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Wikibardig:Rupture d’un barrage voûte : Le barrage de Malpasset

De Wikhydro

Sommaire


Cet article, rédigé par Paul Royet et Patrice Mériaux, (Irstea - G2DR - Avril 2007) emprunte l’essentiel de ses informations et illustration à l’article de jean Bellier dans la revue Travaux de juillet 1967, ainsi qu’à un article de M. Dargeou aux Journées de l’Irrigation de juin 1955.

Malpasset fin de construction.jpg.png

Le barrage de Malpasset en fin de construction. Source revue Travaux de juillet 1967

Le projet

Le projet de construction d’un barrage a été étudié juste après la seconde guerre mondiale. Cet ouvrage était justifié par un double objectif :

  • L’irrigation de 1700 hectares de la vallée du Reyran (soit 13 hm3)
  • L’alimentation en eau de 150 000 personnes (soit 6,5 hm3)

En prenant en compte l’évaporation, on arrivait donc à un besoin de 22 hm3, ce qui correspondait aux apports moyens annuels estimés à l’époque. En fait, la capacité du barrage sera largement supérieure (45 hm3) de façon à disposer d’une régulation interannuelle en cas de succession d’années sèches et d’une tranche morte pour les aspects touristiques. Une tranche d’amortissement des crues (4,5 hm3) sera également prévue, ce qui en définitive a porté la capacité totale à 50 hm3.

Les études se sont déroulées de 1946 à 1951. Elles ont comporté des reconnaissances géologiques qui ont mis en évidence la bonne étanchéité de la cuvette du barrage (structure géologique en « fond de bateau ») et des roches de fondation non altérées, malgré la fracturation ; cela a été confirmé lors de la réalisation du voile d’injections en fondation du barrage, avec de minimes volumes injectés. La différence de qualité du rocher en rive droite et rive gauche est également bien mise en évidence, gneiss massifs en rive droite, tendance schisteuse en fond de vallée et en rive gauche ; cela s’est traduit par la nécessité de construire une culée massive en haut de rive gauche pour un bon appui de la voûte.

Caractéristiques du barrage et mise en eau

  • Hauteur au dessus de la fondation : 66,5 m
  • Longueur en crête : 222 m à la cote 102,50 NGF
  • Barrage voûte à double courbure, pour un meilleur report des charges sur les rives
  • Epaisseur : 7 m à la base et 1,5 m en crête (ce qui en fait un des barrages voûtes européens les plus minces pour cette hauteur)
  • Volume de béton : 48 000 m3
  • Vidange par conduite de 1,5 m de diamètre avec double vanne et 40 m3/s de capacité maximale
  • Evacuateur de crues par seuil à surface libre de 40 m de longueur à la cote 100,40 NGF
  • Une prise d’eau par conduite de 0,9 m de diamètre à la cote 79,50 NGF.


Malpasset plan et coupe..png Plan et coupe du barrage. Source : revue Travaux de juillet 1967

Les travaux ont démarré le 1er avril 1952 pour s’achever 30 mois plus tard. Le remplissage a commencé dès la fin 1954, mais pendant 4 ans, suite à des retards dans les expropriations et à une succession de sècheresses, la retenue n’a pas dépassé la cote 87 NGF, soit environ 45 mètres de hauteur d’eau. La cote 95 NGF a été atteinte en fin de printemps 1959. Puis, suite à des pluies importantes fin novembre 1959, le niveau de la retenue est monté rapidement de 4 m en 3 jours, s’approchant de la cote 100 NGF, jamais atteinte jusque-là.

L’auscultation du barrage, qui se faisait à l’époque par des mesures topographiques semestrielles et des mesures mensuelles de débits de fuites, a montré un comportement tout à fait conforme aux attentes, au moins jusqu’à fin 1958. La campagne topographique faite en juillet 1959, mais finement analysée seulement après la rupture, montrait un déplacement de la base du barrage de 10 mm vers l’aval (déplacement relativement important mais pas pour autant alarmant). Une semaine avant la rupture, par temps très pluvieux, on a observé une fuite assez haut en rive droite et à 20 m en aval de la voûte. Rien de très inquiétant non plus (cette zone n’a pas bougé lors de la rupture).

Très peu avant la rupture, des fissures auraient été aperçues dans le tapis de protection de la zone de déversement, au pied aval du barrage. Cela pourrait correspondre à des signes avant-coureurs de la rupture, mais cette partie ayant été détruite, il est difficile d’aller plus loin dans d’éventuelles affirmations.

