Année Universitaire 2017-2018
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mohamed Seddik Benyahia Jijel
Faculté de la Technologie
Département de Génie Civil et Hydraulique
MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDE
En vue de l’obtention du diplôme de Master en Hydraulique
Option : Hydraulique Urbaine
Présenté par :
Djamaa Walid Bouzit Abdelbaki
Thème
ETUDE DU COMPORTEMENT HYDROLOGIQUE DU BARRAGE DE KISSIR
Encadreur : Co-Encadreur - Mme. Krimil Farida -Mr. Abdi Ishak
Soutenu publiquement le / 06 / 2018 devant le jury composé de : - Président : Ratiat Abdelkader
- Examinateur : Belabed Faris
Remerciements
En premier lieu je tiens à remercier le bon dieu de m’avoir donné force et courage pour aller au bout de ce travail.
Mes remerciements vont tout particulièrement à notre encadreur : L’enseignante KRIMIL FARIDA (Département de génie civil et de l’Hydraulique de l’Université de Jijel) et à notre co-encadreur l’enseignant ABDI ISHAK (Département de génie civil et de l’Hydraulique de l’Université de Jijel), j’ai beaucoup appris avec vous.
Merci pour toute l’attention portée à notre travail et à la patience dont vous avez fait preuve.
Je remercie mes très chers parents qui ont tout fait et tout donné pour que j’en arrive là, merci pour votre amour et votre patience.
Je remercie ma famille pour son encouragement.
Je remercie, enfin toute personne que j’ai oublié, ayant participé de près
ou de loin pour l’aboutissement de ce modeste travail.
Je dédie ce modeste travail à ceux qui sont toujours présents dans mon Cœur
A ma très chère mère, A mon très cher père
A tous mes professeurs
A tous mes collègues et mes amis sans exception A ma promotion (2018).
Je dédie ce modeste travail à ceux qui sont toujours présents dans mon Cœur
A ma très chère mère, A mon très cher père
A mes sœurs A toute ma famille A tous mes professeurs
A tous mes collègues et mes amis sans exception A ma promotion (2018).
Je dédie ce modeste travail à ceux qui sont toujours
A ma très chère mère, A mon très cher père
A tous mes collègues et mes amis sans exception
Table des matières
Remerciements Dédicace
Table des matières Liste des figures Liste des tableaux Table Notations
Introduction générale………1
Chapitre I : Généralités sur les barrages I.1. Introduction ... ..3
I.2. Définition d’un barrage ... .3
I.3. les différents types de barrages ... .3
I.3.1. Barrage en béton ... .3
I.3.1.1. Description des différents types de barrages ... .4
I.3.1.1.1. Barrage poids ………...…. 4
I.3.1.1.2. Barrage voûte………..5
I.3.1.1.3. Barrage a contreforts………...7
I.3.2. barrage en remblais ... 8
I.3.2.1. les différents types de barrages en remblai ... 8
I.3.2.1.1. Barrage en terre ………..8
I.3.2.1.2. Barrage en enrochement……….……9
I.4. Critères de choix d'un barrage……….... 10
I.5. les barrage en terre ... 11
I.5.1. définition ... 11
I.5.2. Types de barrage en terre ………...11
I.5.2.3. Les barrages en terre à masque amont ... 13
I.5.3. Etanchéité des fondations des barrages en terre ... 14
I.5.3.1. Clé d’étanchéité ... 14
I.5.3.2. Paroi moulée ... 15
I.5.3.3 Traitement des fondations par injection ... 15
I.5.3.4 Tapis d’étanchéité amont ... 16
I.6. Conclusion :...17
Chapitre II : Les processus et origines de formation des crues II.1. introduction ... 18
II.2. définitions ... 18
II.3. caractéristiques d’une crue ... 18
II.4. Origine de la formation des crues ... 22
II.4.1. Evénements hydrométéorologiques intrinsèques ou combinés ... 22
II.4.2. Embâcle ou débâcle de glace, de matériaux flottants (bois) ... 22
II.5. Typologie des crues ... 22
II.5.1. Classification selon les conditions d’écoulement ... 22
II.5.2. Classification selon les évènements générateurs ... 23
II.6. Les processus de formation des crues ... 23
II.6.1. La pluie ... 23
