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Barrage
Barrage de Limmern (Canton de Glaris, Suisse)
Barrage de Limmern (Canton de Glaris, Suisse)
Barrage Hoover, USA
Barrage Hoover, USA
Les grands barrages sont de puissant facteurs de fragmentation écologique pour les poissons migrateurs
Les grands barrages sont de puissant facteurs de fragmentation écologique pour les poissons migrateurs
Canalisation de décharge du barrage de Matsumoto (Préfecture de Nagano, Japon)
Canalisation de décharge du barrage (Un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à réguler l'écoulement naturel de l'eau pour permettre...) de Matsumoto (Préfecture de Nagano, Japon)

Un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et destiné à en retenir l'eau. Par extension, on appelle barrage tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) obstacle placé sur un axe de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou...) et destiné à permettre un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) sur les personnes et/ou les biens qui circulent (barrage routier, barrage militaire).

Quand le barrage est submersible, on parle plutôt de chaussée ou de digue (ce dernier terme est également préféré à celui de barrage lorsqu'il s'agit de canaliser un flot et non de créer une étendue d'eau stagnante).

Un barrage fluvial permet par exemple la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) du débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) d'une rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la gravité et qui se jette dans une autre rivière ou dans un fleuve, contrairement au fleuve qui se jette, lui, selon cette terminologie, dans la...) ou d'un fleuve (favorisant ainsi le trafic fluvial), l'irrigation (L’irrigation est l'opération consistant à apporter artificiellement de l’eau à des végétaux cultivés pour en augmenter la production, et...) des cultures, une prévention (La prévention est une attitude et/ou l'ensemble de mesures à prendre pour éviter qu'une situation (sociale, environnementale,...) relative des catastrophes naturelles (crues, inondations), par la création de lacs artificiels ou de réservoirs. Un barrage autorise aussi, sous certaines conditions, la production de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) motrice (moulin à eau) et d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les phénomènes électriques et leurs...) (on parle alors de barrage hydroélectrique), à un coût économique acceptable, le coût environnemental étant plus discuté (cf. fragmentation écopaysagère, phénomènes d'envasement à l'amont du barrage, dégradation de la qualité de l'eau).

Toutefois, plus un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) est ambitieux, plus ses conséquences sont lourdes : en noyant des vallées entières, la construction d'un barrage peut provoquer à la fois des bouleversements humains en forçant des populations entières à se déplacer, et avoir un impact écologique non négligeable en changeant fondamentalement l'écosystème local.

Histoire

Chapelets d'étangs créés par des barrages sur petits cours d'eau, du moyen-âge au XVIIIe siècle (France, d'après la carte de Cassini)
Chapelets d'étangs créés par des barrages sur petits cours d'eau, du moyen-âge au XVIIIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine...) (France, d'après la carte de Cassini)
Barrage sur la Toutle River (comté de Cowlitz, État de Washington (USA), édifié en 1986-1989 par le génie militaire américain non pas pour retenir de l'eau mais pour stocker une partie des sédiments provenant de l'éruption majeure du volcan de Mont Saint Helens en 1980
Barrage sur la Toutle River (comté de Cowlitz, État de Washington (USA), édifié en 1986-1989 par le génie militaire américain non pas pour retenir de l'eau mais pour stocker une partie des sédiments provenant de l'éruption majeure du volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et l'empilement de matériaux issus de la montée d'un magma sous forme de lave et de tephras tels que...) de Mont Saint Helens en 1980

Les barrages existent probablement depuis la préhistoire (réserve d'eau potable (Une eau potable est une eau devant satisfaire à un certain nombre de caractéristiques la rendant propre à la consommation humaine.), d'irrigation, viviers, piscicultures) mais c'est au moyen-âge qu'ils se sont fortement développé en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du...) pour alimenter en eau les moulins à eau. Il semble qu'ils aient parfois pu s'appuyer sur des sédiments accumulés en amont d'embâcles naturels, ou sur les lieux de barrages de castors dont la toponymie conserve des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la...) (par exemple en France avec le mot bief et bièvre (ancien nom de castor) qui pourraient être liés, ou avec des noms de communes tels que Beuvry (un des anciens noms de castor) ou La beuvrière (la " castorière "). Les cartes anciennes, de Cassini (La mission Cassini-Huygens est une mission spatiale automatique réalisée en collaboration par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale italienne...) par exemple portent témoignage des nombreux barrages de petites rivières faits par les paysans ou les moines locaux, pour conserver l'eau et y élever du poisson (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18 avril. Dans l'ordre du zodiaque, elle se situe entre le...) ou pour le rouissage du lin ou du chanvre.

