Novembre 1996

SOMMAIRE

CHAPITRE

ASPECTS

D'UN PROJET DE BARRAGE ET

-

barrage pourquoi faire ?

1

1.1 - solutions d'opportunit1.2 - solutions d'options2 - Recherche du site et faisabilit2.1 - recherche du site2.2 - choix du site et faisabilit2.3 - autres cas de recherche et de choix du site3 - Etudes Prliminaires3.1 -tude socio-conomique3.2 -tude topographique3.3 -tudes gologique et gotechnique

2333555567

3

le contenu des tudes gologiques- le contenu des tudes gotechniques-tude hydrologique- recherche de donnes- mthodes d'estimation de la crue- cas de donnes hydromtriques

781010

11

3.4.2.2 - cas de donnes hydromtriques

ou inexistantes

11

11

CHAPITRE II

1. - Dfinition2 - Le bassin versant3 - La cuvette

DESCRIPTION GENERALE D'UN BARRAGE

141415

\

4 - Types de barrages typologie structurale4.1 - barrages en terres4.2 - barrages en enrochements4.3- barrages en bton- barrages -poids- barrages contreforts- barrages4.4 - Barrages en gabions- Ouvrages annexes5.1 - l'vacuateur de crue5.2 - ouvrage de prise d'eau5.3 - ouvrage de vidange5.4 - remarque

15152023232425252828292929

...111

CHAPITRE

- Evaluation des besoins en eau1.1 - alimentation en eau des humains1.2 - alimentation des animaux1.3 - besoins agricoles1.4 besoins industriels et artisanaux- Pertes dans la retenue2.1 - pertes par infiltration dans la retenue2.1.1- gnralits et valeurs d'estimation

LA RETENUE

3131313232323232

2.1.2 - moyens de lutte contre les infiltrations dans les cuvettes de petites dimensions- moyens de lutte contre les infiltrations dans les ouvrages importants2.2 - pertes par vaporation2.3 - pertes par dpts solides2.3.1 - la position du problme- relation sdimentation et utilisation- aggradation en amont des rservoirs et dgradation en aval2.3.2 l'rosion- estimation des pertes par dpts solides2.3.4 - moyens de luttes contre les dpts solides3 - Volume de la retenue - courbes hauteurs -volumes - surfaces3.1 - mthode de calcul des volumes d'eau stock3.1.1 - mthode rapide3.1.2 - mthode rigoureuse3.2 - courbes hauteurs - volumes et hauteurs - surfaces4 - Courbes d'utilisation de la retenue5 - Etude des apports5.1 - Dficit d'coulement5.2 - calcul du coefficient d'coulement5.2.1 - cas o il existe des donnes hydromtriques en nombre suffisant5.2.2 - cas o il n'existe aucune donne hydromtrique- formule de Turc5.2.2.2 formule de Coutagne5.2.2.3- rfrence des bassins voisins

34354143444444444548494950

51545656575757575858

CHAPITRE IV ETUDE HYDROLOGIQUE DU

DES

CRUES ET

DE LA CRUE DE PROJET

1 - Mthodes bases sur l'analyse des frquences des crues1.1 - mthode historique1.2 - mthode statistique2 - Mthode base sur l'analyse de la frquence des pluies2.1 - mthode gnraleintensit de la pluie- dispersion en fonction de la surface du bassin versant2.1.3 - dbit de la crue2.2. - Mthodes spcialement mises au point pour les petits bassins versants enAfrique Occidentale et CentraleDtermination de la crue dcennale

5959606363636464

65

- la mthode- mthode

rvise en 1993

6565

- dtermination de la crue centennale

75

schmatisation des hydrogrammes d'aprs Grsillon

et Lahaye

92

96

CHAPITRE V LAMINAGE DES CRUES PAR LA RETENUE

- Principe du laminage mise en quation2 - Rsolution2. - calcul numrique2.2 tableau de calcul2.3. abaques de calcul2.4 -pure de Blackmore

.

98101101102105108

V

CHAPITRE VI EVACUATEURS DE CRUES

1 Dfinition2 - Gnralits : constitution et choix des vacuateurs de crues3 - Calcul hydraulique des vacuateurs de crues3.1 - Dversoir3.1.1 - dversoir linaire3.1.2 - dversoir linaire noy3.1.3 - seuils normaux- dversoirs circulaires pour puits ou tulipes ou moines3.2 - siphon3.3 - chenal d'coulement et coursier3.3.1 chenal d'coulement- coursier3.4 - coursier - conduite

110110118118118121124124127128128129133

-

du coursier - conduite

135

- calcul du coursier - conduite

135

3.4.2.1 - calculer

et

dans la conduite surface libre

135

3.4.2.2 - la condition la limite aval de la zone d'coulement en charge- calcul en charge3.5 - la dissipation de l'nergie

136136142

3

- les becs dviateurs

142

les becs dviateurs : cas o- les cuvettes de dissipation submerges- les bassins ressaut3.5.4.1 - calcul du bassin ressaut3.5.4.2 - quelques lments sur la dissipation par ressaut hydraulique- calage du radier du bassin de dissipation- bassin de type impact- calcul de l'affouillement l'aval d'une chute- bassin de type plonge : cas de petites chutes- les barrages -poids en bton4.1 - actions de l'eau- pousse de l'eau et des sdiments

.

144144145153160160164165166168

168

4.1.2 sous - pressions4.1.3- autres formes de l'action de l'eau4.2 - action du poids propre du barrage4.3 - actions des sismes4.4 - variation thermique retrait et gonflement du bton5 - Etude de stabilit des barrages - poids en bton5.1 - stabilit au5.2 - stabilit au renversement5.3 Remarque sur les sous-pressions5.4 - conduite du calcul5.5 - stabilit interne des barrages - poids5.6 - stabilit au poinonnement

170173173173174174174175177178179181

CHAPITRE

BARRAGES EN TERRES

- Principes de conception des digues de barrages2 - Aspects gotechniques2.1 - choix des matriaux2.1.1 - identification des terres2.1.2 - influence des caractristiques d'identification des terres sur leurs propritsmcanique ou hydrodynamiques2.1.2.1 - la permabilitla rsistance ou cisaillement- la compressibilit2.1.2.4 - le gonflement retrait- aptitude au compactage2.2 - le compactagerappel des essais Proctor2.2.2 - influence des cailloux sur la densit sche- choix de la teneur en eau de compactage- excution et contrle du compactageengins de compactage et excution du compactage- contrle du compactage3 Dimensionnement des digues de barrage3.1 - aspects topographiques et hydrauliques3.1.1 - hauteur du barrageplan d'eau normal (PEN)3.1.3 - niveau des plus hautes eaux (PHE)

182184184184

19019019119319519619719719820020 120201203203203203203

vii

3.1.4 - revanche3.1 5 largeur en crte3.1.6 - pentes

203204204

3.2 -

de vagues et revanche libre

205

3.2.1 - formule de

Pacquant

205

- tableau- autres formules3.2.4 - remarque4 - Protection des talus4.1 - Talus amont4.1.1 - Enrochement en vrac ou- Perr rang la main4.1.3 Revtement en bton4.2 - Talus aval4.3 - La crte5 - Infiltration et hydraulique interne5.1 - Rappel des quations du mouvement de l'eau dans un sol5.1.1 - La loi de Darcy5.1.2 - Equations du mouvement de l'eau dans un sol isotrope5.1.3 - Equations du mouvement de l'eau dans un sol anisotrope5.2 - Rsolution des quations du mouvement dans le cas des barrages en terre5.2.1 - Etude des conditions aux limites5.2.2 - Hypothse simplification5.2.2.1 - Premire consquence : dfinition de la fonction de courantet des lignes de courant5.2.2.2 - deuxime consquence : dbit coul entre 2 nappes de courant5.2.2.3 - troisime consquence : dfinition des quipotentielles et forme du rseau delignes de courant-tude du rseau de lignes de courant et d'quipotentielles dans un barrage en

206207209210210210212212212213214215215216217222222223

224225

226

terre5.2.3.1- procds analogiques5.2.3.2. - calcul numrique sur ordinateur5.2.3.3 - mthode simplifie de la parabole dedrain sur fondation impermable

: cas d'un remblai homogne

22822823O

230

5.2.3.4- mthode simplifie de la parabole de KOZENY : cas d'un barrage a zones

sur fondation impermable- le problme de la vidange rapide

235236

...

5 - Bis - infiltration dans le barrage et dans les fondations5 - bis - 1 - dtermination des quipotentielles et des lignes de courant5 - bis 1 . 1 - trac de la ligne phratiquebis cas d'un massif homogne non dran- bis - 1.1.2- cas d'un massif homogne drain (drain aval)bis - 1.1.3 - cas d'un massif anisotrope5 - bis - 1.1.4 cas d'une digue zones5 - bis 1.1.5 - remarque : barrage sur fondation permable5 - bis - 1.2- trac des quipotentielles et des lignes de courant

238239239239240242242243243

5 - bis -

- cas d'une retenue pleine

243

5 - bis - 1.2.2 cas d'une vidange rapide5 - bis - 1.3 - calcul du dbit de

243244

5 - bis 1.3.1 calcul des dbits de5 - bis - 1.3.2 calcul des dbits de

travers le barrage travers les fondations

244245

bis - 1.4 - calcul de la pression interstitielle6 - Protection contre le renard6.1crans tanches6.2 - allongement des lignes d'coulements6.3 - utilisation des filtres6.3.1 - drain - tapis6.3.2- drain -lois des filtres ou rgles de non contamination6.3.4- puits filtrants7 Stabilit des digues7.1 - dfinition du coefficient de scurit7.1.1 efforts mobilisables et efforts appliqus7.1.2 caractristiques relles et Caractristiques rduites7.2 - calcul de la stabilit d'un barrage en terre par la mthode des tranches7.2.1 dfinitions7.2.2- mthodes de Fellenius et de Bishop7.2.2.1- mthode de Felleniusvariante- mthode de Bishop7.3 - quelques valeurs forfaitaires de dimensionnement des pentes de talus de diguesde barrages

BIBLIOGRAPHIE

24724824824824925 125325325525725725825825926026026 126 1262

264

AVANT PROPOS

Face aux alas climatiques (dficit, mauvaise rpartition, irrgularit de

la pluviomtrie, scheresse, etc.), les barrages sont

des

ncessaires pour le soutient de bon nombre d'activits desocio-conomique (alimentation en eau des populations et des

cheptels,

hydrolectricit, etc.). Autant qu'ils sont, ils constituent

toujours des ples de dveloppement

En

de

particulirement, les premiers barrages datent

dj d'avant la Seconde Guerre Mondiale et, aujourd'hui plus qu'avant, les

contraintes climatiques

les besoins

de dveloppement

la mobilisation des ressources en eau par des barrages.

