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Wikibardig:Choix d'un site (barrage)

De Wikhydro

Sommaire

Choix d’un site et d’un type d’ouvrage (barrage)

Plusieurs éléments sont importants dans le choix d’un site de construction et d’un type d’ouvrage.

L’hydrologie

L’hydrologie du bassin-versant est une donnée essentielle pour établir la faisabilité du projet et estimer le volume du réservoir. Elle permet également de définir le volume et le débit maximal des crues rares : le barrage une fois construit doit résister à des crues dont la période de retour varie en fonction du type de barrage et de sa classe. Pour les barrages de classe A les périodes de retour sont :

• 10 000 ans pour les barrages en remblai très sensibles au phénomène de surverse ;

• 1 000 ans pour les barrages en béton ou en maçonnerie existants ;

• 3 000 ans pour les barrages en béton ou en maçonnerie neufs ou faisant l'objet de travaux de confortements.

Le coût des ouvrages d’évacuation des crues dépend des caractéristiques hydrologiques du bassin versant.

Les études hydrologiques permettent également de connaître le régime des transports solides du cours d’eau liés à l’érosion des sols du bassin-versant. Il s’agit d’évaluer la vitesse de comblement de la « tranche morte » du réservoir

La topographie

La topographie a pour objet la description et la représentation locale des formes de la surface de la Terre. Les méthodes utilisées sont les levés, soit en mesurant directement sur le terrain (mesures d’angles, de distances, ou GPS), soit en exploitant les propriétés métriques d’images aériennes stéréoscopiques du sol (photogrammétrie).

Lors d’un projet de barrage, les données topographiques concernent le bassin versant, la vallée de la rivière à l’amont et à l’aval de l’ouvrage, le site du barrage et de la retenue, les zones d’emprunt des matériaux.

La morphologie du bassin versant intervenant dans les études hydrologiques, la carte devra être suffisamment précise pour permettre de définir les éléments caractéristiques du bassin tels que superficie, forme, pentes, couverture végétale… pour l’ensemble du bassin et éventuellement pour chacun des bassins élémentaires qui le composent. Le réseau hydrographique doit apparaître clairement sur les cartes.

La carte doit s’étendre à l’aval du barrage pour permettre d’étudier les conditions d’écoulement des ondes de crue et leur incidence sur la sécurité publique : forme et dimension des sections transversales de la vallée et pente longitudinale sur une longueur qui dépend de la taille de la retenue.

L’étude topographique de la retenue et du site du barrage débouche sur l’établissement de plans permettant d’estimer la capacité de la retenue et sa surface en fonction de la cote de l’eau et de l’emplacement de l’ouvrage, d’évaluer le volume des différents ouvrages et de proposer leur implantation, d’implanter des aménagements annexes tels que voies, lignes électriques, équipements touristiques, de fournir des fonds de plan pour les études géologiques et l’établissement de l’avant-projet.


L’emplacement idéal et le plus économique est celui d’un site étroit, précédé à l’amont par un élargissement de la vallée, à condition que les appuis du barrage soient sains (resserrement indépendant d’une zone d’éboulement ou d’un glissement). Ce type de site est peu fréquent, soit parce qu’il n’existe pas toujours de resserrement de vallée dans la nature, soit parce que le choix du site n’obéit pas toujours aux seules considérations techniques. En première approximation, une vallée large conviendra mieux à l’aménagement d’un barrage en remblai. Un site étroit conviendra aussi à un barrage poids et un site très étroit conviendra aussi à une voûte. Tout cela bien sûr sous réserve que les fondations le permettent.

La géologie

La géologie structurale est de première importance. Il convient d’obtenir une description aussi fiable que possible du réseau de failles affectant le site. La présence d’une faille potentiellement active sur le site du barrage ou du réservoir doit conduire à l’abandon du site.

Deux types de propriétés doivent être examinés :

• La perméabilité des formations géologiques du site ;

• Les propriétés mécaniques concernant la déformabilité et la résistance des appuis : la nature, la résistance, l’épaisseur, le pendage, la fracturation des formations rencontrées au droit du site constituent un ensemble de facteurs souvent déterminants dans la sélection du type de barrage.

Ainsi, en fonction du type de fondations, les types constructifs pour l’ouvrage et les traitements seront différents.

Sauf en cas de roches très fissurées ou de caractéristiques très médiocres, les fondations rocheuses se prêtent à l’édification de tous types de barrages, moyennant des dispositions adéquates concernant la purge des matériaux très altérés et le traitement éventuel par injection. L'aspect important est le régime des fractures (failles, joints, diaclases, schistosité). Les barrages en remblai conviennent toujours. Pour les autres, les exigences vont en croissant du BCR, au béton conventionnel et à la voûte.

Sous réserve qu’elles soient suffisamment compactes, les fondations graveleuses conviennent en général pour des barrages en terre ou en enrochements, du moins au plan mécanique. Le contrôle des fuites doit être assuré par un dispositif d’étanchéité et de drainage approprié. Dans la pratique, comme ce type de fondation se rencontre surtout pour les rivières ou fleuves à débit important, l’ouvrage doit donc évacuer des crues importantes, ce qui exclut les barrages en terre. Des barrages en béton de très petite hauteur peuvent également être édifiés moyennant des précautions concernant les fuites et les percolations (risque de renard) et les tassements différentiels.

Des fondations de silt ou de sable fin peuvent convenir à l’édification de barrages en terre, voire exceptionnellement à de très petits barrages poids en béton moyennant de sérieuses précautions.

Des fondations argileuses impliquent presque automatiquement le choix de barrages en remblai, avec des pentes de talus compatibles avec les caractéristiques mécaniques des formations en place.

