Les barrages - GEOLOGIE RANDONNEURS · - Ouvrages annexes - destination de la retenue - Analyse des risques - Risque sismique - Risque effondrement de terrain - Risque onde de submersion

Les barrages

Barrage de Monteynard sur le Drac

MM/10 / 02 / 2016

Plan

Un barrage comment ca marche

barrages en béton

barrages en terre

Des barrages remarquables

Usines associées

Surveillance

Sécurité et ruine des barrages

Un barrage, comment ca marche….?

Equilibre statiqueLe poids P du barrageLa poussée R de l’eauLa force F des sous pressions

BAP

R

Stabilité pour les barrages poids

2 dispositions constructives majeures: - le voile d’étanchéité- le drainage

Problème des sous pressionsEn A = pression hydrostatiqueEn B = p atmosphérique

Condition de non renversementExprime que le barrage ne peut pas basculer autour de l’arête BFruit = environ 0,7

Condition de non glissementExprime que la composante horizontale des forces est inférieure à la force de frottement. Attention: séricite ( Malpasset )

Equilibre dynamique Failles

F

3 éléments de contrôle fondamentaux:- contrôle des débits de fuite- contrôle des pressions- contrôles topographiques

Cas concret

Galerie de visite

Grande Dixence: h = 284 m, e base = 200m, v matériaux = 6 M m3, lc ( longueur crête) = 750 mfruit = 0,7

Génissiat: h = 104m, e b = 57m, v m = 0,4 M m3, lc = 140 m

Barrages poids remarquables en béton

Malpasset: un barrage voûte ultra mince

F

F1

F2

Conditions d’équilibreforce principale: poussée de l’eau sur la coque.

Résultante des forces- inférieure à la résistance du béton- si aval éventrement- si amont fermeture comme un livre

Passe par l’ intérieur de la coque.

Le calcul des barrages est extrêmement complexe.

A Malpasset : pas de voile d’étanchéité ni de drainageDispositions mal connues à l’époque

?

1, 2 m

h=60m

e= 6,8 m

.

Les barrages en terre

Les barrages en terre sont solides mais ils ont leurs faiblesses

Marge de sécurité

Enrochements pour éviter le batillage

Cote d’exploitation plus basse que la cote max

Evacuateur largement dimensionné

Voile d’étanchéité Drainage du masque

effet de renardsubmersion.

Ligne de saturation

Le barrage Teton était un barrage en remblai construit sur la rivière Téton, au sud-est de l‘Idaho, aux Etats Unis . Rupture catastrophique lors de sa mise en eaux, le 5 juin 1976.

Risques des barrages en terre.

Renards: risque principalsi résurgence érosion régressive aval barrage en danger

Le masque d’étanchéité est en argile malaxée, humidifiée et compactée.Il descend à 60 mètres sous le radier, hauteur totale environ 200 m pour une largeur max ~ de 50 m.

Construction d’un grand barrage en terre: Serre Ponçon

Euclid, 30 m3, 500 cv

h = 284 m

Barrage de la Grande Dixence ( Valais, Suisse )

Grande Dixence, 2365 m altitude, barrage poids le + haut du monde, >100 km de galeries d’amenée, 32 km de galeries de surveillance, la plus haute chute d’eau, (1 880 mètres), la plus grande puissance par turbine Pelton (400 MW)

Le barrage des Mesches

Plus haut barrage des Alpes Maritimes, Dans la Roya, au confluent de l’Inferno et du Casterino

Altitude: 1369mDate: 1917, construit par les ItaliensHauteur: 77mCapacité: 1,3 M m3

Alimente la centrale de St Dalmas de TendeChute: 720 mPuissance: 6, 4 Mw

On remarquera un fruit assez prononcé pour un barrage en maçonnerie .

Cela induit une surveillance très rigoureuse et très complète de l’ensemble du barrage.

Schéma type d’ une centrale hydroélectrique

Usine marémotrice de La Rance

Groupe bulbe type La RancePuissance 10 MW, 230 m3/s max.

Barrages de basse chute: turbine kaplan

Aménagement d’Ottarsheim sur le Rhin

Turbine Kaplan

Basse chute.

