Etanchéité des fondations des barrages en terre

Lorsque les fondations du barrage sont imperméables, il suffit d’assurer la liaison entre

le massif du barrage et sa fondation en réalisant un ancrage du dispositif d’étanchéité pour

empêcher les infiltrations suivant la ligne de contact entre le barrage et sa fondation.

Dans le cas où les fondations sont perméables, leur traitement est indispensable pour les

rendre étanches. Ce traitement est fonction de la nature des matériaux les constituant et de

leurs profondeurs.

I.5.3.1 .Clé d’étanchéité :

C’est une tranchée remplie de matériaux assurant l’étanchéité du massif, qui doit recouper

la couche perméable et s’ancrer dans le substratum imperméable Figure (I-12) [5].

Figure. I.12 : Clé d’étanchéité [5].

Cette solution est adaptée lorsque l’épaisseur de la couche imperméable n’est très grande

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 15

I.5.3.2. Paroi moulée :

On appelle paroi moulée un écran vertical construit à partir de la surface des fondations

par excavation sans blindage et rechargé de coulis auto-durcis sable de bentonite avec

ciment ou en béton plastique Figure (I-13).

Cette technique est envisagée dans les terrains meubles etdans les fondations rocheuses

grâce à de nouvelles techniques appelées hydro fraise [5].

Cette technique jeu un rôle principale dans les barrages, elles sont augmenté la stabilité de

barrage et aussi pour les infiltrations.

Figure. I.13 : Paroi moulée [5].

I.5.3.3. Traitement des fondations par injection :

L’injection consiste à faire pénétrer dans un milieu plus au moins perméable un

matériau pompable appelé coulis d’injection. L’injection s’effectue généralement par des

forages réalisés dans le milieu à traiter et a pour but le plus souvent d'en améliorer la

résistance mécanique et de réduire sa perméabilité. Figure (I-14).

Les injections sont utilisables aussi bien dans le cas d’une fondation meuble que dans

celui de massifs rocheux plus ou moins fissurés.

CHAPITRE I Généralités sur les barrages

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 16

Figure. I.14 :Voile d’injection [5].

I.5.3.4 .Tapis d’étanchéité amont :

Lorsque l’étanchéité de la retenue ne peut pas être réalisée par une coupure au droit du

barrage, la solution consiste à étancher la cuvette totalement ou partiellement à l’aide

d’un tapis en matériaux argileux compactés. On peut adjoindre aux matériaux argileux

des produits d’étanchéité, des polymères synthétiques et de la bentonite pour améliorer

son efficacité Figure (1-15).

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 17

I.6. Conclusion :

Dans ce premier chapitre, nous avons mis en évidence les différents aspects des

barrages, leurs formes, ainsi que leurs utilisations, ainsi que les avantages et les inconvénients

de chaque type et enfin nous avons détaillé le type des barrages en terre.

CHAPITRE II Les processus et origines de formation des crues

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 18

II.1. Introduction :

Les crues constituent un des risques principaux affectant la sécurité des barrages où le un

tiers des accidents graves ayant affecté les barrages sont causés par le passage des crues

d’après la commission internationale des grands barrages(CIGB).

Les évacuateurs de crue sont les organes qui permettent le transit des crues à travers le

barrage.

II.2. définitions :

Dans le cas le plus simple, une crue est seulement caractérisée par le débit maximal

déversé depuis l’amont du barrage. Cela implique la pose d’une hypothèse pessimiste.

Ce débit maximal est considéré comme le débit entrant pendant toute la durée de la

crue.

Dans le cas le plus général, une crue est définie par un hydrogramme, qui caractérise

heure par heure le débit entrant en ( / ) [26].

II.3. caractéristiques d’une crue :

Les crues représentent une quantité d'eau "extraordinaire" (au sens étymologique du terme)

qui est transportée (avec ou sans débordement) par un système hydraulique (lacs et cours

d'eau). La notion d'extraordinaire est définie à partir de différentes caractéristiques.

La crue s'identifie et se détermine lorsque le débit (ou la hauteur d'eau) au droit d'une ou de

plusieurs sections spécifiques de la rivière dépasse un seuil donné, en général un quantile

nettement supérieur à la valeur moyenne (75%, 80%, 90%...) [3].

