Cours Final

Ecole Hassania des Polytechnique de Montral

Travaux Publics

Conception de barrages

Prpar par :

M. AIT BIHI, Pr. RHOUZLANE & Pr. FUAMBA

Cours de barrages 2012/2013

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Table de matire

CHAPITRE I GENERALITES ................................................................................................................ 7

I.1 INTRODUCTION ........................................................................................................................................... 7

I.2 CHOIX DU SITE DU BARRAGE....................................................................................................................... 7

I.3 CHOIX DU TYPE DE BARRAGE .................................................................................................................... 10

I.3.1 Barrages rigides :............................................................................................................................ 10 I.3.1.1 Les diffrents types de barrages rigides : ................................................................................................ 10

I.3.1.1.1 Barrage poids : ................................................................................................................................... 11 I.3.1.1.2 Barrage vote : ................................................................................................................................... 12 I.3.1.1.3 Barrages contreforts : ...................................................................................................................... 16

I.3.1.2 Les matriaux utiliss pour les barrages en bton :................................................................................. 17 I.3.1.2.1 Maonnerie : ...................................................................................................................................... 17 I.3.1.2.2 Bton conventionnel vibr (BCV) : ................................................................................................... 17 I.3.1.2.3 Bton compact rouleau (BCR) : .................................................................................................... 18 I.3.1.2.4 Bton cyclopen : .............................................................................................................................. 23

I.3.2 Barrages souples : ........................................................................................................................... 24 I.3.2.1 Barrage zon noyau :....................................................................................................................... 24 I.3.2.2 Barrage masque amont : .................................................................................................................. 27 I.3.2.3 Barrage homogne : ........................................................................................................................... 31

I.3.3 Conclusion....................................................................................................................................... 31

I.4 Traitement des fondations par injections ............................................................................................. 32

CHAPITRE II CALCUL HYDRAULIQUE ............................................................................................ 35

II.1 HYDROLOGIE ........................................................................................................................................ 35

II.1.1 METHODES LES PLUS UTILISEES ........................................................................................................... 35

II.1.1.1 METHODE DU GRADEX .................................................................................................................... 35

II.1.1.2 LA METHODE RATIONNELLE ............................................................................................................. 36

II.1.1.3 LES FORMULES EMPIRIQUES ET FORMULES REGIONALES .................................................................. 37

II.1.1.4 COURBES ENVELOPPES ..................................................................................................................... 37

II.1.1.5 AJUSTEMENT DES DEBITS DE CRUE AUX LOIS STATISTIQUES ............................................................ 38

II.1.1.6 METHODE DE LA PLUIE MAXIMALE PROBABLE (CMP) ..................................................................... 38

II.1.2 DETERMINATION DES HYDROGRAMMES DES CRUES ............................................................................. 38

II.2 REGULARISATION ................................................................................................................................. 40

II.2.1 UTILISATION DES EAUX DE LA RETENUE ............................................................................................... 40

II.2.2 REPARTITION DE LA RETENUE .............................................................................................................. 41

II.2.3 CALCUL DE REGULARISATION .............................................................................................................. 43

II.3 COURBE DE TARAGE ............................................................................................................................. 44

II.4 LAMINAGE DE CRUE ............................................................................................................................. 45

II.4.1 EQUATION DE CONTINUITE ................................................................................................................... 46

II.4.2 LES DONNEES NECESSAIRES DU CALCUL............................................................................................... 47

II.4.2.1 LE VOLUME DE RESERVOIR EN FONCTION DE LA COTE. .................................................................... 47

II.4.2.2 LE DEBIT ENTRANT : ........................................................................................................................ 47

II.4.2.3 CALCUL DU DEBIT SORTANT : .......................................................................................................... 48

II.4.2.3.1 DEBIT SORTANT PAR LEVACUATEUR DE CRUE ............................................................................ 49

II.4.2.3.2 DEBIT EVACUE PAR LA VIDANGE DE FOND ................................................................................... 50

II.4.2.3.2.1 FONCTIONNEMENT EN ECOULEMENT A SURFACE LIBRE : ......................................................... 50

II.4.2.3.2.2 FONCTIONNEMENT EN ECOULEMENT EN CHARGE .................................................................... 51

CHAPITRE III OUVRAGES ANNEXES ............................................................................................. 53

III.1 EVACUATEUR DE CRUE : ....................................................................................................................... 53


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III.1.1 Profil du seuil : ........................................................................................................................... 55

III.1.2 Le coursier : ................................................................................................................................ 58 III.1.2.1 Cas du coursier lisse : ............................................................................................................................. 58 III.1.2.2 Courbe de remous : ................................................................................................................................. 59

III.1.2.2.1 Calcul de la lame deau pour la partie CREAGER : ......................................................................... 59 III.1.2.2.2 Calcul de la lame deau pour le coursier : ........................................................................................ 60

III.1.2.3 Dissipation dnergie : ............................................................................................................................ 61 III.1.2.3.1 Saut de ski : ...................................................................................................................................... 61 III.1.2.3.2 Bassin ressaut : .............................................................................................................................. 62

III.1.2.4 Coursier en marches descalier ............................................................................................................... 69 III.1.2.4.1 Rgimes dcoulement sur un coursier en marches descalier .......................................................... 70

III.1.2.4.1.1 Ecoulement en nappe ................................................................................................................ 70 III.1.2.4.1.2 Ecoulement turbulent (par couche cumante) : ........................................................................ 71 III.1.2.4.1.3 Ecoulement transitoire : ............................................................................................................ 72

III.1.2.4.2 Caractristique des rgimes dcoulement........................................................................................ 72 III.1.2.4.3 Calcul du coursier en marches descalier : ....................................................................................... 72 III.1.2.4.4 Profil du dversoir et zone de transition : ......................................................................................... 74 III.1.2.4.5 La dissipation de lnergie dans lvacuateur en marches descalier. ............................................... 75

III.1.2.5 Calcul du mur bajoyer : .......................................................................................................................... 76 III.2 VIDANGE DE FOND ............................................................................................................................... 76

III.2.1 Courbe des dbits de la vidange de fond. ................................................................................... 77

III.2.2 Zone dimpact du jet de la vidange de fond. ............................................................................... 78 III.2.2.1 Gomtrie de la cuillre de la vidange de fond. ...................................................................................... 78 III.2.2.2 Porte du jet deau vacuer par la vidange de fond. ............................................................................... 78 III.2.2.3 Profondeur de la fosse drosion de la vidange de fond. ........................................................................ 79

III.3 DERIVATION PROVISOIRE : ................................................................................................................... 79

III.3.1 Crue de dimensionnement : ........................................................................................................ 79

III.3.2 Mthodes de drivation : ............................................................................................................ 80

III.3.2.1 Drivation avec batardeaux : ..................................................................................................... 80

III.3.2.2 Drivation en tunnel : ................................................................................................................. 81

CHAPITRE IV CALCULS DE STABILITE ........................................................................................ 83

IV.1 JUSTIFICATIONS DE STABILITE DU BARRAGE EN BETON ........................................................................ 83

IV.2 PARAMETRES DE CALCUL : ................................................................................................................... 84

IV.3 LES EFFORTS APPLIQUES SUR LE BARRAGE : ......................................................................................... 84

IV.3.1 Poids propre du barrage : .......................................................................................................... 84

IV.3.2 Pousse hydrostatique de leau : ................................................................................................ 85

IV.3.3 Pousse des sdiments : .............................................................................................................. 85

IV.3.4 Soupression sous le barrage : ..................................................................................................... 85

IV.3.5 Effort du sisme : ........................................................................................................................ 88 IV.3.5.1 Effort dinertie sur le bton : .................................................................................................................. 89 IV.3.5.2 Effort dinertie de leau de la retenue : ................................................................................................... 89

IV.4 CRITERE DE STABILITE DU BARRAGE: ................................................................................................... 91

IV.4.1 Stabilit au glissement : .............................................................................................................. 91

IV.4.2 Stabilit au renversement : ......................................................................................................... 91

IV.4.3 Calcul des contraintes transmises aux fondations : .................................................................... 92

IV.4.4 Calcul de la stabilit lastique : ................................................................................................. 93 IV.4.4.1 Condition de Maurice Lvy : .................................................................................................................. 93 IV.4.4.2 Force et bras de levier ............................................................................................................................. 94 IV.4.4.3 Point de passage de la rsultante : .......................................................................................................... 95 IV.4.4.4 Calcul des contraintes ............................................................................................................................. 96

