Les études géologiques et géotechniques des petits barrages

Recherche du site

Une fois que les objectifs et les contraintes qui en résultent pour le barrage et la retenue sont connus, il convient de rechercher le site le plus apte et de préciser dans quelles conditions l’ouvrage pourrait être réalisé sur ce site pour se prononcer en toute connaissance de cause sur sa faisabilité et sur les suites à donner au projet. A cette phase, il faut éviter des opérations couteuses pour l’étude, avant d’avoir la certitude que le site convient. La recherche méthodologique du site passe deux phases importantes :

•Préparation des prospections de terrain au bureau sur documents existants (cartes à la plus grande échelle possible, photographie aérienne, carte géologique régionale). Pour chaque site repéré, on estimera les caractéristiques géométriques de la vallée et du bassin versant, la morphologie du site du barrage et de la cuvette (figure 2). On examinera aussi les voies de communication et l’implantation des lieux habités à l’amont ou à l’aval du barrage. On passera rapidement en revue l’estimation de la capacité de stockage, l’hydrologie du bassin versant, la géomorphologie et la géologie du bassin versant, les données météorologiques locales.

•Visite des sites qui semblent convenir en vue de préciser et de compléter les renseignements généraux dont on dispose de contacts locaux seront pris pour s’informer sur les sites repérés, sur les observations faites en matière de crues, sur les problèmes fonciers, etc.… Examen des conditions locales et décèlement des problèmes, d’accès, de couverture végétale, de morphologie de la rivière et du site de retenue, de nature et épaisseur probable des terrains de couverture, d’affleurements du substratum rocheux ou imperméable, d’existence possible de zones d’emprunt. Repérer les difficultés particulières (arrivées d’eau, pertes, zones tourbeuses ou argileuses, glissement des berges, failles, karst, etc..). Déterminer les zones de travaux préparatoires aux stades suivant des études : débroussaillage, aménagement d’accès, levé topographique, etc..). Composition de l’équipe de reconnaissance du site : 1 technicien expérimenté en barrages et aménagements hydrauliques, 1 géomètre, 1 géologue, des manoeuvres.

CHOIX DU TYPE DE BARRAGE EN TERRE

Si l’on dispose de sols fins de qualité satisfaisante et en quantité suffisante (1,5 à 2 fois le volume du remblai), la solution barrage en terre homogène ou pseudo-zoné (type 1) s’impose comme la plus économique. Le barrage pseudo-zoné est une variante du barrage homogène qui consiste à répartir les matériaux dans le corps du barrage en fonction de leur granularité ou de leur humidité, mais sans que des filtres de séparation ne soient nécessaires. Il ne s’agit donc pas de véritables zones délimitées avec précision. Par exemple, on pourra réaliser un barrage homogène où les matériaux les plus fins sont placés à l’amont et les plus grossiers à l’aval ; ou bien où les matériaux les plus humides sont placés au centre. Les barrages pseudo-zonés sont drainés exactement comme les barrages homogènes, le drain ne constituant pas une séparation entre deux zones réputées différentes, contrairement à la plupart des barrages zonés. Si l’on dispose de matériaux fins en quantité limitée et de suffisamment de matériaux grossiers exploitables, on peut envisager la construction d’un barrage en terre zoné (Type 2) avec noyau ou massif amont assurant étanchéité et recharges stabilisatrices grossières.

Ce type de solution présente toutefois l’inconvénient d’une mise en œuvre par zone qui sera d’autant plus compliquée et onéreuse que le site est étroit et qu’il peut contrarier l’évolution des engins. Un autre inconvénient est la nécessité de séparer par des filtres de transition les différentes zones. Par contre, surtout pour les ouvrages relativement importants, les matériaux grossiers peuvent permettre un raidissement des talus. Si l’on ne dispose pas de matériaux fins susceptibles d’assurer l’étanchéité du barrage, ou bien si l’exploitation d’une zone d’emprunt très hétérogène constituée de matériaux fins à grossiers est trop complexe, on peut recourir à une étanchéité artificielle (type 3). Deux techniques sont plus spécialement adaptées aux petits et moyens barrages : la géomembran et la paroi moulée. Un réajustement des caractéristiques des matériaux disponibles sur place par criblage, addition de bentonite, séchage ou humidification peut éventuellement être envisagé. Modifier la teneur en eau d’un matériau très argileux est une opération difficile et donc onéreuse. Elle nécessite un contrôle soigné et permanent, ce qui est difficile dans le cas des petits barrages. (Degoutte, Gerard, 1997)

