Mémoire PFE - Africain [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR

ÉCOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE Option : Electronique – Electrotechnique – Automatique – Informatique Industrielle (EEAI)

Mémoire présenté et soutenu par : Mohamed DIOUF Pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception en Génie Électrique Sujet :

Dimensionnement d’une installation électrique HTA/BT type Immeuble Grande Hauteur (IGH) projet « Tour Casa City» Lieu de stage : Vinci Energies Maroc

Date de soutenance : 17 Octobre 2016

JURY

Président : Membres :

M. Roger FAYE M. Abdoulaye DIENG M. Oumar BA M. Boubacar NIANG M. Sadik ELABASSI

(rapporteur) (examinateur) (encadreur) (maître de stage)

Année universitaire 2015– 2016

Dédicaces A mes très chers parents Cheikh DIOUF et Diogop NDIAYE Pour l’amour inestimable que vous me portez Pour toute la grande confiance que vous m’accordez Pour le soutien et les sacrifices que je ne saurais ignorer Pour l’éducation et l’étendue des valeurs que vous m’avez inculquées Recevez toute l’expression de ma gratitude et tous les bons souhaits qu’un bon enfant puisse émettre à l’endroit de ses bons parents !

Remerciements Au Nom d’ALLAH le Tout Miséricordieux le Très Miséricordieux Je ne commencerais que par rendre grâce au Tout Puissant des innombrables bienfaits qu’IL m’a comblé parmi lesquels la santé, la lucidité et le courage qu’IL m’a accordé durant toute ma formation. Que la paix et le salut soit sur le paradigme de tout musulman, l’émérite prophète Mouhammad, sur sa famille, ses compagnons et sur tous ceux qui suivent son chemin jusqu’au jour de la rétribution. Je tiens tout d’abord à remercier M. Ahmed RAHMANI, Administrateur Directeur Général de Vinci Energies Maroc et par la même occasion M. Abdellah SABRI, Directeur Général Adjoint Infrastructures et développement Export, M. Rida LYAHYAOUI, Responsable des Ressources Humaines et Communication, M. Abdellatif HAMDAOUI, Directeur Tertiaire, Mme Najat SAOUF, chef Bureau d’Etudes Tertiaire et Mme Damia CHILEG chef Bureau d’études Infrastructures. Votre accueil chaleureux est à notifier. Mes sincères et profonds remerciements à mon professeur encadreur M. Boubacar NIANG et à mon maître de stage M. Sadik ELABASSI. Votre disponibilité, vos remarques et conseils m’ont permis de mener à bien ce travail. Un très grand merci à l’ensemble des enseignants du département génie électrique de l’Ecole Supérieure Polytechnique de dakar. Vous pouvez avoir le sentiment du devoir accompli envers moi. Vous avez une fois de plus réussi à faire d’un simple bachelier un électricien professionnel. Votre compétence, votre abnégation dans l’enseignement et votre détermination de promouvoir l’excellence de vos étudiants restera à jamais dans nos mémoires. Je ne saurais ne pas remercier mes camarades de classe, mes fidèles compagnons de guerres. La solidarité, l’entraide et le travail ont toujours été nos armes. L’ambiance du campus social nous manquera tous.

Je remercie tout le personnel du bureau d’études tertiaire pour le respect et la disponibilité dont ils ont fait preuve à mon endroit. Mention spéciale aux responsables d’études M. Mohamed HARAZAD et M. Hassan HARRO de même qu’aux ingénieurs Meryem MORINO, Marouane FDAIL, Said BENCHLIH et aux techniciens Ahmed CHEIKH, Abdelilah BOUCHAIBA, Naima BELHADI et Meryam ELBOURI Merci également à tous les membres de ma famille dans son intégralité, à la famille polytechnicienne, à mes amis et à toutes les personnes qui me sont chères.

Avant-propos En vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception (D.I.C.) en Génie Electrique option Electronique – Electrotechnique – Automatique – Informatique Industrielle (E.E.A.I.), l’Ecole Supérieure Polytechnique (E.S.P.) de Dakar envoie ses étudiants en cinquième année en entreprise où ils se voient confier un sujet de mémoire d’ingénieur dans un de leurs domaines de spécialité. C’est ainsi que nous avons eu à effectuer un stage au sein du groupe Vinci Energies sis au Maroc du 14 Mars au 08 Septembre 2016. Le sujet qui nous a été proposé s’intitule : Dimensionnement installation électrique MT/BT type Immeuble Grande Hauteur (IGH) projet « Tour Casa City». Ce sujet se trouve être d’une importance capitale vu les connaissances techniques et règlementaires dont il fait appel.

Sommaire DEDICACES ................................................................................................................................................ 2 REMERCIEMENTS ...................................................................................................................................... 3 AVANT-PROPOS ........................................................................................................................................ 5 SOMMAIRE ................................................................................................................................................ 6 LISTE DES FIGURES ..................................................................................................................................... 8 LISTE DES TABLEAUX ............................................................................................................................... 10 LISTE DES ABREVIATIONS ........................................................................................................................ 12 INTRODUCTION GENERALE ........................................................................................................................ 1 CHAPITRE 1.

PRESENTATION DE VINCI ENERGIES MAROC..................................................................... 4

INTRODUCTION ................................................................................................................................................ 5 I.

LES MARQUES CHEZ VINCI-ENERGIES MAROC: .............................................................................................. 6

II.

SYSTEME D’ORGANISATION DE VINCI ENERGIES MAROC: ............................................................................ 8

CONCLUSION ................................................................................................................................................. 10 CHAPITRE 2.

ETUDE DE L’ECLAIRAGE, CALCULS ET IMPLANTATION ..................................................... 11

INTRODUCTION .............................................................................................................................................. 12 I.

METHODOLOGIE D’UN PROJET D’ECLAIRAGE : ............................................................................................... 12 I.1

Notions sur la terminologie : .................................................................................................... 12

I.2

Caractéristiques du local :......................................................................................................... 15

I.3

Calculs et implantation : ........................................................................................................... 19

II.

IMPLANTATION ET CALCULS POUR UN NIVEAU TYPE : FP01, LE NIVEAU 1 DE L’IMMEUBLE : ............................... 22 II.1

Présentation sommaire du logiciel Dialux : .............................................................................. 22

II.2

Implantation et calculs avec Dialux : ........................................................................................ 23

II.3

Optimisation des niveaux d’éclairement : ................................................................................ 29

III.

SYSTEMES DE GESTION D’ECLAIRAGE :..................................................................................................... 30 III.1

Types d’action : ......................................................................................................................... 30

III.2

La détection de présence : ........................................................................................................ 30

III.3

Le protocole DALI : .................................................................................................................... 31

CONCLUSION ................................................................................................................................................. 32 CHAPITRE 3.

INSTALLATION DES PRISES DE COURANT ET PROTECTION EXTERIEURE DE LA TOUR

CONTRE LA FOUDRE 33 INTRODUCTION .............................................................................................................................................. 34 I.

L’IMPLANTATION DES PRISES DE COURANTS ET DES ATTENTES ELECTRIQUES:........................................................ 34

Note sur la règlementation relative à l’installation des prises de

I.1

courant dans le tertiaire :

34 I.2

Les différents types de câblage des prises de courant : ............................................................ 35

I.3

Quantitatif et implantation des prises pour le niveau type FP01 : ........................................... 36

II.

DIMENSIONNEMENT DU PARATONNERRE: ............................................................................................... 40 II.1

Fonctionnement du paratonnerre à dispositif d’amorçage (PDA) : .......................................... 40

II.2

Evaluation des risques : ............................................................................................................ 41

II.3

Calcul du rayon de protection et choix du paratonnerre : ........................................................ 45

CONCLUSION ................................................................................................................................................. 48 CHAPITRE 4.

ETUDE BASSE TENSION ................................................................................................... 49

INTRODUCTION .............................................................................................................................................. 50 I.

BILAN DE PUISSANCE : .............................................................................................................................. 50 I.1

Synoptique du schéma de distribution :.................................................................................... 50

I.2

Détermination des puissances d’utilisation des tableaux généraux : ....................................... 52

I.3

Calcul des puissances des transformateurs et groupes électrogènes : ..................................... 57

II.

IMPLANTATION DES PARAFOUDRES: ....................................................................................................... 61 II.1

Fonctionnement du couple parafoudre/disjoncteur de déconnexion : ..................................... 62

II.2

Choix et emplacement des parafoudres : ................................................................................. 64

II.3

Installation d’un parafoudre : ................................................................................................... 68

CONCLUSION ................................................................................................................................................. 69 CHAPITRE 5.

ETUDE HAUTE TENSION (HTA) ........................................................................................ 70

INTRODUCTION .............................................................................................................................................. 71 I.

LES DIFFERENTS TYPES D’ALIMENTATION HTA : ............................................................................................. 71 I.1

Raccordement sur un réseau radial HTA : Simple dérivation.................................................... 71

I.2

Raccordement sur une boucle HTA : Coupure d’artère ............................................................. 71

I.3

Raccordement sur deux câbles HTA en parallèle: Double dérivation ....................................... 72

II.

DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME D’ALIMENTATION HTA : ......................................................................... 74 II.1

Détermination de la section des câbles d’alimentation :.......................................................... 74

II.2

Etude de la protection HTA: ...................................................................................................... 80

CONCLUSION ................................................................................................................................................. 87 CONCLUSION GENERALE .......................................................................................................................... 88 BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE .......................................................................................................... 90 ANNEXES ................................................................................................................................................. 92

Liste des figures FIGURE 1: IMPLANTATION DE VINCI ENERGIES DANS LE MONDE............................................................................ 5 FIGURE 2: ORGANIGRAMME OPERATIONNEL DE VINCI ENERGIES MAROC ............................................................. 9 FIGURE 3: ORGANIGRAMME DU BUREAU D’ETUDES TERTIAIRE ............................................................................ 10 FIGURE 4: FLUX LUMINEUX D’UNE SOURCE ........................................................................................................... 12 FIGURE 5: ECLAIREMENT D’UNE SOURCE ............................................................................................................... 13 FIGURE 6: INTENSITE LUMINEUSE D’UNE SOURCE .................................................................................................. 13 FIGURE 7: LUMINANCE D’UNE SURFACE ECLAIREE PAR UNE SOURCE..................................................................... 14 FIGURE 8: COURBE DE KRÜITHOF .......................................................................................................................... 14 FIGURE 9: DIMENSIONS D’UN LOCAL ..................................................................................................................... 15 FIGURE 10: LES RAPPORTS DE SUSPENSION ............................................................................................................ 16 FIGURE 11: EVALUATION DU FLUX LUMINEUX ENTRE LAMPE ET LA SURFACE ECLAIREE ....................................... 17 FIGURE 12: DISPOSITION DES LUMINAIRES DANS LE SENS DE LA HAUTEUR ............................................................ 21 FIGURE 13: EMPLACEMENT DES POINTS LUMINEUX DANS LE PLAN ........................................................................ 22 FIGURE 14: PLAN DE L’ECLAIRAGE DE FP01SOUS AUTOCAD ................................................................................. 23 FIGURE 15: PLAN DE L’ECLAIRAGE DE FP01 SOUS DIALUX ................................................................................... 26 FIGURE 16: PRINCIPE DU SYSTEME DALI .............................................................................................................. 31 FIGURE 17: CONDUCTEUR DALI ........................................................................................................................... 32 FIGURE 18: DIFFERENTS SOCLES DE PRISE DE COURANT ........................................................................................ 35 FIGURE 19: PREMIERE VARIANTE D’ALIMENTATION DES PRISES DE COURANT ....................................................... 36 FIGURE 20: DEUXIEME VARIANTE D’ALIMENTATION DES PRISES ........................................................................... 36 FIGURE 21: IMPLANTATION DES PRISES DE COURANT ET ATTENTES ELECTRIQUES POUR FP01 .............................. 38 FIGURE 22: PARCOURS DES CIRCUITS DE PRISES DE COURANT AU NIVEAU FP01 .................................................... 39 FIGURE 23: AVANCE A L’AMORÇAGE D’UN PDA ................................................................................................... 40 FIGURE 24: CONSEQUENCES DIRECTES DU FOUDROIEMENT ................................................................................... 41 FIGURE 25: SURFACE EQUIVALENTE D’EXPOSITION AD D’UNE STRUCTURE ISOLEE ............................................... 43 FIGURE 26: POSITION DU PDA SUR LA TOUR EN VUE DE DESSUS ........................................................................... 46 FIGURE 27: SCHEMA SYNOPTIQUE DE L’INSTALLATION ......................................................................................... 52 FIGURE 28: COUP DE FOUDRE SUR UNE LIGNE AERIENNE (ELECTRIQUE OU TELEPHONIQUE) .................................. 61 FIGURE 29: COUP DE FOUDRE DE BATIMENTS (SURTENSION DUE AU RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE) ....... 61 FIGURE 30: COUP DE FOUDRE PROCHE DE BATIMENTS (REMONTEE DE POTENTIEL DE TERRE) ............................... 62 FIGURE 31: PARAFOUDRE EN FONCTIONNEMENT NORMAL..................................................................................... 62 FIGURE 32: PARAFOUDRE EN FONCTIONNEMENT PENDANT LE COUP DE FOUDRE ................................................... 63 FIGURE 33: PARAFOUDRE EN FIN DE VIE ................................................................................................................ 63 FIGURE 34: DIFFERENTS TYPES DE PARAFOUDRE ................................................................................................... 64 FIGURE 35: DISTANCE TABLEAU-RECEPTEURS INFERIEURE A 30M ......................................................................... 65 FIGURE 36: DISTANCE TABLEAU-RECEPTEURS SUPERIEURE A 30M ........................................................................ 65

FIGURE 37: LOGIGRAMME DE CHOIX ET DE POSITIONNEMENT DE PARAFOUDRE .................................................... 66 FIGURE 38: SCHEMA DE DISTRIBUTION EN FONCTION DES NIVEAUX DE L’IMMEUBLE ............................................ 67 FIGURE 39: REGLE DES 50CM................................................................................................................................. 68 FIGURE 40: CABLAGE D’UN PARAFOUDRE ............................................................................................................. 69 FIGURE 41: SCHEMA EN SIMPLE DERIVATION ......................................................................................................... 71 FIGURE 42: SCHEMA EN COUPURE D’ARTERE ......................................................................................................... 72 FIGURE 43: SCHEMA EN DOUBLE DERIVATION ....................................................................................................... 72 FIGURE 44: SCHEMA DU POSTE MT2...................................................................................................................... 73 FIGURE 45: SCHEMA DU POSTE MT3...................................................................................................................... 74 FIGURE 46: SCHEMA DU POSTE DE LIVRAISON ....................................................................................................... 78 FIGURE 47: SCHEMA D’ALIMENTATION DES POSTES MT2 ET MT3 ........................................................................ 81 FIGURE 48: FORME DU COURANT TOTAL DE COURT-CIRCUIT ................................................................................. 82 FIGURE 49: CELLULES HTA................................................................................................................................... 82 FIGURE 50: COURBE DE DECLENCHEMENT DES FUSIBLES HTA ............................................................................. 85 FIGURE 51: SELECTIVITE ENTRE FUSIBLES DE PROTECTION AMONT ET DISJONCTEUR BT AVAL POUR LA PROTECTION DES TRANSFORMATEURS .......................................................................................................... 86

FIGURE 52: SELECTIVITE ENTRE LES DISPOSITIFS DE PROTECTION DES POSTES MT2 ET MT3 ................................ 87

Liste des tableaux TABLEAU 1: INDICATION DES COEFFICIENTS DE REFLEXION .................................................................................. 17 TABLEAU 2: TABLEAU D’UTILANCE ....................................................................................................................... 18 TABLEAU 3: INDICATION DES FACTEURS DE DEPRECIATION ................................................................................... 19 TABLEAU 4: DETERMINATION DE L’INTERDISTANCE E ........................................................................................... 21 TABLEAU 5: DIFFERENTS LOCAUX DE FP01 ........................................................................................................... 24 TABLEAU 6: LISTE DES LUMINAIRES DE FP01 ........................................................................................................ 24 TABLEAU 7: INDICATION DES NIVEAUX D’ECLAIREMENT ATTENDUS ..................................................................... 25 TABLEAU 8: NIVEAUX D’ECLAIREMENT CALCULES ............................................................................................... 29 TABLEAU 9: SECTIONS DES CONDUCTEURS DALI.................................................................................................. 32 TABLEAU 10: DECOMPTE DES SOCLES DE PRISE DE COURANT ................................................................................ 35 TABLEAU 11: QUANTITATIF DES PRISES ET ATTENTES ELECTRIQUES DE LA TOUR CFC ......................................... 37 TABLEAU 12: LONGUEURS DES CIRCUITS DE PRISES DE COURANT POUR FP01 ....................................................... 39 TABLEAU 13: EVALUATION DU RISQUE TOLERABLE .............................................................................................. 42 TABLEAU 14: RECAPITULATIF DES RISQUES POUR LE NIVEAU DE PROTECTION III ................................................. 44 TABLEAU 15: RECAPITULATIF DES RISQUES POUR LE NIVEAU DE PROTECTION II ................................................... 44 TABLEAU 16: RAYONS DE PROTECTION .................................................................................................................. 46 TABLEAU 17: REFERENCES DU PULSAR ET DE SES ACCESSOIRES ............................................................................ 47 TABLEAU 18: FACTEURS DE SIMULTANEITE POUR ARMOIRE DE DISTRIBUTION ...................................................... 53 TABLEAU 19: PUISSANCE D’UTILISATION DE TGNRS1 ET AES1........................................................................... 54 TABLEAU 20: PUISSANCES D’UTILISATION AU TGBT2 .......................................................................................... 55 TABLEAU 21: PUISSANCES D’UTILISATION AU TGBT3 .......................................................................................... 56 TABLEAU 22: PUISSANCE D’UTILISATION AU TUR 8/D.......................................................................................... 56 TABLEAU 23: PUISSANCES PREVISIONNELLES AUX TABLEAUX GENERAUX ............................................................ 57 TABLEAU 24: FACTEURS DE PUISSANCE DE L’INSTALLATION ................................................................................ 58 TABLEAU 25: COMPENSATION DE L’ENERGIE REACTIVE ........................................................................................ 59 TABLEAU 26: PUISSANCES DES TRANSFORMATEURS DES POSTES........................................................................... 60 TABLEAU 27: EMPLACEMENT DE PARAFOUDRE ..................................................................................................... 68 TABLEAU 28: COURANT D’EMPLOI DES CABLES D’ALIMENTATION ........................................................................ 75 TABLEAU 29: COURANTS FICTIFS ........................................................................................................................... 76 TABLEAU 30: VALEURS DE K ET Β EN FONCTION DU TYPE DE MATERIAU .............................................................. 77 TABLEAU 31: SECTIONS DES CABLES D’ALIMENTATION......................................................................................... 78 TABLEAU 32: EXTRAIT DES TABLEAUX DE CABLES SILEC .................................................................................... 79 TABLEAU 33: CHUTES DE TENSION DES CABLES ALIMENTANT MT2 ET MT3 ......................................................... 80 TABLEAU 34: RESULTATS DE CALCULS AVEC CANECO HT .................................................................................... 81 TABLEAU 35: CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DES CELLULES HTA .................................................................. 83 TABLEAU 36: CARACTERISTIQUES DE LA PROTECTION DES CIRCUITS D’ALIMENTATION ........................................ 83 TABLEAU 37: POUVOIRS DE COUPURE DES FUSIBLES AUX PRIMAIRES DES TRANSFORMATEURS............................. 84

