Construction d’un barrage mobile

La construction ou la rénovation d’un barrage mobile est complexe car elle fait entrer en jeu de nombreux paramètres : choix de l’implantation, respect des normes environnementales, respect des riverains, phasage des travaux, …

2.11.1 Choix de l’implantation

En général, plusieurs implantations peuvent être envisagées selon le site. En cas de remplacement du barrage ancien par un nouvel ouvrage proche, il faut veiller, pour l’implantation de l’ouvrage et le déroulement des travaux, à l’interférence qui se produira entre les phases de chantier, les déplacements du matériel et des hommes, et l’exploitation du barrage ancien (qui doit continuer à réguler le niveau tant que le nouvel ouvrage n’est pas mis en service). L’interférence provient à la fois de la modification des écoulements dus à la présence des batardeaux qui complique la gestion de l’ouvrage ancien, voire la rend impossible, de la réduction des espaces nécessaires aux manœuvres et de l’entretien.

En résumé les aspects à prendre en compte sont :

- Débit, nombre de passes, débouché hydraulique, … (études hydrauliques) - Possibilité (et pertinence) d’installer une centrale hydroélectrique

- Implantation d’une échelle à poissons et d’un tapis à anguilles - Accessibilité, emplacement zone de chantier

- Durée du chantier

- Zonées protégées (Natura 2000), déboisement éventuel - Maintien de la navigation

- Impacts sur les riverains (nuisances, expropriations, …) - Construction route, chemin de halage, pont

- Interférences avec autres cours d’eau (sédiments, …) - Intégration paysagère

- Place disponible

Dans le cas où le barrage est accolé à l’écluse, le barrage doit se situer entre les têtes des écluses et ne peut bénéficier de l’implantation initiale de celui qu’il va remplacer. La reconstruction d’un tel barrage exige en général la reprise du bajoyer sur toute sa longueur. La

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-81 réalisation des fondations du nouveau barrage nécessite souvent un terrassement à une cote inférieure à celle du radier du bajoyer : la stabilité pendant les travaux doit être vérifiée particulièrement ; l’infiltration possible ou le manque d’étanchéité doivent également être appréciés. Le mode de construction et de liaison des ouvrages (culée du barrage-bajoyer) s’avère souvent délicat. Il est possible d’envisager une implantation en aval mais, dans la majorité des cas, cette solution nécessite la construction d’une digue de raccordement servant d’estacade en aval, ce qui augmente le coût de la reconstruction.

Dans le cas où on reconstruit un barrage isolé, trois opportunités s’offrent au maître d’ouvrage.

- Reconstruction en amont du radier existant

L’implantation se fait en amont du barrage existant. On peut à la limite utiliser le radier de l’ancien barrage comme nouveau après-radier, avec une liaison en enrochements entre les deux ouvrages Si le barrage est reconstruit proche de l’ancien, une zone de courants traversiers va apparaître entre batardeau et barrage ancien avec les risques que cela comprend (affouillements, difficulté de manœuvre du barrage toujours en service)

- Reconstruction à l’aval de l’ancien barrage

Cette solution est tout à fait envisageable si la topographie des lieux le permet. Toutefois, si on reconstruit le barrage à l’aval immédiat de l’ancien, cela présente quelques inconvénients. Cette façon de procéder suppose que l’économie réside dans l’utilisation du barrage actuel comme batardeau amont ; Outre le fait qu’il convient de s’assurer qu’il peut en être ainsi (car l’ancien barrage n’a pas été conçu dans une optique de batardage), la vétusté de l’ouvrage doit être examinée attentivement. Un autre inconvénient réside dans l’existence d’enrochement en aval-radier installés pour stabiliser le processus d’érosion, qu’il convient d’enlever sans pour autant être certain d’avoir à tout enlever. Le batardeau installé dans le remous de la chute est violemment sollicité.

