Cette communication dresse un portrait de la façon dont sont traitées les thématiques de la vantellerie, du contrôle-commande, des télécommunications et des alimentations en énergie par les auteurs des livrables réglementaires – Visites Techniques Approfondies, consignes écrites, Etudes de Dangers, Examens Techniques Complets et Revues de Sûreté – liés à la surveillance et au diagnostic de l’état de sûreté hydraulique des barrages équipés d’organes vannés d’évacuation et/ou de vidange. Sur la base de l’analyse de ces rapports, les Services de Contrôle (DREAL) et leur Appui-Technique (BETCGB et Irstea) recueillent, livrable par livrable, les bonnes pratiques, les défauts couramment rencontrés, les pistes d’améliorations et les progrès constatés ces dernières années. En l’état actuel, ces problématiques sont souvent moins bien formalisées que celles du génie civil, voire même parfois absentes pour ce qui concerne le contrôle-commande. Les analyses produites ne sont, généralement, pas suffisamment détaillées pour estimer, de manière solide, le niveau de sûreté de ces équipements. Néanmoins, la réglementation constituée par le décret de 2007, relative à la sécurité des ouvrages hydrauliques, a permis de noter des progrès dans la prise en compte et le développement de ces sujets. C’est dans cet objectif que des recommandations et des axes de réflexions sont formulés auprès de l’ensemble des acteurs concernés par ces livrables réglementaires (responsables d’ouvrages, gestionnaires et bureaux d’études) dans le but d’améliorer l’analyse, la maîtrise et la réduction des risques liées à ces dispositifs.
Les Directions Régionales de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement (DREAL) assurent, sous l’autorité du préfet de département, la mission de contrôle de la sécurité des ouvrages hydrauliques et, à ce titre, instruisent les documents et rapports transmis périodiquement par les responsables de barrages pour répondre à leurs obligations réglementaires. Ces documents prennent la forme de rapports de surveillance, de comptes rendus de visite technique approfondie (VTA) et de consignes écrites de surveillance et d’exploitation. Parallèlement, l’appui technique (BETCGB et Irstea) aux services de contrôle de la DREAL a en charge de formuler un avis motivé sur les Etudes de Dangers (EDD) et Revues de Sûreté (RS) réglementaires de barrage [1] adressées à l’administration. DREAL et Appui Technique ont donc une vision globale du traitement par les auteurs1 de ces études ou documents.
Périmètre
Le contrôle-commande comprend l’ensemble des systèmes qui effectuent automatiquement ou non, les mesures et assurent la régulation et la protection d’une installation.
Au moins quatre types de fonctions sont effectués par ces dispositifs :
•la prise d’information :
• réalisation de mesures (mesures de cotes, de positions…) ;
•la transmission de l’information : réalisée par les systèmes de télécommunications, satellite, filairepropre… ;
•le traitement de l’information : entrée d’une donnée d’information, traitement, sortie d’une donnée correspondant à un ordre.
Cette mission est réalisée par les automates, des outils numériques mais aussi par des interventions humaines ;
•l’alimentation en énergie qui permet à ces systèmes de fonctionner. Nous définissons la vantellerie comme tous les organes hydromécaniques intervenant dans la gestion de l’aménagement en exploitation courante et en crue (vannes, clapets, vérins, centrale oléo-hydraulique, treuils, câbles, chaines, batardeaux, grilles et ouvrages de protection contre les embâcles, dispositifs fusibles, fonds pleins, etc.).
Les visites techniques approfondies (VTA) Ces visites doivent être réalisées par un personnel compétent en hydraulique, en électromécanique, en géotechnique et en génie civil. Pour ce faire, la réglementation n’impose pas l’intervention d’un bureau d’études agréé ni même que l’ensemble de la VTA soit réalisée par une seule personne. Concernant les matériels hydromécaniques et de contrôle commande, le compte-rendu d’une VTA doit préciser : les constatations et éventuels désordres observés sur les matériels, leurs origines possibles et les suites à donner en matière de surveillance, d’exploitation, d’entretien, de diagnostic et de confortement.
