Exposé : Procédés généraux de construction des barrages hydroélectriques

Exposé : Procédés généraux de construction des barrages hydroélectriques

Exposé : Procédés généraux de construction des barrages hydroélectriques
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nfelixardo

Par nfelixardo

Mise à jour le 05-05-2014

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L’épuisement des réserves pétrolières et la pollution atmosphérique appellent à une réorientation progressive despolitiques énergétiques. Tout comme l’énergie éolienne et l’énergie solaire, l’hydroélectricité est l’une des sources de substitution envisageables pour répondre à l’essor de la demande en électricité sans léser l’environnement contrairement aux centrales thermiques et nucléaires.

L'énergie hydroélectrique représente actuellement 20% de la production électrique totale et 7% environ de toute l'énergie consommée dans le monde. C’est la source d'énergie renouvelable la plus utilisée et le potentiel hydroélectrique mondial reste encore à exploiter. Dans les pays en voie de développement, c'est souvent la seule ressource disponible localement.

L'énergie hydroélectrique est une énergie électrique obtenue par conversion de l'énergie hydraulique fournie par les chutes d’eau; l’énergie hydroélectrique nécessite donc un cours d’eau ou une retenue d’eau.

 

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Plan du document :

 

I. Fonctionnement des barrages hydroélectrique

 

II. L’évolution des barrages

 

III. Les différents types de barrages

 

IV. Les travaux permettant de mettre en place un barrage

 

V. Les différents types de centrales hydroélectriques

 

VI. Les barrages hydroélectriques dans le monde

 

VII. Les conditions pour construire un barrage hydroélectrique

 

VIII. Les procédures de construction des barrages hydroélectriques

 

VIII. Les procédures de construction des barrages hydroélectriques

 

IX. Conception et dimensionnement des barrages hydroélectriques

 

X. Les risques pris en compte lors de la conception des barrages

 

XI. Les différentes étapes de construction d 'un barrage

 

XII. Les moyens mis en oeuvre dans la construction d'un barrage

 

XIII. Vie des barrages hydroélectriques

 

XIV. Etude de cas : le barrage de Tignes en France

 

XV. Impacts des barrages hydroélectriques sur l’environnement

 

 

I. Fonctionnement des barrages hydroélectrique

 

La première fonction du barrage est simple, elle est de retenir une importante quantité d'eau dont la principale raison est de produire de l'électricité. Le barrage s’oppose donc à l’écoulement naturel de l’eau, sauf en cas de forts débits, qu’il laisse alors passer. De grandes quantités d’eau s’accumulent et forment un lac de retenue.

Lorsque l’eau est stockée, il suffit d’ouvrir les vannes du barrage fermant le réservoir d’eau pour amorcer le cycle de production de l’électricité.

L’eau s’engouffre alors dans une conduite forcée ou dans une galerie creusée dans la roche suivant l’installation, et se dirige vers la centrale hydraulique située en contre-bas pour augmenter la hauteur de chute.

À la sortie de la conduite, l’écoulement de l’eau possède une grande énergie cinétique due à sa perte d’altitude et fait tourner la roue d’une turbine reliée à un générateur. Sous l’effet du mouvement de rotation continue, la turbine transforme l’énergie cinétique de l’eau en énergie mécanique et entraîne le générateur qui produit à son tour du courant électrique.

L'électricité produite dépend de la puissance de l'eau qui dépend du débit et de la hauteur de la chute.

L'électricité produite peut soit être utilisée directement, soit stockée dans des accumulateurs. Enfin, l'eau est restituée à la rivière pour reprendre son cours normal grâce au canal de fuite.

La production constante d'électricité exige un débit qui ne soit pas variable comme celui des fleuves et qui soit disponible au moment voulu. La création des barrages a résolu ces deux problèmes.

 

NB : Dans le cas où l’eau provient d’un bassin, la meilleure solution pour contrôler la production d'énergie est l'utilisation d'un système de pompage pour ré-emplir le bassin indépendamment des conditions météorologiques ; on parle alors de Stations de Transfert d'Energie par Pompage (STEP).

 

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II. L’évolution des barrages

 

Un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à réguler le débit du cours d'eau et/ou à en stocker l'eau pour différents usages tels que le contrôle des crues, l’irrigation, l’industrie, la pisciculture, la réserve d'eau potable, l’hydroélectricité etc.

Les avancées de la connaissance et des techniques ont permis d'élever progressivement la taille des ouvrages jusqu'aux records actuels (plus de 300 mètres de haut).

La construction de barrages durables d'une hauteur et d'une réserve plus conséquentes, est devenue possible grâce à l'usage du ciment du béton et de la mise au point d'engins de terrassement et des trasnport de matériaux. 