- Reconstruction sur le barrage existant

Cette technique peut s’envisager, dans le cas notamment d’un simple changement de bouchure. Il faut néanmoins vérifier que cela reste possible : souvent, le génie civil a été conçu pour le type de bouchure ancienne et il est rare de pouvoir le modifier de façon substantielle. Le problème se posera vraisemblablement pour la résistance des piles et les raccordements entre ouvrages anciens et nouveaux.

2.11.2 Phasage des travaux

Les travaux relatifs à la construction d’un barrage mobile ne peuvent pas s’exécuter tout au long de l’année. En effet, lorsque les débits sont trop importants (période allant approximativement d’octobre à avril), les travaux sont stoppés. Ils n’ont lieu qu’au printemps

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-82 et en été (même s’il n’est pas exclu qu’une crue survienne en été !), soit environ six mois par an. C’est pourquoi un barrage dont la construction nécessite douze mois de travaux effectifs sera en pratique achevé en deux ans. Cet inconvénient peut être gommé en utilisant des techniques de préfabrication (voir § 2.12).

Pour des raisons de sécurité, les barrages actuels comptent au moins deux passes. Le barrage est donc construit en plusieurs étapes. Dans le cas de deux passes, on en réalisera une, puis l’autre. Si le nombre de passes est plus élevé, il convient de conserver une longueur déversante durant les travaux. Par exemple, si le nouvel ouvrage comprend trois passes de même longueur et qu’on désire en réaliser deux d’une traite, il faut vérifier que l’espace restant (soit le tiers de la rivière) est capable d’absorber le débit.

Nous allons premièrement décrire de façon générale la planification de démolition et de construction Notons que ces deux opérations ne peuvent être effectuées séparément l’une de l’autre puisque nous devons assurer le fonctionnement d’une partie de l’ancien barrage jusqu’à ce que le nouveau soit entièrement opérationnel. Nous allons donc devoir agencer et planifier les différentes étapes de la démolition et de la construction en parallèle.

Par souci de simplicité, considérons la construction d’un barrage constitué de deux pertuis de même longueur, construit à l’aval de l’ancien. La figure 2.75 montre les trois premières étapes.

Etape 1 : Le barrage est donc constitué de deux passes indépendantes. L’entrepreneur ferme et isole une demi largeur de cours d’eau à l’aide d’un batardeau de construction, typiquement un rideau de palplanches. Des pompes fonctionnent en permanence pour évacuer l’eau qui s’infiltre dans la zone de travail. Durant quelques mois, le radier, la culée et la pile centrale sont réalisés, puis la vanne est mise en place.

Etape 2 : La mauvaise saison arrive. Les palplanches sont enlevées. Si elles ont été disposées judicieusement en amont et en aval du radier, elles peuvent être recepées jusqu’à hauteur du radier afin de faire office de parafouilles. Une des deux passes du nouveau barrage est donc déjà construite

Etape 3 : Au retour du printemps, les travaux reprennent, on batarde une moitié de rivière et construit à sec le génie civil restant, puis procède au placement de la seconde vanne et de ses équipements.

Etape 4 : Une fois le système de batardage enlevé, le nouveau barrage est prêt à fonctionner. L’ancien barrage peut dès lors être démoli.

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Figure 2.75 Etapes de construction

2.12 Préfabrication

La préfabrication est un mode de fabrication des éléments hors site c'est-à-dire une réalisation en atelier ou dans un chantier contigu au site ou non (hors d’eau). La préfabrication peut être appliquée à un élément unique ou à plusieurs éléments par la réalisation de gabarit (moule). La période de réalisation peut être soit bien antérieure au début du chantier de construction soit simultanée.

Le lieu de construction peut être :

- en atelier

- dans une fouille proche du site - sur un dock flottant

La structure peut être construite :

- en un élément (barrage entier)

- en plusieurs éléments (découpage longitudinal ou transversal)

Etape 1

Etape 2

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-84 Le transport de la structure (ou éléments de la structure) peut être fait :

- par voie routière

- par voie fluviale (en flottaison ou sur une barge)

En général, on utilise une structure qui sert de coffrage à un béton de remplissage qui assure la résistance structurelle du barrage (poids, résistance aux efforts).

