Étude de sécurité du barrage X Évaluation de la Sécurité du Barrage

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1 Municipalité de Val-des-Lacs Étude de sécurité du barrage X Évaluation de la Sécurité du Barrage Rapport Date : Novembre 2011 N/Réf. : 152-P HY-R200-00

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3 TABLE DES MATIÈRES 1 INTRODUCTION Propriétaires et responsables Localisation du barrage PRÉSENTATION DU BARRAGE Description Historique du barrage Classement actuel du barrage ÉTAT ET COMPORTEMENT DU BARRAGE Historique des activités de surveillance et d entretien Instrumentation, auscultation et systèmes d urgence Inspection détaillée du barrage Comportement, défauts et désordres observés Géologie régionale et terrain de fondation AVIS SUR LA STABILITÉ DES OUVRAGES RÉVISION DE LA FONCTIONNALITÉ ET DE L ADÉQUATION DES DISPOSITIFS DE SÉCURITÉ Analyse hydrologique Description du réseau hydrographique Détermination des apports Analyse hydraulique Capacité d évacuation Courbe d emmagasinement de la retenue Laminage des crues par le barrage Conséquences d une rupture du barrage fonctionnalité des équipements d évacuation des crues CONCLUSIONS Sécurité structurale et fonctionnelle Niveau des conséquences et classement de l ouvrage Plan de gestion des eaux RECOMMANDATIONS Actions à prendre sans délai Actions à prendre à court terme (dans un délai de un an) Actions à prendre à moyen terme (dans un délai de 5 ans) Activités de surveillance DOCUMENTS CONSULTÉS P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X i

4 TABLE DES MATIÈRES Tableaux Tableau 1 : Caractéristiques des bassins versants à l étude...8 Tableau 2 : Débits de pointe obtenus pour l étude...9 Tableau 3 : Endommagement des enjeux selon l événement considéré...15 Tableau 4 : Solutions possibles pour abaisser l élévation maximale du plan d eau...16 Tableau 5 : Détail du calcul du pointage du barrage et de son classement...18 Figures Figure 1 : Localisation du barrage X Figure 2 : Courbes d évacuation de l appareil d évacuation...10 Figure 3 : Courbe d emmagasinement du lac Saint-Onge...11 Figure 4 : Laminage actuel de la crue de sécurité par le barrage (2 poutrelles retirées)...12 Figure 5 : Laminage de la crue de sécurité du barrage si 6 poutrelles sont retirées...13 Figure 6 : Vue aérienne des enjeux susceptibles d être endommagés par la rupture du barrage...14 Figure 7 : Découpage des bassins versants (BV)...34 Figure 8 : Profil en long des lignes d eau calculées dans le cours d eau à l aval du barrage...42 Photographies Photographie 1 : Vue globale du barrage depuis le lac Quenouille...3 Photographie 2 : Évacuateur vu depuis le lac...27 Photographie 3 : Déversoir de l évacuateur vu depuis la conduite d évacuation...27 Photographie 4 : Dégradation du mur droit de l évacuateur...28 Photographie 5 : Fissuration du mur gauche de l évacuateur...28 Photographie 6 6 : Espacement entre deux sections de béton d une conduite d évacuation...29 Photographie 7 7 : Espace vide entre les deux conduites d évacuation vue globale...29 Photographie 8 8 : Espace vide entre les deux conduites d évacuation vue serrée...30 Photographie 9 : Dégradation du mur gauche des conduites d évacuation...30 Photographie 10 : Dégradation du mur droit des conduites d évacuation...31 Photographie 11 : Dépôt ocre à l aval et au pied de la digue en terre...31 Photographie 12 : Présence d arbres et d arbustes sur les parements à l amont et à l aval de la digue...32 Annexe Annexe 1 Plans et coupes du barrage Annexe 2 Photographies Annexe 3 Découpage des bassins versants Annexe 4 Carte pédologique, feuillet 31H Annexe 5 Courbes IDF de la station de Sainte-Agathe-des-Monts n Annexe 6 Carte bathymétrique du lac Quenouille Annexe 7 Profils en long des lignes d eau calculées pour la propagation de l ONR Annexe 8 Zones de séismicité sud du Québec Annexe 9 Sommaire du plan de gestion des eaux P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X ii

5 Propriété et confidentialité «Ce document d'ingénierie est la propriété de Dessau et est protégé par la loi. Ce rapport est destiné exclusivement aux fins qui y sont mentionnées. Toute reproduction ou adaptation, partielle ou totale, est strictement prohibée sans avoir préalablement obtenu l'autorisation écrite de Dessau et de son Client. Si des essais ont été effectués, les résultats de ces essais ne sont valides que pour l'échantillon décrit dans le présent rapport. Les sous-traitants de Dessau qui auraient réalisé des travaux au chantier ou en laboratoire sont dûment qualifiés selon la procédure relative à l approvisionnement de notre manuel qualité. Pour toute information complémentaire ou de plus amples renseignements, veuillez communiquer avec votre chargé de projet.» REGISTRE DES RÉVISIONS ET ÉMISSIONS No de révision Date Description de la modification et/ou de l émission Version finale pour transmission au CEHQ P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X iii

6 1 INTRODUCTION Le barrage dit du lac Quenouille se situe sur la municipalité de Val-des-Lacs et est identifié par le numéro X dans le répertoire des barrages du CEHQ. Le barrage contrôle le niveau du lac Quenouille, réservoir positionné sur les municipalités de Val-des-Lacs, Lac-Supérieur et Sainte-Agathe-des-Monts. Afin d accroître la sécurité des barrages et de mieux protéger les personnes et les biens contre les risques associés aux barrages, le gouvernement du Québec a mis en place une loi et un règlement sur la sécurité des barrages. Cette loi, de même que son règlement d application, sont entrés en vigueur le 11 avril Le barrage X est concerné par cette loi et les propriétaires du barrage ont mandaté Dessau pour réaliser l étude d évaluation de la sécurité du barrage et la création d un plan de gestion des eaux. Ce rapport présente l étude d évaluation de la sécurité du barrage. 1.1 PROPRIÉTAIRES ET RESPONSABLES Le propriétaire du barrage est la municipalité de Val-des-Lacs. Les coordonnées sont : Municipalité de Val-des-Lacs 349, chemin de Val-des-Lacs Val-des-Lacs, Québec J0T 2P0 Le responsable de la sécurité du barrage est M. Farid Madaoui. L étude de la sécurité a été réalisée au sein de : Dessau inc. 375, boulevard Roland Therrien Longueuil, Québec J4H 4A6 L ingénieur responsable de l évaluation de la sécurité est M. Nicolas Sadoch. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