À noter qu'en conservant des volumes d'eau et une hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) d'eau plus importante en saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau Solstice et Équinoxe ci-dessous),...) sèche, ces barrages ont également pu "tamponner" les fluctuations estivales des nappes (car toutes choses égales par ailleurs, c'est la hauteur d'eau qui contrôle la vitesse (On distingue :) de percolation (À partir d'une certaine quantité critique de fluide sur une cloison, un pont s'établit permettant au fluide de la traverser), cf. Loi de Darcy).

Quelques exemples de grands barrages dans le monde (Le mot monde peut désigner :)

  • le barrage Hoover (Le barrage Hoover (Hoover Dam) est un barrage voûte/poids sur le fleuve Colorado aux États-Unis près de Boulder City, à la frontière entre l'Arizona et...) aux États-Unis (1931-1935)
  • les barrages d'Assouan sur le Nil, en Égypte
  • le barrage d'Inga sur le Congo, en République démocratique du Congo
  • le barrage d'Itaipu à la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une frontière peut...) entre le Brésil et le Paraguay (Le Paraguay (en guaraní: Paraguái), ou République du Paraguay pour les usages officiels, est un pays et Etat souverain enclavé d'Amérique du Sud situé dans la partie...)
  • la Centrale Robert-Bourassa (La centrale Robert-Bourassa est une centrale hydroélectrique située sur La Grande Rivière dans la province de Québec au Canada. Avec une puissance installée de 5 616 MW, elle est la plus grande du réseau d'Hydro-Québec....) au Québec, Canada
  • le barrage des Trois Gorges (Le barrage des Trois-Gorges (en chinois ????simpl./????trad., en pinyin s?nxiá dàbà) est un barrage hydroélectrique situé au cœur de la République populaire de Chine (30.827° N 111.000° E),...) en Chine
  • le barrage de la Grande-Dixence (Le barrage de la Grande-Dixence est un barrage poids situé dans le val des Dix sur la commune d'Hérémence en Valais. Il mesure 285 m de haut. Il fait partie d'un vaste projet hydraulique...), en Suisse, plus précisément en Valais, dans le val d'Hérens
  • le barrage Atatürk (Le barrage Atatürk est la pièce centrale des 22 barrages prévus dans le projet d'Anatolie du Sud-Est du gouvernement turc (GAP). Il est bâti sur...) sur l'Euphrate en Turquie
  • le barrage Daniel-Johnson sur la Manicouagan au Québec, Canada
  • le barrage de Nourek (300 m) au Tadjikistan est le barrage le plus haut du monde.

Techniques de construction

Généralités

Un barrage est soumis à plusieurs forces. Les plus significatives sont :

- la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) hydrostatique exercée par l'eau sur son parement exposé à la retenue d'eau,

- les sous-pressions (Poussée d'Archimède), exercées par l'eau percolant dans le corps du barrage ou la fondation (Les fondations d'un ouvrage assurent la transmission et la répartition des charges (poids propre et surcharges climatiques et d'utilisation) de cet ouvrage sur le sol. Le mode de fondation sera établi...),

- les éventuelles forces causées par l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui indique la modification...) sismique.

Pour résister à ces forces, deux stratégies sont utilisées :

1- construire un ouvrage suffisamment massif (Le mot massif peut être employé comme :) pour résister par son simple poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la...), qu'il soit rigide (barrage-poids en béton) ou souple (barrage en remblai),

2- construire un barrage capable de reporter ces efforts vers des rives ou une fondation rocheuse résistantes (barrage-voûte, barrage à voûtes multiples, ...).

Eléments de calcul

Un barrage est soumis à une force horizontale liée à la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) exercée par l'eau sur sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) immergée. La pression hydrostatique p en chaque point (Graphie) est fonction de la hauteur d'eau au-dessus de ce point.

p = ρ x g x h

avec :

ρ : masse volumique (Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une caractéristique du matériau appelée masse volumique: ) de l'eau, environ 1000 kg.m-3

g : gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), environ 10 m.s-2

h : hauteur d'eau au-dessus du point considéré.