IV.5 JUSTIFICATION DE STABILITE DES BARRAGES EN REMBLAI ................................................................... 98

IV.5.1 ACTIONS APPLIQUEES ...................................................................................................................... 98


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IV.5.2 MODE DE RUPTURE DUN BARRAGE EN REMBLAI ............................................................................. 99

IV.5.2.1 RUPTURE PAR CISAILLEMENT ...................................................................................................... 99

IV.5.2.2 RUPTURE PAR EROSION ................................................................................................................ 99

IV.5.3 RESISTANCE AU CISAILLEMENT ...................................................................................................... 100

IV.5.4 ETUDE DE STABILITE DES BARRAGES EN REMBLAI PENDANT LES PHASES CRITIQUES ..................... 101

IV.5.4.1 COMPORTEMENT DE LOUVRAGE PENDANT LA CONSTRUCTION ................................................. 102

IV.5.4.2 COMPORTEMENT DE LOUVRAGE EN SERVICE ............................................................................ 102

IV.5.4.3 COMPORTEMENT DE LOUVRAGE PENDANT UNE VIDANGE RAPIDE DE LA RETENUE ................... 103

IV.5.5 ETUDE THEORIQUE DE STABILITE DES TALUS ................................................................................. 103

IV.5.5.1 METHODES UTILISEES ................................................................................................................ 103

IV.5.5.2 FACTEUR DE SECURITE AU GLISSEMENT .................................................................................... 105

REFERENCES ........................................................................................................................................... 108


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Liste des figures

Figure 1: exemple de relev topographique de la retenue du barrage Kharroub ................................................... 8

Figure 2: critres topographiques pour le choix du site .......................................................................................... 9

Figure 3: exemple de barrage poids en bton (Oued El Malleh) ........................................................................... 12

Figure 4: exemple de barrage vote (Bin El Ouidane) ........................................................................................... 12

Figure 5: Epaisseur barrage vote......................................................................................................................... 14

Figure 6: les deux types de valles pour barrages votes ..................................................................................... 15

Figure 7: exemple de site pour barrage vote ....................................................................................................... 15

Figure 8: exemple de barrage contreforts (Al Massira) ...................................................................................... 17

Figure 9: exemple de chantier de barrage poids en BCR (barrage Tamalout) ...................................................... 19

Figure 10: comparaison entre les 2 profils pour barrage poids en BCR................................................................. 23

Figure 11: profil gnral du barrage noyau en digue zone .............................................................................. 25

Figure 12: types de noyaux.................................................................................................................................... 26

Figure 13: exemple de chantier de barrages noyau ........................................................................................... 26

Figure 14: profil gnral d'un barrage masque amont ...................................................................................... 27

Figure 15: exemple de la coupe du barrage Zerrar ............................................................................................... 28

Figure 16: vue de l'amont du masque amont en bton du barrage Zerrar en cours ............................................. 29

Figure 17: vue de la rive droite de la plinthe du barrage Martil ............................................................................ 30

Figure 18: profil gnral d'un barrage en remblai digue homogne .................................................................. 31

Figure 19: exemple du voile d'injection du barrage Tamalout Midelt ................................................................ 32

Figure 20: comportement rhologique du coulis d'injection ................................................................................. 33

Figure 21: mthode GIN utilise pour les injections .............................................................................................. 34

Figure 22: forme de l'hydrogramme de crues ....................................................................................................... 39

Figure 23: exemples d'ouvrages annexes permettant les utilisations du barrage (barrage Wirgane) ................. 41

Figure 24: illustration du fetch .............................................................................................................................. 43

Figure 25: exemple de courbe de tarage (barrage Bousraf Ifrane) .................................................................... 45

Figure 26: schma explicatif pour le calcul de laminage ....................................................................................... 47

Figure 27: Abaque de l'USBR pour le calcul du coefficient de dbit C ................................................................... 50

Figure 28: dbit sortant de la vidange de fond ..................................................................................................... 50

Figure 29: EVC pour un barrage rigide plac en partie centrale (barrage Bab Louta) .......................................... 53

Figure 30: EVC implant en rive (RD) cas du barrage Ahmed El Hansali en masque amont ................................. 54

Figure 31: EVC en tulipe cas du barrage Nakhla ................................................................................................... 54

Figure 32: profil Creager ....................................................................................................................................... 56

Figure 33: dtermination des coefficients K et n ................................................................................................... 57

Figure 34: dtermination de Xc et Yc .................................................................................................................... 57

Figure 35: dtermination des rayons R1 et R2 ...................................................................................................... 58

Figure 36: schma explicatif des paramtres du calcul de la lame d'eau sur Creager ........................................ 60

Figure 37: Forme dune cuillre simple. .............................................................................................................. 62

Figure 38: Diffrentes formes du ressaut hydraulique ......................................................................................... 64

Figure 39: bassin ressaut de type I pour 1< Fr 4.5 et une vitesse V 60 ft/s. ................................................... 68

Figure 46: Dtermination de la longueur du bassin ressaut de type II. ............................................................. 69

Figure 47:coulement en nappe avec ressaut entirement dvelopp .................................................................. 70

Figure 48:coulement en nappe avec ressaut partiellement dvelopp ................................................................ 71


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Figure 49:coulement turbulent ............................................................................................................................ 71

Figure 50: Schma gnral d'un vacuateur en marche d'escalier. ..................................................................... 73

Figure 51: Marches de transition- Iguacel (1995)................................................................................................ 75

Figure 52: coupe type d'une vidange de fond ....................................................................................................... 77

Figure 53: Exemple de loi cote-dbit de la vidange de fond ................................................................................. 78

Figure 54: exemple de trajectoire du jet de la vidange de fond ............................................................................ 79

Figure 55: drivation provisoire avec un tunnel ................................................................................................... 82

Figure 56: calcul des sous-pressions sous un barrage en bton ............................................................................ 88

Figure 57: dtermination de l'acclration horizontale de dimensionnement. ..................................................... 89

Figure 58: Dtermination du coefficient C. .......................................................................................................... 90

Figure 59: mthode de l'analyse de rupture en cercle ........................................................................................ 104

Figure 60: dtermination du cercle critique ........................................................................................................ 107


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Chapitre I Gnralits

I.1 Introduction

Un barrage est un ouvrage dart construit en travers dun cours deau destin rguler son

coulement et/ou stocker de leau pour diffrents usages (eau potable, irrigation,

hydrolectricit, Protection contre les inondations). Cet ouvrage cre soit une retenue

niveau constant soit une retenue niveau variable.

Les retenues niveau variables sont cres par les barrages daccumulation ou

demmagasinement. Elles sont destines produire un effet sur laval du cours deau :

rgulariser le rgime de la rivire, rduire les dbits des crues et renforcer les dbits dtiage.

Selon lusage et les matriaux utiliss, les barrages peuvent tre classs en deux grandes

catgories :

- Barrages rigides.

- Barrages souples.

I.2 Choix du site du barrage

Le choix du site du barrage consiste fixer laxe du barrage au niveau du resserrement de la

retenue. Le concepteur a souvent le choix entre 2 ou 3 axes le long du resserrement.


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Figure 1: exemple de relev topographique de la retenue du barrage Kharroub

Deux critres sont pris en compte : le critre gologique et puis le critre topographique.

Le critre gologique se base sur la qualit des fondations en termes de rsistance, rigidit,

fracturation et pendage.

Pour pouvoir comparer gologiquement entre les axes proposs, une tude gologique et

gotechnique dtaille de chaque axe est requise. Elle doit dtailler les types de fondations, la

sismicit, la stratigraphie, les degrs de fracturation, lexistence ventuelle de failles, les

profondeurs des substratums, ltanchit de la retenue (essais Lugeon), prsence dventuels

Karsts (cas des roches carbonates) les rsistances et les modules de rigidit en se basant sur

des essais, les caractristiques gotechniques des fondations (cohsion et angle de frottement

interne).

Tandis que le critre topographique dpend de deux rendements diffrents :

Rendement topographique : il est calcul de la faon suivante :

Avec :

VR : le volume de la retenue calcul laide des courbes HSV


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SE : la surface cran de la digue donne par la section transversale de lOued.

Rendement conomique :

Avec :

VR : le volume de la retenue

VD : le volume de la digue.

Ces deux rendements permettent de faire une comparaison topographique entre les sites

proposs.

