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Wikibardig:Organes de prise et de vidange

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Sommaire


Ouvrages de prise et de vidange

Un dispositif de vidange est absolument indispensable pour tout barrage, c’est un élément de sécurité de l’ouvrage.

Les grands barrages sont en général équipés d’un dispositif de prise et de restitution de l’eau distinct du dispositif de vidange. Les petits et moyens barrages sont très souvent équipés d’une seule conduite, en acier ou béton à âme tôle dans la majorité des cas, qui assure les fonctions suivantes :

  • passage des eaux lors de la montée du remblai, évacuation de la crue de chantier ;
  • restitution de l’eau stockée, ce qui correspond à l’objectif principal de ce type d’ouvrage (soutien des étiages, irrigation) ;
  • vidange de la retenue pour permettre l’entretien et surtout possibilité de vidange rapide en quelques jours en cas de danger (par exemple glissement d’une partie du talus aval).

Si la prise se fait par pompage ou par siphonage par-dessus le barrage, les deux dispositifs sont distincts.

Ouvrage de prise

La prise d’eau proprement dite peut être fixe au fond de la retenue. Elle peut consister en un simple piquage en dérivation à l’extrémité aval de la conduite de vidange.

Dans certains cas, il peut être intéressant de prélever l’eau soit en surface de la retenue, soit à différents niveaux de celle-ci, en fonction de la température de l’eau notamment. On y parvient au moyen d’une prise flottante ou d’une tour de prise munie d’orifices vannés à différentes hauteurs. Sur les petits ouvrages on peut prévoir un ‘moine’ qui est une sorte de petite tour de prise rustique très simplifiée. Dans le cas d’une prise par siphon, la partie amont du siphon peut être réalisée en éléments mobiles afin de suivre les variations du plan d’eau.

Tour de prise.PNG Tour de prise (Photo C. Curt - Irstea - G2DR)

Ouvrage de vidange

Dispositif minimum de vidange

Les recommandations pour la mise en place d’un dispositif minimum concernent le type de conduite, son diamètre, le nombre et la position des vannes. Les dispositions minimales préconisées sont regroupées dans le tableau ci-dessous.

LaTeX: H^2 \sqrt v Type de conduite Diamètre de la conduite en mm Nombre et position des vannes
< 30
30 à 100
PVC ou acier 160 ou 200 PVC 200 à 300 en acier Une vanne aval
Acier 300 à 400
100 à 300 Acier ou béton à âme tôle 400 à 600 une vanne de garde amont et une vanne aval
300 à 700 600 à 800
700 à 1500 800 à 1200
> 1500 Galerie en béton armée Vanne de garde et vanne réglable à l'amont

Dispositif de vidange minimum – (source G. Degoutte 2002)

Le dispositif adopté le plus généralement pour les grands barrages consiste à mettre en place à l'amont deux vannes. Cela évite à la conduite ou à la galerie d’être en charge, ce qui facilite son contrôle et réduit les risques de désordres dans le cas où son étanchéité ne serait pas parfaite. Une vanne joue le rôle de batardeau et reste donc en général ouverte. Chaque fois que cela est possible avec un surcoût négligeable, il vaut mieux éviter les conduites en charge dans le remblai. Pour les barrages d’importance modérée (100 < H2√V < 700) il est acceptable d’avoir la conduite en charge à condition qu’elle soit enrobée de béton. Dans ce cas, on place une simple vanne de garde à l’amont et la vanne de réglage est placée à l’aval où elle est facilement accessible et manœuvrable. Pour les barrages de faible importance (H2√V <1500) il est admissible de ne placer qu’une seule vanne à l’aval. En cas d’incident sur cette vanne, il est malgré tout possible d’intervenir en faisant installer par plongeur un obturateur gonflable à l’amont, ou une toile qui obture la crépine.

Vanne aval.PNG Vanne aval (vanne secteur). (Photo C. Curt - Irstea - G2DR).

Dans certains cas, le dispositif adopté sera plus important : diamètre minimum de 800 mm pour rendre la conduite visitable, galerie en béton armé, vanne supplémentaire, conduite dans une galerie de visite… Cela devra être le cas pour les barrages concernés par de forts séismes de projet.

Pour tous les dispositifs de vidange, il faut d’une part une protection amont afin d’éviter tout problème dû au transport solide (crépine surélevée ou dans un puits, ou bien grille et enrochements) et d’autre part un dissipateur d’énergie à l’aval pour éviter des affouillements.

Pose d’une conduite directement sous le remblai

La pose d’une conduite, noyée dans le remblai, est une opération délicate à réaliser, il est impératif de respecter les règles concernant le diamètre de la conduite, les matériaux employés et la pose en elle-même.