Un hydrogramme de crue n’est pas caractérisé seulement par la valeur de son débit de

pointe mais aussi par la valeur du volume de pointe (partie sombre de l’hydrogramme), ainsi

que saturée.

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 19

Figure II.1 : Caractéristiques d'un hydrogramme de crues [24].

Où :

 Q

_max

: est le débit de pointe ;

 T

_m

: est le temps de montée de la crue;

 T

b

: est le temps de base ;

 T

_c

: est le temps de concentration ;

 A-B : est la courbe de montée de la crue ;

 B-C : est la courbe de décrue ;

 C-D : est la courbe de tarissement ;

 La surface hachurée représente le volume de la crue.

A l’échelle annuelle, il existerait trois types d’hydrogrammes [24]:

 Hydrogramme de type 1 : ce hydrogramme est caractérisé par une seule pointe annuelle

nette ;

 Hydrogramme de type 2 : Ce hydrogramme est caractérisé par deux pointes annuelles

nettes ;

 Hydrogramme de type 3 : C’est un type complexe d’hydrogramme, ou on peut observer

plusieurs pointes annuelles nettes.

CHAPITRE II Les processus et origines de formation des crues

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 20

Les différents paramètres cités plus haut peuvent être définis comme suit :

1. Le débit de pointe : appelé aussi débit maximal d’une crue, il caractérise l’intensité

d’une crue pour une probabilité donnée, c’est un débit instantanée difficile à

déterminer.

2. La durée de la crue : c’est le temps pendant lequel le débit du cours d’eau dépasse

un seuil fixé (débit de base).

3. Le temps de montée de la crue : c’est le temps nécessaire pour atteindre le débit de

pointe, c’est un temps assez rapide.

4. Le temps de base de l’hydrogramme : il comprend le temps de montée et le temps

de décrue, c’est le temps entre le début de la crue jusqu’au retour vers le débit de

base.

5. Le volume de crue : c’est le volume d’eau transitée par un cours d’eau pendant toute

la durée de la crue, il représente l’intégrale de l’hydrogramme de crue.

6. La courbe de montée de la crue : c’est la partie représentée par le segment A-B qui

est l’augmentation du débit, elle est aussi appelée courbe de concentration et

correspond au temps de montée de la crue ;

7. La courbe de décrue : elle représente la diminution progressive de débit et le retour

vers le débit de base [24].

Dans le monde on voir plusieurs catastrophes on donne quelque exemples :

 Les crues des 16 et 17 février 1990 sur l’Ain et le Rhône amont :

Une succession de perturbations océaniques très actives touchent la partie amont du

bassin du Rhône (Savoie, Haute-Savoie, Ain, Isère) et génèrent des précipitations

exceptionnelles février 1990. Les 13 et 14 février, il pleut sans discontinuer sur les

massifs du Jura et des Préalpes. Les périodes de retour des cumuls sur deux jours

(supérieurs à 200 mm en moyenne) dépassent les 30 ans. On enregistre jusqu’à 306

mm en deux jours à la station de Chézery-Forens (01). La crue est aggravée par

l’importante fusion nivale consécutive au redoux brutal qui survient à partir du 14

février.

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 21

Figures II.2 :Inondation de février 1990 sur le haut Rhône : secteur de Bragues, Le Bouchage

(source : CNR).

 Crues cévenoles de septembre 2002 dans le département du Gard :

Figure II.3 : Crue du Vidourle les 8 et 9 septembre 2002 : sur la route de Montpellier à Quissac.

 Crues de l’Argens et de la Nartuby les 15 et 16 juin 2010 :

Figure II.4 :La catastrophe dans le département du Var les 15 et 16 juin 2010 : (a) La Nartuby à

Draguignan (source : Le Figaro) / (b) Inondation de la Basse plaine de l’Argens (source : EMIZDC).

CHAPITRE II Les processus et origines de formation des crues

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 22

II.4. Origine de la formation des crues :

Plusieurs origines des crues sont possibles issues de différentes situations :

II.4.1.Evénements hydrométéorologiques intrinsèques ou combinés :

Précipitations extraordinaires (liquides ou solides) en intensité et/ou en durée. Fonte

extraordinaire de neige ou de glace (due à des températures tout aussi extraordinaires), ou

fonte "normale" mais combinée avec d'autres événements (précipitations).