L'accroissement des besoins a entraîné la multiplication des barrages partout dans le monde : il existe aujourd'hui plus de 35000 barrages (dépassant les 15 mètres de hauteur), mais pour en arriver là, d'énormes progrès ont été nécessaires et il a fallu comprendre : 

• comment s'exerçait la pression de l'eau 

• utiliser au mieux les propriétés des matériaux de constructions 

• ou en inventer de nouveaux 

• savoir évaluer les caractéristiques du sol sur lequel s'appuiera l'ouvrage 

• sans oublier de garantir une sécurité toujours plus grande 

 

C'est pourquoi la réalisation de chaque aménagement est une aventure unique apportant sa contribution à une grande histoire qui ne cesse de progresser de projet en projet. 

 

 

III. Les différents types de barrages

 

Les techniques de la fin du XIX e et du début du XX e siècle ne permettaient pas l’édification de retenues de grande capacité. Les premiers barrages ont surtout une fonction de dérivation d’une partie de l’eau vers une conduite forcée ou un canal d’irrigation.

L’amélioration des techniques et des bétons dans le premier quart de XX e siècle permet d’envisager la réalisation de retenues plus conséquentes, capables de réguler la production hydro-électrique.

L’objectif premier d’un barrage hydroélectrique étant la production d’électricité, la hauteur de l’ouvrage est cruciale car la puissance fournie augmente avec la hauteur d’eau retenue. Pour les barrages chargés de contrôler les inondations, le volume de la réserve est la première préoccupation. Cependant, ils existent plusieurs types de barrages, ces barrages sont choisis en fonction de l'environnement et des moyens à disposition.

La géologie et la topographie du site où sera édifié le barrage commandent le type de barrage à construire.

Il existe deux grandes catégories de barrages : 

• les barrages en béton ou en maçonnerie 

• et les barrages en remblai 

 

1. Les barrages en béton ou en maçonnerie

 

Parmi les barrages en béton ou en maçonnerie, on trouve principalement trois (03) catégories qui sont : 

• les barrages-poids

• les barrages-voûtes 

• et les barrages à contreforts 

 

a. Le barrage-poids

C'est une solide structure en béton à profil triangulaire, épaissie à sa base et affinée vers le haut. La stabilité du barrage-poids sous l'effet de la poussée de l'eau est assurée par le poids propre du matériau. 

Ce type de barrage convient bien pour des vallées larges ayant une fondation rocheuse. 

 

NB: on distingue des types de barrage-poids tels que le barrage-poids massif, barrage-poids à joints évidés, barrage-poids voûte, barrage-poids incurvé, barrage en béton compacté en rouleau (BCR). 

 

b. Le barrage-voûte 

Il est généralement en béton armé dont la forme courbe permet un report des efforts de poussée de l’eau sur les rives rocheuses de la vallée. Ce type de barrage a parfois une double courbure verticale et horizontale.

Ce type de barrage convient bien lorsque la topographie permet de fermer la vallée par une forme arquée de longueur réduit.

Pour un barrage d’une centaine de mètres de hauteur, la largeur de la vallée au couronnement est de l’ordre de six (06) fois la hauteur de l’ouvrage.

 

NB : On distingue des types de barrage-voûte tels que barrage-voûte épais barrage-voûte mince, barrage-voûte cylindrique, barrage-voûte à double courbure.

 

 

La barrage à contreforts

Il comporte un voile d’étanchéité s’appuyant sur des piliers régulièrement espacés. Il est formé d’un mur amont qui supporte l’eau retenue.

L’édifice est équipé d’une série de renforts ou murs triangulaires verticaux plus ou moins épais appelés contreforts et construits pour supporter la plate-forme et redistribuer la poussée de l’eau vers les fondations.

Il est bien adapté aux vallées larges avec une fondation rocheuse de bonne qualité.

 

NB : On distingue des types de barrage à contreforts tels que barrage-voûte épais, barrage-voûte mince, barrage-voûte cylindrique, barrage-voûte à double courbure.

 

 

2. Les barrages en remblais 

 

Concernant les barrages en remblais, il en existe deux (02) types : 

• les barrages en terre

• et les barrages en enrochements 

 

Il s'agit d'ouvrages de grand volume dont la construction a été rendue possible par l'emploi des engins modernes de terrassement et de manutention. 

 

On choisit ce type d'ouvrage lorsque la vallée est trop large pour admettre une structure en béton et lorsqu'on trouve les matériaux sur place ou à faible distance. 

