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Flexibilité et durée de vie des centrales hydroélectriques
Cécile Münch-Alligné & Samuel Rey-Mermet, Professeurs, HES-SO Valais-Wallis
Wednesday, Oct. 5, 2022 · 11:15 a.m. · 20m 52s
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alors bonjour à tous ce avec beaucoup de plaisir qu'avec
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mon collègue samuel nous allons maintenant prendre quelques minutes pour en
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parler des outils qui permettent de prédire l'impact de cette
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flexibilité dont on a besoin sur les composants des centrales hydroélectriques
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alors je vais prendre un peu de temps pour parler un peu de ses besoins flexibilité
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donc la nicolas charte on vient d'expliquer qu'on a besoin de flexibilité de manière saisonnière
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donc à l'échelle de quelques mois la dans ces cas là en fait ce qu'on
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a besoin d'assez d'augmenter la capacité de stockage pour pouvoir stocker cette énergie cette électricité excédentaires
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produite par l'heure solaire durant l'été et utiliser nos
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centrales électriques pour pouvoir rendre cette électricité au réseau durant l'hiver
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on a aussi besoin d'un autre type de flexibilité à plus court terme à des échelles de temps beaucoup plu quitte
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à l'échelle de la seconde là l'idée c'est plutôt de pouvoir réguler les réseaux dont a parlé aussi avec tendance
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donc l'idée c'est de pouvoir simultanément sur les réseaux électriques ajuster production et consommation
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et dans ces cas là on a besoin de beaucoup de puissance disponible en très peu de temps pour réguler cette fréquence
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alors la question suivante c. va commencer pour augmenter cette flexibilité
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donc si on regarde la flexibilité à long terme on l'a déjà évoqué la solution c'
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est d'augmenter la capacité de stockage donc la priorité c'est d'utiliser les infrastructures existantes
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donc on a déjà des barrages en suisse donc on peut commencer par et au c. c. b existants
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on peut connecter des réservoirs existence ce qui était fernand de dance on peut
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aussi utiliser des réservoirs qui aujourd'hui ne sont pas utilisés pour l'hydroélectricité
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mais pour être demain on parle du multi usage de l'eau et puis la
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dernière étape assez de construire des nouveaux barrages en ont pas tout à l'art
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dans ce cas là l'équipe qu'il faut trouver un équilibre
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entre environnement et capacité de stockage à noter quand même que construire un
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nouveau barrage ça peut aussi être une solution pour l'environnement par exemple
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dans le cas de la fonte des glaciers pour éviter des catastrophes environnementales
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si on revient sur la flexibilité à court terme elle a besoin
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c'est d'augmenter la réactivité nos centrales ont aussi déjà des solutions
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par exemple pour non de drancy pourrait fonctionner et vont le faire en court circuit hydraulique ça
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va donner la flexibilité en mode pompage on peut
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implémenter la vitesse variable a aussi été fernando rance
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donc ça permet de donner pour les pompes et les turbines beaucoup de réactivité presque ont un degré de liberté supplémentaires
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l'autre option ça c'est pas encore fait en suisse à ma connaissance et d'intégrer
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des batteries dans des centrales au fil de l'avis décès d'utiliser les batteries pour absorber
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sans flexibilité à très court terme des échelles de temps très court pour
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pouvoir préserver un peu les turbines qui elle assurant la flexibilité à des
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temps un petit peu plus longs et puis la dernière solution et ce
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qui fait déjà assez de changer les conditions d'exploitation des machines existantes
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et dans ces cas là l'équilibre qu'il faut trouver un équilibre entre augmentation
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de la réactivité et limiter l'impact sur la durée de vie de ces machines
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les dangers peuvent poser des questions à samuel c. a finalement comment ça se fait que
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si on augmente la réactivité ces machines on va avoir un impact sur la durée de vie