II.4.2.Embâcle ou débâcle de glace, de matériaux flottants (bois) :

Les crues d'embâcle ou de débâcle de glace sont provoquées par le dégel printanier dans les

régions où les cours d'eau gèlent durant l'hiver. Cette situation est caractéristique des régions

froides comme la Sibérie ou le Canada mais est également possible en Suisse. Le dégel

entraîne la mise en mouvement de blocs de glace qui peuvent s'accumuler au droit d'un

obstacle. La retenue ainsi formée peut entraîner d'une part une élévation du niveau de l'eau à

l'amont et des inondations par débordement. D'autre part, il est possible que la retenue se

rompe brusquement, impliquant une crue brutale [20].

II.5. Typologie des crues :

Nous avons retenu deux sortes de classification pratiques : la première basée sur les

conditions d’écoulement de la crue et la seconde basée sur les évènements générateurs.

II.5.1. Classification selon les conditions d’écoulement :

 Les crues lentes : cette lenteur est à la fois celle de la variation des côtes et débits en un

point donné et celle de la propagation de l’onde de crue. Elles touchent la partie aval des

cours d’eau ou les pentes sont faibles et sont appelées par fois crues de plaine.

 Les crues torrentielles : à l’apposé des précédentes, elles se caractérisent par de fortes

variations de côtes et de débit, avec notamment une croissance des débits en quelques

heures. On distingue :

 Les crues rapides ;

 Les laves.

 Les crues-éclair : provoquées par des précipitations particulièrement intenses, orageuses

et des conditions favorisant le ruissellement et la concentration des volumes précipités,

sont souvent d’autant plus violentes que la taille du bassin versant concerné est limitée.

Parmi ces crues qui ont un temps de montée très court (une à quelque heure), on

distingue [28].

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 23

 Les crues éclair torrentielles ;

 Rouleau ondes ;

 Les crues éclair urbaines ou périurbaines.

II.5.2. Classification selon les évènements générateurs :

 Les crues océaniques : générées par le passage de grandes dépressions en provenance de

l’Atlantique, peuvent survenir de façon isolée (crue simple), mais également par train de

perturbations successives créant des pics multiples en débit (crue double, crue multiples)

et couvrir de très grandes surface.

 Les crues méditerranéennes : peuvent toucher de grands espaces (crues

méditerranéennes extensives) intéressant ou être moins étendues, mais violentes

notamment sur les reliefs (crues cévenoles).Elle sont favorisées par le phénomène de

« goutte froide » qui renforce les instabilités provoquées par les masses d’air froides et

chaudes qui entrent en contact [20].

II.6. Les processus de formation des crues :

Cette section présente un aperçu des principaux processus pouvant être impliqués dans les

crues rapides méditerranéennes.

II.6.1. La pluie :

Les précipitations constituent théoriquement l’unique apport d’eau du bassin versant.

On distingue généralement deux types de précipitations :

 les précipitations stratiformes de faible intensité et longue durée touchant de vastes

étendues,

 les précipitations convectives de forte intensité et faible durée touchant de plus petites

surfaces.

 Contrairement aux précipitations stratiformes, les précipitations convectives sont

caractérisées par une variabilité spatiale et temporelle importante.

II.6.2. Le ruissellement direct :

Etant donnée la rapidité des crues méditerranéennes, un ruissellement direct (ou

ruissellement de surface) sur une grande partie du bassin peut être considéré pour expliquer la

formation de ces crues.

CHAPITRE II Les processus et origines de formation des crues

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 24

Le ruissellement hortonien (Hortonien ou infiltration excess runoff) se produit lorsque

l’intensité de la pluie dépasse la capacité d’infiltration des sols. On parle de saturation par le

haut ou de refus à l’infiltration. Ce type de ruissellement se forme pour des intensités de

pluies importantes et sur des sols imperméables ou très peu perméables.

Le ruissellement hortonien a longtemps été invoqué pour expliquer la formation des crues

rapides méditerranéennes, compte tenu des intensités importantes des précipitations [13].

Figure II.5 : Schéma illustrant la génération du ruissellement par saturation par le haut (Ruissellement

hortonien ou saturation par le bas (ruissellement sur surfaces saturées) [9].

