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  • 1. TechnologieBarrages.doc / 1995LES BARRAGESCours ralis par Alain Buron et Alain MeilhacTECHNICIENS SUPERIEURS TRAVAUX PUBLICS LYCEE PIERRE CARAMINOT 19300 EGLETONS

2. TechnologieBarrages.doc / 1995SOMMAIRE 01 HISTORIQUE .....................................................................................................................page 1 02 LES DIVERS TYPES DAMENAGEMENTS HYDRAULIQUES ...................................page 1 03 FONCTIONS DUN BARRAGE ........................................................................................page 3 03.01 Etanchit.....................................................................................................................page 3 03.02 Stabilit ........................................................................................................................page 3 03.03 Equipements.................................................................................................................page 3 03.03.01 Equipements de scurit et dentretien .................................................................page 4 03.03.02 Equipements hydrolectriques .............................................................................page 4 03.03.03 Equipements de circulation ..................................................................................page 4 04 ETUDES PREALABLES....................................................................................................page 5 04.01 Choix du site de retenue............................................................................................page 5 04.02 Choix du site du barrage ...........................................................................................page 5 04.03 Choix du type de barrage ..........................................................................................page 5 04.04 Choix dfinitifs .........................................................................................................page 6 05 DIVERSES CATEGORIES DE BARRAGES....................................................................page 6 05.01 Les barrages fixes......................................................................................................page 605.01.01 Les barrages en bton .....................................................................................page 6 05.01.01.01 Conception ..........................................................................................page 6 05.01.01.02 Ralisation des barrages poids et barrages votes .............................page 1105.01.02 Les barrages en remblai ou matriaux meubles............................................page 15 05.01.02.01 Conception.........................................................................................page 15 05.01.02.02 Ralisation des barrages en remblai...................................................page 18 05.02 les barrages mobiles ................................................................................................page 19 06 AUSCULTATION ET SURVEILLANCE DES BARRAGES.........................................page 21TECHNICIENS SUPERIEURS TRAVAUX PUBLICSLYCEE PIERRE CARAMINOT 19300 EGLETONS 3. Technologie Les barrages01 HISTORIQUEIl faut remonter au II Sicle avant J.C. pour dcouvrir lutilisation de la force motrice de leau qui actionne desroues palettes ou augets (anctre de la turbine).Il a fallu attendre le XIX Sicle et linvention de la turbine par Benoist de FOURNEYRON qui a eu lidedutiliser la pression de leau pour entraner une roue eau.En 1883 Marcel DESPREZ ralise le transport de lnergie moyenne tension entre VIZILLE et GRENOBLE.(5Kw sur 14 Km). La force hydraulique fournit alors de lnergie lectrique distance. Lhydrolectricit est ne.Dans la priode de 1920 1940, 51 barrages sont difis. Le 8 Avril 1946 la loi nationalisation de lindustrielectrique confie E.D.F. la mission de construire, dexploiter les moyens de production, et de vendre lnergielectrique. Lquipement hydrolectrique se poursuit jusquen 1966 avec la mise en service de lusinemarmotrice de la RANCE.Aujourdhui, avec lavnement de lnergie nuclaire, E.D.F est conduit revoir les fonctions des centraleshydrolectriques sous dautres aspects : - grce la souplesse et la rapidit dintervention (dmarrage presque instantan et modulable) elle fournit un appoint dnergie aux heures et priodes de forte demande - stockage deau potable, deaux industrielles - irrigation des terres agricoles - soutien dtiage - crtement des crues - rfrigration des centrales nuclaires - navigation - plans deau vocation touristique - etc.02 LES DIVERS TYPES DAMENAGEMENTS HYDRAULIQUESPour produire de lnergie lectrique, on transforme lnergie hydraulique (chute deau) en nergie mcaniqueavec une turbine puis cette nergie mcanique est transforme grce un alternateur coupl la turbine, ennergie lectrique.Pour une mme puissance fournie, une turbine peut tre alimente par un gros dbit et une faible chute, ou parun petit dbit et une forte chute. En considrant un rendement de linstallation de 80 %, 1 Kwh peut tre obtenusoit par 1 m3 deau tombant de 450 m de hauteur, soit par 100 m3 tombant de 4.50 m de hauteur.1 kwh, cest lnergie produite par 1000 watts pendant 1 heure soit 1000 x 3600 = 3.6 106 joules. w fournie w fournie 3. 