II.6.2. Le ruissellement direct ... 23
II.7. Période de retour d’une crue ... 24
II.8. la modélisation pluie-débit ... 25
II.8.1. définition et objectif d’un modèle pluie-débit ... 25
II.8.2. Approches de modélisation ... 26
II.9. Les organes hydrauliques ... 27
II.9.1. Evacuateur de crue ... 27
II.9.1.1. choix de l’évacuateur de crue ... 27
II.9.1.2. les types des évacuateurs de crue ... 28
II.9.1.2.1. les évacuateurs de crue à surface libre :……….……..28
II.9.1.2.2. les évacuateurs en charge ……….….….32
II.9.1.2.3. Les évacuateurs vannés……….…..33
II.9.4. l’ouvrage de vidange ... 34
II.9.5. Organe de prise ………..34
II.10. Conclusion ………...………..35
Chapitre III : Présentation du site du barrage de Kissir III.1. introduction ... 36
III.2. présentation de la willaya ... 36
III.2.1. Aperçu historique ... 37
III.2.2. situation ... 37
III.2.3. climat ... 37
III.2.4. relief ... 38
III.3.Description du site du barrage ... 38
III.3.1.Localisation et accès ... 38
III.4. les données naturelles ... 39
III.4.1. Topographie ... 39
III.4.2. Les données géologiques et sismologiques ... 40
III.4.2.1.les données géologiques ... 40
III.4.2.1.1. Lithologies rencontrées ……….42
III.4.2.2. Données sismologiques ... 44
III.5.1. Evacuateur de crues ... 47
III.5.2. Tour de prise d’eau ... 48
III.5.3. Vidange de fond ... 49
III.5.4. Equipements hydromécaniques ... 49
III.6. caractéristique hydrologie de bassin versant de Kissir ………...49
III.7. Caractéristiques de la retenue ……….…49
III.8. Conclusion ………...………..49
Chapitre IV : Etude hydrologique au droit de l’évacuateur de crue IV.1. Introduction ... 50
IV.2. Caractéristiques du bassin versant ... 50
IV.2.1. Paramètres géométriques ... 50
IV.2.2. Paramètres de forme ... 51
IV.2.3. Paramètres du relief ……….52
IV.2.4. Réseau d’écoulement ... 54
IV.3. Caractéristiques climatiques du bassin versant ... 58
IV.3.1. Données disponibles ... 58
IV.4. La pluviométrie ... 61
IV.4.1.Précipitation moyenne mensuelle ... 61
IV.4.2.Les pluies journalières maximales ... 61
IV.4.2.1.Choix de la loi d’ajust em ent ... 62
IV.4.2.2.Ajust em ent à la loi Log normal « GA LTON » ... 62
IV.4.2.3.Ajustement à la loi de Gumbel ………..64
IV.5. Pluies de courtes durées de différentes fréquences et leurs intensités ... 66
IV.6. Etude des crues………...68
IV.6.1. Méthode de GRADEX ... 69
IV.6.2. les formules empiriques ... 73
IV.6.2.1. formule de FULLER ... 73
IV.6.2.2. Formule de SOKOLOVSKY . ... 73
IV.6.2.3. Formule de POSSENTI. ... 74
IV.6.3. Hydrogrammes de crue ... 75
IV.7 Construction d’une pluie de projet par la méthode double triangle symétrique ……... 78
IV.8. Simulation par logiciel HEC-HMS ... 81
IV.8.1. Présentation logiciel HEC-HMS ... 81
IV.8.2. Simulation des précipitations ... 83
IV.8.3. Simulation des pertes ... 83
IV .8.4. Modélisation du ruissellement direct ... 86
IV.8.5. les étapes de travaille sur le HEC-HMS ... 86
IV.8.6. Simulation du bassin avec HEC-HMS ... 86
IV.8.6.1. Les données d’entrée du logiciel ... 86
IV.8.6.2. Résultats de simulation ... 90
IV.9. Interprétation des résultats ... 95
IV.10. Etude de Laminage des crues ……….. 96
IV.10.1 Objectif ... ..97
IV.10.2. La courbe capacité hauteur ………98
IV.10.3. Méthode de KOTCHERINE……….………..…98
IV.11. Conclusion ………..…….………..100
Conclusion générale………..102 Références bibliographiques
ANNEXE
Liste des figures
Chapitre I : Généralités sur les barrages
Figure. I.1 : les familles de barrages en béton ... 4
Figure.I.2 : barrage poids ... 4
Figure.I.3 : Exemple d’un Barrage voûte Kariba ... 6
Figure.I.4 : barrage à contreforts ... 7
Figure.I.5 : Les différents types de barrage en remblai. ... 8
Figure.I.6 : barrage on terre Barrage de Matemale ... 9
Figure.I.7 : barrage en remblai en enrochements ... 9
Figure.I.8 : Barrage en terre homogène. ... 11