7 1.2 LOCALISATION DU BARRAGE Le barrage est situé au 225 chemin du lac Quenouille sur la commune de Val-des-Lacs, dans la région administrative des Laurentides. Ses coordonnées en latitude et longitude sont ( N; W). La localisation du barrage est donnée à la figure 1. Figure 1 : Localisation du barrage X P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

8 2 PRÉSENTATION DU BARRAGE 2.1 DESCRIPTION Le barrage du lac Quenouille est un barrage constitué d un écran de béton placé à l amont d une digue en terre. Sa longueur est de 34 m, et sa hauteur, révisée dans le cadre de cette étude, est de 1,55 m. Sa crête, d une largeur d environ 5 m, supporte le passage d un chemin en terre desservant quelques habitations et son point bas est placé à l élévation 397,40 m. L appareil d évacuation du barrage est un évacuateur en béton muni de poutrelles en bois de 100 mm d épaisseur, d une longueur de déversement de 2,85 m et d une hauteur de chute maximale de 1,05 m. L élévation maximale du déversoir est de 396,79 m. La photographie ci-dessous est prise depuis l amont du barrage. Photographie 1 : Vue globale du barrage depuis le lac Quenouille Évacuateur 2.2 HISTORIQUE DU BARRAGE Selon la fiche technique du barrage, celui-ci a été construit en 1982 et n a pas été modifié depuis. Le terrain de fondation du barrage est de type inconnu. La municipalité de Val-des- Lacs a la charge du barrage depuis CLASSEMENT ACTUEL DU BARRAGE D après sa fiche technique, le barrage est actuellement classé C (pointage de 44,3) et son niveau de conséquences en cas de rupture est considéré comme faible. Ce classement va être revu suite à la mise à jour de plusieurs de ces caractéristiques dans la présente évaluation de sécurité. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

9 3 ÉTAT ET COMPORTEMENT DU BARRAGE 3.1 HISTORIQUE DES ACTIVITÉS DE SURVEILLANCE ET D ENTRETIEN Plusieurs activités de surveillance ont été portées à la connaissance de Dessau dans le cadre de ce mandat : Une inspection statutaire réalisée en 2006 par la firme BES [5] ; Des inspections régulières, réalisée par M. Farid Madaoui, inspecteur de la municipalité de Val-des-Lacs, en octobre 2007, mai 2008, septembre 2009, mai 2010 et octobre L inspection statutaire de 2006 fait état : De plusieurs fissures et éclatement dans le béton; De quelques dépressions légères sur la crête; De zones humides au pied à l aval du barrage; D érosion, de fissures et d éclatement du béton dans les murs de l évacuateur; Du déplacement des sections des pertuis, et d un vide entre les deux pertuis; D érosion en rive gauche et droite à la sortie de l évacuateur et; D une dégradation des rainures dans lesquelles sont glissées les poutrelles. Les inspections d octobre 2007 et mai 2008 confirment les observations faites lors de l inspection statutaire. L inspection de septembre 2009 ajoute la dislocation sur une section de 1,5 pieds sur 2 pieds du mur droit de l évacuateur et l inspection de mai 2010 indique la déstabilisation de certaines roches en sortie de l évacuateur. À la suite de l inspection de mai 2010, des travaux ayant pour but la réparation des fissures dans l écran de béton et de la dislocation dans le mur droit de l évacuateur ont été réalisés, ce que confirme l inspection réalisée en octobre INSTRUMENTATION, AUSCULTATION ET SYSTÈMES D URGENCE Le barrage n est pas instrumenté et ne dispose ni de systèmes d auscultation ni de systèmes d urgence. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

10 3.3 INSPECTION DÉTAILLÉE DU BARRAGE L inspection des éléments non submergés du barrage du lac St-Onge a été réalisée le 8 septembre 2011 par MM. François Saint-Pierre, ingénieur en géotechnique, et Nicolas Sadoch, ingénieur en hydraulique. L inspection a consisté en la réalisation des travaux suivants : Une inspection visuelle de tous les éléments non submergés du barrage (écran de béton, digue en terre et enrochement et appareil d évacuation); Un relevé sommaire de la géométrie des ouvrages et des élévations dans l emprise du barrage à l étude. Les résultats de l inspection sont présentés sur les plans à l annexe Comportement, défauts et désordres observés L inspection détaillée a montré que l ouvrage présente les comportements normaux suivants : l écoulement se fait librement au dessus des poutrelles de l évacuateur de crue (photographies 2 et 3, annexe 2); aucun signe d érosion et aucun terrier d animaux n est observé à la surface de la digue; aucun signe d érosion interne (renard) n a été observé dans l ouvrage en terre ; aucun affaissement n est observé en crête des ouvrages situés en dehors de l emprise de l évacuateur. Les dépressions observées en 2006 [5] ont probablement été comblées; le béton des conduites d évacuation (ponceau) est en bon état. Cependant il a été observé visuellement les défauts et désordres suivants : les poutrelles de l évacuateur présente un état de dégradation avancé; le mur en béton situé à l amont de la digue en terre présente diverses fissures, désagrégation et délamination tel qu indiqué sur le plan d inspection à l annexe 1. D autre part, ce mur présente aussi une inclinaison vers le déversoir entre 2 et 3 par rapport à la verticale; le mur droit de l évacuateur de crue à l amont des poutrelles est dégradé sur une profondeur de 350 mm et une surface de 400 par 320 mm. Des fissures sont observées sur le mur gauche et le béton du mur droit est partiellement délaminé à l amont des poutrelles (annexe 1 et photographies 4 et 5, annexe 2); à l aval de l'évacuateur, les dernières sections de conduite en béton se sont déplacées (photographie 6, annexe 2). De plus, le mur de tête à l amont est partiellement détruit et aucun mur de tête et dispositif parafouille n est présent à l aval; Les matériaux granulaires situés dans la partie inférieure entre les deux ponceaux a complètement été lavée et l eau s écoule à travers ce vide (photographies 7 et 8, annexe 2). P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