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alors merci beaucoup c'est pour cette question et répondra en tant
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qu'ingénieur matériaux donc le problème qu'on a quand on agénor matériaux
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se consacre à sa défense qu'on voit pas très bien typiquement dans un centimètres cubes dossier vous à peu près de 10 puissance 23
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atome de fer alors je vous laisse faire la règle de 3 pour trouver combien on a dans humour de noms de danse
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alors moi ce qui font les avenants matériel ce qui l'utilisent des modèles et puis
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on va on utilise des modèles qui au fur à mesure des expériences confer les améliorer
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donc ça ces modèles pour expliquer pourquoi on a besoin eux de flexibilité
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alors c'est clairement l'a vu les prix varient beaucoup avec le temps
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et le but c'est d'optimiser les bénéfices qu'on va faire donc on va suivre c'est pour le prix
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alors la meilleure chose mais c'est pourquoi la suivre et puis
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dans ce cas là on aura le bénéfice maximal il faut noter que ce
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bénéfice il serait exactement le même si on suivait un cours de prix qui
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était jusque là consenti qui passait par la moyenne de tout les pics convoite
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dans ce qui a pourtant évident cellulaire pour masquer la cour dans les deux cas l'air et la mer
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par contre quand on parle de matériaux et d'un si on veut suivre ses cours de prix pour leur faire varier la vitesse des
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machines les arrêter redémarrer et ça va impliquer que les machines
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vont être sollicités aussi avec des contraintes qui varie en fonction du temps
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et là bah si on applique si on suppose que la coupe vont devoir suivre les machines et a exactement la même que
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la cour de prix dépend forcément même faire petite hypothèse eh bien
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là ce qui va être important c'est pas seulement la valeur moyenne
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mais c'est aussi le nombre de fois qu'on va changer un convoi oscillaient autour de cette valeur moyenne en
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particulier à quelle fréquence on va le faire et aussi avec et l'amplitude et tout ça c'est important et cessa
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qui va à un vin qui va causer donc un qui va impacter la vitesse
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d'endommagement qu'on va avoir sur nos matériaux alors qu'estce qu'on risque
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finalement ce qu'on risque à la fin ces défaillances séquanes défaillance alors là je profite de vous montrer cette vidéo
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qui a été prise par un essai traction dans un microscope
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électronique donc il faut on a mis le feu d'adultes
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le nil menée pour une machine notre action d'un microscope électronique
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et la voyez l'image qui en fait été récupérée par des électrons
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donc on voit que y'a de la déformation on voit que les grâces des
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formes que le salon je vois pareille démarche villa vous commencez à voir apparaitre que finalement
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on a une réduction de la section et puis finalement
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il fit sur aucune rupture donc ça ces défaillances cette défaillance assez simple
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et ce qui s'est passé c'est simplement qu'on a appliqué les forces qui
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était supérieur à ce que le matériau pouvait supporter donc évidemment si on veut concevoir une pièce
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dans de petits éviter quelques élus quelqu'un ce qu'on va faire ces combats sont
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échangés matériaux pourtant on peut noter que la lui a quand même une grande capacité de formation
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on va s'ils ont eux augmenté la section de la pièce ou bien
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on peut aussi réduire la force qu'on applique dessus donc ce genre de défaillances qu'on construit
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des centrales on voit les éviter essais des défaillances qui sont immédiates puisqu'ici on a fait vidéo
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donc on a augmenté la force progressivement mais si vous mettez machine en marche cette force elle s'applique donc
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ce qui est plus embêtant quand on peut calculer la durée de vie des aménagements
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hydroélectriques c'est de savoir d'où je dois dire quand je pose la question
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d'où on part ça veut dire qu'elle ait le plus grand défaut q.