Il est noter que les tailles considres pour ces calculs sont variables. La mthodologie pour

le choix de la taille optimale fera lobjet des calculs de rgularisation du chapitre II de ce

cours.

V1

V2

V3

P2 P1

SE

Figure 2: critres topographiques pour le choix du site


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Ainsi, on dresse des graphiques qui prsentent la variation des rendements conomiques et

topographiques en fonction de la taille du barrage.

I.3 Choix du type de barrage

I.3.1 Barrages rigides :

Les barrages rigides sont des structures en bton.

Les raisons pour lesquelles on choisit un barrage rigide sont gnralement les suivantes :

Ncessit dvacuer des crues importantes ;

Prsence de fonctions hydrauliques complexes dans louvrage (ouvrage vann pour

assurer, par exemple, lvacuation des sdiments et garantir la prennit de la retenue,

vidange de fond de fort dbit) ;

Incertitude sur lhydrologie : les ouvrages rigides sont gnralement moins sensibles

au dversement que les ouvrages en remblai. Sur les sites o il y a une grande

incertitude sur les crues, les variantes rigides sont souvent avantageuses (limitation

des ouvrages de drivation provisoire et plus grande scurit vis--vis du risque

hydraulique). Il faut toutefois noter que la stabilit des petits barrages poids est trs

sensible au niveau des plus hautes eaux.

De faon gnrale, un ouvrage en bton est envisag chaque fois que les ouvrages

hydrauliques ont une importance significative dans le projet (souvent le cas pour les barrages

de prise deau sur les amnagements hydrolectriques).

Il faut aussi savoir que mme si ces raisons cites se prsentent, il y a deux conditions

requises pour pouvoir projeter un ouvrage rigide.

La premire condition porte sur la qualit de la fondation. En premire approximation, on

peut noncer la rgle suivante : un barrage rigide ncessite une fondation rocheuse de bonne

qualit.

La deuxime exigence pour construire un ouvrage rigide est de disposer, dans des conditions

conomiques acceptables, de granulats de bonne qualit ncessaires sa construction dans un

rayon limit. Ces zones demprunt sont en gnral les ballastires de loued (problmes

dalcali-raction) et/ou les carrires (souvent calcaires).

I.3.1.1 Les diffrents types de barrages rigides :

Selon la forme et le comportement mcanique de ces ouvrages rigides, on peut distinguer

plusieurs types.


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I.3.1.1.1 Barrage poids :

Pour un barrage profil poids, cest le poids du bton qui assure lquilibre de la pousse

hydrostatique et des sous-pressions. Un exemple de ces barrages est celui du barrage

MALLEH ci-aprs. Les sous-pressions ont un effet ngatif important sur lquilibre de

louvrage.

La mthode classique dtude de la stabilit dun barrage poids (voir chapitre IV) consiste

analyser lquilibre global du barrage ou dune partie de celui-ci sous laction du poids, de la

pousse hydrostatique, des sous-pressions et ventuellement dautres actions secondaires (par

exemple pousse des sdiments, action du vent ou sisme). Les critres de dimensionnement

de louvrage portent sur la rpartition des contraintes normales (limitation des tractions au

pied amont et limitation des contraintes de compression) et sur linclinaison de la rsultante.

Cette mthode de calcul met en vidence le rle majeur des sous-pressions dans lquilibre

des barrages poids et donc limportance du drainage.

titre indicatif, les contraintes maximales de compression sous un profil poids traditionnel

parement amont vertical et fruit aval de 0,8H/1V sont de 0,35 Mpa pour un barrage poids de

25 mtres de hauteur. Linclinaison de la rsultante varie de 27 42 suivant les conditions de

drainage. Enfin, il convient de noter que le barrage poids en bton est un ouvrage rigide ; le

module du bton traditionnel est de lordre de 25 GPa, gnralement suprieur au module des

fondations rocheuses sur lesquelles il repose.

Le fonctionnement mcanique du profil poids ncessite la principale exigence pour un barrage

en bton, savoir la ncessit dune fondation rocheuse de qualit suffisante. La condition

relative sa faible dformabilit est gnralement la plus contraignante, en particulier pour

des fondations de roches tendres ou altres, mais la condition sur la rsistance au

cisaillement limine galement le profil poids lorsque la rsistance au cisaillement de la

fondation est faible (fondation marneuse, prsence de joints argileux subhorizontaux dans la

fondation).


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Figure 3: exemple de barrage poids en bton (Oued El Malleh)

Mis part les faibles contraintes dans le bton, les faibles contraintes transmises aux

fondations et lintgration facile des ouvrages annexes, le barrage poids prsente aussi

lavantage de la rduction de leffet de la dilatation thermique. Toutefois, il a les

inconvnients suivants :

Les soupressions sont importantes dans les fondations ;

Volume important du bton ;

Beaucoup dexcavations raliser ;

Grande sensibilit au sisme et aux tassements.

I.3.1.1.2 Barrage vote :

Limage ci-dessous prsente lexemple du barrage BIN EL OUIDANE sur oued Oum Erbia.

Figure 4: exemple de barrage vote (Bin El Ouidane)


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Les barrages votes transmettent la pousse hydrostatique par effet vote sur les deux rives

par des arcs comprims travaillant en compression. Cest la gomtrie de la vote et le

contraste de rigidit entre le bton et le rocher qui dterminent le fonctionnement de

louvrage. La recherche de la forme idale vise transmettre la pousse par des arcs

entirement comprims. Traditionnellement, les barrages votes ont t dessins en limitant la

contrainte maximale dans les arcs comprims 5 MPa, correspondant un coefficient de

scurit de 4 ou 5 pour un bton de qualit moyenne. Cette condition dtermine lpaisseur de

la vote avec la formule du tube suivante :

Avec :

: la contrainte maximale de compression transmise par larc (variable avec la hauteur).

P : pression hydrostatique en Mpa

R : rayon de larc en m.

e : Epaisseur de la vote en m.

Au niveau de la crte et de la base (voir figure suivante), les pratiques suivantes sont

appliques :

Epaisseur Valle en V Valle en U

En crte ec = H/20 ec = H/15

En base eb = Lc/15 eb = Lc/20


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Figure 5: Epaisseur barrage vote

Ces formules restent un moyen efficace de prdimensionnement des petits barrages votes.

Il faut runir quatre conditions ncessaires pour pouvoir concevoir un barrage vote (petit ou

grand) :

Condition topographique : la valle doit tre troite ; des barrages votes ont t

construits sur des sites dont le rapport largeur en crte sur hauteur (Lc/H) voisin de 10,

mais gnralement les votes sont intressantes lorsque Lc/H est infrieur 5 ou 6

pour des valles en V ( gauche de la figure suivante) et 4 ou 4.5 pour des valles en

U ;


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Figure 6: les deux types de valles pour barrages votes

Rigidit de la fondation : pour que le fonctionnement en vote soit possible, il faut

que la rigidit de la fondation soit suffisante, sinon les arcs ne trouvent pas leurs

appuis et la structure tend fonctionner en console. Comme ordre de grandeur, une

vote ne doit pas tre envisage sans tudes dtailles lorsque le module de

dformation du rocher (mesur par essais au vrin) est infrieur 4 ou 5 Gpa ;

Rsistance mcanique de la fondation : on a vu que la vote transmet des contraintes

leves la fondation des talus de rives surtout qui doit rester dans le domaine

lastique pour ces niveaux de sollicitation ;

Figure 7: exemple de site pour barrage vote


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Lorsquune reconnaissance approfondie de la fondation montre que ces conditions sont

runies, le barrage vote savre souvent une solution conomique pour les petits barrages car

il minimise de faon trs importante les volumes de bton mettre en uvre.

Par ailleurs, la conception et la construction sont simples pour des ouvrages de moins de 25

mtres, si lon sen tient des formes gomtriques simples.

Le barrage vote prsente aussi lavantage dtre peu sensible la submersion pour autant que

celle-ci reste de courte dure et damplitude modre (risque drosion du pied aval). En

outre, il permet davoir une meilleure rsistance au sisme et au soupression vu son volume et

sa surface dassise relativement petits.

Cependant, le barrage vote a aussi des inconvnients :

Les contraintes sont importantes dans le bton et dans le rocher.

La dilatation thermique est considrer. Un suivi thermique simpose durant toute la

dure dexploitation du barrage ;

Lintgration de lvacuateur de crue dans le barrage est difficile.

