Nous présentons régulièrement la technologie de scan 3D, aux applications diverses et variées, allant de la création de modélisation 3D de pièces industrielles à la mesure et la vérification d’installations volumineuses. Aujourd’hui, un nouveau cas d’usage qui pourrait intéresser les sites industriels où se préparent des travaux conséquents : la documentation exhaustive des dimensions de deux tubes d’aspiration d’une centrale hydroélectrique vétuste, pour un projet de rénovation et d’installation de deux nouvelles turbines.

Au cœur du Jura, l’ingénieur Damien Delmont prend place à l’intérieur d’un long tube d’aspiration en béton, fixe une turbine immobile située quatre mètres au-dessus de lui, où deux valves usées retiennent des millions de litres d’eau. Accompagné de son partenaire de projet Guillaume Demarche, ils ont auparavant scanné, à l’aide du scanner 3D Artec Eva, chaque millimètre carré de l’imposant tube d’aspiration.

A plein régime, la centrale hydroélectrique génère plus de 10 mégawatts d’électricité, soit assez pour alimenter 5 000 foyers. Chaque heure supplémentaire où la turbine ne tourne pas signifie une perte de revenus pour l’infrastructure. De plus, la centrale, est en état d’alerte constant en raison de l’approche du niveau d’inondation. Pour cela, il est nécessaire de travailler rapidement.

Une documentation précise pour un projet complexe

Construite par des ingénieurs allemands en 1934, la centrale hydroélectrique n’a jamais cessé de fonctionner depuis. Lorsque le remplacement des deux premières des quatre turbines Francis devient impératif, l’entreprise en charge du projet comprend la nature complexe de la tâche à accomplir. Pour concevoir des pièces au fonctionnement optimal pour la centrale, le fabricant de turbines doit d’abord connaître les dimensions exactes des immenses tubes d’aspiration à la forme irrégulière, où l’eau canalisée dans les turbines s’évacue dans le cours d’eau en contrebas.

Au-delà des dommages physiques immédiats provoqués par le non-respect du cahier des charges, le fabricant de turbines et le maître d’œuvre s’exposent à de lourdes sanctions, notamment des pénalités ou une réputation ternie.

« Si les tubes d’aspiration avaient une forme géométrique simple, ils pourraient facilement être mesurés avec des outils traditionnels. Mais ce n’est pas le cas. Et c’est pour cela que nous avons choisi de scanner ces tubes en 3D pour en faire des modèles CAO précis au millimètre près. » explique l’ingénieur.

Un scanner adapté aux grandes dimensions

À la suite d’une prise de contact avec Boreal 3D, distributeur français de systèmes de mesure 3D, Damien Delmont opte pour Artec Eva, scanner 3D à la précision submillimétrique. « La nature de ce projet exigeait des délais serrés, mais avec ce scanner, en à peine quelques heures, nous avons pu numériser les 12 mètres du tube d’aspiration si précisément que le modèle CAO peut être utilisé pour les analyses et les simulations numériques de mécanique des fluides nécessaires pour construire la nouvelle turbine », raconte-t-il.

Pour accélérer l’alignement des scans dans le logiciel Artec Studio lors du traitement, ils aspergent de peinture la paroi de chaque tube d’aspiration, délimitée en dix sections distinctes pour le scan.

En cas d’urgence, le travail par section permet aux ingénieurs d’être mieux préparés à sortir immédiatement du tube d’aspiration. Si la météo se dégrade, même quelques kilomètres en amont, l’eau peut monter au-delà de la hauteur du batardeau et se déverser dans la zone de travail. Chaque section est scannée en une demi-heure, et le tube d’aspiration entier en cinq heures environ. « Eva s’est révélé être le scanner idéal pour ce genre de travail car il est suffisamment précis et il nous permet de scanner sans devoir placer des cibles dans un environnement aussi humide, relativement hostile aux technologies, et dans l’obscurité la plus complète, sans prise électrique, suffisamment proche. »

Après cette étape, les scans sont envoyés vers le logiciel de post-traitement Artec Studio pour ajuster le modèle 3D du tube d’aspiration avec des formes primitives de CAO. Ensuite, l’ingénieur envoie le modèle CAO au client qui le transmets à son tour au fabricant de turbines. Le modèle respecte le cahier des charges et peut immédiatement servir pour des simulations CFD (NDLR : modélisation numérique) et d’autres analyses.

Un modèle intact pour la rénovation

Maintenant que les modèles CAO des deux tubes d’aspiration sont disponibles, ils peuvent également servir de modèles de référence pour inspecter les tubes via le scan 3D. Toutes les différences entre le modèle CAO et le scan s’afficheront dans une carte thermique en couleur facilement lisible. « Le plus grand défi est d’atteindre des niveaux idéaux de précision lors de la rénovation de très grands objets, tels des tubes d’aspiration, avec différentes sections présentant différents niveaux de complexité. Et, en même temps, d’adapter votre propre méthode de rétro-ingénierie à chaque projet individuel. »

Aujourd’hui, en France, des dizaines d’anciennes centrales hydroélectriques exigent une rénovation. Dans le reste du monde, on en trouve des centaines, voire des milliers d’autres.

Pour découvrir les détails le scanner Eva, rendez-vous ici !