Le prsentles parties traitant de la

n'est pas exclusivement une oeuvre personnelle. Danset de l'hydrologie, beaucoup de passage

sont

du

polycopi de J.

EIER - 1976. Le

cours contient aussi une

de

collgue et ami,de J.

dans la partie traitant des infiltrations. Qu'ils en soient tousremercis !

Le cours de barrage apparat

creuset des sciences de

Il allie harmonieusement : la gologie, la

la

topographie, l'hydrologie, l'hydraulique, la rsistance des matriaux, le calcul

de structures, le dessin, l'environnement, etc.

assurment en cela qu'il est

passionnant. La matrise de l'ensemble des aspects est indissociable de la

scurit mme des ouvrages crer. Alors,

btir des

dans la

scurit !

L. COMPAORE

CHAPITRE

1. UN BARRAGE POURQUOI FAIRE ?

Le barrage est un ouvrage hydraulique de mobilisation

ressource en eau de surface.

Quelque fois une partie de la rserve mobilise peut constituer une retenue souterraine (cas desbarrages souterrains). Les objectifs d'un barrage peuvent tre multiples (figure 1) :

- alimentation en eau domestique des populations- alimentation en eau des animauxbesoins agricoles (irrigation)- pche - pisciculture- tourisme- besoins industriels (mines, usines, production d'lectricit...)- lagunage- rgularisation du rgime d'un cours d'eau, crtement des crues,crtement desruissellements d'orage des zones urbaines?etc..

Dans les pays arides ou semi-arides?les objectifs assigns gnralement aux petits barrages enterre sont surtout : l'alimentation en eau des populations et des animaux,le dveloppement del'agriculture irrigue, la pche -pisciculture.

Figure. 1.1 : Obiectif d'un barrage de retenue

2

L'ide de projet peut provenir des populations, des autorits administratives et politiques ou desocits d'exploitation.

L'envergure de l'ouvrage, son intrt, son cot et ses impacts d'ordre social et conomiqueexigent qu'un examen pralable de solutions alternatives intermdiaires pouvant concourirsatisfaire les objectifs formuls soit entrepris.

La recherche des solutions alternatives peut se traduire :- En termes d'opportunit2) - En termes d'options

d'opportunit :

Elles consistent examiner soit certaines variantes possibles du projet (comparaison d'unensemble sites, intgration des objectifs), soit des solutions de rechange autre que le barrage(puits modernes, forages, impluviums).

Les avantages et les inconvnients de chaque solution peuvent tre analyss (tableau ci-aprs).

Solutions

Avantaees

Puits

Forage

- Peu cherExcution rapideExhaure manuelle possible- Facile d'entretienOccupation de l'espace infime

- Plus cher que le puits mais toujourstrs bon march par rapport au

Implantation difficile sans moyen depectionScurit d'exploitation limite (puisementde la nappe ou abaissement sensible deson niveau pouvant conduire destarissements temporaires)Eau pas toujours saine si puits non couvertDbit pas toujours intressantAccessible peu de personnes la foisL'emplacement techniquement favorablepeut tre rejet par les populations pourdes raisons socioculturelles.Exige un moyen d'exhaure mcaniqueRisque d'puisement de la nappe

-

barragePermet une exploitation de la nappe

spcialiss)

dlicate (personnel et matriel

meilleure car peut tre for profon-dment

Occupation de l'espace infime

Dbit pas toujours intressantAccessible peu de gens la foisEmplacement technique favorable quelquefois rejet par les populations pour desraisons socioculturelles.

3

~-

1.2 Solutions

:

Elles consistent opter suivant une politique de dveloppement socio-conomique base sur lades ressources en eau, Dans ce cas des priorits sont dfinies au sommet(gouvernement), et un projet de barrage qui s'inscrirait dans ces priorits pourrait de facto treplanifi.

2. RECHERCHE DU SITE ET

Si l'alternative choisie ou l'option faite est la construction du barrage quelle peut tre sa

faisabilit ? L'tude de la faisabilit de l'ouvrage passe avant tout par

choix du site du projet

en prenant en compte

des objectifs sur :

- la capacit de la retenue- le choix et la conception des ouvrages

2.1 Recherche du site

Une fois que les objectifs et les contraintes qui en rsultent pour le barrage et

retenue sont

connus, il convient de rechercher le site le plus apte et de prciser dans quelles conditionsl'ouvrage pourrait tre ralis sur ce site pour se prononcer en toute connaissance de cause sursa faisabilit et sur les suites donner au projet.SoiutionsAvantages InconvnientsBarrageStockage d'un volume impor- - Trs onreuxtant en gnral - favorables peu nombreuxpermet de conserver un - Eau stocke frquemment polluevolume d'eau qui si non aurait Forte vaporation de l'eau stockeruissel Entretien et complexe (difficult d'orga-Facilit d'exploitation de l'eau niser les en syndicatstocke (coulement capable d'assurer l'entretien courant, nces-et accessibilit beaucoup de sit de disposer parfois de moyens d'inter-gens la fois) vention hors de la porte des riverains etRalimentation possible des des autres utilisateurs)nappes environnantes et Trs gourmande en occupation de l'espace,proches donc trs sensible aux problmes fonciersOuvrage anti-rosif (expropriation des propritaires terriens, ouvrageAutorise plusieurs activits parfois cheval entre plusieurs collectivitssocio-conomiques villageoises d'o des difficultsPeut permettre de dsenclaver de planification de la gestion de ressourcedes localits (barrages - route)Dveloppement de maladies d'origine(paludisme dracuncu-lose, etc...)progressif de la cuvette. Menace la scurit des personnes et desbiens en cas de rupture.

4

A cette phase, il faut viter des oprations coteuses pour l'tude, avant d'avoir la certitude quele site convient.

La recherche mthodologique du site passe deux phases importantes :

a) Prparation des prospections de terrain au bureau sur documents

(cartes

la plus grande chelle possible, photographie arienne, carte gologique rgionale).Pour chaque site repr, on estimera les caractristiques gomtriques de la valleet du bassin versant, la morphologie du site du barrage et de la cuvette (figure 2).On examinera aussi les voies de communication et l'implantation des lieux habitsl'amont ou l'aval du barrage.

On passera rapidement en revue l'estimation de la capacit de stockage,l'hydrologie du bassin versant, la gomorphologie et la gologie du bassin versant,les donnes mtorologiques locales.

b) Visite des sites qui semblent convenir en vue de prciser et de complter lesrenseignements gnraux dont on disposedes contacts locaux seront pris pour s'informer sur les sites reprs, sur lesobservation faites en matire de crues, sur les problmes fonciers, etc..

Examen des conditions locales et dclement des problmes

de couverture

vgtale, de morphologie de la rivire et du site de retenue, de nature et paisseurprobable des terrains de couverture, d'affleurements du substratum rocheux ouimpermable, d'existence possible de zones d'emprunt.

Reprer les

particulires

d'eau, pertes, zones tourbeuses ou

argileuses, glissement des berges, failles, karst, etc..).

Dterminer les zones de travaux prparatoires aux stades suivant des tudes :dbroussaillage, amnagement d'accs, lev topographique, etc...

Composition de l'quipe de reconnaissance du site : 1 technicien expriment enbarrages et amnagements hydrauliques, 1 gomtre, 1 gologue, des manoeuvres.

Fig. 1.2 : Recherche des sites

sommaire d'une retenue (schma deprincipe)

5

2.2 Choix du site et faisabilit :

L'tude comparative des sites inventoris, tant du point de

caractristiques techniques

propres chacun que de leurs avantages relatifs au regard de l'amnagement projet et de leurinsertion dans leur environnement physique et socio-conomique, permettra la mise envidence d'un nombre restreint de sites entre lesquels sera effectu le choix dfinitif

2.3 Autres cas de recherche et de choix de site :

Dans la pratique, le schma ci-avant dcrit n'est pas respect. En effet en raison des objectifsviss, la recherche se limite souvent une zone gographique assez peu tendue dans lesquellesil n'existe qu'un petit nombre de sites possibles, ou mme ventuellement un seul.

L'tude se limite alors

de faisabilit de l'ouvrage sur le site en question, si la rponse

en est favorable, la dfinition de la meilleure implantation.

A remarquer par ailleurs qu'en dpit de ces considrations, des raisons purement sociales oupolitiques peuvent primer pour le choix d'un site.

3 ETUDES

Aprs l'tude d'identification et du choix du site, on a

ide de l'ampleur et de la difficult

du projet envisag, de sa faisabilit probable, de l'importance et l'orientation

donner aux

tudes ncessaires pour l'tablissement de l'avant projet de l'ouvrage.

Avant d'entreprendre l'tude de cet avant projet, il est indispensable d'avoir une bonneconnaissance des conditions socio-conomiques, topographiques, gologiques, gotechnique ethydrologique du site.

3.1 Etude

:

La finalit de l'tude socio-conomique est de fournir- des donnes permettant d'apprcier

l'intgration du projet dans son environnement socio-conomique.

permet de :

- Fournir des donnes ou deset la connaissance du site

l'estimation des besoins en eau

- mesurer

des populations au projet

- recenser les populations dguerpir ou exproprier du fait de cration de l'ouvrage

- examiner la situation foncire en fonction des textes et de l'occupation ou utilisationtraditionnelle ou en cours des terres du site

- apprcier les prjudices encourus par les collectivits du fait de la cration del'ouvrage

- sensibiliser les populations ;

- dgager les mesures d'accompagnement ncessaire la russite du projet, etc...

6

3.2 Etude

:

A l'issue de la phase d'tude relative

la recherche et au choix du site, on a une ide de

l'ampleur et de la difficult du projet envisag, de sa faisabilit probable, de l'importancedonner aux tudes ncessaires pour l'tablissement de l'Avant Projet de l'ouvrage.

Au dpart de ces tudes se trouve topographique.

L'tude topographique de la retenue et du site du barrage dbouchera sur l'tablissement deplans partir desquels il est possible :

d'estimer la capacit de la retenue et sa surface en fonction de la cote de l'eau etl'emplacement du barrage ;

- d'valuer le volume des diffrents ouvrages et de proposer leur implantation

- de reprer les

- d'implanter, parfois, les

et les zones exploitables de matriau rocheux

annexes tels que voies, lignes lectriques,

quipements touristiques, etc..

- de fournir aux gologues et ingnieurs les fonds de plan pour les tudes gologiqueset l'tablissement de l'Avant - Projet.

Pour la gologie de la cuvette, la prcision des plans au

ou

et parfois au

est

et le report des observations se fait sans difficults.

