Chapitre II AMENAGEMENTS HYDRAULIQUES

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1 Chapitre II AMENAGEMENTS HYDRAULIQUES II.1 DEFINITION Les aménagements hydrauliques (barrages) sont destinés { stocker de l eau dans un réservoir (retenue), pour cette eau est restituée par les utilisateurs. Ce sont des investissements onéreux, délicat du point de vue de conception, de leur réalisation et de leur exploitation. En effet, la ruine de plusieurs barrages { travers l histoire c est traduit par des catastrophes, pour la plupart nationales (voir tableau n 1). Il est bien évident à travers ce constat, que ce type d aménagement hydraulique n est pas un ouvrage de "confection" mais toujours un ouvrage sur "mesure" de projection. Dans ce cas ; de tels projet font appel à plusieurs ingénieurs de disciplines techniques divers. Tableau N 1 : Liste des catastrophes de barrages (source : Barrages Date de rupture Hauteur (m) Volume Retenue (hm 3 ) Nombre de victimes Ferggoug (Algérie) Panshet (Inde) Sempor (Indonésie) Vega de Terra (Espagne) ,3 140 Walnut Grove (Etat Unis) South Fork (Etat Unis) Khadakwasla (Inde) II.2 BUT On peut énumérer les divers buts d utilisation d un barrage que l on peut retrouver associé dans un même ouvrage : a) Protection contre les crues b) Alimentation en Eau potable (après traitement) c) Irrigation : d) Production de l énergie électrique e) Besoins industriels : Exemple l usine sidérurgique d EL Hadjar f) Autres besoins : 1. Dilution des eaux usées 2. Recharge des nappes artificielles 3. Protection contre le charriage et l envasement 4. Pisciculture 1

2 II.3- COMPOSITION D UN AMENAGEMENT HYDRAULIQUE (BARRAGE EN MATERIAUX LOCAUX) Les principaux ouvrages d un aménagement hydraulique, sont : La digue L évacuateur de crues : Les ouvrages de prises d eau pour l exploitation du barrage L ouvrage de vidange de fond pour la chasse des vases et les vidanges de barrage Ce sont les ouvrages apparents qui constituent le barrage. Il ne faut pas oublier d autres éléments importants qu on ne distingue pas { première vue : Les galeries d amené d eau et d évacuations Le réseau de drainage Les galeries de visite et de contrôles Les éléments de contrôle : repères topographiques, piézomètres, jauges de contraintes, pendules, cellules de mesures de pression inertielles. L évacuateur de crues, les ouvrages de prise et de vidange de fond constituent les ouvrages annexes (figure 1). Associé à ces ouvrages permanents des ouvrages temporaires : tels que les batardeaux amont, aval et la dérivation provisoire destinée à dériver les eaux pendant la construction du barrage 1- Ouvrage de vidange 2- Digue 3- Evacuateur de crues à entonnement frontal Figure 1 : Aménagement Hydraulique 2

3 II.4- CONDITIONS DE PROJECTION D UN BARRAGE RESERVOIR (RETENUE) Un barrage réservoir, doit être projeté sur un site remplissant les conditions suivantes : Une topographie caractérisée par un resserrement de la vallée et cuvette (réservoir) de grande capacité par rapport au volume de la digue. A cet effet, on introduit la notion d efficacité de la cuvette { l aide du rapport définie comme suit : C Capacité du réservoir R V Volume de la digue (barrage) (II.1) On admet que pour des retenues collinaires on accorde un coefficient R compris entre 3 à 10. Pour un barrage ce rapport peut être supérieur à 12. des apports liquides satisfaisants une cuvette et des rives étanches un sol de fondation et des appuis de bonne qualité un coût justifiable de manière économique L ensemble de ces conditions sont dictées par les études basées sur les principaux éléments topographie du site du barrage hydrologie du bassin versant aspects géologiques et géotechniques du site et l exploration de la zone d emprunt facteurs sociologiques, économiques et d environnement du projet. II.4.1 Facteurs Topographiques A travers les deux schémas (a) et (b), que pour les mêmes hauteurs h et longueurs l, les volumes d eau stockées sont très différents (Figure 2). Figures 2: Variantes de cuvettes de barrage 3

4 II.4.2 Implantation du barrage L implantation de l axe de la digue d un barrage est à examiner en prêtant une attention particulière aux choix de l axe de la digue. En effet, un déplacement de quelques mètres peut avoir des conséquences non négligeables sur le volume des matériaux à mettre en place. Pour répondre à toutes ces questions de coutume, on utilise certains rapports de comparaison des barrages entre eux, au stade préliminaire de l étude. Ce rapport caractérise l efficacité qu emmagasine un mètre cube pour le volume de matériaux employé. II.4.3 Courbes de remplissage des réservoirs (cuvettes) C est une courbe très importante dans la mesure où elle représente correctement de la topographie du site. Cette courbe possède deux limites : D une part, la limite supérieure constituée par la côte de retenue normale D autre part, la limite inferieure, limite de la réserve, destinée { l accumulation du volume des sédiments (volume mort) On remarque qu une variation de hauteur h entraîne une variation du volume V, telle que : V= S*h S : étant l air du plan d eau { la cote h. La courbe de remplissage a une allure parabolique car S va toujours en croissant quand on s élève sur les rives : les rives s évasent et le plan d eau s allonge de plus en plus vers l amont dans la vallée. Pour cette raison on peut écrire que (figure 3) : V=µ* h 2 Figures 3: Courbe de remplissage V= f(h) 4