La règlementation
L’étude de dangers des barrages (EDD) a été introduite par le décret du 11/12/2007. Elle concerne les ouvrages de classe A ou B. Le contenu en est détaillé dans l’arrêté du 12 juin 2008 [4] définissant « le plan de l’étude de dangers des barrages et des digues et en précisant le contenu » et la circulaire du 31/10/2008 incluant le « guide de lecture des études de dangers des barrages » [12]. Par essence même, ce dernier guide présente en détail les attendus de l’administration en matière d’EDD. Que ce soit vis-à-vis des fonctions d’évacuation des crues ou de vidange d’urgence du plan d’eau, les vannes et leur dispositif de contrôle-commande font partie des composants du barrage et sont donc concernés par tous les chapitres de l’étude de dangers, de l’analyse fonctionnelle jusqu’aux mesures de réduction des risques. Il est rappelé que le contrôle-commande est explicitement cité par deux fois dans l’arrêté du 12/06/2008 à propos des tâches élémentaires à réaliser dans le cadre de l’EDD : ••••« l’architecture générale du contrôle-commande et les schémas généraux de l’alimentation électrique et des télécommunications » doivent être décrits au titre de l’analyse fonctionnelle (Chapitre 3.1 de l’EDD) ; ••••« les événements mettant notamment en cause […], le contrôle-commande, les télécommunications ou l’alimentation électrique » sont à décrire dans l’étude accidentologique (Chapitre 7 de l’EDD).
Analyse fonctionnelle de l’ouvrage et de son environnement
Le guide de lecture des EDD [12] précise que l’analyse fonctionnelle de l’ouvrage et de son environnement couvre l’ensemble du système étudié en englobant les ouvrages de sécurité (vannes, évacuateurs de crues, dispositif d’auscultation…). L’analyse fonctionnelle doit permettre de localiser les différents composants cités dans l’analyse des risques et de comprendre les choix technologiques effectués (notamment en ce qui concerne les organes mécaniques complexes ou encore les automates) ou les principes de redondance prévus (par exemple, concernant la mesure de la cote d’un plan d’eau, les chemins de câbles électriques, les systèmes d’étanchéité, l’éclairage du parement ou d’autres composants de l’ouvrage…). D’une façon générale, la vantellerie est bien décrite et l’est de mieux en mieux dans les études récentes. Il arrive toutefois que la chaîne cinématique de la (des) vanne(s) soit ignorée ou que la description ne porte que sur le dispositif en fonctionnement nominal, ce qui n’est pas satisfaisant du point de vue de la sûreté. En effet, les barrages peuvent connaître pour une période transitoire plus ou moins longue (pendant des travaux), ou de façon périodique dans l’année, un fonctionnement dégradé des organes hydrauliques et de leur contrôle-commande. Le constat est bien plus mitigé pour le contrôle-commande, qui est encore souvent décrit de façon non satisfaisante. Lorsqu’il n’est pas omis, il est souvent présenté comme une « boîte noire », partiellement décrit, avec peu de pédagogie et parfois peu de lisibilité.Ce qui est souhaité dans ce chapitre de l’étude de dangers est une analyse claire et simplifiée des éléments ayant un rôle dans la gestion et la sûreté de l’aménagement. Il s’agit donc de retenir le bon niveau de détail permettant de mettre en évidence les différentes sources d’énergie possibles (réseaux électriques, groupe électrogène fixe ou mobile, batterie, actionnement manuel…), les principaux composants d’une chaîne cinématique mobilisée dans la manœuvre d’une vanne (centrale hydraulique, moteur, vérin, treuil et chaînes…) ou ceux impliqués dans une boucle de contrôle-commande (capteurs, unités de traitement, modes de transmissions d’informations et actionneurs…). Cela doit aussi permettre de mettre en évidence: les éventuelles redondances et modes communs de défaillance. Pour le contrôle-commande, cette échelle adaptée d’analyse doit permettre d’identifier l’événement initiateur des défaillances, plutôt qu’un bloc « défaillance du contrôle-commande », et une liste exhaustive des barrières de sécurité qui assurent une fonction de sécurité (mesures de prévention, mesures de limitation ou mesures de protection). Il est donc demandé la production de schémas fonctionnels décrivant : les installations de contrôle-commande, leurs macro-éléments, leur(s) fonction(s) ainsi que leurs interactions les uns par rapport aux autres (architecture générale du contrôle-commande et schémas généraux de l’alimentation électrique et des télécommunications), leurs vulnérabilités ainsi que leurs robustesses. Ces composants peuvent intervenir soit comme sources potentielles de défaillances, soit comme outils de maîtrise des risques (barrières de sécurité). Ils constituent le point de départ incontournable d’une analyse exhaustive des modes de défaillances des composants et de l’évaluation des barrières de sécurité identifiées (chapitre 8 de l’EDD). Enfin, une description de la vantellerie et du contrôle-commande correctement réalisée dans une EDD doit pouvoir servir d’élément de référence pour accompagner les divers livrables réglementaires (consignes, rapports de VTA, rapports de surveillance, Examens Techniques Complets /Revues de Sûreté).