Figure.I.9 : Noyau en argile central ... 12
Figure.I.10 : Noyau en argile incliné ... 13
Figure.I.11 : Barrage en terre à masque amont ... 13
Fig. I.12 : Clé d’étanchéité ... 14
Figure. I.13 : Paroi moulée ... 15
Figure.I.14 : Voile d’injection ... 16
Figure. I.15 : Tapis d’étanchéité……….…………..………16
Chapitre II : Les processus et origines de formation de crues Figure II.1 : Caractéristiques d'un hydrogramme de crues. ... 19
Figures II.2 :
Inondation de février 1990 sur le haut Rhône : secteur de Bragues, Le Bouchage (source : CNR)………..21Figure II.3
: Crue du Vidourle les 8 et 9 septembre 2002 : sur la route de Montpellier à Quissac………21Figure 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)………..21Figure II. 6 : Définition de la période de retour. ... 25
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 du réservoir (variable de sortie) à travers une loi de vidange. Cette dernière possède un paramètre qui permet d’ajuster la quantité vidangée. ... 26
Photo II.1 : évacuateur de crue latéral de barrage Kissir... 29
Figure II.8 : Evacuateur de crue frontal ... 29
Figure II.9 : Evacuateur de crue porté dans un barrage... 30
Figure II.10 : Vue du déversoir PKW du barrage de Malarce en France pendant le déversement (Photo avec la permission d'EDF). ... 31
Figure II.11 : Coupe type d’un siphon ... 32
FigureII.12 : Evacuateur de crue à crête circulaire de type "tulipe" ... 33
Figure II.13 : barrage Gherib, coupe au droit de la vidange de fond………..…….34
Chapitre III : Présentation du site du barrage de Kissir Figure.III.1 : carte de la wilaya de Jijel ... 36
Figure III.2 : Situation de Jijel ... 37
Figure III.3 : Présentation des zones d’étude. ... 39
Figure III.4 : Zone de transition entre les deux domaines géologiques. ... 41
Figure III.5 : Versant RG au niveau du site, axes gréseux (rouge) et marneux (jaune). ... 41
Figure III.6 : Axe de l'oued au niveau de la barre gréseuse principale. ... 42
Figure.III.7 : Versants sur les reliefs dans le domaine Numidien, blocs gréseux massifs. ... 42
Figure .III.8 : Exemple de couche de grès Numidien, massif et aux surfaces arrondies... 43
Figure III.9 : Variabilité du faciès flysch dissocié : pôle marneux à gauche et gréseux à droite.44
Figure III.10 : Situation du site du barrage de Kissir et des failles potentiellement
sismogéniques sur le MNT SRTM (source : NASA) ... 45
Figure III.11 : Tracé supposé de la faille de l'oued Kissir (pointillé rouge) recoupant un cœur
d'anticlinal (pointillé jaune) ne montrant pas de décalage significatif. ... 47
Photo.III.1 : évacuateur de crue de barrage Kissir ... 48
Photo.III.2 : Le déversoir de barrage Kissir..………...………..……….………..48
Chapitre IV : Etude hydrologique au droit de l’évacuateur de crue ... Figure IV.1 : Réseau hydrographique du bassin versant. ... 51
Figure IV.2 : Courbe hypsométrique du bassin versant. ... 52
Figure IV.3 : Variation mensuelle de la température. ... 58
Figure IV.4 : Variation mensuelle de l'humidité de l’air ... 59
Figure IV.5 : Variation de l’évaporation mensuelle. ... 60
Figure IV.6 : Variation mensuelle de la vitesse moyenne du vent………..………60
Figure IV.7 : Variation de la précipitation moyenne mensuelle . ... 61
Figure IV.8 : Ajustement à la loi de Log normal. ... 64
Figure IV.9 : Ajustement à la loi de Gumbel. ... 66
Figure IV.10 : les courbes IDF au niveau de la station de Chedia ... 68
Figure IV.11 : la courbe de Pluie estimée et débit moyenne maximum par la méthode de GRADEX. ... 72
Figure IV.12 : Les Hydrogrammes des crues pour les différents périodes de retour ... 77
Figure IV.13 : Forme de « la pluie de projet double triangle symétrique » de Chocat. ... 78
Figure IV.14 : Hyétogramme d’une pluie de projet par la méthode double triangle pour différentes périodes de retour………..……….80