11 Ce phénomène est couramment observé lorsque deux ponceaux sont collés l un contre l autre. Cette situation peut être évitée en laissant un espace entre ces derniers. Le mur gauche de l évacuateur à l aval des poutrelles est dégradé sur une profondeur de 300 mm et une surface de 700 par 600 mm et le mur droit de l évacuateur à l aval des poutrelles est dégradé sur une profondeur de 300 mm et une surface de 700 par 1100 mm (annexe 1 et photographies 9 et 10, annexe 2). Cette dégradation au niveau du mur droit rejoint celle décrite précédemment et la rainure des poutrelles est aussi complètement dégradée. Ainsi, au niveau du mur droit de l évacuateur, l eau s écoule en arrière des fers-angles retenant les poutrelles. Par conséquent, les poutrelles ne sont retenues que de façon précaire par les fers-angles; des zones humides et des zones d eau stagnante avec dépôt ocre sont observées au pied à l aval de la digue en terre (photographie 11 annexe 2); le parement à l aval de la digue ainsi que le prolongement de l écran de béton vers la rive gauche sont recouverts d arbustes et d arbres matures empêchant l inspection visuelle de ces parties d ouvrages (photographie 12, annexe 2). Il faut également savoir que les chutes d arbre peuvent déstabiliser le talus du barrage et entrainer la ruine de ce dernier ; De l eau s écoule entre les deux conduites d évacuation Géologie régionale et terrain de fondation La géologie régionale du secteur à l étude a été tirée des références [7] et [8] : Les dépôts meubles dans l emprise du barrage sont constitués de sédiment de contact glaciaire. Ces sédiments se caractérisent par des matériaux hétérométriques de type cailloux, graviers, sables grossiers et bloc dispersés et mis en place selon une stratification mal définie. Ces sédiments sont généralement adossés au socle rocheux affleurant par endroits dans la région du barrage. Ce socle rocheux est constitué de roches mafiques à utramafiques mise en place au Protozoïque. Le terrain de fondation est visible en aval du barrage directement à l exutoire des ponceaux et sous les ponceaux au niveau de la zone érodée entre ces derniers. À ces endroits les matériaux se décrivent comme étant des sables grossiers, des graviers et des cailloux. Ces matériaux s apparentent à ceux indiqués sur la «carte de compilation de la géologie du Quaternaire» et semble être très dense puisse que l eau s écoule librement au-dessus de ce dernier sans montrer des signes d érosion importants entre les deux ponceaux. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

12 4 AVIS SUR LA STABILITÉ DES OUVRAGES Sur la base des informations obtenues lors de notre inspection et à partir des cartes géologiques [7] et [8], nous disposons de nombreux indices démontrant que la digue en terre présente une géométrie stable à savoir : La hauteur du barrage ne dépasse pas 1,55 m et sa largeur en crête est trois fois supérieure à sa hauteur (voir coupe A-A à l annexe 1); La pente de la partie supérieure du talus aval est faiblement inclinée (environ 3H : 1V) et le pied de ce talus est renforcé par des enrochements dont la taille varie entre 300 et 1500 mm de diamètre (voir coupe A-A de annexe 1); La digue repose sur un terrain de fondation d apparence très dense. Ce terrain peut être soit le socle rocheux affleurant fréquemment dans la région ou bien des sédiments glaciaires (sable, de gravier et cailloux). Cependant, d autres indices démontrent que l ouvrage présente des risques d instabilité pouvant être causée par des phénomènes d érosion interne, à savoir : Le mur du parement amont de la digue présente des fissures et des dégradations qui, selon les critères d inspection d Hydro-Québec [9], ne nécessitent pas d intervention pour améliorer la stabilité de cette structure. Cependant, l existence de ces fissures indique que ce mur assure de moins en moins son rôle d étanchéité de la digue. Autrement dit, il ne peut plus être considéré dans nos études comme un écran d étanchéité. (voir plan 152-P HY-D de l annexe 1); La présence d eau stagnante et de zone humide au pied aval de la digue démontre que des écoulements d eau peuvent se produire à travers la digue et qu aucun dispositif ne permet de les contrôler (photographie 11, annexe 2); L absence de matériaux entre les deux ponceaux montre qu une érosion interne du barrage s est produite, mais ce phénomène ne semble pas évoluer puisque le terrain de fondation ne semble pas être affecté par cette source d érosion (photographie 7). Enfin, de nombreux indices démontrent que la stabilité de la partie amont du déversoir est précaire. En effet, les défauts observés lors de l inspection nécessitent, selon les critères d inspection d Hydro-Québec [9], une réhabilitation. Nous pouvons aussi observer que l aggravation de ces dégradations aura un impact direct sur la stabilité des poutrelles et de la dalle de béton reposant sur les murs de l évacuateur. Toutes ces observations indiquent que des travaux de mise aux normes sont nécessaires à moyen terme au niveau du parement aval de la digue et de l évacuateur. Dans le cadre des travaux de mise aux normes visant à améliorer la stabilité de l ouvrage et à répondre aux problèmes soulevés suite à l étude hydraulique, une étude géotechnique devra être réalisée. À ce moment, nous pourrons connaitre la nature exacte des matériaux constituant le barrage et son terrain de fondation ainsi que le potentiel de liquéfaction de ce dernier et si requis corriger la structure du barrage pour répondre aux exigences de règlement sur la sécurité du barrage. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