Les soupressions dans les fissures du rocher peuvent provoquer des glissements

dappuis.

Au Maroc, depuis la construction du barrage Asfalou sur oued Melouiya, la variante a t

pratiquement carte pour les barrages en conception vu les problmes lis laspect

thermique et aussi les nombreuses rparations en injection que ce barrage a connues.

I.3.1.1.3 Barrages contreforts :

Ils ont des formes trs varies et rsistent aux efforts la fois par le poids et par la forme. Les

voiles qui constituent le barrage transmettent la pousse hydrostatique sur les contreforts.

Lavantage apport par rapport au barrage poids est celui de la rduction du volume du bton

utilis. Un exemple de ces barrages est celui du barrage Al Massira prsent dans la figure

suivante. Toutefois, la complexit des coffrages et dcoffrages a fait que le nombre de ces

barrages contreforts est trs limit au Maroc.


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Figure 8: exemple de barrage contreforts (Al Massira)

I.3.1.2 Les matriaux utiliss pour les barrages en bton :

I.3.1.2.1 Maonnerie :

Cest le procd le plus ancien. Il ncessite une main duvre trs importante pour tailler et la

mettre en place les blocs rocheux, raison pour laquelle il nest plus couramment utilis.

Au Maroc, la maonnerie nest encore utilise que pour quelques petits barrages. La difficult

dexcution et la faible rsistance la traction lcartent souvent.

I.3.1.2.2 Bton conventionnel vibr (BCV) :

La technique des barrages poids en bton conventionnel vibr (BCV) sest dveloppe partir

de la deuxime dcennie du Xxe sicle. Elle a donn lieu un trs grand nombre douvrages

de toute taille et pour toutes sortes dusages.

La technologie des barrages poids en BCV met en uvre des btons de granulomtrie

importante (jusqu 80 millimtres) et des dosages en ciment de lordre de 200 250 kg/m3.

Lexothermie de la raction dhydratation du bton conduit pendant la prise de fortes

augmentations de temprature du bton et un risque de fissuration lors du refroidissement.

En gnral, on a :


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Avec :

T : lvation de temprature adiabatique du bton

W : chaleur dhydratation du ciment [kJ/kg]. Au Maroc, on essaie dimposer sur les

cimentiers des valeurs infrieures 300 kJ/kg surtout pour des ouvrages critiques en BCV.

D : dosage en ciment [kg/m3]

densit du bton [kg/m3]

CB : chaleur spcifique du bton [kJ/Ckg] (par rapport leau cE = 1 kJ/Ckg)

Les barrages en BCV sont pour cette raison construits par plots de dimensions horizontales

courantes 15 x 15 mtres ncessitant la mise en uvre de nombreux joints de contraction,

transversaux et longitudinaux (au moins pour les barrages de grande hauteur). Pour les petits

barrages, il est gnralement possible de se contenter de joints transversaux.

La technique des barrages poids en BCV ncessite comme la maonnerie une importante main

duvre, en particulier pour la ralisation des coffrages.

I.3.1.2.3 Bton compact rouleau (BCR) :

Le regain dintrt pour les profils poids est venu de linvention du BCR qui est une

innovation technique majeure largement utilise au Maroc dans la technologie des barrages.

Linnovation consiste mettre en place le bton et le compacter, non plus par les moyens

traditionnels (grue ou blondin pour le transport et compactage par pervibration dans la masse),

mais en utilisant les techniques de terrassement, transport par camion, rglage au bouteur,

compactage au rouleau vibrant lourd. Ce mode de ralisation exige toutefois une surface de

plate-forme de travail importante (suprieure 500 m en gnral) pour que les engins

puissent voluer efficacement. Pour des surfaces rduites (notamment au niveau des parties

suprieures des barrages), les cadences de mise en place deviennent trs limites.

La possibilit de rduire au strict ncessaire la quantit deau et le serrage efficace obtenu par

le compactage en couches peu paisses ont permis de limiter les quantits de ciment des

valeurs de 70 150 kg/m3 de faon diminuer lexothermie.


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Figure 9: exemple de chantier de barrage poids en BCR (barrage Tamalout)

En effet, cette nouvelle mthode de mise en uvre saccommode mal des nombreux joints

destins contrler la fissuration thermique du BCV. Dans la conception actuelle des

barrages en BCR, seuls les joints amont-aval sont conservs, mais gnralement des

espacements bien suprieurs aux 15 mtres traditionnels des barrages en BCV (de 30 45 m).

La spcificit des barrages Marocains est de mettre des joints amorces sur la partie amont

chaque 15 m quips de water-stop comme mesure supplmentaire de scurit.

Lun des avantages importants du BCR est la rapidit dexcution : le massif dun petit

barrage peut tre construit en quelques semaines, permettant de rduire les cots

dimmobilisation, de matrise duvre et souvent de drivation des eaux, le barrage tant

construit en tiage avec des ouvrages de drivation rduits au minimum.

Cependant, le BCR a linconvnient de ne pas assurer la fonction dtanchit. Par

consquent, on a recours un masque amont en bton qui sert, mise part ltanchit,

comme coffrage pour le compactage du BCR. Dans les anciens barrages Marocains en BCR,

lpaisseur de ce masque est de 1 m tandis quactuellement on se limite des paisseurs de 20


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40 cm (voir dtail ci-dessous).

La rduction de lpaisseur du masque est compense en divisant le BCR en deux parties :

une partie amont ralise avec un BCR enrichi en fillers et avec un traitement systmatique

des joints entre couches avec un mortier, et une partie aval pour laquelle on na ni

enrichissement en fillers ni traitement des joints. Il sagit, pour la partie amont, dun BCR

tanche. Cette disposition a permis de rendre la dpendance de la monte du BCR de celle du

BCV pour les masques pais. Cest lexemple du barrage Tamalout ci-dessous.


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En gnral, lintrt du BCR par rapport au BCV est le fait quavec le BCV dos de 150 200

Kg/m3 de ciment on obtient un bton dune rsistance la compression 90 jours de lordre

de 25 Mpa qui est superflue car le calcul de stabilit (voir chapitre IV) donne en gnral des

contraintes maximales de compression de lordre de 2 3 MPa. Le BCR nous donne la

possibilit doptimiser sur le dosage en ciment jusqu 70-100 Kg/m3 ce qui donne en gnral

des rsistances 90 jours de lordre de 10 MPa. Le manque de maniabilit qui empche la

consolidation par vibration de ce type de bton pauvre est compens avec le compactage do

son appellation bton compact au rouleau. Le BCR permet galement de rduire le nombre

de joint au sein du bton. Au lieu davoir des joints chaque 15 m dans toutes les directions,

cause du problme dexothermie on se contente des joints amont-aval avec des espacements

de 30 45 m.

Deux gomtries sont envisager pour les barrages en BCR au Maroc selon la gologie des

fondations et les matriaux de construction disponibles :

- Le profil parement amont vertical : il est conu pour des fondations de bonnes

qualits gnralement calcaires avec un parement aval dune pente de 0,7H/1V

1H/1V. le dosage en ciment peut aller de 90 120 Kg/m3. On cite comme exemples

les barrages Taskourt, Sidi Abdellah, Hassan II


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- Le profil symtrique avec gnralement des parements de 0.7H/1V comme pente : sa

gomtrie lui offre une grande rsistance toutes les sollicitations. Il est conu dans

des contextes gologiques mdiocres (calcaires fissurs, schistes ), un risque

sismique lev et avec des matriaux pour les agrgats de qualits moyennes. Ce profil

permet de pallier au problme du risque de fissuration au pied amont exprim par la

condition de Maurice Levy qui impose que la contrainte de compression au pied

amont du barrage soit suprieure la pousse hydrostatique de la retenue, autrement

lapparition de fissures cet endroit devient vraisemblable (voir exemple ci-dessous

extrait du bulletin 117 du CIGB). A laide du poids du BCR de la partie amont on

augmente la contrainte de compression. Pour les dosages en ciment, ils sont de 70 90

Kg/m3. Les exemples pour cette conception sont : Barrage Tamalout, Ouljet Essoltane

Il est noter que, pour les ciments utilis dans les BCR, le bulletin 126 du CIGB recommande

dutiliser un liant qui contient un rapport assez lev en ajouts minraux (cendres volantes,

pouzzolanes, ). En effet, ces ajouts permettent de rduire le rapport eau/ciment, rduire

leffet de lalcali-raction et daugmenter la maniabilit de la pate en jouant un rle de

retardateur de prise. Des adjuvants la fois rducteurs deau et entraineurs dair sont

galement utiliss.de pont de vue granulats, la fraction fine est augmenter pour des raisons

dtanchit mais sans conduire des rapports E/C importants et enfin il faut faire attention

la taille maximale des agrgats (au Maroc, Dmax est fix 63 mm) pour viter la sgrgation.

