Généralité sur les barrages
 Chapitre 01 Généralité sur les barrages

Généralité sur les barrages

1.1 Définition
Un barrage est un ouvrage d’Art placé en travers d’un cours d’eau, destiné à retenir et stocker
de l’eau ou à la dériver.
Les techniques de la fin du XIX e et du début du XX e siècle ne permettaient pas l’édification
de retenues de grande capacité. Les premiers barrages ont surtout une fonction de dérivation
d’une partie de l’eau (écrémage) vers une conduite forcée ou un canal d’irrigation.
L’amélioration des techniques et des bétons dans le premier quart du XX e siècle permet
d’envisager la réalisation de retenues plus conséquentes, capables de réguler la production
hydro-électrique.
La géologie (nature des roches sur lesquelles sera édifié le barrage, agrégats extraits sur place)
et la topographie (largeur de la vallée), commande le type de barrage utilisé.
Les barrages forment avec le terrain sur lequel ils sont construits un ensemble indissociable : à
chaque site, un type de barrage, un dimensionnement adapté tant sur le plan technique
qu'économique. C'est pourquoi il n'existe pas de barrage type standard.
De plus, certains sont formés par la juxtaposition de plusieurs structures différentes justifiées
par des caractéristiques de sol de fondation particulières et aussi par des choix économiques
[1].
Les barrages peuvent être classés en deux groupes :
• Les barrages rigides, en béton ou en maçonnerie,
• Les barrages souples, en enrochement ou en terre,
Les premiers font l'objet de nombreuses méthodes de calcul basées sur la résistance des
matériaux et la théorie de l'élasticité notamment.
Les seconds, et surtout les barrages en terre, sont un des principaux champs d'application de la
mécanique des sols [2]


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1.2 Différents types de barrage

1.2.1 Barrage en béton
Les barrages en béton se partages en trois groupes [3] (Figure 1.1)

Figure 1.1 : Les différents types de barrage en béton

Barrage-poids

Les barrages poids en béton sont très proches mécaniquement des barrages en maçonnerie.
Seul le poids en effet résiste, à la poussée hydrostatique, à la poussée des sédiments et aux
sous-pressions. Celles-ci ont une action déstabilisatrice très importante et il conviendra de les
diminuer à l'aide de dispositifs tels que rideaux d'injection et galeries de drainage [7].
Quoi qu'il en soit, le calcul de l'ouvrage, par ailleurs peu complexe, devra les prendre
Soigneusement en compte [2].


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Figure 1.2 : Coupe transversale d’un barrage en béton

Les profils adoptés pour ces ouvrages sont bien souvent un compromis technico-économique
découlant directement de calculs de stabilité.
De plus, nous évitons autant que possible des formes complexes qui entrainent une
augmentation inutile du coût de coffrages [3]. Enfin, pour améliorer l'étanchéité du contact
béton fondation et la résistance au glissement, il sera souvent bénéfique de réaliser une clé
d'ancrage armée [9-10].
Les barrages-poids, de forme massive et triangulaire, résistent à la poussée de l'eau grâce à
leur poids (figure 1.3) [9].

Figure 1.3 : Barrage poids à contreforts de Plan d’Amont (Aussois)


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Barrages à contreforts
Il est constitué (figure 1.4) :
• d’une série de murs parallèles, généralement de forme triangulaire, plus ou moins
épais et plus ou moins espacés (les contreforts);
• D’une bouchure entre les contreforts transmettant à ceux ci la poussée de l’eau. Il est
bien adapté aux vallées larges avec une fondation rocheuse de bonne qualité [6.7].
Dans des vallées plus larges où le barrage-poids supposerait des volumes de béton trop
importants et où le barrage voûte ne serait pas réalisable, nous pensons à construire des
barrages à contreforts, par ailleurs beaucoup moins sensibles aux sous-pressions que le
barrage-poids, mais plus fragiles (figure 1.3).

Figure 1.4 : Différents types de barrages à contreforts

Dans ce type d'ouvrages, l'étanchéité est assurée par le voile en béton arme situé en amont et
la stabilité vis à vis de la poussée de l'eau par les contreforts. II faut noter que la stabilité est
améliorée en donnant un fruit de 0,5 à 1/1 au voile, car la poussée de l'eau comporte alors une
composante verticale dirigée vers le bas. Le voile peut être conçu de plusieurs façons (figure
1.4) [2] :
• Solidaire des contreforts avec parement amont plan. Les diverses sections de voile
sont liées aux contreforts et fonctionnent en consoles courtes ;
• Constitué d'une dalle posée aux extrémités sur les têtes des contreforts. Le voile
travaille en flexion comme une poutre posée sur deux appuis simples aux extrémités ;