II.7. Période de retour d’une crue:

L’une des plus importantes caractéristiques d’une crue est bien la période de retour. Il est

donc nécessaire de l’introduire dans cette partie du travail. La période de retour notée T est

défini comme étant l’intervalle de temps moyen (figure I-10), entre deux évènements dont

l’intensité a atteint ou a dépassé un seuil donné noté s.

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 25

Figure II.6 : Définition de la période de retour [24].

La période de retour T, est comptée dans une unité de temps arbitraire, dans l’hydrologie,

c’est le plus souvent l’année. Pour un évènement de période de retour T, la probabilité de cet

évènement de se produire chaque année est 1/T [17].

II.8. la modélisation pluie-débit :

II.8.1. définition et objectif d’un modèle pluie-débit :

En hydrologie, un modèle pluie-débit est une représentation mathématique simplifiée

du comportement d’un bassin versant. Il est généralement défini par :

 les variables d’entrée appelées aussi forçages en raison du rôle moteur qu’elles

jouent sur un grand nombre de processus. Il s’agit généralement des chroniques de

pluie et d’évapotranspiration ou de température.

 les variables d’état qui correspondent aux variables internes du système et qui

rendent compte de son état

 les variables de sortie qui représentent la réponse du système. Il s’agit

généralement des débits à l’exutoire mais aussi parfois de la piézométrie ou d’une

autre variable intéressant le modélisateur

 les équations mathématiques qui relient les variables de sortie aux variables

d'entrée et aux variables d'état. Celles-ci permettent de représenter de façon plus ou

CHAPITRE II Les processus et origines de formation des crues

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 26

moins explicite les processus impliqués dans le fonctionnement du bassin versant

étudié.

 les paramètres qui interviennent dans les équations du modèle, et qui représentent

la part non explicitée du fonctionnement du bassin dans ces équations. Ils peuvent

avoir une signification physique ou non. Ils servent à adapter les relations régissant

le modèle au fonctionnement réellement observé.

Un modèle pluie-débit sert à reproduire des débits, données relativement rares, à partir

de données plus facilement disponibles comme les pluies et certaines caractéristiques du

bassin.

La figure II.7 : donne un exemple de modèle pluie-débit très simple. Celui-ci se réduit à

un réservoir unique. La pluie qui pénètre dans le réservoir (variable d’entrée ou forçage) fait varier son

niveau h(t) (variable d’état) qui permet de déterminer le débit Q en sortie duréservoir (variable de sortie) à

travers une loi de vidange. Cette dernière possède un paramètre qui permet d’ajuster la quantité vidangée.

II.8.2. Approches de modélisation :

Il y a deux façons complémentaires d’appréhender la simulation des débits d’un bassin

versant :

1. L’approche ascendante considère le bassin versant dans sa diversité. Le comportement

et les propriétés du bassin versant sont vus comme le résultat du comportement et des

propriétés de l’ensemble des entités qui le composent. La relation pluie-débit est

déterminée par agrégation des lois physiques définies à l’échelle locale. Dans l’idéal, les

paramètres contenus dans ces lois sont mesurables sur le terrain. Les modèles complexes

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 27

issus de cette approche ne nécessitent donc pas de calibration. En pratique, les mesures de

terrain ne permettent pas forcément de déterminer la valeur des paramètres à l’échelle de

la maille du modèle. Les modèles issus de l’approche ascendante doivent donc être

calibrés.

2. L’approche descendante considère le bassin versant comme une unité fonctionnelle. Le

comportement du bassin versant est perçu comme celui d’un système dont la réponse

(sortie) est définie par ses entrées (la pluie sur le bassin versant) et ses états. La relation

pluie-débit est à déterminer a posteriori à partir des observations disponibles. Les

paramètres de la relation ainsi obtenue n’ont donc pas de signification physique a priori et

doivent être estimés par calibration [9].

II.9. Les organes hydrauliques:

II.9.1. Evacuateur de crue :

L’évacuateur de crue est un ouvrage annexe dans les barrages, permettant l'évacuation de

forts débits en cas de crue afin de préserver l'ouvrage.

Les ouvrages supérieurs d’évacuation peuvent être de nature très variée et pour une même

surélévation du plan d’eau permettre des déversements d’importance très diverse.

