Les Types de Barrages.

Les barrages sont des constructions importantes qui nécessitent de lourds moyens économiques et une étude approfondie de l’environnement ( nature de la roche, géographie du site ). Il faut donc plusieurs types de barrages qui seront spécifiques à une ou plusieurs situations répondant aux critères déjà nommés. Mais quel sont les critères de ces différents types de barrages. On distingue deux grands groupes de barrages qui sont classés en fonction de leurs utilités et de leurs matériaux, les barrages en matériaux meubles et les barrages en maçonnerie.

A/ les barrages en matériaux meubles

Sur les 50000 barrages dépassant 10 mètres de hauteur. La majorité des barrages ( 85%) sont constituée de matériaux meubles ou semi-rigide. Ce type de barrage est le plus ancien (débuts des civilisations mésopotamiennes ), les principaux constructeurs de barrage de ce type sont les Etats-Unis et la Russie. Les barrages en matériaux meubles sont principalement utilisés à cause de leur forme, c’est à dire un trapèze plus ou moins aplati, pour bloquer ou dévier un cours d’eau en vu d’irrigation ou production d’électricité. Ces barrages s’opposent à la poussé de l’eau par leur poids. Les principaux matériaux utilisés sont l’argile, le sable et des rochers. On distingue dans ce groupe de barrages les ouvrages en terres et les enrochements.

barrage enrochement la Sassière

Les ouvrages en terre ont une forme de trapèze aplati dont l’angle à la base est inférieur à25°, schéma 2.1. Ce type de barrage est le plus ancien. On les construit en empilant et tassant les matériaux utilisés dans les grandes vallées ou les plaines. schéma 2.1 (Sur ce schéma l’angle à la base est égal à 18.4° tan^(-1)a=1/3= 18.4) Mais ces barrages présentent un inconvénient majeur. En effet ils ne sont pas très étanches et risque ainsi le phénomène d’érosion régressive (phénomène que nous traiterons dans la troisième partie), c’est pour cela qu’aujourd’hui les ouvrages en terre sont constitués de plusieurs parties dont un noyau étanche le plus souvent en argile ou masque étanches sur la partie amant du barrage comme le montre le schéma 2.2 . schéma 2.2 (l’ange ici est égal à21.8°car tan^(-1)a=1/2.5=21.8°) Les enrochements comme le nom l’indique sont des barrages essentiellement constitués de rochers plus ou moins gros et possèdent aussi une forme plus ou moins vague de trapèze dont l’angle à la base est supérieur à 25° tout en restant inférieur à 35°. L’étanchéité de ces barrages est assurée par un masque étanche soit en béton soit en plastique sur le coté amont du barrage. Si le masque est en béton alors l’épaisseur du masque sera égale à 1% de la charge hydraulique. Cette étanchéité peut aussi être assurée par un noyau en terre imperméable entouré de filtre comme le montre les schéma2.3 et 2.4 . schéma2.3 ( l’angle à la base est égale est égale 33.3° car tan^(-1) a=1/1.5=33.3° ) schéma 2.4 ( les angles à la base ici valent 33.3° et26.5° car tan^(-1)a= 1/2=26.5 ) L’inconvénient majeur de ces barrages est qu’ils ne sont pas très stables. En effet la stabilité de l’enrochement est assurée par les frottements intervenant entre les blocs et non par la cohésion des matériaux comme dans un ouvrage en terre.