13 5 RÉVISION DE LA FONCTIONNALITÉ ET DE L ADÉQUATION DES DISPOSITIFS DE SÉCURITÉ 5.1 ANALYSE HYDROLOGIQUE Description du réseau hydrographique Le bassin versant contrôlé par le barrage est d une superficie de 15,6 km². La surface du bassin versant comprise entre le barrage et la rivière Archambault située à l aval est d une superficie de 2,0 km². Le lac Quenouille occupe à lui seul 2,56 km² et les autres lacs du bassin versant occupent une superficie cumulée de 0,43 km². De multiples cours d eau, pour la plupart intermittents, alimentent le lac Quenouille. Le cours d eau s écoulant du barrage vers la rivière Archambault, reçoit les apports de deux cours d eau en rive droite, l un permanent et l autre intermittent. Le découpage des bassins versants est représenté en annexe 3. La rivière Archambault draine un bassin versant d une surface de 59 km² et 76 km² respectivement à l amont et à l Aval de sa confluence avec le cours d eau provenant du barrage. Comme cela sera démontré plus loin dans cette étude, le régime hydrologique de la rivière est alors suffisant pour considérer la confluence comme un point de restriction de la propagation de l onde de rupture du barrage. Le sous-sol du bassin versant se caractérise par des sédiments de contact glaciaire riches en sable et reposant sur un socle rocheux affleurant fréquemment dans la région (voir chapitre de ce document). En surface, les sols organiques que l on retrouve majoritairement à la surface du bassin versant sont de type loam sableux fin [2]. L occupation du sol est essentiellement forestière. La détermination du coefficient de ruissellement et le calcul du temps de concentration (T C ) ont été réalisés d après le manuel de conception des ponceaux du MTQ [3], mais en considérant toutefois que le lac Quenouille possédait un coefficient de ruissellement de 1 car connecté directement au barrage. La carte pédologique utilisée pour les besoins de l étude est présentée en annexe 4. Les caractéristiques des bassins versants concernés sont présentées dans le tableau 1. Tableau 1 : Caractéristiques des bassins versants à l étude BV SUPERFICIE PENTE MOYENNE LONGUEUR CHEMIN HYDRAULIQUE COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT (km²) % (km) (h) Amont du barrage 15,6 0,80 5,8 0,29 3,6 Confluence rivière Archambault 17,6 0,71 7,7 0,15 5,1 TC P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

14 5.1.2 Détermination des apports Les débits de pointe des crues générées par les bassins versants à l amont et à l aval du barrage sont déterminés d après la méthode rationnelle et majorés de 10% afin de tenir compte des changements climatiques. Les intensités de pluie sont définies à partir de la station pluviométrique de Sainte-Agathe-des-Monts n située à proximité de la zone d étude [4] et dont les courbes d intensité-durée-fréquence (IDF) sont données en annexe 5. Deux types d événement ont été étudiés pour cette évaluation de sécurité : La crue du bassin versant contrôlé par le barrage, qui permet de déterminer le niveau maximal du plan d eau. Plusieurs durées de pluie entre le temps de concentration et 24 h ont été utilisées pour déterminer l épisode pluvieux maximisant l élévation du lac et la durée de 24 H a été retenue. Le niveau de conséquences d une rupture du barrage étant minimal (ce point sera démontré dans la suite de l étude), la période de retour de l événement considéré est de 100 ans. La crue du bassin versant à la confluence avec la rivière Archambault, qui suppose l absence du barrage. Le débit de pointe maximal à la confluence avec la rivière Archambault est obtenu pour une durée de pluie égale au temps de concentration. Les périodes de retour des crues considérées sont de 100 et ans afin de pouvoir déterminer le niveau de conséquences d une rupture du barrage. Le tableau 2 indique les intensités de pluie retenues et les débits de pointes des crues considérées. Tableau 2 : Débits de pointe obtenus pour l étude BASSIN VERSANT À l amont du barrage À la confluence avec la rivière Archambault PÉRIODE DE RETOUR SURFACE DU BV TC DURÉE PLUIE INTENSITÉ DE PLUIE DÉBIT DE POINTE MAJORÉ NON LAMINÉ T = 100 ans 15,6 km² 3,6 h 24 h 4,5 mm/h 6,1 m³/s T = 100 ans 15 mm/h 9,3 m³/s T = ans 17,6 km² 5,1 h 5,1 h 19,3 mm/h 11,9 m³/s L hydrogramme de la crue à l amont du barrage est ensuite formé dans la logique de la méthode rationnelle avec des temps de montée et de descente égaux au temps de concentration du bassin versant. L hydrogramme est représenté figure 4. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

15 5.2 ANALYSE HYDRAULIQUE Capacité d évacuation L évacuation des eaux à travers le barrage se fait par un seul ouvrage, un déversoir muni de poutrelles. Les eaux déversées par dessus les poutrelles chutent dans une chambre d évacuation pour s engager dans 2 conduites de diamètre 48 chacune. Le débit évacué est fonction de l élévation du niveau du plan d eau et du nombre de poutrelles en place. L état actuel du déversoir permet le retrait de 2 poutrelles, chaque poutrelle étant haute de 4. Cependant, les courbes d évacuation ont été calculées en supposant que l évacuateur a été réaménagé de façon à ce que 6 poutrelles puissent être retirées. La figure 2 représente le niveau du plan d eau en fonction du débit évacué. Figure 2 : Courbes d évacuation de l appareil d évacuation 397,6 Toutes poutrelles en place 1 poutrelle retirée 2 poutrelles retirées 3 poutrelles retirées 4 poutrelles retirées 5 poutrelles retirées 6 poutrelles retirées 397,4 Point bas de la crête du barrage = 397,40 m 397,2 Niveau du plan d'eau (m) ,8 396,6 396,4 6 poutrelles retirées Débit contrôlé par les conduites 396,2 Toutes poutrelles en place Débits évacué (m3/s) Pour un même niveau du plan d eau, le débit évacué augmente avec le nombre de poutrelles enlevées. Si le débit est fort et le déversoir bas, le contrôle du débit peut se faire par les conduites et non plus par le seuil du déversoir. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

