Barrage

par **hichothman007** Mer 6 Fév - 0:15

Barrage
Un barrage est un ouvrage
d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à en retenir
l'eau. Par extension, on appelle barrage tout obstacle placé sur un axe
de communication et destiné à permettre un contrôle sur les personnes
et/ou les biens qui circulent (barrage routier, barrage militaire).
Quand
le barrage est submersible, on parle plutôt de chaussée ou de digue (ce
dernier terme est également préféré à celui de barrage lorsqu'il s'agit
de canaliser un flot et non de créer une étendue d'eau stagnante).

Un barrage fluvial permet par exemple la régulation du débit d'une rivière
ou d'un fleuve (favorisant ainsi le trafic fluvial), l'irrigation des
cultures, une prévention relative des catastrophes naturelles (crues,
inondations), par la création de lacs artificiels ou de réservoirs. Un
barrage autorise aussi, sous certaines conditions, la production de
force motrice (moulin à eau) et d'électricité (on parle alors de
barrage hydro électrique), à un coût économique acceptable, le coût
environnemental étant plus discuté (cf. fragmentation écopaysagère,
phénomènes d'envasement à l'amont du barrage, dégradation de la qualité
de l'eau..).
Toutefois, plus un projet est ambitieux, plus ses
conséquences sont lourdes : en noyant des vallées entières, la
construction d'un barrage peut provoquer à la fois des bouleversements
humains en forçant des populations entières à se déplacer, et avoir un
impact écologique non négligeable en changeant fondamentalement
l'écosystème local.1 - Histoire
Les barrages existent probablement depuis la préhistoire (réserve d'eau
potable, d'irrigation, viviers-piscicultures.. mais c'est au moyen-âge
qu'ils se sont fortement développé en Europe pour alimenter en eau les
moulins à eau. Ils semble qu'ils aient parfois pu s'appuyer sur des
sédiments accumulés en amont d'embâcles naturels, ou sur les lieux de
barrages de castors dont la toponymie conserve des traces (Par exemple
en France avec le mot bief et bièvre (ancien nom de Castor) qui
pourraient être liés, ou avec des noms de communes tels que Beuvry (un
des anciens noms de castor) ou La beuvrière (la « castorière »). Les
cartes anciennes, de Cassini par exemple portent témoignage des
nombreux barrages de petites rivières faits par les paysans ou les
moines locaux, pour conserver l'eau et y élever du poisson ou pour le
rouissage du lin ou du chanvre.
A noter qu'en conservant des volumes d'eau et une hauteur d'eau plus importante en saison sèche, ces
barrages ont également pu "tamponner" les fluctuations estivales des
nappes (car toutes choses égales par ailleurs, c'est la hauteur d'eau
qui contrôle la vitesse de percolation, cf. Loi de Darcy).
2 - Quelques exemples de grands barrages dans le monde

le barrage Hoover aux États-Unis (1931-1935)

les barrages d'Assouan sur le Nil, en Égypte

le barrage d'Inga sur le Congo, en République démocratique du Congo

le barrage d'Itaipu à la frontière entre le Brésil et le Paraguay

la Centrale Robert-Bourassa au Québec, Canada

le barrage des Trois Gorges en Chine

le barrage de la Grande-Dixence, en Suisse, plus précisément en Valais, dans le val d'Hérens

le barrage Atatürk sur l'Euphrate en Turquie

le barrage Daniel-Johnson sur la Manicouagan au Québec, Canada

le barrage de Nourek (300 m) au Tadjikistan est le barrage le plus haut du monde.

par **hichothman007** Mer 6 Fév - 0:15

3 - Techniques de construction

3.1 Généralités
Un barrage est soumis à plusieurs forces. Les plus significatives sont :

la poussée hydrostatique exercée par l'eau sur son parement exposé à la retenue d'eau,

les sous-pressions (Poussée d'Archimède), exercées par l'eau percolant dans le corps du barrage ou la fondation,

les éventuelles forces causées par l'accélération sismique.

Pour résister à ces forces, deux stratégies sont utilisées :

construire un ouvrage suffisamment massif pour résister
par son simple poids, qu'il soit rigide (barrage-poids en béton) ou
souple (barrage en remblai),

construire un barrage capable de reporter ces efforts
vers des rives ou une fondation rocheuse résistantes (barrage-voûte,
barrage à voûtes multiples, ...).