La force F résultante est la somme des pressions hydrostatiques s'exerçant sur la surface immergée du barrage.

F = \int_{S}^{} p.dS

Cette formule ne s'intègre pas "à la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet. C'est un organe destiné à...)" pour les barrages à géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le...) compliquée. En revanche, une expression analytique peut être obtenue pour un élément de barrage poids (un "plot", de largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est la plus...) L, et de hauteur immergée constante H).

F = ρ.g.L \int_{0}^{H} h.dh

avec :

H: hauteur totale du barrage en contact avec l'eau.

L: largeur totale du plot considéré.

d'où :

F = ρ . g . L . 1/2 . H2

On voit dans cette formule que la poussée exercée par l'eau sur un barrage augmente avec le carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre...) de la hauteur de la retenue (ce qui est vrai pour tout type de barrage). Elle ne dépend en aucun cas du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) d'eau stocké dans la retenue.

Les calculs ci-dessus ne concernent que les barrages en matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) rigides (béton, maçonnerie (La maçonnerie est l'art de bâtir une construction par assemblage d'objets élémentaires liés de manière non réversible. C'est l'art du maçon par définition....), ...), quelle que soit leur type (poids, voute, contreforts, ...). En revanche l'intégration "par plots" ne peut concerner que les barrages de type "poids" ou "contreforts". Pour les voutes, les efforts étant reportés latéralement, un calcul par plot ne prenant en compte que les forces verticales ne s'applique pas. En revanche, en ce qui concerne les barrages en matériaux meubles (sol, terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est...), enrochements, remblais, ...), les calculs sont apparentés à des calculs de stabilité de pente des talus qui doivent prendre en compte l'état saturé ou non de ces remblais.

Études hydrauliques

En hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :) le modèle réduit est très utilisé pour les études de mécanique des fluides (La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les écoulements de fluides c'est-à-dire des liquides et des gaz lorsque ceux-ci subissent des forces ou des contraintes. Elle est actuellement étendue à...) des ouvrages tels que ports, digues, barrages, etc... On utilise dans ces cas-là la vraisemblance du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de Froude.

Barrage poids

Un barrage poids est un barrage dont la propre masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...) suffit à résister à la pression exercée par l'eau. Ce sont des barrages de formes généralement simples, dont la section s'apparente bien souvent à un triangle (En géométrie euclidienne, un triangle est une figure plane, formée par trois points et par les trois segments qui les relient. La dénomination de « triangle » est justifiée par la présence...) rectangle. Ils sont généralement assez épais.

On compte deux grandes familles de barrages-poids, les barrages poids-béton, et les barrages en remblais (ces derniers n'étant d'ailleurs généralement pas qualifiés de barrage-poids, mais de barrage en remblais).

Même si les barrages voûtes ou à contrefort (Un contrefort est un renfort (bloc) de maçonnerie massif élevé sur la face extérieure d'un bâtiment voûté et qui sert à contenir les effets d'une charge ou de la poussée des arcs...) nécessitent moins de matériaux que les barrages poids, ces derniers sont encore très utilisés de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit...). Le barrage-poids en béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats légers)...) est choisi lorsque le rocher du site (vallée, rives) est suffisamment résistant pour supporter un tel ouvrage (sinon, on recourt aux barrages en remblais), et lorsque les conditions pour construire un barrage voûte ne sont pas réunies (cf. ci-dessous). Le choix de la technique est donc d'abord géologique : il faut une assez bonne fondation rocheuse. Mais il faut également disposer des matériaux de construction (granulats, ciment) à proximité.

La technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) des barrages-poids a évolué. Jusqu'au début du XXème siècle (1920-1930), les barrages poids étaient construits en maçonnerie (il existe beaucoup de barrages de ce type en France, notamment pour l'alimentation en eau des voies navigables).

Ensuite, c'est le béton conventionnel qui s'est imposé.

Depuis l' année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) 1978, une nouvelle technique s'est substituée au béton conventionnel. Il s'agit du Béton Compacté au Rouleau. C'est un béton (granulats, sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la...), ciment (Le ciment (du latin caementum, signifiant moellon, pierre de construction) est une matière pulvérulente, formant avec l’eau ou avec une solution...), eau) avec peu d'eau, qui a une consistance granulaire et pas liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.). Il se met en place comme un remblai, avec des engins de terrassements. L'avantage : beaucoup moins cher que le béton classique.