TABLEAU 38: CALIBRES DES FUSIBLES POUR LA PROTECTION D’UN TRANSFORMATEUR UNIQUE DE PUISSANCE DONNEE, SUIVANT LA NORME NF C 13-100

................................................................................................. 84

Liste des abréviations CFA : Courant Faible CFC : Casablanca Finance City CFO : Courant Fort CVC : Climatiseur-Ventilo-Convecteur DCE : Dossier consultation Entreprise LEED : Leadership in Energy and Environmental Design PDA : Paratonnerre à Dispositif d’Amorçage

Introduction générale

1

Quelle merveilleuse invention que celle de l'énergie électrique! Qui saurait, pourrait s'en passer aujourd'hui ? Elle est là, omniprésente dans notre

vie,

presque

Pour

beaucoup,

dans

cela

se

chacun

de

nos

actes,

presque

résume

à

une

prise,

un

dans

dispositif

toute de

situation. commande,

la répartir, la distribuer, l'amener jusqu'au récepteur le plus éloigné dans des conditions économiques optimales, en respectant les contraintes exigées par la sécurité, et en satisfaisant des exigences de disponibilité, fiabilité, qualité. C’est dans le cadre de la distribution de l’énergie électrique que s’insère notre projet de fin d’études. Il est question du dimensionnement haute et basse tension d’une tour du nom de Casablanca Finance City (CFC) située à Casablanca au Maroc. Casablanca Finance City est un immeuble grande hauteur (122 m) à usage de bureaux qui s’étend sur une surface d’environ 35 000 m². Il est constitué de 6 niveaux en sous-sol et de 27 étages. Peu après l’attentat perpétré le 11 septembre 2001 au World Trade Center, en France, un arrêté est mis en chantier pour prendre en compte les évolutions intervenues dans le mode de construction des immeubles de grande hauteur ainsi que dans la conception des installations techniques et de sécurité qui les équipent. Il a fourni par ailleurs des solutions à des problématiques qui ne se posaient pas dans les années 1980. C’est l’arrêté du 30 décembre 2011 portant règlement de sécurité pour la construction des immeubles de grande hauteur et leur protection contre les risques d’incendie et de panique. Les installations électriques appliquées au secteur tertiaire consistent à alimenter en électricité (courant fort et faible) des bâtiments qu’il faut éclairer, chauffer, climatiser, ventiler, rendre communicant, sécuriser et gérer de façon centralisée. La réalisation de grands projets tertiaires à l’instar de la tour CFC se déroule généralement en trois phases distinctes. Une première phase dite d’étude dans laquelle l’entrepreneur examine attentivement le cahier des charges, refait tous les calculs nécessaires dans le but d’optimiser tout ce qui peut l’être mais également de normaliser tout ce qui doit l’être. Cette phase est suivie de celle d’exécution qui marque la réalisation physique de ce qui a été étudié. Vient ensuite la phase de mise en service qui doit confirmer l’adéquation entre la théorie et la pratique par le truchement de tests. Notre intervention trouve son importance dans la phase étude dudit projet, et plus précisément dans le lot courant fort au bureau d’études tertiaire du groupe Vinci-énergies Maroc qui est ici l’entrepreneur. Afin de gérer au mieux notre projet, nous avons consacré la première partie à la présentation du groupe Vinci-énergies Maroc pour faire ressortir ses différents domaines d’activité ainsi que son système d’organisation. La deuxième partie

2

consiste à étudier l’éclairage intérieur de la tour par l’implantation des points lumineux et le calcul des éclairements aux différents locaux de l’immeuble. L’implantation des prises de courant et le dimensionnement du paratonnerre pour la protection de la tour contre les effets directs de la foudre sont présentés à la troisième partie. La quatrième partie est dédiée à l’étude basse tension pour évaluer les besoins en énergie électrique de la structure et déterminer les sources d’alimentation optimales. Dans la cinquième et dernière partie nous avons étudié l’alimentation des postes électriques de la tour par le réseau de distribution privé haute tension (HTA) de la Lydec afin de définir les sections des câbles et de calibrer les dispositifs de protection HTA.

3

Chapitre 1. Présentation de VINCI Energies Maroc

4

Introduction VINCI Energies intervient au service des collectivités publiques et des entreprises pour déployer, équiper, faire fonctionner et optimiser leurs infrastructures d’énergie, de transport et de communication, leurs sites industriels et leurs bâtiments. Sa vocation est d’être à la fois expert dans chacun de ses domaines technologiques – énergie électrique, génie climatique et thermique, mécanique, technologies de l’information – et expert des métiers de ses clients. Il bâtit ainsi des solutions à haute valeur ajoutée répondant à leurs besoins en matière de performance, de fiabilité et de sécurité. VINCI Energies intervient sur l’ensemble du cycle des projets, depuis l’ingénierie et la réalisation jusqu’à la maintenance et l’exploitation. Ses offres allient services de proximité et solutions globales grâce à un maillage exceptionnellement dense de réseaux de marques et d’entreprises fédérant 65 000 professionnels dans 51 pays, dont 30 hors d’Europe.

Figure 1: Implantation de VINCI Energies dans le monde

Dans ce chapitre, nous nous limiterons à la présentation du groupe VINCI Energies Maroc. Ainsi, dans un premier temps nous exposons les différentes marques qui y sont présentes. Ensuite nous passons de manière brève et nette sur l’organisation de la structure.

5

I. Les marques chez VINCI-Energies Maroc: VINCI Energies Maroc est présent sur l’ensemble du Royaume ainsi qu’en Afrique de l’Ouest, avec un effectif de 2200 collaborateurs et un chiffre d’affaires en 2014 de 1.5 milliard de dirhams soit 138,5 millions d’euros. Forte d’une présence au Maroc depuis 1946 et grâce à ses 26 business units, VINCI Energies Maroc offre aujourd’hui à ses partenaires une large palette d’expertises (conception, réalisation et maintenance) dans l’énergie, l’industrie, le tertiaire et les télécommunications. VINCI Energies Maroc accompagne ainsi le développement économique et social du Maroc, en se basant sur les compétences de ses équipes pluridisciplinaires locales et en s’appuyant sur le réseau de marques du Groupe VINCI Energies.  Actemium : Actemium est la marque de VINCI Energies dédiée au monde du process industriel. Présente tout au long du cycle de vie industriel, Actemium conçoit, réalise et maintient les équipements de production de ses clients, avec l’objectif d’améliorer leur performance industrielle. S’appuyant sur des expertises pointues en conduite de procédés, en génies électrique, mécanique ou thermique, ses entreprises, expertes et segmentées par process industriel, cultivent un mode unique de fonctionnement en réseau, proposant une approche à la fois locale et globale. Forte de 300 entreprises et de 20 000 professionnels, répartis dans 38 pays à travers le monde, pour un chiffre d’affaires de plus de 2,1 milliards d’euros, Actemium se positionne comme le leader des « Solutions et Services pour l’industrie ».  Axians : Axians est la nouvelle marque de VINCI Energies dédiée aux technologies de l’information et de la communication (ICT). La marque accompagne tous ses clients – entreprises privées, secteur public, opérateurs et les fournisseurs de services – d’un bout à l’autre du cycle de vie de leurs projets ICT, de l’infrastructure réseau jusqu’aux applications. En 2014 (proforma), le chiffre d’affaires d’Axians a atteint 1,6 milliards d’euros, soit plus de 15% du chiffre d’affaires consolidé du Groupe. Axians est un réseau international qui compte 150 entreprises dans 15 pays et emploie 7 000 professionnels.

6

 Omexom : Omexom, marque de VINCI Energies dédiée au monde du Power & Grid, est un acteur majeur de la transition énergétique grâce à une position unique sur l’ensemble de la chaîne de ce marché, depuis la production d’électricité, jusqu’au compteur du consommateur en passant par les réseaux électriques du transport et de la distribution. Omexom, qui rassemble 12 000 experts présents dans plus de 40 pays, réalise 2 milliards d’euros de chiffre d’affaires.  Cegelec : Leader sur le marché marocain, et filiale du groupe VINCI depuis 2010,

Cegelec

conçoit,

dans l’industrie,

les

installe

et

infrastructures,

maintient le

des

tertiaire

systèmes et

les

télécommunications. Les activités de Cegelec Maroc se déploient dans 3 grands domaines technologiques à savoir l’énergie électrique, les technologies de l’information et de communication et le génie climatique. Dans tous ses secteurs, les équipes spécialisées de Cegelec Maroc mettent au service de leurs clients toute leur expertise pour garantir fiabilité et sécurité.  Exprom Facilities : Filiale de la holding CDG Développement, EXPROM FACILITIES garantit la pérennité des patrimoines immobiliers de ses clients en privilégiant la sécurité et le confort des occupants. Dans le cadre de contrats multiservices personnalisés, et grâce à ses équipes pluridisciplinaires, elle mobilise toutes ses compétences pour assurer la gestion technique et locative des immeubles ainsi que le rôle de syndic. Son activité s’articule autour des quatre métiers suivants : -

Le facility management : assurer la maintenance des équipements et la gestion des services à l’immobilier.

-

La gestion locative : mise en location des unités industrielles, des bureaux et des commerces.

-

Le syndic de copropriété : gérer l’immeuble en copropriété et ses équipements collectifs.

-

La gestion des logements de vacances : appartenant à des organismes sociaux publics ou privés.

7

 Graniou : Au cœur des grandes évolutions (déploiement de la 4G et du FTTH, mutualisation des réseaux), Graniou est un partenaire de confiance des opérateurs,

équipementiers,

collectivités

locales

et

gestionnaires

d’infrastructures. L’expérience du réseau Graniou des grandes problématiques des infrastructures télécoms lui permet de proposer à ses clients une expertise pointue basée sur des offres globales : -

Déploiement réseaux fixes Graniou possède une base de connaissances et un retour d’expérience unique sur le marché

pour la localisation, le dimensionnement, l’étude, la construction et la maintenance d’infrastructures de réseaux fixes. L’offre Déploiement Réseaux Fixes porte aussi bien sur les études que sur les déploiements " clé en main ". -

Déploiement réseaux mobiles Graniou fournit des solutions clé en main et sur mesure : déploiement de plaques entières

de sites avec maîtrise d’œuvre globale incluant l’ingénierie, la recherche-négociation, les études, les travaux, le pilotage des fournisseurs et l’installation et l’intégration des équipements au réseau. -

Exploitation maintenance Graniou propose une offre de maintenance et d’exploitation de réseaux fixes et mobiles.

Les équipes peuvent intervenir sur les infrastructures passives comme sur les équipements actifs des réseaux 24h/24h.

II. Système d’organisation de VINCI Energies Maroc: L’administration de VINCI Energies Maroc est dispatchée sous l’égide de quatre directions : 

Direction Infrastructure et Développement



Direction Tertiaire



Direction Agences



Direction Industrie

L’organigramme qui suit donne une parfaite illustration du démembrement de ces différentes directions. Il faut cependant remarquer que nous avons mis en exergue le bureau

8

d’étude tertiaire pour la seule et simple raison que c’est l’endroit exact où nous avons effectué notre stage qui a duré six mois.

Figure 2: Organigramme opérationnel de VINCI Energies Maroc

Le bureau d’étude tertiaire dispose également de sa propre organisation qui distingue les différentes compétences qui y sont présentes ainsi que les différentes équipes qui le compose. L’organigramme ci-après en donne une bonne illustration.

9

Figure 3: Organigramme du Bureau d’Etudes Tertiaire

Conclusion VINCI Energies Maroc a développé, depuis des décennies et de façon progressive, l’expertise requise pour la réalisation de grands projets dans ses domaines de compétence. Il accompagne ainsi le développement économique et social du Maroc par le biais de compétences qui répondent à la demande actuelle et émergente de l’économie marocaine. C’est ainsi qu’il a gagné le marché concernant la construction neuve pour le nouveau siège du Casablanca Finance City Authority (CFC Authority) à Casablanca. VINCI Energies Maroc contribue également au développement du groupe dans l’ensemble de l’Afrique assurant ainsi une couverture régionale avec des perspectives non lointaines d’implantations multi-métiers dans plusieurs pays cibles d’Afrique de l’Ouest à l’instar du Sénégal.

10

Chapitre 2. Etude de l’éclairage, calculs et implantation

11

Introduction L’éclairage intérieur des bâtiments publics est en pleine mutation depuis quelques années, et sa fonction de base permettant aux utilisateurs de travailler dans de bonnes conditions de confort est complétée par des considérations d’ordre esthétique, symbolique, environnementale et de bonne gestion. Nous allons donc dans cette partie étudier dans un premier temps la démarche à suivre dans un projet d’éclairage. Ensuite nous présentons l’implantation et les calculs d’éclairage pour le niveau1 de l’immeuble Casablanca Finance City (CFC). Enfin nous illustrons quelques systèmes de gestion d’éclairage dans les bâtiments tertiaires.

I. Méthodologie d’un projet d’éclairage : L’établissement d’un avant-projet d’éclairage comprend les étapes suivantes : La détermination de l’éclairement qui est fonction de l’activité qui se déroule dans le

-

milieu à éclairer ; -

Le choix des sources lumineuses et des luminaires, qui répond souvent à des facteurs esthétiques et de confort lumineux ainsi qu’aux conditions d’environnement ;

-

Le calcul du flux lumineux total à produire qui prend en compte les données du local et les relations photométriques ; Enfin, l’implantation des sources lumineuses qui doit permettre une bonne répartition

-

des flux lumineux. I.1 Notions sur la terminologie :  Le flux lumineux : Le flux lumineux est la quantité de lumière rayonnée par une source dans toutes les directions de l’espace. Il s’exprime en lumen (symbole : lm)

Figure 4: Flux lumineux d’une source [3]

C’est d’une certaine manière la puissance lumineuse qu’une source émet. C’est donc sur cette base que les sources lumineuses peuvent être en partie comparées. Deux sources émettant

12

le même flux lumineux donneront, a priori, la même quantité de lumière dans la pièce. Par ailleurs l’efficacité lumineuse est le quotient du flux lumineux par la quantité d’énergie électrique consommée (lm/W). Elle indique la rentabilité d’une source lumineuse.  L’éclairement : L’éclairement est la quantité de flux lumineux (de lumière) reçue par une surface. Il est exprimé en lux (ou lm/m², symbole : lx)

Figure 5: Eclairement d’une source [3]

Les valeurs de l’éclairement rencontrées à l’extérieur varient considérablement : de 0,2 lux sous une nuit de pleine lune à 100 000 lux sous un soleil d’été.  L’intensité lumineuse : Elle prend en compte l’aspect directionnel de la lumière. Elle correspond aux flux lumineux émis par unité d’angle solide dans une direction donnée et s’exprime en candelas (lumens par stéradian, symbole : cd).

Figure 6: Intensité lumineuse d’une source [3]

 La luminance : La luminance est la seule grandeur réellement perçue par l’œil humain. Elle est directement liée à l’éclairement rétinien et correspond à la sensation visuelle de luminosité créée par une source ou une surface éclairée. Elle représente le rapport entre l’intensité de la source dans une direction donnée et la surface apparente de cette source. Elle s’exprime en candela par mètre carré (symbole : cd/m²).

13

Figure 7: Luminance d’une surface éclairée par une source [3]

L’œil humain perçoit des valeurs de luminance allant d’un millième de cd/m² à 100.000 cd/m². Il existe entre autres des notions déterminantes dans le choix d’un type de luminaire.  Température de couleur : Exprimée en Kelvin (K), elle caractérise la couleur apparente de la lumière émise par une source lumineuse. Sa valeur est basse pour les lumières chaudes (supérieure à 3000K abondantes en rouge) et élevée pour les lumières froides (inférieure à 5000 K abondantes en bleu). La Norme EN 12-464 fixe des usages en termes de restitution des couleurs en fonction des activités sous une certaine quantité de lumière. En revanche, elle n’évoque pas de valeurs relatives

à la température de couleur, celles-ci entrant dans la composante subjective des ambiances. En réalité, le confort visuel met en relation deux critères à savoir le niveau d’éclairement en lux et la température de couleur. La courbe de Krüithof ci-dessous met en relation ces paramètres et fait apparaître une zone d’éclairage confortable.