 

Ces types de barrage constitués de terre et d'enrochements comportent généralement un noyau central d’argile qui assure l’étanchéité. Dans certains ouvrages, l’étanchéité est assurée par un masque amont en béton ou par un noyau en béton. Ce sont les barrages les plus résistants aux tremblements de terre.

 

a. Le barrage en terre

C’est la structure la plus couramment utilisée pour retenir l’eau. C’est une digue en remblai constituée d'un seul matériau meuble suffisamment imperméable (terre argileuse, roche ou pierre) pour assurer à la fois l'étanchéité et la résistance. Ces matériaux sont arrosés puis tassés et compactés (construction peu coûteuse). La base doit être 4 à 7 fois plus large que sa hauteur. Sa structure est souvent complétée par des dispositifs de drainage.

Il est bien adapté aux sites ayant une fondation déformable. 

NB : On distingue des types de barrage en terre tels que barrage en terre homogène, barrage en terre zonée, barrage en terre à noyau d’argile, barrage en terre à masque amont (béton ou bitume), barrage en terre à membrane interne en béton bitumineux.

 

b. Le barrage en enrochements 

Il est constitué de plusieurs types des matériaux disposés de façon à assurer séparément les fonctions de stabilité du barrage et d’étanchéité. Le découpage du corps du barrage en matériaux différents est appelé zonage.

L'étanchéité est obtenue par une paroi en béton de ciment ou en béton bitumineux.

Il permet de faire de grandes économies dans les volumes mis en œuvre et d'utiliser au mieux les matériaux disponibles sur le site.

 

NB : On distingue des types de barrage en enrochement tels que barrage en enrochement à noyau d’argile, barrage en enrochement à masque amont (en béton ou bitume), barrage en enrochement à écran interne d’étanchéité (membrane) en béton bitumineux.

 

 

IV. Les travaux permettant de mettre en place un barrage

 

On distingue trois types de travaux dans la production de l’hydroélectricité tels que les ouvrages de génie civil, les équipements électriques et les équipements hydrauliques.

 

1. Les ouvrages de génie civil 

 

Les principaux ouvrages de génie civil sont le barrage, les conduites d’eau et la centrale en elle-même.

 

a. Le barrage 

Le barrage dirige l’eau dans un canal, un tunnel ou directement dans une conduite forcée. L’eau passe ensuite dans la turbine qu’elle fait tourner avec suffisamment de force pour créer de l’électricité par le biais d’une génératrice, après quoi elle retourne à la rivière par le canal de fuite.

 

b. Les conduites de l'eau 

Les conduites de l'eau sont les suivantes : 

• Une conduite forcée, qui peut parfois prendre la forme d'un tunnel souterrain, qui amène l'eau jusqu'à la turbine de la centrale. Elle est généralement en acier galvanisé, en fer et plus rarement en fibre de verre, en plastique ou en béton. 

• L’entrée et la sortie de la turbine, qui incluent les soupapes et les vannes nécessaires pour arrêter l’arrivée d’eau lors de la fermeture pour l’entretien. Ces composants sont généralement en acier. 

• Un canal de fuite, qui transporte l’eau de la sortie de la turbine jusqu’à la rivière. Ce canal est en général excavé, muni de vanne en bois qui permettent les opérations d’entretien.

 

 

c. La centrale 

La centrale en elle-même contient la ou les turbines et la plupart des équipements mécaniques et électriques. La centrale doit assurer une infrastructure, un accès pour l’entretien et un niveau de sécurité adéquats. La centrale est construite en béton et autres matériaux locaux.

 

2. Equipements hydrauliques

 

Comme équipements hydrauliques on peut citer les turbines. Les turbines constituent l’organe qui justifie l’existence de nombreux barrages, ce sont elles qui permettent la production d’hydroélectricité en entraînant l’alternateur qui va transformer l’énergie hydraulique en énergie électrique. Pour faire fonctionner une turbine correctement, un système de régulation doit être mis en place. Ce dernier doit permettre d’adapter le régime de vitesse de la turbine en fonction de la consommation électrique et du débit à l’entrée de la prise d’eau. Il y a en général trois types de turbine qui sont :

Turbine Kaplan

C'est la plus appropriée pour le turbinage des faibles chutes. Les puissances correspondantes peuvent varier de quelques kW à plusieurs centaines de kW. Elle se caractérise par sa roue qui est similaire à une hélice de bateau et dont les pales sont réglables. 

