IBTS-77-RP-1000
Phénomène d’envasement des barrages
Processus de l’envasement
Les quantités importantes de sédiments qui se trouvent à l’intérieur des retenues de barrages posent un grand problème d’exploitation aux gestionnaires. Ces sédiments stockés dans la nature causent des dommages à l’environnement .
L’envasement des retenues est le résultat d’un processus complexe qui se caractérise par trois étapes successives : érosion, transport et sédimentation.
Erosion des sols :L’érosion des sols est l’enlèvement des particules solides de ces sols par le fait des précipitations. Ce phénomène est le premier processus conduisant à l’envasement des barrages en Algérie où il menace gravement les potentialités en eau et en sol. Le calcul du transport solide et la prévision du volume d’envasement nécessitent une bonne compréhension de la genèse de ces phénomènes, et plus particulièrement celui de l’érosion des sols.
Transport solide :Ce phénomène est le principal élément moteur après l’érosion, conduisant au processus d’envasement des barrages. Ce processus fait le lien entre les sols du bassin versant et la retenue du barrage. Il est défini par un écoulement bi-phasique: liquide (eau) – solide (granulats, sol). Dans les cours d’eau naturels, les particules solides sont transportées en suspension ou en charriage. Dans le transport en suspension les particules solides élémentaires se déplacent au sein de l’écoulement avec une vitesse de même ordre de grandeur que celle du fluide, où la turbulence maintient des éléments fins en suspension.
Dans le transport par charriage une partie de gros granulats se déplace sur le fond des lits des cours d’eau, soit par glissement (ou roulement), soit par saltation.
Sédimentation et envasement :C’est l’étape finale de l’envasement des retenues à l’état naturel où les cours d’eau transportent progressivement des quantités importantes de sédiments, soit par charriage soit par suspension. Les eaux chargées de matériaux fins forment un courant de densité qui s’écoule sur le long de la retenue et transportent ainsi la vase jusqu’au pied du barrage. Dans ce trajet, les sédiments se déposent, des plus grandes particules aux plus petites, de l’amont vers l’aval de la retenue. Les différents mécanismes de l’envasement dépendent du type de retenues (morphologie) et les conditions de sédimentation existant à l’amont de la retenue (érosion et transport solide). Parfois l’envasement des barrages est lié à des erreurs commises par les organismes responsables de l’étude du projet et/ou de sa réalisation et/ou enfin de la gestion de l’ouvrage au cours d’exploitation.
Mécanisme d’envasement
Les vases et limons en suspension dans l’eau se déposent généralement en côté aval. Pour cela, suivant leur granulométrie et la topographie des lieux, la répartition des dépôts correspondants est alors plus au moins uniforme dans l’ensemble de la retenue.
Comportement des sédiments grossiers :Lorsque les cours d’eau animés d’une certaine vitesse arrivent dans la retenue où la vitesse est nulle, les matériaux de taille importante se déposent alors les premiers, formant une accumulation en queue de retenue. Avec le temps et l’arrivée des matériaux supplémentaires, le delta va s’étendre et progresser vers l’aval .
Comportement des sédiments fins :
Les sédiments fins peuvent se comporter de deux façons: Si un courant de densité est formé, il peut sous certaines conditions hydrauliques s’écouler au fond de la retenue et transporter les vases jusqu’au pied du barrage qui s’accumulent en absence de soutirage de fond en formant un lac de vase de volume important. De ce dernier, les particules sédimentent et les couches les plus profondes sont les plus chargées.
Si le courant de densité ne s’est pas formé, les sédiments fins sont tributaires de la gravité, de la turbulence et les écoulements dans la retenue. Les particules argileuses de taille inférieure à 2µm ont une vitesse de chute très faible à l’état individuel qui les empêcherait de sédimenter.
Les flocons ainsi formés ont une vitesse de chute plus importante et décantent aussi rapidement que les silts. Une fois déposés au fond les vases sont susceptibles de former des coulées vers les parties les plus basses de la retenue. Lorsqu’ elles sont stabilisées et en absence de mouvement important dans la retenue, les dépôts vont se consolider en se débarrassant de leurs eaux interstitielles avec une vitesse qui sera fonction du milieu aqueux, de la nature minéralogique des argiles.
Problèmes posés par l’envasement
Parmi les problèmes posés par l’envasement des retenues de barrages, on peut retenir cinq inconvénients majeurs qui sont : La réduction de la capacité de stockage d’eau. L’obturation des organes de vidange. La sécurité de l’ouvrage. L’envasement des canaux d’irrigation. La dégradation de la qualité de l’eau.