Figure 8: Courbe de Krüithof

14

 Indice Rendu des Couleurs (ICR ou Ra) : Le rendu des couleurs est indiqué par un indice qui caractérise l'aptitude d'une lumière à ne pas déformer l'aspect coloré de l’objet qu'elle éclaire. Ceci par rapport à une source idéale de rayonnement : le corps noir. Cet indice varie de 0 à 100, mais en pratique, la valeur de l'indice s'échelonne de 0 à 100 et nous pouvons retenir les indications suivantes : * IRC < 60 : mauvais * 60 < IRC < 85 : correct * IRC > 85 : bon * IRC = 100 : excellant I.2 Caractéristiques du local : L’étude de l’éclairage dans un local requiert une connaissance détaillée de certaines de ses caractéristiques qui impactent beaucoup dans les calculs. Parmi celles-ci on distingue les dimensions du local, les couleurs de ses parois mais aussi la nature de l’activité qui lui est destinée. Un local, en général de forme parallélépipédique, est caractérisé par le rapport de ses dimensions (voir figure 9). On utilise pour cela deux facteurs que sont, l’indice du local K et le rapport de suspension J.

Figure 9: Dimensions d’un local [15]

15

 Indice du local (K) : L’indice du local se calcule selon la formule suivante :

𝐊=

𝒂. 𝒃 (𝒂 + 𝒃). 𝒉

(2.1)

𝑎 = Longueur du local (m) 𝑏 = Largeur du local (m) ℎ = Hauteur du luminaire au-dessus du plan utile (m) On arrondit les valeurs de K aux nombres : 0,6 – 0,8 – 1 – 1,25 – 1,5 – 2 – 2,5 – 3 – 4 – 5.  Rapport de suspension (J) : Dans un projet d’éclairage, la hauteur d’un local est décomposée en trois parties. La figure suivante donne une illustration des différentes hauteurs qui rentrent en considération.

Figure 10: les rapports de suspension [15]

ℎ′ = Hauteur de suspension du luminaire (m) ℎ = Hauteur du luminaire au-dessus du plan utile (m) ℎ𝑢 = Hauteur du plan utile (m), généralement égale à 0,85m Le rapport de suspension (J) est donc calculé selon l’expression suivante :

𝐉=

16

𝒉′ 𝒉 + 𝒉′

(2.2)

Il faut cependant notifier que dans la pratique, seules deux valeurs sont souvent retenues pour le rapport de suspension : -

J = 0 soit luminaire contre le plafond

-

J = 1/3 luminaire suspendu  Facteurs de réflexion :

Suivant la couleur des différentes parois la réflexion de la lumière sera plus ou moins importante, ce qui se traduit pour les calculs par un coefficient de réflexion donné par le tableau suivant : Tableau 1: Indication des coefficients de réflexion [15]

Ces facteurs de réflexion pourront être utilisés sous forme de pourcentage, (7 = 70%,…), soit sous forme de chiffres composés (731 = plafond clair, murs moyen et plan utile sombre) suivant ce que les tableaux d’utilance dont on dispose ont besoin.  L’utilance (U) : L’utilance détermine le rapport du flux utile (flux reçu par le plan utile) au flux total sortant des luminaires (voir figure11).

Figure 11: Evaluation du flux lumineux entre lampe et la surface éclairée [15]

17

On obtient le facteur d’utilance à l’aide de tableaux comportant trois variables : -

L’indice du local (K)

-

Le facteur de suspension (J)

-

Les facteurs de réflexion des parois

Il existe autant de tableaux que de classes de luminaires. En effet, depuis direct intensif jusqu’à indirect on retrouve les luminaires classés de A à J. Plus la lettre s’éloigne de A, plus le faisceau est extensif ; la lettre T est utilisée en cas de faisceau émis vers le haut. D’ailleurs on retrouve cette classe d’éclairage ainsi que le rendement du luminaire dans ce que l’on appelle le symbole photométrique (Ph). 𝑃ℎ = 𝜂𝑖𝑋 + 𝜂𝑠𝑇

(2.3)

𝜂𝑖: rendement du flux en direct 𝑋 : correspond à la lettre indiquant la classe 𝜂𝑠 : rendement du flux en indirect T : caractérise l’émission du flux lumineux vers le haut

Les luminaires ayant donc une double répartition, directe et indirecte, se voient donc attribuer une double classe 𝑋 + 𝑇. Le tableau suivant indique les utilances pour un rapport de suspension nul et pour des luminaires de classe C.

Tableau 2: tableau d’utilance [15]

18

I.3 Calculs et implantation : L’examen des caractéristiques du local trouve son importance dans le calcul du flux nécessaire à installer afin de déterminer le nombre de luminaires optimal pour l’éclairement de l’enceinte du local.  Flux lumineux à fournir : Pour éclairer la totalité du plan utile d’une pièce rectangulaire (surface 𝑎 × 𝑏) au niveau d’éclairement 𝐸 avec des lampes, il faut installer des lampes donnant au total un flux 𝐹.

𝐅=

𝑬. 𝒂. 𝒃 𝐔. 𝛈

(2.4)

𝐸 = Eclairement demandé (en lux) 𝑎 = Longueur du local (en m) 𝑏 = Largeur du local (en m) 𝑈 = Facteur d’utilance 𝜂 = Rendement du luminaire  Facteur compensateur de dépréciation (d): La baisse du flux émis par une lampe en cours d’utilisation est notoire. Cela est l’effet de causes diverses : -

Couverture de poussière des lampes ;

-

Vieillissement des parois qui deviennent donc moins réfléchissantes ;

-

Usure des lampes ;

-

Etc

Pour tenir compte de ces évènements, les valeurs dans le tableau suivant sont indiquées par l’Association Française d’Eclairage (AFE).

Tableau 3: Indication des facteurs de dépréciation [15]

19

Le facteur compensateur de dépréciation est le chiffre par lequel il faut multiplier l’éclairement moyen en service pour connaître le flux total à installer initialement ; d’où :

𝑭=

𝐄. 𝐚. 𝐛. 𝐝 𝑼. 𝜼

(2.5)

 Nombre de luminaires : Connaissant le flux lumineux total, et le flux lumineux de chaque luminaire (indiqué sur la fiche technique), on en déduit le nombre de luminaires à installer dans le local.

𝑵=

𝑭 𝐟

(2.6)

𝑁 = nombre de luminaires 𝐹 = flux lumineux à produire (en lumens) 𝑓 = flux lumineux d’un luminaire (en lumens)

NB : Un luminaire peut comprendre plusieurs lampes  Implantation des sources lumineuses : La répartition des luminaires peut être fonction : -

De l’emplacement des postes de travail ;

-

De la constitution du plafond ;

-

De la présence d’obstacles (poutres apparentes, caissons,…)

-

Du nombre de points lumineux

Les valeurs des distances entre luminaires dépendent de la classe des luminaires et de la hauteur utile ℎ (voir figure 12).

20

Figure 12: Disposition des luminaires dans le sens de la hauteur [15]

Le tableau qui suit donne l’interdistance maximale 𝑒 entre deux luminaires en fonction de la classe du luminaire. Tableau 4: Détermination de l’interdistance e

Classe 𝑒

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

1xℎ

1,1 x ℎ

1,3 x ℎ

1,6 x ℎ

1,9 x ℎ

2xℎ

2xℎ

1,9 x ℎ

2xℎ

2,3 x ℎ

Remarque : selon les constructeurs, il peut arriver que le coefficient 𝑒 soit différent dans le sens longitudinal et dans le sens transversal. On retient donc que l’on aura : 𝑎

-

Dans le sens longitudinal : 𝑒 luminaires

-

Dans le sens transversal : 𝑒 luminaires

𝑏

La figure suivante en donne une illustration tout en sachant que les intersections des lignes correspondent aux emplacements des points lumineux.

21

Figure 13: Emplacement des points lumineux dans le plan [15]

Enfin, on peut être conduit à redéfinir le nombre de luminaires en fonction de l’implantation. Dans ce cas, il faut refaire les calculs. Toutefois, les fabricants de luminaires fournissent des logiciels de calcul de projet d’éclairage intérieurs et grands espaces. Ces logiciels suivent exactement la démarche susdéveloppée et nécessite l’entrée des données spécifiques du local et des types de sources et d’appareillages. De plus, ils sont pourvus d’une base de données (textes, images) des produits du constructeur, ce qui permet d’obtenir des courbes isoflux en fonction des différentes implantations prévisionnelles.

II. Implantation et calculs pour un niveau type : FP01, le niveau 1 de l’immeuble : L’étude de l’éclairage dans un immeuble grande hauteur (IGH) n’est pas chose simple. En effet, outre la connaissance de la démarche méthodologique d’un projet d’éclairage, elle requiert une maîtrise des règles et normes relatives à l’éclairage dans les IGH. Les niveaux d’éclairement admis ainsi que les types de luminaires utilisés selon les locaux ne sont pas laissés à la seule appréciation du concepteur ou de l’ingénieur. Afin de simplifier la tâche à ces derniers, des logiciels de calculs et d’implantation sont conçus sur la base des normes et règlements en vigueur. Le logiciel Dialux en est un parfait exemple.

II.1

Présentation sommaire du logiciel Dialux :

Dialux est créé par la société DIAL GmbH qui existe depuis 1989. Ce logiciel permet au concepteur lumière de planifier de l’éclairage, de procéder à divers calculs et à réaliser des vues

22

et vidéos photo-réalistes. Il permet de mettre en situation des luminaires du marché de fabricants participant au programme Dialux et mettant à disposition leurs plugins. Il est possible d’importer des fichiers de dessin de type DWG ou DXF (fichiers Autocad), de lire et d’éditer des modèles 3D, des fichiers : texture, objets, luminaires (.udl), trame de calcul, xml…

II.2

Implantation et calculs avec Dialux :

Dans le cadre du projet Casa Finance City (CFC), les plans de l’éclairage, des prises de courant ainsi que des autres corps d’état sont fournis par le maître d’ouvrage. Ainsi Cegelec se doit d’étudier ces plans, de vérifier les résultats qui lui sont fournis, de normaliser tout ce qui doit l’être et d’optimiser tout ce qui peut l’être. Nous allons donc exploiter le plan d’éclairage du niveau 1 de l’immeuble. Il est présenté sous fichier autocad comme suit :

Figure 14: Plan de l’éclairage de FP01sous Autocad

Ce niveau a une surface d’environ 700 m² et les compartiments le constituant sont présentés sur le tableau suivant :

23

Tableau 5: Différents locaux de FP01

Numéros

Compartiments

Surface en m²

1

CORR 162

135,45

2

SALLE DE REUNION 111

16,23

3

SALLE DE REUNION 110

23,38

4

SALLE DE REUNION 108

13,28

5

SALLE DE REUNION 107

32,97

6

RECEPTION DESK106 & ACCUEIL107

170,93

7

BUREAU 105

15,23

8

LOCAL DE PREPARATION 101

20,95

9

WC 102

3,45

10

WC 103

3,84

11

DI 10058

6,30

12

DI 10056

4,53

13

ESC1 ST1-01 & ESC2 ST2-01

29,94

14

CHC 10051 & CORR 10059

34,94

15

TABLEAU ELECTRIQUE ETAGE 10060

4,67

Dans l’immeuble, plusieurs types de sources lumineuses sont utilisées afin d’allier esthétique et respect des règles de l’art. Une exportation des « blocs » à partir du logiciel Autocad en fichier d’extension .xls nous a permis de spécifier les luminaires utilisés aux différents niveaux de l’immeuble. Dans le tableau 6, nous présentons ceux utilisés au FP01. Tableau 6: Liste des luminaires de FP01

Type de luminaire Nombre

TA

TB

TC

TD

TG

TH

TJ

TM

TN

LFE_LT

LF

42

39

52

5

1

2

30

77

175

1

4

TA : Luminaire à LED linéaire encastré 150mm de large 20W/m avec gradation DALI TB : Spot à LED encastré 325mm de large 30,5 W/m avec gradation DALI TC : Luminaire à LED linéaire encastré 100mm de large 15W/m avec gradation DALI TD : Luminaire à LED linéaire encastré à 100mm de large 15W/m avec gradation DALI

24

TG : Luminaire à panneau à LED : Emplacement (Hall d'ascenseur) modèle Philips#OneSpace 18W/m²

gradation en DALI

TH : Luminaire linéaire à LED en surface 15W/m TJ : Luminaire à LED en surface 15W/m : Emplacement sous armoire à driver électrique intégré TM : Spot à LED encastré ajustable 23W TN : Luminaire linéaire à LED en surface 30W/m LFE_LT : Luminaire fluorescent étanche 2x36W pour Locaux Techniques LF : Luminaire fluorescent 2x36W Les hypothèses de calculs fournies par la maîtrise d’ouvrage sont les suivantes : Facteur de dépréciation : 1,25 Coefficients de réflexion : 

531 pour les locaux techniques



751 pour les autres locaux

Les niveaux d’éclairement après dépréciation pour les différents locaux sont fournis par le tableau ci dessous : Tableau 7: Indication des niveaux d’éclairement attendus

Local

Eclairement (lux)

Eclairement minimal (%)

Paysager

500

-

Bureaux

300-500

-

Salles de réunion

450

-

Halls et couloirs

150-250

10%

Locaux techniques

300

30%-100%

Sanitaires

200

-

Cages d’escaliers

150

100%

Parking (circulation)

100

10%

Parking (Stationnement)

75

-

Après l’importation du fichier autocad (.dwg) sur Dialux nous reprenons exactement les différentes pièces puis nous recherchons et plaçons les différents luminaires imposés par le cahier des charges dans le but de vérifier la concordance entre l’emplacement des luminaires, leur nombre et l’éclairement prévu. Le fichier nous parvient sur Dialux comme le montre la figure suivante :

25

Figure 15: Plan de l’éclairage de FP01 sous Dialux

L’implantation des points lumineux aux différents locaux de FP01 est donc présentée par les figures qui suivent tout en sachant que les luminaires sont représentés en rouge. La répartition spatiale du flux au niveau de ces différents locaux apparait aussi sur ces figures:

Figure 15a : CORR 162

26

Figure 15b : SALLE DE REUNION 111

Figure 15c : SALLE DE REUNION 110

Figure 15d : SALLE DE REUNION 108

Figure 15e : SALLE DE REUNION 107

Figure 15f: RECEPTION DESK106 & ACCUEIL107

Figure 15g : BUREAU 105

Figure 15h : LOCAL DE PREPARATION 101

27

Figure 15i : WC 102

Figure 15k : DI 10058

Figure 15m : ESC1 ST1-01 & ESC2 ST2-01

Figure 15j : WC 103

Figure 15l : DI 10056

Figure 15n : TABLEAU ELECTRIQUE ETAGE 10060

Les calculs avec les implantations faites ci-dessus sont présentés au tableau qui suit :

28

Tableau 8: Niveaux d’éclairement calculés

Intitulé du local

Flux

Puissance

Eclairement

lumineux

totale (W)

moyen

total (lm)

(lux)

CORR 162

198696

2369,1

448

SALLE DE REUNION 111

8218

117,5

218

SALLE DE REUNION 110

10406

154,2

213

SALLE DE REUNION 108

16508

188

381

SALLE DE REUNION 107

25601

291,7

316

RECEPTION DESK106 & ACCUEIL107

104795

1955,9

358

BUREAU 105

9124

133

263

LOCAL DE PREPARATION 101

7839

261

170

WC 102

2080

59

187

WC 103

2080

59

167

DI 10058

4623

72

248

DI 10056

4623

72

365

ESC2 ST2-01

4623

72

241

TABLEAU ELECTRIQUE ETAGE 10060

4623

72

222

Si nous observons bien les résultats fournis au tableau 8, il apparait nettement que le degré de satisfaction sur l’éclairement des différents locaux n’est pas le même. Les locaux coloriés en vert présentent des éclairements très satisfaisants qui peuvent même être réduits pour s’aligner aux valeurs prescrites. Ceux en couleur orange sont acceptables mais n’atteignent pas les exigences du cahier des charges et nécessitent donc des réajustements.

II.3

Optimisation des niveaux d’éclairement :

L’optimisation de l’éclairage n’a pas un caractère purement technique. En réalité le caractère économique en est très déterminant. Toutes les pièces qui dépassent les éclairements prévus peuvent voir leur nombre de luminaires diminué pour avoir un éclairement juste supérieur ou égal à ce qui est exigé. Cela va permettre de compenser l’augmentation éventuelle du nombre de sources lumineuses pour les pièces en carence d’éclairement. En effet, s’il est possible de retrouver dans le marché des luminaires qui présentent à peu près les mêmes caractéristiques et qui présentent des efficacités lumineuses plus intéressantes, ces derniers peuvent bien faire l’objet d’usage.

29

III.