Lors de l'excution des travaux topographiques, il faut tablir un rseau de points fixes

extrieurs l'emprise du chantier qui

de procder l'implantation des travaux. puis

ultrieurement aux contrles priodiques des dplacements superficiels du barrage (fig.3).

11 est donc utile de rattacher les plans topographiques des bornes de nivellement et detriangdation (partage d'une surface terrestre en triangle, pour mesurer une ligne godsique oupour dresser la carte d'une rgion), en dehors de l'emprise du chantier.

Fig. 1.3 : Exemple de canevas

l'implantation et l'auscultation d'un

donc

des bornes de

et de

dehors de

de

et des

de chantier. Selon la

du

les

des

pour les sites de barrages vont du

au

Dans

cas de

des chelles du

au

sont

courantes.

C

,

.

.

7

3.3 Etude

et gotechniques :

Les tudes gologiques et gotechnique d'un site de barrage ont pour objet de traiter lesquestions concernant :

- la stabilit mcanique et l'tanchit des appuis et des fondations des ouvrages

- l'tanchit de la cuvette de la retenue et la stabilit de ses versants

l'existence et les Caractristiques des matriaux ncessaires la construction dubarrage

- la prennit de la retenue et de la qualit de ses eaux [apports solides, caractristiquesdes eaux, risques d'eutrophisation (volution biochimique des eaux due a lapollution)].

3.3.1 - Le contenu destudes

- Situation des zones d'emprunt

Dtermination des risques de

;

- Dfinition du risque d'instabilit des versants

Examen des risques d'engravement de la retenue:

- Dfinition des conditions de fondations et d'tanchit au niveau du site du barrage.

..

O

Fig.l.4. : Carte et coupe

d'un site de barrage

8

3.3.2 Le contenu des tudes gotechniques

Fournir ou dfinir les caractristiques et les comportements mcaniques et hydrodynamiques

des sols, c'est dire leur aptitude

fournir les matriaux ncessaires

la construction de la

digue ou constituer des fondations suffisamment stables et impermables.

Pour cela on effectue des essais de mcanique des sols et des essais hydrauliques soit surchantillons en laboratoire, soit 'in situ" (directement sur le site).

Pour le prlvement de chaque chantillon sur le terrain, on doit avoir un poids approximatif de

pour les sols fins (plus de

d'lments de diamtre

5 mm) et 30

pour les sols

grossiers (comportant plus de 70% d'lments de diamtre

5 mm).

A.P.S. (Avant Projet Sommaire) zone d'emprunt, faire une tranche par hectare ;

A.P.D. (Avant Projet Dtaill) zone d'emprunt, faire 4 16

hectare.

Pour se mettre dans la scurit, le volume des emprunts aptes chercher doit trele volume du barrage projet.

Les tudes gotechniques sur chantillons comprendront :

2 fois

Analyse

- Teneur en eau

Limites

(tamisage

qui sont les teneurs en eau caractrisant le passage d'un sol

argileux :

de l'tat boueux l'tat plastique limite de liquidit

de l'tat plastique l'tat solide : limite de plasticit

solide avec fente de retrait : limite de retrait

L'indice de plasticit

est la diffrence

:

=

IP d'autant plus lev que le sol contient plus d'argile10 pour un sol assezpour un sol trs argileux.

Ces limites sont dtermines par des essais portant sur Ia fraction fine (diamtre des grains0.5

-

L'Essai PROCTOR (aptitude au compactage, dtermination de la densit sche et deteneur en eau W l'optimum proctor). En laboratoire cet essai se fait sur les matriaux de

l'chantillon dont Ie diamtre des grains

5 mm, ce qui rend souvent

la

comparaison avec le compactage sur chantier. Gnralement sur le chantier on chercheraobtenir des taux de compactage d'au moins 95% de la densit sche maximale de l'essaiPROCTOR NORMAL, sauf indication contraire donne par le cahier des charges.

9

Au point de vue identification des sols, on considre qu'une densit sche maximale

1,6

dans un essai PROCTOR

(Essai de compactage avec une nergie gale 5

fois plus forte que dans l'essai normal) caractrise un mauvais matriau. Pour un bonmatriau on peut obtenir une densit sche maximale voisine de 2. De mme une teneur en

eau optimale

est un indice dfavorable.

- Rsistance au cisaillement (bote de

t = c +

tc

contrainte tangentiellecohsion

contrainte normaleangle de frottement interne des matriaux

Consolidation, Tassement, Permabilit (appareil :

Une tude gotechnique des fondations de l'ouvrage devra permettre de s'assurer que lescontraintes dues au poids du barrage et aux pousses hydrauliques ne dpasseront pas larsistance au cisaillement des terrains de fondations, de prvoir les tassements des

fondations meubles sous la charge du barrage,

de choisir le rythme de construction

pour que les pressions interstitielles ne dpassent les limites admissibles, dans le cas desfondations mal draines.

Les fondations

ont

une bonne rsistance

mais du fait de leur permabilit, il faut prendre des prcautions spciales pour viterles

Les fondations limono-argileuses ont

une tanchit suffisantes, mais il

faut vrifier qu'ils peuvent supporter les contraintes dues au poids du barrage etcalculer les tassements qui en rsultent.

Les fondations aalternances de couches sableuses permables etimpermables, peuvent tre l'origine de grands dsordres. Les passages sableuxsont susceptibles de transmettre d'importantes sous-pressions ou d'entraner des

s'ils sont en communication avec la rserve

II faut envisager des dispositifs

spciaux.

Les vases et tourbes sont, en principe, inaptes. supporter les ouvrages.

Pour des fondations rocheuses, on fera attention aux couches altres qu'il faudra

enlever. Toutes les dispositions devront tre

pour traiter les fissures ou les

failles.

Les mthodes de reconnaissance et d'tude des fondatioris utilisent les techniques de sondageset gophysique.

10

3.4 - Etude

:

Elle a pour objectif d'tudier les conditions de remplissage de la rserve d'une part et d'autrepart d'estimer la crue contre laquelle il est ncessaire de protger le barrage. Les tudespeuvent tre bases sur la statistique si l'on dispose dj d'un certain nombre d'annes demesures sur le site ou dans la rgion. A dfaut, on appliquera le mthodes dterministes.

3.4.1 - Recherche de donnes

Avant d'engager l'tude hydrologique, il est indiqu de rassembler le maximum d'informationsrelatives l'coulement des eaux.

La dmarche suivante peut tre applique :

runir les documents cartographiques sur le bassin versant (B.V.) tudi(hydrographie, topographie, gologie, occupations des sols...)

rechercher des stations de jaugeage sur le cours d'eau tudi et sur les cours d'eauvoisins et recueillir le donnes hydromtriques ;

rassembler

donnes

et pluviographiques,

pour des stations

assez loignes, si elles permettent d'avoir de longues sries de donnes ;

procder une reconnaissance de terrain pour avoir des renseignements hydrauliques

(capacit d'coulement des cours d'eau, niveaux atteints par

crues, les dbouches

des ouvrages d'art, etc

;

Effectuer des enqutes sur les plus fortes crues observes :

interview des riverains sur le niveau des plus hautes eaux Hx cette enqute peut treeffectue en diverses sections et sur les deux rives pour liminer les aberrations ou lesexagrations

relev topographique de sections du cours d'eau et de la pente moyenne du thalweg etrecherche d'une ventuelle section de contrle bien localise en aval, qui modifierait lapente de la ligne d'eau 1par rapport celle du fond ;

observation du lit pour estimer le coefficient de rugosit K et application d'uned'coulement type Manning avec ces quatre donnes (Hx, S, 1et K) ;

.

examen des plus gros galets charris par le cours d'eau pour estimer grossirement les

plus hautes valeurs de tirant d'eau Hx qui se sont produites par le pass, en s'inspirant dela notion de force tractrice limite :

= tirant

d'eau maximum, en m

1

= pente

du thalweg au point considr, en

d = "diamtre" des galets, en

.

Il

, ^

-

3.4.2 - Mthodes d'estimation de

crue

Choisir la valeur du dbit de la crue dont on veut protger un ouvrage c'est choisir laprobabilit de frquence de cette crue. Cette frquence dpend bien sr de l'importance de

l'ouvrage envisag et des risques que sa destruction faitvocation humaine et pastorale dont la rupture ne

Exemple : les petits barragespas d'entraner de mort d'hommes en

aval sont munis de dversoirs calculs pour couler

crue

(une fois en 10 ans). Un

ouvrage plus important mritera une meilleure protection (crue centenaire, millnaire ou mmedavantage).

La question est donc d'abord de connatre la valeurfrquence (plus exactement la dure de retour).

dbit de la crue dont on a choisi lase pose diffremment si on a des

informations ou non relatives au dbit des cours d'eaux que le barrage va retenirngative il faudra faire une estimation base sur l'analyse des pluies.

dans la

3.4.2.1

de donnes hydromtriques suffisantes :

Si l'on peut disposer d'observations hydromtriques de

intressante (n

10 20) on peut

procder l'estimation de la crue par les mthodes

3.4.2.2 - Cas de donnes hydromtriques insuffisantes ou inexistantes

Si les donnes hydromtriques sont

ou inexistantes, on peut soit avoir recours

des bassins voisins o ces donnes sont disponibles, soit utiliser les

dterministes, en

l'occurrence celles bases sur l'analyse de la frquence

pluies.

La crue est une fonction :

du coefficient d'coulement instantandu temps de concentration du bassin versant

de l'intensit de l'averse qui

provoque

de la surface du bassin versant.

Le

d'coulement instantan ou

de ruissellement

C'est le rapport du volume ruissel au volume prcipit au moment de la crue. Ce coefficient

semblable au coefficient d'coulement a des valeurs beaucoup plus fortes que ce

;lors

d'une averse importante une grosse partie des eaux ruisselle,beaucoup plus tard.

ne jouant que

Ce

d'coulement instantan dpend du climat mais aussi du relief et de la

permabilit des sols. On le dtermine par observations et comparaison avec des bassins

voisins. A titre indicatif, ce

aura des valeurs allant de

pour un bassin

forte pente et dont les sols sont trs impermables 0,2 ou mmedouces et des sols trs permables.