Les études géologiques et géotechniques d’un site de barrage ont pour objet de répondre aux questions concernant :

  • La stabilité mécanique et l’étanchéité des appuis et des fondations des ouvrages ;
  • L’étanchéité de la cuvette de la retenue et la stabilité de ses versants ;
  • L’existence et les caractéristiques des matériaux nécessaires à la construction du barrage ;
  • La pérennité de la retenue et de la qualité de ses eaux (apports solides, caractéristiques des eaux, risques d’eutrophisation).

La sismologie

Les règles de l’art, en matière de conception parasismique des barrages, ont été progressivement élaborées par la communauté des barragistes au cours des dernières décennies. Elles sont fondées de façon principale sur le retour d’expérience des barrages ayant subi de forts séismes. Le comité technique compétent de la CIGB, à travers plusieurs bulletins, a joué un rôle majeur dans la synthèse des connaissances du comportement sismique des barrages.

Lorsqu’un barrage doit être construit dans une zone de sismicité élevée, une attention particulière doit être portée aux conditions topographiques et géologiques du site. Ces effets de site doivent être étudiés, ainsi que leur estimation en vue de la vérification du dimensionnement des ouvrages.

Il est notamment important d’estimer le potentiel de liquéfaction des matériaux meubles de la fondation.

Une attention particulière doit également être portée aux changements brusques des conditions géologiques, tels que des formations différentes sur les deux versants d’une gorge. Au cours des secousses sismiques, l’interaction barrage-fondation peut affecter défavorablement le réseau de diaclases d’une fondation rocheuse et modifier le comportement hydraulique et/ou mécanique de la fondation.

Parfois, c’est la stabilité propre de l’appui rocheux qu’il convient de vérifier en cas de séisme, le barrage ne contribuant que de façon marginale à l’équilibre du massif.

Ces phénomènes locaux peuvent conditionner le choix du type de barrage, et les traitements ou travaux spécifiques de consolidation de la fondation.

Pour mieux appréhender ces phénomènes et leur influence sur les ouvrages hydrauliques on se reportera au rapport « Risque sismique et Sécurité des ouvrages hydrauliques » Octobre 2014- rédigé par un groupe de travail composé d’expert du domaine et répondant à une demande du MEDDE (Ministère de l’Ecologie, du Développement durable et de l’Energie) DGPR (Direction Générale de Prévention des Risques).

Les matériaux disponibles

La disponibilité sur le site, ou à proximité, de matériaux utilisables pour la construction d’un barrage a une incidence considérable, souvent même prépondérante sur le choix du type de barrage :

• sols utilisables en remblai ;

• enrochements pour remblai ou protection de talus (rip-rap) ;

• agrégats à béton (matériaux alluvionnaires ou concassés) ;

• liants (ciment, cendres volantes …).

La possibilité d’extraire ces matériaux de l’emprise de la retenue permet d’accroître la capacité de stockage. En outre, cela minimise généralement les coûts de transport et de remise en état des zones d’emprunts. D’une manière générale, si l’on dispose :

• de sols limoneux ou argileux de qualité (teneur en fines, plasticité, état) et en quantité suffisante (1,5 à 2 fois le volume du remblai), la solution barrage en terre homogène ou pseudo-zoné - en réservant les matériaux les plus grossiers en recharge aval - s’impose comme la plus économique, du moins tant que les débits de crue à évacuer demeurent modestes ;

• de matériaux imperméables en quantité limitée, et par ailleurs de matériaux grossiers ou d’enrochements, il est envisageable de construire un barrage en terre zoné ou en enrochements avec noyau. Cette solution présente l’inconvénient d’une mise en œuvre par zones, d’autant plus compliquée que le site est restreint et contrarie l’évolution des engins ;

• uniquement de matériaux grossiers, ceux-ci peuvent être exploités pour édifier un remblai homogène, l’étanchéité étant assurée par une paroi au coulis construite après montée du remblai en son centre, ou par une étanchéité amont artificielle (béton, membrane ou béton bitumeux) ;

• uniquement d’enrochements, un barrage en enrochements compactés avec étanchéité rapportée sur le parement amont éventuellement adouci (membrane, masque en béton hydraulique ou béton bitumineux) conviendra. La solution béton, en particulier la solution BCR, peut également s’avérer compétitive, sous réserve de fondation suffisamment bonne (rocher ou terrain compact) ne nécessitant pas de fouilles excessives.

Références

CIGB/ICOLD (Commission Internationale des Grands Barrages), 2001. - Bulletin N° 120 - Aspects de la conception parasismique des barrages.

CIGB/ICOLD (Commission Internationale des Grands Barrages), 2002. - Bulletin N° 123 - Conception et évaluation sismiques des ouvrages annexes des barrages.

Carrere A., 1994. Barrages. Techniques de l’ingénieur, traité de construction.

CFBR (Comité français des barrages et réservoirs), 2013. Groupe de travail «Dimensionnement des évacuateurs de crues de barrages ». Recommandations pour le Dimensionnement des évacuateurs de crues de barrages - Dam spillway design guidelines.

CFBR (Comité Français des Grands Barrages), 2002. Petits barrages : recommandations pour la conception, la réalisation et le suivi. Coordination Gérard Degoutte. Cemagref Editions-2° édition.

Kasser, 2013. Techniques de l’Ingénieur. Topographie. Topométrie. Géodésie.

MEDDE (Ministère de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie) DGPR (Direction Générale de la Prévention des Risques). Risque sismique et Sécurité des ouvrages hydrauliques.316 pages. Octobre 2014- Groupe de travail « Barrages et Séismes ».

Ministère de l’agriculture, Direction de l’aménagement (1977). Techniques des barrages en aménagement rural. 325p., réédition 1989.


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