5 Le coefficient 0,03 µ 0,07 selon le type de la vallée pour des vallées en V ; µ=0,03 et pour des vallées larges en U ; µ=0,07. II.4.4 Facteurs hydrologiques a)- Remplissage du réservoir : Il ne suffit pas d avoir une bonne cuvette topographique pour avoir un bon barrageencore faut-il s assurer qu elle pourra être régulièrement remplie et garantir ainsi le soutirage d un débit régulier. Le barrage peut stocker les eaux de crues de l année pour les restituer aux moments où les besoins sont importants, en été particulièrement. Dans ce contexte, on introduit la notion de calcul de régularisation annuelle et la régularisation sur plusieurs années (interannuelle). Pour répondre aux questions posées, il est indispensable d avoir une connaissance parfaite autant que possible du bassin versant, et des caractéristiques hydrologiques du cours d eau, qui se résume comme suit : Apports annuels- débit moyen annuel Irrégularité du débit annuel moyen et mensuel Hydrogramme des crues en fonction des fréquences des crues (décennale, centennale,. etc.) Apports solides b)- Besoins en eau Le dimensionnement du barrage et son exploitation sont commandés par l importance des besoins { l aval, de leur nature et de leurs variations dans le temps. Il faut donc, faire au niveau préalable des études, faire une étude d estimation précise des besoins dont la satisfaction nécessite la création du barrage. Leurs variations dans l année sont à connaître avec précision. L alimentation en eau potable nécessite un débit de soutirage régulier au cours de l année. C est différent pour un périmètre d irrigation. La confrontation des apports et des besoins permet de déterminer la capacité et la hauteur de la digue (barrage). On appelle débit régularisé (80% du débit moyen), le débit distribuable ou garantie 9années sur 10 ; la deuxième année, on aurait 90 chances sur 100 d obtenir 90% de ce débit régularisé. c)- Evaporation des eaux d un barrage Les pertes par évaporation peuvent être très importantes et on doit apporter à ce facteur toute l attention voulue pour éviter de sérieux problèmes (non seulement dû { la perte d eau mais également { l augmentation de la salinité qui peut en résulter). Dans certaines régions, l évaporation peut atteindre 2000 mm/an. 5

6 En effet, le barrage de Djorf Torba sur l oued Ghir la hauteur du barrage a été limitée à 36 m au dessus des fondations à cause de "l autophage", c'est-à-dire au-del{ d une certaine cote tout les apports supplémentaires auraient disparu par évaporation d)- Alluvionnement et envasement d un barrage La perte de capacité par alluvionnement et envasement est souvent importante particulièrement dans notre pays. Il est important donc de bien estimer les apports solides des cours d eau. Généralement les dépôts solides se répartissent en matériaux grossiers, charriés au fond du lit et d éléments fins transportés en suspension. Les matériaux grossiers se déposent { l amont de la retenue et forment un delta. Les matériaux fins (sables et argiles) se décantent au fond du réservoir et général contre la digue (Oued Fodda : 22,6 Mm 3 ). X.4.5 Facteurs géologiques et géotechniques a) Travaux de reconnaissance L étude géotechnique s appuie sur des travaux de reconnaissances pour déterminer la topographie du site, la nature du terrain, structure, son degré d altération (failles, diaclases) et ses caractéristiques mécaniques. Les divers moyens employés sont ci-après : 1- Décapage et réalisation de fouilles de la zone d implantation de la digue 2- Sondage mécanique avec des prises d échantillons { des profondeurs de plusieurs dizaines de mètres. 3- Compagne de reconnaissance géophysique 4- Etude mécanique du sol des zones d emprunt b) Mesures des caractéristiques physiques du sol : Perméabilité : Selon la loi Darcy pour des sols non rocheux (V= k i), à ce sujet on peut réaliser deux types d essai qui sont : Essai LEFRANC pour les sols meubles de perméabilités (k 10-5 m/s), on pompe dans une cavité à débit constant q sous charge constante h (régime permanent) : q = C. k. h (II.2) avec : q K C.h La précision de l essai est au mieux de l ordre de 50 %. Cet essai permet de déterminer un coefficient de perméabilité locale. 6

7 -Essai LUGEON : Essai réalisé dans des terrains du substratum. Cet essai correspond à une mesure de la capacité d absorption d eau par les fissures, ou micro fissures d un terrain et non à une perméabilité au sens hydraulique du terme. Les valeurs obtenues permettent de caractériser l évolution des fissures sur toute une longueur d un sondage. 7