Étude de l'agrandissement du domaine skiable

Cette section décrit le nouveau réseau pour un plus grand enneigement des pistes avec de la neige artificielle. Deux choix ont été retenus et nous regarderons l'impact sur le réservoir de ces deux choix.

Objectif :

  • S'assurer de la production de neige de culture en basses altitudes.​
  • Proposer un nouveau réseau d'adduction

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La nouvelle retenue, dont l'emplacement a été défini dans l'étude préliminaire de la conception de la retenue, se situe à une altitude de 1850 m et elle se remplit à $250$ $m^3/h$. Cependant la retenue ne sert pas seulement à l'enneigement artificiel de la station mais elle est aussi une source pour la station de production d'eau potable qui en puise environ $35$ $m^3/h$  en continu.

Nous avons décidé de garder la même consommation en eau pour la première retenue et de puiser les $50 000$ $m^3$ d'eau nécessaire dans la seconde retenue. Cependant il ne s'agissait pas de construire un second réseau mais simplement de raccorder le nouveau réseau à l'ancien afin de limiter les coûts et de répartir judicieusement les ressources en eau à travers le domaine. Pour ce faire, des clapets et des vannes ont été installés pour faire face aux nombreuses ramifications du réseau et éviter que l'eau ne circule dans différents sens. Les vannes permettent aussi de limiter à la valeur actuelle la consommation en eau du réservoir déjà existant malgré l'installation de nouveaux canons à neige. Nous avons voulu minimiser les coûts et pour éviter d'installer une nouvelle pompe la nouvelle réserve en eau a été reliée à un point assez bas du domaine afin que la pression minimale de 16 bars soit assurée sans l'utilisation d'une pompe.

Les deux choix 1 et 2 (explicités dans l'hypothèse d'agrandissement), sont détaillés dans les parties suivantes mais au préalable nous avons voulu vérifier qu'il était possible d'installer des canons à neige sur la piste créée.

Données météorologiques

Pour installer les canons à neige et assurer leur fonctionnement, il faut avoir une pression d'eau suffisante mais il faut également que l'environnement extérieur soit propice. Pour le choix 1 et le choix 2 que nous avons décrit dans la première partie dans la section Hypothèse d'agrandissement, les pistes supplémentaires à enneiger se situent à la même altitude, voire plus haute, que celles déjà enneigées. Il n'y a donc pas de problème. En revanche, pour le projet de la nouvelle piste, si c'est un projet bien concret et abouti, le projet ne parle pas de l'installation de canons à neige sur cette piste.

 

Dans la partie précédente, nous avons vu les conditions de création de la neige artificielle (voir paragraphe Fonctionnement des canons) à l'aide d'un tableau représentant la qualité de la neige en fonction de l'humidité de l'air et de la température. Connaissant ces conditions, nous avons décidé de relever les différentes températures humides en bas de la nouvelle piste (i.e à 1148 m) afin de voir si il serait possible, d'un point de vue météorologique, d'enneiger artificiellement cette piste :

Les relevés sont les relevés pris sur Météo Ciel où la station de mesure se situe à 1400m d'altitude. Chaque jour entre le 19 et le 22 février 2015 et entre le 4 mars et le 7 mars 2015 nous avons relevé sur le site les prévisions pour le jour suivant. Le modèle numérique utilisé est le modèle WRF, un autre modèle existe : le modèle GFS, mais les prévisions que nous avions avec le modèle GFS étaient seulement toutes les trois heures, ce qui n'était pas assez détaillé.

 Pour connaitre les valeurs à 1148m d'altitude nous sommes partis sur le principe que l'air perd 0,65°C tous les 100m. Ainsi la différence de température entre la station de mesure et le bas de la nouvelle piste est de 1,62°C. 

Le tableau ci-dessous récapitule les différentes températures humides au bas de la nouvelle piste : 

Figure 1 :Température humide pour deux périodes distinctes (février et mars) (Source : meteociel.fr)

Pour le graphe ci-dessus, nous avons adopté le même code couleur que dans la partie décrivant les plages de fonctionnement météorologiques des canons à neige. Ainsi, lorsque la case est en verte le fonctionnement du canon à neige est optimal, lorsque la case est colorée en jaune, alors la production de neige de culture est possible bien que la neige obtenue soit humide. Enfin, avec une température inférieure à 3°C, la production de neige artificielle n'est pas possible. 

Nous pouvons remarquer que la plupart du temps les canons  seraient susceptibles de fonctionner car leur température humide sur la piste est inférieure à -7°C pendant le mois de mars.