Le temps de concentration :

pour des pentes trs

C'est le temps que met l'eau tombe au point

le plus loign pour arriver au

point

calcule la crue. Si une averse dure un temps suprieur ougal

toute la

surface du bassin versant contribue

la crue au point considr. On peut estimer ce temps

par

cS

des formules :

en heuressurface du bassin versant en

L

chemin hydraulique

plus long en

P

pente du parcours L en

est la pente moyenne

a

coefficient caractristique du bassin qui se dtermine par comparaison avec

d'autres bassins voisins.penteon prendra :

est de

de 0.1 1 s'il y a plusieurs tronons

de

SLH

:

dpend principalement de la longueur de la pente, de la couverture vgtale et del'intensit du ruissellement

L

en heuressurface BV enlongueur du thalweg endnivel (en mtres) entre le point haut et le point bas du thalweg

propose de calculer le temps de concentration en admettant les vitessesd'coulement suivantes :

pente : O 3%

pente : 4

0,6

V

0,9

.

13

(heures)

- Intensit de la pluie : Les pluies enregistres au

le plus proche peuvent tre

classes selon leur dure et selon la hauteur d'eau prcipite. On classera d'abord selon la dur e

: pluie de 1 heure, 3 heures, 6 heures, 12 heures, 24

etc... (en ralit on prendra des

intervalles de dure). On ne retient pour chaque anne que la pluie maximale pour chaquedure celle qui a prcipit la plus grande hauteur d'eau.

On opre ensuite avec les pluies d'une dure t donne comme on a fait avec les dbits derivire :

Un classement par ordre de hauteur prcipite croissante

- Le calcul de la probabilit pour qu'une pluie soit infrieure une

:

pour qu'elle soit suprieure cette valeur P = 1 -

le calcul de la dure de retour T

1

-

Le report sur un graphique probabilit de Gumbel ou de Frchet de chaque hauteur de

pluie annuelle retenue en fonction de la valeur

qui lui correspond.

-

Le calcul des coefficients

0,7800

et

avec x =- (Gumbel) ou x =

n

(Frchet)

- Le trac de la droite x =

a

Logx =

+-)a

On calcule ainsi la valeur de la hauteur de la pluie de

t dont la dure de retour est gale

T que l'on a choisie. On fait subir le mme traitement aux pluies de dures diverses. On a ainsides valeurs de hauteurs de pluies d'une mme probabilit mais correspondant des dureshteffet l'intensit d'une pluie diminue quand le temps augmente.- nYdiffrentes : ces hauteurs sont telles que l'intensit = - dcrot lorsque la dure croit. En

14

CHAPITRE II

1.

Un barrage est un mur rig au travers d'un cours d'eau et destin bloquer dans une cuvettetoute ou partie des eaux de ruissellement du bassin versant pour constituer une retenue d'eautemporaire ou prenne usage multiple ou spcifique. Suivant l'importance et la frquence dessurplus d'eau (phnomne de crues), on associe au barrage un ou plusieurs dispositifsd'vacuation appels vacuateurs de crues.

A

VERSANT

BARRAGE

2. LE BASSTN VERSANT

Le bassin versant en un point ou, plus exactement, dans une

droite d'un cours d'eau, est

dfini comme la totalit de la surface topographique draine par ce cours d'eau et ses affluents

de ladite section. Tous les coulements prenant naissance l'intrieur de cette surface

doivent traverser la section droite considre pour poursuivre leur trajet vers l'aval.

Chaque bassin versant est spar de ceux qui

par la ligne de partage des eaux.

Pour tracer cette ligne, on utilise une carte topographique dont l'chelle devrait en principe tre

convenablement choisie. En

on utilise principalement les cartes au

me

sur la carte correspond

2

disponibles sur

toute

Occidentale et

Centrale, et parfois les cartes au

me et

me pour lesquelles on dispose

d'une couverture trs partielle. On pourra galement se reporter aux photographies ariennes

qui offrent une couverture complte au

me et pour lesquelles d'autres chelles sont

possibles (tous ces documents sont disponibles auprs des Instituts Gographiques).

15

Le trac des limites du bassin versant s'effectue partir de la cartographie des courbes deniveau et du rseau hydrographique lorsque les courbes de niveau sont imprcises. La ligne departage des eaux suit les crtes et traverse le cours d'eau au droit du point considr, en

descendant par une ligne

aux courbes de niveau (ligne de plus grande pente) et qui

correspond la trajectoire thorique d'une goutte d'eau.

Les principales caractristiques du bassin versant sont : la surface, la forme, la pentelongitudinale moyenne, l'indice global de pente, la pente transversale moyenne, la gologie, lapdologie, la couverture vgtale et les caractristiques secondaires tels la densit de drainage,l'tat du lit du cours d'eau (dgradation hydrographique), dont le rle n'est pas ais mettre envidence.

Le site d'implantation d'un barrage dfinit l'exutoire de son bassin versant. Le rle de ce bassinversant dans l'hydrologie de l'ouvrage est capital. C'est notamment les apports en eau de cebassin versant qui dtermineront le remplissage du rservoir de l'ouvrage et l'importances desdversements (crue).

La classification des bassins versants selon leur taille est la suivante :

----

trs petits bassins versantspetits bassins versantsgrands bassins versantstrs grands bassins versants

O10200

S

20002000

3. LA CUVETTE

C'est le domaine topographique attenante au barrage vers l'amont, pouvant tre inond

le

niveau de stockage de l'eau. La cuvette a donc pour

de stocker le volume d'eau dont on a

besoin. Cette eau peut tre restitue en aval grce des ouvrages annexes telles les prises d'eauou les

La rserve en eau constitue dans la cuvette s'appelle la retenue.

4

- TYPES DE BARRAGES - TYPOLOGIE STRUCTURALE

Suivant le matriau mis en oeuvre pour construire le barrage on distingue :

- les barrages en terre- les barrages en enrochementsles barrages en bton (barrage -poids, barrage contreforts, barrage - vote),- les barrages en gabions.

4.1 -

en terre

Le barrage est constitu par la digue qui est

en terre compacte. La digue a une

section trapzodale dont les pentes de talus sont suffisamment faibles pour respecter les

normes de stabilit. Pour les petites digues ces pentes sont de l'ordre de

pour 2 3H. La

digue peut tre "homogne" c'est dire ralise avec un mme sol, elle aura alors en gnrai un

"filtre de pied" constitu et d'un tapis de sable dispos au pied

ou un "filtre

constitu d'une colonne de sable et tuyaux d'vacuation. La digue peut aussi tre "zones"

16

dans ce cas une tranche de sol plus impermable appele

ou

est noy

dans la digue constitue

matriau permable. Le

peut tre vertical ou inclin vers

l'amont.est en

peut parfois se rduire un cran tanche sur lepour assurer une bonnetanchit

parement. Une tranche d'ancrageniveau de l'assise. Des protections

des talus et de la crte sont amnages pour lutter contre

rosions diverses.

.

.

18

Figure 2.5 :

zones et noyau amont

permable filtrant

Figure 2.6 Barrage

central

Recharge p e r m a b l e

Protection amont

Figure 2.7 Tapis amont tanche

Tapis

(permabilit

K

Figure 2.8 Profil en travers

d'une digue

A X E DU BARRAGE

du3

I

en

ou profil

20

4.2

en enrochements

Le barrage est constitu par une digue en enrochements qui n'est autre chose qu'un grand tasde gros cailloux. Pour impermabiliser le barrage en enrochements, il est indispensable de lui

adjoindre un organe d'tanchit qui constitue la partie labarrage est souventconomique dans les zones d'accseffectuer, les enrochementstant prlevs sur place.

dlicate de l'ouvrage. Ce type decar il y a peu de transport

Figure 2.9

en enrochements cran

en bton

Figure

de

Barrage en enrochements noyau

Enrochements de

21

Figure 2.11

- Digue de Serre-Ponon

FRANCE)

En

.

22

Figure 2.12

en enrochements noyau interne en bton bitumineux cyclopen

remblais tout venantmaxi

application d'unemulsion de bitumeavant blocage du

recharges laterales

compactes

vue e n planmat ique

eux

PHASE 1: mise endes recharges

des coffrages ,et

PHASE

coule du noyau. Leve d e 1

PHASE 3: dcoffrage

PHASE

2

23

4.3

en bton

On distingue 3 types de barrages en bton selon leur forme et leur Comportement mcanique :

4.3.1 Les barrages

Ce sont des massifs de sections

triangulaires qui rsistent la pousse de l'eau par

leur poids. A cette catgorie se rattachent :les barrages -poids prcontraints,* les barrages -poids vids o certains videments ontt amnags,les barrages mobiles,certains seuils en rivire.

Les barrages en bton sont considrs comme des

rigides.

Figure 2.13

Figure 2.14 - Schma d'une

d'un barrage

ROCHER

de

en bton

poids en bton sur fondations

meubles

tapistanche

amont

tanche

filtre drain aval

he ment s

4.3.2 - Les

contreforts

Leurs formes sont trs varies et rsistent de par leur poids et leur forme.

Ils sont constitus d'un voile de bton i'amont qui reporte la pousse de l'eau sur descontreforts. Ils utilisent moins de bton que les barrages-poids.

a) Solidaire des contreforts avec parement amont plan. Les diverses sections de voile sont liesaux contreforts et fonctionnent en console courte.

b) Constitu d'une dalle pose aux extrmits sur les ttesflexion comme une poutre pose sur 2 appuis simples

contreforts. Le voile travaille enextrmits.

c) Solidaire des contreforts avec parement amont cylindrique. Cette disposition massive facilitela transmission de la pousse au contrefort.

d) Constitu d'une vote de faible porte et donc de faible paisseur s'appuyant sur lescontreforts.

Figure 2.15 Diffrents

de barrages

coiitreforts (vues en plan)

courtes

reforts

contreforts-

water-stopface amont

Les

votes

Ils sont constitus d'une vote, parfois trs mince, simple OU double courbure.

Ils rsistent grce leur forme la pousse de l'eau qu'ils reportent sur les terrains d'appui enrive et en thalweg. Les barrages-votes transmettent au rocher d'appui des efforts beaucoupplus levs que les autres types de barrage.

4.4 Barrages en

Ce sont des massifs constitus de gabions (cas

remplis de pierres) et munis d'un

dispositif d'tanchit. Les barrages en gabions sont des ouvrages flexibles, faciles mettre enoeuvre et possdant un effet drainant permettant d'viter les sous-pressions dans certainesparties de l'ouvrage.

On distingue diffrents types de barrages en gabions dont quelques uns sont indiqus ci-aprs.

2.16 Barrage

2 : Couche de

aval vertical

3:

amont en matriaux

4 :

d'tanchit

en bton

5 : P a r e m e n t a v a l vertical en g a b i o n s

6 :7 :8 :

ouT r a n c h e d'ancrage.

en

.

.