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g. à l'origine quand je met en service ma machine et quelle est la taille
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de ce plan il faut alors sur une feuille d'aluminium vous aurez tout sa maisonmère gary a quasiment pas défaut
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d'ailleurs pas écrit sur l'intérieur sinon ce serait déjà déchiré on a peut être petites rues logitech
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surface mais cette réalisme qu'on a des défauts qui sont très petit et qui sont dans cette première zone
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alors dans cette première zone même si on n'impliquent de la
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flexibilité donc si on a des contraintes qui changent en fonction du temps
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20 ces défauts yvon environ peut être un peu mais vous avez dépassé détaille
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très petite micro c'est déjà 10 puissance moins cinetis passerait peut se passer des choses
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quand on a dû pour des raisons de conception typiquement ici bas voila vous avez une réunion
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a probablement pas promettre qu'il avait tout pour faire passer quelque chose et
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bien dans ces zones là on va avoir des concentrations de contrainte donc même si
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la surface est très difficile qui a quasiment pas défaut il se peut
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que comme les contraintes sont amplifiées à cet endroit là avec les cycles
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on et eux des petits défauts qui commence à croître et qui atteignent la taille
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compose d'un micro mais donc on va voir apparaître des micros fissures en surface
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alors généralement il se passera bien et puis la machine peut servir
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donc on avait prévu qu'elles servent sans qui et dans le cul mais a quand même des cas
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vous comptez sollicitation sont très grandes eh bien ces petits défauts
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vous continuer de croître progressivement et voulant yvon atteindre une taille qui un petit peu
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plus critiquer la taille deux mm à cette dimension là on a vraiment des fissures
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et là ça peut être un problème pas ce que ces fissures en particulier leur taille
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pourrait être suffisante pour qu'on a un seul cycles ont une rupture donc il faut vraiment s'intéressent à ce qui
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se passe quand on inscrit sur la place qu'elles peuvent causer des dégâts et maintenant je vous ai un peu un
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tromper avec même si on reprend la vie sur le défaut qui croit
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en surface et qui se propage manière catastrophique jusqu'a fait rompent la pièce
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eh bien on a eu l'effet de temps qu'un faux c'est à ce qu'on va s'intéresser maintenant un
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la durée que ce petit défaut de surface prend
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pour passer à travers les différentes étapes a osé représenté ici
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quand on a défaut qui sont micromètres enfin moins de micro métrique
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le temps qu'il faut pour les développer ses des milliards de 6
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à partir du moment où ils atteignent à peu près à la dimension du micro là ça commence
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à aller un peu plus vite peut être des centaines de milliers de si des millions de cycle
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evidemment ça dépend du matériau ça dépend des sollicitations donc pas donné en règle générale et puis où l'on atteint mm
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et là ça commence à devenir intéressant pas ce que dit avant peut être signe fissures de
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5 mm passant dans une pièce elle a donc ça va casser ça peut aussi être lyon
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mais il faut commencer à faire attention lors en résumé si on a des défauts qui sont
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très petit comme sur la feuille d'aluminium ont une durée de vie quasi infinie par contre
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quand on atteint la dimension du mm il faut commencer à se
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poser des questions et s'intéressant pas cette dimension du minimax et aussi
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à la taille des défauts le plus petit qu'on peut
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détecter avec les méthodes de contrôle non destructif qui existent actuellement
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donc c'est à partir de là qu'on va pouvoir commencer à voir quels défauts na et puis
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à quelle vitesse et des fonctions qu'on se propager et puis qu'on va pouvoir commencer à les surveiller
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la surveillance des défauts ça s'appelle l'aptitude au service alors là c'était un cas très
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simple parle d'une pièce ailleurs in feuille d'aluminium dans
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un microscope électronique sympa horaires résoudre le problème de
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la pénurie d'énergie en hiver mais on peut appliquer cette méthode et des systèmes
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plus compliqué typiquement ici vous avez un déflecteur donc pas d'effectuer cette pièce jointe
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qui va couper vu et qui vient du poitou dans une turbine pelle tonnes le but