B/ les barrages en maçonnerie

barrage de Sarrans

Les barrages en maçonnerie c’est à dire en ciment ou en béton ne représentent que 15% des 50000 barrages mondiaux. Ce sont des ouvrages plus récents que l’autre groupe (antiquité ). Mais ce sont eux qui font intervenir les techniques les plus diverses et les plus sophistiqués, et qui sont les plus coûteux. En effet la structure et l’architecture des barrages évoluent en fonction de deux critères les lois mathématiques et physiques et l’argent disponible car le béton est un matériau assez cher. Ces barrages nécessitent en autre d’une fondation en roche. Ces barrages s’opposent à la poussée de l’eau soit par leur poids soit en répartissant les poussées. Dans ce groupe, on distingue plusieurs type de barrages. Les principaux sont les barrages poids, les barrages voûtent ou les barrages en contrefort. Les barrages poids comme leur nom l’indique s’oppose à la poussée de l’eau par leur poids. Et sont utilisés principalement dans les très large vallée. Ces barrages ont une forme de triangle rectangle telle que le parement aval soit incliné de façon à ce que l’épaisseur du barrage soit égale à 80% de la hauteur d’eau ( schéma2.5). schéma2.5 Les barrages poids doivent êtres aussi construit tels que le fruit soit inférieur à 1 pour éviter tout risque de basculement du barrage. En effet le fruit est la mesure de l’inclinaison sur la verticale calculé comme le rapport d’une distance horizontale par une distance verticale. Il existe aussi un coefficient de sécurité qui doit être inférieur à 0.75 tel que ce coefficient soit égal au quotient des forces horizontales F par les forces verticales V. (voir annexe pour un exemple de barrage poids le barrage de Sarrans et protocole de la maquette ). Les barrages voûtes sont des barrages complètement différents des barrages poids. En effet le barrage voûte s’oppose à la poussée de l’eau en transmettant les efforts de cette poussée sur les flancs de la vallée sur laquelle il s’arc-boute ( schéma 2.6) . C’est pour cela qu’ils sont utilisés seulement dans les vallées étroites. schéma 2.6

barrage de Tignes

De plus les barrages voûtes sont les ouvrages les plus sur que l’homme est construit car le coefficient de sécurité est toujours très confortable. En effet ce coefficient, dans le cas des barrages voûtes dépend essentiellement de la résistance mécanique du béton et de la roche d’appui. Le calcule des barrages voûte est extrêmement complexe car l’ouvrage est hautement hyperstatique. C’est à dire que l’ouvrage est soumis à des forces incalculables avec les méthodes de mécanique rationnelle ( il faut faire intervenir les déformations élastiques) . Pour des calculs plus simples il faudrait découper le barrage en anneau horizontal supposé indépendant. Ainsi si le béton et la roche étaient indéformables, on pourrait utiliser la formule du tube dans le calcule de compression, K, du béton tel que K=pR/e où p est la pression, R le rayon de l’anneau et e son épaisseur. Mais ce n’est pas le cas donc il se crée des flexions qui modifient complètement les calcules. Aujourd’hui on utilise les ordinateurs et des logiciels spécialisés pour le calcul de tel barrage. Les barrages à contrefort comprennent deux éléments fondamentaux : une série de murs parallèles, généralement de forme triangulaire plus ou moins écartés et épais et une bouchure entre les contreforts constituée soit par des dalles planes (schéma 2.8) soit par des voûtes (schéma 2.9) ou enfin par des épaississements (schéma2.10). Cette disposition permet au barrage de transmettre la poussée de l’eau aux contreforts et de faire participer le poids de l’eau à la stabilité de l’ouvrage (schéma 2.7)

barrage de Vauglans

Ces barrages sont utilisés dans les grandes vallées fluviales car sa structure en contreforts répétés le lui permet. Il existe bien d’autres types de barrages comme les barrages en BCR ( exemple : barrage du Petit Saut) ou les barrages mobiles installés dans les estuaires ou les deltas. Ils sont constitués d’une fondation en béton en forme de pilier et de grandes vannes métalliques. Ils servent le plus souvent à l’aménagement du cours d’eau ou à la production d’énergie marémotrice. Il existe aussi des types intermédiaires de barrages comme les barrages poids voûte ou les barrages voûte et voûte multiple comme le barrage de Roselend (Jura). cf. annexe

barrage de Bort-les-Orgues (barrage poids voûte)

Conclusion.

Il existe donc plusieurs types de barrages comme les enrochements ou les barrages voûtes. Ces barrages ont tous des techniques de construction différentes et correspondent à des situations précises. Le barrage voûte n’est utilisé que dans les vallées très étroites, les barrages en terre sont plutôt utilisés dans les vallées. Ces différents barrages ont un point commun ; en effet, ils présentent tous des risques importants pour l’environnement et la société malgré leurs grandes utilités.