La section d’ entrée est plus

grande que la section de sortie,

donc l’ eau accélère.

Force perpendiculaire à la

surface de la pale.

mise en rotation

c’est une turbine à réaction

pales pouvant atteindre

dimensions énormes.

C’ est une turbine à

réaction

Sens de rotation ?

Barrage de Bort les Orgues sur la Dordogne

Roue Francis

Exemple d’ un

aménagement

complexe de très

haute chute.

Pragnères

Pyrénées

Hauteur de

chute: 1100m.

4 barrages

40 km de

galeries

Débit équipé: 19

m3/s

2 x 80 MW.

V tangentielle = fonction hauteur de chute

Energie cinétique = fonction de la vitesse

Profil de la roue: permet de transmettre la totalité de l’ énergie à la roue

eau retombe en pluie dans le déchaugeur

Turbine Pelton turbine à action

Roue peltonUtilise l’ énergie cinétique de l’ eau

turbine à action

Tollah = 88 m, e base = 14m

GageH= 47m, eb = 3, e crête = 1’3

Malpasseth = 60, e base = 14 m

Vajont h = 266 m, e base = 23 m, e crête 3,4m vm = 360 000 m3Un glissement de terrain de 260 000m3 dans la retenue à l’amont a provoqué une vague de 150m de haut qui a submergé le barrage.Le barrage a résisté. 2000 morts.Contexte de gestion de l’ouvrage.

Barrages voûte remarquables

Barrage du Gage sur la Loire ( Cévennes) .

Barrage expérimental ultra mince.

Superbe barrage voûte ( Barrage de Castillon )

Barrage de Roseland, usine de La Bathie

Barrage d’AssouanHauteur: 111 mBarrage en terreVolume : 170 milliards de m3Longueur: 550 kmLargeur max : 35 kmEpaisseur à la base: 980mEpaisseur au sommet: 40 mPuissance installée: 2100 mw

Chine, Yang Tsé, 3 GorgesH = 100 m L = 2300 m, 40 milliard/m3Puissance: 22.500 MwDébit de crue: 100 000m3/s

Exploitation: les crues

Barrage du Téton ( USA )

Ruine des barrages

Barrage de Malpasset: 460 morts

Barrage du Vajon

Coulée de 270 millions de m3 de terre

Vague de 200m qui submerge le barrage

2000 morts dans la vallée

Le barrage a résisté.

Barrage de Bouzey dans les Vosges.1895, 86 morts

Extrait du jugement.

Là encore, tout le monde fut acquitté sauf l’ingénieur local accusé d’avoir donné l’alerte et avoir ainsi contredit l’avis de ses chefs.

Risque = probabilité d’aléas * vulnérabilitéAléas: incident ou accident redoutéVulnérabilité: conséquences de l’aléas ( humaines, matériel etc )

Malpasset: - probabilité d’aléas maximum ( voir détails de la chaîne de dysfonctionnements )- vulnérabilité maximum ( Ville de Fréjus juste à l’aval )

le risque était maximum

Le barrage de St Cassien- fourniture d’énergie électrique- réserve d’eau domestique et agricole- capacité d’écrêter les crues du Biançon.

Risques des barrages

-Il fait l’objet d’un Plan Particulier d’Intervention ( PPI , décembre 2005).- Présentations du site de St Cassien

- géologie- gestion de l’ouvrage- Caractéristiques- Fondations- Ouvrages annexes- destination de la retenue

- Analyse des risques- Risque sismique- Risque effondrement de terrain- Risque onde de submersion

- Surveillance- implantation local de surveillance- éclairage du barrage- régime de surveillance

- Moyens de transmission de l’alerte- sirènes- liaisons spécialisées

- Populations concernées

Dispositif de surveillance d’un grand barrage ( Vouglans )

Type: voûte pureh = 103 me = 23 et 6 m425 Mm3264 Mw

Surveillance des barrages

Mesure des fuites Contraintes du béton Piézométrie Mouvements

de l’ ouvrage

Vers l’organisme

de surveillance

Causes de rupture de barrages.