Figure IV.15 fenêtre de commande. . ... 81
Figure IV.16 : Estimation de la rétention de base (Ia) à partir d’un hyétogramme ... 84
Figure IV.17 : la représentation de la fenêtre d’entré le Curve Number. ... 86
Figure IV.18 : la représentation de la fenêtre d’entré le débit max journalière.. ... 87
Figure IV.19 : la représentation de la fenêtre d’entré le débit max journalière ... 88
Figure IV.21 : simulation pour 50 ans ………... 91
Figure IV.22 : simulation pour 100 ans ... 92
Figure IV.23 : Simulation pour 1000 ans ... 93
Figure IV.24 : Simulation par HEC-HMS (100 ans ... 94
Figure IV.25 : Hydrogramme de crue par la méthode de SOKOLOVSKY (100 ans) ...….. 95
Figure IV.26 : Laminage de crue dans une retenu ... 96
Figure VI.27 : la courbe capacité hauteur de barrage Kissir ………...………….. 97
Figure IV.28 : Courbes q = f(H)...…... 100
Liste des tableaux
Chapitre III : Présentation du site du barrage de Kissir
Tableau III.1 : les coordonnées U T M de références du site de barrage de Kissir. ... 38
Tableau III.2: Récapitulatif des magnitudes (Mw) des séismes de dimensionnement et desvaleurs de PGA (composante horizontale) obtenues pour chacun deux sur le site du barrage deKissir ; Les plus fortes valeurs de PGA sont indiquées en rouge……….….46
Chapitre IV : Etude hydrologique au droit de l’évacuateur de crue Tableau IV.1 : Classification du relief selon I par l'ORSTOM. ... 53
Tableau IV.2 : Classification du relief selon Ds. ... 54
Tableau IV.3 : Valeurs du temps de concentration. ... 56
Tableau IV.4 : caractéristiques hydro-morphométriques du bassin versant ... 57
Tableau IV.5 : Répartition mensuelle de la température. ... 58
Tableau IV.6 : Répartition mensuelle de l'humidité de l’air ... 59
Tableau IV.7 : Répartition l’évaporation moyenne mensuelle... 59
Tableau IV.8 : Répartition mensuelle de la vitesse moyenne du vent. ... 60
Tableau IV.9 : Répartition précipitation moyenne mensuelle. ... 61
Tableau IV.10 : Station pluviométrique de Chedia. ... 62
Tableau IV.11 : Résultats de l’Ajustement à loi de Log normal ... 63
Tableau IV .12 : Résultats de l’Ajustement à loi de Gumbel ... 65
Tableau IV.13 : Les précipitations et les intensités des diffèrent fréquence……….…….67
Tableau IV.14 : . ... .71
Tableau Ш .15 : Les résultats Débit de pointe pour déférentes période de retour en ( / )
...71
Tableau IV.16 : Estim at ion l es plui es journal ières m aximal es ... 71
Tableau IV.17 : Débit maximal pour différentes périodes de retour.………73
Tableau IV.18 : Débit maximal pour différentes périodes de retour………..………74
Tableau IV.20 : Débits maximums des crues de différentes périodes de retour...…....75
Tableau IV.21 : Débits fréquentielles pour construction l’hydrogramme de crue…………..76
Tableau IV.22 : la pluie de projet par la méthode double triangle ... 79
Tableau IV.23 : Les entrées à saisir pour chaque fichier de simulation. ... 88
Tableau IV.24 : Résultats de simulation. ... 89
Tableau IV.25 : Données de départ pour la méthode de KOTCHERINE...…..98
Tableau IV.26 : Détermination de H0 et Q en fonction de b…...98
Tableau IV.27 : Débits déversant en fonction de h et b et le volume de crue .………....99
Tableau IV.28 : Les résultats de l’étude du laminage par la méthode de KOTCHERINE.….99
Table des notations :
Symbole Désignation Unité
S Surface
P Périmètre Km
L Longueur du talweg principal Km
K Indice de compacité de Gravelluis -
L Longueur de rectangle équivalent
l Largeur de rectangle équivalent
H
%Altitude médiane du bassin versant m
H Altitude moyenne du bassin versant m
S Surface partielle entre deux courbes de niveaux
H Altitude moyenne entre deux courbes de niveaux successifs m H
%Altitude correspondante à 5% de la surface de BV m H
%Altitude correspondante à 95% de la surface de BV m
