Le saviez-vous ?

"De tous les ouvrages construits de main d'homme, les barrages sont les plus meurtriers".
Ces mots sont ceux du constructeur du barrage de Malpasset, l'ingénieur André Coyne alors président de l'Association internationale des grands barrages et spécialiste incontesté de la construction des barrages-voûtes, qui décéda 6 mois après la catastrophe.

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Les barrages
Principaux types d'ouvrages Imprimer Envoyer
Écrit par Adrien Williatte   
Samedi, 20 Décembre 2008 15:42

Il existe plusieurs types de barrages, tous adaptés à une certaine situation; il s'agira donc d'abord d'expliquer les contraintes, puis d'exposer les 3 types de barrages les plus courants, ainsi que les raisons pour lesquelles sont-ils plus adaptés à leur situation de référence.


La force la plus significative auquelle le barrage doit faire résistance est évidemment la pousée de l'eau sur la paroi, pousée qui peut être décomposée en deux forces différentes:

- 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

Cette dernière est moindre comparée à la pousée hydrostatique, mais doit nécessairement être prise en compte lors de l'élaboration des caractéristiques du barrage. Il existe aussi des forces hypothétiques causées par les mouvements sismiques, qui dépendent surtout de la localisation du barrage.


Pour résister à ces forces, deux stratégies sont utilisées :
- Résister aux forces avec le poids brut du barrage, généralement construits en béton (barrages poids) ou en matériaux meubles (barrages en remblai).
- Reporter les forces vers les rives ou une fondation rocheuse résistante, afin d'avoir un barrage moins volumineux mais tout aussi résistant (barrages voûte)

Par la suite, nous nous focaliserons sur ces trois types de barrages, qui sont les plus répandus dans le monde: les barrages poids, les barrages voûtes et les barrages en remblai.


Barrages 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 souvent relativement épais, dont la forme est généralement simple (leur section s'apparente dans la plupart des cas à un triangle rectangle).

            

 Barrage poids en béton classique d’Aussois (Savoie)                       Modélisation de la coupe d'un barrage poids lambda  

 

On compte deux grandes familles de barrages-poids, les barrages poids-béton, et les barrages en remblai (cf. plus bas)
Les barrages poids sont très utilisés de nos jours, car beaucoup moins exigeants au niveau des conditions de construction qu'un barrage voûte, et plus simple. Le rocher du site (vallée, rives) doit absolument être suffisamment résistant pour supporter un tel ouvrage (les barrages poids sont très massifs), le choix d'utiliser ce barrage est donc avant tout géologique : une assez bonne fondation rocheuse est nécessaire, mais pas aussi pointilleuse que pour un barrage voûte, et il faut également disposer des matériaux de construction (granulats, ciment) à proximité. Suite aux avancées dans l'élaboration du béton, le prix de ces ouvrages décroît au fil du temps.

 

Barrages voûte

Un barrage voûte a une structure courbée, dont la forme est dessinée de façon à transmettre les efforts de poussée de la retenue vers les rives. La poussée de l’eau est reportée sur les flancs qui bordent le barrage au moyen d'un mur de béton arqué horizontalement, et parfois verticalement (on la qualifie alors de voûte à double courbure). Du fait de cette courbure, lla pression de l'eau resserre le mur et la voûte transmet aux berges les efforts colossaux qu'elle reçoit. L'épaisseur du barrage peut donc être grandement diminuée, comparé à un barrage-poids, et donc une économie considérable de matériaux et de main d'oeuvre pourra être réalisée.

            

               Vue du ciel                            Vue latérale                        Modélisation d'un barrage voûte classique

 

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. 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, la solidité de l’assise de l’ouvrage sur les rochers était insuffisante. Néanmoins, c'est la seule rupture connue d'un barrage voûte en France.
Les photographies suivantes illustrent le barrage de Malpasset avant et après sa rupture en décembre 1959.

 

 

Barrage en remblai
On appelle barrages en remblai tous les barrages hydroélectriques 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 le barrage homogène : les matériaux de recharge sont plus résistants que les matériaux argileux, on peut donc construire des talus plus raides et 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 assurée par un "masque", construit sur le parement amont du barrage. Ce masque peut être en béton armé, en béton bitumineux, ou constitué d'une membrane mince (les plus fréquentes : membrane PVC, membrane bitumineuse).
Le barrage de Mattmark en Suisse est un exemple de ce type de barrage.