16 5.2.2 Courbe d emmagasinement de la retenue La courbe d emmagasinement du plan d eau est définie à partir de la carte bathymétrique du lac Quenouille fournie à l annexe 6 [6]. Les lignes d isobathe indiquées sur la carte sont complétées par la surface hypothétique qu aurait le plan d eau si celui-ci pouvait s élever à l élévation 400 m [1]. Les volumes d eau compris entre deux lignes d isobathes sont ensuite calculés selon la méthode de Simpsons ci-dessous. Les valeurs obtenues sont cumulées puis interpolées pour obtenir la courbe d emmagasinement présentée figure 3. Formule de Simpsons: Vi S i + S i 1 + S i * S i 1 = * hi 1 i 3 où V, S et h sont respectivement le volume, la surface et la hauteur entre les deux surfaces considérées du plan d eau. Figure 3 : Courbe d emmagasinement du lac Saint-Onge Élévation (m) Volume stocké de 8,4 millions de m³ à l élévation 396,79 m Volume cumulé (millions m³) P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

17 5.2.3 Laminage des crues par le barrage L objectif est de déterminer le niveau maximal atteint par le plan d eau au passage de la crue de sécurité et de vérifier si ce niveau est inférieur de plus d un mètre au niveau de la crête du barrage, tel que requis par le règlement sur la sécurité des barrages. Le calcul est réalisé avec le logiciel HEC-HMS qui prend en compte les apports et la courbe d emmagasinement de la retenue pour définir le débit évacué. Les calculs sont réalisés avec un pas de temps d une minute. En analysant la conséquence d une rupture du barrage, la crue de sécurité à considérer est la crue de période de retour centennale (voir chapitre 5.2.4). Le résultat du calcul de laminage est donné dans la figure 4 dans la configuration actuelle où 2 poutrelles sont retirées du déversoir. Figure 4 : Laminage actuel de la crue de sécurité par le barrage (2 poutrelles retirées) , ,8 8 Élévation du plan d'eau (m) 396,7 396,6 396,5 396,4 396,3 396,2 Niveau d'eau maximal 396,82 m ( 28,7 h) Apport maximal 6,1 m³/s ( 3,6-24 h) Évacuation maximale 0,60 m³/s, Laminage de 90% Débit (m³/s) 396, Temps (h) Le niveau maximal atteint par le plan d eau au passage de la crue de sécurité est de 396,82 m, soit 58 cm sous le point bas de la crête du barrage. Cet écart ne permet pas de respecter la marge d un (1) mètre requise par le règlement sur la sécurité des barrages. L abaissement du plan d eau en prévision du passage de la crue pourrait permettre d augmenter la différence de niveau entre le plan d eau et la crête du barrage. La figure 5 donne les résultats du laminage dans l hypothèse où six (6) poutrelles sont retirées. À noter que le plan d eau dans sa configuration estivale actuelle (niveau de 396,79 m) ne laisse pas, même hors période de crue, une marge de 1 m, mais de 61 cm sous le point bas de la crête du barrage. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

18 Figure 5 : Laminage de la crue de sécurité du barrage si 6 poutrelles sont retirées Élévation du plan d'eau (m) 396,9 396,8 396,7 396,6 396,5 396,4 396,3 Niveau d'eau maximal 396,45 m ( 27,8 h) Apport maximal 6,1 m³/s ( 3,6-24 h) Évacuation maximale 0,99 m³/s, Laminage de 84% Débit (m³/s) 396, , Temps (h) Si 6 poutrelles du déversoir sont retirées, le niveau minimal du plan d eau est abaissé à l élévation 396,19 m à l arrivée et son niveau maximal au passage de la crue de sécurité est de 396,45 m, soit 95 cm sous le point bas de la crête du barrage. Dans les deux configurations, le laminage de la crue (% de réduction du débit de pointe de la crue) est fort : 90 et 84 %. Ce phénomène est dû à la grande capacité d emmagasinement du lac Quenouille relativement au volume de la crue; l arrivée de la crue dans le lac n augmente pas beaucoup le niveau du plan d eau et n augmente donc que faiblement le débit évacué Conséquences d une rupture du barrage Définition des débits considérés La délimitation du territoire affecté se fait en additionnant le débit de pointe de l onde de rupture du barrage (ONR) au débit de pointe de la crue de sécurité. Le territoire non inondé au passage de la crue de sécurité seule, mais inondé au passage de la crue de sécurité et de l onde de rupture du barrage est considéré pour la définition du niveau de conséquences d une rupture du barrage. Étant donnée les enjeux potentiellement endommagé au passage de l onde de rupture du barrage, seules les crues de période de retour 100 et ans sont à considérer. Leurs débits de pointe respectifs sont de 9,3 et 11,9 m³/s. La brèche du barrage est supposée se former dès que le niveau d eau dépasse l élévation minimale de la crête du barrage, en 30 minutes et sa forme finale est un trapèze dont la base est deux fois plus large que la hauteur du barrage et les pentes latérales de la brèche sont inclinées selon une pente 1:1. Le débit de pointe de l onde de rupture obtenu est de 12,4 m³/s. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

19 Description des enjeux considérés Les enjeux présents à l aval du barrage sont tels que le niveau de conséquence d une rupture du barrage ne peut justifier une crue de sécurité de période de retour plus que millennale. Les enjeux présents à l aval du barrage sont montrés sur la vue aérienne à la figure 6. Il s agit de maisons (numérotées de 1 à 9 de l amont vers l aval) et de deux chemins en terre. Figure 6 : Vue aérienne des enjeux susceptibles d être endommagés par la rupture du barrage Maisons 9 en rive gauche Confluence avec la rivière Archambault Maisons 1 à 8 en rive droite Chemins en terre P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

