L’hydroélectricité occupe une place stratégique dans le paysage énergétique mondial. En 2019, l’hydroélectricité contribue pour 3% au bilan énergétique mondial, via les 16% que représente sa production dans le mix électrique. Elle demeure, de très loin, la principale source d’énergie renouvelable à partir d’aménagements de toute taille. Au cœur de cette maîtrise technique, l'aménagement de Pierre-Bénite, mis en service en 1967, marque un tournant technologique majeur par l'utilisation pionnière des groupes de type bulbe.
La genèse d'un aménagement singulier
Le programme initial du Rhône comportait l’aménagement de 20 chutes pour une production annuelle de l’ordre de 15,7 TWh. Les ouvrages affichant la meilleure rentabilité, fournissant la plus forte production électrique et régularisant les portions du fleuve les plus difficiles à naviguer ont été construits en premier. L’ensemble de ces six aménagements produisant déjà la moitié du potentiel attendu du Rhône, la question de l’opportunité de poursuivre l’aménagement du fleuve s’est posée. En effet, la rentabilité des équipements restant à construire devenait moins attractive, d’autant qu’au même moment, le coût du kWh thermique diminuait. Du strict point de vue énergétique, une telle réticence se comprenait.
Un autre choix s’imposait pour Pierre-Bénite. Son aménagement a pour objectif de créer une retenue aussi haute que possible pour satisfaire aux besoins de navigation sur la Saône, sans toutefois entraîner de risques d’inondation dans Lyon par relèvement de la nappe. L’amélioration des conditions de navigation nécessitait de relever le niveau moyen du Rhône de trois mètres environ à la confluence. Selon la conception classique des autres aménagements, l’obtention d’une chute suffisante nécessitait de repousser de plusieurs kilomètres l’implantation des ouvrages en établissant un canal de dérivation amont au-dessus du terrain naturel. L’urbanisation déjà importante dans cette région, incluant de nombreux sites industriels, ne permettait pas ce schéma. La retenue amont s’étend jusqu’à la limite Lyon-Caluire sur le Rhône, et à l’aval de l’écluse de Couzon au Mont d’Or sur la Saône, supprimant ainsi les paliers de la Mulatière et de l’Ile Barbe.
L'intégration technique dans un environnement urbain
Avant aménagement, le Rhône formait une courbe prononcée, court-circuitée par une lône, isolant ainsi l’île de Pierre-Bénite. L’ensemble écluse-déchargeur-usine est implanté en rive droite au plus près de la courbe du Rhône, le barrage évacuateur de crue étant situé sur l’île de Pierre-Bénite. L’ensemble des ouvrages est donc construit hors lit mineur mais l’emprise des chantiers a réduit nettement le lit majeur. La réalisation d’une dérivation était nécessaire pour autoriser le passage des crues pendant la durée des travaux.
Le chantier étant situé sur l’île de Pierre-Bénite, submersible en crue, il était nécessaire de le protéger des plus hautes eaux. Les sondages effectués ayant permis d’identifier un substratum mollassique sensiblement horizontal à la cote 140 recouvert par une vingtaine de mètres d’alluvions de forte perméabilité, il a fallu réaliser un écran étanche à travers la couche d’alluvions et partiellement dans la mollasse. La coupure du Rhône au droit de l’écluse d’une part, et à l’aval du barrage d’autre part, a été réalisée du 22 au 24 janvier 1966, en interrompant la navigation pendant seulement trois jours. L’écluse est mise en service dès le 26 janvier, le premier bateau passant le 1er février. Suit celle des quatre groupes de l’usine entre mars et août 1966.
La technologie des groupes bulbes : une avancée majeure
Le principe des groupes bulbes est ancien, mais leur mise en œuvre a longtemps buté sur des difficultés liées à la conception, l’intégration et le refroidissement de l’alternateur. Dans le domaine des groupes de fortes puissances, c’est essentiellement la volonté de réaliser la centrale marémotrice de La Rance qui va être un puissant levier au développement de cette technologie. Dès 1942, Neyrpic propose un projet de groupe bulbe de 20 MW, resté toutefois à l’état de projet. C’est l’intérêt du pompage et du turbinage dans les deux sens qui incite à pousser la solution axiale et conduit EDF à lancer une consultation pour des groupes axiaux en 1951.