26

Figure 2.17

Couche

massif aval totalement

amont en

Murette d'tanchitouenB a s s i n ded'ancrage.

en b t o n

deen g a b i o n s

Figure 2.18 -

1 : Enrochementspose2 : Couche

massif

mixte

3 : Massif amont en4 : Murette

argileuxen bton

5 : Dversoir en g r a d i n s d e gabions

6 : Mur7 : Massif

en gabionsen e n r o c h e m e n t

8 : Bassin de9 :

ou

gabions

10 : Tranche d'ancrage.

27

2.19

2 :

Enrochementsde p o s e

aval en

de

3 :

5 :6 :

Murette

amont en

ouen

en

de

7 :8 :

de

an

.

en

semelles

2.20

1 :2 : Couche de p o s e3 : M a s s i f en

aval

argileux

d'tanchit en

5 : Pente

en

ou

Reno

6 : Gotextile ou

7 :

de

d'ancrage.

e n gabions semelles

.

28

5.- OUVRAGES ANNEXES

Les ouvrages annexes sont des dispositifs installs pour remplir des fonctions spcifiques enrapport soit avec l'utilisation de l'eau stocke, soit avec la scurit du barrage. Dans le cadre du

prsent cours on considrera les ouvrages de prise

les ouvrages de vidange et les

ouvrages vacuateurs de crues comme ouvrages annexes.

5.1 L'vacuateur de crue

L'vacuateur : il est rare que le volume de la cuvette puisse contenir toutes les eaux de

ruissellement d'une saison pluvieuse ;s'vacuer sans submerger les digues.

est

faut que les eaux puissent

On place en gnral cet effet un mur en bton dont la

se trouve une cote infrieure

celle du barrage; c'est lui qui fixe la cote

de la rserve.

est situ en gnral au

centre du barrage, l'emplacement de l'ancien lit des eaux d.e ruissellement (dversoir central).On le place parfois au prolongement de l'axe du barrage sur les rives (dversoir latral).

Cet ouvrage constitue souvent la partie la plus dlicate et la plus onreuse du barrage.

L'vacuateur de crue se compose d'une partie dversante (admission) et d'une partie "dispositifde restitution".

Figure 2.21 - Evacuateur de crue

du

29

5.2

Ouvrage de prise d'eau

Ils sont constitus soit par des siphons, soit par des pertuis de fond avec dispositifs de mise enservice (tour d'admission, conduite, vannes, bassin de tranquilisation, passerelle de service...).Ils sont gnralement prvus pour l'irrigations.

5.3 - Ouvrages de vidange

Ce sont des dispositifs de fond destins vidanger totalement ou partiellement la retenue encas de menace de destruction ou de comportement prjudiciable du barrage ou d'un de cesorganes essentiels.

5.4 - Remarque

Il arrive, sur les petits barrages que les ouvrages de prise d'eau et de vidange soient confondusen un. Dans ce cas on ne peut effectuer qu'une vidange partielle de la retenue en cas dencessit;

AMONT

Figure 2.22 -

iona

de prise d'eau

vannes-

.

i

3O

Figure 2.23 - Ouvrage de

d'eau

COUPE

A- A

O

TETE AMONT

WE EN PLAN

--?-- I

COUPE

.

.I

31

III

On construit un barrage en vue de constituer une rserve qui puisse satisfaire les besoins.Les problmes suivants sont donc considrer

- l'valuation des besoins

- l'valuation des diverses pertes d'eau -infiltrations -vaporation - pertes par dptssolides progressifs dans la cuvette.

En tenant compte de ces valuations et aussi, bien sr, de considrations topographiques,gotechniques, gologiques, hydrologiques et conomiques on doit alors chercher un sitele plus proche possible des besoins satisfaire et permettant de constituer lasuffisante. Un compromis est parfois ncessaire entre les conditions optimales relatives auxbesoins et celles relatives au choix du site qui pour des raisons conomiques oupeuvent tre divergentes.

1 - EVALUATION DES

EN EAU

1.1 Alimentation en eau des humains

On pourra utiliser les

Centres urbainsCentres secondairesCentres ruraux

suivants :

1407040

15 litres par jour et par habitant est un minimum en

rurale.

1.2 - Alimentation des

Ovins - caprins : 20bovins 30 - 50

Dans le cas o l'on doit tenir compte d'un btail transhumant on peut estimer grossirementles besoins en considrant qu'un animal ne peut s'abreuver une rserve que s'il pture

moins de 10

du barrage (parcours maximum jourrialier 40 km) soit 30

hectares

concentriques la retenue. En zone sahlienne la densit de btail est de 1 bte pour 4 6

hectares soient environ 6

btes abreuver au

32

1.3 Besoins agricoles

S'il s'agit de cultures sous

on value les besoins en eau en tenant compte

- des cultures elles-mmes et de leur cycle de dveloppement (calendriers culturaux),de l'vapotranspiration potentielle (ETP) dudes surface imguer.

II y a lieu de tenir compte plus prcisment de I'vapotranspiration mensuelle ou dcadaireet d'valuer mois par mois ou dcade par dcade les volumes d'eau ncessaires.

Pour la connaissance de

on peut soit se rfrer

des cartes, soit utiliser des

formules de calcul (formule de Penmann notamment !) ou encore des observations sur lebac classe "A".

Si on veut pratiquer des cultures de dcrue, le problme ne se pose pas en termes de

volume stock mais en termes de

cultivables inondes ; il s'agit alors d'assurer un

niveau d'eau qui puisse tre vidang.

- Besoins industriels et artisanaux

Les besoins industriels et artisanaux sont envisager selon chaque cas particulier. Par

exemple pour un barrage hydrolectrique on dfinit la cote minimum etde turbinage.

2 - PERTES DANS LA RETENUE

cote maximum

2.i - Pertes

infiltration dans la retenue

- Gnralits et valeurs d'estimation

Le sol constituant la retenue n'a pas toujours les qualits d'impermabilit requises pourconserver les eaux. Toutefois dans le cas gnral, les pertes d'eau par infiltration dans lacuvette ou au travers de la digue sont limites et on peut, au stade d'un avant projet, les

estimer une tranche d'eau de l'ordre de I O

de la hauteur utile de

rserve.

Habituellement dans la littrature et selon les auteurs, on s'accorde sur des valeurs

d'infiltration de 1 a 3

en moyenne.

On s'efforcera de choisir le site de la retenue de manire assurer une bonne tanchitnaturelle. Par ailleurs, mme si les fuites sont importantes au premier remplissage ellesauront tendance diminuer cause du gonflement des particules argileuses du sol et

surtout des

solides qui progressivement viendront tapisser

fond de la cuvette.

Dans certains cas particuliers enfin on pourra envisager d'amliorer l'tanchit d'unerserve par des traitements divers que nous analyserons ci-aprs. Ces traitements quirenchrissent le cot d'un ouvrage ne seront adopts que lorsque le site du barrage estimpos.

- Quelques cas d'tanchit

:

Le fond de la cuvette doit prsenter sur une paisseur minimum de

m une

permabilit assez faible, infrieureproportion mme faible d'lments trs fins.

: il doit contenir une

33

Il importe galement qu'en aucun point de la cuvette

des zones

prsentant une

dite en grand, c'est dire due des fissures dans

un matriau rocheux. C'est un cas

en Afrique avec les cuirasses

latritique s affleurant frquemment sur les bords de cuvette. Ces cuirasses sontdangereuses comme peuvent l'tre parfois les affleurements de roche altrequi peuvent galement prsenter une permabilit en grand.

On pourra aussi rencontrer des zones sableuses (en bordure le plus souvent)faisant communiquer la cuvette avec l'aval.

Fig 3.1 -

cas d'tanchit

34

2.1.2 - Moyens de lutte contre

infiltrations dans

cuvettes

de petites dimensions

Si la couche superficielle de terre dans la retenue est un matriau dont la

granulomtrie est tendue et qui contient un minimum de 3 4

fins

infrieurs 50 microns

mm) on pourra

le fond de la cuvette puis le

compacter correctement (en apportant de l'eau gnralement).

Si les terres ne contiennent pas assez d'lments fins ou si

veut recouvrir une

zone sableuse ou latritique par exemple on peut rpandre et compacter une couched'argile sur une paisseur d'environ 50 cm. Le procd est intressant s'il existe uneballastire argileuse proximit. L'inconvnient de cette mthode est qu'elle exigebeaucoup de soin pour sa ralisation : une infiltration qui se manifesterait dans unezone mal compacte entranerait l'argile au travers du matriau permable : on a

donc intrt

c'est possible, intercaler entre le sol permable et l'argile un sol

jouant le rle de filtre retenant l'argile. D'autre part si la zone argileuse doit tre mise sec chaque anne en fin de saison sche, il y a des risques de fissuration de l'argile

ainsi que d'rosion.

faudra prvenir ce risque en recouvrant la couche d'un

matriau sablonneux ou d'une protection de pierre reposant elle-mme sur des

graviers (couche de 20

environ).

D'autres Procds plus coteux peuvent tre envisags

- Le "sol ciment'' obtenu en incorporant la terre une faible proportion de ciment ou mmede chaux. Cette technique est dlicate : problme des essais prliminaires pour dterminerles quantits de stabilisants utiliser, problme du mlange de la terre et du ciment.

- La bentonite qui est une argile spciale (thixotropique) peut tre utilise de diffrentesmanires :

Aprs avoir assch par labourage puis aplani la terre on y rpand la bentonite (4

par

qu'on mlange par hersage sur une couche de 10 15

d'paisseur. On

compacte enfin : on peut obtenir une rduction des

de

environ.

peut galement rpandre sur le sol une couche uniforme de bentonite (4

et

recouvrir ensuite d'une couche protectrice de 1O 15

de sable ou gravier. Cette

mthode est plus efficace mais plus dlicate que la premire.

Enfin, si la rserve d'eau ne peut tre vidange , on peut tancher une zone avre

permable par saupoudrage lamthode est videmment moins

d'un mlange de sable et de bentonite. Cette

- Un film en matire plastique de quelques diximes de

peut tre utilis de la manire

suivante : la surface est aplanie, les lments anguleux enlevs, le tapis de plastique estalors pos et ancr au sommet des talus dans une tranche qu'on remblaie ensuite. Lecollage des bandes de plastique doit tre ralis par un spcialiste. Sur le plastique onrpand une couche de protection de matriaux fins sur une paisseur de 30 50 cm. Pour

que le matriau tienne il faut des pentes infrieures

pour 1. Attention ! la couche de

protection devra tre pose la main sur 30risquent de dchirer le piastique.