 

Turbine Pelton

Elle est utilisée pour les hautes chutes et petits débits. Elle est constituée d'une roue à augets mise en mouvement par un jet provenant d'un ou de plusieurs injecteurs : 

-les augets sont profilés pour obtenir un rendement maximum tout en permettant à l'eau de s'échapper sur les côtés de la roue. Ils comportent une échancrure qui assure une pénétration progressive optimale du jet dans l'auget, 

-l'injecteur est conçu pour produire un jeu cylindrique aussi homogène que possible avec un minimum de dispersion. 

 

Turbine Francis

Elle est généralement utilisée pour des moyennes chutes et peut développer des puissances très importantes. Son rendement est très bon : pour des débits variant de 60 à 100 % du débit normila il dépasse 80 %, cependant ce matériel n'est pas recommandé lorsque le débit est susceptible de varier au-delà de ces limites. 

 

3. Equipements électriques

 

On distingue la génératrice, les pylônes, les lignes de transport et autres composants électriques. 

 

a. La génératrice

Les génératrices utilisées sont de deux grands types : synchrones et asynchrones (ou à inductions). La génératrice synchrone peut fonctionner isolément, tandis que la génératrice asynchrone doit normalement fonctionner de concert avec d’autres ou être raccordée au réseau principal. Les premières sont utilisées comme principale source d’énergie par les compagnies d’électricité et pour les petites centrales hydrauliques isolées en milieu rural.

Les génératrices à induction d’une capacité inférieure à 500 kW sont généralement préférées pour les petites centrales hydroélectriques qui fournissent l’électricité à un important réseau de distribution existant.

 

b. Les pylônes

Le rôle des pylônes est de porter les câbles électriques dans un réseau aérien. Ils doivent être capables de supporter le poids de ces câbles ainsi que celui des composants installés en haut de poteau, tout en résistant aux contraintes mécaniques et aux agressions chimiques du milieu extérieur. On distingue trois (03) types de pylônes : les pylônes en bois, les pylônes en béton et les pylônes en acier.

 

c. Les lignes de transport

Ces lignes servent à transporter le courant électrique.

 

d. Autres composants électriques

 

Les autres composants constituants une centrale hydraulique sont les suivants : 

• Système électrique de protection et de contrôle, tableau de commande avec coffret de puissance 

• Dispositif de commutation électrique 

• Transformateurs auxlliaires et de transport de l'énergie 

• Services auxiliairesn notamment l'éclairage, ainsi que l'énergie pour alimenter les systèmes de contrôle et le dispositif de commutation électrique 

• Système de ventilation 

 

 

V. Les différents types de centrales hydroélectriques

 

Les projets de production d'énergie hydroélectrique englobent des projets de barrages-réservoirs et de différents types de centrales hydroélectriques. Cette diversité permet à l'énergie hydroélectrique de répondre aux importants besoins urbains centralisés ainsi qu'aux besoins ruraux décentralisés.

 

L'utilisation de la force motrice de l'eau peut s'envisager soit au "fil de l'eau" soit à partir de retenues obtenues par des barrages. On distingue alors plusieurs techniques et centrales : les centrales au fil de l'eau, les centrales de lac de type "barrage", les centrales par éclusées, les centrales de pompageturbinage (ou stations de transfert d'énergie par pompage: STEP) et la picohydroélectricité.

 

1. Les centrales au fil de l'eau ou de basse chute 

 

Les centrales au fil de l'eau ne disposant pas de capacité pour retenir l'eau, elles turbinent en continu le débit du cours d'eau. La chute est de moins de 30m.

 

2. Les centrales de lac de type "barrage" ou de haute chute

 

Elles permettent de produire de l'électricité en retenant l'eau dans un réservoir (lac) situé en amont d'un barrage. Le passage de l'eau dans des turbines permet de produire de l'électricité. Cette technologie représente une puissance très rapidement mobilisable en période de pointe de consommation, en vidant davantage le réservoir. La chute est supérieure à 300m.

 

3. Les centrales par éclusées ou de moyenne chute 

 

Ces centrales permettent un stockage quotidien ou hebdomadaire de quantités moyennes d'eau. La chute est colmprise entre 30m et 300m. 


4. Les centrales de pompage-turbinage (ou stations de transfert d'énergie par pompage : STEP)

 

Elles utilisent un réservoir amont et un réservoir aval entre lesquels l'eau est pompée vers l'amont en période de basse consommation quand l'électricité est peu chère et turbinée vers l'aval en période de pointe de consommation. Il ne s'agit pas à proprement dit d'un site de production mais davantage d'un centre de stockage d'énergie.

 

5. Le pico-hydroélectricité 

 

Il s'agit d'un procédé encore récent et peu développé. Le principe est d'équiper des canalisations d'eau potable de micro turbines qui se servent de la gravité pour produire de l'énergie. 

