Investigation, exigences et procédures de conception

Les ouvrages hydroagricoles doivent être conçus par des ingénieurs professionnels expérimentés dans le domaine. Toutefois, il y a seulement une proportion relativement faible d'ingénieurs professionnels qui ont une expérience dans la conception ou la construction des ouvrages hydroagricoles, et notamment des barrages. Pour cela, il peut être tentant de choisir un ingénieur-conseil comme un médecin généraliste en raison de sa proximité ou son coût, mais il faut toujours noter que c’est la qualité du service fourni qui est fournie mais non pas les honoraires du consultant.

Les barrages qui sont de plus grandes tailles et potentiellement dangereux nécessitent une gamme de disciplines spécialisées, appliquant les normes et les procédures de conception, et exigeant l'identification de la conception la plus rentable.

7.1.1. Caractérisation des consistances et de la portée des études à conduire

L’étude des ouvrages hydroagricoles et du barrage doit contenir au minimum les éléments ci-après :

 Etudes topographiques comprenant le bassin versant, le site du barrage et de la retenue, les sites des autres ouvrages hydroagricoles, la vallée de la rivière, les zones d’emprunt ;

 Etudes géotechniques avec les enquêtes préliminaires et les travaux de reconnaissance, la géologie de la région et les conditions et propriétés spécifiques du site de la fondation, la pédologie et l’hydrogéologie des sites, les études géotechniques des sites d’ouvrages et des zones d’emprunt, la détermination des propriétés des matériaux de construction ;

 Etudes hydrologiques comprenant l’estimation des différents débits de projet (apports de différentes fréquences, débits de crue de différentes fréquences, effets de laminage de crue, …), l’évaporation, les caractéristiques des inondations, et les effets du changement climatique ;

 Conception et dimensionnement des ouvrages comprenant particulièrement pour la conception du barrage le choix du type de barrage et le profil général du barrage, l’étude des infiltrations dans le barrage et dans les fondations, le dimensionnement hydraulique des différents composants du barrage, l’étude de stabilité des ouvrages, les dispositifs de protection contre les effets de l’eau, les risques sismiques et volcaniques et les forces du tremblement de terre ;

 Etude d’impact environnemental et social du projet ;

 Etude économique et financière.

L’étude doit comprendre une mission de reconnaissance sur le terrain pour comprendre toutes les contraintes réelles du projet et collecter toutes les données nécessaires qui ne sont pas disponibles à partir des documents et dossiers existants, ainsi que les désidérata des bénéficiaires, et une présentation sur place des scénarios proposés devant les parties prenantes (bénéficiaires, collectivités décentralisées, représentants du Ministère, …).

L’étude se fait en plusieurs phases selon les Termes de Référence (TdR) de celle-ci, comprenant au minimum :

 La phase d’identification ;

 La phase d’avant-projet sommaire ;

 La phase d’avant-projet détaillé et d’établissement des Dossiers d’Appel d’Offres (DAO).

A cela, s’ajoutent la phase de contrôle et surveillance des travaux et la phase d’encadrement et de formation des bénéficiaires.

7.1.2. Conception d’un barrage en terre

Lors de l'examen de conception de la digue d’un barrage en terre, plusieurs variables et éléments doivent être spécifiés.

 Structure de la digue ;

 Largeur de la crête ;

 Pentes amont et aval ;

 Contrôle des infiltrations ;

 Protection contre les ondes ;

 Revanche ;

 Végétation de la digue ; et

 Tolérance pour le tassement.

La conception doit assurer que :

o a) La digue soit suffisamment imperméable pour empêcher une perte excessive d'eau depuis le réservoir ;

o b) La conception doit assurer des pentes stables ;

o c) L’établissement du barrage ne doit pas être excessif de manière à réduire le revanche du barrage ;

o d) La pente amont du barrage doit être protégée contre l'action destructrice des vagues, et le talus aval doit résister à l'érosion pluviale ;

o e) Une précaution suffisante de la digue et de sa fondation doit exister pour empêcher le développement des chemins d'infiltration, et le soulèvement hydrostatique excessif doit être contrôlé par un bon drainage.

La cause la plus fréquente des ruptures de barrages en terre est le débordement de la digue.

Un évacuateur de crue empêchera le débordement du barrage, la conception de l’évacuateur de crue est donc essentiel pour les réservoirs. L’évacuateur de crue doit être situé de telle sorte que la décharge ne vient pas éroder ni creuser le pied du barrage. Si les corps de l'évacuateur de crues sont réalisés avec un matériau érosif, des dispositions doivent être prises pour leur protection.

Il faut tenir compte du danger pour la vie humaine et des dégâts matériels potentiels que peut entraîner la rupture du barrage ou de débits excessifs transités par l’évacuateur de crue. Un examen plus approfondi doit être donné à la probabilité de développement en aval qui peut entraîner une élévation de la classification des dangers.

7.1.3. Conception d’un barrage poids en béton

Les principaux concepts et les critères dans la conception d'un barrage poids en béton sont de telle sorte qu'il doit être :

 considéré comme un coffre-fort contre le renversement, à tout plan horizontal dans le barrage ;

 considéré comme un coffre-fort contre le glissement à n'importe quel endroit horizontal au sein du barrage ;

 alors, dimensionné de manière que les contraintes admissibles ne doivent pas être dépassées à la fois dans le béton et dans la fondation.

Deux autres facteurs influent directement sur la conception d'un barrage, l'intensité de la pression hydrostatique à divers endroits dans ou sous le barrage et la zone sur laquelle la pression agit. Le barrage doit être vérifié pour la stabilité en vertu de la répartition de la pression hydrostatique présente sur la base si aucun drainage n’est fourni (ou la totalité de drainage est bloqué). Il est important de consacrer des efforts et de l'argent sur un système de drainage afin d'assurer une fonction satisfaisante sur toute la durée du barrage.

7.1.4. Les événements extrêmes

Les grands séismes, les tempêtes/inondations et la rupture de barrages en amont peuvent être considérés comme des événements extrêmes. Le risque d'échec de ces événements est minimisé en utilisant des normes de conception d'ingénierie et des lignes directrices pertinentes intégrant les marges de sécurité suffisantes.

Les mesures d'urgence mises en place bien à l'avance constituent la seule mesure disponible pour réduire l'impact lorsque la rupture du barrage est sur le point de se produire.

7.1.5. La sédimentation

La durée de vie effective d'un grand nombre de petits barrages est réduite par l'envasement excessif de limon après seulement quelques années. Cette question est mal couverte par les nombreux petits manuels de conception des barrages qui sont disponibles, car ils se concentrent principalement sur la conception du génie civil et les aspects de la construction.

Les calculs hydrologiques nécessaires pour soutenir la conception des petits barrages et pour prédire l'avenir de l’envasement sont souvent soit trop simplistes, ou d'autre part trop complexes et trop dépendants des données utiles aux concepteurs de petits barrages. Des méthodes appropriées pour prévoir et, si possible, pour réduire les taux d'envasement des barrages sont à prendre en compte.