Études Géotechniques

La nécessite d’effectuer des études géologiques sur site est souvent sous-estimer. Dans de nombreux cas, cela entraine des conséquences regrettables (infiltration sous le barrage, glissements de terrain, etc.), voire catastrophiques. Fort heureusement, dans de nombreux pays, des cartes géologiques de qualité permettent, en première approche, des évaluations de la sécurité des fondations du barrage, de la stabilité des pentes et de perméabilité du terrain. Il est toutefois conseillé de compléter ces données par un travail de terrain par forage et échantillonnage. Ce paragraphe complète pour les barrages en terre. Il insiste surtout sur l’interprétation des résultats d’essai. Mais outre la recherche des matériaux, d’autres études peuvent impliquer la cuvette : son étanchéité dans le cas où le problème ne peut pas être résolu au droit du barrage, la stabilité des versants qui est à vérifier dans certains cas. Il paraît primordial d’insister sur l’importance d’un essai très simple, surtout dans le cas des barrages homogènes.

La teneur en eau est l’essai de base qui, associé à un commentaire lors du prélèvement sur la nature du matériau (argile, sable limoneux, grave propre…) et son état (sec, très humide…), permet une bonne première appréciation du site. Il ne faut pas hésiter à multiplier cet essai, peu coûteux (par exemple dans les emprunts) en prélevant un échantillon tous les 0,5 à 1 mètre de profondeur afin d’évaluer le gradient d’humidité.

En général, la teneur en eau des matériaux est peu variable au cours de l’année sauf en surface, jusqu’à 1,5 mètres environ de profondeur, où les matériaux peuvent être, suivant les conditions atmosphériques, secs ou humides. Aussi bien en fondation qu’en zone d’emprunt, les échantillons ne sont généralement prélevés que dans certaines tranchées, mais ces dernières ont toutes un rôle descriptif (nature et état des matériaux, profondeur des couches, venues d’eau). Les essais mécaniques et hydrauliques sur les matériaux des emprunts doivent être réalisés à la teneur en eau à laquelle ces matériaux seront mis en place. La résistance au cisaillement des sols fins, surtout à court terme en contraintes totales, chute nettement lorsque la teneur en eau augmente. Étant donné la catégorie à laquelle se rattachent les petits barrages de décrue, il n’est pas utile de prévoir des études géologiques proprement dites.