Systèmes de gestion d’éclairage :

L’impact de l’éclairage sur l’environnement est très manifeste. Dans le bâtiment tertiaire, il peut représenter jusqu’à 40% de la consommation électrique pour les immeubles à usage de bureaux. Aujourd’hui l’utilisation des nouvelles sources lumineuses plus performantes et l’automatisation de la gestion de l’éclairage peuvent diminuer cette consommation à hauteur de 70%. En matière de gestion d’éclairage, il convient de distinguer le principe d’action et la stratégie de contrôle. III.1 Types d’action : L’action induite par la gestion de l’éclairage sur le flux lumineux est de deux types : la commutation, qui consiste à allumer et éteindre la lampe en fonction des besoins, et la gradation, qui consiste à moduler le flux lumineux.  La commutation : La commutation ou allumage/extinction est le moyen le plus facile de commander une source lumineuse. Il s’agit simplement d’allumer ou d’éteindre la lampe en fonction des besoins (par exemple, en agissant sur le circuit électrique).  La gradation : La gradation (en anglais dimming) consiste à moduler le flux lumineux de la lampe pour l’adapter aux besoins. Cette action est facilement réalisable, d’un point de vue technique, au niveau des lampes incandescentes, car il suffit de diminuer leur tension d’alimentation pour baisser le flux lumineux. La gradation des lampes fluorescentes est plus délicate dans la mesure où elle requiert l’utilisation d’un ballast spécifique (ballast électronique avec variateur ou gradateur) pour permettre le contrôle du flux lumineux. III.2 La détection de présence : La détection de présence nécessite l’utilisation d’un capteur qui détecte la présence (ou l’absence) d’une personne dans un espace déterminé. Deux technologies se retrouvent majoritairement sur le marché: les détecteurs à infrarouge passif (PIR – passive infrared) et les détecteurs à haute fréquence (HF). Les détecteurs PIR décèlent le mouvement d’un corps chaud,

30

alors que la technologie HF utilise l’effet Doppler (réflexion des ondes sur un corps en mouvement) à la manière d’un radar. Le principe d’action sur les lampes peut être de trois types : l’allumage, l’extinction ou la gradation. De plus, certains systèmes fonctionnent de manière totalement automatique (allumage lors de la détection de présence et extinction lors de l’absence) et d’autres ne gèrent que l’extinction de l’éclairage. Ils requièrent donc un allumage manuel. Ces détecteurs sont souvent appelés « détecteurs d’absence ». Les détecteurs de présence sont généralement munis d’un système de réglage du délai avant extinction, afin d’éviter toute extinction intempestive. La préférence sera donnée aux délais courts dans les zones de circulation où les mouvements sont amples et les risques de nondétection de présence limités, alors qu’ils seront plus longs dans les locaux où l’occupant est susceptible de rester immobile. III.3 Le protocole DALI : Le système Dali (Digitable Adressable Lighting Interface) peut contrôler individuellement 64 adresses (points lumineux) ou 16 groupes de luminaires (circuits), il est capable nde mémoriser 16 ambiances d’éclairement et de connaître l’état de l’installation. Le protocole DALI entre un contrôleur et des luminaires est une de ces technologies. Il permet une gestion optimale de l’éclairage par l'intermédiaire d'un bus appelé ligne DALI. L’allumage, l’extinction et la variation de l’éclairage sont commandés via cette ligne. La figure suivante en donne une illustration.

Figure 16: Principe du système DALI [13]

Le système DALI permet, par l'intermédiaire du contrôleur, la mise en marche, l'arrêt, le réglage du niveau d'éclairement, le traitement des défauts éventuels. Outre cela, il ne nécessite pas des conducteurs spéciaux et la chute de tension entre un contrôleur DALI et le ballast le

31

plus éloigné ne doit pas dépasser 2V. La figure qui suit indique la composition d’un conducteur approprié.

Figure 17: Conducteur DALI [14]

La tension du bus DALI est continue, de l'ordre de 16 V. La polarité est indifférente lors du raccordement ce qui limite les erreurs de câblage. La section minimale à utiliser dépend de la longueur du réseau suivant le tableau 9. Tableau 9: Sections des conducteurs DALI

Longueur

Section minimale (mm²)

Inférieure à 100m

0,5 mm²

Jusqu’à 150m

0,75mm²

Jusqu’à 300m

1,5mm²

Conclusion L’étude de l’éclairage revêt une grande importance dans les structures tertiaires. Elle permet non seulement de créer une ambiance avec un éclairement soigné mais également participe à l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments avec les nouveaux systèmes de gestion d’éclairage.

32

Chapitre 3. Installation des prises de courant et protection extérieure de la Tour contre la foudre

33

Introduction Les immeubles grandes hauteurs abritent des équipements électriques très variés. Certains nécessitent des alimentations électriques monophasées au moment où d’autres sont alimentés en triphasé. Les attentes constituent des alimentations spécifiques prévues pour des équipements bien connus tels que les surpresseurs d’incendie, les climatiseurs, … Il est aussi avéré que les IGH sont très exposés au risque d’être frappé par la foudre. Nous allons donc dans un premier temps présenter l’implantation des prises de courant et attentes électriques. Ensuite nous ferons le dimensionnement du paratonnerre pour la protection extérieure de l’immeuble.

I. L’implantation des prises de courants et des attentes électriques: I.1 Note sur la règlementation relative à l’installation des prises de courant dans le tertiaire : L’installation de prises de courant n’est pas sans contraintes règlementaires. En effet, la norme NFC 15-100 préconise des dispositions à prendre pour assurer le confort des utilisateurs tout en minimisant les risques de chocs électriques. Un nombre approprié de socles de prises de courant doit être installé afin de répondre aux besoins des utilisateurs en toute sécurité, et de limiter l'emploi de socles multiprises. Les socles de prise de courant doivent comporter autant d'organes de contact électriquement distincts et mécaniquement solidaires que les canalisations présentent de conducteurs. Lorsque les canalisations comportent un conducteur de protection, il doit être fait usage de prises de courant uniques pour les conducteurs actifs et le conducteur de protection. Lorsqu'il est fait usage de tensions ou de courants de natures différentes, il est nécessaire d’utiliser des appareils de modèles distincts et non interchangeables. Lorsqu'il est nécessaire d'empêcher la permutation des pôles ou des phases, des appareils dits « irréversibles » doivent être utilisés. Les socles de prise de courant doivent être disposés de façon que les parties actives dangereuses ne soient pas accessibles au toucher, aussi bien lorsque leurs éléments sont assemblés que lorsqu'ils sont séparés. Les socles de prise de courant fixés sur les parois des locaux doivent être disposés de telle manière que l'axe de leurs alvéoles se trouve à une hauteur d'au moins 50 mm au-dessus du sol fini pour un courant assigné inférieur ou égal à 20 A. Cette hauteur est portée à 120 mm pour les socles de prise de courant de courant assigné supérieur à 20 A. Ces hauteurs minimales de

34

50 et de 120 mm sont applicables quel que soit le mode de pose et quelle que soit la classe d'influence externe AD3 (présence d’eau dans le local). Les socles de prise de courant installés dans les sols doivent posséder les degrés de protection IP24 et IK08. Le nombre de socles de prise de courant 16 A alimentés par un même circuit est limité à 5 lorsque la section des conducteurs du circuit est de 1,5 mm² ou à 8 lorsque la section des conducteurs du circuit est de 2,5 mm². Lorsque des socles de prise de courant sont montés dans un même boîtier, ils sont décomptés selon le tableau qui suit :

Tableau 10: Décompte des socles de prise de courant

Nombre de socles par boîtier

1

2

3

4

>4

Nombre de socles décomptés

1

1

2

2

3

La figure suivante présente quelques socles de prises de courant.

Figure 18: Différents socles de prise de courant [16]

I.2 Les différents types de câblage des prises de courant : Le câblage du circuit électrique de prises de courant se réalise en montage dit « parallèle ». Le circuit électrique peut être réalisé en section 1,5 ou 2,5 mm² suivant le nombre de prises et le type de protection. Il est possible de distinguer deux variantes d’alimentation des prises de courant. La première est illustrée sur la figure 10:

35

Figure 19: Première variante d’alimentation des prises de courant [16]

Dans cette variante, les prises sont alimentées les unes à la suite des autres. Les conducteurs de phase, de neutre et de protection cheminent ensemble depuis le disjoncteur. C’est une variante facile à mettre en œuvre mais qui ne permet qu’un seul groupement de prises fonctionnant en tout ou rien. La figure suivante présente la deuxième variante d’alimentation des prises.

Figure 20: Deuxième variante d’alimentation des prises [16]

Le principe d’alimentation des prises reste identique à la première variante. Toutefois, celleci offre un peu plus de flexibilité car donne la possibilité d’obtenir plus d’un groupement de prises. I.3 Quantitatif et implantation des prises pour le niveau type FP01 : Dans la tour Casa Finance City (CFC) nous retrouvons principalement des prises de courant de type monophasé et triphasé. Par ailleurs le nombre ainsi que le type de socle varie considérablement selon les différents niveaux de l’immeuble. En effet, les types d’activités prévues n’étant pas les mêmes pour ces différents niveaux, il est nécessaire d’avoir une variété dans l’installation afin de respecter au mieux le confort des utilisateurs. La constitution de l’immeuble est faite comme suit :

36

- 6 niveaux de parkings, locaux de service et locaux techniques en sous-sol - 1 rez-de-chaussée - 2 étages avec salon d’affaires, grandes salles de réunion / conférence - 22 étages de bureaux et petites salles de réunions - 1 niveau technique intermédiaire au niveau 09 - 1 niveau sous toiture destiné aux locaux techniques - 1 niveau toiture Il apparait au tableau qui suit une spécification des prises et attentes prévues pour chaque niveau suivant les plans fournis par le maître d’ouvrage. Il faut cependant noter que les étages qui ne figurent pas dans le tableau sont identiques à des standards qui sont bien présents. En guise d’exemple les niveaux FPB2, FPB3 et FPB4 étant identiques alors seul FPB2 est présent dans le tableau.

Tableau 11: Quantitatif des prises et attentes électriques de la tour CFC

NB : FPmF et FPmR correspondent aux étages 26 et 27 de l’immeuble. Si nous prenons le cas du niveau type FP01, le schéma d’implantation fourni par le maître d’ouvrage donne l’emplacement des différents groupements de prises présents dans cet étage. Tous ces groupements de prises sont alimentés depuis le tableau basse tension ADC.01. La figure 21 montre l’emplacement des prises et attentes pour le niveau FP01.

37

Figure 21: Implantation des prises de courant et attentes électriques pour FP01

Ainsi, partant de ce plan, nous avons effectué des mesures pour déterminer les longueurs des câbles entre les foyers de prises principaux de chaque groupement (premières prises alimentée directement du tableau ADC.01) et les foyers de prises supplémentaires. En sus de cela nous avons défini des cheminements de câbles qui partent tous du tableau ADC.01 jusqu’aux foyers principaux. Il faut cependant noter que dans le calcul de la longueur totale d’un circuit la hauteur du plafond est à prendre en considération selon que les prises sont murales (à 30cm du sol pour cet immeuble) ou placées au sol. Par conséquent nous avons déterminé les longueurs des circuits comme suit : 𝑳 = 𝑫𝟏 + 𝑫𝟑 𝒂𝒗𝒆𝒄 𝑫𝟑 = 𝑫𝟐 + 𝒉

(3.1)

𝐿 : Longueur totale du circuit 𝐷1 : Distance entre le foyer de prises principal et le dernier foyer de prises supplémentaire du circuit 𝐷2 : Distance entre le tableau électrique et le foyer de prises principal ℎ : Hauteur entre le plafond et la prise la plus basse

La figure suivante fait voir les cheminements définis en traits de couleur verte.

38

Figure 22: Parcours des circuits de prises de courant au niveau FP01

Les différentes longueurs des circuits sont ainsi présentées dans le tableau 12.

Tableau 12: Longueurs des circuits de prises de courant pour FP01

39

Nous avons travaillé avec une hauteur de 2,8 mètres pour les différents locaux dans le tableau ci-dessus. Et concernant la hauteur ℎ prise pour le calcul des longueurs des circuits, sa valeur est arrondie à 3m pour tenir compte quelque peu du fait que les câbles ne soient pas parfaitement rectilignes.

II. Dimensionnement du paratonnerre: II.1

Fonctionnement du paratonnerre à dispositif d’amorçage (PDA) :

Le PDA est une technologie moderne de protection extérieure contre la foudre. Il est pourvu d’une électronique qui lui permet d’émettre un signal haute tension de fréquence et d’amplitude déterminées et contrôlées permettant la formation anticipée du traceur ascendant à sa pointe et la propagation de celui-ci de façon continue vers le traceur descendant. Il puise l’énergie dont il a besoin dans le champ électrique existant lors de l’orage. Après avoir capté la foudre, le PDA la conduit vers la descente de paratonnerre et vers la terre où elle va se disperser. La figure ci-dessous en donne une parfaite illustration.

Figure 23: Avance à l’amorçage d’un PDA [4]

Au cours d’un orage, lorsque les conditions de champ de propagation sont réunies, le PDA crée, le premier, un traceur ascendant. Le traceur ascendant issu de la pointe du paratonnerre se propage vers le traceur descendant du nuage à la vitesse moyenne de 1m/µs. L’avance à l’amorçage, ∆T (µs), est définie comme le gain moyen en instant d’amorçage (instant de propagation continue du traceur ascendant) du traceur ascendant du paratonnerre à dispositif d’amorçage (PDA) par rapport à celui d’un paratonnerre à tige simple (PTS) situé dans les mêmes conditions. ∆T est mesurée en laboratoire haute tension selon l’annexe C de la norme NF C 17-102. Au gain en instant d’amorçage ∆T, correspond un gain en distance d’amorçage appelé ∆ qui correspond expérimentalement à l’efficacité du paratonnerre. On a :

40

∆ = 𝐯. ∆𝐓 ∆ (m) :

(3.2)

gain en distance d’initiation ou gain en distance d’amorçage.

v (m/µs) : vitesse moyenne du traceur descendant (1m/µs). ∆T (µs) : gain en temps d’initiation du traceur ascendant mesuré en laboratoire. La figure suivante montre quelque peu l’effet direct que peut occasionner la foudre sur une construction.

Figure 24: Conséquences directes du foudroiement

II.2

Evaluation des risques :

Le besoin de protection est déterminé d’après de nombreux paramètres, y compris la densité de foudroiement de la zone en question. Une méthode d’évaluation des risques est proposée dans le « Guide UTE 17-108 » afin de prendre en compte toutes les composantes des risques qui rentrent en considération dans le choix du niveau de protection, primordial pour le choix du paratonnerre. Le risque R est la valeur d’une perte moyenne annuelle probable. Pour chaque type de perte qui peut apparaitre dans une structure, le risque correspondant doit être évalué. -

R1 : Risque de perte de vie humaine

-

R2 : Risque de perte de service public

-

R3 : Risque de perte d’héritage culturel

Chaque risque R est la somme de composantes du risque Rd et Ri. Rd représente la composante liée aux dommages physiques d’un étincelage dangereux dans la structure entrainant un incendie ou une destruction totale ou partielle de la structure.

41

Ri est la composante liée aux dommages physiques (incendie ou destruction totale ou partielle dus à un étincelage dangereux entre une installation extérieure et les parties métalliques généralement situées au point de pénétration de la ligne dans la structure) dus au courant de foudre transmis dans les services entrants. Ces derniers sont les réseaux électriques, électroniques et les réseaux de communication. L’évaluation des risques passent d’abord par une identification de la structure à protéger et de ses caractéristiques avant de désigner les risques retenus pour cette structure (R1 à R3). Il faut ensuite évaluer ces derniers afin de décider sur la nécessité de protection en comparant les risques retenus (R1 à R3) avec le risque tolérable Rt. La valeur du risque tolérable Rt est définie comme l’indique le tableau ci-dessous.

Tableau 13: Evaluation du risque tolérable

Type de risque

Risque tolérable (Rt)

Perte de vie humaine (R1)

10−5

Perte de service public (R2)

10−3

Perte d’héritage culturel (R3)

10−3

Si R est inférieur à Rt (R < Rt) alors une protection contre la foudre n’est pas nécessaire (dans le cas où une protection contre la foudre est déjà présente pour cette structure, une protection supplémentaire n’est pas nécessaire). Dans le cas où R est supérieur à Rt (R > Rt) des mesures de protection doivent être prises (paratonnerre et/ou parafoudre à l’entrée de l’installation) pour réduire R inférieur ou égal à Rt (R ≤ Rt) pour tous les risques auxquels l’objet est soumis. Pour se faire, il est possible de démarrer l’évaluation en considérant qu’aucun paratonnerre n’est installé et comparer les valeurs de risque trouvées avec celles tolérables. Si la condition R ≤ Rt n’est pas satisfaite pour tous les types de risque, il devient nécessaire de passer au niveau de protection IV et refaire les calculs et la vérification de la condition précédente. Ainsi de suite jusqu’à ce que l’on obtient le niveau de protection que requiert la protection de notre structure. En effet, les niveaux de protection vont de IV à I dans l’ordre décroissant de performance. Les composantes du risque Rd et Ri peuvent être exprimées par les équations suivantes : 𝑹𝒅 = 𝑵𝒅. 𝑷𝒅. 𝑳𝒅 𝑹𝒊 = 𝑵𝒊. 𝑷𝒊. 𝑳𝒊

42

(3.3) (3.4)

𝑵𝒅 𝒐𝒖 𝒊 : nombre d’événement dangereux 𝑷𝒅 𝒐𝒖 𝒊 : probabilité de dommages suite à un évènement dangereux donnée par un tableau en fonction du niveau de protection choisi (voir Annexe A4 et A5) 𝑳𝒅 𝒐𝒖 𝒊 : perte consécutive à un dommage 𝑵𝒅 = 𝑵𝒈. 𝑨𝒅. 𝑪𝒅. 10−6

(3.5)

𝑵𝒈: densité de foudroiement. Sa valeur est donnée par la formule suivante :

𝑵𝒈 = 𝟎, 𝟏. 𝑵𝒌

(3.6)

𝑵𝒌: niveau kéraunique de la zone considérée. 𝑨𝒅: surface équivalente d’exposition d’une structure isolée. Elle est donnée pour une structure rectangulaire de longueur L, de largeur l et de hauteur H par l’expression : 𝑨𝒅 = 𝑳. 𝒍 + 𝟔. 𝒉. (𝑳 + 𝒍) + 𝟗. 𝝅. 𝑯²

(3.7)

Elle est exprimée en m².

Figure 25: Surface équivalente d’exposition Ad d’une structure isolée

𝑪𝒅 est un facteur d’emplacement donné par un tableau fourni en annexe (Annexe A2). 𝑳𝒅 = 𝑳𝒊 = 𝒉. 𝒓𝒇. 𝑳𝒇

pour R1

𝑳𝒅 = 𝑳𝒊 = 𝒓𝒇. 𝑳𝒇

pour R2

𝑳𝒅 = 𝑳𝒊 = 𝟎, 𝟏. 𝒓𝒇

pour R3

(3.8) (3.9) (3.10)

𝒓𝒇 caractérise le niveau du risque d’incendie (voir Annexe A6). 𝒉 est un coefficient affecté au type de danger pour les personnes (voir Annexe A7).