La préfabrication dont on parle ici concerne les ouvrages du génie civil, les organes métalliques étant toujours préfabriqués. Cette solution consiste à construire le barrage partiellement ou totalement sur un site différent, puis à le transporter jusqu'à son emplacement définitif, le mode de transport étant généralement par voie d'eau.

La préfabrication peut être totale ou partielle. Dans le premier cas, aucun travail d'assemblage n'est réalisé sur le site : l'ouvrage une fois installé peut être directement connecté et mis en service. Dans le cas d'une préfabrication partielle, les travaux d'assemblage sont effectués sur place.

On distingue deux modes de mise en place : à sec ou en eau. Dans le cas d'une mise en place à sec, il faut des batardeaux pour assurer l'étanchéité du site. La mise en place peut également se réaliser en eau en immergeant le barrage préfabriqué. On utilise la poussée d'Archimède pour une mise en place lente et par suite très précise. Le barrage est ballasté par de l’eau, du sable ou du béton.

La préfabrication est une technique innovante en soi mais également parce qu'elle utilise d'autres techniques d'innovation comme les nouveaux matériaux pour les barrages (aluminium, béton de fibres,…), les structures flottantes…

Différents modes de préfabrication peuvent être envisagé. Tout d'abord, la préfabrication peut être envisagée à différentes échelles (de la préfabrication par exemple de certains éléments de génie civil comme les piles à la préfabrication globale de la structure).

Le choix du mode de préfabrication dépend principalement des facteurs suivants: - la taille de la rivière;

- la configuration du site;

- les conditions hydrauliques de la rivière; - la place disponible sur le site;

- les accès possibles;

- la présence, dans la région, d'une usine dans laquelle la préfabrication est possible; - les conditions de navigation de la rivière (écluse, pont, profondeur).

a) Matériaux de préfabrication

Acier

L'utilisation de l'acier pour la structure portante (coffrage) est efficace. Cette technique est correctement maîtrisée dans les chantiers navals et les réactions au contact du béton sont bien connues.

L'acier de la structure participe pleinement à la rigidité et à la durabilité. Il n'est en principe pas nécessaire de prévoir d'autres systèmes pour reprendre les efforts (armatures), en revanche des connecteurs doivent être prévus entre l'enveloppe et le béton de remplissage.

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Béton armé

Pour développer une résistance suffisante, la structure doit avoir un poids important ce qui implique un fort tirant d'eau. Cette solution n'est donc possible que si une aire de préfabrication est installée à proximité du site ou si le transport peut s'effectuer en eau profonde.

Aluminium

L'aluminium a l'avantage de permettre la réalisation d'une structure légère, presque trois fois plus légère que l'acier, et par suite de réduire considérablement les problèmes liés aux limitations de tirant d'eau pendant le transport.

L'aluminium sert uniquement aux coffrages et ne participe pas à la reprise des efforts dans la structure. Le matériau de remplissage comme un béton de fibres doit alors reprendre les efforts. L'aluminium a l'avantage d'être caractérisé par un poids spécifique très faible ce qui peut être intéressant dans l'optique de construction préfabriqué amenée par flottaison.

Autres

Il est possible d'envisager d'autres matériaux que l'aluminium pour les coffrages perdus. On peut imaginer une structure à base de résine ou d'autre matériau composite mais le problème de ces nouveaux matériaux est actuellement leur coût.

Le bois peut également être envisagée sous réserve d'étude de faisabilité et d'étude économique. Un des avantages pouvant être mis à profit dans le cas du bois est sa propriété de flotter naturellement sur l’eau.

c) Matériaux de remplissage

Béton

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Figure 2.76 Schéma de remplissage de structure par du béton

Avec une structure en acier, les contraintes liées au transport et à la rigidification de la barge entraînent une quantité d'acier telle qu'il est inutile de rajouter des armatures dans le béton. Le fait de ne pas devoir placer des armatures supplémentaires pendant le bétonnage est un avantage car elle poserait des problèmes d'accessibilité et de sécurité.