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• Solidaire des contreforts avec parement amont cylindrique. Cette disposition massive
facilite la transmission de la poussée au contrefort ;
• Constitue d'une voûte de faible portée et donc de faible épaisseur s'appuyant sur les
contreforts.
• Dalle contreforts continue voute corbeau dalle contreforts suspendue

Figure 1.5 : Barrage à contre fort (Grandval)

Barrage-voûte

Il est généralement en béton dont la forme courbe permet le report des efforts de poussée de
l’eau sur les rives rocheuses de la vallée [3].
Ce type de barrage convient bien lorsque la topographie permet de fermer la vallée par une
forme arquée de longueur réduite (figure 1.2).
Les barrages-voutes sont en effet peu employés pour les retenues de petite hauteur. Les
conditions pour adopter une telle solution sont par ailleurs assez strictes. Nous n’envisageons
en effet la construction d'un barrage-voûte que lorsque la vallée est étroite et rocheuse.
La qualité mécanique de la fondation est à vérifiée scrupuleusement. Sa rigidité doit être
suffisante pour que les arcs trouvent leurs appuis en première approximation, nous devrons
s'assurer que le module de déformation du rocher dépasse 4 ou 5 Gap. Mais elle devra
également ne pas se rompre sous l'effet des contraintes élevées transmises par la voûte.
Le choix d'un barrage-voûte est donc à réserver à des situations géomorphologiques bien
particulières (figure 1.6) [5].
Ce pendant, lorsqu'elles sont réunies, c'est une solution qui peut être économiquement viable
en regard des quantités de matériaux nécessaires à la réalisation d'un ouvrage poids [3].
En autre, face aux incertitudes hydrologiques, ce type de construction supporte bien des
submersions.


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Figure 1.6 : Exemple d’un Barrage voûte (barrage de St-Pierre Cognet)

1.2.2 Les barrages en remblai

Les barrages en remblai se partages en deux groupes (Figure 1.7) [3]

Figure 1.7 : Les différents types de barrage en remblai

Barrage homogène

Le barrage en terre homogène est constitué d’un massif en terre compactée imperméable,
muni d’un dispositif de drains dans sa partie aval et d’une protection mécanique contre l’effet
du batillage dans sa partie amont (figure 1.8) [2-3].


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Figure 1.8 : Barrage homogène

Barrage zoné avec un noyau étanche

Souvent l’hétérogénéité des matériaux disponibles sur place ou leurs caractéristiques

géotechniques ne permettent pas d’envisager une digue homogène étanche (figure 1.9).
D a ns ce cas, une solution couramment adoptée consiste à concevoir un massif en plusieurs
zones, dont chacune est constituée d’un matériau différent suivant le rôle que doit jouer
chaque zone.
La fonction d’étanchéité est assurée par un noyau étanche réalisé en matériau argileux qui
pourra être placé en amont du barrage ou au centre de celui-ci [2].
Les barrages zonés, comme le barrage de Serre-Ponçon (Hautes Alpes h=24 m), sont des
barrages en remblai constitués de plusieurs types des matériaux disposées de façon à assurer
séparément les fonctions de stabilité du barrage et l’étanchéité.
Le découpage du corps du barrage en matériaux différents est appelé zonage. Il permet de
faire de grandes économies dans les volumes mis en œuvre et d’utiliser au mieux les
matériaux disponibles sur le site. Le noyau imperméable est constitué de terres argileuses,
d’argile, de terres caillouteuses ou tout autre matériau terreux comportant une forte proportion
de matériaux fins lui peut avoir recours à des matériaux de substitution tels qu’une paroi
moulée ou bien une superposition de couche de béton bitumineux ou d’asphalte.
Les zones encadrant le noyau imperméable sont en tout venant compacté, elles assurent la
résistance et la stabilité du barrage, en particulier pour le talus amont en cas de vidange rapide
[5].

