Les barrages - GEOLOGIE RANDONNEURS · - Ouvrages annexes - destination de la retenue - Analyse des...
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Plan
Un barrage comment ca marche
barrages en béton
barrages en terre
Des barrages remarquables
Usines associées
Surveillance
Sécurité et ruine des barrages
Equilibre statiqueLe poids P du barrageLa poussée R de l’eauLa force F des sous pressions
BAP
R
Stabilité pour les barrages poids
2 dispositions constructives majeures: - le voile d’étanchéité- le drainage
Problème des sous pressionsEn A = pression hydrostatiqueEn B = p atmosphérique
Condition de non renversementExprime que le barrage ne peut pas basculer autour de l’arête BFruit = environ 0,7
Condition de non glissementExprime que la composante horizontale des forces est inférieure à la force de frottement. Attention: séricite ( Malpasset )
Equilibre dynamique Failles
F
3 éléments de contrôle fondamentaux:- contrôle des débits de fuite- contrôle des pressions- contrôles topographiques
Grande Dixence: h = 284 m, e base = 200m, v matériaux = 6 M m3, lc ( longueur crête) = 750 mfruit = 0,7
Génissiat: h = 104m, e b = 57m, v m = 0,4 M m3, lc = 140 m
Barrages poids remarquables en béton
Malpasset: un barrage voûte ultra mince
F
F1
F2
Conditions d’équilibreforce principale: poussée de l’eau sur la coque.
Résultante des forces- inférieure à la résistance du béton- si aval éventrement- si amont fermeture comme un livre
Passe par l’ intérieur de la coque.
Le calcul des barrages est extrêmement complexe.
A Malpasset : pas de voile d’étanchéité ni de drainageDispositions mal connues à l’époque
?
1, 2 m
h=60m
e= 6,8 m
.
Les barrages en terre
Les barrages en terre sont solides mais ils ont leurs faiblesses
Marge de sécurité
Enrochements pour éviter le batillage
Cote d’exploitation plus basse que la cote max
Evacuateur largement dimensionné
Voile d’étanchéité Drainage du masque
effet de renardsubmersion.
Ligne de saturation
Le barrage Teton était un barrage en remblai construit sur la rivière Téton, au sud-est de l‘Idaho, aux Etats Unis . Rupture catastrophique lors de sa mise en eaux, le 5 juin 1976.
Risques des barrages en terre.
Renards: risque principalsi résurgence érosion régressive aval barrage en danger
Le masque d’étanchéité est en argile malaxée, humidifiée et compactée.Il descend à 60 mètres sous le radier, hauteur totale environ 200 m pour une largeur max ~ de 50 m.
Construction d’un grand barrage en terre: Serre Ponçon
Euclid, 30 m3, 500 cv
Grande Dixence, 2365 m altitude, barrage poids le + haut du monde, >100 km de galeries d’amenée, 32 km de galeries de surveillance, la plus haute chute d’eau, (1 880 mètres), la plus grande puissance par turbine Pelton (400 MW)
Le barrage des Mesches
Plus haut barrage des Alpes Maritimes, Dans la Roya, au confluent de l’Inferno et du Casterino
Altitude: 1369mDate: 1917, construit par les ItaliensHauteur: 77mCapacité: 1,3 M m3
Alimente la centrale de St Dalmas de TendeChute: 720 mPuissance: 6, 4 Mw
On remarquera un fruit assez prononcé pour un barrage en maçonnerie .
Cela induit une surveillance très rigoureuse et très complète de l’ensemble du barrage.
Turbine Kaplan
Basse chute.
La section d’ entrée est plus
grande que la section de sortie,
donc l’ eau accélère.
Force perpendiculaire à la
surface de la pale.
mise en rotation
c’est une turbine à réaction
pales pouvant atteindre
dimensions énormes.
C’ est une turbine à
réaction
Sens de rotation ?
Exemple d’ un
aménagement
complexe de très
haute chute.
Pragnères
Pyrénées
Hauteur de
chute: 1100m.
4 barrages
40 km de
galeries
Débit équipé: 19
m3/s
2 x 80 MW.
V tangentielle = fonction hauteur de chute
Energie cinétique = fonction de la vitesse
Profil de la roue: permet de transmettre la totalité de l’ énergie à la roue
eau retombe en pluie dans le déchaugeur
Turbine Pelton turbine à action
Tollah = 88 m, e base = 14m
GageH= 47m, eb = 3, e crête = 1’3
Malpasseth = 60, e base = 14 m
Vajont h = 266 m, e base = 23 m, e crête 3,4m vm = 360 000 m3Un glissement de terrain de 260 000m3 dans la retenue à l’amont a provoqué une vague de 150m de haut qui a submergé le barrage.Le barrage a résisté. 2000 morts.Contexte de gestion de l’ouvrage.
Barrages voûte remarquables
Barrage du Gage sur la Loire ( Cévennes) .
Barrage expérimental ultra mince.
Barrage d’AssouanHauteur: 111 mBarrage en terreVolume : 170 milliards de m3Longueur: 550 kmLargeur max : 35 kmEpaisseur à la base: 980mEpaisseur au sommet: 40 mPuissance installée: 2100 mw
Chine, Yang Tsé, 3 GorgesH = 100 m L = 2300 m, 40 milliard/m3Puissance: 22.500 MwDébit de crue: 100 000m3/s
Barrage du Téton ( USA )
Ruine des barrages
Barrage du Vajon
Coulée de 270 millions de m3 de terre
Vague de 200m qui submerge le barrage
2000 morts dans la vallée
Le barrage a résisté.
Barrage de Bouzey dans les Vosges.1895, 86 morts
Extrait du jugement.