Le béton doit être suffisamment maniable pour pouvoir être pompé et remplir la structure sans laisser de poches d’air ou d’eau.

La résistance de la structure étant assurée par le couple acier béton, la mise en place de connecteurs en acier à l'intérieur de la structure est indispensable pour que la structure reprenne correctement les efforts de traction.

Des évents éviteront la formation de poches d'air ou d’eau.

Béton de fibres

Les fibres d’acier sont des fibres rectilignes ou profilées, fabriquées au moyen d’acier. Leur section peut être circulaire, rectangulaire ou en demi-lune. Le béton renforcé de fibres d’acier se définit comme un béton dans lequel on incorpore des fibres d’acier lors du malaxage, de façon à ce que leur répartition dans la matrice de béton soit homogène et leur orientation aléatoire (sauf pour les applications spéciales)6.

Figure 2.77 Plaquette de fibres collées (CSTC Magazine – Automne 2000)

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-87 L’incorporation de fibres au béton, même en proportion limitée, améliore de façon sensible la résistance aux chocs tout en conservant intactes les autres propriétés du béton armé. L’utilisation du béton de fibres s’adapte particulièrement bien à la préfabrication puisqu’elle évite une grande partie des opérations de ferraillage. L’adhérence des fibres au béton est réalisée au mieux en assurant à la fibre une forme ondulée ou crochetée aux deux extrémités. Pour une structure en aluminium, l'enveloppe seule ne permet pas la reprise des efforts de traction. Un remplissage par un béton armé de fibres métalliques mélangées au béton pendant sa fabrication est une solution qui a été étudiée (voir projet de l'Université de Liège7).

La présence de connecteurs est dans ce cas inutile.

Sable

L'emploi de sable est envisageable avec une structure en béton armé. Dans ce cas, la fonction du remplissage est d’ajouter du poids pour lutter contre la poussée d'Archimède et les sous pressions.

d) Découpage

Elément unique

La solution d'un élément unique permet une mise en place plus rapide. Mais un certain nombre de contraintes extérieures peuvent interdire cette solution. Cette solution n'est donc envisageable que dans certains cas:

- la taille du barrage est incompatible avec les contraintes de transport (tailles des écluses, tirant d'eau, tirant d'air, ponts, …);

- il est possible de dévier momentanément la rivière afin de permettre une pose avec un débit quasi nul (un très faible débit d'étiage peut être dévié par un autre bras ou une écluse);

- il est possible d'annuler momentanément le débit par stockage dans un plan d'eau amont ;

- possibilité de barrer la rivière à la navigation.

Découpage transversal

Le découpage transversal partage le barrage en éléments de longueur égale à la longueur du barrage c’est-à-dire la largeur de la rivière. On peut envisager la réalisation de plusieurs éléments préfabriqués compatibles avec les dimensions des écluses, des camions, en prévoyant un découpage transversal. Par contre, si la longueur du barrage est importante, ce principe de découpage a l’inconvénient d’être difficilement transportable.

Le barrage est alors composé de plusieurs éléments assemblés sur site (Figure 2.78).

7 _{Projet de recherches concernant des barrages mobiles préfabriqués en aluminium, Procès verbal (H 50 345),}

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Figure 2.78 Vue séparée des 4 éléments préfabriqués flottants avec les éléments qu’ils transportent durant leur acheminement au site (Projet de l’Université de Liège, 1994)

Découpage longitudinal

En fonction des contraintes extérieures, il est également possible de scinder le barrage en tranches découpées dans le sens amont aval (figure 2.79). Ce découpage est composé d’éléments semblables pour l’ensemble du radier et d’éléments distincts pour les piles. De par leurs plus petites dimensions, ces éléments sont plus facilement transportables que ceux résultant d’un découpage transversal.