3.2 Eléments de calcul
Un
barrage est soumis à une force horizontale liée à la pression exercée
par l'eau sur sa surface immergée. La pression hydrostatique p en
chaque point est fonction de la hauteur d'eau au-dessus de ce point.

p = ρ x g x h

avec :

ρ : masse volumique de l'eau, environ 1000 kg.m-3

g : gravitation, environ 10 m.s-2

h : hauteur d'eau au-dessus du point considéré.
3.3 Barrage poids

Un barrage poids est un barrage dont la propre masse suffit à
résister à la pression exercée par l'eau. Ce sont des barrages de
formes généralement simples, dont la section s'apparente bien souvent à
un triangle rectangle. Ils sont généralement assez épais.
On compte deux grandes familles de barrages-poids, les barrages
poids-béton, et les barrages en remblais (ces derniers n'étant
d'ailleurs généralement pas qualifiés de barrage-poids, mais de barrage
en remblais).
Même si les barrages voûtes ou à contrefort nécessitent moins de
matériaux que les barrages poids, ces derniers sont encore très
utilisés de nos jours. Le barrage-poids en béton est choisi lorsque le
rocher du site (vallée, rives) est suffisamment résistant pour
supporter un tel ouvrage (sinon, on recourt aux barrages en remblais),
et lorsque les conditions pour construire un barrage voûte ne sont pas
réunies (cf. ci-dessous). Le choix de la technique est donc d'abord
géologique : il faut une assez bonne fondation rocheuse. Mais il faut
également disposer des matériaux de construction (granulats, ciment) à
proximité.
La technologie des barrages-poids a évolué. Jusqu'au début du XXème
siècle (1920-1930), les barrages poids étaient construits en maçonnerie
(il existe beaucoup de barrages de ce type en France, notamment pour
l'alimentation en eau des voies navigables).
Ensuite, c'est le béton conventionnel qui s'est imposé.
Depuis les années 1980, une nouvelle technique s'est substituée au
béton conventionnel. Il s'agit du Béton Compacté au Rouleau. C'est un
béton (granulats, sable, ciment, eau) avec peu d'eau, qui a une
consistance granulaire et pas liquide. Il se met en place comme un
remblai, avec des engins de terrassements. L'avantage : beaucoup moins
cher que le béton classique.
Le barrage de la Grande-Dixence en Suisse est un barrage-poids.

3.4 Barrage voûte

La
poussée de l’eau est reportée sur les flancs de la vallée au moyen d'un
mur de béton arqué horizontalement, et parfois verticalement (on la
qualifie alors de voûte à "double courbure").

La technique de barrage-voûte nécessite une vallée plutôt étroite
(même si des barrages voûtes ont été parfois construits dans des
vallées assez larges, poussant cette technologie à ses limites) et un
bon rocher de fondation. Même lorsque ces conditions sont réunies, le
barrage-voûte est aujourd'hui souvent concurrencé par les
barrages-poids en béton ou le barrage en enrochements, dont la mise en
œuvre peut être davantage mécanisée.
Par le peu de matière utilisée, c'est évidemment une technique très satisfaisante économiquement.
Cependant, la plus grande catastrophe de barrage vécue en France
(Malpasset, au dessus de Fréjus, le 2 décembre 1959) concernait un
barrage-voûte en cours de mise en eau ; c'est la fondation (et non pas
le barrage lui-même) qui n'a pas supporté les efforts appliqués par la
retenue.

Avant
cet accident (et, pour certains, aujourd'hui encore), la voûte est
considérée comme le plus sûr des barrages. Malpasset est le seul cas
connu de rupture d'un barrage-voûte.

On rencontre aussi des barrages avec plusieurs voûtes comme le barrage de l'Hongrin en Suisse.
3.5 Barrage contreforts ou multivoûtes

Lorsque
les appuis sont trop distants, ou lorsque le matériau local est
tellement compact qu'une extraction s'avère presque impossible, la
technique du barrage à contreforts permet de réaliser un barrage à
grande économie de matériaux.

Le mur plat (Vézins) ou multivoûtes (Migoëlou ou Bissorte) en béton
s’appuie sur des contreforts en béton armé encastrés dans la fondation,
qui reportent la poussée de l’eau sur les fondations inférieures et sur
les rives.
3.6 Barrage en remblai
On
appelle barrages en remblais tous les barrages constitués d'un matériau
meuble, qu'il soit très fin (argile) ou très grossier (enrochements).

Cette
famille regroupe plusieurs catégories, très différentes. Les
différences proviennent des types de matériaux utilisés, et de la
méthode employée pour assurer l'étanchéité.

Le barrage homogène
est un barrage en remblai construit avec un matériau suffisamment
étanche (argile, limon). C'est la technique la plus ancienne de
barrages en remblai.

Le barrage à noyau argileux comporte un
noyau central en argile (qui assure l'étanchéité), épaulé par des
recharges constituées de matériaux plus perméables. Cette technique
possède au moins deux avantages sur les barrage homogène : (1) les
matériaux de recharge sont plus résistants que les matériaux argileux,
on peut donc construire des talus plus raides et (2) on contrôle mieux
les écoulements qui percolent dans le corps du barrage.

Quelques
cousins des barrages à noyau : les barrages en remblai à paroi centrale
étanche (paroi moulée en béton, paroi en béton bitumineux).

Plus
récente, la famille des barrages à masque amont. L'étanchéité est
assuré par un "masque", construit sur le parement amont du barrage. Ce
masque peut être en béton armé (il se construit actuellement de
nombreux et très grands barrages en enrochements à masque en béton
armé), en béton bitumineux, ou constitué d'une membrane mince (les plus
fréquentes : membrane PVC, membrane bitumineuse).