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c'est que d'arrêter la roue très rapidement en attendant qu'alan se faire la question quand un système qu'un
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petit peu plus compliqué que juste une seule pièce il faut se poser la question de quel mode de défaillances on va voir
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et ça va dépendent des défaillances des autres pièces et des qui vont peut être nous année dans des conditions qui sont
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un petit peu particulière alors comme ledit normalement laval devait fermer
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et puis bâle déflecteur devrait servir peut être pendant 30 secondes maximum
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mais dans certains cas l'on peut supposer qu'eux à la havane se ferme pas
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ethique l'déflecteur va s'engager en train de vibrer sur logés pendant
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de longues périodes on va supposer que ce mode de défaillances qui critique
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et puis on va utiliser la simulation numérique pour savoir laquelle des
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pièces qu'on a va être le plus impacter par cela après
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il faut qu'on a fait cette simulation numérique dont revient à la science des matériaux et on
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va utiliser notre comportement qui va voir comment le petit défaut qu'on avait au début va se propager
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loi suisse je vous rassure sur ce cas vous voyez qu'à partir de 8 heures
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on a probablement eu nocturne on a supposé qu'on partait d'un défaut qui était déjà
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d'un mm à défaut de type de ce qu'on pouvait détecter un an en
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moyenne question pour cécile finalement savoir comment la simulation numérique qui nous permet d'avoir ces informations
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alors la simulation numérique c'est un outil extrêmement performantes pour prédire ce qui se passe à l'intérieur d'une chine
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la première étape celle essayez de simuler l'écoulement à l'intérieur d'une installation surviennent
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donc pour ça que vous voyez ici sur l'image de gauche on va discrétiser
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volume puis ça veut dire on va diviser anti volume on appelle ça un maillage
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et en chacun des notes ces mariages ont à résoudre des équations
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relativement compliqué mais avec un ordinateur et ça va nous permettre ensuite
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de connaître le champ de vitesse à l'intérieur de la machine le
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champ de pression et puis en particulier aussi de faire des jolies animation
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là vous pouvez voir les structures turbulent qui développent à l'intérieur d'une pompe turbine pendant
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la phase de synchronisation réseau qui est un point de fonctionnement et relativement critique pour la machine
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alors il fa con c'est ce qui se passe dans le fluide on passe à l'étape suivante c'est un peu approche
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on va prendre dans ce cas on prend la route de la peinture genova discrétiser ce volume solide
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de nouveau avec un maillage dans chacun des noeuds la situation va résoudre des équations propres à la mécanique des structures
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on va utiliser le champ de pressions qu'on a simulé dans la simulation fluide comme conditions limites et
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on va l'appliquer sur la structure hélas que vous pouvez voir c'est le champ de contraintes résultant sur
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l'appel de cette pont turbine et puis on a un point donné on peut regarder comment va fluctuer cette contrainte
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et puis on retrouve le plan de cours que samuel nous avons très donc on voit des contraintes qui fluctue dans le temps
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les où l'on a donc un certains nombre de cycles in certaines fréquences incertaine amplitude et ça qu'on cherche à prédire
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arrivé à ce stade l'idéal c'est quand même de pouvoir se confronter à la réalité
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que pour l'instant je vous ai vendu un peu du rêve on a fait la simulation numérique
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mais après tout le monde qui croit donc idéalement à ce qu'on fait après 7 ans à faire des essais sur site
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pour confronter les valeurs ont obtenu par simulation numérique avec des mesures sur
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donc là vous pouvez voir n 7 ponts turbine tout à l'
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art l'idée savait d'équiper la ou avec des jeux de contrainte
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ensuite on va remettre la rendant la machine on va faire des essais pendant
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un certains nombre de temps pour passer partout les points de fonctionnement critique
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on cherche à explorer caprara confrontés bas les contraintes mesurée par ses loges par
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rapport à celles qui sont simuler la j'ai choisi un graphique ça marchait bien
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donc on peut faire confiance à la simulation numérique et on peut passer à l'étape suivante