Là encore, tout le monde fut acquitté sauf l’ingénieur local accusé d’avoir donné l’alerte et avoir ainsi contredit l’avis de ses chefs.
Risque = probabilité d’aléas * vulnérabilitéAléas: incident ou accident redoutéVulnérabilité: conséquences de l’aléas ( humaines, matériel etc )
Malpasset: - probabilité d’aléas maximum ( voir détails de la chaîne de dysfonctionnements )- vulnérabilité maximum ( Ville de Fréjus juste à l’aval )
le risque était maximum
Le barrage de St Cassien- fourniture d’énergie électrique- réserve d’eau domestique et agricole- capacité d’écrêter les crues du Biançon.
Risques des barrages
-Il fait l’objet d’un Plan Particulier d’Intervention ( PPI , décembre 2005).- Présentations du site de St Cassien
- géologie- gestion de l’ouvrage- Caractéristiques- Fondations- Ouvrages annexes- destination de la retenue
- Analyse des risques- Risque sismique- Risque effondrement de terrain- Risque onde de submersion
- Surveillance- implantation local de surveillance- éclairage du barrage- régime de surveillance
- Moyens de transmission de l’alerte- sirènes- liaisons spécialisées
- Populations concernées
Dispositif de surveillance d’un grand barrage ( Vouglans )
Type: voûte pureh = 103 me = 23 et 6 m425 Mm3264 Mw
Surveillance des barrages
Mesure des fuites Contraintes du béton Piézométrie Mouvements
de l’ ouvrage
Vers l’organisme
de surveillance
Causes de rupture de barrages.
Causes externeseffondrement de terrain , tremblements de terrecrue exceptionnelle
Causes internesconsécutives à la nature de construction
barrages poids: sous pressionsbarrages terre: submersion par une crue,
renards, affouillements
barrages voûte: rupture d’appui défaut de suivit et de surveillance
Surveillance des barragesDrainage et piezométrieMouvements et déplacements topographie, pendules, Contraintes: témoins sonores,
Surveillance à la constructionSuivit du remplissage
vérifier à tout moment si les contraintes réelles correspondent aux calculs.
Moyens de maîtriser la montée du plan d’eau, système de vannes capable d’évacuer le débit de crue ce qui n’existait pas à Malpasset.
Ruptures de barrages:Environ 40 000 barrages dans le monde. 144 ruptures depuis les années 1800,
- Malpasset, 1959: 1er remplissage, sous pressions- Teton, 1976: 1er remplissage, renard- Vajont, 1976: glissement de terrain ( 260 Mm3, vague de 150 m )- Bouzey, 1895, affouillements
Le barrage du Vajont
Le désastre du barrage de Vaiont est un exemple classique des conséquences due à un manque d’études de la
part des ingénieurs et géologues pour comprendre la nature du problème qu’ils traitaient.
Pendant le remplissage du barrage, une coulée d’environ 270 millions de m3 de terre s’est détachée du flanc de
montagne vers le lac à la vitesse approximative de 110km/h. En conséquence, une vague s’éleva de plus de 250
m au-dessus de la hauteur du barrage et se déversa sur la vallée en causant la mort de plus de 2000 personnes.
Le barrage résista remarquablement (il n’est pas cassé) aux flots.
Vaiont est situé au sud-est des Alpes italiennes à environ 100 km de Venise. Le choix du site de construction
s’est fait dans les années 1920 et la construction elle-même a commencé en 1956. Il était alors le plus haut
barrage en voûte de faible épaisseur. Sa hauteur est de 265 m et il contient 115 m3 d’eau.
Il est apparu durant la construction que la rive gauche était instable. Des études ont ensuite révélé qu’il existait
une butée qui servait de frein à la coulée et des études sismiques ont suggéré que la roche possédait un
module d’élasticité élevée. En conséquence, des coulées étaient considérées comme probables avec des
volumes et des vitesses faibles.
Le remplissage du barrage a débuté avant la fin complète des travaux (en septembre 1960) et en mars 1960, le
niveau d’eau atteignait déjà 130 m quand un petit détachement se produisit. Le remplissage fut poursuivit
jusqu’à 170 m où le taux de déplacement observé à rapidement augmenté à 3.5 cm par jour. Une zone de 1700
m de long sur 1000 m de large était mobilisée. Le niveau du barrage fut rabaissé à 135 m et les déplacements
mesurés diminuèrent à 1 mm par jour.
Il paraissait inespéré d’arrêter la coulée. Cependant le contrôle de la coulée pouvait être tenté en variant le
niveau du lac. Ainsi du début octobre 1961 à février 1962, le niveau fut augmenté lentement jusqu’à 185 m puis
à 235 m en novembre 1962. Au début les déplacements étaient faibles mais atteignirent 1.2 cm par jour. Le
niveau fut donc rabaissé lentement à 185 m en 4 mois et les déplacements diminuèrent. Après ce succès, les
ingénieurs de procéder à une nouvelle augmentation. Elle fut rapide, d’avril à mai 1963 pour 231 m puis 245 m
en septembre. Des déplacements importants furent alors mesurés (3.5 cm par jour) donc le niveau fut rabaissé.
Mais cette fois-ci les déplacements se sont accentués jusqu’à 20 cm par jour en octobre.
La rupture eut lieu à 22h38 GMT le 9 octobre 1963. La quasi totalité de la masse prévue a glissé à la vitesse de
30 m/s.
Depuis la coulée, d’importants travaux ont été entreprit pour déterminer les causes. C’est vraisemblablement
l’augmentation du niveau de l’eau qui a induit une surpression interstitielle dans les couches d’argile.