Réduction de la capacité de la retenue :Cette réduction de la capacité de stockage de l’eau est sans aucun doute la conséquence la plus dramatique de l’envasement. Chaque année le fond vaseux évolue et se consolide avec occupation d’un volume considérable de la retenue, où la vase chasse l’eau du barrage. Avec le temps, le barrage sera complètement occupé par la boue. Comme le barrage est considéré comme un corps étranger au cours d’eau, il perturbe l’écoulement des eaux et la dynamique sédimentaire. Ainsi, en se déposant petit à petit la boue au fond d’un barrage, le cours d’eau tente de retrouver sa pente initiale.
Obturation des organes de vidanges :Un autre danger présenté par l’envasement est celui du au non fonctionnement des organes de vidange de fond, les dépôts vaseux durant les premières années, les pertuis de vidange sont épargnées par l’envasement. Dès que le volume «mort» est atteint, les vannes seront menacées par les dépôts de vase. Avec les manœuvres de vannes, un cône de vase sera dégagé près des ouvertures. Avec le temps les vannes finiront par se colmater et devient difficile toute manœuvre des vannes.
Sécurités et la stabilité de l’ouvrage :La sédimentation des retenues a un impact sur la sécurité des barrages, par la mise en danger de la stabilité de l’ouvrage du fait de l’augmentation de la force hydrostatique produite par le remplacement accéléré du volume d’eau par la vase.
Envasement des canaux d’irrigation :Le dépôt des sédiments dans une retenue de barrage destinée à l’irrigation, pose le problème de comblement du réseau d’irrigation se trouvant à l’aval du barrage. En effet dans les pays arides et semi-arides, l’irrigation se fait généralement par de l’eau chargée en sédiments, mouillée et bien sur le débit véhiculé. Le curage et le nettoyage des canaux deviennent des opérations quotidiennes.
La dégradation de la qualité de l’eau :Les sédiments véhiculent des produits chimiques (nitrates, sulfates…) provenant en particulier des apports en éléments fertilisants pour l’agriculture, et se déposant dans les réservoirs, entraînant ainsi une dégradation de la qualité de l’eau .
Les techniques de dragage
Les travaux de dragage sont réalisés par des navires et engins spécialisés dont les caractéristiques dépendent de la nature des travaux et de l’environnement dans lequel ils doivent être effectués. Il existe trois techniques traditionnelles de curage: mécanique, hydraulique et pneumatique .
Le curage mécanique :Il est réalisé à partir d’engins à godets qui opèrent soit depuis les berges soit depuis la surface. IL s’agit de récupérer, selon divers procédés, les sédiments qui sont ensuite déverse dans un puits, un chaland ou a terre. Ce mode de curage est le plus répandu.
Le curage hydraulique :Les dragues hydrauliques aspirent les sédiments au moyen d’une pompe centrifuge , à travers un long tube à embout appelé élinde. La profondeur de dragage tourne généralement autour de 30 m, et peut aller jusqu’à 60 m pour une drague autoporteuse. Les sédiments aspirés sous forme de boue liquide, sont ensuite rejetés, selon les dragues, dans un puits, un chaland ou une zone de dépôt via des conduits.
Le curage pneumatique :Les dragues fonctionnent par aspiration et sont équipées d’un système à air comprimé. Un vide d’air est créé dans un cylindre, provoquant une arrivée de sédiments. Une fois le cylindre plein, les valves sont inversées, l’air comprimé y pénètre alors et expulse les sédiments.
Modes de gestion des sédiments dragués
L’opération de dragage génère des quantités importantes de sédiments où le mode de gestion de ces matériaux dépend, entre autres, de leurs caractéristiques (nature, qualité et quantités impliquées) et leurs impacts sur l’environnement, du coût de l’opération, des conditions réglementaires, etc. La gestion des sédiments peut être réalisée selon deux modes: l’immersion dans une zone autorisée ou la mise en dépôt.
Immersion :C’est un procédé qui consiste à transférer les matériaux du site de dragage à un lieu de rejet ou de confinement situé aussi en milieu aquatique. L’immersion par rélargie permet, dans un milieu marin agité, la dispersion de la matière solide ainsi que des polluants, susceptibles d’y être présent, et par suite diminuer la concentration des contaminants .
Des mesures préventives doivent être adoptées avant l’immersion des sédiments en eau, où il est nécessaire de:
Prendre les mesures de confinement et éviter de claper dans une zone où le courant est non nul. Minimiser la remise en suspension des sédiments en déversant convenablement les matériaux, et en envisageant l’utilisation d’écrans de protection et surtout en cas de confinement. Minimiser les entraves à la navigation en prévoyant une signalisation adéquate. Minimiser les effets négatifs sur l’écosystème (la faune et la flore).
