La centrale hydroélectrique de Taum Sauk est une centrale de pompage-turbinage située aux États-Unis, dans l'état du Missouri.
Construite entre 1960 et 1963, elle était alors l'installation de pompage-turbinage la plus importante au monde. Elle présente une capacité de stockage d'énergie de , pour une puissance installée de .
Elle doit une partie de sa notoriété à un accident survenu le , lorsque le barrage en remblai formant son réservoir supérieur s'est rompu, provoquant une inondation spectaculaire. Cet accident n'a toutefois fait aucune victime humaine. À la suite de cet évènement, le barrage initial a été supprimé et remplacé par un ouvrage moderne en béton compacté au rouleau (BCR), construit entre 2007 et 2010.
Présentation générale La centrale est située dans les monts Ozarks, à proximité de la montagne Saint-François à environ au sud de Saint-Louis, près de Lesterville (Missouri), dans le comté de Reynolds. Ce complexe de production d'électricité est exploité par le groupe Ameren Missouri (anciennement AmerenUE, et antérieurement « Union Electric »).vignette|L'eau stockée la nuit dans le réservoir supérieur et utilisée pour produire de l'électricité lors du pic de demande de la journée. vignette|Les deux génératrices peuvent produire jusqu'à chacune. vignette|L'ancien réservoir supérieur, rempli presque à ras-bord, vu du parapet.
Cette centrale hydroélectrique à accumulation par pompage a été construite de 1960 à 1962, conçue pour répondre à la demande en électricité aux heures de pointe durant la journée. Elle est entrée en fonction en 1963. Les générateurs électriques sont alimentés par de l'eau importée d'un grand réservoir (équivalent d'un lac de barrage) construit en hauteur sur la montagne Proffit.
L'eau est ensuite transférée dans un réservoir inférieur, situé à la fourche est de la Black River. La nuit, l'excédent d'électricité du réseau électrique est utilisé pour pomper de l'eau de bas en haut vers le réservoir situé au sommet de la montagne.
La centrale de Taum Sauk utilise la même eau en « boucle ouverte », mais contrairement à ce qui est le cas sur d'autres sites de stockage pompés, il n'y a pas de flux primaire naturel disponible pour alimenter le réservoir supérieur. L'installation est donc globalement un consommateur net d'électricité, ne servant qu'à lisser les pics ou creux la production quotidienne ; les lois de la thermodynamique impliquent en effet que plus de puissance est nécessaire pour pomper l'eau de bas en haut, que celle générée lors de la descente. Toutefois, l'exploitation de la centrale reste économiquement rentable, car le réservoir supérieur est rempli la nuit, quand l'électricité est moins chère. Cette capacité à stocker d’énormes quantités d’énergie a conduit son opérateur à qualifier Taum Sauk comme étant « la plus grande batterie disponible au monde ».
Le , une défaillance catastrophique du barrage du réservoir supérieur a mis la centrale hors service pour (la centrale a été recertifiée et rouverte le ). Le nouveau barrage-réservoir supérieur est le plus grand barrage en béton compacté au rouleau en Amérique du Nord.
Le réservoir supérieur peut contenir environ de mètres cubes d'eau douce ( de gallons américains) stockés derrière un mur haut de près de (), à au-dessus de la centrale hydroélectrique de , ce qui lui confère une plus grande charge hydraulique que celle du barrage Hoover. La conduite reliant les deux réservoir a été directement forée dans la montagne sur .
Le réservoir supérieur de Taum Sauk se trouve au sommet de la montagne Proffit, et non à celui de la montagne Taum Sauk (qui est à environ plus à l'est). Il est visible depuis la route 21 au nord de Centerville et depuis la route N en approchant du parc national Johnson's Shut-Ins par le sud.