43

𝑳𝒇 paramètre déterminant l’occupation de la structure (voir Annexes A8 et A9). Ainsi dans le cadre de notre étude, le risque de perte d’héritage culturel n’est pas à tenir en compte dans la mesure où le bâtiment n’est pas irremplaçable. Le tableau qui suit récapitule les calculs de risque que nous avons fait en démarrant avec le niveau de protection III car sachant à priori que l’installation du paratonnerre est nécessaire pour notre structure. Le niveau IV étant directement exclu pour concourir à la certification LEED de niveau Silver recherché par l’immeuble. (Voir Annexe B pour la certification LEED).

Tableau 14: Récapitulatif des risques pour le niveau de protection III

Il apparait sur ce tableau que le risque de perte de vie humaine reste élevé car supérieur au risque tolérable qui est de 10−5. Donc il y a nécessité de passer au niveau de protection II pour voir si les conditions seront satisfaites pour tous les risques en considération. Le tableau cidessous présente les résultats de calculs pour le niveau de protection II.

Tableau 15: Récapitulatif des risques pour le niveau de protection II

44

Le niveau de protection à choisir s’affiche nettement avec le tableau 15 qui présentent des valeurs de risques toutes inférieures aux valeurs de risques tolérables. Le niveau de protection II est alors retenu. Il faut maintenant déterminer le rayon de protection du paratonnerre à choisir afin qu’il couvre toute la zone de la Tour.

II.3

Calcul du rayon de protection et choix du paratonnerre :

Le rayon de protection d’un PDA est lié à sa hauteur (h) par rapport à la surface à protéger, à son efficacité et au niveau de protection sélectionné. Il est donné par l’expression suivante :

𝑹𝒑(𝒉) = √𝟐. 𝒓. 𝒉 − 𝒉𝟐 + ∆. (𝟐𝒓 + ∆) pour h ≥ 5m

𝑹𝒑 = 𝒉.

𝑹𝒑(𝟓) pour 2m ≤ h ≤ 5m 𝟓

(3.11) (3.12)

𝑹𝒑(𝒉) (m) correspond au rayon de protection à une hauteur ℎ donnée. 𝒉 (m) représente la hauteur de l’extrémité du PDA sur le plan horizontal jusqu’au point le plus éloigné de l’objet à protéger 𝒓 (m) est le rayon de la sphère fictive de la foudre ; on a : -

𝒓 (m) = 20m pour le niveau de protection I

-

𝒓 (m) = 30m pour le niveau de protection II

-

𝒓 (m) = 45m pour le niveau de protection III

-

𝒓 (m) = 60m pour le niveau de protection IV

∆ (m) = ∆𝑻. 106 . correspond à l’efficacité du PDA ; ∆𝑻 étant l’avance à l’amorçage. Les dimensions de la tour étant globalement de 48m de longueur, de 37m de largeur et de 122m de hauteur, il nous faut trouver donc un rayon de protection supérieur à 48m. Le tableau suivant présente les différents rayons calculés selon des hauteurs (h) et d’efficacités (∆) différentes.

45

Tableau 16: rayons de protection

h (m)

Rp (m)

r (m) ∆T = 30µs

∆T = 45µs

∆T = 60µs

2

30

21,8174242

28,2842712

34,2134476

3

30

32,7261363

42,4264069

51,3201715

4

30

43,6348485

56,5685425

68,4268953

5

30

54,5435606

70,7106781

86,4580823

6

30

54,9909083

71,0563157

86,7409938

8

30

55,8211429

71,7007671

87,2696969

10

30

56,5685425

72,2841615

87,7496439

15

30

58,0947502

73,4846923

88,7411967

20

30

59,1607978

74,3303437

89,4427191

45

30

58,0947502

73,4846923

88,7411967

60

30

51,9615242

68,7386354

84,8528137

Ce tableau nous offre trois possibilités de choix avec des efficacités différentes. Toutefois, les normes en vigueur préconisent que la hauteur optimale de la pointe du pulsar au-dessus du plan horizontal passant par le point le plus élevé de la structure à protéger est de 5m. Nous choisissons donc le pulsar 30 de niveau de protection II et de rayon de protection 55m. L’outil logiciel « Pulsar Designer » de la société ABB nous a permis également d’en faire une vérification et de générer tous les accessoires qui permettent l’installation de ce paratonnerre comme présenté au tableau 17. La figure suivante illustre l’implantation du paratonnerre faite avec le logiciel ; le cercle défini par le rayon de protection indique l’étendu de la zone protégé.

Figure 26: Position du PDA sur la Tour en vue de dessus

46

Tableau 17: Références du pulsar et de ses accessoires

47

Conclusion La tour CFC étant d’une hauteur considérable (entourée d’immeubles plus petits ou de la même taille), s’expose au risque d’être frappée par la foudre. Ce que les calculs de risques ont confirmé d’ailleurs. Par conséquent, l’installation d’un paratonnerre de niveau de protection II devient essentielle. L’implantation des prises de courant et attentes électriques n’est pas délicat mais nécessaire pour le bilan de puissance de l’installation.

48

Chapitre 4. Etude Basse Tension

49

Introduction La distribution de l’énergie électrique dans les structures tertiaires se fait généralement en basse tension. La tour CFC n’en est pas une exception. Nous allons dans cette partie évaluer les besoins en énergie électrique de l’immeuble par un bilan de puissance afin de choisir les sources d’alimentation optimales. Ensuite nous passons à l’implantation des parafoudres pour la protection de la tour contre les effets indirects du phénomène naturel de la foudre.

I. Bilan de puissance : Le bilan de puissance est la première étape essentielle de l'étude de toute conception d'un réseau électrique. Elle doit cerner et localiser géographiquement les valeurs des puissances. La puissance installée n’est pas la somme arithmétique de celle des récepteurs. Sa détermination nécessite des connaissances sur les puissances des récepteurs, leur localisation, leur régime de fonctionnement. I.1 Synoptique du schéma de distribution : L’alimentation BT de l’immeuble sera livrée par des transformateurs HTA/BT. Deux postes de transformation seront prévus dans le projet, MT 2 et MT3, le premier sera situé au 1er soussol et le deuxième sera installé au 26ème étage. Tous les postes de transformation seront alimentés en HTA à partir d’un poste de livraison situé au niveau FP00, le rez-de-chaussée. Les plateaux de bureaux seront alimentés depuis le poste publique via des coffrets de distributions BT issus du tableau TUR (Tableau Urbain à encombrement Réduit) installé dans le local poste au niveau FP00. Deux groupes électrogènes sont également prévus. Chacun des deux groupes est capable de reprendre la totalité de la charge des équipements de sécurité et l’ensemble des deux groupes doit être capable de reprendre la totalité de la charge des installations prévues d’être alimentées par la source de remplacement. Ces deux groupes seront installés au premier sous-sol FPB01. Les tableaux généraux TGBT2, TGBT3, TGS1, TGS2, et divisionnaires TGNRS1 et AES1 seront installés au premier sous-sol et au 25éme étage. L’alimentation basse tension se fait donc comme suit : 

TGBT2

Ce tableau alimentera principalement les éléments suivants : -

L’armoire de sécurité AES1,

-

Le tableau général normal de remplacement et de sécurité TGNRS1.

50



TGBT3

Ce tableau est destiné à alimenter l’ensemble des tableaux de climatisation. 

TGNRS1

Le TGNRS1 est constitué d’un seul jeu de barre avec deux armoires séparées physiquement pour isoler les alimentations normal-remplacement et les alimentations de sécurités. Il alimentera principalement les équipements suivants :



-

Les tableaux divisionnaires des zones communes,

-

Les équipements de sécurité,

-

Le système de sécurité incendie,

-

L’onduleur. TGS1 et TGS2

Ces tableaux sont des armoires de sécurité et seront alimentés respectivement par les groupes électrogènes GS1 et GS2, chacun d’eux dimensionné pour alimenter la totalité de la charge de l’armoire AES1 et ensemble dimensionnés pour alimenter la totalité de la charge du tableau TGNRS1. 

AES1

Cette armoire est de sécurité et est dimensionnée pour alimenter la totalité des équipements de sécurité. Les équipements de sécurité représentent l’ensemble des éléments dont le maintien en service est indispensable en cas de sinistre à savoir : - L'éclairage minimal requis par la norme (circulations, paliers, escaliers,…), - Les ascenseurs et les monte-charge, - Le désenfumage y compris les volets, - Le secours en eau et les pompes d'exhaure, - Les surpresseurs de l’installation de sprinklage, - La ventilation mécanique des locaux de transformation, - Les télécommunications, - Les détections et alarmes, - Les signalisations de position des volets de désenfumage et des portes coupe-feu des ascenseurs. Le figure 27 donne une vue globale sur l’architecture de la distribution interne de l’immeuble.

51

Figure 27: Schéma synoptique de l’installation

I.2 Détermination des puissances d’utilisation des tableaux généraux : Les postes MT2 et MT3 seront munis respectivement de deux et de trois transformateurs en parallèle selon l’indication du cahier des charges. L’énergie nécessaire à l’alimentation des installations de sécurité est obtenue à partir de deux groupes électrogènes dont la puissance nominale de chacun doit être au moins égale à la puissance nécessaire au démarrage et au fonctionnement de tous les équipements de sécurité de l’immeuble. Nous disposons des puissances d’utilisation des tableaux terminaux qui tiennent en compte les facteurs d’utilisation (Ku) des différents récepteurs. En effet, le régime de fonctionnement normal d'un récepteur peut être tel que sa puissance utilisée soit inférieure à sa puissance nominale installée, d'où la notion de facteur d'utilisation. Le facteur d'utilisation s'applique individuellement à chaque récepteur. On a :

52

𝑷𝒖 = 𝑷𝒊𝒏𝒔𝒕 × 𝑲𝒖 𝑃𝑢 (𝑘𝑊) :

(4.1)

puissance d’utilisation du récepteur

𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡 (𝑘𝑊) : puissance installée du récepteur 𝐾𝑢 :

facteur ou coefficient d’utilisation maximale du récepteur

Pour l’éclairage et le chauffage ce facteur vaut toujours 1 tandis que pour les prises de courant et les forces motrices tout dépend de leur utilisation. Outre le facteur d’utilisation appliqué aux récepteurs, il faut tenir en compte le fait que tous les récepteurs installés ne fonctionnent pas simultanément. C'est pourquoi il est permis d'appliquer aux différents ensembles de récepteurs (ou de circuits) des facteurs de simultanéité (Ks). Le facteur de simultanéité s'applique à chaque regroupement de récepteurs (par exemple au niveau d'un tableau terminal, d'un tableau divisionnaire, d'une armoire…). La détermination de ces facteurs de simultanéité implique la connaissance détaillée de l'installation et de ses conditions d'exploitation. Des valeurs précises applicables à tous les cas ne peuvent donc pas être précisées. Toutefois, les normes CEI 60439 et NF C 63-410 indiquent des valeurs estimées de Ks pour un tableau de distribution alimentant un nombre de circuits pour lesquels il n'y a aucune information sur la manière dont la charge totale est répartie entre eux (voir tableau 18). Si l'armoire est composée principalement de circuits d'éclairage, il est prudent de majorer ces facteurs.

Tableau 18: Facteurs de simultanéité pour armoire de distribution

Nous connaissons également les facteurs de puissance (cosφ) des tableaux terminaux ce qui va nous permettre donc de calculer aussi les puissances réactives (Qu) qui transitent dans ces tableaux. 𝑸𝒖 = 𝑷𝒖 × 𝒕𝒂𝒏𝝋 𝑄𝑢 (𝑘𝑣𝑎𝑟) : puissance réactive d’utilisation 𝑃𝑢 (𝑘𝑊) : puissance active d’utilisation

53

(4.2)

Ainsi après une évaluation des puissances d’utilisation des tableaux terminaux ADC et ADNB (voir Annexe C2) dérivant du poste MT2, nous avons recueilli les puissances de l’éclairage minimal de même que celles des autres équipements alimentés directement par les tableaux divisionnaires du même poste afin de déterminer les puissances d’utilisation des tableaux TGNRS1 et AES1. Le tableau 19 récapitule les puissances calculées au niveau de ces derniers. Par ailleurs, il est important de voir que les puissances des forces motrices indiquées dans ce tableau sont des puissances nominales auxquelles sont affectés des coefficients de foisonnement c’est-à-dire le produit Ku.Ks. Tableau 19: Puissance d’utilisation de TGNRS1 et AES1 Désignation

Pu1

Qu1

Su1

(kW)

(kvar)

(kVA)

Tableaux ADC

613,464

398,832

731,7137716

ESCALATORS

11,7

8,775

14,625

15

11,25

18,75

3

2,25

3,75

8,7

6,525

10,875

15

11,25

18,75

Ks2

Pu2

Qu2

Su2

Pu2

Qu2

Su2

(kW)

(kW)

(kVA)

(kW)

(kW)

(kVA)

1020,2436

663,8733

12,1722

403,74

298,755

502,255

SURPRESSEUR EAU POTABLE B01 POMPE RELEVAGE B02 POMPE RELEVAGE B06 TGNRS1

SURPRESSEUR EAU POTABLE N09 SYSTÈME 10

SECURITE INCENDIE ADNB TE-ASC VIP (POMPIERS 1)

63

0

63

21

15,75

26,25

MONTE CHARGE

0,9 32,8

24,6

41

6,32

4,74

7,9

6,32

4,74

7,9

21,6

16,2

27

(POMPIERS 2) TE-ASC Ascenseur Parking 1 TE-ASC Ascenseur Parking 2 TE-ASC Ascenseur 1

54

TE-ASC Ascenseur 2

21,6

16,2

27

28

21

35

28

21

35

28

21

35

56,4

42,3

70,5

16

12

20

2,7

2,025

3,375

59,2

44,4

74

30

22,5

37,5

33,3

24,975

41,625

12,5

5,325

13,58696526

TE-ASC Ascenseur 3 TE-ASC Ascenseur 4 AES1

TE-ASC Ascenseur 5 TEFC1 Désenfumage TEFC2 Désenfumage TE-CV-08/NS Surpresseur eau incendie Surpresseur eau sprinklage Surpresseur eau incendie Emin2

Ce tableau nous indique les puissances qui vont nous permettre de déterminer la puissance d’utilisation au TGBT2 mais également de calculer la puissance des groupes électrogènes (voir tableau 20). Tableau 20: Puissances d’utilisation au TGBT2 Désignation

Pu2 (kW)

TGNRS1 616,5036 AES1

403,74

Qu2 (kvar)

Su2 (kVA)

365,1183

716,511034

298,755 502,255451

Ks3 0,9

Pu3 (kW)

Qu3 (kvar) Su3 (kVA)

918,21924 597,48597

1095,49809

En ce qui concerne le poste MT3 la distribution est radiale arborescente à deux niveaux. Les puissances d’utilisation aux tableaux divisionnaires et au tableau général sont calculées au tableau 21. Cependant il faut noter que les facteurs de puissance de ces tableaux n’étant pas connus, nous avons considéré qu’ils valent tous 0,8 car ayant tous le même type de charge: la climatisation.

55

Tableau 21: Puissances d’utilisation au TGBT3 Pu

Qu

Pu2

Qu2

Désignation

(kW)

(kvar)

(kW)

(kvar)

TE-CV 01/N

171

0,8

0,9

153,9

115,425

192,375

TE-CV 02/N

108

0,8

1

108

81

135

TE-CV 03/N

108

0,8

1

108

81

135

TE-CV 04/N

262

0,8

1

262

196,5

327,5

TE-CV 05/N

155

0,8

1

155

116,25

193,75

TE-CV 06/N

155

0,8

1

155

116,25

193,75

TE-CV 07/N

155

0,8

1

155

116,25

193,75

Ks2

Su2 (kVA)

Pu3

Qu3

(kW)

(kvar)

1096,9

822,675

Ks3

1

Su3 (kVA)

1371,125

Le bilan de puissance des plateaux de bureaux qui sont alimentés par le poste public MT1 via le TUR peut également être présenté par le tableau suivant. Tableau 22: Puissance d’utilisation au TUR 8/D Désignation

Pinst (kW)

Cosϕ

Ks2

Pu2

Qu2

(kW)

(kvar)

Su2 (kVA) Ks3

ADE.03

20,4625

0,8

0,8

16,37

12,2775

20,4625

ADE.04

25,3875

0,8

0,8

20,31

15,2325

25,3875

ADE.05

28,6

0,8

0,8

22,88

17,16

28,6

ADE.06

32,0125

0,8

0,8

25,61

19,2075

32,0125

ADE.07

32,8125

0,8

0,8

26,25

19,6875

32,8125

ADE.08

32,2375

0,8

0,8

25,79

19,3425

32,2375

ADE.09

24,52

0,49

0,8

19,616

34,89736

40,03265

ADE.10

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.11

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.12

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.14

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.15

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.16

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.17

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.18

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.19

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.20

27,47875

0,8

0,8

21,983

16,48725

27,47875

ADE.21

58,17

0,84

0,8

46,536

30,05928

55,4

ADE.22

66,98

0,84

0,8

53,584

34,61184

63,7904

ADE.23

72,14

0,85

0,8

57,712

35,76668

67,8964

ADE.24

48,93

0,86

0,8

39,144

23,22668

45,51627

ADE.25

67,58

0,86

0,8

54,064

32,07969

62,86511

ADE.26

43,89

0,89

0,8

35,112

17,98841

39,45168

TE-EXT

5,51

0,92

0,8

4,408

1,877800

4,791304

667,21

478,2877

820,9362

Total

56

0,9

Pu3

Qu3

Su3

(kW)

(kvar)

(kVA)

600,5

430,5 738,84

I.3 Calcul des puissances des transformateurs et groupes électrogènes : Il est important de déterminer la puissance optimale d’un transformateur car le sousdimensionner ou le surdimensionner n’est pas sans conséquence. Assurément, le surdimensionnement du transformateur entraîne un investissement excessif, des pertes à vide inutiles mais la réduction des pertes en charge peut être très importante. Le sous dimensionnement également entraîne un fonctionnement quasi permanent à pleine charge et souvent en surcharge avec des conséquences en chaine : rendement inférieur (c’est de 50 à 70 % de sa charge nominale qu’un