Figure 2.79 Exemple pour le barrage de Monthermé, découpage longitudinal (élément d’une pile et élément du radier).

d) Mise en place

A sec

Les fondations sont préparées à sec à l'abri d’un batardeau (généralement en remblais). L'enceinte du batardeau est noyée puis ouverte pour permettre le passage de la structure flottante. Le batardeau est ensuite fermé et vidé par pompage. La structure descend

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-89 progressivement guidée sur ses fondations. Le positionnement peut être très précis car il suffit de réintroduire de l'eau pour mettre la structure en flottaison si on veut ajuster l'ouvrage. Le remplissage de la structure est également effectué à sec. Les batardeaux ne peuvent être enlevés qu'une fois que la structure a atteint un poids minimum.

Dans le cas d’une mise en place à sec, il faut prévoir l’installation en deux parties car il est impossible de barrer totalement la rivière.

En eau

Les fondations sont préparées par des moyens subaquatiques. La barge est amenée puis lestée progressivement. Son guidage doit être précis, généralement à l'aide de câbles fixés sur les berges. Le courant doit être réduit.

Un contrôle du remplissage permet d'assurer l'horizontalité de la descente. S’il y a un courant, même faible, il est plus intéressant de mettre en place la structure avec les bouchures ouvertes. Le principal avantage est d'éviter la construction de batardeaux provisoires. La rapidité de mise en place permet d'obtenir un impact presque nul sur les niveaux de la rivière.

e) Transport

La taille des éléments rend difficile voire impossible le transport par voie terrestre.

Transport assisté

Le transport s'effectue par le moyen d'une autre structure comme un dock flottant (voir exemple du barrage de Denouval) ou un navire.

Ce choix peut être intéressant, par exemple si le site est à côté de la mer et le chantier de fabrication lointain.

Elément autonome

Le barrage supporte la navigation (vagues, vents, courants, gabarit) et possède une bonne manoeuvrabilité. Si la hauteur libre est insuffisante pour le franchissement d'un pont, il est possible de lester temporairement la structure.

Transport minimum

En cas de préfabrication à proximité du site, les problèmes sont moins importants. Un aménagement de chenal peut s'envisager ainsi que de courts arrêts de navigation.

f) Dimensionnement

Les principales contraintes pour le dimensionnement de la structure sont liées au transport. Il faut assurer la flottaison de la structure, sa stabilité et sa rigidité. La préfabrication nécessite donc de renforcer certaines parties d'ouvrage :

ULG – ANAST Prof. P.Rigo (Août 2010) 2-90 - Les éléments de raccord avec les rives qui doivent supporter le terrain

antérieurement à la mise en place de la barge, avant d'être doublés par les piles latérales du barrage.

Fondation À sec

Les fondations sont réalisées hors de l'eau. On peut réaliser un béton de propreté et une dalle de béton pour l'ouvrage. Un système d'injection inclus dans l'ouvrage préfabriqué permet d'assurer la connexion par collage entre les fondations et la barge.

En eau

La structure en flottaison est amenée puis lestée progressivement. Son guidage doit être précis et le courant doit être réduit.

Un contrôle du remplissage permet d'assurer l'horizontalité de la descente. S’il y a un courant, même faible, il est plus intéressant de mettre en place la structure avec les bouchures ouvertes (pour réduire la prise de courant).

Le principal avantage est d'éviter la construction de batardeaux provisoires. La rapidité de mise en place permet d'obtenir un impact presque nul sur les niveaux de la rivière et une réduction des coûts fixes.

Raccordement avec les rives et entre éléments Etanchéité entre éléments

Les injections représentent souvent une bonne solution à condition que des connecteurs aient été prévus pour assurer un bon contact entre le ciment et les parties métalliques.

Entre deux parties métalliques, la soudure sous eau est simple et efficace. On peut également envisager une liaison par membrane étanche, la fixation de la membrane se faisant par plaques et boulons.

On peut également installer des fixations mécaniques par boulons, avec joints.

Dans le document Voies navigables et constructions hydrauliques (Page 101-131)