Mise en dépôt : Les sédiments provenant de dragage peuvent être stockés sous forme de remblais sur terre ou dans un milieu aquatique, mais le souci de protection contre la pollution de l’environnement marin tend à privilégier le dépôt terrestre. Le dépôt à terre constitue une solution alternative quand l’immersion présente des risques pour des zones sensibles, et nécessite d’importantes surfaces de stockage.
Des mesures préventives doivent être adoptées au moment du stockage en terre des sédiments où il est nécessaire de:
Minimiser la remise en suspension des sédiments. Collecter et traiter les eaux de ruissellement et d’assèchement, par un choix approprié pour la construction du site (pas de pente, étude du réseau de drainage). Protéger les bassins de stockage par l’utilisation de géo membranes ou matériaux imperméables, digues. Intégrer le site dans le paysage par la plantation de végétation. Minimiser les rejets incontrôlés des contaminants en nettoyant les outils de travail. Limiter les quantités d’eau dues aux précipitations s’infiltrant dans la masse des déblais. Empêcher les eaux de surface et/ou souterraines de s’infiltrer dans le dépôt.
Caractérisation et classification des sédiments selon le guide des terrassements routier
L’utilisation d’un matériau en couche de chaussée nécessite la connaissance de ses propriétés physiques et géotechniques. La classification peut se faire selon différentes approches :
Définition du guide des terrassements routier (GTR)
Ce guide de 1992, réédité en 2000, couramment appelé « guide GTR », définit les conditions d’emploi des matériaux en remblai et en couche de forme. Il se présente en deux fascicules :
Le premier fascicule « principes généraux » contient quartes chapitres : Classification des matériaux utilisés (sols, matériaux rocheux, sous produits industriels). Conditions d’utilisation en remblai (extraction, actions sur la granularité, actions sur la teneur en eau, réglage, compactage, hauteur des remblais.
Condition d’utilisation en couche de forme (conception, matériaux, dimensionnement, classes net plate-forme pour le dimensionnement de la structure de la chaussée).
Compactage des remblais et de couche de forme (prescription, matériaux, compacteur, règle de compactage).
Le deuxième fascicule « annexes techniques » partie véritablement opérationnelle, est constituée de quatre annexes : Tableaux des classifications des matériaux utilisés pour la construction. Tableau des conditions d’utilisation du matériau en remblai. Tableau des conditions d’utilisation des matériaux en couche de forme. Compactage des remblais et de couche de forme (conditions de compactage, tableau de compactage).
Classification selon le guide des terrassements routier (GTR)
La représentation synoptique de la figure II.9 offre une bonne compréhension de la classification en fonction des paramètres géotechniques suivants : Indice de plasticité du sol (IP) , Valeur au bleu de méthylène du sol (VBS), Seuil de granulométrie du sol (passants à 80 µm et à 2 mm).- L’argilosité (IP et VBS) : L´indice de plasticité et la valeur au bleu de méthylène du sol. sont des paramètres qui interviennent dans la classification du sol et ainsi dans les conditions de réalisation du mélange et le choix du produit de traitement.
La granularité est déterminée par l’analyse granulométrique et plus particulièrement par le Dmax, le tamisât à 80 μm, et le coefficient d’uniformité Cu.
Le Dmax permet de distinguer les sols fins, sableux et graveleux (Dmax ≤ 50 mm), des sols grossiers comportant des éléments blocailleux (Dmax > 50 mm), et ainsi pour distinguer les sols pouvant être malaxés intimement avec un liant et pour évaluer l’épaisseur des couches élémentaires. C’est un paramètre important à connaître pour apprécier la validité des essais de laboratoire.
Le tamisât à 80 μm : Ce paramètre permet de distinguer les sols riches en fines des sols sableux et graveleux, et dans une large mesure d´évaluer leur degré de sensibilité à l´eau, qui permet d’orienter en grande partie le choix du produit du traitement.