 

 

VI. Les barrages hydroélectriques dans le monde

 

 

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VII. Les conditions pour construire un barrage hydroélectrique

 

Les techniques de construction d’un barrage nécessitent une étude approfondie de la topographie, de la géologie et de l’hydrologie. Ces trois facteurs permettent de comprendre les phénomènes hydrauliques et ainsi d’adopter le corps et le type de construction au lieu choisi.

 

Ainsi Il faut :

• de bonnes conditions topographiques ; l'idéal, ce sont les gorges d'un cours d'eau, ou un resserrement en général. Si l'on veut stocker un maximum d'eau, il faut aussi calculer le volume de cuvette en amont du barrage. Une vallée large et plate, c'est parfait. 

• de bonnes conditions géologiques : les roches sur lesquelles s'appuie le barrage doivent être stables et étanches, à la fois pour des raisons d’efficacité et de sécurité.

• De bonnes conditions hydrologiques: les précipitations sur le bassin versant qui alimente la cuvette du barrage doivent être suffisantes pour la remplir et compenser les pertes d’évaporation du lac de retenue. 

 

NB : Il faut bien sûr convaincre les éventuels habitants de la cuvette de déménager et les indemniser.

 

 

VIII. Les procédures de construction des barrages hydroélectriques

 

Lors de la conception d’un barrage, comme dans tout autre projet de génie civil, on peut distinguer trois phases bien caractérisées qui sont : études préliminaires ou Avant-Projet Sommaire (APS), études d’Avant-Projet Détaillé (APD) et études de réalisation des ouvrages (dossier d’exécution).

 

1. Première phase : études préliminaires 

 

Elle concerne les reconnaissances et les études générales de la zone en question développée en vue dans le but:

• d'établir l'inventaire des réalisations susceptibles de satisfaire des besoins soit déjà exprimés soit répertoriés dans la zone, 

• d'apprécier l'intérêt économique de la réalisation de ces aménagements 

 

Elle comprend les étapes suivantes : 

• collecte des données disponibles : documents cartographiques, données climatiques, renseignements géologiques, données relatives aux pratiques agricoles et aux besoins d’eaux.

• inventaires des sites potentiels et Critères de choix : topographiques, géologique et géotechnique, hydrologique, proximité des lieux d’utilisation, critères économiques, reconnaissance des lieux, reconnaissance géologique et géotechnique, examen des sites topographiques rapides, reconnaissance du périmètre irrigable et/ou des agglomérations rurales.

 

Les études préliminaires à réaliser sont : 

1-Etude topographique

2-Etude hydrologique 

3-Etude géologique

4-Evaluation des besoins 

5- Evaluation des caractéristiques de l'aménagement 

6-Choix des sites 

7-Schémas des aménagements - Estimations des coûts 

8-Enquête sanitaire et sur le milieu 

9-Programme de réalisation 

10-Etablissement du rapport de synthèse 

 

2. Deuxième phase : études d'Avant-Projet-Détaillé (APD)

 

Elle concerne les études des variantes présélectionnées lors de la phase préliminaire. Il s’agit des études d’avant-projet détaillé qui permettront la réalisation des aménagements.

 

 

Les études d'avant-projet détaillé comprennent : 

1-Levés et études topographiques 

2-Etudes hydrologiques

3-Etudes géologiques et géotechniques 

4-Evaluation des besoins en eau 

5-Etude de régularisation 

6-Etudes d'impacts du projet 

7-Types, caractéristiques et dimensionnements des ouvrages

8-Les prescriptions techniques

9-Avant-métré et détail estimatif 

 

3. Troisième phase : études de réalisation des ouvrages (dossier d'exécution) 

 

Elle concerne les conditions d’organisation, les prescriptions techniques pour une bonne exécution et les contrôles qui doivent être mis en œuvre pendant la construction des ouvrages.

Pour ces études on a les aspects suivants :

• Moyens pour la réalisation du projet (engins, matériaux, matières consommables, personnel)

• Organisation du chantier 

• Exécution des travaux (séquence des opérations, principaux travaux, contrôle des travaux). 

 

 

IX. Conception et dimensionnement des barrages hydroélectriques

 

Les aspects pris en compte sont : les éléments de calcul, le choix de barrage à construire, l’étude des infiltrations dans le barrage et dans les fondations, le phénomène de renard et l’étude de stabilité. Toutes ces études sont régies par les ‘’formules de géotechnique’’.

 

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X. Les risques pris en compte lors de la conception des barrages

 

• Etude de la résistance aux crues : 

Tous les barrages sont aujourd'hui équipés d'évacuateurs de crues. 