La rupture du barrage et ses conséquences

Le soir du 2 décembre, on atteignait la cote 100,12 NGF (soit 28 cm sous le déversoir). La vanne de vidange, qui aurait dû, pour la gestion des crues, être ouverte à la cote de retenue de 99,5 NGF (donc la veille), n’a été ouverte qu’en fin d’après-midi le 2 décembre après réunion sur place d’une dizaine de responsables en vue de décider de la conduite à tenir pour gérer au mieux la crue prévisible avec le très prochain déversement sur le seuil de l’évacuateur. Le gardien s’attarde sur le barrage à des travaux d’entretien, puis rentre chez lui à la nuit tombée.

La rupture a eu lieu le 2 décembre 1959 un peu après 21 h. De la moitié gauche du barrage, il ne subsiste que la culée en haute de rive. Un volume considérable de fondation a été soulevé en entrainant avec lui le barrage situé au-dessus. La voûte s’est ouverte en rive gauche puis s’est cassée en rive droite, ne laissant en place que la partie centrale basse et les plots en extrémité rive droite (ces parties ayant cependant subi une légère rotation vers l’aval).

Malpasset 1.jpgMalpasset2.jpg Barrage de Malpasset vu d’aval, du haut de la rive droite et du milieu de la rive gauche. (Photos Irstea-G 2DR)

La rupture a causé 423 morts, dont la moitié d’enfants surpris dans leur sommeil. Elle a détruit totalement 155 immeubles et maisons et endommagé 800 autres. 3200 ha de terres cultivées ont été touchés, dont 700 ha totalement décapés.

Il y a eu des véritables miraculés : comme tous les occupants de maison dite « La Tour », trônant au beau milieu de la plaine de Fréjus après le désastre. Celle-ci est la seule à avoir ici résisté à la furie des flots grâce à l’action des adultes présents à l’intérieur qui, lors du passage de la vague, ont empêché l’ouverture des battants de la porte d’entrée du bâtiment.

Malpasset-Maison La Tour.jpgMaison « La Tour » Après la catastrophe. Source revue Travaux de juillet 1967

Les traces laissées par le flot ont été soigneusement levées. Une vague est passée par-dessus le col en aval rive gauche, rejoignant ainsi la vallée de l’autoroute. Le flot a mis 21 minutes pour atteindre Fréjus (temps mesuré par l’heure de coupure de lignes électriques) et la lame d’eau faisait encore 3 m de hauteur lorsqu’elle a rejoint la côte.

L’action judiciaire s’est éteinte en 1967 par un arrêt de la Cour de Cassation, concluant « qu’aucune faute, à aucun stade, n’a été commise ». Il en irait probablement tout autrement si une catastrophe de même nature se produisait aujourd’hui …

Les causes de la rupture

Elles n’ont été réellement élucidées qu’au bout de plusieurs années de recherches, de reconnaissances et d’études. La première publication de synthèse date de juillet 1967 dans la revue Travaux, sous la plume de Jean Bellier.

La cause n’est pas dans la rupture du barrage lui-même, ni dans l’érosion progressive de la fondation, mais bien dans la rupture brutale de la fondation sur une des rives (la rive gauche). C’était donc un problème de mécanique des roches, science encore balbutiante à l’époque.

Mais avant d’en arriver à l’hypothèse désormais largement partagée par la communauté scientifique, passons en revue d’autres hypothèses étudiées puis écartées :

  • Rupture mécanique de la voûte (hypothèse écartée à l’analyse des contraintes : compression maximale de 7 MPa pour une résistance à la compression du béton de plus de 30 MPa)
  • Effet des tirs de mines liés à la construction de l’autoroute dans la vallée adjacente.

Explication désormais admise : La fondation est, comme toute formation géologique, parcourue de plusieurs familles de failles, fractures, fissuration ou schistosité (quatre termes allant du plus spectaculaire au plus fin). Ces plans découpent le massif en volumes que l’on peut qualifier d’indéformables (appelés dièdres). Les mouvements éventuels se produisent le long de ces plans et la stabilité d’ensemble est régie d’une part par les caractéristiques géométriques des dièdres (directement liées à l’orientation des familles de fractures) et d’autre part aux caractéristiques mécaniques d’interface le long des plans de fracture (résistance au glissement).