Il est donc cohérent de vouloir équiper la nouvelle piste de canons à neige. 

Choix 1

Dans un premier temps, nous ajustons le modèle Porteau pour équiper de nouvelles pistes, comme il a été indiqué dans les hypothèses d'agrandissement. Nous ajoutons pour cela tous les canons à neige supplémentaires à l'aide des profils topographiques de chaque piste. Nous avons aussi placé la nouvelle retenue à l'aide des informations obtenues grâce à l'étude du bassin versant. Le nouveau modèle obtenu avec Porteau est le suivant :

Figure 1 : Nouveau réseau correspondant au choix n°1

 

Le nouveau réseau est alors ramifié sur celui déjà existant et plusieurs vannes sont installées aux endroits où l'eau provient potentiellement des deux réservoirs. En effet, l'eau provenant du réservoir actuel arrivera au bas du domaine avec une très forte pression, qui n'est pas nécessaire au fonctionnement des canons à neige. À l'inverse, l'eau provenant du nouveau réservoir, situé plus bas en altitude, aura une pression satisfaisante pour alimenter les canons du bas du domaine, mais pas assez de pression pour alimenter ceux du haut du domaine. L'installation de vannes en des points clés du réseau permet alors de réguler la provenance de l'eau.

On donne donc le schéma ci-dessous qui permet de montrer comment l'eau de chaque réservoir est utilisée :

Figure 2 : Répartition de l'eau pour le choix n°1

 

Le nombre de canons à neige reliés au nouveau réservoir est relativement faible, mais l'ensemble de ces canons est situé sur le bas du domaine skiable, et qui demande donc un enneigement artificiel plus important. Ainsi, nous avons conservé la même consommation pour le réservoir actuel. Bien entendu, cette consommation est susceptible de varier d'une année sur l'autre en fonction des aléas climatiques, et nous avons donc gardé une consommation fixe pour une année donnée seulement.

On donne alors la hauteur d'eau dans le réservoir tout au long de la saison hivernale 2013-2014 :

Figure 3 : Hauteur d'eau dans l'ancien réservoir au cours du temps

 

On peut alors remarquer que notre réservoir a un volume et un débit de remplissage suffisant pour assurer le fonctionnement des différents enneigeurs malgré l'ajustement du réseau de canons à neige. Dans un deuxième temps, il est important de vérifier que le nouveau réservoir que nous souhaitons mettre en place pour l'agrandissement a été correctement dimensionner pour supporter les demandes en eau potable et en eau pour les canons à neige. On observe alors le niveau de ce réservoir au cours du temps pour la même simulation que précédemment. Le résultat obtenu est le suivant :

Figure 4 : Hauteur d'eau dans le nouveau réservoir au cours du temps

 

On observe immédiatement de plus grandes fluctuations de niveau que pour le réservoir existant actuellement dans la station. Cela est directement relié au fait que ce réservoir aura une double utilisation :

  • $35$ $m^3/h$ de débit en continu pour alimenter la station de production d'eau potable
  • $300$ $m^3/h$ de débit pour les canons à neige, sur des plages de fonctionnement de $8$ heures consécutives

Toutefois, le niveau dans le réservoir reste acceptable au cours du temps, ce qui nous conforte dans le bon dimensionnement de ce réservoir en vue de sa double utilisation.

Il est maintenant important de s'assurer qu'un débit de $1.8$ $L/s$ est disponible au niveau de chaque canon et que la pression est comprise entre $16$ et $60$ bars. La consommation en eau au point CoqH est la suivante :

Figure 5 : Consommation instantanée au point CoqH

 

On constate immédiatement que le canon à neige dispose bien de $1.8$ $L/s$ pour fonctionner. Après avoir vérifié ces résultats pour chaque canon à neige du réseau, on choisit de ne présenter pour les pressions que ceux qui concernent le point le haut du réseau, CoqH, susceptible de manque d'eau ou de pression, et celui la plus bas de réseau, NouvelleB, susceptible d'être victime de surpressions. On obtient :

Figure 6 : Pression au point CoqH

 

Nous pouvons alors faire le même constat que dans la modélisation du réseau actuel à savoir que les pressions sont négatives lorsque les canons à neige ne fonctionnent pas, puisque les pompes assurant les surpressions sont coordonnées avec le démarrage des canons. Rappelons que cette pression négative signifie uniquement que l'altitude de ce point est supérieure à celle de la retenue, puisque dans la situation où les canons sont arrêtés, le réseau d'adduction est vidangé afin de limiter le risque de gel. À l'inverse, lors des plages de fonctionnement des canons, les pompes de mettent en marche et la pression minimale de $16$ bars est assurée.