I
gIndice de pente globale m/Km
D Dénivelée spécifique m
Temps de concentration h
V Vitesse de ruissellement Km/h
D La densité de drainage Km/Km
L La somme des tous les cours d’eau d’ordre i m
C Le coefficient de torrentialité -
N Nombre des talwegs d’ordre 1 -
Températures maximales °C
Températures minimales °C
Température moyenne °C
l'humidité de l’air %
vitesse moyenne du vent m/s
P pluies moyennes mm/j
Ecart –type -
U
P%variable réduite de gauss -
N taille de l’échantillon -
Pluie coute durée mm
T période de retour ans
F fréquence %
t Temps h
b Exposant climatique -
intensités mm/h
coefficient de ruissellement -
Coefficient de pointe -
Q Débit /s
Pluie estimée mm/j
Débit de pointe de période de retour T /s
α Coefficient de ruissellement de la crue -
ℎ pertes initiales mm
μ Coefficient -
é
Débit montée /s
Temps de montée h
é
Débit décrue /s
Temps décrue h
δ Coefficient dépendant des caractéristiques du bassin versant -
t intensité de la pluie à l'instant mm/h
durée totale de l’orage h
d profondeur totale de la pluie pour la durée td mm durée de L’hyétographe triangulaire central h profondeur de pluie correspondant à la durée mm
excès du cumul des précipitations au temps t mm/h
P Hauteur cumulée des précipitations au temps t mm
Capacité de rétention initiale du sol (initial los) - S Potentiel maximum de rétention (capacité du sol à capter et
retenir une pluie d’orage)
-
CN Curve Number - le CN utilisé pour l’ensemble du bassin versant par la
fonction de production
-
surface de drainage du composé hydrologique du sol
Le coefficient de stockage -
T Le temps de réponse min
m coefficient de débit -
b largeur du déversoir m
H charge d’eau sur le déversoir dépend de la vitesse d’approche d’eau
m
P la hauteur de pelle m
charge global m
vitesse d’approche d’eau m/S
%
débit de pointe pour 100 ans /s
volume de charge sur le déversoir déduit par la courbe capacité hauteur
volume de la crue correspondant au Q1%
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 1
Introduction générale :
Depuis l’antiquité, l’eau joue un rôle très important dans la vie sur terre. L’être humain fait un grand usage de l’eau, et ce, de multiples manières, mais l’eau n’est pas seulement une ressource, elle est un enjeu de civilisation et un potentiel économique considérable. Les précipitations constituent le facteur essentiel du volume d’eau disponible sur terre.
Cette opposition entre le rythme des apports et celui des usages a incité plusieurs civilisations et communautés à se donner des moyens de gérer l’eau. L’accumulation temporaire d’eau dans des réserves représente un des outils majeurs permettant cette gestion.
Le plus souvent, on coupe certains cours d’eau et on construit des réservoirs artificiels dites les barrages, afin d’accumuler d’importantes réserves d’eau capables de satisfaire aux diverses utilisations, même en période d’étiage ou de sécheresse.
Par leur complexité, les barrages, peuvent être considérées comme des ouvrages particuliers, ils présentent par ailleurs la caractéristique de pouvoir être affectés à différentes fonctions. Ils jouent cependant deux rôles principaux : celui, d’une part, de stocker les apports d’eau afin de répondre aux besoins vitaux et économiques des populations (eau potable, irrigation, fourniture d’énergie, navigation) et celui, d’autre part, de protection contre des effets destructeurs de l’eau (maîtrise des crues, rétention de sédiments) ou de recours pour le cas de pénurie en eau.
L’étude des crues est un sujet qui suscite de plus en plus d’intérêt dans le domaine des
sciences de l’eau. L’estimation de débit de pointe permet le dimensionnement des ouvrages
annexes du barrage avec précision et donc pour éviter le phénomène de submersion du
barrage.