Un exemple de formulation du BCR du barrage Tamalout dans la province de Midelt est

donn, titre dindication, dans le tableau suivant:

Sable 0/5mm

surbroy

5/16 mm

en Kg/m3

16/31.5mm

en Kg/m3

31.5/63 mm

en Kg/m3

Ciment CPJ45

en Kg/m3

Eau (en litre)

Adjuv. Plastiroute M

en %

880 520 400 530 70 105 0.8


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Figure 10: comparaison entre les 2 profils pour barrage poids en BCR

Rf : Bulletin 117 du CIGB

I.3.1.2.4 Bton cyclopen :

Le Bton cyclopen est un bton contenant des gros blocs de pierre, des moellons, des galets,

pouvant avoir des tailles jusqu 400 mm. Il est gnralement utilis pour de gros volumes ne


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demandant pas de rsistance mcanique leve (ouvrage massif, remplissage par exemple). En

outre il ncessite un matriel de malaxage adapt. Quant au dosage en ciment, il varie de 200

350 Kg/m3. Le barrage Tlat Jemmaa sur Oued Ben Smime dans la rgion dIfrane est un

exemple de ce type de barrage au Maroc. Le problme de ces barrages rside dans la qualit

de mise en place du bton entre blocs et de sa vibration et aussi le contrle des couches de 10

20 cm de bton de contact entre les couches des blocs.

I.3.2 Barrages souples :

Les barrages souples en terre peuvent tre construits avec des matriaux de caractristiques

trs divers allant de largile trs fine des lments trs grossiers ou mme des roches altres

facilement compactes. Lutilisation dun matriau ou dun autre dpend de la disponibilit

dans la zone demprunt.

Un barrage en remblai est constitu en gnral de six lments :

Un organe dtanchit : constitu dun matriau impermable habituellement noyau

argileux, masque amont ...

Recharges (amont et aval) : remblai situ laval et lamont de lcran interne

dtanchit dans un barrage en terre ou en enrochement.

Riprap : couche denrochement ou de blocs prfabriqus dispose en vrac lamont du

barrage.

Filtres : matriau dont la granulomtrie est telle que les particules fines ne puissent pas

migrer vers les zones drainantes.

Drains : ils drainent les eaux de fuites vers laval lextrieur de louvrage.

Risbermes : dcrochement horizontal sur le talus dun barrage en remblai.

Quelque soit la composition du barrage en terre, on distingue trois schmas diffrents.

I.3.2.1 Barrage zon noyau :

Une coupe gnrale de ce type est donne par la figure suivante :


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Figure 11: profil gnral du barrage noyau en digue zone

Lorsquon ne dispose que de matriaux htrognes dans la zone demprunt, on ne peut pas

concevoir un barrage homogne. En revanche, on construit une digue en plusieurs zones

constitus de matriaux diffrents chacune jouant un rle spcifique. Le rle de ltanchit

est assur par le noyau et les recharges permettent de stabiliser le barrage.

Vue limportance du noyau pour ltanchit, on impose en gnral des argiles avec des

spcifications prcise surtout en terme de permabilit (< 10-7

m/s). Pour les filtres, ils doivent

protger le noyau, raison pour laquelle on doit satisfaire les deux conditions de Terzaghi :

La premire condition de Terzaghi est dite de permabilit :


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Quant la 2me

, elle est dite de rtention :

Lorgane dtanchit qui est le noyau peut tre mince, large ou inclin (voir la figure

suivante)

Figure 12: types de noyaux

Pour les barrages Marocains, lexemple de ce type est le barrage Oued El Makhazine (voir

figure ci-aprs), Dar Khroufa

Figure 13: exemple de chantier de barrages noyau

Les particularits des barrages zons sont :


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- Corps du barrage trs flexible et pouvant sadapter aux conditions du terrain ;

- Structures trs peu sensibles aux tassements et au sisme ;

- Excavations limites ;

- Contraintes faibles sur le sol de fondations ;

- Gradients hydrauliques faibles dans le noyau et dans la fondation.

Ils ont, en revanche les inconvnients suivants :

- Volume des matriaux trs important ;

- Ncessit de disponibilit des matriaux argileux en grandes quantits proximit du

site ;

- Perturbation de la mise en place du noyau par la pluie.

I.3.2.2 Barrage masque amont :

Le masque amont est gnralement en bton pour assurer ltanchit. Ce genre de barrage en

terre est construit dans le cas o la mise en place dun noyau nest pas possible. Pour les

barrages en remblai au Maroc, ce type est devenu trs rpandu (barrage Martil, Zerrar,

Tarzirte, Ahmed El Hansali ) et dautres sont de plus en plus prvus.

Figure 14: profil gnral d'un barrage masque amont

Une coupe type de ce type est donne par lexemple du barrage Tarzirte ci-dessous, o

lorgane dtanchit est constitu par un masque en bton avec une paisseur donne par le

tableau suivant du bulletin 144 du CIGB:


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Avec :

Figure 15: exemple de la coupe du barrage Zerrar

Le masque amont est constitu dun bton 31.5/20 avec des caractristiques fixes par le

bulletin 141 du comit international des grands barrages (CIGB), savoir :

- Une rsistance caractristique la compression 28 jours entre 20 et 24 MPa. Cet

intervalle permet davoir un bton assez souple pour pouvoir suivre les tassements de

la transition 2B ;

- Un rapport (eau sur ciment) E/C infrieur 0.5 ;

- Un pourcentage de lair occlus entre 4 et 6% ;

- Un affaissement entre 30 et 70 mm ;

- Un ferraillage au voisinage de 0.4% horizontalement et de 0.5% verticalement.

Il repose ncessairement sur une plinthe qui le relie aux fondations et sert de galerie pour le

drainage et pour les injections. La zone 2B sert comme assise pour le masque. Quant la zone


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2C, cest un matriau qui satisfait les conditions de filtre de Terzaghi mais aussi un drain qui

se prolonge aussi sous le barrage en contact avec les fondations comme tapis drainant. A

laval de 2C on retrouve un tout-venant 3B qui constitue le plus grand volume laval duquel

on met des enrochements puis un Rip-Rap de protection du pied aval. Il est noter que les

matriaux laval de 2B varient dun barrage un autre selon leur disponibilit dans les zones

demprunt.

Le masque amont est mis en place sous forme de panneaux verticaux de 15 m de largeur lis

entre eux, avec la plinthe et en fin avec le mur parapet amont en utilisant des joints en cuivre.

Figure 16: vue de l'amont du masque amont en bton du barrage Zerrar en cours

Un exemple de plinthe : celle du barrage Martil en cours de construction dans la photo ci-

dessous. Lexprience de ce type de barrage travers le monde montre que la majorit des

fuites se produisent au niveau du joint entre le masque et la plinthe, raison pour laquelle le

comit international des grands barrages propose le dtail suivant en ajoutant une 2me

barrire

dtanchit en water stop au milieu du joint.


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Figure 17: vue de la rive droite de la plinthe du barrage Martil

Ces barrages ont les avantages suivants :

- Corps du barrage trs flexible et pouvant sadapter aux conditions du terrain ;

- Structure peu sensible aux tassements globaux et peu sensible aux sismes ;

- Excavations limites ;

- Pas de matriaux argileux mettre en place ;

- Contraintes faibles sur le sol de fondation.

Mais ils ont galement quelques inconvnients :


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- Volume de matriaux mettre en place trs importants ;

- Gradients hydrauliques importants sous la fondation de la plinthe ;

- Le masque amont en bton est sensible aux tassements diffrentiels des remblais en

dessous.

- Un grand linaire en cuivre utilis dans les joints entre plots du masque, entre le

masque et la plinthe et enfin entre le masque et le mur parapet en crte.

I.3.2.3 Barrage homogne :

Il est constitu de matriaux permettant dobtenir aprs compactage des conditions

dtanchit et de stabilit satisfaisantes. Il comporte en outre un drainage dans sa partie aval

et une protection mcanique en amont. A moins davoir des zones demprunt dargile en

qualit en quantit requise, cette conception se limite en gnral aux digues de col.