Le barrage de la Grande-Dixence en Suisse est un barrage-poids.

Barrage voûte

La poussée de l’eau est reportée sur les flancs de la vallée (Une vallée est une dépression géographique généralement de forme allongée et façonnée dans le relief par un cours d'eau (vallée fluviale) ou un glacier (vallée glaciaire). Un espace...) au moyen d'un mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.) de béton arqué horizontalement, et parfois verticalement (on la qualifie alors de voûte à "double courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par exemple :)").

La technique de barrage-voûte nécessite une vallée plutôt étroite (même si des barrages voûtes ont été parfois construits dans des vallées assez larges, poussant cette technologie à ses limites) et un bon rocher de fondation. Même lorsque ces conditions sont réunies, le barrage-voûte est aujourd'hui souvent concurrencé par les barrages-poids en béton ou le barrage en enrochements, dont la mise en œuvre peut être davantage mécanisée.

Par le peu de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) utilisée, c'est évidemment une technique très satisfaisante économiquement.

Cependant, la plus grande catastrophe (Une catastrophe est un événement brutal, d'origine naturelle ou humaine, ayant généralement la mort et la destruction à grande échelle pour conséquence.) de barrage vécue en France (Malpasset, au dessus de Fréjus, le 2 décembre 1959) concernait un barrage-voûte en cours de mise en eau ; c'est la fondation (et non pas le barrage lui-même) qui n'a pas supporté les efforts appliqués par la retenue.

Avant cet accident (et, pour certains, aujourd'hui encore), la voûte est considérée comme le plus sûr des barrages. Malpasset est le seul cas connu de rupture (Ruptures est le second album de la série de science-fiction Orbital constituée de diptyques, dessiné par Serge Pellé et écrit par Sylvain Runberg, sorti en juin 2007 par les éditions Dupuis.) d'un barrage-voûte.

On rencontre aussi des barrages avec plusieurs voûtes comme le barrage de l'Hongrin en Suisse.

Barrage contreforts ou multivoûtes

Lorsque les appuis sont trop distants, ou lorsque le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) local est tellement compact qu'une extraction s'avère presque impossible, la technique du barrage à contreforts permet de réaliser un barrage à grande économie de matériaux.

Le mur plat ou multivoûtes (Vézins, Migoëlou ou Bissorte) en béton s’appuie sur des contreforts en béton armé encastrés dans la fondation, qui reportent la poussée de l’eau sur les fondations inférieures et sur les rives.


Barrages mobiles

Le barrage mobile ou à niveau constant, a une hauteur limitée ; il est généralement édifié en aval du cours des rivières, de préférence à l’endroit où la pente est la plus faible. On utilise généralement ce type de barrage dans l’aménagement des estuaires et des deltas.

Selon le type de construction le barrage mobile peut-être :

Système Poirée :1=aiguille,2=appui, 3=passerelle, 4=fermette, 5=pivot, 6=heurtoir,7=radier
Système Poirée :1=aiguille,2=appui, 3=passerelle, 4=fermette, 5=pivot, 6=heurtoir,7=radier
  • Le barrage à aiguilles, crée par l’ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et à la mise en œuvre de...) Charles Poirée en 1834 qui, s’inspirant des anciens pertuis, étendit le système sur toute la largeur du cours ; améliorant considérablement la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) fluviale dés la moitié du XIX siècle.

Le système Poiré consiste en un rideau de madriers mis verticalement côte à côte barrant le lit du fleuve. Ces madriers ou aiguilles d’une section de 8 à 10 cm et longues de 2 à 4 m, selon les barrages, viennent s’appuyer contre un butoir (ou heurtoir) du radier (sur le fond) et sur une passerelle métallique constituée de fermettes. Ces fermettes peuvent pivoter pour s’effacer sur le fond en cas de crue et laisser le libre passage aux eaux. Les fermettes sont reliées entre elles par une barre d’appui qui retient les aiguilles et une barre de réunion, de plus elles constitue la passerelle de manœuvre. Les aiguilles à leur sommet présente une forme qui permet une saisie aisée. Néanmoins c’est un travail fastidieux, long et dangereux (il faut plusieurs heures (L'heure est une unité de mesure  :) à plusieurs hommes pour mener à bien la tâche). Bien que ce type de barrage soit remplacé par des techniques plus modernes et automatiques ; sur certains barrages encore existants, les aiguilles de bois sont remplacées par des aiguilles en aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 %...) remplies de polystyrène (pour la flottabilité (Dans un liquide, les corps sont soumis à la poussée d'Archimède. Les corps ont une flottabilité différente selon leur masse volumique.) en cas de chute dans la rivière), d’un poids bien moindre et plus facilement manœuvrable.