-

transformateur a le meilleur rendement). échauffement des enroulements, entraînant l’ouverture des appareils de protection et

-

l’arrêt plus ou moins prolongé de l’installation. vieillissement prématuré des isolants pouvant aller jusqu’à la mise hors service du

-

transformateur ; la CEI 60354 signale qu’un dépassement permanent de la température maximale du diélectrique de 6 °C réduit de moitié la durée de vie des transformateurs immergés. Ainsi, les puissances aux tableaux généraux étant calculées, nous pouvons directement trouver les puissances des sources d’alimentation. Cependant, il est toujours nécessaire lors du dimensionnement de source d’alimentation de prévoir un éventuel accroissement de la charge. Cela justifie l’application d’un coefficient d’extension (Ke) aux puissances sus trouvées. Ce coefficient n’a pas une valeur fixe car les besoins et possibilités d’extension ne sont pas toujours les mêmes. Nous travaillons donc ici avec une prévision d’extension de 10%. Le tableau 23 indique par conséquent les puissances prévisionnelles. Tableau 23: Puissances prévisionnelles aux tableaux généraux

Désignation

Su3 (kVA)

Ke

Su prévisionnelle (kVA)

TUR

738,84

10%

812,724

TGBT2

1095,5

10%

1205,05

TGBT3

1371,125

10%

1508,23

En outre, dans le souci d’optimisation de l’alimentation en énergie électrique de la structure une compensation de l’énergie réactive de type global est prévu. La compensation de l’énergie réactive est une opération qui consiste à utiliser des batteries de condensateurs dûment choisies pour couvrir une partie ou même la totalité des besoins en puissance réactive d’une installation

57

relevant ainsi le facteur de puissance globale de l’installation. Elle est vivement importante dans la mesure où elle peut éviter des pénalités auprès du fournisseur d’énergie, mais aussi permettre de faire des extensions sans avoir à changer de transformateurs, à la limite même constituer un bonus lors de la facturation de l’électricité. On parle de compensation de type global si ces batteries de condensateurs sont installées au niveau des tableaux généraux. Du fait que nous avons déjà calculé les puissances d’utilisation aux tableaux généraux, nous déduisons facilement les facteurs de puissance avant une quelconque compensation par l’expression suivante :

𝒄𝒐𝒔𝝋 =

𝑷𝒖𝟑 𝑺𝒖𝟑

(4.3)

𝑐𝑜𝑠𝜑 : facteur de puissance à la fréquence industrielle 𝑃𝑢3 : puissance active d’utilisation au TGBT 𝑆𝑢3 : puissance réactive d’utilisation au TGBT Ce qui nous qui nous permet alors d’établir le tableau qui suit : Tableau 24: Facteurs de puissance de l’installation

Désignation

Pu3

Su3

cosφ

MT2

918,21924

1095,49809

0,84

MT3

1096,9

1371,125

0,8

Ces facteurs de puissance étant faibles, le cahier des charges impose de les relever à une valeur de 0,93. Les cosφ avant et après compensation étant ainsi connus, nous pouvons trouver les batteries de condensateurs adéquates pour notre installation par l’expression suivante : 𝑸𝒄 = 𝑷𝒖𝟑 × (𝒕𝒂𝒏𝝋 − 𝒕𝒂𝒏𝝋′ )

(4.4)

Avec 𝜑 ′ tel que cos𝜑 ′ =0,93 Le tableau 25 donne ainsi les puissances des batteries de condensateurs calculées de mêmes que les puissances normalisées choisies. Il est cependant important de préciser s’il s’agit de batteries de condensateurs fixes ou à régulation automatique. Pour cela une évaluation du

58

rapport entre les puissances de batteries choisies et des transformateurs doit être faite. Si ce rapport est supérieur à 15% les batteries de condensateurs à installer devront être à régulation automatique. Tableau 25: Compensation de l’énergie réactive

Qc calculée

Désignation

(kvar)

𝐐𝐜𝐧𝐨𝐦 ∑ 𝑺𝑻𝑹

Qc nominale

(kvar)

MT2

230,2075717

240

19%

MT3

389,1523802

390

21%

Type Régulation automatique Régulation automatique

Partant de tout cela, il devient maintenant aisé de déterminer les puissances des transformateurs en passant par les puissances résultantes calculées comme suit :

𝑺𝒖 𝒓é𝒔𝒖𝒍𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 =

𝑺𝒖 𝒑𝒓é𝒗𝒊𝒔𝒊𝒐𝒏𝒏𝒆𝒍𝒍𝒆 × 𝒄𝒐𝒔𝝋 𝒄𝒐𝒔𝝋′

(4.5)

Ensuite on a : -

Dans le cas d’un transformateur 𝑺𝑻𝑹 𝒐𝒑𝒕𝒊𝒎𝒂𝒍𝒆 ≥ 𝑺𝒖 𝒓é𝒔𝒖𝒍𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆

-

(4.6)

Dans le cas de plusieurs transformateurs

𝑺𝑻𝑹 𝒐𝒑𝒕𝒊𝒎𝒂𝒍𝒆 ≥ 𝒌.

𝑺𝒖 𝒓é𝒔𝒖𝒍𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆

(4.7)

𝒏−𝟏

𝑆𝑇𝑅 (𝑘𝑉𝐴) : puissance d’un transformateur 𝑛:

nombre de transformateurs

𝑘:

facteur de réserve

Le facteur de réserve 𝑘 est l’inverse du coefficient de surcharge admise lors d’une avarie. Il peut s’exprimer donc comme suit :

59

𝒌=

𝟏

(4.8)

𝒌𝒔𝒖𝒓𝒄𝒉𝒂𝒓𝒈𝒆

Dans la pratique, une surcharge possible de 40% est admise (𝑘𝑠𝑢𝑟𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 = 1,4) mais ne dépassant pas 6h par jour et cela pour au plus 5jours de la semaine. Les transformateurs calculés de même que leur taux de charge sont alors présentés par le tableau ci-dessous : Tableau 26: Puissances des transformateurs des postes

Désignation

Su

Nombre de

STR

Taux de

résultante

transformateurs

optimale

charge (%)

(kVA)

(kVA)

MT1

707,86

1

1000

70,8%

MT2

1088,43

2

800

68%

MT3

1297,40

3

630

68,6%

Il faut cependant notifier que le maître d’ouvrage a préconisé des transformateurs de 630 kVA pour le poste MT2 donc avec des taux de charge de 86%. Ce qui ne se justifie pas techniquement car les transformateurs ne fonctionneront pas avec un rendement optimal mais également cela fait perdre quelque peu les avantages de la mise en parallèle des transformateurs. Toutefois une justification économique peut bien être possible du fait que deux groupes électrogènes soient installés pour relayer ces transformateurs en cas de défaut. S’agissant des groupes électrogènes, leur puissance doit satisfaire les conditions suivantes sachant leur taux de charge est majoré à 85%: 𝑺𝒖𝟐

𝑺𝒖 𝑮𝑬 > 𝑲𝒆. 𝟎,𝟖𝟓

(𝑨𝑬𝑺𝟏)

et

𝑺𝒖 𝑮𝑬 ≥ 𝑲𝒆.

𝑺𝒖𝟑(𝑻𝑮𝑩𝑻𝟐) 𝟐×𝟎,𝟖𝟓

Ce qui donne : 𝑺𝒖 𝑮𝑬 > 𝟔𝟏𝟒, 𝟔𝟖 𝒌𝑽𝑨 𝒆𝒕 { 𝑺𝒖 𝑮𝑬 ≥ 𝟕𝟎𝟖, 𝟓𝟐 𝒌𝑽𝑨 Ce qui nous mène alors à choisir 2 groupes électrogènes de puissance 800kVA.

60

(4.9)

II. Implantation des parafoudres: Les coups de foudre peuvent toucher les installations électriques de trois manières différentes: - par coup de foudre direct sur une ligne électrique aérienne. La surintensité et la surtension peuvent alors se propager à plusieurs kilomètres du point d’impact.

Figure 28: Coup de foudre sur une ligne aérienne (électrique ou téléphonique) [5]

- par coup de foudre à proximité d’une ligne électrique. C’est le rayonnement électromagnétique qui induit un fort courant et une surtension dans la ligne.

Figure 29: Coup de foudre de bâtiments (surtension due au rayonnement électromagnétique) [5]

Dans ces deux cas, le danger pour l’installation électrique arrive par l’alimentation réseau. - par coup de foudre à proximité des bâtiments. La terre est alors chargée et monte en potentiel. Le réseau étant à potentiel plus bas, il se crée un courant qui va traverser l’installation électrique en entrant par la terre.

61

Figure 30: Coup de foudre proche de bâtiments (remontée de potentiel de terre) [5]

Dans tous les cas, les conséquences pour les installations électriques et les récepteurs peuvent être dramatiques : - destruction ou fragilisation des composants électroniques - destructions des circuits imprimés - blocage ou perturbation de fonctionnement des appareils - vieillissement accéléré du matériel. Les réseaux numériques et analogiques sont affectés de la même manière que les installations électriques basse tension. Les surtensions d’origines atmosphériques sont éliminées à l’aide de parafoudres conçus spécifiquement.

II.1

Fonctionnement du couple parafoudre/disjoncteur de déconnexion :

Le parafoudre est un appareil de protection électronique qui se comporte comme une impédance

variable

en

fonction

de

la

tension

à

ses

bornes:

En fonctionnement normal (pas de coup de foudre) le parafoudre est vu comme un circuit ouvert par le reste de l’installation (tension nominale du réseau aux bornes du parafoudre ; impédance infinie).

Figure 31: Parafoudre en fonctionnement normal [5]

Au moment du coup de foudre, le parafoudre devient passant (augmentation importante et rapide de la tension ; impédance nulle).

62

Figure 32: Parafoudre en fonctionnement pendant le coup de foudre [5]

Le rôle du parafoudre est alors double, écouler la surintensité sans qu’elle traverse les récepteurs et limiter la surtension afin de ne pas « claquer » les récepteurs. Toutefois, l’écoulement de nombreux coups de foudre provoque l’usure des composants électroniques du parafoudre qui devient alors définitivement passant, provoquant un courtcircuit 50Hz. Il faut alors l’isoler du réseau. C’est un des rôles du disjoncteur de déconnexion. En effet, câblé directement en série avec le parafoudre, le disjoncteur de déconnexion assure 3 rôles: -

Couper le court-circuit 50 Hz qui se produit lors de la fin de vie du parafoudre afin de protéger ce dernier qui est alors un récepteur sensible.

-

Assurer la continuité de service de l’installation (en évitant que la protection disjoncteur de tête de tableau ne déclenche).

-

Permettre une opération de maintenance sur le parafoudre en isolant ce dernier du réseau lorsque nécessaire.

Le choix du disjoncteur de déconnexion est déterminant pour le bon fonctionnement du couple parafoudre/disjoncteur de déconnexion. Il doit être capable de couper l’intensité de court-circuit 50 Hz au point d’installation du parafoudre mais aussi d’endurer, sans déclencher, autant de coups de foudre que le parafoudre lui-même, et rester en état de fonctionnement à la suite de ceux-ci. Il doit également être à même de couper le courant avec la rapidité nécessaire pour isoler le parafoudre lors de sa mise en court-circuit de fin de vie.

Figure 33: Parafoudre en fin de vie [5]

63

II.2

Choix et emplacement des parafoudres :

La protection foudre se structure de la même façon qu’une protection disjoncteur. En effet, les parafoudres de plus forte capacité d’écoulement sont en tête d’installation et ceux qui ont des caractéristiques plus faibles sont situés dans les tableaux divisionnaires ou dans les tableaux terminaux. Les parafoudres permettent de réaliser la protection de tête pour certains, ou la protection fine, et se classent de la façon suivante : 

les parafoudres de type 1 : avec une très forte capacité d’écoulement, ils sont destinés à la protection de tête des bâtiments équipés de paratonnerres.



les parafoudres de type 2 : avec une forte capacité d’écoulement, ils servent pour la protection de tête en l’absence de paratonnerre.



les parafoudres de type 3 : ils sont exclusivement réservés à la protection fine des récepteurs et s’installent derrière un type 1 ou un type 2.

Figure 34: Différents types de parafoudre [5]

Lors d’un coup de foudre, une surtension résiduelle peut se propager sur la ligne, après la protection de foudre de tête, en direction des récepteurs. La fréquence très élevée (Giga Hz) de cette surtension est à l’origine de phénomènes de résonnances de tension, et lorsque la longueur de la ligne dépasse 30 mètres, la tension peut doubler. Il existe alors un risque important que cette surtension détruise les récepteurs. Les deux figures suivantes en donne une parfaite illustration.

64

Figure 35: Distance tableau-récepteurs inférieure à 30m [5]

Figure 36: Distance tableau-récepteurs supérieure à 30m [5]

Ceci étant, la méthodologie suivante permet de déterminer l’emplacement et le type de parafoudre à installer.

65

Figure 37: Logigramme de choix et de positionnement de parafoudre [5]

Ainsi dans le cadre de la tour CFC qui dispose bien d’un paratonnerre, il sera prévu d’installer des parafoudres de type1 aux tableaux généraux TGBT2, TGBT3, TGS1 et TGS2. Par ailleurs, la distance entre le TGBT2 et le tableau ondulé ADNB qui alimente les équipements sensibles étant de l’ordre de 35m, il est également nécessaire d’installer un parafoudre de type 3 au tableau ADNB. Une protection fine devra également être prévue au niveau des panneaux électriques GTB dont l’alimentation dérive du tableau ADNB et qui sont à plus de 30m de celui-ci. Les équipements du système de sécurité incendie étant aussi des équipements sensibles loin de plus de 30m du TGBT2 requièrent des protections fines de proximité.

66

Le système de distribution plus en détail est présenté comme suit :

Figure 38: Schéma de distribution en fonction des niveaux de l’immeuble

Toutefois, lors du choix du couple parafoudre/disjoncteur de déconnexion, il convient de vérifier le courant de court-circuit au point d’installation, et de ne pas dépasser les caractéristiques indiquées dans les tableaux fournis par les fabricants. La tenue aux courts-circuits du parafoudre associé à son dispositif de protection doit être au moins égale au courant nominal de court-circuit présumé au lieu d’installation du parafoudre. Ce qui nous mène à évaluer les courants de court-circuit présumés aux différents tableaux retenus à l’aide de l’outil de calcul Caneco BT qui est un logiciel de dimensionnement et schématique automatique d’installations électriques basse tension. Cependant, il est important de noter que la norme NFC 15-100 impose une valeur minimale de 12,5kA du courant de foudre pour les parafoudres de type 1. Le tableau ci-dessous récapitule les tableaux retenus pour l’installation de parafoudre ainsi que les courants de court-circuit déterminants dans le choix des dispositifs de protection.

67

Tableau 27: Emplacement de parafoudre

Tableau électrique

Parafoudre de type 1

Parafoudre de type 3

Icc (kA)

TGBT2

40,8

TGBT3

59,4

TGS1

3,95

TGS2

3,95

ADNB

13,34

II.3

Installation d’un parafoudre :

L’efficacité de la protection contre la foudre dépend principalement de la qualité de l’installation des parafoudres. Ainsi une règle dite des 50cm s’applique à la portion de circuit empruntée exclusivement par le courant de foudre. Lorsque la longueur de celle-ci est supérieure à 50 cm, la surtension transitoire devient trop importante et risque d’endommager les récepteurs. Les différentes longueurs prises en considération sont illustrées par la figure suivante :

Figure 39: Règle des 50cm [5]

Le câblage de chaque parafoudre doit alors être réalisé de telle sorte que l’inégalité suivante soit satisfaite : 𝑳𝟏 + 𝑳𝟐 + 𝑳𝟑 ≤ 𝟓𝟎 𝒄𝒎

68

(4.10)

La norme NFC-15 100 préconise deux modes de mise en enveloppe présentés comme l’indique les schémas de la figure qui suit.

Figure 40: Câblage d’un parafoudre [5]

Conclusion L’étude basse tension présente un caractère primordial dans une structure de type IGH. Elle a permis de déterminer les puissances des sources d’alimentation de l’immeuble mais également de calculer les puissances des batteries de condensateurs à installer pour la compensation de l’énergie réactive. En sus de cela elle a donné une conception plus nette de la protection contre les surtensions qui dérivent des effets indirects de la foudre.

69

Chapitre 5. Etude Haute Tension (HTA)

70

Introduction Le terme HTA (Haute Tension A) est habituellement utilisé pour déterminer des niveaux de tension allant de 1kV à 50 kV. Le raccordement HTA s’avère nécessaire lorsque la puissance requise pour une installation dépasse 250kVA. L’alimentation en HTA présente des avantages car l’abonné HTA n’est pas gêné par les autres abonnés ce qui peut l’être en BT, mais aussi il est libre de choisir son schéma de liaison à la terre. Nous allons dans ce chapitre présenter les différents modes de raccordement HTA pour ensuite passer au dimensionnement du système d’alimentation de la tour CFC.

I. Les différents types d’alimentation HTA : I.1 Raccordement sur un réseau radial HTA : Simple dérivation Le poste est alimenté par une dérivation du réseau radial (aérien ou câble), aussi appelé réseau en antenne, de distribution haute tension. Ce type de réseau permet une alimentation unique pour les récepteurs. Le poste comporte, en règle générale, une cellule arrivée et protection générale par interrupteur-sectionneur et fusibles avec des sectionneurs de mise à la terre, comme indiqué dans la figure suivante.

Figure 41: Schéma en simple dérivation [10]

I.2 Raccordement sur une boucle HTA : Coupure d’artère L’alimentation du poste est insérée en série sur la ligne du réseau de distribution moyenne tension en boucle, et permet le passage du courant de la ligne via un jeu de barres. Ce type de raccordement permet deux alimentations possibles pour les récepteurs (voir figure 33).