Figure 18: profil gnral d'un barrage en remblai digue homogne

I.3.3 Conclusion

Pour conclure, le choix du type de barrage obit galement, comme le choix du site, la fois

aux contraintes gologiques et aux contraintes topographiques. De faon trs schmatique, on

peut dire quau Maroc le choix entre un barrage en terre (souple) et un barrage en bton

(rigide) se base sur le critre gologique : dans le cas dune fondation meuble ou rocheuse

mais trs fracture, on a recours a un barrage souple soit en masque amont soit en digue zone

et rarement une digue homogne (faute de disponibilit dargile) et dans le cas dune

fondation rocheuse de bonne qualit, on prfre les barrages rigides poids en BCR ou

rarement, si les conditions sont respectes, les barrages votes. Cette tendance vers les

barrages poids en BCR dune part et vers les barrages en remblai masque amont ou noyau


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a t dicte au Maroc par la contrainte conomique, par la contrainte des dlais dexcution et

par la complexit dexcution des autres variantes.

I.4 Traitement des fondations par injections

Les injections sont un traitement des fondations de mauvaises qualits en vue de les

consolider et daugmenter leur tanchit. Elles sont excutes gnralement au pied amont

du barrage ou partir de la galerie de pied amont avec des forages ayant des profondeurs

allant de quelques mtres une centaine de mtres et puis avec un remplissage en coulis de

ciment sous pression constitu gnralement de :

- Ciment : au Maroc on utilise souvent soit le ciment CPJ55 au parfois CPA65 ;

- Eau : le rapport eau/ciment utilis varie entre 70% et 80% ;

- Adjuvent: introduit avec un rapport A/C autour de 1% ;

- Bentonite : cest une argile trs fine qui contribue la stabilit et la pntrabilit du

coulis souvent avec des rapports B/C faibles infrieurs 1%.

Figure 19: exemple du voile d'injection du barrage Tamalout Midelt


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Les injections ont un double rle :

- Voile dtanchit : il diminue la permabilit des fondations et permet au barrage de

rejoindre le substratum impermable souvent des dizaines de mtres de profondeur;

- Injections de consolidations : elles augmentent la rsistance des fondations traites et

permet de traiter les fissures superficielles naturelles ou cres par lemploi des

explosifs. Elles ne dpassent pas une dizaine de mtres de profondeur.

Le coulis dinjection est considr comme un fluide Benghamien et prsente un

comportement rhologique linaire (voir courbe 2) :

Figure 20: comportement rhologique du coulis d'injection

Avec :

: Contrainte de cisaillement

c: cohsion

: viscosit dynamique

U : vitesse de cisaillement

Lexprience montre que pour avoir un meilleur traitement de la fondation, on exige des

performances prcises sur les coulis dinjection selon ltat de fracturation des terrains :

- La viscosit du coulis ne doit pas dpasser 35 s mesure sur le cne de Marsh de

diamtre 4.75 mm;


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- La dcantation doit rester infrieure 5% ;

- La rsistance la compression exige 28 jours est en gnral de 10 MPa pour le

voile dinjection et de 20 MPa pour les injections de consolidation.

Actuellement, on utilise la mthode dite de GIN (voir courbe ci-dessous) dans laquelle le

maitre douvrage ne dfinit pas seulement, en fur et mesure de lavancement de linjection) le

volume max Vmax et la pression max Pmax ne pas dpasser selon la nature du terrain trait,

mais elle dfinit aussi le produit max des deux.

Figure 21: mthode GIN utilise pour les injections

La courbe 1, reprsente la courbe limite de linjection (pression en fonction de labsorption) et

la courbe 2 reprsente la courbe relle de linjection.

Il est remarquer quun contrle strict et permanent est essentiel. Autrement, des pressions

suprieures Pmax par exemple peuvent provoquer de nouvelles fissures dans les terrains

(des claquages) ce qui ncessitera des volumes additionnels de coulis dinjection.

Dans le cas des barrages souples le traitement peut mme aller une paroi moule au pied

amont ou en partie centrale pour connecter lorgane dtanchit (masque amont ou noyau)

avec le substratum impermable. Au Maroc cest le cas du barrage Moulay Bouchta dans la

rgion de Chefchouen.


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Chapitre II Calcul hydraulique

II.1 Hydrologie

Lobjectif de ltude hydrologique est dune part de fournir les sries des apports deau

ramens par le cours deau lchelle mensuelle et lchelle annuelle en se basant sur

lhistorique des mesures effectues dans les stations de jaugeage avec lesquelles la majorit

des oueds du royaume ont t quips chacun depuis une dure donne. Dautre part, ltude

hydrologique permet la connaissance des hydrogrammes de crues qui traduisent pour chaque

priode de retour la forme, lamplitude et la dure des crues.

II.1.1 Mthodes les plus utilises

II.1.1.1 Mthode du Gradex

La mthode du Gradex est en principe applicable dans les bassins dont les hydrogrammes de

crue ont une dure comprise entre quelques heures et un petit nombre de jours. Cependant,

elle est applique dans la quasi-totalit des tudes hydrologiques ralises pour les barrages

quelque soit la surface des bassins versant.

- A partir de quelques hydrogrammes de crue, on estime le temps de concentration.

Ce temps sera pris comme pas de temps pour les donnes pluviomtriques. Sinon on

peut garder le pas journalier que la majorit des stations utilise. Le temps de

concentration peut tre aussi donn par des formules empiriques.

- Etay par de nombreuses analyses frquentielles des hauteurs de prcipitations

effectues dans diverses parties du monde, la frquence F(P) de la prcipitation en t

heures (t entre 5 et 50 heures environ) en un lieu et pendant une saison donne est

de type dcroissance exponentielle simple et tend, lorsque P est grand, vers une

fonction exponentielle comme, par exemple, la loi de Gumbel :

Le paramtre a appel le Gradex (gradient des valeurs extrmes) est un paramtre

climatologique calcul partir de quelques dizaines annes dobservations

journalires. Il est la pente de la droite F(P) dajustement des valeurs extrmes de

prcipitations sur un graphique Gumbel.

- Pour passer des hauteurs de crue aux volumes correspondant pendant le pas de

temps choisi, on fait intervenir une seconde hypothse : en priodes de hautes eaux

(au-del de la crue 1/10 ou 1/20 ou parfois mme 1/50), quand on sapproche de la

saturation du bassin versant tout accroissement dP des prcipitations produit un

accroissement dQ de la lame deau ruissele qui tend devenir gale dP.


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- Pour passer de la loi de probabilit du dbit moyen Q en t heures celle du dbit de

pointe Qp, on lui applique le rapport r = Qp/Q qui interdpendant du dbit et dont la

valeur moyenne est dtermine sur le plus grand nombre dhydrogrammes

disponibles.

Cette mthode peut sappliquer pour des bassins versants dont le temps de concentration

ou le temps de base moyen est infrieur ou gal 3 jours. Elle ncessite la connaissance des

dbits sur une dizaine dannes pour en dduire des quantiles Q. Elle ne sapplique pas aux

rgions soumises des vnements de cyclones.

Le mini projet N1 est consacr pour donner un cas pratique de cette mthode vu son

importance et sa large utilisation dans le domaine de barrage.

II.1.1.2 La mthode rationnelle

Lestimation du dbit de crue, pour diffrentes priodes de retour, pour les petits bassins

versants a t faite par la mthode Rationnelle qui snonce comme suit :

Avec :

Q(T) : Dbit de pointe de la crue en m/s ;

T : Priode de retour (ans) ;

C : Coefficient de ruissellement (voir paragraphe suivant) ;

I(T, tc) : Intensit de la pluie en mm/h pour la priode de retour T et la dure tc (voir courbe

IDF);

A : Superficie du bassin versant en km ;


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tc : Temps de concentration en min.

II.1.1.3 Les formules empiriques et formules rgionales

Il existe de nombreuses formules destimation des dbits des crues et leur tude dtaille

permet une vue densemble du dveloppement historique de lhydrologie (Myer, Creager,

Fuller, Santi, Sciemeni, Giandotti, Gherardelli-Marchetti, etc). en gnral, il existe trois

catgories :

-Formules dans lesquelles le dbit est li seulement la surface du bassin versant :

-Formules dans lesquelles le dbit est li la surface du bassin versant et dautres

paramtres topographiques et mtorologiques :

-Formules faisant intervenir la dure de retour de la crue :

Il faut savoir que les tudes effectues lchelle rgionale ont donn naissance des

formules empiriques dans lesquelles interviennent plusieurs paramtres topographiques,

mtorologiques et hydrauliques.