Avant la défaillance du réservoir supérieur, les visiteurs pouvaient se rendre au sommet de la montagne Proffit à un poste d'observation au-dessus du réservoir. Ameren Missouri exploitait à cet endroit un musée sur l'histoire géologique et naturelle du Missouri. Les étudiants en géologie se sont fréquemment rendus à la centrale en raison d'un exemple frappant de discordance précambrienne/cambrienne mise à jour dans les couches rocheuses exposées lors de la construction de la centrale.
Histoire
Choix du site En 1953, la Union Electric Company a commencé à rechercher un site où construire une nouvelle installation de stockage- pompage. En 1958, les responsables de la compagnie avaient décidé de se concentrer sur des sites avec au moins de dénivelé vertical, pour utiliser un réservoir de stockage assez petit.
L'entreprise de génie civil avait l’intention de recommander Taum Sauk Mountain comme site, en partie parce qu’il s’agissait du point le plus élevé du Missouri à (), mais le projet a alors suscité une forte opposition politique et citoyenne en raison de son potentiel impact paysager (ce secteur a ensuite été intégré à un parc national). La montagne Proffit, située non loin de là, s'est avérée être une bonne alternative, par son altitude comparable de (soit le 6ème plus haut sommet du Missouri) et sa proximité de la fourche est de la Black River ainsi que du réseau de transport d'électricité existant, situé à Rogers J.D & al. (2010) The 2005 Upper Taum Sauk Dam Failure: A Case History|périodique=Environmental and Engineering Geoscience|volume=16|numéro=3|date= août 2010|doi=10.2113/gseegeosci.16.3.257|URL=https://web.mst.edu/~rogersda/dams/taum-sauk/Taum-Sauk-Dam-Failure-EG&G-Aug2010.pdf|consulté le=30 mars 2018|voir pages=257–289.
Construction La construction de la centrale de Taum Sauk a commencé en 1960 sous la responsabilité de Fruin-Colnon Construction, et de l'. La centrale est entrée en service en 1963 avec deux groupes pompe-turbine réversibles pouvant générer chacun . La Federal Power Commission (prédécesseur de la Federal Energy Regulatory Commission) n’avait pas eu à délivrer de licence à ce dernier, car Union Electric affirmait que la FPC n’avait pas compétence sur les eaux non-navigables où la centrale avait été construite. Un procès a opposé FPC à Union Elec. (Co., 381 US 90 ; 1965) et la Cour suprême des États-Unis a estimé que le FPC était compétent et que Taum Sauk avait besoin d'une licence FPC. Le projet ayant été jugé correctement conçu bien que construit sans supervision fédérale, il a rétroactivement reçu une licencehttps://www.courtlistener.com/opinion/107050/fpc-v-union-elec-co/ FPC v. Union Elec. Co., 381 US 90 (1965)https://www.mirrorpond.info/1997/09/ferc-abdication-of-jurisdiction/ Renonciation à la compétence de la FERC pour les barrages hydroélectriques situés sur des rivières non navigables, 27 Envtl. L. 741 (automne 1997).
À son achèvement, la centrale de Taum Sauk était de loin le plus grand entrepôt à stockage par pompage en Amérique du Nord et considérée comme une étape importante du développement de la technique de stockage par pompage. Ses turbines-pompes étaient alors les plus grandes jamais construites. Entre autres caractéristiques remarquables, on nota sa charge hydraulique exceptionnellement élevée (établissant le record aux États-Unis pour l’époque, dépassant de loin tous les précédents projets de stockage-repompage du pays), sa grande capacité de stockage ( « première des grandes stations de stockage-repompage de grande capacité à être opérationnelle aux États-Unis »), une capacité de démarrage immédiate, la possibilité d'être exploitée à distance (fonctionnalité unique en son temps) par des opérateurs humains situés à 90 à de distance (depuis Saint-Louis ou la centrale électrique d'Osage située sur le barrage de Bagnell), ou même de fonctionner entièrement automatiquement, sans intervention humaine. Taum Sauk a également été la première centrale fonctionnant exclusivement sur le stockage-repompage aux États-Unis.
Mises à niveau En , les groupes motopompes-turbines ont été améliorés, passant de à chacun, ce qui porte la puissance globale de la centrale de 350 à .