71

Figure 42: Schéma en coupure d’artère [10]

Le poste comporte trois cellules HTA ou une unité intégrée type «Ring Main Unit» réalisant les fonctions suivantes : -

2 arrivées avec interrupteur-sectionneur, insérées sur la boucle et connectées à un jeu de barres

-

1 départ transformateur, raccordé au jeu de barres, comportant une protection générale par interrupteur-fusibles, par combiné interrupteur-fusibles ou par disjoncteur.

Tous ces

appareillages

sont

équipés de

sectionneurs de

mise à la terre.

Tous les interrupteurs et les sectionneurs de mise à la terre ont un pouvoir assigné de fermeture permettant

leur

fermeture

sur

le

courant

de

court-circuit

du

réseau.

Ce schéma permet à l’utilisateur de bénéficier d’une alimentation fiable à partir de deux départs MT, ce qui limite les temps d’interruption en cas de défaut ou de travaux sur le réseau du distributeur. Les domaines d’utilisation de ce schéma sont les réseaux souterrains de distribution publique MT, en zone urbaine. I.3 Raccordement sur deux câbles HTA en parallèle: Double dérivation Lorsqu’il est possible de disposer de deux câbles souterrains en parallèle pour alimenter un poste, on utilise un tableau MT similaire à celui du poste en coupure d’artère (voir figure 34).

Figure 43: Schéma en double dérivation [10]

72

La principale différence avec le poste en coupure d’artère est que les deux interrupteurs-sectionneurs sont interverrouillés de façon à ce qu’un seul d’entre eux puisse être fermé à la fois, sa fermeture interdisant celle de l’autre interrupteur. En cas de perte de l’alimentation, l’interrupteur d’arrivée correspondant doit être ouvert et l’interverrouillage doit permettre de fermer l’interrupteur qui était ouvert. Cette séquence peut être réalisée de façon manuelle ou automatique. Les domaines d’utilisation de ce schéma sont les réseaux de certaines villes à forte densité ou en extension alimentés par câbles souterrains. S’agissant maintenant de la tour CFC, le cahier des charges nous a indiqué les compositions des postes MT2 et MT3. Pour le poste MT2 nous avons : -

1 Cellule interrupteur arrivée depuis le poste de livraison,

-

2 Cellules interrupteur fusible pour la protection des transformateurs,

-

2 transformateurs secs 630 kVA- 20 kV,

-

Armoire TGBT2,

-

Liaisons HTA entre cellules et transformateurs,

-

Liaisons BT entre transformateurs et armoire TGBT2,

-

Coffret éclairage et PC du poste,

-

Ensemble des accessoires de sécurité.

-

Ensemble des accessoires de sécurité.

-

Split système

La représentation du poste sur le synoptique du schéma de distribution fourni par le maître d’ouvrage est la suivante :

Figure 44: Schéma du poste MT2

73

Tandis que pour le poste MT3 on a : -

1 Cellule interrupteur arrivée depuis le poste de livraison,

-

3 Cellules interrupteur fusible pour la protection des transformateurs,

-

3 transformateurs secs 630 kVA- 20 kV,

-

Armoire TGBT3,

-

Liaisons HTA entre cellules et transformateurs,

-

Liaisons BT entre transformateurs et armoire TGBT3,

-

Coffret éclairage et PC du poste,

-

Ensemble des accessoires de sécurité.

-

Split système

Il est représenté comme suit :

Figure 45: Schéma du poste MT3

L’observation des deux schémas de ces postes montre nettement qu’ils sont alimentés en coupure d’artère car ne disposant chacun que d’une seule arrivée.

II. Dimensionnement du système d’alimentation HTA : II.1

Détermination de la section des câbles d’alimentation :

La détermination de la section d’un câble nécessite la prise en compte des conditions dans lesquelles il est installé. Des facteurs de correction qui tiennent compte du mode de pose, du type de câble mono ou multiconducteur, de la nature de l’isolant et de l’âme des conducteurs, du regroupement des circuits, et de la température ambiante, sont appliqués. Les câbles HTA depuis le poste de livraison jusqu’aux cellules de protection des transformateurs sont acheminés via caniveaux métalliques de degré coupe-feu 2h ou béton de degré coupe-feu 2h selon les recommandations de la Lydec.

74

Les liaisons HTA entre les transformateurs et les cellules de protection seront assurées chacune par trois câbles unipolaires HTA type PRC à isolement sec polyéthylène. 

Détermination des intensités à véhiculer en régime normal :

Les intensités de courant électrique qui transitent du poste de livraison aux postes MT2 et MT3 peuvent être calculées par l’expression suivante :

𝑰𝒃 =

𝒏. 𝑺𝑻𝑹

(5.1)

√𝟑. 𝑼

𝑛 : nombre de transformateurs 𝑆𝑇𝑅 (𝑘𝑉𝐴) : puissance d’un transformateur 𝑈 (𝑘𝑉) :

tension nominale de la ligne qui est de 20kV

Les valeurs de ces courants calculés sont fournies par le tableau ci-après.

Tableau 28: Courant d’emploi des câbles d’alimentation

Liaison

Ib (A)

MT2

36,37

MT3

54,56

En outre, ce tableau permet de dire que si la protection des liaisons est assurée par disjoncteurs, ils seront de calibre 40A et 63A respectivement pour les postes MT2 et MT3 (calibres justes supérieurs aux courants Ib). 

Calcul de la section relative à l’intensité admissible :

La détermination des facteurs de correction est un préalable pour l’obtention de cette section. En effet, la détermination de la section relative au courant admissible passe par le calcul de l’intensité fictive à véhiculer qui est donnée par la formule suivante :

𝑰𝒛′ = 𝐼𝑏 (𝐴) : courant d’emploi 𝑓 : facteur global de correction

75

𝑰𝒃 𝒇

(5.2)

Le facteur global de correction est déterminé suivant les prescriptions du cahier des charges et en conformité avec la norme NF C 13 200 comme suit :

(5.3)

𝒇 = 𝒌𝟏 × 𝒌𝟗 𝑘1 : facteur de correction lié à l’influence de la température ambiante 𝑘9 : facteur de correction lié au fait que les câbles sont enfermés Le tableau 29 donne les intensités fictives à véhiculer calculées : Tableau 29: courants fictifs

Liaison

𝒌𝟏

𝒌𝟗

𝑰𝒛′ (A)

MT2

1

0,65

52,88

MT3

1

0,65

83,94

Ainsi la section minimale relevée dans un catalogue du fabricant SILEC nous donne une section minimale de 25mm² cuivre et aluminium. En effet, 25mm² est la première section que le fabricant fournit et qui présente des courants admissibles tous supérieurs aux valeurs de courants admissibles trouvés ci-dessus. 

Calcul de la section relative à l’intensité de court-circuit :

L’intensité maximale admissible en court-circuit est celle qui ne provoque aucune diminution des caractéristiques mécaniques des conducteurs, même après un très grand nombre de courts-circuits. On la calcule en admettant que l’échauffement des conducteurs est réalisé dans un système adiabatique ; ce qui veut dire qu’en cas de court-circuit, toute la chaleur reste concentrée dans le câble. Pour le type de câble recommandé dans le cahier des charges dont la nature de l’isolant est du Polyéthylène Réticulé Chimiquement (PRC), nous avons considéré que la température initiale de l’âme est de 90°C et la température de fin de court-circuit de 250°C en conformité avec la NFC 13-200. La formule qui permet de calculer l’échauffement adiabatique, applicable à toute température initiale, se présente sous la forme générale suivante :

𝜽𝒇 + 𝜷

𝑰𝟐𝒌 . 𝒕 = 𝑲𝟐 . 𝑺𝟐 . 𝒍𝒏 (

76

𝜽𝒊

) +𝜷

d’où 𝑺 =

𝑰𝒌 𝑲

.√

(5.4)

𝒕 𝜽𝒇 + 𝜷

𝒍𝒏(

𝜽𝒊 + 𝜷

)

𝐼𝑘 (𝐴) :

valeur efficace du courant de court-circuit

𝑡(𝑠) :

durée du court-circuit

𝐾(𝐴𝑠

1⁄ 2 /𝑚𝑚²)

: constante dépendant du matériau du conducteur

𝑆(𝑚𝑚²) :

section nominale du conducteur

𝜃𝑓 (°𝐶) :

température finale

𝜃𝑖 (°𝐶) :

température initiale

𝛽(𝐾) :

inverse du coefficient de variation de la résistance du câble pris à 0 °C

Les valeurs de 𝐾 et 𝛽 sont fournies par le tableau qui suit : Tableau 30: Valeurs de K et β en fonction du type de matériau

Matériau des âmes

𝟏⁄ 𝟐 /𝒎𝒎²)

𝑲(𝑨𝒔

𝜷(𝑲)

Cuivre

226

234,5

Aluminium

148

228

Il convient alors de déterminer dans un premier temps l’intensité de court-circuit efficace à l’origine (au niveau du poste de livraison) afin de déduire les différentes sections. Nous avons : 𝑰𝒌𝟑 =

𝑺𝒄𝒄

(4.5)

𝑼. √𝟑

𝑆𝑐𝑐 (𝑘𝑉𝐴) : puissance de court-circuit du réseau 𝑈 (𝑉):

tension entre phases du réseau

𝐼𝑘3 (𝑘𝐴) :

courant de court-circuit triphasé

Ainsi, sachant que la protection à l’origine est assurée par disjoncteur comme l’indique le schéma du poste ci-dessous, nous avons calculé les sections relatives à l’intensité de courtcircuit pour une durée de 500ms (voir tableau 31).

77

Figure 46: Schéma du poste de livraison

La puissance de court-circuit du réseau au point d’installation étant de 500MVA, nous avons : Tableau 31: Sections des câbles d’alimentation

Matériau des âmes Cuivre Aluminium

Ik3 (kA) 14,433

K

β

226

234,5

71,33042445

95

148

228

108,0207623

120

S (mm²) théorique

S (mm²) nominale

Toutefois, il faut notifier que la tenue au court-circuit est la condition la plus sévère. La connaissance du courant de court-circuit à l’origine est d’une très grande importance. En effet, plus ce courant est élevé plus la section des câbles est élevée. La protection contre les courtscircuits doit être assurée sur la totalité de la liaison donc à fortiori à l’origine. 

Calcul des chutes de tension sur les câbles d’alimentation :

Les sections nominales des câbles sus-trouvées sont prises dans un tableau du fabricant SILEC qui nous fournit la chute de tension par ampère et par kilomètre des câbles pour un 𝑐𝑜𝑠𝜑 de 0,8. Ce tableau est présenté comme suit :

78

Tableau 32: Extrait des tableaux de câbles SILEC

Partant du tableau ci-dessus et des distances mesurées sur les plans génie civil du poste de livraison et des postes MT2 et MT3, nous avons calculé les chutes de tension comme suit :

∆𝑼 = ∆𝑈 :

∆𝑼𝟎 . 𝑰. 𝒍 𝟏𝟎𝟎𝟎

(5.6)

chute de tension en (V)

∆𝑈0 : chute de tension en (V/A.km) 𝐼:

courant admissible en (A)

𝑙:

longueur entre poste de livraison et poste privée

La chute de tension peut également être exprimée en valeur relative, ce qui est d’ailleurs plus utilisé en pratique : ∆𝑼 (%) = 𝑈:

∆𝑼. √𝟑 . 𝟏𝟎𝟎 𝑼

tension entre phases du réseau

Le tableau 33 présente les résultats trouvés.

79

(5.7)

Tableau 33: Chutes de tension des câbles alimentant MT2 et MT3 Poste

Matériau des âmes Cuivre

MT2

Aluminium Cuivre

MT3

Aluminium

𝑰 (𝑨)

𝒍 (𝒎)

34,37

40

54,56

120

∆𝑼𝟎 (𝑽)

∆𝑼 (𝑽)

∆𝑼 (%)

0,46

0,632408

0,005476814

0,38

0,522424

0,004524325

0,46

3,011712

0,026082191

0,38

2,487936

0,021546158

Il apparait dans ce tableau que les chutes de tension sont nettement inférieures à la limite imposée qui est ici de 3%. Néanmoins, une comparaison purement économique privilégie l’usage des câbles en aluminium dans la distribution HTA. II.2 

Etude de la protection HTA: Détermination des courants de court-circuit :

L’intensité du courant de court-circuit est à calculer aux différents étages de l’installation ; ceci pour pouvoir déterminer les caractéristiques du matériel qui doit supporter ou couper ce courant de défaut. Deux valeurs du courant de court-circuit doivent être connues : -

Le courant maximal de court-circuit : il détermine le pouvoir de coupure des appareils des disjoncteurs, le pouvoir de fermeture des appareils mais également la tenue électrodynamique des canalisations et appareillages. Il correspond à un court-circuit à proximité immédiate des bornes aval de l’organe de protection. Il doit être calculé avec une bonne précision.

-

Le courant minimal de court-circuit : il est indispensable au choix de la courbe de déclenchement des disjoncteurs et des fusibles.

Nous utilisons ici l’outil logiciel Caneco HT pour la détermination des intensités de courtcircuit sus-dénommées. Caneco HT est un logiciel de conception et vérification de réseau électrique privé Haute Tension selon les normes NF C 13-200 et IEC 60909. Il calcule les courants de court-circuit maximum et minimum (phase et défaut à la terre), détermine la section des câbles, permet d’étudier le réglage des protections et le choix des équipements. Le schéma d’alimentation des postes MT2 et MT3 de la structure par le poste de livraison de la Lydec ainsi que le poste public MT1 abrité dans le local du poste de livraison est présenté comme suit avec le marquage des points d’évaluation des courant de court-circuit :

80

Figure 47: Schéma d’alimentation des postes MT2 et MT3

Les valeurs des courants de court-circuit calculées sont données par le tableau suivant : Tableau 34: Résultats de calculs avec Caneco HT

Le tableau ci-dessus fait apparaître les valeurs maximales aux différents régimes susceptibles d’apparaître lors de l’établissement d’un courant de court-circuit. Il s’agit des régimes subtransitoire, transitoire et permanent (voir figure 48). Le tableau présente aussi les

81

puissances de court-circuit aux différents niveaux de l’installation ainsi que le courant de courtcircuit biphasé minimal qui doit être détecté et coupé par les dispositifs de protection. Toutefois, il est important de noter que les courants de court-circuit aux TGBT2 et au TGBT3 sont calculés ici en négligeant la longueur du circuit entre les transformateurs et les tableaux généraux.

Figure 48: Forme du courant total de court-circuit [11]



Caractéristiques de cellules HTA :

Les cellules HTA des postes sont de type Normafix fabriquées par EFACEC destinées pour des installations intérieures. Ce sont des cellules avec isolement dans l’air et à coupure dans le SF6. Leur constitution est présentée comme suit :

Figure 49: Cellules HTA

Les caractéristiques électriques de ces appareillages sont présentées par le tableau 35.

82

Tableau 35: Caractéristiques électriques des cellules HTA



Protection des circuits d’alimentation :

Pour une question d’optimisation des équipements, la protection des circuits d’alimentation des postes MT2 et MT3 depuis le poste de livraison de la Lydec est assurée par un disjoncteur associé à un relais à maximum de courant Sepam S20 placé en amont du jeu de barre d’alimentation (voir Figure 47). Il convient alors de déterminer le plus petit courant de courtcircuit susceptible d’apparaître sur ces deux lignes d’alimentation afin que le dispositif de protection puisse le détecter et le couper. Le calcul de protection de ces circuits est présenté par le tableau ci-dessous. Tableau 36: Caractéristiques de la protection des circuits d’alimentation Liaisons

Amont

Aval

Pouvoir de

Biphasé

Nature

coupure

mini

protection

𝐈"𝐤𝟑𝐦𝐚𝐱

𝐈"𝐤𝟐

(KA)

(kA)

JDB_PLivraison

JDB MT2

14,158

10,528

JDB_PLivraison

JDB MT3

14,158

10,340

Temps de

Ir

I crête

coupure

Protection

maximal

admissible

max (ms)

Icc

(kA)

appareillage

(kA)

Disjoncteur

500

8,27

I crête

(kA) 32,344

40

Ce tableau montre nettement que le réglage des disjoncteurs permet l’élimination des courants de court-circuit les plus faibles envisagés. Il faut noter également qu’il fait ressortir la validation de la tenue électrodynamique du disjoncteur et des interrupteurs des cellules HTA.

83

En effet, la valeur crête du courant maximal susceptible d’apparaître à l’origine des lignes d’alimentation est inférieure à celle admissible par l’appareillage, ce qui est une condition suffisante. 

Protection aux primaires des transformateurs :

Il s’agit ici de déterminer le calibre des fusibles en amont des transformateurs des postes MT2 et MT3. Le pouvoir de coupure de ces fusibles ainsi que la section des câbles entre les transformateurs et les jeux de barres des postes sont présenté par le tableau suivant : Tableau 37: Pouvoirs de coupure des fusibles aux primaires des transformateurs Liaisons Amont

Aval

Section

Pouvoir de

Nature

(mm²)

coupure

protection

Alu

𝐈"𝐤𝟑𝐦𝐚𝐱 (KA)

JDB MT2

TR1

50

14,033

Fusible

JDB MT2

TR2

50

14,033

Fusible

JDB MT3

TR3

35

13,785

Fusible

JDB MT3

TR4

35

13,785

Fusible

JDB MT3

TR5

35

13,785

Fusible

La norme NF C 13-100 définit le courant assigné des fusibles en fonction de la tension et de la puissance nominale des transformateurs de courant au primaire Ib ≤ 45A dont les transformateurs 630kVA font partie (Ib=18,19A). Le tableau ci-dessous illustre cette indication. Tableau 38: Calibres des fusibles pour la protection d’un transformateur unique de puissance donnée, suivant la norme NF C 13-100

Par conséquent le calibre des fusibles des cellules des postes MT2 et MT3 sera de 43A. Il est notoire que ce calibre est de loin supérieur au courant primaire des transformateurs. Cela se justifie par le courant magnétisant très important appelé lors de l’enclenchement des

84

transformateurs. Une vérification de non fusion des fusibles lors de l’enclenchement des transformateurs est faite grâce au logiciel ETAP qui est un outil très performant de calcul et de modélisation des systèmes électriques. Nous avons réalisé dans notre cas que le courant magnétisant des transformateurs est de huit fois plus important leur courant nominal au primaire. La figure suivante en donne une parfaite illustration.