20 Analyse du niveau de conséquences Le tableau 3 indique si les enjeux considérés sont endommagés au passage des crues centennale et millennale, avec et sans onde de rupture (ONR). Tableau 3 : Endommagement des enjeux selon l événement considéré ÉLÉVATIONS DES ENJEUX Maison 1 : 394,29 m Maison 2 : 394,39 m Maison 3 : 394,30 m Chemin en terre : 392,64 m Maison 4 : 393,55 m Maison 5 : 394,74 m Maison 6 : 396,34 m Maison 7 : 397,28 m Maison 8 : 393,55 m Chemin en terre : 391,44 m Maison 9 : 388,30 m Q100 (9,3 m³/s) Q1000 (11,9 m³/s) INONDÉ? NON OUI NON OUI Q100+ONR (21,7 m³/s) Q1000+ONR (24,3 m³/s) Les maisons 1 à 8 ne sont pas endommagées, même si une rupture du barrage se produit lors d une crue de période de retour millennale. À l inverse, la maison 9 et les deux chemins en terre sont endommagés dès l occurrence d une crue centennale. Par conséquent, la rupture du barrage lors d une crue centennale n entraîne aucun dommage. Son niveau de conséquences est donc minimal. Les profils en long des lignes d eau calculés avec le logiciel HEC-RAS sont présentés à l annexe Justification de la restriction de l étude à la rivière Archambault L objectif est de vérifier si l arrivée de l onde de rupture dans la rivière Archambault n est pas susceptible de causer des dommages plus en aval. La superficie du bassin versant drainé par la rivière Archambault est nettement supérieure à celui drainé par le cours d eau à l aval du barrage (76 km² contre 17,6 km²). Si l on se base sur une transposition des débits [10] pour déterminer le débit de pointe centennal, on obtient un 76 9,3* 17,6 débit centennal de la rivière Archambault à la confluence de 35 m³/s, ce qui est nettement supérieur à la crue centennale cumulée à la rupture du barrage (24,3 m³/s). Par conséquent, la rupture du barrage en cas de crue centennal du bassin versant du barrage du lac Quenouille provoque une crue moins que centennale dans la rivière Archambault et cette dernière peut être considérée comme un point de restriction de la propagation de l onde de rupture. 0,9 P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

21 5.3 FONCTIONNALITÉ DES ÉQUIPEMENTS D ÉVACUATION DES CRUES Les observations sur l état de l évacuateur de crue présentées au paragraphe conduisent à considérer l appareil d évacuation du barrage comme inadéquat. De plus, l étude hydraulique montre que la capacité de l appareil d évacuation des eaux est suffisante mais que la hauteur du barrage ne respecte pas les exigences du règlement sur la sécurité des barrages. En effet, la distance entre le dessus de la première poutrelle (niveau normal d exploitation) et le point bas de la crête du barrage est inférieure à 1 m. De plus, cette distance reste également insuffisante si deux poutrelles sont retirées comme c est le cas actuellement au passage de la crue printanière, et les poutrelles inférieures sont coincées dans les rainures en mauvais état. L analyse du fonctionnement de l évacuateur et du réservoir lors du passage de la crue centennale montre que le niveau actuel du barrage ne respecte pas l exigence de revanche posée par le règlement sur la sécurité des barrages. À moins de justifier la suffisance de la revanche actuelle par la réalisation d études hydrauliques complémentaires, la mise aux normes peut être faite par trois types de solutions : permettre l abaissement du plan d eau en retirant des poutrelles; rehausser la crête du barrage; une combinaison des deux. À noter que si les travaux de sécurisation de l évacuateur conduisent à modifier la conception de l évacuateur, cette nouvelle conception devra veiller à assurer la revanche réglementaire. Le tableau 4 détaille, selon le nombre de poutrelles retirées en prévision du passage de la crue de sécurité, le niveau auquel il faut élever la crête du barrage et par conséquent le niveau auquel le plan d eau peut être établi durant la période estivale. Tableau 4 : Solutions possibles pour abaisser l élévation maximale du plan d eau POUTRELLES RETIRÉES SURÉLÉVATION DE LA CRÊTE (Élévation actuelle = 397,40 m) ABAISSEMENT DU NIVEAU ESTIVAL (Niveau actuel = 396,79 m) DÉBIT ÉVACUÉ 2 42 cm pas d abaissement 0,60 m³/s 3 34 cm - 5 cm 0,74 m³/s 4 26 cm - 13 cm 0,83 m³/s 5 16 cm - 23 cm 0,88 m³/s 6 5 cm - 34 cm 0,99 m³/s À noter qu aucune des surélévations de la crête présentées ci-dessus implique de rehausser le chemin du lac Quenouille, dont l élévation au centre de la voie est 398,47 m. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

22 6 CONCLUSIONS 6.1 SÉCURITÉ STRUCTURALE ET FONCTIONNELLE L ensemble des informations recueillies dans le cadre de la présente étude de sécurité met en évidence que le barrage est vulnérable aux phénomènes suivants : L état de dégradation du mur de béton en amont de la digue ne permet plus de le considérer comme un écran d étanchéité et aucun dispositif ne permet de contrôler les venues d eau au niveau du parement aval de la digue. En d autres termes, la digue en terre est vulnérable aux phénomènes d érosion interne; Les murs gauche et droit de l évacuateur présentent des dégradations dont l envergure nécessite selon les critères d Hydro-Québec [9] des réparations. De plus, la profondeur de ces dégradations est pratiquement égale à l épaisseur de la partie supérieure du mur. Le seuil de l évacuateur et sa chambre risquent de s effondrer à tout moment. Enfin si l on compare la taille de ces dégradations à la taille de l ouvrage, nous entrevoyons qu une reconstruction complète de l ouvrage d évacuation va être requise. La présence d écoulement des eaux sous le ponceau et l absence ou la destruction partielle des murs de tête indique aussi que le terrain de fondation et le remblai de confinement des conduits en béton (ponceau) sont en partie érodés et que cette érosion se poursuit. Dans cette partie du barrage (conduite en béton de l évacuateur) la digue et le terrain de fondation sont en train de s éroder au complet. Enfin la distance entre les plus hautes eaux (crue printanière dans le cas du barrage du lac Quenouille) et le point le plus bas de la crête de la digue est insuffisante. Cette distance est appelée revanche et selon le règlement sur la sécurité des barrages, tant que cette dernière n est pas réajustée, la crête de la digue est considérée comme étant vulnérable à l érosion. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