II.1.1.4 Courbes enveloppes

Dans cette mthode, les pointes de crues maximales observes dans une rgion de

caractristiques hydrologiques homognes sont reportes en fonction de laire du bassin

versant, permettant de tracer une courbe enveloppe des points correspondant. Cette courbe

est considre comme la limite suprieure des points de crues possible pour la rgion

considre.

Francou et Rodier ont appliqu cette mthode lchelle internationale et ont propos la

formule suivante :

Avec :

Q dbit de pointe de la crue en m3/s

Q0 = 106 m3/s

A superficie du bassin versant en km2

A0 = 108 km2


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K coefficient compris entre 0 et 6 et fonctions des divers facteurs climatiques et

gographiques.

II.1.1.5 Ajustement des dbits de crue aux lois statistiques

Le dbit dun cours deau est une variable alatoire. Les valeurs moyennes pendant des

intervalles de temps dtermines constituent un chantillon Q1, Q2 de cette variable. Cet

chantillon peut alors tre trait par le calcul de probabilit et par les mthodes statistiques

habituelles, sous rserve toutefois que la population considre soit homogne dont les

caractristiques doivent tre stationnaires.

Les mthodes probabilistes utilises sont les mthodes stochastiques, les mthodes de

renouvellement et les mthodes chantillonnage. Quant aux lois utilises, elles sont

nombreuses, les plus utilises sont la loi de Gumbel, Log Pearson, Log normale et la loi de

Fuller ou exponentielle.

II.1.1.6 Mthode de la pluie maximale probable (CMP)

La PMP est dfinie comme tant thoriquement la plus forte prcipitation dune dure

dtermine, qui est physiquement possible sur une surface donne, dans un site

gographique particulier et une certaine poque de lanne .

Dans certains pays, on a dtermin et publi des estimations de la PMP gnralises. A

partir de ces publications on peut calculer en lieu quelconque des PMP de diffrentes dures

pour une surface de taille donne. Si ncessaire, on peut ainsi dresser une carte synthtique

des isohytes de PMP, superpose la carte du bassin versant pour avoir une estimation

moyenne de la PMP sur le bassin.

Aprs avoir dtermin la PMP pour un bassin, il faut transformer cette prcipitation en crue

maximale probable (PMF). Les mthodes utilises pour cette transformation sont

nombreuses. En gnral, ce passage de la pluie de projet en une crue de projet se

dcompose en deux tapes successives :

- Lapplication dune fonction dite de rendement qui fait passer la pluie brute la pluie

nette.

- Lapplication dune fonction dite de transfert qui traduit lattnuation et le dcalage

dans le temps de la pluie nette (sans modification du volume de lcoulement),

correspondant la propagation des dbits dans le rseau hydrographique du bassin

versant.

II.1.2 Dtermination des hydrogrammes des crues

La dtermination de lhydrogramme de crue se base sur lhistorique des enregistrements de

crues au niveau des stations hydrologique. Le cas chant, ils sont reconstitus laide

dhydrogrammes de crue unitaires comme :

- Lhydrogramme triangulaire : (o q est le dbit unitaire, tm est le temps de monte et

tc est le temps de concentration)


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- Ou les hydrogrammes unitaires SCS, SOCOSE ou Sin :

La forme typique des hydrogrammes de crue est donne par la figure suivante :

Figure 22: forme de l'hydrogramme de crues

-50

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12

D

bit

en

m3 /

s

Temps en heures


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II.2 Rgularisation

II.2.1 Utilisation des eaux de la retenue

Les barrages peuvent avoir, selon leurs raisons dtre, plusieurs utilisations savoir :

- Lalimentation en eau potable : elle reprsente la partie la plus importante. La

modulation de ses besoins est fixe par lONEP (office national de leau potable). Ce

dernier impose un taux de dficits prcis au dessous duquel la satisfaction du besoin

en AEP ne doit pas se placer. Le besoin en AEP est en gnral la dotation la plus

urgente satisfaire. Les barrages Marocains actuels se dotent en gnral de trois prises

AEP sous forme de conduites forces dont les entres sont cales diffrents niveaux

chacune fonctionnant selon le degr de qualit exige;

- LAgriculture : lirrigation des primtres agricoles est aussi une utilisation trs

courante des eaux des barrages Marocains souvent avec des dbits importants. Les

offices rgionaux de mise en valeur agricole se chargent de dfinir les besoins ainsi les

taux de dficit respecter. La prise agricole est souvent une conduite dassez grand

diamtre (>800 mm) et place assez bas pour pouvoir donner les dbits ncessaires ;

- La production dnergie hydro-lectrique : elle consiste au turbinage qui se fait dans

une usine place prs du pied aval du barrage. La conduite usinire qui achemine leau

sous pression jusquaux turbines a souvent un diamtre aussi grand que la prise

agricole.

- La protection contre les inondations : les barrages permettent de stopper et de laminer

les crues avec des dbits de pointe importants et ainsi ils protgent les populations et

les biens qui se situent en aval. Certains petits barrages ont t construits dans le but

uniquement de protger contre les crues et dans certains grands barrages Marocains,

on prvoit une sorte de creux rservs la protection contre les inondations comme du

barrage Kaddoussa dans la rgion dErrachidia.

- Pisciculture et loisirs.


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Figure 23: exemples d'ouvrages annexes permettant les utilisations du barrage (barrage Wirgane)

II.2.2 Rpartition de la retenue

Selon les utilisations du barrage, on a au niveau de la retenue la rpartition suivante.

Comme le montre la retenue, le volume total de la retenue est comme suit :


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- Volume de la tranche morte :

Le volume de la tranche se base sur la valeur de la dgradation spcifique en t/Km2/an qui

traduit la masse des transports solides amene par loued par Km2 de la surface du bassin

versant annuellement. La valeur de la dgradation spcifique est fixe gnralement sur la

base de valeurs utilises dans des barrages proximit et dans dautres bassins versants

similaires.

Dans certains barrages, on calcule le volume de la tranche morte sur 50 ans correspondant la

dure de vie du barrage. Pou certains dautres, on se contente de 10 ans.

- Volume utile :

Le volume utile rassemble de bas en haut et selon le degr de priorit la tranche rserve

lalimentation en eau potable, la tranche de lagriculture, la tranche pour la production hydro-

lectrique.

Ce volume ajout celui de la tranche morte correspond la cote de retenue normale dont le

calcul fera lobjet du paragraphe suivant.

- Volume des crues :

Cette tranche correspond la quantit qui, en cas de loccurrence de la crue de projet, se

dverse travers de lvacuateur de crues. Associe aux volumes prcdents correspond la

cote des plus hautes eaux dont le calcul sera dtaill dans le paragraphe consacr au calcul de

laminage de crue.

- Volume de la revanche :

La revanche est ajoute pour tenir compte de la hauteur des vaques gnres par le vent ou par

un sisme.

La formule empirique suivante de Stevenson et Monitor donne la hauteur de revanche R

ajouter la cote des plus hautes eaux pour obtenir la cote de la crte du barrage.

Avec :


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O :

V est la vitesse du vent en Km/h

Et F ou le fetch en Km est la longueur perpendiculairement entre laxe du barrage et le point

le plus loign.

Figure 24: illustration du fetch

La hauteur de la vague lie au sisme est donne par :

O :

K : acclration sismique ;

T : priode sismique ;

h : profondeur deau.

II.2.3 Calcul de rgularisation

Lobjectif de ce calcul est de fixer une taille optimale du barrage en dterminant la cote de la

retenue normale RN.

Les donnes de base ncessaires pour ce calcul sont :

- La srie des apports mensuels de loued donne par ltude hydrologique sur un

nombre suffisants danne pour pouvoir dresser une simulation correcte du

fonctionnement de la retenue ;


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- Les besoins de chaque mois de lanne en AEP, en eau dagriculture et les besoins

pour la prise usinire ;

- Fixer les taux de dficits maximum acceptables pour chaque dotation ;

- Les lames deau vapores de chaque mois ;

- Donner ventuellement le creux rserver aux inondations ;

- Le volume de la tranche morte

- La loi hauteur-volume-surface (loi HSV). Elle provient des dpouillements des levs

topographiques de la retenue. Elle donne pour chaque cote NGM la surface de la

retenue et son volume.