Causes externeseffondrement de terrain , tremblements de terrecrue exceptionnelle

Causes internesconsécutives à la nature de construction

barrages poids: sous pressionsbarrages terre: submersion par une crue,

renards, affouillements

barrages voûte: rupture d’appui défaut de suivit et de surveillance

Surveillance des barragesDrainage et piezométrieMouvements et déplacements topographie, pendules, Contraintes: témoins sonores,

Surveillance à la constructionSuivit du remplissage

vérifier à tout moment si les contraintes réelles correspondent aux calculs.

Moyens de maîtriser la montée du plan d’eau, système de vannes capable d’évacuer le débit de crue ce qui n’existait pas à Malpasset.

Ruptures de barrages:Environ 40 000 barrages dans le monde. 144 ruptures depuis les années 1800,

- Malpasset, 1959: 1er remplissage, sous pressions- Teton, 1976: 1er remplissage, renard- Vajont, 1976: glissement de terrain ( 260 Mm3, vague de 150 m )- Bouzey, 1895, affouillements

Le barrage du Vajont

Le désastre du barrage de Vaiont est un exemple classique des conséquences due à un manque d’études de la

part des ingénieurs et géologues pour comprendre la nature du problème qu’ils traitaient.

Pendant le remplissage du barrage, une coulée d’environ 270 millions de m3 de terre s’est détachée du flanc de

montagne vers le lac à la vitesse approximative de 110km/h. En conséquence, une vague s’éleva de plus de 250

m au-dessus de la hauteur du barrage et se déversa sur la vallée en causant la mort de plus de 2000 personnes.

Le barrage résista remarquablement (il n’est pas cassé) aux flots.

Vaiont est situé au sud-est des Alpes italiennes à environ 100 km de Venise. Le choix du site de construction

s’est fait dans les années 1920 et la construction elle-même a commencé en 1956. Il était alors le plus haut

barrage en voûte de faible épaisseur. Sa hauteur est de 265 m et il contient 115 m3 d’eau.

Il est apparu durant la construction que la rive gauche était instable. Des études ont ensuite révélé qu’il existait

une butée qui servait de frein à la coulée et des études sismiques ont suggéré que la roche possédait un

module d’élasticité élevée. En conséquence, des coulées étaient considérées comme probables avec des

volumes et des vitesses faibles.

Le remplissage du barrage a débuté avant la fin complète des travaux (en septembre 1960) et en mars 1960, le

niveau d’eau atteignait déjà 130 m quand un petit détachement se produisit. Le remplissage fut poursuivit

jusqu’à 170 m où le taux de déplacement observé à rapidement augmenté à 3.5 cm par jour. Une zone de 1700

m de long sur 1000 m de large était mobilisée. Le niveau du barrage fut rabaissé à 135 m et les déplacements

mesurés diminuèrent à 1 mm par jour.

Il paraissait inespéré d’arrêter la coulée. Cependant le contrôle de la coulée pouvait être tenté en variant le

niveau du lac. Ainsi du début octobre 1961 à février 1962, le niveau fut augmenté lentement jusqu’à 185 m puis

à 235 m en novembre 1962. Au début les déplacements étaient faibles mais atteignirent 1.2 cm par jour. Le

niveau fut donc rabaissé lentement à 185 m en 4 mois et les déplacements diminuèrent. Après ce succès, les

ingénieurs de procéder à une nouvelle augmentation. Elle fut rapide, d’avril à mai 1963 pour 231 m puis 245 m

en septembre. Des déplacements importants furent alors mesurés (3.5 cm par jour) donc le niveau fut rabaissé.

Mais cette fois-ci les déplacements se sont accentués jusqu’à 20 cm par jour en octobre.

La rupture eut lieu à 22h38 GMT le 9 octobre 1963. La quasi totalité de la masse prévue a glissé à la vitesse de

30 m/s.

Depuis la coulée, d’importants travaux ont été entreprit pour déterminer les causes. C’est vraisemblablement

l’augmentation du niveau de l’eau qui a induit une surpression interstitielle dans les couches d’argile.