Le site de Malpasset est parcouru de trois familles de discontinuités (configuration classique), mais il se trouve qu’en rive gauche, compte-tenu de l’orientation du barrage, les deux familles principales présentent pour l’une une inclinaison (« pendage » dans le jargon géologue) à environ 45° vers l’aval (faille amont) et pour l’autre à environ 45° vers l’amont (faille aval), découpant ainsi un dièdre à angle droit, au pied de l’appui rive gauche du barrage. La première famille présente des plans régulièrement espacés et ayant subi des cisaillements et des altérations plus ou moins prononcés pendant leur histoire géologique. Le remplissage de la retenue va donc emplir d’eau ces discontinuités, d’autant que la poussée de l’eau sur la voûte a tendance à provoquer une légère déformation vers l’aval qui contribue à ouvrir ces joints. L’eau va ainsi transmettre d’importantes pressions interstitielles au cœur même de la fondation sous le barrage.

La seconde famille se manifeste, à l’aval du barrage par une faille importante avec un remplissage, sur plusieurs décimètres d’épaisseur, de matériau argileux, matériau très imperméable, mais de médiocres caractéristiques mécaniques (faible résistance au cisaillement). La poussée transmise par la voûte à sa fondation va appliquer des contraintes de compression sur ce plan, contraintes qui vont avoir tendance à refermer le remplissage de la faille, le rendant ainsi imperméable et créant un barrage souterrain prolongeant l’autre. Les sous-pressions générées au cœur de la fondation par la première famille de discontinuités ne vont pas pouvoir trouver d’exutoire et vont agir comme un vérin sous le dièdre découpé par l’ensemble des deux familles. La faible résistance au cisaillement le long de la faille ne pourra compenser cette poussée et c’est tout le dièdre (et la partie de barrage qui le surmonte) qui va brutalement sauter.

Coupe Malpasset.png Coupe schématique montrant les deux familles de discontinuité de la fondation. Source revue Travaux de juillet 1967. La perméabilité dans la zone comprimée est divisée par plus de 100.

Les leçons tirées de cette catastrophe

  • Des progrès scientifiques en mécanique des roches qui devient une science à part entière, avec en particulier le développement de la méthode de stabilité des dièdres rocheux aussi appelée « méthode des coins de Londe ».
  • Le drainage désormais quasi systématique des pieds aval des voûtes et l’équipement de nombreux barrages de ce type existant à l’époque (ex : barrage de Bimont) – drainage permettant de soulager d’éventuelles sous-pressions qui se développeraient dans le rocher d’appui de l’ouvrage.
  • En 1967, la création du Comité Technique Permanent des Barrages et Ouvrages Hydrauliques (CTPB), assemblée d’experts du domaine, chargée d’examiner et d’évaluer les dossiers d’avant-projet de tous les barrages de plus de 20 m de hauteur au-dessus du terrain naturel.
  • Le renforcement, constant depuis lors, de la réglementation sur la sécurité des barrages :
    • circulaire interministérielle du 14 août 1970 introduisant la notion de « barrage intéressant la sécurité publique » (tout barrage existant ou à construire de plus de 20 m de hauteur ou dont la rupture aurait des conséquences graves pour l’aval) pour lesquels sont renforcées les contraintes de surveillance et d’entretien à la charge du propriétaire et les modalités du « contrôle » par les services de l’Etat ;
    • obligation aux propriétaires de barrages de plus de 20 m de hauteur et de plus de 15 hm3 de capacité de mettre en place un Plan Particulier d’Intervention (PPI), approuvé par le Préfet et rendu public : réseau de sirènes et plan d’évacuation de l’ensemble des zones menacées en cas de rupture (ex : PPI du barrage de Bimont) ;
    • la loi sur l’eau de décembre 2006 et ses décrets d’application (2007), qui se traduisent par un renforcement de la réglementation pour les barrages de tailles moyenne et petite.
  • Le renforcement de l’auscultation des barrages et, notamment, la surveillance particulière au premier remplissage (contrôle de la vitesse de remplissage et mesures à rythme élevé).
  • L’amélioration des techniques et appareils d’auscultation : en particulier, pour les barrages voûte, équipement par des « pendules » qui permettent de relever et de suivre des déformations millimétriques du barrage ou de sa fondation, à des rythmes beaucoup plus élevés que les traditionnels levés topographiques.
  • Enfin, le développement de modèles de calcul des ondes de rupture (et la validation sur ce cas).

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