aléas
Aléas naturels
Les aléas naturels (gel, foudre, neige, séisme) ou agents extérieurs (embâcles générés par le vent ou les vagues, envasement) pouvant être à l’origine d’une défaillance d’un organe de vantellerie ou du contrôle-commande, ou de difficultés d’accès à l’aménagement sont généralement bien identifiés. Les difficultés apparaissent au sein de l’analyse des risques de l’EDD dès lors qu’il s’agit de combiner les probabilités d’occurrence d’aléas dont l’indépendance par rapport à celle de la défaillance d’un composant n’est pas clairement établie, comme par exemple la combinaison d’une crue de forte intensité avec le risque d’obstruction d’une vanne par des embâcles.
LA PROBLEMATIQUE VANTELLERIE ET CONTROLE COMMANDE DANS LES EXAMENS TECHNIQUES COMPLETS (ETC)
La réglementation
L’Examen Technique Complet, décrit dans l’Article 7-II de l’arrêté du 29/02/2008 [3], dans la circulaire interministérielle du 08/07/2008 et dans le cahier des charges des concessions Art 20-III, est à la charge du responsable d’ouvrage. Il concerne les barrages de classe A et consiste en une visite exhaustive de l’ouvrage, comprenant les parties habituellement noyées, difficilement accessibles ou observables sans moyens spéciaux. Le diagnostic concerne en particulier le parement amont et les organes hydromécaniques. Ce document est requis pour la rédaction de la revue de sûreté car il constitue l’une des données d’entrée incontournable. Accompagné des VTA de l’année de réalisation de l’examen, il doit permettre d’aboutir à une vision complète, objective et factuelle de l’état de l’ouvrage et de ses organes de sécurité.
La pratique actuelle
Cet examen est réalisé soit à l’occasion d’une vidange (partielle ou complète) soit de plus en plus souvent par des inspections subaquatiques (fréquemment par des robots équipés de caméras) pour diverses considérations(environnementales ou économiques par exemple), donc sans vidange. Ayant pour premier objectif l’inspection du parement amont des ouvrages, il est trop souvent réduit à cet aspect. Encore trop de rapports fournis à l’administration ne traitent que cette problématique et laissent de côté le diagnostic de tous les dispositifs difficilement accessibles ou observables de façon courante. Les organes de vantellerie sont concernés par l’ETC. La vidange ou l’inspection subaquatique doivent donc être mises à profit pour faire le bilan des parties amont des vannes ou clapets de crues et des vannes de fond. En général, l’inspection de ces organes, quand elle a lieu, se fait sur la partie aval et seulement si aucun défaut d’étanchéité n’est identifié (une fuite pouvant gêner l’inspection). L’inspection visuelle des vannes est une première étape dans la caractérisation de l’état mécanique des matériels. Toutefois, la seule évaluation visuelle de l’état de la vanne est limitée et ne suffit pas pour se prononcer sur son état mécanique réel. Il est donc important d’y effectuer des examens plus poussés, comme par exemple des mesures d’épaisseurs, un contrôle de l’étanchéité, des contrôles des protections anticorrosion… Cette pratique, de plus en plus répandue, est à encourager. De plus, leurs chaînes cinématiques doivent faire également partie du périmètre de l’examen5. Dans bon nombre de rapports d’Examen Technique Complet, cet aspect est tout simplement occulté. Pourtant, il faut profiter de ce moment dans la vie de l’ouvrage et des moyens spéciaux disponibles à cette occasion pour effectuer les vérifications nécessaires sur ces éléments. Ces vérifications concernent en particulier le contrôle des brimbales, des vérins, des flotteurs et des différentes chaînes et câbles. Très souvent occultés, ces contrôles méritent d’être effectués et retranscrits dans le rapport d’ETC. La problématique du contrôle-commande n’est jamais évoquée dans ce livrable. De prime abord, cela peuts’expliquer par le fait que le sujet est plus logiquement développé à l’occasion des VTA. Or, le sujet n’y est pourtant pas toujours correctement traité (cf. § 3). Un contrôle exhaustif d’une armoire électrique, d’un automate, un capteur immergé, etc. peut nécessiter des moyens (ou des procédures) spéciaux d’observation ou de diagnostic, et donc doivent relever de l’ETC. Des examens thermographiques dans les armoires de puissance ou de commande peuvent être réalisés à l’occasion de certains ETC, voire de VTA. Cette pratique, particulièrement efficiente pour les armoires de puissance, est à encourager.