Dans un deuxième temps, nous nous intéressons au point du réseau situé à l'altitude la plus basse, c'est-à-dire le bas de la nouvelle piste. Ce point, situé à $1048$ mètres d'altitude, est très probablement sujet à des problèmes de surpressions puisque la retenue d'altitude est à $2190$ mètres. On choisit alors d'installer des réducteurs de pressions à l'amont de ce canon, pour ne pas avoir de trop fortes pressions qui pourraient détériorer le canon à neige et nuire à son bon fonctionnement.

Figure 7 : Pression au point NouvelleB

 

Tout d'abord, on observe que cette fois-ci, la pression lorsque les canons sont en marche, la pression est inférieure au cas où les canons sont à l'arrêt. Cela s'explique par le fait qu'il n'y a pas de pompes dans cette branche du réseau et que les différentes prises d'eau situées à l'amont abaissent la pression.

Par ailleurs, on observe l'effet des réducteurs de pression puisque la pression reste constamment inférieure à la différence d'altitude entre la prise d'eau au niveau du canon à neige et le réservoir.

Choix 2

Comme pour le premier choix, le modèle initial est modifié afin de correspondre au deuxième choix, lui aussi présenté dans les hypothèses d'agrandissement. On observe en particulier que la nouvelle piste est présente dans les deux modèles.

Figure 1 : Nouveau réseau correspondant au choix n°2

 

Une fois encore, nous avons du ajouter des clapets qui empêchent l'eau de circuler dans plusieurs sens au sein d'un même tuyau, ainsi qu'une pompe assurant une pression suffisante au point DrailleH, situé à la même altitude que le réservoir. La pompe doit donc permettre d'élever la pression d'une valeur nulle à une valeur de $16$ bars, tout en compensant les pertes de charge linéaire dans le tuyau d'amenée. De même que précédemment, chaque réservoir alimente une partie des canons à neige comme le montre la figure ci-dessous :

Figure 2 : Répartition de l'eau dans le choix n°2

 

Le nombre de canons alimentés par chaque réservoir est le même que dans le premier choix. Ainsi, les niveaux d'eau dans chacun des réservoirs sont identiques à ceux présentés précédemment. Nous avons volontairement choisi de fixer ce nombre afin que la décision entre les deux solutions ne se fasse pas sur le critère du manque d'eau mais sur des critères écologiques présentés ici ou encore économiques. Il est cependant important de vérifier que la pression en tout point du réseau est acceptable. Nous choisissons de ne présenter les résultats qu'au bas de la nouvelle piste, en NouvelleB, et au plus haut point ajouté au réseau, DrailleH.

Tout d'abord, nous vérifions que l'eau parvient bien au point DrailleH du réseau, situé à la même altitude que le réservoir mais dont le tronçon d'amené est équipé d'une pompe. On observe ceci :

Figure 3 : Consommation au point DrailleH

 

La consommation est bien celle attendue par définition du modèle de consommation et l'eau parvient donc au canon à neige placé en haut de la piste Draille. Il est maintenant important de vérifier que l'eau y parvient avec une pression supérieure à $16$ bars.

Figure 4 : Pression au point DrailleH

 

Comme attendu, on trouve une pression nulle lorsque les canons à neige (et donc la pompe) sont à l'arrêt. Lorsque la pompe se met en marche, l'eau arrive sous une pression de 35 bars, nettement supérieure au minimum requis. Nous avons fait ce choix car une pression supérieure permet d'avoir un fonctionnement optimal des enneigeurs, et car le réseau d'eau se divise en deux branches au point DrailleH, ce qui réduit la pression aux points suivants.

Enfin, il est important de veiller dans ce cas aussi à ne pas dépasser la pression maximale autorisée, quelque soit le canon à neige considéré. On s'intéresse alors au point le plus critique, c'est à dire celui placé à l'altitude la plus faible, NouvelleB. On obtient :

Figure 5 : Pression au point NouvelleB

 

L'analyse de ces résultats est strictement la même que pour le choix n°1 présenté en page précédente. Des réducteurs de pressions ont également du être installés pour compenser la trop grande différence d'altitude entre le réservoir et ce point.

 

Nous allons désormais devoir retenir l'une des deux solutions présentés, en nous appuyant sur les recommandations du binôme chargé des impacts environnementaux ainsi que sur une étude économique présentée en page suivante.