.

environ, les engins de terrassement

- Une mulsion de bitume peut tre rpandue depuis surface de l'eau elle est entranevers les fissures et les colmates. On utilise en gnral un tuyau qui descend le produit au

fond et vite de souiller par trop la surface. On utilise en gnral 6Le procd est relativement conomique mais salit l'eau.

de produit par

- Des procds plus coteux consistant couler sur place 5

10

de bton bitumineux

tanche reposant sur un support en empierrement ou

une couche de bton de ciment.

2.1.3 - Moyenne de lutte contre les infiltrations dans les ouvrages importants

Toute solution consistant "tapisser" le fond de la cuvette devient impossible lorsquecelle-ci de grandes dimensions on a alors recours d'autres solutions.

Couverture amont ou tapis amont

Si le barrage est fond sur un sol prsentant une permabilit un peu trop forte, on peut

rduire les infiltrations sous l'ouvrage en disposant un tapis tanche

de l'ouvrage.

Ce tapis devra tre reli la partie tanche du

si c'est un barrage zone. En

rallongeant le trajet des particules liquides ce tapis diminue les vitesses d'coulement doncles dbits de

.

36

Fig 3.2 - Couverture amont ouI

COUCHE

amont

Eou LK'

=paisseur de la couche permable de permabilitlongueur d'coulement suivant qu'on n'a pas ou qu'on a plac un tapis amontpermabilit du tapis amont.

En premire approximation on peut valuer le dbit desuivante :

sous la digue de la manire

La charge est

l'amont,

l'aval

La longueur d'coulement est 1 ou L suivant qu'on n'a pas ou qu'on a plac un tapisamont. K' permabilit du tapis amont.

L'paisseur de la couche permable est E, la permabilit du sol est

La vitesse d'coulement dans le sol est donc :

H1

Le dbit par mtre de longueur de barrage

1

La rduction de dbit-19=

ou

H

37

Ainsi pour obtenir une rduction de dbit p, il faudra placer un tapis amont dont lalongueur est : L - 1.

P

L

- 1 =

1)

L'paisseur e en mtres du tapis mettre en oeuvre est :

=

0.60

+

x = abscisse en mtres du point considr partir de l'extrmit du tapis amont.

Autre formule

Parafouille s

Egalement dans le cas des fondations trop permables mais excluant les roches fissures,

une solution trs employe est celle d'un cran tanche

le sol de fondation. Cet cran

rejoindre le terrain impermable si celui-ci n'est pas trop profond.

Fig 3.3 Parafouille

Schma dedans une retenue

Elle est particulirement indique si on peut departiculirement permable.(Exemple de la figure).

des tranches d'eau

sorte recouper une couche de sol

38

Et l'cran dsign "parafouille" peut tre constitu d'un mur en argile, en bton ou enrideau de palplanches.

- On ralise une tranche d'argile lorsque le parafouille a une profondeur rduite

m

maximum) et lorsque le barrage comporte lui-mme un noyau argileux,

est alors dans

son prolongement.

- De mme on ralise un mur parafouille en bton dans le prolongement du noyau en btondans les cas dsormais rares o l'tanchit de la digue est assure de la sorte. L encoreon ne peut prvoir un tel parafouille de trs grandes profondeurs. On doit veiller d'autrepart ne pas faire reposer le parafouille en bton sur un sol compressible. La technique des

parois

tend s'imposer dans ce domaine.

Les deux solutions mur en bton et cran d'argile exigent le dblaiement d'une tranchequ'il faut asscher pendant l'excution des travaux (sauf si on ralise des parois moules).

Mur en

Fig 3.4

moule

moule

e n matriaux

tanche interneparoi moule

paroi moule

._..

de la paroi :

m

cote

21501

Surface de la paroi

:5 600

Profondeur maximale

:

m

Composition du mlange eauciment

90027035

La

de la paroi moule consiste raliser une excavation partir de la surface,

tranche excave tant maintenue stable par remplissage au moyen d'une boue bentonitique

directement charge en ciment et qui fait

en

donnant naissance

une

paroi tanche de permabilit de l'ordre de

mis. Ce mur est suffisamment plastique

pour subir d'importantes dformations sans se fissurer. Les parois peuvent tre descenduessans difficultjusqu' des profondeurs dpassant 50 m dans des terrains alluvionnaires dontles lments ne dpassent pas 20 30 cm. L'paisseur des parois varie gnralement de

0.50 m

1.50

En pratique, on ralise le remblais du barrage, puis on excute la paroi moule en btond'argile partir de la crte. Cependant, pour de trs grandes profondeurs, et compte tenu

des moyens m i s en oeuvre pour les raliser, leur excution pourrait treet mesure de l'avancement des travaux.

.

au...,. ,.

39

Le masque en bton de ciment ne convient pas aux

en terre, relativement souples,

du fait de sa rigidit qui suit mal les dformations du barrage. En outre le masque en btonde ciment est sensible aux agressions extrieures et notamment celle de l'eau dont lescaractristiques chimiques doivent tre prise en compte:. Le masque en bton de ciment estsurtout utilis sur les barrages en enrochements.

Rideau de palplanches

Lames mtalliques de trs grandes longueurs et de 30 50

de large, enfonces par

battage et relies les unes aux autres par un systme d'accrochage. Elles sont battues

jusqu'au

et n'exigent pas de fouille pralable. Elles ne constituent pas vritablement

un mur tanche. D'autre part, la liaison des palplanches avec la partie tanche du barragepeut tre dlicate et exiger un mur en tte des palplanches.

Fig 3.5 - Caractristiques

H

2--1

hauteurmoment quadratique par rapportmodule de rsistance

Tableau : Caractristiques de diffrents profils de palplanches de type courantHauteurPoids de 1paroiModule dersistance parmtre de paroiLarsen 1151500Larsen II24.71551360

40

Injections

Lorsque le sous sol constitu de roche fissure ou de couches successives plus ou moinspermables jusqu' des profondeurs importantes, les rideaux parafouilles sont insuffisantson a recours la technique injections.

s'agit de raliser dans la zone traiter un nombre important de forages disposs en ligneet que l'on quipe de dispositifs permettant de les obturer un niveau dtermin onintroduit dans le forage un tube perfor au dessus du niveau fix et on envoie sous pressionles produits d'injection destins combler les vides.

Si les fissures sont trs petites et la permabilit faible on a recours aux injectionsd'argile.

Si elles sont plus importantes on injecte du ciment ou un mlange d'argile -ciment.

Pour les fissures importantes et les fortes circulations d'eau on injecte un mlange sable-argile - ciment.

Les injections se faisant sous pression parfois importante, il n'est pas possible de ralisercelle-ci depuis la surface : il faudra toujours avoir un "toit qui retienne les injections vers lebas. C'est ainsi que les injections se font de haut en bas et que la fermeture vers le haut esten gnral ralise par un rideau prarafouille dans le prolongement des injections (rideaud'argile, de bton ou en palplanches).

Les injections d'argile se font couramment surtout depuis l'utilisation des boues

thixotropiques : une

mlange une argile non thixotropique mme en faible

proportion peut la rendre utilisable. Elle la rend fluide lorsqu'elle est soumise desdformations, mais reprend une consistance solide ds qu'elle est au repos.

Fig 3.6 Rideau d'iniections

Rideau d'iniections

Impermable

-

O60

---

035

OU

amont

. -deL'absorption p a r

d'injection suivant profil dveloppun E.D.F.).q u a n d elle une

barrage-voteciment.

- Barrage en terre de Serre-Ponon.Injections excutes dans le rocher p a r

2.2 PERTES PAR

Les pertes par vaporation dans une rserve sont sensiblement proportionnelles la

surface du plan d'eau.

exprime donc ces pertes par la hauteur d'eau vapore. Elle

dpend de la dure videmment, des conditions climatiques, de l'tendue et de laprofondeur de la rserve qui constitue un volant thermique. Pour les rserves de petitesdimensions, on ne tient pas compte de ce terme. On value l'vaporation l'aide de l'unedes formules suivantes :

Formules le

E

=

0,398 n

-

273 +273

760B -

E

hauteur d'eau vapore en

pendant le mois de jours

=

tension saturante de vapeur d'eau en

de

correspondant la temprature

maximale moyenne mensuelle t.

est donn par

tables hygromtriques.

= tension

moyenne mensuelle de vapeur d'eau s'obtient en multipliant

par le degr

hygromtrique moyen.

B

= pression

baromtrique moyenne mensuelle en

de

t

= moyenne mensuelle

des tempratures maxi journalier

Formule des services

d'URSS

E

=

n

-

( 1 + 0,072

E

= hauteur

d'eau vapore en

pendant le mois de n jours.

= pression de vapeur saturante en millibars correspondant la tempraturel'eau en surface.

de

= la valeur

moyenne de la tension effective en millibars de la vapeur d'eau dans l'air 2

m au dessus de la surface de l'eau.

= la vitesse

Formule de

E

en

du vent 2 m au dessus de la surface de l'eau.

:

E

=vaporationjournalire

en

vapeur moyenne journalire de l'cart psychomtrique en degrs centigrades.

V

= vitesse du

vent en

a

= coefficient compris entre O. 1 et

O.

.

42

Mesures l'vaporomtre

On peut valuer l'vaporation l'aide de mesuresPiche ou l'vaporomtre sphre poreuse type

l'vaporomtre papier humide deou Atmomtre sphre

poreuse de Livingston.

Fig 3.7 -

Bouchon

POREUSETYPE

Mesures sur bac

existe deux types principaux de bacs pour la mesure de I'vaporation:

- le bac classe "A" du Weather Bureau (USA),- le bac Colorado (USA).

A partir des valeurs d'vaporation d'un bac, il est possible d'tablir une

avec les

valeurs d'vaporation d'un lac. A titre d'exemple on peut citer la relation trouve par

Bernard POUYAUD de

d'aprs ses travaux sur le lac de Bam et la mare

au Burkina Faso :

vaporation d'un lac (d'une nappe d'eau libre) en

ELA

En

vaporation sur le bac classe "A" en

de toute corrlation tablie, on pourrait calculer l'vapotranspiration (ET,) de

la culture de rfrence par l'application d'un coefficient compris entre 0.70 et 0.80 et

ensuite majorer ET, de 15

= 0.7 0.80 ELA

pour valuer l'vaporation d'une nappe d'eau libre.

43

Fig 3.8 Bacs d'vaporation

I

du

.BAC

Som d u b o r d .

DU

BUREAU

. BAC

COLORADO

(TATS-UNIS)

de lutte contre les pertes par vaporation :

Il n'existe l'heure actuelle aucun moyen rellement satisfaisant pour lutter contre lespertes par vaporation. Elle atteint pourtant dans les pays trs secs des valeurs voisines deaussi a-t-il t expriment plusieurs procds de lutte contre l'vaporation.