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Figure 1.9 : Barrage zoné avec un noyau étanche

Barrage à masque amont
Les barrages à masque sont constitués d’un remblai plus ou moins perméable assurant la
stabilité d'ensemble. Un écran imperméable, appelé masque, est mis en place sur le parement
amont de façon à rendre le barrage étanche et lui permettre de retenir l'eau du réservoir (figure
1.10) [2].
Le masque qui constitue l’organe d’étanchéité amont est classiquement réalisé en béton, avec
des produits bitumineux ou encore au moyen d’une géo membrane. Son épaisseur est limitée,
ce qui lui permet de s'adapter aux déformations faibles mais inévitables du massif support (les
géo membranes peuvent même accepter des déformations importantes). La présence du
masque en parement amont présente le double avantage de permettre des réparations en cas de
dégradation du masque, mais aussi d'autoriser des vidanges de retenue très rapides.
L e corps du barrage assurant la stabilité peut être en matériau quelconque pour autant qu'il
soit peu déformable [5]. De nombreux barrages à masque sont réalisés en enrochements. La
qualité du compactage lors de la mise en œuvre du matériau a une grande influence sur les
déformations et tassements ultérieurs [3]. Pour améliorer la sécurité du barrage, il n'est pas
rare de trouver dans les barrages à masque d'autres matériaux fonctionnels.
Un matériau de réglage ou de transition servant de support à l'étanchéité mince et la mettant à
l'abri de tout poinçonnement par des éléments grossiers du massif support ; une cheminée
drainant, un tapis drainant ou les deux pour évacuer les infiltrations éventuelles à travers le
masque; des matériaux de protection soit du parement aval (terre végétale engazonnée,
enrochements, maçonnerie de pierres sèches, soit du masque d'étanchéité comme des dalles de
protection ou des pavés autobloquants mettant l'étanchéité mince à l'abri des agressions
extérieures telles que la glace, les projectiles ou les chutes de blocs.

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Figure 1.10 : Barrage à masque étanche

La réalisation d’un noyau étanche peut présenter des difficultés telles que le manque de
matériaux convenables et la difficulté de mise en œuvre. Nous devrons comparer alors cette
technique à celle d’une digue homogène à masque amont étanche [2].
Le masque amont (Figure 1.11) est une paroi étanche plaquée sur le talus amont du barrage.
Il existe de nombreuses natures de masque étanche telles que le béton de ciment ou le béton
bitumineux, les chapes préfabriquées, les membranes souples.
Le masque amont présente l’avantage de pouvoir être exécuté après l’édification du remblai et
de pouvoir être réparé aisément.

Figure 1.11 : Barrage à masque amont


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La structure de type voûte a été incorporée dans des ouvrages plus complexes conçus pour
répondre à des conditions topographiques particulières. Lorsque la partie haute des rives se
révèle, d’un point de vue topographique ou géotechnique, un peu juste, on réalise une ou deux
culées : il s’agit de massifs pesants, sortes de barrages poids aptes à supporter une partie de la
poussée de la voûte, en plus de la poussée directe de l’eau de la retenue ; on peut aussi
associer une voûte avec une aile à contreforts, comme au barrage de Roselend (France). Le
cas extrême est constitué par le barrage à voûtes multiples , il s’agit d’une juxtaposition de
contreforts, sur la face amont desquels s’appuient des voûtes indépendantes les unes des
autres ; de tels ouvrages, qui ont quelque similitude avec les barrages à contreforts,
s’accommodent bien de vallées larges ; il faut souligner toutefois que leur comportement
complexe est fortement affecté par les conditions extérieures – climatiques et sismiques
notamment ; cela explique en partie la désaffection dont ils sont l’objet.

Barrages à masque amont : Dans les barrages à masque, l’étanchéité est assurée par
un organe placé à la surface du parement amont ; le remblai ne joue plus que le rôle de
support et se trouve, en principe, à l’abri de l’eau de la retenue.

Les masques en béton de ciment : sont constitués d’une dalle mince (30 à 80 cm) de
béton armé, avec très peu de joints ; mieux adaptés aux pentes fortes, et sensibles aux
tassements, ils ne peuvent être posés que sur des remblais en enrochements compactés
et sur des fondations rocheuses ; cette solution connaît actuellement un développement
important dans le monde, pour des ouvrages de toutes hauteurs qui dépassent 200 m.

Les masques en béton bitumineux :sont constitués de deux ou trois couches
d’enrobés compactés, plus riches en bitume (7 à 9 %) que les enrobés routiers, ce qui
leur confère à la fois une bonne étanchéité et une déformabilité contrôlée



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Conclusion
Les barrages en terre sont les seuls qui conviennent à une fondation non rocheuse, ils
présentent l'avantage de pouvoir être adaptés à peu prés à n'importe quelle fondation, et de
pouvoir être réalisés avec une très grande variété de sols.
L'inconvénient majeur des barrages en terre est les infiltrations à travers leurs massifs.
D onc la partie la plus délicate des barrages en terre et en enrochement est l'organe
d'étanchéité. Le choix des organes d'étanchéité est l'un des éléments les plus importants du
processus de conception et de construction d'un barrage en remblai.