Figure 50: Courbe de déclenchement des fusibles HTA



Sélectivité entre dispositif de protection amont et aval des transformateurs :

Nous rappelons que les postes MT2 et MT3 sont à comptage BT. Il est nécessaire alors d’étudier la sélectivité entre les fusibles HTA des transformateurs et les disjoncteurs BT. Les caractéristiques de ces derniers doivent être telles que, pour une condition de surcharge ou de court-circuit en aval du point où ils sont installés, les disjoncteurs déclenchent suffisamment rapidement pour garantir que les fusibles HTA ne coupent pas mais également ne soient pas dégradés par la surintensité qui les traverse. Les caractéristiques de coupure des fusibles HTA et des disjoncteurs BT sont indiquées sous la forme de courbes donnant le temps de fusion ou de déclenchement des protections en fonction du courant de court-circuit les traversant. La figure ci-dessous en donne une parfaite illustration.

85

Figure 51: Sélectivité entre fusibles de protection amont et disjoncteur BT aval pour la protection des transformateurs [10]

Afin de réaliser la sélectivité HTA/BT, Les courbes de fusion des fusibles doivent être placées au-dessus et à droite de la courbe des disjoncteurs BT. Pour ne pas dégrader les fusibles HTA, la courbe de temps minimum de pré-arc des fusibles HTA doit être placée à droite de la courbe de déclenchement des disjoncteurs BT avec au moins un facteur 1,35, c’est-à-dire : -

pour un temps T, la courbe de déclenchement des disjoncteurs BT passe par le point 100 A,

-

pour le même temps T, la courbe de pré-arc des fusibles HTA passe par le point 135 A au moins.

Elle doit aussi être placée au-dessus de la courbe de déclenchement des disjoncteurs BT avec au moins un facteur 2, ce qui veut dire que : -

pour un courant I, la courbe des disjoncteurs BT passe par le point 1,5 s,

-

pour le même courant I, la courbe de pré-arc des fusibles HTA passe par le point 3 s au moins.

Les facteurs 1,35 et 2 sont basés sur les tolérances maximales des fusibles HTA et des disjoncteurs BT. Une sélectivité entre les fusibles HTA 43A de type HPC, les disjoncteurs BT (NS1000N) en aval des transformateurs et le relais Sepam S20 associé au disjoncteur HTA 630A est présenté par la figure suivante.

86

Figure 52: Sélectivité entre les dispositifs de protection des postes MT2 et MT3

La figure ci-dessus que nous avons réalisée avec le logiciel ETAP montre une sélectivité totale entre les dispositifs de protection des postes MT2 et MT3.

Conclusion L’étude HTA a fait ressortir de manière générale les différents modes de raccordement d’un poste HTA/BT à un réseau de distribution haute tension. Nous avons aussi déterminé dans cette partie les sections des câbles HTA tout en tenant en compte les contraintes thermiques les plus sévères. La protection des circuits HTA est de même traitée dans cette partie.

87

Conclusion générale

88

Le dimensionnement électrique d’une installation haute ou basse tension nécessite toujours une connaissance assez détaillée de l’installation. Le cas des immeubles de grande hauteur du secteur tertiaire comme la tour CFC en donne une illustration. Durant ce projet de fin d’études, nous avons également constaté que la connaissance de la règlementation des IGH revêt pareillement une importance capitale dans les installations électriques de ces types de structure. De ce fait, nous avons pu élaborer un plan de travail nous permettant de nous enquérir dans un premier temps des contraintes règlementaires afin de mener à bien la suite. Ainsi nous avons fait une étude de l’éclairage en passant par l’implantation des luminaires suivi du calcul des éclairements aux différents locaux des niveaux de l’immeuble afin de les faire correspondre aux exigences du cahier des charges. A la suite de cela nous avons montré par des calculs la nécessité de l’installation d’un paratonnerre à dispositif d’amorçage de niveau de protection II pour protéger la tour contre les effets directs et indésirables qu’une foudre est à même d’occasionner sur la structure. Une étude basse tension nous a permis de même de déterminer les puissances optimales des transformateurs des postes ainsi que des groupes électrogènes pour assurer une fiabilité dans l’approvisionnement en énergie électrique de l’immeuble. Les puissances des batteries de condensateur à installer pour la compensation de l’énergie réactives sont également calculées dans cette même partie. Dans cette dernière nous avons aussi étudié les niveaux de l’installation où l’implantation de parafoudre (avec le choix du type) s’avère essentielle pour garantir la protection de la tour contre les surtensions susceptibles d’apparaître en cas de foudre à proximité de l’immeuble. Nous avons aussi déterminé par une étude haute tension (HTA) les sections des câbles d’alimentation des postes de la tour en prenant en compte les contraintes thermiques les plus sévères qui puissent survenir. Le réglage de la protection des lignes d’alimentation des postes de même que le choix du calibre des fusibles HTA en amont des transformateurs sont en plus défini dans cette partie. Néanmoins, nous ne saurons ne pas mettre en exergue la valeur ajouté que ce projet présente dans notre formation tant sur le plan technique que socio-professionnel.

89

Bibliographie et Webographie

90

[1] : Manuel technique de l’éclairage, Agence nationale pour le développement des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique (ADEREE) [2] : Eclairage Tertiaire : l’efficacité à portée de main ; Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) [3] : Guide pratique et technique de l’éclairage résidentiel ; Centre scientifique et technique de la construction ; Université Catholique de Louvain : 2011 [4] : Paratonnerre hélita, Protection externe contre la foudre: http://www.abb.com/fr [5] : Guide protection contre la foudre, guide 2009 : http://www.schneider-electric.fr [6] : Protection contre la foudre : Norme NFC 17-102 Septembre 2011 [7] : Analyse simplifiée du risque foudre : Guide UTE C 17-108 Avril 2006 [8] : Installations électriques à basse tension : Norme NFC 15-100 Décembre 2002 [9] : Installations électriques à haute tension – Règles complémentaires pour les sites de production et les installations industrielles, tertiaires et agricoles : Norme NFC 13-200 Septembre 2009 [10] : Guide des installations électriques 2010, Schneider Electric [11] : Calcul des courants de court-circuit : Cahier technique 158 Schneider Electric [12] : Détermination des sections de conducteurs et choix des dispositifs de protection : Guide pratique UTE C13-205 Juillet 1994 [13] : http://sitelec.org/themes/showroom/dali.htm: consultée en avril 2016 [14] : http://sitelec.org/cours/abati/dali/dali.htm: consultée en avril 2016 [15] : http://elec.jbd.free.fr/bepmet/cours/cours16_projet_declairage.pdf: consultée en mai 2016 [16] : http://www.schema-electrique.net/schema-electrique-de-prise-de-courant-norme-etcablage-du-circuit.html: consultée en juin 2016

91

Annexes

92

Annexe A : Evaluation des paramètres de calculs d’un paratonnerre

Annexe A1 : Densité de foudroiement de la zone

Annexe A2 : Facteurs d’emplacement

93

Annexe A3 : Zone équivalente d’exposition Ai en fonction des caractéristiques du service entrant

Annexe A4 : Valeurs de Pd en fonction des mesures de protection

Annexe A5 : Valeurs de probabilité Pi en fonction des niveaux de protection

94

Annexe A6 : Valeurs de rf

Annexe A7 : Valeurs de h

Annexe A8 : Valeurs de Lf pour le risque R1

95

Annexe A9 : Valeurs de Lf pour le risque R2

Annexe A10 : Implantation du paratonnerre avec les conducteurs de descente et représentation de la sphère de révolution

96

Annexe B : Certification LEED LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) est un programme de certification américain développé depuis les années 2000 aux Etats-Unis par l’U.S. Green Building Council (USGBC). C’est la certification environnementale de bâtiment la plus reconnue dans le monde mais elle est encore peu utilisée au Maroc. LEED évalue l’intégration des concepts du développement durable sur la base de 110 points répartis dans les thématiques suivantes :     

Sustainable Site : évalue le site, l’intégration du projet dans le site existant et la facilité d’accès aux moyens de transports alternatifs Water Efficiency : évalue la capacité de l’immeuble à réduire ses besoins en eau potable. Energy & Atmosphere : évalue la capacité de l’immeuble à réduire ses consommations énergétiques et émissions atmosphériques associées. Materials & Resources : Evalue la performance du projet concernant la réduction de ses impacts environnementaux concernant l’utilisation des ressources naturelles pour la construction de l’immeuble Indoor Environmental Quality : Evalue les aspects de confort et de santé de l’immeuble

Chaque thématique est composée de prérequis et de crédits. Les prérequis sont des exigences obligatoires. Un crédit est un objectif de performance à atteindre selon des critères spécifiques. Un ou plusieurs points sont accordés en fonction de l’atteinte des exigences du crédit. Un crédit peut être visé ou non. Un projet est certifié s’il valide les conditions suivantes : - Conformité aux conditions d’éligibilité générales ; - Conformité à tous les prérequis ; - Obtention d’un score minimum de 40 points sur les 110 disponibles. La certification LEED® distingue 4 niveaux de performances selon le nombre de points obtenus dans les différents crédits : - « Certified » : 40 à 49 points - « Silver » : 50 à 59 points - « Gold » : 60 à 79 points - « Platinum » : A partir de 80 Le niveau de performance visé par la tour CFC est le niveau « Silver » soit un score global supérieur à 50 points. A titre indicatif, la répartition des points par thème est la suivante :

97

98

Annexe C : Bilan de puissance Annexe C1 : Evaluation des puissances d’utilisation des tableaux ADC Pinst (kW)

Cosϕ

Ku.Ks

Pu1 (kW)

Qu1 (kvar)

Su1 (kVA)

ADC.B06

4,76

0,89

0,8

3,808

1,95089626

4,27865168

ADC.B05

10,47

0,88

0,8

8,376

4,52088587

9,51818181

ADC.B04

19,65

0,84

0,8

15,72

10,1541168

18,7142857

ADC.B03

19,65

0,84

0,8

15,72

10,1541168

18,7142857

ADC.B02

19,65

0,84

0,8

15,72

10,1541168

18,7142857

ADC.B01

35,24

0,83

0,8

28,192

18,9451391

33,9662650

ADC.00

37,1

0,83

0,8

29,68

19,9450812

35,7590361

ADC.01

45,12

0,82

0,8

36,096

25,1951629

44,0195122

ADC.02

44,33

0,83

0,8

35,464

23,8319528

42,7277108

ADC.03

44,33

0,83

0,8

35,464

23,8319528

42,7277108

ADC.04

44,33

0,83

0,8

35,464

23,8319528

42,7277108

ADC.05

44,33

0,83

0,8

35,464

23,8319528

42,7277108

ADC.06

44,33

0,83

0,8

35,464

23,8319528

42,7277108

ADC.07

44,33

0,83

0,8

35,464

23,8319528

42,7277108

ADC.08

44,33

0,83

0,8

35,464

23,8319528

42,7277108

ADC.09

15,23

0,87

0,8

12,184

6,90499100

14,0045977

ADC.10

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54453468

13,9047619

ADC.11

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54453468

13,9047619

ADC.12

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54453468

13,9047619

ADC.14

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54453468

13,9047619

ADC.15

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54453468

13,9047619

ADC.16

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54434686

13,9047619

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54453468

13,9047619

ADC.18

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54453468

13,9047619

ADC.19

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54453468

13,9047619

ADC.20

14,6

0,84

0,8

11,68

7,54453468

13,9047619

ADC.21

12,05

0,85

0,8

9,64

5,97433542

11,3411764

ADC.22

12,27

0,87

0,8

9,816

5,56298356

11,2827586

ADC.23

13,46

0,86

0,8

10,768

6,38935598

12,5209302

ADC.24

12,02

0,87

0,8

9,616

5,44963833

11,0528735

ADC.25

13,46

0,86

0,8

10,768

6,38935598

12,5209302

ADC.26

14,06

0,87

0,8

11,248

6,37453535

12,9287356

ADC.27

26,33

0,86

0,8

21,064

12,4986436

24,4930232

613,464

398,832372

731,713974

Désignation

ADC.17

Total

99

Annexe C2 : Puissances du tableau ondulé ADNB Niveau

Localisation

B05 Local B50057 CHC

DESIGNATION

AES SSI

Total PUISSANCE Ondulé (W) 500

Sous Station GTB B03 Local B30057 CHC

AES SSI

500

Sous Station GTB Baie operateurs télecoms Local B106

Baie informatique BD01 Contôleur CA

B01

7500

Baie autocom Local B10057 CHC

AES SSI Sous Station GTB Baie CCTV Mur d'image CCTV

Local SURETE N00

Matrice d'affichage PC GTB 2xPC SS Centrales SSI Centrales CASI Centrales CMSI 3x Centrales CO contrôleur barrière levante 2x Alimentation barrière levante 2x Camera de lecture de plaque d'immatriculation 3x Contôleur CA AES SSI Caméras Speed Dôme

N00

2x Contôleur CA Projecteur 4k lumen + lentille Local PCS

Ecran enroulable et accessoires de fixation - 240 cm (L) x 150 cm (H) 2x Caméra HD pour visionconférence Décodeur télédistribution - fourni par le Maître de l'Ouvrage Matrice numérique vidéo 20 IN/4 OUT, + entrées/sorties stéréo 4x Enceinte auto-amplifiée, avec accessoires de fixation Matrice numérique audio 8 IN/8 OUT Unité de visioconférence Full HD (1980x1080) Ecran LED 15'' Centrale de contrôle des équipements et systèmes de la salle Panneau tactile de contrôle sans fil Switch Ethernet Interface de liaison 2x Ecran LED 65'' et accessoire de fixation 2x Caméra HD pour visionconférence

100

12300

2x Décodeur télédistribution - fourni par le Maître de l'Ouvrage 2x Matrice numérique vidéo 8 IN/4 OUT, + entrées/sorties stéréo 4x Enceinte auto-amplifiée, avec accessoires de fixation 2x Matrice numérique audio 8 IN/8 OUT 2x Unité de visioconférence Full HD (1980x1080) 2x Ecran LED 15'' 2x Centrale de contrôle des équipements et systèmes de la salle 2x Panneau tactile de contrôle sans fil 2x Switch Ethernet Interface de liaison Ecran LED 65'' Caméra HD pour visionconférence Décodeur télédistribution Matrice numérique vidéo 12 IN/4 OUT, + entrées/sorties stéréo 2x Enceinte auto-amplifiée Matrice numérique audio 8 IN/8 OUT Unité de visioconférence Full HD (1980x1080) Ecran LED 15'' Centrale de contrôle des équipements et systèmes de la salle Panneau tactile de contrôle sans fil Switch Ethernet Interface de liaison adapté Projecteur 6k lumen minimum + lentille Lift de fixation indépendante pour projecteur Ecran enroulable et accessoires de fixation - 300 cm (L) x 188 cm (H) 2x Ecran interactif/retour dans lutrin, avec logiciel à installer sur PC fourni par le Maître de l'Ouvrage 2x Ecran de retour à l'avant de l'estrade, déplaçable 2x Caméra HD pour visionconférence Décodeur télédistribution - fourni par le Maître de l'Ouvrage Matrice numérique vidéo 16 IN/12 OUT, + entrées/sorties stéréo 8x Enceinte auto-amplifiée, avec accessoires de fixation 4x Récepteur UHF Diversity à 2 canaux 2x Antenne pour récepteur UHF, commune aux 4 modules de réception UHF, si nécessaire avec Booster et Splitter Matrice numérique audio 20 IN/12 OUT Unité de visioconférence Full HD (1980x1080) Ecran LED 15'' Centrale de contrôle des équipements et systèmes de la salle 2x Panneau tactile de contrôle sans fil Switch Ethernet pour les liaisons avec les équipements qui disposent d'une connexion Ethernet Interface de liaison 4x Ecran LED 32'' 2x Ecran LED 75'' SR Informatique CHC AES SSI Sous Station GTB

101

N03

Local CFA 305 CHC

N05

Local CFA 505 CHC

N07

Local CFA 705 CHC

AES SSI Sous Station GTB 1x Contrôleurs CA

500

AES SSI Sous Station GTB 2x Contrôleurs CA

500

SR Informatique CHC

N09

Local CFA 905 CHC

N11

Local CFA 1105 CHC

N14

Local CFA 1405 CHC

AES SSI

3500

Sous Station GTB 4x Contrôleurs CA AES SSI Sous Station GTB 3x Contrôleurs CA

500

AES SSI Sous Station GTB 4x Contrôleurs CA AES SSI Sous Station GTB 4x Contrôleurs CA

500

500

SR Informatique CHC Local CFA 1605 CHC

N16

N18

Local CFA 1805 CHC

N20

Local CFA 2005 CHC

AES SSI

3500

Sous Station GTB 4x Contrôleurs CA AES SSI Sous Station GTB 4x Contrôleurs CA AES SSI

500

Sous Station GTB 2 Contrôleurs CA AES SSI

500

Sous Station GTB 2x Contrôleurs CA

500

N21

Local CFA 2105 CHC

N22

LOCAL 2111 BAM LOCAL 2222 BAM

Armoire VDI GENERALE BAM Armoire VDI SR1-BAM

N23

SR Informatique CHC AES SSI Sous Station GTB 2 Contrôleurs CA

3500

Local CFA 2305 CHC

Local CFA 2305 CHC

SR Informatique CHC AES SSI Sous Station GTB 2 Contrôleurs CA

3500

N25

Local CFA 2705 CHC

AES SSI Sous Station GTB 2x Contrôleurs CA Station téledistribution

500

N27

TERRASSE TOTAL PUISSANCE EN (KW)

102

2000 62490