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voilà on va avoir besoin de samuel a donc annoncé maintenant à quels sont les contraintes sur la machine
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et maintenant il faut connaître les lois de comportement du matériau de cette pompe de ses troupeaux
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turbine fauci connaître l'état dans lequel elle est et ensuite on va pouvoir prédire le dommage
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là ce que vous voyez c'est la plage de fonctionnement de cette monture dit non à turbine
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et les couleurs ça correspond au dommage auquel on s'attend si la machine passe par ces points
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donc on voit clairement qu'il a deux zones un peu orange faudrait éviter rester
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trop longtemps par contient toute une zone on pourrait passer à priori sans trop de soucis
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après on sait combien de temps a passé en chacun de ces points pendant le fonctionnement
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de la machine dont est capable de calculer la durée de vie résiduelle de se compose
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donc ça c'est la prédiction l'autre étape pour eux on va dire pour s'
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assurer que la flexibilité un impact trop importants sur nos centrales basse et d'améliorer la surveillance
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par exemple que je vais vous montrez donc celina chez nous on a fait des essais avec des
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tests de palier puissance donc là vous voyez chacun de ces paliers correspondant à différents niveaux de puissance
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ensuite on a fait un arrêt rapide un démarrage rapide et puis on descend de nous la puissance par paliers
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la question qu'on se pose cf qu'avec l'instrumentation actuel on peut surveiller correctement nos à nos
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machines alors qu'on leur demandait beaucoup plu réactivation demande beaucoup d'activités en avant des phénomènes physiques très rapide
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à très haute fréquence et du coup ça intéressant d'avoir l'instrumentation adapté pour détecter ces phénomènes
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là ce que vous pouvez voir c les niveaux de vibrations sur la machine
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des points noirs ça correspond à des points quasi stationnaire la puissance est quasiment constantes
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et puis les nuages de couleur ça correspond au niveau de libération qu'on a quand on passe dans des phénomènes transitoires
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soit les arrêts démarrage rapide soit les changements de palier de puissance et on voit bien qu'on a pas la même chose
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donc s'intéressant de développer cette instrumentation ça veut pas forcément dire mais des nouveaux capteurs
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mais juste peut être augmenter la fréquence d'acquisition assez facile à dire le problème sexe avait généré beaucoup donné
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donc ce qui en train de se faire actuellement dans par les exploitants les propriétaires d'aménagement et
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chercheurs s'est développée aussi des outils d'analyse de toutes ces données qu'on en train de récolter
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le petit problème compare c'est le but à la fin c de diagnostiquer si vaillant un problème ou pas
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et heureusement ou malheureusement ça dépend du point de vue et assez peu de problèmes dans les centrales
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donc entraîner des algorithmes pour qui soit capable de détecter une panne qu'ont encore jamais vu ça se complique
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donc je vais proposer samuel essaie de répondre à cette challenge assez claire cécile si je demande au directeur des ventes
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d'exigence de prêter machine confer 25 arrêt d'urgence par jour pendant 3 mois il apparaît d'accord
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ça va pas seulement impacter la production je pense avoir peut être aussi fatigué un peu
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la machine à lorsqu'on a aussi comme je pense à l'âge lui céda voir
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un laboratoire aidant laboratoire on peut utiliser eux déteste ricci
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reproduisent la réalité alors là vous avez eu devait de cavitation
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u. n. cavitation elle va nous permettre de créer la capitation
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lors ce colloque agitation je parle sous le d'une spécialiste en fait
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partie vaillant déchu de pression passe que typiquement turbine de
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de l'eau et puis on vous a pas utiliser l'
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énergie qui a dans l'eau pour la transformer en mouvement et en énergie électrique dont les variations de pression
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cette variation de pression à causer des bulles dans le ou les cellules ont
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éclaté quand tes éclate au contact du matériau ebay vous le dégradé lucie
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alors c'est un phénomène dans ce second oui on peut mesurer typiquement commettre un micro était regardé
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6 micro il est capable de détecter comment les bulles éclat action la plus si on a moins
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comment la vie avant l'avantage du
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laboratoire ces compost mais dans des conditions qui sont très difficiles
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oui aurait beaucoup de cavitation ce qu'on peut pas faire sur les