23 6.2 NIVEAU DES CONSÉQUENCES ET CLASSEMENT DE L OUVRAGE Le niveau de conséquences d une rupture du barrage est considéré comme minimal et le classement du barrage est E. Le tableau 5 donne le détail du calcul du pointage actuel de l ouvrage. La carte des zones de séismicité du sud du Québec [9] est fournie en annexe 7. Tableau 5 : Détail du calcul du pointage du barrage et de son classement Nom du barrage numéro X Type de structure Barrage en remblai Catégorie administrative Forte contenance année de construction 1982 année de modification 1982 Points hauteur du barrage 1.55 m 1 Écran de béton ou de palplanches en type de barrage 6 acier à l'amont d'une paramètres physiques digue de terre constants (PPC) capacité de retenue 8.4 hm³ 1.30 paramètres variables (PV) type de terrain de fondation Alluvion ou nature inconnue 10 Points Moyenne = 4.6 âge du barrage 29 ans 2.6 zone de séismicité 4 6 état du barrage Acceptable 5 fiabilité des appareils d'évacuation inadéquate ou inconnue 10 Moyenne = 5.9 Vulnérabilité = moyenne PPC x moyenne PV = 27.0 Conséquences Niveau des conséquences Minimal 1 Risque = Vulnérabilité x Conséquences = Classe du barrage E 6.3 PLAN DE GESTION DES EAUX Un plan de gestion des eaux est présenté dans un document séparé et son sommaire est fourni à l annexe 8. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

24 7 RECOMMANDATIONS Les recommandations suivantes sont basées sur nos observations lors de la visite de terrain, les données géotechniques disponibles, les études hydrauliques et hydrogéologiques réalisées et les informations recueillies au cours de la présente étude. Elles décrivent les actions à prendre progressivement pour mettre aux normes le barrage. 7.1 ACTIONS À PRENDRE SANS DÉLAI Placer une restriction d accès au dessus de la chambre d évacuation du déversoir afin d empêcher le stationnement des véhicules au dessus de ce dernier; Réparer sans délai et de façon temporaire les zones dégradées au niveau des murs gauche et droit de l évacuateur. 7.2 ACTIONS À PRENDRE À COURT TERME (DANS UN DÉLAI DE UN AN) Couper sans déraciner la végétation arbustive des parements amont et aval de la digue en terre. Il est à noter qu un barrage est un ouvrage artificiel qui n est pas sujet aux obligations légales de conservation de la végétation poussant dans l emprise de ce dernier. Pour des questions de sécurité, il est important que toutes les surfaces de ce dernier puissent être en tout temps facilement inspectées; Surveiller les fissures au niveau du mur de béton à l amont de la digue et de l évacuateur. Au besoin, de nouvelles injections pourront être réalisées au niveau du mur de béton pour améliorer sa durabilité; Enlever de façon permanente un maximum de poutrelles (jusqu à 6) afin d augmenter le plus possible la revanche de l ouvrage. Selon nos observations, les deux premières poutrelles pourront être enlevées facilement alors que les poutrelles inférieures sont coincées dans les rainures en mauvais état; Surveiller l évolution de l érosion du terrain de fondation sous les conduites de béton; Réaliser, avec l accord du CEHQ, les études hydrauliques nécessaires pour statuer sur la revanche minimale acceptable pour le barrage; Entreprendre les études de conception (hydraulique et géotechnique) nécessaires pour la reconstruction du déversoir et de la chambre d évacuation ainsi que pour le réaménagement des conduites de béton et le parement aval de la digue. Le réaménagement du parement aval de la digue visera à contrôler les risques d érosion internes tel que discuté à la section 6.1. Enfin, toutes les nouvelles constructions et aménagements devront être conçus de telle sorte que la revanche, entre le niveau maximal du plan d eau et le point bas de la crête, soit conforme avec le règlement sur la sécurité des barrages. Au besoin, les aménagements pourront inclure un rehaussement de la crête du barrage. P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

25 7.3 ACTIONS À PRENDRE À MOYEN TERME (DANS UN DÉLAI DE 5 ANS) Entreprendre les travaux de sécurisation du déversoir et de la chambre d évacuation selon les études hydrauliques et géotechniques réalisés dans le cadre des actions à court terme. 7.4 ACTIVITÉS DE SURVEILLANCE Compte tenu de l état du déversoir, nous recommandons d inspecter cette partie d ouvrage sur une base bimensuelle et après chaque crue jusqu à ce que les travaux recommandés soient effectués. Dans le cadre des activités de surveillance du barrage qui seront réalisés avant la fin des travaux de mise aux normes, il est important de surveiller, entre autres, les désordres observés lors des inspections : Surveiller le comportement du talus aval, les signes d érosion, les déplacements de blocs; Surveiller les zones humides au pied du barrage à l aval. La couleur de l eau, si elle est orange-brune, indique généralement une infiltration de l eau à travers le remblai; Surveiller les fissures et dégradations du béton; Vérifier qu aucun débris n obstrue les conduites ou ne s accumule dans la cheminée d évacuation. Si tel est le cas, les retirer sans délai; Dans le cas où les désordres décrits précédemment présentent un comportement anormal, il est important de demander rapidement l avis d un ingénieur ayant une bonne connaissance de ce type de barrage. Rappelons que les activités de surveillance doivent être poursuivies à raison de : Une visite de reconnaissance tous les ans; Une inspection régulière tous les 5 ans (vaut pour une visite de reconnaissance); Une inspection statutaire tous les 10 ans (vaut pour une inspection régulière). Enfin, la prochaine évaluation de la sécurité du barrage est, d après le règlement sur la sécurité des barrages, à réaliser au plus tard en P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

