponctuelle

1. Obtenir vite un couvert stable. Pour l’exploitant suédois Vattenfall, c’est le seul moyen sûr d’éviter le givrage Billfalk, Vattenfall. Concrètement : garder une vitesse d’approche inférieure à 0,6 m/s, réduire le débit pendant la prise en glace et éviter les variations brusques de débit et de niveau Energiforsk, 2015. Sur les grandes rivières, des estacades à glace flottantes aident le couvert à se former : sur le canal de Beauharnois, au Québec, la gestion des glaces augmenterait la production hivernale de 200 MW en moyenne USACE, et l’estacade du lac Érié est posée chaque hiver depuis 1964 pour protéger les prises d’eau des centrales du Niagara Commission mixte internationale.

2. Chauffer grilles et vannes. Le moyen historiquement le plus efficace est de rejeter de l’eau tiède juste en amont de la prise ; à défaut, des résistances chauffent le bord des barreaux, avec un thermostat qui s’enclenche quand l’eau descend sous 0,1 °C USACE. En France, EDF Hydro a équipé des vérins de vannes d’une eau glycolée dont le point de congélation est abaissé à −27 °C, au barrage de Tuilières et à l’écluse de Vogelgrun CFBR, 2024.

3. Adapter les grilles. Un retour d’expérience sur quatre centrales norvégiennes recommande d’écarter davantage les barreaux IAHR, 1988 ; la glace s’enlève beaucoup plus facilement de barreaux revêtus de caoutchouc Université de Luleå ; en Islande, les panneaux supérieurs des grilles sont retirés et gardés au sec tout l’hiver Verkís, 2015.

4. Bulleurs. L’injection d’air remonte l’eau plus chaude du fond et aide à garder les vannes libres dans les lacs et les retenues, mais elle sert peu dans les rivières dont le courant dépasse 0,4 à 0,6 m/s USACE.

5. Dégriller, souvent de nuit. Les épisodes de frasil surviennent fréquemment la nuit : il faut une équipe mobilisable rapidement, une passerelle sécurisée et un abri chauffé USACE. Voir aussi l’entretien des grilles.

6. Surveiller la température de l’eau. Mesure continue de la perte de charge à travers la grille, caméra immergée pour voir l’accumulation Université de Luleå, relevés de température de l’air et de l’eau et de débit comme le fait Hydro-Québec sur la Romaine Hydro-Québec. Pour les prises d’eau des centrales nucléaires, l’IRSN demande que les protections contre le frasil soient effectives au plus tard quand l’eau atteint 1 °C IRSN, 2013.

Et en France ?

Les retours d’expérience publics restent rares pour les centrales hydroélectriques. Le sujet est mieux documenté pour les prises d’eau des centrales nucléaires, exposées au même phénomène : l’IRSN cite la prise en glace de la grille de la centrale de Chooz en 2009 et retient comme hivers de référence 1956, 1963 et 1985-1987 ; parmi les parades évoquées figurent la recirculation d’eau chaude et le traçage des grilles IRSN, 2013. Côté hydraulique, le cas documenté le plus récent est celui des vérins glycolés d’EDF Hydro CFBR, 2024.

En résumé

Ralentir l’eau pour qu’un couvert stable se forme, chauffer ou protéger les organes mobiles, adapter les grilles et surveiller l’eau de près : c’est la combinaison qui limite les arrêts d’hiver. Pour une petite centrale de montagne, le point faible reste la grille de prise d’eau, à surveiller de nuit par temps froid et clair.

Cette page est informative. Les mesures d’exploitation hivernale d’un ouvrage relèvent de son exploitant et, le cas échéant, de ses consignes de sécurité approuvées.