Le barrage du
Mattmark en Suisse est un exemple de ce type de barrage. En France, le
barrage de Serre-Ponçon (2è plus grande retenue d'Europe) est un
barrage en remblai.
3.7 D'autres barrages
Il existe d'autres catégories de barrages, de taille généralement plus réduite (mais pas toujours).

Les
barrages de stériles miniers sont des barrages construits avec des
résidus d'exploitation minière, pour créer une zone de stockage de ces
stériles. Les barrages sont montés au fur et à mesure de l'exploitation
de la mine. Ils s'apparentent aux barrages en remblai.

Les
barrages mobiles sont des ouvrages implantés sur des cours d'eau, et
chargés d'en réguler le niveau, pour les rendre navigables, ou pour
alimenter des prises d'eau ou des ouvrages de dérivation. Ces barrages
ne stockent généralement pas d'eau. Ils sont équipés d'une bouchure
mobile, qui est ouverte ou fermée en fonction des niveaux ou débits
dans le cours d'eau. La bouchure classique est la vanne métallique
(clapet, secteur, ...).

Les barrages de montagne sont des
ouvrages destinés à lutter contre les effets de l'érosion torrentielle.
Ce sont des ouvrages construits en travers des torrents. Ils peuvent
interrompre (partiellement ou complètement) le transport solide ; ils
peuvent également fixer le profil en long d'un thalweg en diminuant
l'agressivité des écoulements.
4 - Entretien des barrages
Pour
des raisons de maintenance des ouvrages, les barrages sont
régulièrement inspectés. Chaque année, l'aspect extérieur du barrage
est examiné, et périodiquement (tous les 10 ans en France) la retenue
d'eau est vidée afin de permettre l'accès à la fois à la partie
inférieure de l'ouvrage et aux équipements (conduites d'eau, grilles,
vannes, etc ...).

Les ouvrages intéressants la sécurité publique
sont également auscultés, par des capteurs permettant de mesurer leurs
comportements (mesures de déplacements, de pression d'eau, de débit,
...).
5 - Démantèlement des barrages
Pour
permettre aux écosystèmes fluviaux de fonctionner à nouveau
correctement, un certain nombre de barrages sont démantelés dans le
monde. En France, le barrage de Poutès (Haute-Loire) pourrait être le
premier à être démantelé.
6 - Catastrophes
Un
défaut de conception ou d'entretien peut conduire à une catastrophe :
si le barrage cède alors que la retenue d'eau est relativement
importante, un raz-de-marée peut déferler sur les populations vivant en
aval, plus ou moins canalisé par la topographie du cours d'eau sur
lequel le barrage était implanté. (voir l'article Catastrophe). En
France, une telle catastrophe a eu lieu en 1959 près de Fréjus, au
Barrage de Malpasset.

Le film La Folie des hommes (2001), relate
les déboires du Barrage de Vajont, en Italie, au début des années 1960.
Tiré d'un fait réel, le film montre les causes et l'enchaînement des
évènements qui conduisirent à un glissement de terrain de 270 millions
de mètres cubes dans les eaux du lac de retenue du barrage. La vague
gigantesque qui s'en suivit fit 2 000 victimes, le 9 octobre 1963.
6.1 Séismes
Les séismes font partie des événements susceptibles de nuire à la stabilité des barrages.

Cependant,
historiquement, les ruptures causées par des séismes sont très peu
nombreuses. Les crues ou les défauts de conception ont cassé beaucoup
plus de barrages que les séismes

Les ruptures les plus
fréquentes ont concerné des ouvrages en remblai de taille modérée,
construits avec des matériaux sableux ou silteux, ou fondés sur des
sols de cette nature ; il peut en effet se développer dans ce cas un
phénomène appelé liquéfaction, qui fait perdre toute résistance au
sable ou au silt saturé.
7 - Conséquences environnementales
Un
barrage peut empêcher la migration d'espèces aquatiques entre l'amont
et l'aval : obligatoire dans certains pays depuis quelques années sur
les ouvrages neufs, les échelles à poissons ne sont pas toujours
présentes, en particulier pour les ouvrages anciens. De plus, certaines
échelles à poissons mal construites peuvent se révéler peu efficaces.

L'écosystème
d'une zone importante est affecté lors de la mise en place d'un barrage
en raison de l'inondation de la zone en amont, de la modification du
régime d'écoulement des eaux de la zone en aval et de la modification
de la qualité des eaux provoquée par la retenue. Un écosystème naturel
et équilibré se reconstitue dans ces zones plus ou moins rapidement (en
l'espace d'environ 30 ans, l'écosystème serait recréé à 99 %réf.
nécessaire, ceci incluant les anciennes zones asséchées). Néanmoins,
s'il est vrai qu'un écosystème se recrée, il n'est jamais identique à
celui d'origine : la disparition des courants en amont, et la très
forte diminution du débit en aval, provoque généralement la disparition
de certaines espèces autochtones. Au contraire, un lac de barrage peut
avoir également des effets positifs : accueil d'oiseaux migrateurs, ou
encore, dans certains cas, amélioration des conditions d'écoulement en
étiage.