Les attentes et recommandations
L’Examen Technique Complet ne doit pas être uniquement GC-centré car le matériel hydromécanique fait clairement partie du périmètre de l’ETC. Cet examen doit effectuer une expertise de toutes les vannes (contrôle visuel, contrôle de sa structure par des mesures d’épaisseur, contrôle de son étanchéité, contrôle de la protection anticorrosion) sans oublier leurs chaînes cinématiques. L’ETC (notamment en cas de vidange) est l’occasion d’effectuer des manœuvres des vannes sur toute leurs courses (à blanc) est ainsi de vérifier non seulement la fonctionnalité de la chaine cinématique mais également des différents capteurs (fin de course…). Une analyse plus approfondie du contrôle-commande mérite également d’être effectuée au moment de l’ETC (thermographie, vérification du câblage, contrôle des capteurs). Bien qu’il puisse s’agir d’actions régulièrement effectuées par les gestionnaires, il convient de mieux les tracer et de les porter à connaissance de l’administration. Il est à noter que certains de ces examens peuvent être réalisés à l’occasion des VTA. Avec ces dernières, l’Examen Technique Complet permet de fournir à l’administration, mais aussi au responsable de l’ouvrage, une vision complète de l’état du barrage et de ses équipements. Cet ensemble constitue une des données d’entrée essentielles de la Revue de Sûreté, qui en fait l’analyse et la synthèse.
LA PROBLEMATIQUE VANTELLERIE ET CONTROLE COMMANDE DANS LES REVUES DE SURETE
La réglementation
La revue de sûreté est définie dans l’arrêté du 29/02/2008 à l’article 7-I [3] et dans le cahier des charges des concessions Art 20-III. Elle consiste, pour le propriétaire ou le concessionnaire, à dresser un constat du niveau de sûreté du barrage en intégrant l’ensemble des données de surveillance accumulées pendant la vie de l’ouvrage mais aussi la synthèse des études spécifiques qui ont pu être réalisées. Elle tient compte de l’état du barrage, de son comportement, de son dimensionnement et des organes de sécurité associés (évacuateurs, vidanges…), des5 Ou lors des Visites Techniques Approfondies si elles sont facilement accessibles ou observables
La pratique actuelle
Du fait d’une réglementation moins explicite, l’administration constate une plus grande hétérogénéité des dossiers de revues de sûreté par rapport aux Etudes De Dangers reçues. Certaines études comportent de nombreuses lacunes. Dans ces dernières, le contrôle-commande et le matériel hydromécanique sont les thématiques qui en souffrent le plus. La vantellerie et le contrôle-commande doivent faire l’objet d’un bilan d’état et de fonctionnement approfondi dans le cadre des rapports de revue de sûreté, ce qui n’est pas souvent le cas. Le fonctionnement/comportement de ces matériels en exploitation courante comme lors d’épisodes extrêmes, les tests de fonctionnement, les incidents rencontrés et les corrections apportées, les travaux importants comme la maintenance et l’entretien courant ne sont que trop peu évoqués dans ce livrable. Comme indiqué précédemment, les résultats des VTA et de l’ETC sont les données d’entrée pour la revue de sûreté, qui est donc fortement dépendante de la qualité de ces documents. Sans surprise, un travail exhaustif réalisé lors de l’ETC permet en général aux revues de sûreté d’exposer clairement le bilan d’état de ces matériels. Une autre donnée d’entrée est l’historique des équipements depuis leur conception et construction. Il est très régulièrement constaté l’absence de notes de calculs, en particulier pour les organes hydromécaniques. Si des mesures d’épaisseurs ont été réalisées, ces mesures permettent de faire une estimation rapide de la reprise des contraintes de pression par la vanne et/ou par la conduite. Répercutant les lacunes des examens techniques