En revanche, quelques études géotechniques sont indispensables, tant pour se prononcer sur la faisabilité des ouvrages que pour garantir leur pérennité. Bien entendu, la portée et le contenu de ces études doivent être adaptés à la taille et à l’importance réelle de l’ouvrage. Rappelons, en outre, qu’en cas de contexte géotechnique défavorable, il est généralement préférable de ne pas réaliser de barrage. En effet, soit le surcoût nécessaire pour le réaliser dans des conditions de sécurité acceptables est rédhibitoire, soit, si l’on passe outre, le risque de dommages est très important et peut se révéler parfois fatal à l’ouvrage. (Degoutte, Gerard, 1997) La constitution même d’une retenue d’eau requiert du massif dans lequel elle est située des propriétés minimales en matière d’étanchéité naturelle ; il serait en effet très coûteux de généraliser l’étanchement artificiel à tout le fond du bassin, et de telles réalisations sont exceptionnelles.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I: SYNTHESE SUR LES ETUDES DES PETITS BARRAGES
I. Introduction
I.1 Définition
I.1.1 Bassin versant
I.1.2 La cuvette
II. Aspects technique
III. Critères d’aménagement à accumulation
VI. Désordres dus au non respect des règles élémentaires
V. Recherche du site et faisabilité
V.1 Recherche et choix du site
V.1.1Recherche du site
V.1.2 Choix du site et faisabilité
V.1.3 Autre cas de recherche et le choix du site
V.2 Etude de faisabilité
IV. Choix du type de barrage en terre
IV.1 Types de barrage en remblai
IIV. Description des investigations sur terra
IIV.1 Etude du réservoir
VII. Barrages dans leur environnement
VIII.1 Fonction d’un barrage
VIII.2 Etapes à suivre dans la réalisation d’un projet
VIII.2.1 Formulation du problème
VIII.2.2 Recherche de solution
VIII.2.3 Etude préliminaire
IX. Etude topographique
IX.1 Importance
IX.2 Objectifs
IX.3 Donnée nécessaire concernent
X. Etude géologiques et géologiques
X.1 Etudes géologiques
X.1.1 Introduction
X.1.2 reconnaissance géologique
X.1.3 Phase des études
X.2 Etudes géotechniques
X.2.1 Introduction
X.2.2 Contenu des études géotechniques
XI Etudes hydrologiques
XI.1 Introduction
XI.2 Objectifs
XI.3 Méthode d’estimation de la crue
XII. La retenue
XII.1 Moyens de lutte contre les infiltrations
Conclusion
Chapitre II: TRAITEMENT DES FONDATIONS DES BARRAGES
I. Introduction
II. Traitement des fondations
II.1.Problématique
II.2.La sous pression en fondation
II.2.1.Répartition de la sous pression
II.2.2 Le coefficient de sous pression
II.3.L’étanchéité en fondation
II.3.1.Clé d’étanchéité
II.3.2 Paroi Moulée
II.3.3 Tapis d’étanchéité amont
II.3.4.Etanchéité du massif
III. Traitement des fondations par injection des coulis de ciment
III.1.Introduction
III.2.Objectifs du traitement des fondations
III.3.Influence du traitement des fondations de barrage
III.4.Utilité des injections dans les barrages
III.4.1.Les Coulis
III.5.Rideau d’injection, plinthe
III.6.Caractéristiques du procédé d’injection
III.6.1.La pression d’injection
III.6.2. Nombre de ligne d’injection
IV. Etanchéité des fondations des barrages en terre
V. Les drains
V.1 Introduction
V.2 Définition
V.3.Role des drains
V.4.Différents types de drainages et leur dimensionnement
V.5.Les forages drainants
V.5.1.Drainage de surface
V.5.2. Le drain tapis interne
V.5.3.Prisme de drainage avec drain tapis interne
V.5.4.Drainage a bande
V.5.5.Drain vertical
VI. L’érosion interne
VII. Gradient hydraulique et vitesse critique de percolation
Conclusion
Chapitre III: ANALYSE DES DISPOSITIONS CONCEPTUELLES ET LEURS INFLUENCES SUR LES INFILTRATIONS DANS LES FONDATIONS DES BARRAGES
I. Introduction
II. Carences au niveau des études géologiques et géotechniques des petits barrages
III. Motivations des investigations engagées pour la modélisation
IV. Présentation du cas étudie
IV.1. Profil type du barrage
IV.2. Géologie des fondations
IV.3. Historique et pathologie
IV.3.1. Géologie des fondations
IV.3. 2. Objectifs de la reprise des études
V. Objectifs de la modélisation
VI. Description de l’outil de modélisation
VI.1. Présentation du logiciel ANSYS
VI.2. Définition du problème
VI.3.Assigner des charges, des contraintes et la solution
VI.4.Une transformation plus ultérieure et visionnement des résultats
VI.5. Etapes d’une analyse
VI.5.1 Géométrie
VI.5.2 Maillage
VI.5.3.Chargement
VI.5.4. Résolution
VII. Résultats de la modélisation et analyse des paramètres d’influence sur les infiltrations dans les fondations du barrage
VII.1.Influence de la profondeur de la clé d’ancrage
VII.1.1. Discrétisation du barrage
VII.1.2.Caractéristiques des matériaux servant à la modélisation
VII.1.3.Résultats graphique de la modélisation
VII.2. Influence des chemins d’écoulement verticaux
VII.2.1. Discrétisation du barrage
VII.2.2. Résultats graphiques de la modélisation
VII.3. Influence des chemins d’écoulement horizontaux
VII.3.1. Discrétisation du barrage sans tapis
VII.3.2. Résultats graphiques de la modélisation
VII.3.3. Discrétisation du barrage avec tapis étanche
VII.3.4. Résultats graphiques de la modélisation
VII. 3.5. Discrétisation du barrage avec une clé d’ancrage de 2m de profondeur et différents longueurs de tapis amont
VII. 3.6. Résultats graphiques de la modélisation
VII. 4. Influence de la perméabilité des formations au niveau des fondations des barrages
VII.4.1. Discrétisation du barrage
VII.4.2. Résultats graphiques de la modélisation
VII.5. Influence de la profondeur des formations perméables
VII.5.1 Discrétisation du barrage
VII.5.2. Résultats graphique de la modélisation
VII.6. Impact sur les débits de fuite à travers les fondations
Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographique

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