Introduction générale
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 2
Le système de modélisation hydrologique de centres hydrologiques de technologie (HEC- HMS) est un modèle très utilisé pour simuler le processus d'écoulement et de précipitations.
L’objectif de notre travail est l’étude du comportement hydrologique du barrage de Kissir, donc Cette étude consiste à l’estimation des débits de pointe des crues par différentes méthodes empiriques et la simulation par le modèle HEC-HMS et de faire une comparaison entre les résultats de ces méthodes et la valeur du débit de pointe du barrage.
Notre travail a été décomposé en quatre chapitres :
Le premier chapitre, présente une généralité sur les différents types de barrages, leurs avantages et inconvénients ainsi que leurs impacts ;
Le second chapitre, présente les processus et les origines de formation des crues ainsi que une présentation des ouvrages d’évacuations des crues.
Le troisième chapitre, résume une présentation du site du barrage.
Le dernier chapitre, présente une étude hydrologique au droit de l’évacuateur de crue,
donc l’estimation des débits de pointe par les différentes méthodes, le traçage de
l’hydrogramme de crue et de faire une simulation par le modèle HEC-HMS
(Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System) et enfin une étude de
laminage de crue.
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 3
I.1.Introduction :
Dans ce premier chapitre on va parler des barrages de façon générale, sur les différents types des barrages existants et leurs utilisations par catégorie et forme. On va parler en détail sur les barrages en terre qui est notre cas d’étude.
I.2. Définition d’un barrage :
Un barrage est un ouvrage artificiel coupant le lit d’un cours d’eau et servant soit à en assurer la régulation soit à pourvoir à l’alimentation de ville ou à l’irrigation de culture, ou bien à produire de l’énergie [26]. Ils sont considérés comme des ouvrages hydrauliques qui barrent sur toute la largeur une section de vallée et créent ainsi une cuvette artificielle géologiquement étanche [4].
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.
Selon la nature du matériau de construction utilisé, on classe les barrages selon deux grandes catégories :
• Les barrages rigides, en béton ou en maçonnerie,
• Les barrages souples, en enrochement ou en terre.
I.3. les différents types des barrages :
Les barrages sont classés selon les types des matériaux de construction et leur forme, dont la classification est la suite :
I.3.1. Barrage en béton :
Comme l'illustre la figure I.1, on distingue trois grandes familles de barrages en béton,
chacune comportant un certain nombre de sous-familles [4].
CHAPITRE I Généralités sur les barrages
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 4
Figure. I.1 :
les familles de barrages en béton[4].
I.3.1.1.Description des différents types des barrages :
Les petits barrages en béton se regroupent principalement en trois types : I.3.1.1.1. Barrage poids :
La plupart des barrages poids sont en massif et plein avec un profil triangulaire. Le parement amont est vertical ou légèrement incliné, ce sont des ouvrages rigides et en conséquence leur conception sera aussi conditionnée par la qualité des fondations [4].
Figure. I.2 :
barrage poids[7].
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 5 Les avantages des barrages poids Les inconvénients des barrages poids
Les avantages des barrages poids sont les suivants :
faibles contraintes dans le béton ;
faibles contraintes transmises au rocher ;
les variations de température ne produisent que des contraintes faibles ;
gradient des sous-pressions sous la fondation faible ;
évacuateur de crues peut facilement être intégré.
Les inconvénients des barrages poids sont les suivants :
volume d'excavation important ;
volume de béton important ;
refroidissement artificiel nécessaire lors de la prise du béton ;
sous-pression importantes sous la fondation ;
sensibilité aux tassements ;
sensibilité aux séismes.
I.3.1.1.2 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. Ce type de barrage convient bien lorsque la topographie permet de fermer la vallée par une forme arquée de longueur réduite.
Les barrages voûtes sont en effet peu employés pour les retenues de petite hauteur. Les
conditions pour adopter une telle solution sont par ailleurs assez strictes. Nous envisageons
en effet la construction d'un barrage-voûte que lorsque la vallée est étroite et rocheuse Le
choix d'un barrage-voûte est donc à réserver à des situations géomorphologiques bien
particulières.
CHAPITRE I Généralités sur les barrages
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 6
Figure. I.3 :
Exemple d’un Barrage voûte Kariba (1959)[14].