26 8 DOCUMENTS CONSULTÉS [1] : Carte topographique n 31H , Ministère des Ressources Naturelles et de la Faune [2] : Carte pédologique n 31J01201, Institut de recherche et de développement en agroenvironnement, janvier 2009 [3] : Manuel de conception des ponceaux, Ministère des Transports du Québec, [4] : Courbes d intensité-durée-fréquence de la station de Sainte-Agathe-des-Monts n , Environnement Canada, avril 2009 [5] : Inspection statutaire du lac Quenouille, BES, 2006 [6] : Lac Quenouille, Université de Montréal, octobre 2010 [7] : Carte de compilation de la géologie du Quaternaire, 31J01, Gouvernement du Québec, Ministère des Ressources Naturelles et de la Faune, région de Ste-Agathe des Monts, échelle 1 : , Numéro DP 551, publiée en 1977; [8] : Carte géologique du Québec, DV , produite par le Gouvernement du Québec, ministère des Ressources Naturelles et de la Faune, échelle 1 : , publiée en [9] : Devis technique d HydroQuébec, Investigation du béton critère de caractérisation et déclencheurs de réfection, A. Prézeau, 2000 [10] : Guide to Bridge Hydraulics, Association du Transport Canadien, 2004 [11] : Zones de séismicité, sud du Québec, CEHQ, 2002 P ÉTUDE DE SÉCURITÉ DU B ARRAGE X

27 Annexe 1 Plans et coupes du barrage

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31 Annexe 2 Photographies

32 Photographie 2 : Évacuateur vu depuis le lac Photographie 3 : Déversoir de l évacuateur vu depuis la conduite d évacuation 27

33 Photographie 4 : Dégradation du mur droit de l évacuateur Photographie 5 : Fissuration du mur gauche de l évacuateur 28

34 Photographie 6 6 : Espacement entre deux sections de béton d une conduite d évacuation Photographie 7 7 : Espace vide entre les deux conduites d évacuation vue globale 29

35 Photographie 8 8 : Espace vide entre les deux conduites d évacuation vue serrée Photographie 9 : Dégradation du mur gauche des conduites d évacuation 30

36 Photographie 10 : Dégradation du mur droit des conduites d évacuation Photographie 11 : Dépôt ocre à l aval et au pied de la digue en terre 31

37 Photographie 12 : Présence d arbres et d arbustes sur les parements à l amont et à l aval de la digue Interdire le stationnement 32

38 Annexe 3 Découpage des bassins versants

39 Figure 7 : Découpage des bassins versants (BV) Surface BV à l aval du barrage = 2,0 km² Surface BV rivière Archambault à la confluence ~ 59 km² Surface BV au barrage = 15,6 km² 34

40 Annexe 4 Carte pédologique, feuillet 31H130201

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42 Annexe 5 Courbes IDF de la station de Sainte- Agathe-des-Monts n

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44 Annexe 6 Carte bathymétrique du lac Quenouille

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46 Annexe 7 Profils en long des lignes d eau calculées pour la propagation de l ONR

47 Figure 8 : Profil en long des lignes d eau calculées dans le cours d eau à l aval du barrage 394 Legend Confluence avec la rivière Archambault WS Q1000+ONR WS Q100+ONR WS Q1000 WS Q Ground Elevation (m) Pied du barrage Main Channel Distance (m) 42

48 Annexe 8 Zones de séismicité sud du Québec

49 80 W 78 W 76 W 74 W 72 W 70 W 68 W 66 W 64 W 62 W 60 W 58 W Baie James 52 N 52 N N 50 N Havre-Saint-Pierre Sept-Îles Chibougamau 1 Rouyn-Noranda 2 3 Chicoutimi 2 2 Baie-Comeau Fleuve Saint-Laurent 4 Matane Gaspé 48 N 48 N 3 Hull 4 Montréal La Tuque Trois-Rivières 2 4 Sherbrooke Québec 5 Saint-Georges Rivière-du-Loup Source : Ressources naturellles Canada, Commission géologique Carte de base : BDGA (fond cartographique), 1 : , MER, 2000 Projection : Lambert NAD83 46 N 46 N Carte numérique produite par : Centre d'expertise hydrique du Québec Cartographie numérique : Frédéric Côté, géographe. Janvier 2002 Océan Atlantique 78 W 76 W 74 W 72 W 70 W 68 W 66 W km 64 W 62 W 60 W

50 Annexe 9 Sommaire du plan de gestion des eaux

51 Conformément à l article 33 du règlement sur la sécurité des barrages, ce sommaire comprend les renseignements indiqués aux paragraphes 2 à 5 et 8 du second alinéa de l article 30, qui définit le contenu du plan de gestion des eaux, ainsi qu un résumé des descriptions visées aux paragraphes 9 et 10 de cette même disposition : Paragraphe 2 : les contraintes d exploitation. La contrainte d exploitation du barrage du lac Quenouille est de modifier la cote du seuil d évacuation selon la période de l année ; abaissement de deux (2) poutrelles (soit 20 cm) à la fin de l été et relèvement au début de l été. Paragraphe 3 : le niveau maximal d exploitation : 396,82 m. Paragraphe 4 : le débit et le niveau correspondant à la crue de sécurité. Au passage de la crue centennale, le seuil est supposé à sa cote basse et le niveau maximal atteint est de 396,82 m pour un débit de pointe généré par le bassin versant de 6,1 m³/s. Le débit maximal évacué lors de cette crue est de 0,6 m³/s. Paragraphe 5 : le point bas du barrage : 397,40 m. Paragraphe 8 : les seuils d inondation en amont et en aval. Le seuil d inondation à l amont est le point bas du barrage, 397,40 m, et les seuils d inondation à l aval sont deux chemins de terre et 9 habitations. Leurs seuils d inondations sont donnés au tableau 3 page 15. Paragraphe 9 : la description des mesures de gestion des eaux retenues. Les mesures de gestion peuvent s appliquer en cas de risque de rupture du barrage. Le responsable de la sécurité peut dans ce cas contacter les responsables de la sécurité civile. Paragraphe 10 : stratégie de communication des risques L étude d évaluation de la sécurité du barrage est transmise par les propriétaires au Centre d Expertise Hydrique du Québec. 46