Diamètre de la conduite

Dès que H2 √V > 30, le diamètre de la conduite doit permettre d’évacuer la moitié du volume d’eau contenu dans la retenue en moins de 8 jours, le calcul étant fait sans tenir compte des apports naturels. Il est tenu compte, le cas échéant, de la possibilité d’évacuation par les turbines.

Dans le cas des grands bassins versants, on vérifiera que la conduite ainsi dimensionnée permet, lorsque la retenue est à pleine charge, d’évacuer le double du plus fort débit moyen mensuel. La crue de chantier retenue peut également conduire à augmenter le diamètre.

Matériaux constitutifs de la conduite

La conduite peut être en différents matériaux :

  • PVC (adduction d’eau, pression maximale en service 1 ou 1,6 MPa, diamètre 160 ou 200 mm) ;
  • acier (protection continue, intérieure et extérieure, contre la corrosion) ;
  • béton à âme tôle (diamètre ≥ 600 mm).

Les conduites en béton armé et en fonte ne sont pas recommandées dans le cas d’un enfouissement dans le remblai.

Pose de la conduite

La conduite doit être posée en respectant une pente amont aval ≥ 1 %. Elle est mise en place dans une tranchée exécutée en fondation au point bas de la vallée pour les petits diamètres (≤400 mm) ou dans le terrain en place suffisamment rigide (pied d’un versant en général) pour les plus gros diamètres (≥600 mm). Il faut éviter des tassements importants et surtout des tassements différentiels (sinon un système de joints spéciaux est à prévoir). On s’attachera donc particulièrement à vérifier l’homogénéité de la fondation de la conduite (absence de points durs localisés).

Un enrobage total en béton dosé à 200 - 250 kg de ciment CPJ par m3 coulé à pleine fouille est nécessaire afin de protéger la conduite et d’assurer une bonne liaison avec la terre. L’épaisseur de béton préconisée est d’une quinzaine de cm. Il n’est pas utile d’aller au-delà, d’où l’intérêt d’une tranchée à parois verticales qui minimise le volume de béton. Cet enrobage a deux fonctions :

  • améliorer le contact tuyau-terre surtout dans les zones où le compactage est difficile ;
  • éviter d’introduire dans le remblai de l’eau sous pression, si pour une raison quelconque la conduite vient à se percer.

Dans le cas d’une conduite en béton à âme tôle, le deuxième risque est exclu.

Une autre précaution consiste à placer du matériau granulaire drainant ou filtrant de part et d’autre de la conduite sur son tiers aval de manière à bloquer un éventuel renard. Le plus simple est d’utiliser pour cela le tapis drainant ou les bandes drainantes du remblai.

Dans tous les cas on adaptera la conduite à la nature du terrain et on proscrira tout enrobage trop rigide sur fondation molle.

Lorsque H2√V > 100, il est recommandé d’effectuer, avant enrobage un essai d’étanchéité en obturant les deux extrémités de la conduite et en montant la pression jusqu’à deux fois la hauteur d’eau + 0,2 MPa, maintenue ensuite pendant 8 heures (le point faible se situe au niveau des joints). Lorsque la conduite fonctionne sous pression, après s’être assuré de son étanchéité absolue, la conduite, généralement en acier, sera munie de redans antirenards entrant largement dans le remblai.

Galerie de vidange ou conduite à écoulement à surface libre

Pour les ouvrages relativement importants ou s’il y a risque de transports solides à travers la vidange, on choisit les conduites de vidange à écoulement libre. La conduite peut être alors soit un tuyau de gros diamètre en acier, soit une canalisation en béton de type galerie ou ovoïde de 1,3 à 2 m de hauteur par exemple.

Une galerie peut être aménagée dans le barrage, elle fait alors partie de l’ouvrage. Elle peut être construite sur place et sa section est alors plus importante que celle des conduites fabriquées en usine. Ces galeries doivent reposer sur un terrain peu déformable, des joints Water-Stop séparent les différents tronçons et leur partie aval est entourée de matériaux drainants. Elles peuvent héberger la conduite de vidange et la conduite de prise qui est dans ce cas indépendante de la conduite de vidange.

Types d’incidents recensés sur les dispositifs de vidange

Des incidents relativement nombreux ont intéressé le dispositif de vidange des petits barrages en terre. Les principaux qui ont été recensés, hormis les problèmes de vanne, sont les suivants :

  • affouillement important à l’aval (dissipateur d’énergie insuffisant) ;
  • corrosion de l’acier (pas de revêtement de protection) ;
  • renard le long de conduites en béton armé de gros diamètre (mauvais compactage autour de la conduite) ;
  • rupture au niveau d’un joint (mauvaise liaison entre deux tronçons) due à l’allongement de la conduite entrainé par une déformation importante du remblai.

Ce dernier cas est nettement le plus fréquent et il concerne des conduites en acier et en PVC sans enrobage béton.

Références

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.

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


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