  • A effacement sur le fond de la rivière (seuil (barrage)) pour permettre l’écoulement total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le total n'est...) ou en position intermédiaire pour créer un déversoir.
  • A battant ou porte à axe vertical, comme le barrages moderne hollandais de (Maeslantkering), ou les portes à la Léonard de Vinci fermant le port-canal de Cesenatico pour empêcher les fortes marées d’envahir les terres.
1=battant, 2=déversoir, 3=vanne à volet, 4=vanne à secteur
1=battant, 2=déversoir, 3=vanne à volet, 4=vanne à secteur
  • A battant à axe horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la...) avec possibilité d’échapper en aérien lorsque le débit devient critique, ce qui évite de constituer un obstacle à l'écoulement des eaux en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de crue. Ce type de barrage est généralement employé pour empêcher l'eau salée de remonter l'estuaire (L'estuaire est la portion de l'embouchure d'un fleuve où l'effet de la mer ou de l'océan dans lequel il se jette est perceptible. Cette définition conduit à une controverse. Ainsi certains défendent l'idée que l'estuaire d'un fleuve est...), comme à Volta Scirocco en Italie.

- La partie fixe correspond à une plate-forme (ou radier) étanche. - Une grande vanne à secteur, qui en position de fermeture (Le terme fermeture renvoie à :) totale détermine un battant qui s’appuie sur la plate-forme, pendant qu'en position de soulèvement complet, il laisse l'écoulement complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de...) libre. - Une vanne à volet, montée sur la génératrice supérieure de la vanne à secteur, qui permet de régler l’écoulement dans le déversoir et le niveau d’eau désiré en amont du barrage.

L'écoulement de l'eau peut se produire par le dessous du battant lorsque la vanne à secteur inférieure est soulevée (ce qui permet aussi de nettoyer la surface de la plate-forme) , ou bien par le dessus en déversoir, lorsque la vanne supérieure à volet est abaissée.

Barrage en remblais

On appelle barrages en remblais tous les barrages constitués d'un matériau meuble, qu'il soit très fin (argile) ou très grossier (enrochements).

Cette famille regroupe plusieurs catégories, très différentes. Les différences proviennent des types de matériaux utilisés, et de la méthode employée pour assurer l'étanchéité (L'étanchéité est le résultat de l'interdiction d'un passage. Ce terme général peut être compris dans de nombreux domaines.).

Le barrage homogène est un barrage en remblai construit avec un matériau suffisamment étanche (argile, limon). C'est la technique la plus ancienne de barrages en remblai.

Le barrage à noyau argileux comporte un noyau central en argile (L'argile (nom féminin) est une roche sédimentaire, composée pour une large part de minéraux spécifiques, silicates en général...) (qui assure l'étanchéité), épaulé par des recharges constituées de matériaux plus perméables. Cette technique possède au moins deux avantages sur les barrage homogène : (1) les matériaux de recharge sont plus résistants que les matériaux argileux, on peut donc construire des talus plus raides et (2) on contrôle mieux les écoulements qui percolent dans le corps du barrage.

Quelques cousins des barrages à noyau : les barrages en remblai à paroi centrale étanche (paroi moulée en béton, paroi en béton bitumineux).

Plus récente, la famille des barrages à masque amont. L'étanchéité est assuré par un "masque", construit sur le parement amont du barrage. Ce masque peut être en béton armé (il se construit actuellement de nombreux et très grands barrages en enrochements à masque en béton armé), en béton bitumineux, ou constitué d'une membrane mince (les plus fréquentes : membrane PVC, membrane bitumineuse).

Le barrage de Mattmark (Barrage en enrochement (terre) de la vallée de Saas dans le Valais en Suisse mis en service en 1967.) en Suisse est un exemple de ce type de barrage. En France, le barrage de Serre-Ponçon (deuxième plus grande retenue d'Europe) est un barrage en remblai.