La CNR a pressenti tout l’intérêt que pourrait procurer l’adoption de groupes bulbes pour équiper ses usines de basse chute. Pierre-Bénite ouvrira le bal. Un groupe bulbe est constitué essentiellement d’une turbine axiale depuis l’entrée jusqu’à la sortie, entraînant directement un alternateur fonctionnant à l’intérieur d’un carter étanche profilé en forme de bulbe. L’ensemble est immergé dans une galerie. Cette disposition est particulièrement bien adaptée aux très basses chutes (2 à 15 m), aux grands marnages et aux gros débits (jusqu’à 400 m³/s). L’alternateur, de dimensions réduites, est disposé en amont de la roue.
Animation centrale hydroélectrique
Les composants clés incluent :
- L’ogive réfrigérante et le bras d’accès.
- L’anneau à tirants et les tirants.
- La carcasse de l’alternateur.
- La roue polaire de l’alternateur.
- La butée et son croisillon support.
- Le palier alternateur et le palier turbine.
- L’avant-distributeur, le distributeur et le cercle de vannage.
- La roue à pales mobiles et son vérin hydraulique de commande.
Après Pierre-Bénite, qui abrita, lors de sa mise en service, les plus gros groupes bulbes du monde, et à l’exception de l’aménagement de Bourg-lès-Valence, tous les aménagements du Rhône seront équipés de cette technologie.
Architecture de l'aménagement et gestion des flux
Le barrage de retenue est un ouvrage mobile classique constitué de six passes de 21 m de large équipées de vannes wagon double corps permettant d’évacuer un débit de 6 250 m³/s. Dans la culée rive gauche a été installé un petit groupe permettant de turbiner le débit réservé de 10 m³/s. Contrairement aux autres aménagements du Rhône à l’aval de Lyon, dans lesquels le canal d’amenée est à la fois le canal permettant l’alimentation de l’usine et le canal de navigation, dans le cas de Pierre-Bénite, le canal d’amenée est uniquement réservé à l’alimentation de l’usine.
Chaque groupe est équipé d’une vanne aval rapide jouant le rôle de vanne de sécurité et permettant un fonctionnement en déchargeur performant. Le bloc déchargeur est constitué de deux pertuis. L’écluse, orientée de 15° par rapport à l’usine, est dimensionnée au gabarit de la voie navigable, soit un sas de 195 m de long et 12 m de largeur.
Impacts environnementaux et adaptation urbaine
La création d’une retenue au sein même d’une agglomération telle que Lyon et de sa zone industrielle sud a nécessairement conduit à réaliser de nombreux travaux de protection des riverains et d’adaptation des réseaux existants : alimentation en eau des industries, rejets des effluents, réseaux d’égouts, entre autres. La protection des riverains a principalement consisté à réaliser des réseaux de drainage, d’une longueur cumulée supérieure à 15 km, afin de contrer la remontée de la nappe phréatique due à la présence de la retenue. On notera par exemple la présence du collecteur de drainage de la rive droite traversant l’évacuateur de crue dans le radier du barrage avant de se rejeter dans le canal de fuite. Les différentes industries s’étant dotées de systèmes d’alimentation en eau puisant soit dans la nappe phréatique soit directement dans le Rhône, il a fallu refondre complètement ces systèmes.
La mise en service de l’aménagement de Pierre-Bénite a entraîné la réduction du débit du Rhône court-circuité à 10 m³/s l’hiver et 20 m³/s l’été, ce qui est à l’origine de l’assèchement des lônes et des zones humides. L’espace compris entre ce Rhône court-circuité et le canal de fuite s’est peu à peu transformé en espace oublié, de type friche, dont les anciennes lônes ont été envahies par la végétation. Ce processus de transformation illustre la complexité de l'équilibre entre les besoins énergétiques, les exigences de la navigation fluviale et la préservation des écosystèmes fluviaux dans un contexte de forte pression anthropique.