complets, la chaîne cinématique est souvent éludée de l’exercice, tout comme le contrôle-commande. L’analyse de ce dernier est même totalement inexistante dans certains dossiers. Le but final de la revue de sûreté est de démontrer et de se prononcer sur le niveau de sûreté de l’ouvrage et de ses équipements. La faiblesse des développements sur les sujets des matériels hydromécaniques et, de manière encore plus marquée, sur les matériels de contrôle-commande ne permet pas à certains maîtres d’ouvrage d’en faire la démonstration. Il a également été constaté des appréciations différentes sur le niveau de sûreté et les mesures de maîtrise des risques à mettre en œuvre issues des études de dangers et des revues de sûreté réalisées sur un même ouvrage, qu’elles aient été rédigées ou non par le même bureau d’études.
Les attentes et recommandations
D’une manière générale, l’administration regrette l’absence fréquente d’éléments sur le niveau de sécurité des matériels hydromécaniques et de contrôle-commande dans les rapports de revue de sûreté. Cet exercice est intégrateur des autres livrables réglementaires, ainsi, une lacune dans une donnée d’entrée pénalise l’analyse qui en est faite par la suite. L’administration attend donc que ces sujets soient mieux développés dans ces livrables. Pour les organes hydromécaniques, les pistes d’améliorations sont à trouver dans une meilleure analyse de la conception, de la réalisation de l’organe, de sa maintenance (opérations qui ont permis de maintenir l’organe en état) et de son fonctionnement (actions de surveillance, essais, incidents). Cela permettra une estimation plus objective et exhaustive du niveau de sûreté des organes hydromécaniques. L’analyse du contrôle-commande pourrait être développée, comme cela a pu être effectué dans certains dossiers selon cinq axes : (i) matériels de prise de l’information ; (ii) matériels de transmission de l’information ; (iii) matériels d’analyse de l’information ; (iv) alimentations ; (v) l’action en réponse. Pour chaque item, il conviendrait de définir leur fonction, l’information en entrée et en sortie de chaque matériel (Input/Output), les modes communs, leurs emplacements, le contrôle de ces dispositifs, la maintenance et les incidents. Une analyse des modes d’organisation de l’exploitant est également être nécessaire : le niveau de sûreté final est également le résultat de la capacité de l’exploitant à maitriser les défaillances survenant sur ses équipements. La revue de sûreté reprend les analyses de l’Etude de Dangers, en particulier l’identification des barrières de sécurité qui font intervenir dans la majorité des cas des matériels de contrôle-commande et de vantellerie. Sur la base du bilan d’état et de fonctionnement réalisé lors de la revue de sûreté, il est attendu un avis explicite sur le niveau de confiance de ces barrières identifiées dans l’EDD. De même, comme pour les études de dangers, il est attendu que les responsables d’ouvrages se prononcent sur les plans d’actions recommandés par leurs bureaux d’études
CONCLUSIONS
Les thématiques de contrôle-commande et de vantellerie sont désormais au cœur des réflexions sur la sûreté hydraulique. Les différents accidents et incidents ont fait prendre conscience à la communauté professionnelle et aux pouvoirs publics de l’intérêt d’améliorer la maîtrise des risques dans ces domaines. La réglementation de 2007 a permis de donner un cadre à ces sujets au travers des différents livrables réglementaires décrits dans cet article. Cette communication permet de faire un premier point d’étape sur la prise en compte de ces problématiques par la réglementation. Moins bien formalisés que dans le domaine du génie civil, des efforts sont encore nécessaires pour la prise en compte des matériels hydromécaniques