Ils consistent tous recouvrir la surface de l'eau par un produit servant de protectioncontre les radiations solaires.

film monomolculaire d'alcool gras (hexadcanai ou octodcanal) malheureusement

l'effet

vent ce film se dchire et vient se loger le long des rives ds que la surface

de la retenue est importante, l'efficacit est toujours infrieure

d'autant plus faible

que la surface est grande.

Couverture de petites sphres de styropor : les rsultats sont meilleurs mais cette

technique est peu employable pour les grandes rserves sur un bassin de

on a

obtenu une rduction d'vaporation de 54

Enfin il ne faut pas oublier que ces traitements ont un effet sur la flore et la faune : larduction d'vaporation entranant une lvation de la temprature.

2.3 Pertes

dpts solides

Le processus de l'rosion, l'entranement, le transport et la dposition des sdiments sontcomplexes.

Il n'existe pas encore de mthodes dveloppes permettant d'extrapoler les rsultats de larecherche fondamentale des grandes superficies complexes tels les bassins versants, envue de prdire le taux ou les processus d'envasement d'une retenue.

Bien que d'importantes donnes de base sur le phnomne aient t assembles dans iequart du sicle dernier, beaucoup reste encore faire pour que les projections des taux etdes processus d'envasement des rservoirs soient mieux connues.

2.3.1 La position du

L'rosion, le transport et la dposition des sdiments sont des processus naturels qui se

.

sont manifests travers les res gologiques. L'importance de l'rosion et relativementquantit de sdiments arrachs varie beaucoup d'un bassin un autre et dpend de lagologie, du climat, de la morphologie, des sols, de la vgtation et bien d'autres

conditions. La sdimentation des rservoirs des

est invitable. Le problme est de

savoir au bout de combien de temps, l'utilisation du rservoir sera compromise du fait decette sdimentation.

2.3.1.1 - Relation sdimentation et utilisation des rservoirs :

La sdimentation rduit la capacit de stockage du rservoir et limite par consquentl'exploitation oprationnelle de celui-ci. Dans certains cas, la sdimentation peutrapidement rduire la dure de vie du barrage. La perte de volume due la sdimentationdoit tre estime selon la dure d'utilisation du barrage et devra tre intgre dans lescalculs des besoins en eau, afin de s'assurer que les fonctions attendues du rservoir neseront pas compromises.

Aeeradation en amont des rservoirs et dgradation en aval

La construction d'un barrage modifie l'coulement naturel et partant la capacit detransport du cours d'eau ce qui peut conduire la fois de srieux problmes en amontcomme en aval du rservoir. En amont, il se produit une aggradation due l'effet derupture de la vitesse de l'coulement par la prsence du barrage. En aval, la rupture dedu marigot et la restitution des trop-pleins du barrage entranent desdgradations dues l'nergie potentielle et cintique acquise par l'eau au dversement.

L'rosion

L'rosion se dfinie comme la disparition du sol. Les

d'rosion sont : l'eau, le vent,

la neige et la gravit. A cette liste on pourrait ajouter les actions anthropiques. La

sdimentation est un sous-produit de

Une comprhension du processus de

l'rosion est indispensable pour dvelopper des mesures de contrle et prdire les quantitsde sdiments provenant des bassins versants.

39

(a) zone d'exhaussement du lit

(b)

beds

dgradation

: couches fluviales ou: exhaussement: abaissement

dpts de sdiments par les courants deturbidit au-dessus du niveau de l'eau durservoir et au voisinage de la rgion o

l'eau qui amve pntre dans le rservoir.

(c)

beds

couches frontales

= dpts

sdiments par les courants

de turbidit au-dessus du niveau de l'eaude rservoir

(d) Bottom-set beds

: couches basales

= dpt de sdiments par

courants de

turbidit au fond du rservoir

2.3.3 Estimation des

par dpts soiides

L'eau de ruissellement entrane avec elle des matriaux solides qu'elle arrache au long deson parcours ces matriaux se dposent ds que la vitesse de l'eau devient infrieure uncertain seuil : ainsi une retenue qui amne l'eau rduire sa vitesse une valeurpratiquement nulle provoque le dpt de la presque totalit des matriaux solidestransports par les eaux du ruissellement. L'arrachement de particules est d'autant plus fortque les pentes sont importantes et que les prcipitations sont plus irrgulires et que les

sols du bassin versant sont plus fins, toutes choses gales par ailleurs. Ainsi en

o

les reliefs ne sont pas trs accuss mais les prcipitations concentres, les dpts solidespeuvent parfois avoir des valeurs relativement importantes.

On pourra estimer l'importance des dpts solides prvoir a l'aide de formulesapproximatives:

Fournier :

Si

P

p est le hauteur d'eau tombe pendant le mois de pluviosit maximale (exprime en

: la hauteur d'eau prcipite annuellement (en mm)

: la dnivellation moyenne du bassin versant (en m)

: un coefficient dfini par la figure :

E

: la masse des transports solides prvoir par

et par an (en

E

-P

-

si H t g a

6

et

-P

20

(reliefs peuaccuss)

E

E

=

=

-P

-P

-

-

6

6

et

et

--

--

20

formule valable pour tous climats sauf

arides

E

=

- -P

si H tga

6

et

-P

8 pour les

(reliefs accuss)

arides

On n'utilisera ces formules qu'avec prudence, en effet l'importance des charriages est Iieaux caractristiques hydrologiques du bassin qui ici n'est caractris que par le terme -.P

Le coefficient H tga dfinissant le relief n'intervient que faiblement

d'autre part on

n'exprime rien qui dcrive la nature du sol (grosseur des particules par exemple).

Formule de Collet

exprime le

annuel sous la forme V = 523 Q 1

VQ1

volume annuel du charriage endbit moyen naturel enla pente en milliemes.

de Meyer - Peter plus complte

J

=

0,047

-

dbit solide en

par seconde et mtre de largeur

poids spcifique de l'eau (tonnes m')

=

=

poids spcifique mesur sous l'eau des matriaux charris (tomerayon hydraulique (en mtres)

pente de la ligne d'nergiediamtre caractristique du gravier (en= coefficient de rugosit du lit

=

coefficient de

des grains :

= --

Les meilleures estimations de dbits solides restent l'observation sur des bassins versantsvoisins comparables.

47

On comparera le volume des dbits solides annuels estim avec celui de la rserve pour

avoir une ide de la dure d'envasement. Une dure faiblerejeter le projet.

Formule de GOTTSCHALK

=

10 ans pourra conduire

DS

: dgradation spcifique annuelle: surface

Formule de

D-1700

-

3

(Grsillon)

: pluviomtrie moyenne annuelle en: surface du bassin versant: dgradation spcifique annuelle.

Observations (Exemples au Burkina Faso)

Tableau : Suivi du transport

l'chelle de quelques retenues au Burkina Faso

Barrages

Surface Priode

Organisme Pluie annuelle Dgradation

d'tude

ou auteur

625

spcifique

Kompienga

5 800

10

HER

1980

38

EIER

900

160

Samboandi

148

EIER

724

I

260

I

Vi

92

EIER

1

Mogtdo

102

MIETTO

PMI - BF

730

75

Moyens de lutte contre les

Il n'existe pas de technique capable de rduire

solides

dpts solides

ruissels

tout au plus peut on chercher localiser les dpts ou les vacuer

priodiquement.

- Les eaux subissent un ralentissement l'entre de la retenue or le seuil de vitesse

capable d'entraner un grain de sol est une fonction

de la dimension du grain.

Ainsi une eau qui entrane des graviers, des sables et des lments plus fins dpose lesgraviers en premier puis les sables et enfin les silts et argiles lorsque son mouvement estralenti par la rserve.

Il est possible d'encourager ces dpts en tte de la cuvette en crant une

en

gabions par exemple : elle bloque les dpts grossiers qui remontent progressivement versl'amont du fait de la modification de pente qu'ils provoquent.

- Les lments fins ne sont pas arrts par cette technique

une partie de ceux-ci sont

entrans par le dversoir s'il dverse mais l'essentiel dpose : s'ils sont importants, onpourra parfois les vacuer par une vidange rapide si l'ouvrage est muni d'une vidange de

fond, ou encore par le passage d'une crue dans la

vide, les vannes tant ouvertes,

Enfin le curage par engins de terrassement peut s'envisager mais toutes ces solutions neconviennent que pour des ouvrages importants ;

Pour les trs petits bassins versants on peut aussimoyen d'un reboisement en de cultures appropries (terrasses).

de stabiliser

pentes au

Fig 3.10 Lutte contre les

solides

barrage

.

grossiers

49

3

VOLUME DE LA RETENUE

COURBES HAUTEURS

-

SURFACES

3.1 Mthodes de calcul des volumes d'eau stocke

A partir des cartes topographiques du site dfinitif

ou plus souvent

avec courbes de niveau mtre par mtre ou mieux demi mtre par demi mtre, onopre un planimtrage des surfaces des diffrentes courbes de niveau en se refermant surl'axe du barrage (profil en travers projet). Les rsultats obtenus permettent d'valuer levolume maximum de la retenue ainsi que la relation hauteurs-volumes de la rserve.

On peuttablir ainsi le rapport entre le volume de la rserve et celui de la digue pourdiffrentes hauteurs possibles et surtout diffrents sites possibles si le choix se prsente ce

rapport constituera un lment du choixmeilleur site vu sous l'aspect conomique.

le plus grand reprsentant videmment le

Volume rserveVolume digue

doit se situer ente 3 et 10

Le calcul des volumes d'eau stocks se fait suivant les mthodes ci-aprs :

3.11 - Calcul de volume d'une retenue

Mthode rapide

Elle consiste assimiler la:

un cne de hauteur

le plan d'eau ayant une surface

On peut aussi grossirement valuer le volume

retenue l'aide de formules de

rgression d'aprs J.M.

:

a) Corrlation entre la surface du plan d'eau S et le

(L x

2.67

b) Corrlation entre le volume de stockage dans la retenue (V) et le produit (S x H) de lasurface du plan d'eau par la profondeur de la rserve.

2.67

A noter que ces formules sont cales prioritairement

3.1.2 Mthode rigoureuse

des retenues au Burkina Faso.

une mthode plus rigoureuse consiste mesurer les surfaces

,

des plans

d'eau correspondants aux courbes de niveau distantes d'une hauteur h. En partant du fond

on pourra ainsi calculer les volumes d'eau

a chaque tranche :

c

On tablit un tableau comme ci-dessous.

Tableau - Calcul des volumes par interpolation

Cote

Surface

Hauteur outranche d'eau moyenne

Volumespartiels

Volumescumuls

fond

fond

3

= -2

X E

fond

h

h

3

-

2

h=3

51

Ces donnes permettent d'tablir la relation hauteur - volume dans la cuvette, ncessairepour prvoir une bonne utilisation de la retenue dans le temps.