Les avantages des barrages voûte Les inconvénients des barrages voûte
Les avantages des barrages voûte sont les suivants :
Le volume du béton est faible ;
La fouille est assez petite ;
La résistance au séisme est haute ;
Les sous-pressions au niveau de la fondation sont faibles (la surface de la fondation est petite).
Les inconvénients des barrages voûte sont les suivants :
Les contraintes sont importantes dans le béton et dans le rocher ;
Les forces sont transmises obliquement dans les appuis ; Moyen risque de tassements ;
L'échauffement du béton par la prise du ciment est à considérer ;
L'intégration de l’évacuateur de crues (grands débits) dans le barrage est difficile ;
Le gradient des sous-pressions au niveau de la fondation est très grand ;
Les sous-pressions dans les fissures
du rocher peuvent provoquer des
glissements d’appuis.
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 7 I.3.1.1.3. Barrage a contreforts :
Les barrages à contreforts sont constitués d’une série de murs parallèles, généralement de forme triangulaire, plus ou moins épais et plus ou moins espacés (les contreforts).
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 [4].
Figure. I.4 :
barrage à contreforts[4].
Les avantages des barrages à contreforts Les inconvénients des barrages à contreforts
Les avantages des barrages à contreforts sont les suivants :
Les contraintes transmises par la fondation au rocher sont moyennes ;
Les sous-pressions au niveau de la fondation sont faibles ;
Le volume du béton est faible ;
L’échauffement du béton est faible ;
Les risques de tassements sont moyens.
Les inconvénients des barrages à contreforts sont les suivants :
Très susceptible au séisme. La résistance à l'accélération latérale est presque inexistante ;
La fouille est importante ;
Le gradient des sous-pressions au niveau de la fondation est localement très élevé ;
Les contraintes dues au gradient de
température peuvent devenir
importantes.
CHAPITRE I Généralités sur les barrages
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 8
I.3.2.barrage en remblais :
Les barrages en remblai sont d’un comportement plus souple sous la charge hydraulique.
Comme leurs constructions sont en terre ou en enrochement, ces barrages peuvent atteindre des dimensions importantes grâce aux progrès de la mécanique des sols et de la géotechnique, largement utilisées dans leur conception [11].
Ils sont partagés en deux groupes, comme le montre la figure (I.5).
Figure. I.5 :
Les différents types de barrage en remblai[4].
I.3.2.1.les différents types des barrages en remblai : I.3.2.1.1 Barrage en terre :
Les barrages en terre peuvent être constitués par des matériaux de caractéristiques divers,
à la différence des barrages en béton ou même en enrochement dont les matériaux constitutifs
restent contenus dans des fourchettes beaucoup plus étroites [16].
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 9 Figure. I.6 :
barrage on terre Barrage de Matemale[7].
I.3.2.1.2 Barrage en enrochement :
Un barrage en enrochement n’est pas autre chose qu’un tas de cailloux à grande échelle, qui résiste par sa masse aux efforts auxquels il est soumis
.[16].
Ce type de barrage est souvent économique dans les régions d’accès difficile car il y a peu de transport à effectuer, les enrochements étant prélevés sur place [29].
Mais n’étant pas étanche par lui-même, il faut lui adjoindre un organe d’étanchéité qui Constitue la partie la plus délicate, aussi bien au stade du projet qu’à celui de la réalisation.
Figure. I.7 :
barrage en remblai en enrochements[8].
CHAPITRE I Généralités sur les barrages
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 10
Les avantages des barrages en remblai Les inconvénients des barrages en remblai
Les avantages des barrages en remblai sont les suivants :
Le corps du barrage est très flexible et adaptable aux conditions du terrain ;
Peu susceptible aux tassements et aux séismes ;
Petite à moyenne fouille. La digue n'est pas forcement fondé sur un rocher sain ;
La compression du sol est faible ;
Le gradient des sous-pressions au niveau ;
de la fondation ou du noyau est faible.
Les inconvénients des barrages en remblai sont les suivants :
Mise en place de grands volumes de matériaux.
Le remblai du noyau en argile est influencé par les conditions atmosphériques (climat pluie).
L’inconvénient majeur est les infiltrations à travers le massif.
I.4.Critères de choix d'un barrage :
Les principaux paramètres à prendre en considération dans le choix du type de barrage sont :
Topographie du bassin versant ;
Morphologie de vallée ;
Les conditions géologiques et géotechniques ;
La disponibilité des matériaux ;
Risque sismique ;
condition climatique ;
But de l’ouvrage.