et de contrôle-commande dans l’estimation du niveau de sureté de chaque aménagement. Néanmoins, l’administration a pu constater une progression dans la prise en compte de ces sujets depuis fin 2007 et encourage au travers de cet article les responsables d’ouvrages, les gestionnaires et les bureaux d’études à persévérer dans le cadre d’une démarche d’amélioration continue de la maîtrise et de la réduction des risques sur ces matériels. Cet article met aussi en avant la complémentarité des livrables réglementaires aux échéances et aux objectifs différents. Au final, la bonne réalisation de chacun d’entre eux permet aux responsables d’ouvrages de démontrer à l’administration (et donc à la société) que les risques générés par l’exploitation de leurs ouvrages sont correctement maîtrisés. Le tout récent décret du 12 mai 2015 [13] modifie le contenu du livrable « Etudes de Dangers » qui regroupera un bilan d’état de l’ouvrage (i.e. revue de sûreté au sens de cet article) et une analyse de risques (équivalent de l’Étude de Dangers au sens de cet article). Cette modification ne remet pas en cause la logique de la réglementation de 2007 mais demandera de fait un travail plus approfondi sur les ouvrages de classe B.
REFERENCES
Décret 2007-1735 du 11/12/2007 relatif à la sécurité des ouvrages hydrauliques et au comité technique permanent des barrages et des ouvrages hydrauliques et modifiant le code de l’environnement [2] Décret 2008-1009 du 26/09/2008 modifiant le décret 94-894 du 13 octobre 1994 modifié relatif à la concession et à la déclaration d’utilité publique des ouvrages utilisant l’énergie hydraulique et le décret no99-872 du 11 octobre 1999 approuvant le cahier des charges type des entreprises hydrauliques concédées [3] Arrêté du 29/02/2008 fixant des prescriptions relatives à la sécurité et à la sûreté des ouvrages hydrauliques [4] Arrêté du 12/06/ 2008 définissant le plan de l’étude de dangers des barrages et des digues en précisant le contenu [5] Arrêté du 16/06/2009 modifiant l’arrêté du 29 février 2008 fixant des prescriptions relatives à la sécurité et à la sûreté des ouvrages hydrauliques [6] Arrêté du 21/05/2010 définissant l’échelle de gravité des événements ou évolutions concernant un barrage ou une digue ou leur exploitation et mettant en cause ou étant susceptibles de mettre en cause la sécurité des personnes ou des biens et précisant les modalités de leur déclaration [7] BETCGB (2002). Contrôle des barrages en exploitation – Guide BETCGB[8] Brandon. E (2009). Retour d’expérience tiré de la lecture critique des premières études de dangers (EDD) de barrages en France. Colloque CFBR-AFEID: «Sécurité des barrages et nouvelle réglementation française : Partage des méthodes et expériences», 9 Novembre 2010, Lyon [9] Gastaud. G & Gauthier. AL (2015). Enseignements tirés des événements importants pour la sûreté hydraulique (EISH) et éléments de retour d’expérience sur les organes hydromécaniques et de contrôle-commande des barrages. Colloque CFBR “Vantellerie, contrôle-commande, télécom et alimentations électriques pour des barrages plus sûrs”, 2-3 Décembre 2015, Chambéry [10] Perez. M & Degoutte. G (2009). Retour d’expérience des premières revues de sûreté. Colloque CFBR-AFEID «Sécurité des barrages et nouvelle réglementation française : Partage des méthodes et expériences», 9 novembre 2010, Lyon [11] BETCGB (2011). Fiches « Référentiels Techniques »[12] Ministère de l’Ecologie, du Développement durable et de l’Energie (2012). Guide de lecture des Etudes de Dangers de Barrages[13] Décret 2015-526 du 12 mai 2015 relatif aux règles applicables aux ouvrages construits ou aménagés en vue de prévenir les inondations et aux règles de sûreté des ouvrages hydrauliques
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