 

• Etude de la résistance aux séismes : 

Il faut tenir compte de la stabilité des sols entourant la cuvette de retenue. Des analyses rigoureuses sont effectuées sur les fondations naturelles qui doivent être étanches et avoir la résistance nécessaire pour supporter le poids du barrage et de l’eau.

 

 

XI. Les différentes étapes de construction d 'un barrage

 

Les concepteurs de barrages peuvent s’appuyer sur un recueil d’informations particulièrement détaillés, grâce à un effort mené de longues dates. Un projet est souvent modifié en cours de construction. En effet, le contact du terrain va amener à recueillir de nouvelles données et à adopter l’ouvrage en conséquence.

Les reconnaissances sur le terrain jouent un rôle fondamental. Le chantier lui-même constitue un véritable laboratoire où maître d’œuvre et entrepreneur expérimentent des solutions aux problèmes souvent imprévus qu’ils rencontrent.

Nous allons seulement énumérer les principales étapes.

 

1. Implantation 

 

Le site étant choisi, on repère l’axe avec des bornes en béton installées à chaque extrémité. Ces bornes serviront de repères pendant les travaux et ne doivent pas être déplacés. Dans l’alignement des repères, on plante des piquets à intervalles réguliers. Sur la base de ce relevé, on peut déterminer :

• la hauteur des remblais en chaque point 

• la largeur de la digue à la base 

• et le volume des remblais 

 

2. La mise hors d'eau et excavation 

 

La construction d’un barrage nécessite la mise à sec et la préparation des fondations. L’assèchement est réalisé au moyen de digues ou barrages provisoires appelés batardeaux et construits à l’amont du site pour protéger la zone des travaux contre les inondations. Ils détournent la rivière pendant la construction au moyen de conduites (plus de 10 m de diamètre), de galeries ou de canaux de dérivation. Si les travaux se réalisent entièrement pendant une saison sèche, les batardeaux ne sont pas nécessaire.

L’eau stockée par les batardeaux peut être utilisée pour les travaux (compactage) et éventuellement gâchage des bétons.

L’eau qui retourne à la rivière en aval du barrage ne doit pas avoir la possibilité de creuser ou d’éroder ni le lit de la rivière, ni d’affecter la fondation du barrage.

Certains travaux d’excavation, en particulier pour des barrages-voûtes dans des sites montagneux, relèvent d’un véritable exploit technique du fait des nombreuses contraintes qui pèsent alors: terrains très pentus, nécessité de respecter la stabilité des rives, de bien mesurer les charges d’explosifs à utiliser.

 

3. Préparation des fondations 

 

La préparation des fondations est une étape essentielle du chantier.

• Pour les barrages en terre, le principal problème est celui de l'étanchéité particulièrement dans le cas d'alluvions, il est alors nécessaire d'améliorer cette étanchéité en procédant à des injections. On peut également être amener à dresser, dans les fondations mêmes, un mur destiné à stopper les infiltrations. C’est une variante des injections appelée la technique des parois moulées. 

• Pour les barrages en béton, le rocher doit toujours être amélioré, parce qu’il n’est jamais tout à fait imperméable. Les explosifs utilisés pour enlever les rochers les plus mauvais contribuent également à les détériorer. On va donc réaliser un rideau d’injections qui a pour but de réduire les infiltrations et les fuites sous la fondation du barrage.

 

4. Construction des ouvrages 

 

Les matériaux sont transportés, déposés et répandus pour atteindre l’épaisseur requise. Si le matériau naturel n’a pas la teneur en eau requise pour un bon compactage, on procède à son humidification soit au banc d’emprunt soit après épandage à l’aide d’une citerne munie d’une rampe distributrice. Le compactage se fait à l’aide d’engins de compactage.

L’épaisseur des couches et le nombre de passes de l’engin sont déterminés par une planche d’essais réalisée sur le chantier.

La digue est construite avec une sur largeur de 20 à 40 cm qui permet un bon compactage des talus qui sont ensuite découpés à la pente requise.

 

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XII. Les moyens mis en oeuvre dans la construction d'un barrage

 

1. Les acteurs de la construction 

 

Un barrage apparaît comme une oeuvre collective, où chaque participant a un rôle essentiel à jouer. 

Vont être impliqués : 

• Le maître d'ouvrage : c'est celui qui est à l'origine du projet 

• Le maître d'oeuvre : Il intervient comme ingénieur-conseil pour accompagner le maître d'ouvrage dans la mise en place d'un avant-projet, puis de l'appel f'offre. 
C'est lui qui conçoit l'ouvrage (dont on peut dire qu'il est en quelque sorte l'architecte). 