3.2 - Courbes

Hauteurs Volumes et Hauteurs Surfaces

A partir du tableau prcdent, il est ais de tracer les courbes :

H =etH

: courbe hauteurs -surfaces

: courbes hauteurs volumes.

Ces courbes sont intressantes pour la gestion de l'eau de

retenue.

.

52

Fig 3.1 1 Courbes hauteurs-volumes et hauteurs - surfaces

Fig 3.12 Courbe de

du rservoir de Sarrans, sur la Truyre

650

ut

N

289

II

I

II

I

.

4

- COURBE D'UTILISATION DE LA RETENUE ;

Sur la courbe Hauteur-Volume de la retenue, on est amen

tracer la courbe d'utilisation

de la retenue qui consiste, partant de la date de la retenue pleine retrancher

divers

besoins ou pertes correspondants un intervalle de ternps choisi (10 jours, 15 jours ou unmois par exemple).

En oprant ainsi de proche en proche on dtermine la priode pendant laquelle on peut

utiliser l'eau de

retenue et les ajustements ncessaires pour optimiser sa gestion.

Fig 3.13 - Courbe d'exploitation

barrage de

Faso)

HYPOTHESE 3

de

48 HO

en chou

9

I

I

O

.

\

Fig 3.14 - Schma de

des tranches d'eau dans la retenue

5

- ETUDE DES APPORTS

L'tude des apports doit tre faite en fonction de l'utilisation de la retenue et du rle qu'onlui assigne.

La

des petites retenues sont destines assurer une rgularisation saisonnire des

ressources en eau. A cet effet, elles se remplissent pendant la saison humide et se videntplus ou moins compltement pendant la saison sche:. Dans ce cas il est ncessaire deprocder une tude aussi dtaille que possible des apports annuels afin de dterminer levolume maximal utilisable sur le site avec le taux de satisfaction choisi. On vrifiera que ce

volume est

pour remplir la retenue envisage.

Les retenues de grande capacit jouent souvent un

de rgularisation non seulement

saisonnire et annuelle mais aussi interannuelle. La dtermination du volume de cesretenues exige bonne connaissance des reports d'une anne sur l'autre et de la rpartitiondes apports dans l'anne (dbits mensuels).

5.1 - Dficit d'coulement

Dficit d'coulement = iiauteur d'eau prcipite - hauteur d'eau ruissele.

Raisonnons sur un grand bassin versant et sur une priode d'une anne.

La pluie P tombe s'est repartie en :

- Ruissellement =- Infiltration =- Evaporation = E

Les dbits

(Q) dans

sont la

du ruissellement d aux pluies

et

du ruissellement restitu par les nappes souterraines

* On pose Q =

Comme

+

raisonne sur une dure d'un an, les rserves du sous-sol sont identiques

statistiquement,

*-121

et le dbit

ne peut

que celui qui s'est infiltr, soit 1, en moyenne.

Donc l'quation (2) devient :

En dfinitive, l'quation (1) donne :

vient que P - Q = E = dficit d'coulement .

Le dficit d'coulement annuel pour

bassin versant est donc voisin de

l'vaporation annuelle et ne dpend donc que trs peu des caractristiquesou topographiques du bassin. II est par contre li la temprature moyennedu lieu et Ia pluviomtrie .

5.2 - Calcul du coefficient d'coulement

- Cas o

existe des donnes hydromtriques en nombre

Dans ce cas, on peut procder une analyse frquencielle des dbits moyens annuels oumodules annuels.

A partir des dbits moyens annuels on peut exprimer les apports annuels (volume coulou lame d'eau coule). On supposera le volume des apports uniformment rparti sur

toute la

du bassin versant.

Quel que soit le mode d'expression des apports annuels, lorsque l'on dispose d'une srie de

mesures

longue, on pourra calculer les apports en fonction de la frquence

de satisfaction choisie. Gnralement la loi normale de Gauss convient pouren la matire.

5.2.2 - Cas o il n'existe

donne

5.2.2.1

-

de TURC

On value le dficit d'coulement moyen annuel et considre que galement, l'eau non

consomme par vapotranspiration contribue

l'coulement au niveau du bassin versant.

Cela revient ngliger en particulier les pertes par infiltration profonde qui percolent au-del du bassin versant.

Le dficit d'coulement annuel D (mm) :

P

=

300

+

0.05

-

P =T

annuelle moyenne du B.V (mm)temprature moyenne annuelle (en

Le Module d'coulement moyen annuel [ou encore le "dbit" moyen annuel] est :

Les apports moyens annuels A :

A = y x S

o S = superficie B.V.+

58

On dduit le coefficient d'coulement

P - DP

La formule de Turc surestime probablement les dficits d'coulement dans les rgions

chaudes et notamment dans

climats sahliens. Ce qui revient dire qu'elle sous-estime

le module d'coulement moyen annuel dans ces mme:; rgions.

Par ailleurs la formule de TURC, valable pour les

bassins versants est appliquer

aux petits bassins versants avec modration. En effet l'eau tombe en tte d'un bassin ne

s'vapore probablement que plus loin aprs avoir

5.2.2.2 Formule de

sur une certaine distance.

Si

= dficit d'coulement en mtres

P = pluviosit annuelle en mtresT = temprature moyenne annuelle

On

=

0.8

+ 0.14 T

3 cas se prsentent :

1-

1-

1- alors P

=

D

=

P

*

-

=

0.20 +

5.2.2.3 Rfrence

des bassins voisins

Les valeurs du coefficient d'coulement obtenues

partir des diffrentes formules

proposestant peu

il reste prudent d'essayer de se rfrer toujours des valeurs

connues sur des bassins versants voisins titre de

.

CHAPITRE IV

peut arriver que lors de

importantes la capacit de la retenue soit insuffisante pour stocker

la totalit du volume ruissel. Etant donn que les subrnersions entranent la destruction des

barrages en terre, il est ncessaire d'vacuer le surplus.crues.

Mais pour dimensionner cet ouvrage, il faut dterminer

utilise cet effet unvacuateur de

maximale qu'il doit vacuer appele

crue de projet ; ceci revient finalement accepter un certain risque que I'on s'efforcera deminimiser en tenant compte des conditions locales. Pour dterminer cette crue de projet, on tudiele rgime des crues.

Choisir la valeur du dbit de la crue dont on veut protger un ouvrage, c'est choisir la probabilitde frquence de cette crue.

Par exemple : la crue dcennale est la crue dont la probabilit de retour est de 10% d'une anne

sur l'autre, c'est--dire que l'on risque d'observer enanne on peut tre jamais.

tous les dix ans, mais peut tre cette

faut donc connatre la valeur du dbit de la

dont on a choisi la frquence.

Si on a des informations sur le dbit des cours d'eau, on s'oriente vers des mthodes bases surde la frquence des crues (rare en AFRIQUE).

Sinon, on utilise des mthodes bases sur l'analyse des pluies.

SUR L'ANALYSE DE LA

DES CRUES

1.1 - Mthode

Cette mthode repose sur l'ide qu'on ne reverra jamais pire que ce qu'on a pu voir dans un passsuffisamment tendu. Ce qui suppose deux choses :

-

d'une part l'valuation des plus hauts niveaux de crues passes par la recherche d'anciennes

traces et

d'archives ou chroniques locales. Mais c'est rarissime en

car il n'y a

pas de tradition crite ancienne.

-

d'autre part, la transformation rtrospective des niveaux maxima en dbits avec une courbe de

C'est donc une mthode utiliser dans des cas trs particuliers o l'on dispose de renseignementsfiables et prcis.

60

1.2 Mthodes statistiaues

L'emploi des mthodes statistiques suppose que l'on ait un nombre suffisant de relevs (trente ans

semblant tre la limite

Or ces donnes n'existent que dans un trs petit nombre de

(gnralement sur les grands cours d'eau). Donc ces mthodes ne sont utilisables que pourd'un nombre rduit de bassins versants.

Mthode

- On a des relevs sur une priode de n annes- On classe les n crues annuelles les plus fortes par ordre croissant C i , C2, , Cn.- On calcule la probabilit pour qu'une crue annuelle soit infrieure celle de rang m :

- Sa probabilit pour qu'elle soit suprieure est donc :

Cette grandeur est la frquence de dpassement.

- L'inverse de cette quantit est souvent dsigne "dure de retour".

- On trace un graphique

Q =

Si la dure de retour cherche est infrieure celle des

observations dont on dispose, alors on lit directement Q sur la courbe. Mais c'est trs rarementle cas.

- Dans le cas gnral, il faut ajuster la courbe de frquence des crues, en ayant recours desprocds statistiques. Deux lois de probabilit sont privilgies dans ce domaine :

- la loi de GUMBEL- la loi de FRECHET

Loi de GUMBEL

La fonction de rpartition de la variable (crue annuelle) est du type :

=

61

La fonction

tabule et pour toute valeur de y, on peut connatre

et

rciproquement. Donc si la loi de GUMBEL convient pour classer les dbits, on connatra le dbitx qui correspond la priode de retour T de la faon suivarite :

Les tables donnent y Correspondant a

Doncavec

1 T =

Or y =

-

x

est la moyenne

n

et

est

type

(x - x)"

De manire pratique

Aprs avoir class les crues annuelles maximales par ordre croissant, on calcule pour chacune

d'elles la probabilit

= -

-

On reporte sur un graphique de

graphique ci-joint), correspondant la formule

y) =

chacun des points

.

- On calcule a et

et on trace la droite

qui correspond la loi ajuste sur

laquelle on peut extrapoler. (Si la droite laisse un nombre peu prs quivalent de points depart et d'autre).

- Pour

un dbit Q correspondant une dure

que l'on se fixe, il

de calculer

-- On reporte cette abscisse sur le graphique et on lit l'ordonne correspondante sur la droite, quiest le dbit Q recherch.

Loi de FRECHET

Le principe reste le mme ainsi que la dmarche.

la fonction de rpartition et dans ce

cas :

= e

On procde comme pour la loi de

avec un graphique de FRECHET.m

62

Figure 4.1 : EXEMPLE D'APPLICATION DE LA LOT DE GUMBEL

63

2 -

SUR L'ANALYSE DE LA

2.1 Mthode gnrale

2.1.1 : Intensit de la

DES

La pluie de dure de retour T qui provoquera la crue deest gale au temps de concentration du bassin versant :

En effet :

de retour T est celle dont la dure

si t

le bassin versant tout entier ne contribue pas la crue c'est comme si le

bassin avait une surface infrie