D'autres barrages

Un barrage fait à la main sur un ruisseau.
Un barrage fait à la main sur un ruisseau (Le ruisseau est un petit cours d'eau, au débit faible, alimenté par des sources d'eau naturelles, souvent affluent d'un étang, d'un lac ou d'une rivière.).

Il existe d'autres catégories de barrages, de taille généralement plus réduite (mais pas toujours).

Les barrages de stériles miniers sont des barrages construits avec des résidus d'exploitation minière, pour créer une zone de stockage de ces stériles. Les barrages sont montés au fur et à mesure de l'exploitation de la mine. Ils s'apparentent aux barrages en remblai.

Les barrages de montagne sont des ouvrages destinés à lutter contre les effets de l'érosion torrentielle. Ce sont des ouvrages construits en travers des torrents. Ils peuvent interrompre (partiellement ou complètement) le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de...) solide ; ils peuvent également fixer le profil en long d'un thalweg en diminuant l'agressivité (L'agressivité est une modalité du comportement des êtres vivants et particulièrement de l'être humain, qui se reconnait à des actions où la violence est dominante.) des écoulements.

Vie (La vie est le nom donné :) des barrages

Entretien des barrages

Un barrage n'est pas un simple mur plus ou moins solide. Il n'est pas inerte et fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné...) surveillance sismologique et technique sous plusieurs critères. L'ouvrage vit, travaille et se fatigue en fonction des efforts auxquels il est soumis.

Pour des raisons de maintenance des ouvrages, les barrages sont régulièrement inspectés. Chaque année, l'aspect extérieur du barrage est examiné, et périodiquement (tous les 10 ans en France) la retenue d'eau est vidée afin de permettre l'accès à la fois à la partie inférieure de l'ouvrage et aux équipements (conduites d'eau, grilles, vannes, etc ...).

Les ouvrages intéressants la sécurité publique sont également auscultés, par des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de...) permettant de mesurer leurs comportements (mesures de déplacements, de pression d'eau, de débit, ...). De son état dépend la sécurité des populations installées en aval.

Pour autant la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques,...) de rupture est extrèmement faible : statistiquement, une rupture par an sur un parc (Un Parc est un terrain naturel enclos,[1] formé de bois ou de prairies, dans lequel ont été tracées des allées et chemins destinés à la chasse, à la...) mondial de 16 000 barrages, Chine exclue. En Europe, la probabilité est encore plus basse. En fait le danger est le plus élevé au moment du premier remplissage, le risque étant cependant bien moins élevé pour les ouvrages en béton que pour ceux en remblais.

En France, les barrages construits dans les Alpes, dans les années 1950 et 1960, au plus fort de l'âge d'or de la houille (La houille (mot wallon francisé), est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition d'organismes du carbonifère.) blanche, sont aujourd'hui parvenus dans une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de vieillissement (La notion de vieillissement décrit une ou plusieurs modifications fonctionnelles diminuant progressivement l'aptitude d'un objet, d'une information ou d'un organisme à assurer ses fonctions.) qui nécessite des frais de maintenance de plus en plus élevés. EDF estime que la plupart des ouvrages hydrauliques atteignent seulement la moitié de leur espérance de vie (L'espérance de vie est une donnée statistique. Elle est censée permettre de connaître la durée de vie moyenne qu'on peut espérer atteindre à un moment donné. Cette statistique...) mais a annoncé un important programme d'investissements pour la maintenance et la réhabilitation.

Catastrophes

Un défaut de conception ou d'entretien peut conduire à une catastrophe : si le barrage cède alors que la retenue d'eau est relativement importante, un raz-de-marée peut déferler sur les populations vivant en aval, plus ou moins canalisé par la topographie du cours d'eau sur lequel le barrage était implanté. (voir l'article Catastrophe). En France, une telle catastrophe a eu lieu en 1959 près de Fréjus, au Barrage de Malpasset.

Le film La Folie des hommes (2001), relate les déboires du Barrage de Vajont, en Italie, au début des années 1960. Tiré d'un fait réel, le film montre les causes et l'enchaînement des événements qui conduisirent à un glissement de terrain de 270 millions de mètres cubes dans les eaux du lac (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il suffit que la profondeur, la superficie, ou le volume soit suffisant pour provoquer une...) de retenue du barrage. La vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les vagues sont générées par le vent et ont une amplitude crête-à-crête allant de quelques centimètres à 34 m (112 pieds), la...) gigantesque qui s'ensuivit fit 2 000 victimes, le 9 octobre 1963.