Le tamisât à 2 mm permet lui, de séparer les sols à tendance sableuse d’une tendance graveleuse. Le coefficient d’uniformité de HAZEN (Cu= d60/d10) : Cette caractéristique pour l’étalement de la granulométrie (Cu < 2 : granulométrie uniforme, Cu > 2 étalée) et aussi ce coefficient donne des informations qualitatives sur les valeurs des dosages qui seront nécessaires pour atteindre le niveau de résistance visé. Pour être réutilisé en tant que sol support, remblai, couche de structure, un matériau à distribution granulométrique étalée est conseillé.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 PROBLEMATIQUE DE GESTION DES SEDIMENTS DES BARRAGES
I.1 Introduction
I.2 Notion sur les sédiments
I.2.1 Définition et origine
I.2.1.1 Origine naturelle
I.2.1.2 Origine anthropique
I.2.2 Structure granulométrique des sédiments
I.2.3 Composition minéralogique des sédiments
I.3 Phénomène d’envasement des barrages
I.3.1 Processus de l’envasement
I.3.2 Mécanisme d’envasement
I.3.2.1 Comportement des sédiments grossiers
I.3.2.2 Comportement des sédiments fins
I.4 Problèmes poses par l’envasement
I.4.1 Réduction de la capacité de la retenue
I.4.2 Obturation des organes de vidanges
I.4.3 Sécurités et la stabilité de l’ouvrage
I.4.4 Envasement des canaux d’irrigation
I.4.5 La dégradation de la qualité de l’eau
I.5 Le dragage
I.5.1 Les techniques de dragage
I.5.2 Modes de gestion des sédiments dragués
I.6 L’envasement dans les pays du nord d’Afrique
I.6.1 L’envasement en Algérie
I.6.1.1 Evolution de l’envasement en Algérie
I.6.1.2 Les techniques de dévasement utilisées en Algérie
I.7 Conclusion
CHAPITRE 2 UTILISATION DES SEDIMENTS DANS LE DOMAINE ROUTIER
II.1 Introduction
II.2 Définition d’une route
II.2.1 Définition d’une autoroute
II.2.2 Les routes et les autoroutes en Algérie
II.2.2.1 La route transsaharienne
II.2.2.2 L’autoroute est-ouest
II.2.3 Le réseau routier en Algérie
II.2.4 Missions géotechniques dans un projet routier
II.3 Description d’une structure de chaussée
II.3.1 Différentes couches d’une chaussée
II.3.2 Différents types de structure de chaussée
II.3.3 Dimensionnement de la chaussée
II.3.3.1 Démarche de dimensionnement d’une chaussée
II.4 Caractérisation et classification des sédiments selon le guide technique routier
II.4.1 Définition du guide des terrassements routier (GTR)
II.4.2 Classification selon le guide des terrassements routier (GTR)
II.4.3 Critères de classification des sédiments dans les travaux routiers
II.4.3.1 Critère de granulométrie
II.4.3.2 Critère de portance
II.5 Conclusion
CHAPITRE3 IDENTIFICATION ET CARACTERISATION DU SEDIMENT DU BARRAGE
III.1 Introduction
III.2 Présentation du barrage d’Oued Taht
III.2.1 Localisation du barrage d’Oued Taht
III.2.2 Historique du barrage
III.2.3 Informations sur le barrage Oued Taht
III.2.4 Caractéristiques du barrage
III.3 Prélèvement du sédiment d’étude
III.3 Identification géotechnique du sédiment d’Oued Taht
III.3.1 Analyse granulométrique (tamisage par voie humide)
III.3.2 Analyse granulométrique par sedimentometrie
III.3.3 Limites d’Atterberg
III.3.3.1 Détermination de la limite de liquidité (wl)
III.3.3.2 Détermination de la limite de plasticité (wp)
III.3.3.3 Détermination de la limite de retrait (wr)
III.3.4 Détermination de la valeur au bleu de méthylène (VBS)
III.3.5 Détermination de la teneur en matières organiques (M.O)
III.3.6 Détermination la teneur en carbonate de calcium (CaCO3)
III.3.7 Détermination du poids spécifiques des grains solides par l’essai au pycnomètre
III.3.8 Détermination des paramètres de compacité et de portance
III.3.8.1 Paramètres de compacité (essai Proctor Modifié)
III.3.8.2 Paramètres de portance (essai IPI)
III.4. Classification du sédiment Oued Taht
III.5 Conclusion
CHAPITRE 4 TRAITEMENT DU SEDIMENT DU BARRAGE D’OUED TAHT
IV.1 Introduction
IV.2 Traitement du sédiment Oued Taht par correction granulométrique
IV.3 Présentation du matériau stérile
IV.3.1 Caractérisation géologique du site
IV.3.2 Définition du matériau stérile
IV.3 .3 Caractérisation géotechnique du matériau stérile
IV.4. Présentation des mélanges d’étude
IV.4.1 Effet d’ajout du matériau stérile sur la granulométrie
IV.4.2 Effet d’ajout du matériau stérile sur la plasticité
IV.4.3 Effet d’ajout du matériau stérile sur la densification et la portance
IV.5 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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