Le plus simple des ouvrages supérieurs d’évacuation est le déversoir à seuil fixe ; sa

capacité d’évacuation est étroitement liée aux conditions de l’écoulement et à sa forme

géométrique, notamment à son profil longitudinal [18].

Le choix du type de l’évacuateur de crue dépend de plusieurs de facteurs : géologie,

topographie, débit de crue à évacuer, contraintes d’exploitation, économie et paramètres

sécuritaires.

II.9.1.1. choix de l’évacuateur de crue :

Le choix de type d’évacuateur, de son emplacement et son dimensionnement sont des

questions essentielles dans la conception d’un barrage [22].

Le choix d’organes superficiels d’évacuation se ramène à trouver un ouvrage de largeur

réduite capable d’évacuer un gros débit sous un décrément aussi faible que possible.

CHAPITRE II Les processus et origines de formation des crues

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 28

Cette largeur réduite est la conséquence des nécessités économiques, topographiques,…,

imposées par l’ouvrage principal.

Quant au décrément faible, il constitue la condition d’un bon rendement de l’ouvrage

principal. Pour un ouvrage de hauteur donnée, souvent imposée par la topographie du lieu, la

nécessité d’évacuer sous faible décrément, est un facteur primordial si l’on veut perdre les

volumes d’eau souvent importants que peuvent emmagasiner les tranches supérieures de la

retenue [17].

II.9.1.2. les types des évacuateurs de crue :

Il existe deux grands types d’évacuateurs : les évacuateurs de surface et les évacuateurs en

charge (de fond ou de demi-fond). Les évacuateurs de surface peuvent être libres ou vannés.

Les évacuateurs de fond sont vannés (sauf pour les barrages écrêteurs de crue à pertuis

ouvert).

II.9.1.2.1. les évacuateurs de crue à surface libre :

L’évacuateur de surface est constitué au départ de la retenue par un déversoir dont le seuil

de développe en général linéairement. Ce seuil débite dans un chenal dont l’axe peut être

parallèle au seuil (entonnement latéral) ou perpendiculaire à celui-ci (entonnement frontal)

[30].

 Evacuateur latéral :

Le déversoir du type latéral est adopté dans le cas où la pente du versant est faible. Ce type

d’ouvrage repose directement sur le sol pas soumis à des tassements sous l’effet du massif du

barrage. L’écoulement dans le coursier est parallèle au seuil (latéralement à l’axe du barrage

sur une rive).

Si la pente du versant est forte, un déversoir latéral conduit à des déblais important et un

déversoir frontal est alors préférable. Ce type de déversoir est également utilisé dans le cas de

débit évacué très important conduisant à une longueur du seuil très importante [29].

Ce type représente l’avantage principal d’une limitation du volume des fouilles avec une

grande largeur déversant.

L’inconvénient majeur est celui de la saturation, puisque la capacité de débit est

limitée par la section d’entonnement du coursier.

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 29

Photo II.1 : évacuateur de crue latéral de barrage Kissir.

 Evacuateur frontal :

Le déversoir de type frontal est adopté par des pentes du versant fortes. L’écoulement dans

le coursier est perpendiculaire au seuil [21].

CHAPITRE II Les processus et origines de formation des crues

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 30

Ce type appartient à la catégorie des évacuateurs à écoulement à surface libre. Il

représente les avantages :

- Fonctionnement très sûr même pour des débits dépassant le débit de la crue de projet;

- Facilité de réalisation.

Ces inconvénients sont :

- Le coût peu élevé.

- La difficulté de modification.

 Evacuateurs portés par les barrages :

Pour les barrages poids BCV ou BCR et à moindre degré, les évacuateurs peuvent être

incorporés au niveau du corps du barrage, on parle alors d’évacuateurs portés. Ces derniers

s’adaptent convenablement aux barrages poids. Néanmoins pour les barrages voûtes,

l’incorporation est plus ou moins difficile et posé souvent des contraintes d’ordre technique

ou économique [20].

Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 31

 L'évacuateur de déversoir Piano Key Weir (PKW) :

L'évacuateur de déversoir Piano Key Weir (PKW) récemment développé, qui est une

structure innovante transmettre des décharges spécifiques très élevées, est une variante des

Dans le document Etude du comportement hydrologique du barrage de Kissir (Page 33-128)