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machines qui existe presque pas les user inutilement ça nous permet de tester
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si la solution qu'on met en place ici et permet ce genre de mesure
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ça nous permet aussi de créer des données comme cécile a dit dans des cas qui ne pourraient pas être hors
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fait dans l dans une vraie central mais le but c'est de l'année dans une
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centrale et enfin à la afin d'utiliser cette
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technologie pour voir ce qui se passe dans les machines
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un dernier point 7 voyez la différence fondamentale en ce qui se passe dans laboratoire et eux
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ce qui se passant dans la centrale dans la centrale vous une grosse bague turbine bleu qui
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nous empêche de voir ce qui se passe dans la machine on peut parler voir les bulles
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par contre à gauche on et duplex hélas et puis le louis comte comme catholique notre micro
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on peut les corrélée à des images qu'on aurait fait aucune caméra haute vitesse comme son et sûr de mesurer vraiment ce qui suit
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alors pour conclure à eux on aimerait vous donner un petit point sur
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l'avenir appliquer ce qu'on pense faire avec celui de roi islam
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pour essayer de résoudre le problème dont on parle aujourd'hui alors on a des outils à on a parlé c'est
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la simulation numérique qui permet de reproduire que ce soit au niveau fluidiques au niveau mécanique ce qui se passe dans les machines
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on peut faire des essais en laboratoire pour être sûr que notre simulation
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fonctionne mais aussi pour se préparer à aller faire des mesures sur site
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on a la chance d'avoir des partenaires dont seule la eux qui nous mettent eux à disposition l'accès
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à leurs aménagements qui nous permettent aussi discuter avec des exploitants et des gens qui savent comment les machine fonctionne
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et qui nous disent quels sont les problématiques qui sont importants de traiter pour résoudre des problèmes
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qu'on va voir dès cet hiver apparemment du tout syntagme permet comme on l'a vu le décret beaucoup donné
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à ces clairvoyant et vous dire ce qui importe en 20 ans
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dans les données c'est faire du data du match de machine learning
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d'utiliser de l'intelligence artificielle pour résoudre des problèmes
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voilà sont sans savoir vraiment ce qui se passe ici aussi très important c'est connaître les métiers de base
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la mécanique hydraulique l'électricité la science des matériaux des choses qu'on étudie à
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l'école et dont le but de former des ingénieurs qui sont capables de voir
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si les algorithmes qui traitent les données si les simulations numériques les essais
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son train de montrer quelque chose qui correspond à la réalité ou qui sont juste des artefacts alors à quoi ça va servir
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je pense que cécile avis savone permet de prédire de
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se poser la question de qu'estce qui pourrait se passer si
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on sait les vascons qui va peut être ce passé sera
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plus facile de surveiller passe pour avoir les signes indicateurs les précurseurs
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qui vous permet de réagir à temps et tout ça dans le but de taux
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moyen d'augmenter la flexibilité des machines sans péjorer trop fortement leur durée de vie
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alors je vous rappelle juste que cet aprèsmidi on ne pour ceux qui
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sont inscrits ont encore un petit workshops sur les droits des femmes on va parler
Conference Program
Nant de Drance, une centrale « spéciale »
Alain Sauthier, Directeur de Nant de Drance SA
Oct. 5, 2022 · 10:31 a.m.
880 views
Mot de bienvenue
Blaise Larpin, Président du Crem
Oct. 5, 2022 · 10:52 a.m.
636 views
Le rôle de la production hydroélectrique dans le stockage hivernal
Nicolas Charton, Directeur du cabinet de conseils E-CUBE Strategy Consultants SA
Oct. 5, 2022 · 10:55 a.m.
677 views
Flexibilité et durée de vie des centrales hydroélectriques
Cécile Münch-Alligné & Samuel Rey-Mermet, Professeurs, HES-SO Valais-Wallis
Oct. 5, 2022 · 11:15 a.m.
673 views
Nouveau barrage de « Gornerli » - Exemple concret pour un stockage hivernal supplémentaire et son usage multicritère
Amédée Kronig, Directeur de Grande Dixence SA
Oct. 5, 2022 · 11:36 a.m.
791 views
Table ronde, modérée par Gaëtan Cherix, Directeur de la Haute Ecole d'Ingénierie (HEI), HES-SO Valais-Wallis
Panel
Oct. 5, 2022 · 11:53 a.m.
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Recommended talks
Analyse énergétique, sociétale et économique sur la mise en place de compteurs intelligents (smart meter) dans l'éco-quartier d'Eikenott à Gland
Stéphane Genoud, HES-SO Valais
Jan. 29, 2016 · 2:37 p.m.
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Perspectives pour les communes concédantes
Damien Métrailler, Président de l’Association des communes concédantes du Valais (ACC)
Oct. 2, 2019 · 11:20 a.m.
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