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 11
I.5. les barrages en terre :
I.5.1. Définition :
Les barrages en terre peuvent être constitués par des matériaux de caractéristiques divers, à la différence des barrages en béton ou même en enrochement dont les matériaux constitutifs restent contenus dans des fourchettes beaucoup plus étroites [16].
I.5.2. Types de barrage en terre :
Les barrages en terre compactés peuvent être divisés en trois principaux types : les ouvrages en terre homogènes, ceux à noyaux étanches et ceux à masques amont.
I.5.2.1 .Les barrages en terre homogènes :
Ils sont totalement construits avec un seul matériau qui est le plus souvent argileux remplissant simultanément les deux fonctions d’écran et de masse. Ce matériau doit présenter des caractéristiques permettent de garantir une étanchéité suffisante et une stabilité du remblai [5].
Les barrages homogènes sont le plus souvent réalisés en argile peu plastique dont les caractéristiques tant hydrauliques que mécaniques permettent en toute sécurité d’adopter des pentes de talus de « 1/2 »ou « 1/2.5 » en amont et en aval, moyennant le respect des spécifications de compactage. La forme générale est donc trapézoïdale avec des largeurs en crête de 3.5 à 5 m pour les hauteurs les plus courantes. Le coefficient de perméabilité recherché pour le massif sera de l’ordre de 10 à 10 m/s. [26].
Figure. I.8 :
Barrage en terre homogène[10].
CHAPITRE I Généralités sur les barrages
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 12
I.5.2.2. Les barrages en terre à noyau étanche :
Dans le cas où la quantité des matériaux imperméables disponibles sur site est insuffisante pour réaliser tout le corps du barrage, on opte le plus souvent pour un ouvrage à zones avec un noyau en argile assurant l’étanchéité.
La stabilité du massif sera assurée par des zones perméables appelées recharges .Ces recharges peuvent être au nombre variables et disposées différemment d’un barrage à un autre en fonction de la nature du matériau et des conditions spécifiques à chaque barrage. Ce type de barrages présente toutefois l’inconvénient d’une mise en œuvre plus compliquée et onéreuse surtout si la vallée est étroite et où le travail mécanisé devient plus compliqué. Un autre inconvénient, est la nécessité de séparer par des filtres de transition les différentes zones [5].
Notons que le noyau étanche peut être trouvé sous forme vertical ou incliné et parfois remplacé par un diaphragme en béton au ciment ou bitumineux.
a. Le barrage à noyau central :
Ce type de barrage en remblai est une solution largement répandue. Le barrage consiste en deux corps d’appui amont et aval qui garantissent la stabilité du noyau centrale situé entre les deux, lequel constitue l’élément étanche [4].
F i g . I . 9
Figure. I.9 :
Noyau en argile central[10].
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 13 b. Barrage noyau incliné :
L’élément étanche (ou très peu perméable), comme par exemple un noyau en limon argileux, peut dans certains cas être déplacé vers l’amont jusqu’à l’élimination.
Plus le noyau est incliné, plus la pente du parement amont est conditionnée par les propriétés mécaniques du matériau du noyau [4].
F i g
Figure.I.10 :
Noyau en argile incliné[10].
I.5.2.3. Les barrages en terre à masque amont :
Les barrages en terre à masque sont des remblais perméables avec un écran imperméable appelé masque placé sur le parement amont.
Le corps du barrage est construit avec un matériau quelconque pour autant qu’il soit peu déformable et pouvant assurer la stabilité au glissement de l’ensemble de l’ouvrage.
F i g u r e . I
.1Figure I.11 :
Barrage en terre à masque amont[10].
CHAPITRE I Généralités sur les barrages
Hydraulique Urbaine : 2017/2018 Page 14
Le masque qui assure l’étanchéité peut être en béton, en produits bitumineux ou en géo membrane. La présence de ce masque sur le parement amont présente un double avantage de pouvoir faire des réparations en cas de dégradation du masque et de permettre de faire des vidanges rapides sans risque de glissements. [5].
I.5.3. 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
car l’exécution de la tranchée et son remblayage se fait d’une manière mécanique.
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 et dans 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).
Figure. I.15 :
Tapis d’étanchéité[5].
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.
Les principales caractéristiques d’une crue sont représentées dans la figure ci-après :
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).