Il intervient la plupart du temps sur le chantier lui-même en dirigeant et en surveillant les travaux au titre de chef d'aménagement. 

• Les entrepreneurs : 

Chacune des tâches doit être menée avec rigueur et dans les délais. 

 

2. Les matériaux et matériels mis en oeuvre

 

La mise en œuvre des terres et des enrochements a bénéficié des progrès scientifiques de la mécanique des sols, mais aussi de l’évolution des matériels.

Connaissances théoriques et innovations techniques ont ainsi permis de progresser dans la connaissance et la manipulation des différents types de terre, afin de les insérer dans les remblais qui forment les barrages. Leur mise en place a pu se faire grâce à l’apparition de nouveaux matériels d’extraction ( pelles ) de transport ( dumpers ) et de compactage ( rouleaux ). L’extraction et le transport peuvent aussi être réalisés grâce à des scrapers.

La mise en œuvre des enrochements a également bénéficiée des progrès apportés au compactage par les rouleaux vibrants.

Ces progrès ont permis de bâtir des ouvrages atteignant ou dépassant les 300 mètres de haut.

La mise au point de différentes formes de ciments a provoqué des avancées considérables dans le domaine des injections. Des ciments de plus en plus fins ont pu dès lors être utilisés pour combler les fissures dans les roches.

Les grues-tours constituent une spécialité française avec des sociétés particulièrement en pointe dans ce domaine.

L’utilisation de blondins : Il s’agit de câbles que l’on met en place pour distribuer matériaux et matériels sur toute la hauteur du barrage et qui ressemblent à des téléphériques (moyens de transport utilisant des cabines accrochées à des câbles mobiles). Un blondin peut transporter jusqu’à un petit bulldozer (20 tonnes). Celui-ci est employé pour étaler le béton sur des plots de surface importante.

 

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XIII. Vie des barrages hydroélectriques

 

La vie des barrages concerne principalement :

• l'entretien 

• et la surveillance 

 

1. L'entretien des barrages

 

En général l'entretien touche plus les talus et les structures annexes.

 

a. L'entretien des talus

Il dépend du revêtement de protection mis en place.

 

b. L'entretien des structures annexes

 

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2. La surveillance ou contrôle des barrages

 

L’approche scientifique dans la surveillance des ouvrages a commencé à s’ébaucher à partir du XIXe siècle, avant de s’affiner au XXe siècle.

Peu à peu, des appareils d’observation du comportement des ouvrages se sont mis en place, d’abord utilisés dans les structures métalliques. Il faudra attendre les années 1920 pour pouvoir suivre avec une certaine précision le comportement des ouvrages.

Aujourd’hui, les mesures portent principalement sur:

• la pression de l'eau dans les fondations (et à l'intérieur du barrage lui-même s'il est en terre)

• les déplacements de la crête du barrage, de la structure et à l'intérieur de celle-ci, 

• les débits d'eau passant à travers le barrage. 

 

Les principaux contrôles sont : 

 

•  Contrôle de tassement 

Les tassements proviennent des réarrangements des grains de matériaux des fondations ou des remblais; ils se soldent par un affaissement des remblais visible en surface. La cote de la crête doit être contrôlée chaque année à l’aide d’un niveau et à partir des repères posés lors de la construction.

Les tassements excessifs peuvent avoir pour effet le déversement pardessus la digue, ce qui va endommager celui-ci.

Si le tassement est trop important, il est nécessaire de surélever la digue pour retrouver sa cote en crête initiale.

Les tassements peuvent se produire de façon inégale (tassement différentiel). Ceci est très dangereux car des fissures peuvent apparaître et constituer des voies propices pour les fuites.

 

• Contrôle des infiltrations

Les infiltrations à travers et sous la digue peuvent provoquer le phénomène de renard hydraulique et entrainer la destruction du barrage.

Une surveillance attentive des suintements (écoulements s’effectuant de manière presque imperceptible) à la base du talus aval permettra de vérifier qu’il n’y a pas d’augmentation de débit ou de transport de matériaux.

On peut réduire les infiltrations en mettant en place un tapis étanche à l’amont.

On peut aussi réaliser une tranchée drainage à la base de la digue à l’aval afin d’assurer le bon drainage et éviter le transport de matériaux.