Séismes

Les séismes font partie des événements susceptibles de nuire à la stabilité des barrages.

Cependant, historiquement, les ruptures causées par des séismes sont très peu nombreuses. Les crues ou les défauts de conception ont cassé beaucoup plus de barrages que les séismes.

Les ruptures les plus fréquentes ont concerné des ouvrages en remblai de taille modérée, construits avec des matériaux sableux ou silteux, ou fondés sur des sols de cette nature ; il peut en effet se développer dans ce cas un phénomène appelé liquéfaction (La liquéfaction est un changement d'état de gazeux à liquide, le contraire de l'évaporation, la vaporisation ou de l'ébullition. On parle parfois de condensation liquide.), qui fait perdre toute résistance au sable ou au silt saturé.

Démantèlement des barrages

Pour permettre aux écosystèmes fluviaux de fonctionner à nouveau correctement, un certain nombre de barrages sont démantelés dans le monde. En France, le barrage de Poutès (Haute-Loire) pourrait être le premier à être démantelé. Non le premier à être démantelé, c'est celui de Kernansquillec à Plounévez-Moëdec dans les Côtes d'Armor (L’Armor est la zone maritime de la Bretagne, par opposition à l'Argoat.)."En 1996, la démolition du barrage hydro-électrique, une première en France sur une rivière à saumons, a permis au paysage (Étymologiquement, le paysage est l'agencement des traits, des caractères, des formes d'un espace limité, d'un « pays ». Portion de l'espace terrestre saisi horizontalement par un observateur,...) englouti de refaire surface" Source http://www.riviere-du-leguer.com/pdf/35-LES_MOULINS_REMARQUABLES.pdf.

Conséquences environnementales

Un barrage peut empêcher la migration d'espèces aquatiques entre l'amont et l'aval : obligatoire dans certains pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas...) depuis quelques années sur les ouvrages neufs, les échelles à poissons ne sont pas toujours présentes, en particulier pour les ouvrages anciens. De plus, certaines échelles à poissons mal construites peuvent se révéler peu efficaces.

L'écosystème d'une zone importante est affecté lors de la mise en place d'un barrage en raison de l'inondation (Le terme inondation fait traditionnellement référence au débordement d'un cours d'eau qui submerge les terrains voisins. Il doit évidemment être étendu aux débordements des ouvrages...) de la zone en amont, de la modification du régime d'écoulement des eaux de la zone en aval et de la modification de la qualité des eaux provoquée par la retenue. Un écosystème naturel et équilibré se reconstitue dans ces zones plus ou moins rapidement (en l'espace d'environ 30 ans, l'écosystème serait recréé à 99 %[réf. nécessaire], ceci incluant les anciennes zones asséchées). Néanmoins, s'il est vrai qu'un écosystème se recrée, il n'est jamais identique à celui d'origine : la disparition des courants en amont, et la très forte diminution du débit en aval, provoque généralement la disparition de certaines espèces autochtones. Au contraire, un lac de barrage peut avoir également des effets positifs : accueil d'oiseaux migrateurs, ou encore, dans certains cas, amélioration des conditions d'écoulement en étiage.

Le saviez vous ?

  • Le plus ancien barrage connu, d'une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa...) de 115 m, fut construit dans la vallée de Garawi en Égypte vers 3000 av. J.C.
  • Dès 560 ap J.C., l'historien byzantin Procope de Césarée faisait mention d'un barrage-voûte en amont en maçonnerie (barrage de Daras).
  • Le premier barrage-voûte moderne fut construit par François Zola, père d'Émile Zola, entre 1843 et 1859 près d'Aix-en-Provence.
  • Au XVIe siècle, les Espagnols réalisèrent de grands barrages en maçonnerie. Le plus remarquable fut celui d'Alicante construit en 1594. Haut de 45 m, il est encore utilisé.

Bibliographie

  • Rios, Jorge L. Paes - " Études en modèles réduits du déversoir de l' Usine de Tucuruí " - in Congrès International des Grands Barrages " - - ICOLD - San Francisco, 1986.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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