De 1998 à 1999, les turbines des deux groupes ont été modernisées, ce qui a encore permis d’améliorer les débits et d’augmenter la puissance à par unité ( au total)Sticky Wickets: Correcting Trashrack Failure at a Pumped-Storage Plant|url=https://www.hydroworld.com/articles/hr/print/volume-32/issue-6/departments/sticky-wickets-correcting-trashrack-failure-at-a-pumped-storage-plant.html|consulté le =30 mars 2018.
Des fuites mineures dans le réservoir ont conduit à la construction d'un petit bassin de collecte et d'une station de pompage renvoyant l'eau des fuites dans le réservoir. Ensuite, pour réduire les fuites, une entreprise spécialisée (Geo-Synthetics) a posé une couche de revêtement protecteur dans le réservoir lui-même, du au .
En , quelques mois avant la défaillance du réservoir supérieur, la centrale a été classée dans la liste IEEE Milestone. Le site a été reclassé en 2010 après l'achèvement du nouveau barrage réservoir supérieur.
Défaillance du réservoir supérieur en 2005 gauche|vignette|upright=1|En 2005, une grande partie du réservoir supérieur s'est effondrée, drainant plus d'un milliard de gallons américains () d'eau en moins d'une demi-heure. gauche|vignette|upright=1|Une large bande de forêt dense a été emportée, jusqu'à la mise au jour de la roche-mère sous-jacente par le torrent d'eau. Source: FERC gauche|vignette|upright=1| Des photos aériennes montrent le réservoir supérieur avant (en haut) et après (en bas) sa défaillance. Le à , le niveau d'eau dépasse le côté nord-ouest du réservoir supérieur, de l’eau continuant à être pompée du réservoir inférieur après que le réservoir supérieur ait été rempli.
Ceci a conduit à la défaillance catastrophique d’une section triangulaire de la paroi du réservoir et à la libération de d'eau en .
Une vague de de haut se précipite alors dans la vallée vers la fourche est de la Black River.
Une combinaison de défauts de conception et de construction a fait que le barrage continuait à être exploité alors que l'on savait que le système principal de mesure du niveau d'eau n'était plus fonctionnel (des tuyaux s'étant détachés), et que le système de mesure secondaire « à sécurité intégrée » avait été déplacé au-dessus de la hauteur réelle du barrage pour éviter les faux positifs. Le barrage fonctionnait ainsi de manière non sûre et était régulièrement surchargé, cette fois jusqu'au débordementhttp://www.bpa.gov/power/PG/NW-HydroOperators-Forum/Materials/CaseStudyT-Sauk_Ehasz-Paul.pdf Université de science et de technologie du Missouri: défaillance du barrage de Taum Sauk en 2005: un cas d'expérience. Il n'y avait aucun déversoir de trop-plein autour du réservoir d'origine.
Ce n'était pas le premier débordement de cette installation ; un mémo écrit par Richard Cooper, surintendant de la centrale hydroélectrique Ameren Taum Sauk, indiquait que le réservoir avait présenté un débordement qualifié de « chutes du Niagara » le au même endroit (site où la brèche s'est créé) en raison de l'action des vagues induites par l'ouragan Rita.
Un autre mémo de Cooper indiquait que ce dernier avait averti que les indicateurs utilisés pour surveiller le niveau d'eau dans le réservoir fonctionnaient mal en octobre.
Dégâts humains et matériels Par chance, personne n'a été tué lors de l'accident. Seul Jerry Toops (directeur des parcs de Johnson et du parc de Taum Sauk), son épouse et ses trois enfants ont été touchés par le flot issu de l'effondrement de la digue. Ils ont été blessés mais ont survécu. Les enfants ayant été transportés dans un hôpital de Saint-Louis ; l'un d'entre eux a été soigné pour des brûlures graves causées par des compresses chauffantes appliquées par des secouristes pour le traitement de l'hypothermie.