                       Barrage en remblai de Mattmark (Suisse)

Mise à jour le Mercredi, 13 Mai 2009 19:18
 
Éléments de calcul de la résistance d'un barrage Imprimer Envoyer
Écrit par Adrien Williatte   
Samedi, 20 Décembre 2008 16:27

Un barrage est soumis à une force horizontale perpendiculaire liée à la pression exercée par l'eau sur sa surface immergée. La pression hydrostatique p en un point sur la paroi du barrage dépend proportionnellement de la hauteur d'eau au-dessus de ce point, on peut déduire sa formule:


P = ρ.g.h

avec : ρ la masse volumique de l'eau (1000 kg/m3)
g l'accélération de la gravité (9,81 m/s2)
h la hauteur d'eau au-dessus du point considéré (en mètres)


La force F résultante est la somme de l'ensemble des pressions hydrostatiques s'exerçant sur chaque point de la surface immergée du barrage, c'est donc l'inverse de la résistance minimale nécessaire au barrage. Si l'on considère un barrage construit avec des matériaux rigides (béton, maçonnerie...), quel que soit son type (poids, voûte, contreforts), on peut déduire cette équation:

F = int_{S}^{} p.dS

Cette formule basique ne peut s'appliquer à des barrages dont la forme, le fonctionnement diffère du barrage poids classique; d'autres formules, prenant en compte les critères spécifiques au type de barrage, par exemple dans le cas d'un barrage voûte la répartition de l'effort sur les berges, devront être exploitées. En revanche, une expression analytique simple peut être obtenue pour un barrage poids (et uniquement un barrage poids), si l'on considère seulement un élément de son ensemble, formant un triangle rectangle.

Schéma d'un barrage poids

F
= ρ.g.L int_{0}^{H} h.dh

d'où:  F = ρ.g.L.1/2.h2

avec : h la hauteur totale du barrage en contact avec l'eau.
L  la largeur totale du plot considéré.

La poussée exercée par l'eau ne dépend donc aucunement du volume d'eau stocké dans le lac de retenu, mais de la hauteur de la partie du barrage immergée. Concrètement, cela s'illustre dans le fait qu'un barrage de 150 mètres de haut retenant 5000 m3 d'eau devra être plus résistant qu'un barrage de 75 mètres de haut retenant 107 m3 d'eau !
En revanche, en ce qui concerne les barrages en matériaux meubles (sol, terre, enrochements, remblais…), les calculs sont apparentés à des calculs de stabilité de pente des talus qui doivent prendre en compte l'état saturé ou non de ces remblais.

Mise à jour le Dimanche, 08 Février 2009 17:12
 
Généralités sur les centrales hydrauliques Imprimer Envoyer
Écrit par Adrien Williatte   
Samedi, 20 Décembre 2008 12:01

Il existe une grande diversité de centrales hydrauliques suivant la configuration du cours d’eau, du relief, ou de la hauteur de la chute d’eau (Le terme « usine » est souvent utilisé pour désigner un type de centrale hydraulique) :

- Usines de lac, généralement situés en montagne avec un dénivelé important (comme la centrale du Portillon dans les Pyrénées (1420 m de chute dans une conduite forcée)), ce sont des centrales de hautes chutes placées au pied d'un barrage retenant un lac artificiel de grande superficie. Elles servent à la régulation saisonnière de la production d'électricité.

- Usines d'écluse, ce sont des centrales de moyennes chutes situées aussi en montagne. Elles servent à la régulation journalière ou hebdomadaire de la production d'électricité. Elles ont généralement aussi un débit plus élevé que les usines de lac.

- Usines au fil de l’eau, avec un dénivelé faible (10-15 m) mais un débit très important comme sur les grands cours d’eau (Rhin, Rhône, Isère, Durance…), elles se caractérisent par l'absence de réservoir, ainsi qu'une garantie de produire de l'électricité toute l'année.

- Stations de transfert d’énergie par pompage, turbinant vers l’aval aux heures de forte consommation et pompant l’eau vers l’amont aux heures creuses, afin de réguler l'apport en électricité, car des gros générateurs telles les centrales nucléaires ne pouvant être arrêtées en période creuse (l'électricité n'étant pas stockable), il s'agit de réguler le débit national selon la demande.

- Usine marémotrice, comme celle de la Rance en Ille-et-Vilaine, turbinant le flux des marées.

Selon la nature du barrage (barrage voûte, poids, contrefort, en enrochement ou en terre, mobile…), haute, moyenne ou basse chute, on utilise trois types principaux de turbine : Pelton, Francis ou Kaplan.

 

A titre d'exemple pour le nombre mondial de barrages et centrales hydroélectriques, le parc EDF (l'un des plus vastes au monde) comporte en Europe 447 centrales hydrauliques (dont le potentiel de génération d'électricité varie entre quelques dizaines de Kw à 1800 Kw), dont 220 barrages; en tout 7 milliards de m3 d’eau sont stockés dans l’ensemble des barrages d’EDF.

Mise à jour le Dimanche, 08 Février 2009 17:16
 
Implantation des principales centrales hydrauliques en France Imprimer Envoyer
Écrit par Adrien Williatte   
Samedi, 20 Décembre 2008 12:02



On observe que la majorités des centrales hydrauliques en France sont logiquement situés près des grands fleuves (notamment le Rhône et le Rhin), et en moyenne montagne (le Massif Central et les alentours de Grenoble par exemple), là où les caractéristiques du paysage naturel prêtent amplement à la construction de centrales hydrauliques efficaces.
Mise à jour le Dimanche, 01 Février 2009 21:38