Le principe du calcul est dappliquer, sur un pas mensuel, lquation de bilan suivante :

Avec :

I : le volume deau entrant. Il correspond au volume deau dj existant au barrage plus le

volume deau entrant des apports du mois ;

: le volume deau sortant qui correspond aux volume livrs pour lAEP, lirrigation et la

production hydro-lectrique ainsi quaux volumes perdus par vaporation et par dversement ;

: variation demmagasinement au cours du mois.

Pour chaque cote RN suppose au dbut de la simulation, on calcule les taux de dficit

comme suit :

Et on les compare aux taux de dficits dfinis au dpart jusqu ce quils soient gaux. Dans

ce cas on peut dire quon a une cote RN optimale.

Un calcul pareil est dtaill et fait au mini-projet N2 associ ce cours.

II.3 Courbe de tarage

Dresser une courbe de tarage consiste donner une courbe donnant pour chaque dbit Q le

niveau de la surface deau Z correspondante : Z = f (Q).

Cette loi est obtenue par la relation de Manning-Strickler :


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Avec :

Q : le dbit en m3/s

Ks : le coefficient de Strickler de la rugosit du cours deau en m1/3/s

A : section mouille en m2

I : pente du cours deau

Rh : rayon hydraulique en m

Un exemple de ces courbes est donn par la figure suivante :

Figure 25: exemple de courbe de tarage (barrage Bousraf Ifrane)

Lutilit de ce calcul dans le domaine des barrages est de dterminer la cote de la crte du

batardeau aval de la drivation provisoire objet du chapitre III ddi aux ouvrages annexes en

appliquant lquation de Manning-Strickler pour la section de contrle correspondante.

Dans le domaine des ponts de franchissement des cours deau, savoir la cote atteinte par leau

au niveau de laxe du pont en fonction du dbit permet de caler la ligne rouge du pont

correspondant la cote donne par le dbit de la crue centennal plus un tirant deau plus

lpaisseur du tablier du pont.

Le mini-projet N4 prsente un exemple dtaill de ce calcul.

II.4 Laminage de crue

1693.5

1694

1694.5

1695

1695.5

1696

1696.5

1697

1697.5

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00

Co

te (

NG

M)

Dbit(m3/s)


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II.4.1 Equation de continuit

Le mcanisme de laminage peut tre traduit par lquation de continuit suivante :

(t) : dbit de crue (m3/s)

(t) : dbit dvers (m3

/s)

dV : variation du volume (m3)

dt : variation de temps en secondes.

Le dbit entrant est dfinit par lhydrogramme de la crue de projet (1/1 000 pour un

barrage en bton et 1/10 000 pour un barrage en remblai) et le dbit sortant est fonction du

niveau de leau, de type et des caractristiques du pertuis et de lvacuateur tandis que le

volume est obtenu de la courbe cote-volume.

Considrons (t1), (t2) les dbits dentre, (t1), (t2) les dbits de sortie et V1, V2

les volumes aux instants t1 et t2.

Lquation de continuit en termes de valeur moyenne devient :


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Figure 26: schma explicatif pour le calcul de laminage

II.4.2 Les donnes ncessaires du calcul

La solution de cette quation ncessite la connaissance:

Du volume de rservoir en fonction de la cote.

De lhydrogramme de crue de projet.

Du dbit sortant en fonction du niveau de leau.

II.4.2.1 Le volume de rservoir en fonction de la cote.

La dtermination du volume de rservoir en fonction de la cote se fait par interpolation

linaire partir des donnes ctes-volumes de la retenue.

II.4.2.2 Le dbit entrant :

Le dbit entrant est obtenu partir de lhydrogramme de crue de projet. La figure ci-dessous

prsente un exemple des hydrogrammes de la crue dcennale, centennale et millniale.


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II.4.2.3 Calcul du dbit sortant :

Le dbit total sortant de lquation de continuit est compos de deux termes, un

terme relatif au dbit de sortie par la vidange et un deuxime reprsentant le dbit dvers

par lvacuateur de crue.

QEVC : dbit vacu par lvacuateur de crue

QVDF : dbit vacu par la vidange de fond

-50

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12

D

bit

en

m3

/s

Temps en heures

Q10

Q100

Q1000


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II.4.2.3.1 Dbit sortant par lvacuateur de crue

La loi du dbit sortant par lvacuateur de crue est :

Avec :

QEVC : dbit dvers par lvacuateur de crue en m3/s

H : charge au-dessus du seuil en m

Lef : largeur effective de lvacuateur en m

- L : largeur totale de lvacuateur moins les largeurs des piles du pont sil est existe.

- Kp : coefficient tenant compte de la forme des cules RD et RG et des piliers en cas

dexistence de pont

- Ka : coefficient de contraction latrale

- N : nombre de piles de lvacuateur

C : coefficient de dbit obtenu par itrations partir de la relation suivante :

Avec :

et Hmax est la hauteur de la lame deau maximale au-dessus du seuil.

Ou par itration dans labaque de lUSBR (US bureau of Reclamation) suivante :


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Figure 27: Abaque de l'USBR pour le calcul du coefficient de dbit C

II.4.2.3.2 Dbit vacu par la vidange de fond

Figure 28: dbit sortant de la vidange de fond

II.4.2.3.2.1 Fonctionnement en coulement surface libre :

Le thorme de Bernoulli appliqu pour une ligne de courant entre le niveau amont de

cote Z et lentre de la vidange de fond o lcoulement est la hauteur critique scrit :


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Z0 : la cote du plan deau amont

Zcalage : la cote de calage du pertuis

hc : la hauteur critique.

V : vitesse de lcoulement dans la section

: perte de charge au niveau de lentre de la VDF.

Le dbit critique correspondant est :

Avec :

L : la largeur de la vidange en m.

S : section de la VDF.

II.4.2.3.2.2 Fonctionnement en coulement en charge

La dtermination du dbit vacu par la vidange de fond dans le cas de lcoulement en

charge se fait aussi par application du thorme de Bernoulli :

Z : la cote du plan deau amont

Z0 : la cote de calage du pertuis

h : la hauteur de la vidange de fond.

Le terme de perte de charge

contient parmi dautres :

La perte de charge lentonnement value 0.15

La perte de charge due la vanne amont, dpend du type de la vanne (voir annexe)

les pertes de charge par frottement :

S : section de la conduite en m2


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Ks : coefficient de Strickler du conduit (m1/3 /s)

Rh : rayon hydraulique du conduit en m.

Lc : longueur du conduit en m.

On obtient ainsi le dbit suivant :

Avec : S est la section de la vidange de fond.

Contrairement aux petits et aux moyens barrages, le calcul de laminage de crues se fait sans

prendre en compte le dbit sortant par la vidange de fond vue limportance des dbits vacus

par lvacuateur de crues face aux dbits ngligeables sortant par la vidange de fond.

Il est noter que le mini-projet N3 est consacr au calcul de laminage.


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Chapitre III Ouvrages annexes

III.1 Evacuateur de crue :

Lvacuateur de crue (lEVC) est un organe essentiel pour la scurit du barrage en

permettant lvacuation de crues donnant lieu des niveaux suprieurs la retenue normale et

permettant aussi la dissipation de lnergie.

Cet ouvrage consiste en un seuil cal la cte de retenue normale qui peut tre implant sur la

partie centrale pour les barrages rigides.

Figure 29: EVC pour un barrage rigide plac en partie centrale (barrage Bab Louta)

Pour un barrage en remblai, il est implant en rive ou, si la gologie ou la topographie des

rives ne le permet pas, en tulipe.


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Figure 30: EVC implant en rive (RD) cas du barrage Ahmed El Hansali en masque amont

Figure 31: EVC en tulipe cas du barrage Nakhla

Les dimensions de lEVC sont fixes par le calcul de laminage savoir la largeur et la

hauteur.

Pour les petits et moyens barrages, on peut sen passer du pont sur lEVC mais pour les

grands barrages laccs de rive en rive pour les besoins dinspection impose de prvoir le

pont.


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Le seuil de lEVC est suivi par un coursier qui permet dacheminer les eaux vers laval. Selon

la topographie de la valle laxe du barrage, le coursier peut garder la mme largeur

jusquau pied aval ou, le cas chant, avoir une convergence.

III.1.1 Profil du seuil :

Le profil du dversoir est calcul de manire fournir la forme idale pour une vacuation

optimale de telle faon que la n

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