 

 

XIV. Etude de cas : le barrage de Tignes en France

 

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XV. Impacts des barrages hydroélectriques sur l’environnement

 

1. Impacts positifs ou avantages

 

Les avantages qu’offrent les barrages hydroélectriques sont multiples :

• L'énergie hydroélectrique est une énergie propre (renouvelable),

• Aucune consommation de ressources,

• Rejet infime de dioxyde de carbone 

• Production élevée d'électricité possible, 

• Débit d'eau (et donc d'électricité) contrôlable, 

• La gestion des cours d'eau permet le contrôle des crues : - en période de sécheresse, on lâche de l'eau - en période d'inondation, on retient le surplus d'eau 

• Apports économiques : - embauche des ouvriers, tourisme, création de plages artificielles et développement d'activités nautiques. 

 

 

2. Impacts négatifs ou inconvénients 

 

Les barrages hydroélectriques présentent aussi des inconvénients malgré les avantages qu’ils offrent. Ces impacts négatifs sont :

Pollution atmosphérique

L'énergie hydraulique n'occasionne pas de dégagement de gaz à effet de serre, si l'on néglige les émissions provenant de la végétation en décomposition et d’autres réactions biologiques naturelles. La production d'hydroélectricité peut donc être considérée comme très faiblement émettrice de gaz responsable de pollution atmosphérique.

 

Dégradation des sols

Suite à la construction d'un barrage, qui nécessite le défrichage de grandes zones, on observe parfois une dégradation des bassins versants : le déboisement provoque un ruissellement et une érosion accrue, d'où un lessivage accentué des terres. Il en résulte d'une part un appauvrissement des sols et d'autre part une "sursédimentation" dans le réservoir provenant des particules arrachées au sol.

 

De plus, l'inondation des terres (cultures, prairies, forêts, parcs naturels, zones d'habitation ...) provoque la migration voire la disparition de nombreuses espèces animales et végétales. 

 

Exemple type : La construction sur le Nil du gigantesque barrage d’Assouan en Égypte (160 milliards de m³ de capacité de retenue) a provoqué une baisse sensible de la teneur en limons (formation sédimentaire) de l’eau, en aval du barrage. Résultat : le delta du Nil, qui avançait jusque-là sur la mer, a commencé à reculer.

 

Pollution des eaux

Une perturbation naturelle ou anthropique (modification du débit, pollution, crue) en amont du cours d'eau, aura des répercussions au niveau biologique en aval. La perturbation la plus connue est celle de la faune, et plus particulièrement des poissons. Cette pollution de l'eau entraîne une modification du milieu de vie des poissons, qui manquent alors d'oxygène. Et à l’inverse, quand on lâche brutalement de l’eau du haut du barrage, elle s’enrichit beaucoup en oxygène et contient des microbulles d’air qui provoquent des embolies (obstructions des vaisseaux sanguins) gazeuses chez les poissons.

 

Intégration au milieu

- Des impacts d'ordre sociaux interviennent tels que les déplacements de population dus à la submersion des terres cultivables, les pertes des traditions par l'abandon des villages, la disparition de sites archéologiques.

Exemple type : la construction du barrage des Trois Gorges en Chine a déplacé près de 2 millions de personnes, détruit des milliers d'hectares de terres agricoles (436 km2 de terres ont disparu), des villages entiers et des sites archéologiques (15 villes et 116 villages ont été engloutis).

- De plus, l'exploitation électrique du barrage est parfois en contradiction avec les besoin locaux des pêcheurs.

- Enfin, dans les zones où les maladies hydriques tropicales sont endémiques, la construction de nouveaux réservoirs peut augmenter les risques en termes de santé. En effet le stockage de l'eau, les phénomènes de concentration en éléments nutritifs, en polluants (NH4, nitrates...) favorisent le développement de bactéries, de virus, de protozoaires et de vers parasites.

 

NB : Les impacts les plus importants sont dus au stockage et à la stagnation de grandes quantités d'eau à cause de l’importance de l’activité bactériologique qui s’y développe.

 

On peut citer aussi comme inconvénients : le coût de l’aménagement et les risques de rupture du barrage.

 

Faces à tous ces inconvénients, il a été créé la Commission Mondiale des Barrages (CMB) qui a les objectifs suivants :

• Analyser l'impact des grands barrages en matière de développement et évaluer les « alternatives » ce qui concerne la mise en valeur des ressources hydrauliques et énergétiques ; et

• élaborer, si nécessaire, des critères, des directives et des normes acceptables à l'échelle internationale, en matière de planification, conception, évaluation, construction, exploitation et suivi des grands barrages ainsi que leur mise hors service.

 

 

 

Conclusion

 

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L'énergie hydroélectrique est une énergie électrique obtenue par conversion de l'énergie hydraulique fournie par les chutes d’eau; l’énergie hydroélectrique nécessite donc un cours d’eau ou une retenue d’eau.

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