6 10 6 RENDEMENT = w chute = = = 4.5 10 6 joules w chute RENDEMENT 0.80w4.5 10 6 w chute = m g h m = == 1000 kg deau donc 1 m 3 g. h 10 . 450TECHNICIENS SUPERIEURS TRAVAUX PUBLICS Page - 1 -LYCEE PIERRE CARAMINOT 19300 EGLETONS 4. Technologie Les barragesLa puissance lectrique disponible dun amnagement hydraulique se calcule selon la formule suivante :P : puissance en kW P = k . Q . H avec k = 8 8.5 (coefficient de rendement nergtiquede linstallation)Q : dbit en m3/sH : hauteur de chute en mDs lors, chaque site qui prsente des caractristiques gographiques, gologiques, topographiques ethydrologiques qui lui sont propres correspond un type damnagement particulier.On distingue 4 types damnagements.n les amnagements de hautes chutes :Ils se situent en zones montagneuses, pour des dbits souvent faibles avec une hauteur de chute importante (200 plus de 1200m). Leau des torrents est emmagasine dans une retenue, et elle est dirige vers lusine pargaleries ou des conduites forces. Leau est dirige, avec toute la vitesse lie la chute, vers les augets de laturbine dite action (turbine Pelton). Lnergie cintique est transforme en nergie mcanique. La distance quispare lusine du plan deau amont est souvent de plusieurs kilomtres.ex : barrage de Cap de Long (Hautes Pyrnes)n les amnagements de moyennes chutes :Ils se situent sur de cours deau pente assez forte et dbit abondant. Leur capacit de stockage estgnralement moindre que celle des quipements de hautes chutes. Trs souvent lusine se situe au pied dubarrage, sinon la liaison usine-barrage sera assure par une galerie damene ou conduite force.ex : barrage de Chastang (Corrze)n les amnagements de basses chutes :Ces amnagements sont situs sur des cours deau faible pente et trs fort dbit. On parle aussi de barrages aufil de leau. Ils ne disposent pratiquement daucune capacit de stockage. Ils sont implants sur un canal dedrivation ou dans le lit dun cours deau.ex : usine de VOGELGRUN sur le RhinDans les amnagements de moyenne et basses chutes, on utilise des turbines dites raction (turbine Francis,turbine Kaplan, turbine hlice). Le dispositif dinjection de leau dans la turbine et la forme de la roue sont telsque leau ne possde quune fraction de la vitesse possible, donc elle possde la fois de lnergie cintique et delnergie potentielle de pression. Les turbines Francis sont utilises dans les amnagements de moyennes chutes,tandis que le turbines Kaplan et les turbines hlices sont utilises dans les amnagements de basse chute.n les stations de transfert dnergie par pompage (S.T.E.P.)Le principe des S.T.E.P. consiste changer une masse deau entre deux bassins spars lun de lautre par unednivellation. Lamnagement fonctionne comme accumulateur dnergie : il produit de llectricit en turbinantleau stocke dans le bassin suprieur pendant les priodes de forte demande, il en consomme pour pomper leaudu bassin infrieur vers le bassin suprieur pendant les priodes creuses. Lcart du cot de production entre lespriodes creuses et les priodes de pointe donne un intrt conomique ces amnagements.ex : S.T.E.P. de Montzic (Aveyron)n Un amnagement exceptionnel : lusine marmotrice de La Rance (Ctes dArmor)Cette centrale est, ce jour, la seule au monde tre capable de convertir la force des mares en nergielectrique de faon industrielle. Elle est quipe de 24 groupe bulbes de 10 Mw chacun, logs dans une digueTECHNICIENS SUPERIEURS TRAVAUX PUBLICSPage - 2 -LYCEE PIERRE CARAMINOT 19300 EGLETONS 5. Technologie Les barragesqui barre lestuaire de la Rance sur 700 m. Ils fonctionnent aussi bien en pompe quen turbine dans les deux sensdcoulement.03 FONCTIONS DUN BARRAGE03.01 EtanchitLtanchit des barrages de retenues est videmment lobjectif prpondrant.On doit distinguer : - ltanchit propre du barrage qui est lie sa constitution, et donc peut aisment tre matrise et contrle - ltanchit du bassin de retenue qui dpend de la gologie du site (nature des terrains, tat de fracturation, rseaux karstiques ventuels, ...), elle est tablie lors du choix du site et peut ventuellement tre traite sur des zones de faible tendue - ltanchit de la liaison barrage - sol de fondation; la zone de pied de barrage est celle des plus fortes pressions, et le terrain peut tre en partie remani lors de la construction de louvrage, cette zone doit donc tre contrle et traite soigneusement.03.02 StabilitLes barrages sont soumis aux efforts lis laction de leau : - la pression hydrostatique sur les parois en contact avec la retenue - la pression dynamique exerce par les courants deau - la pression interstitielle des eaux dinfiltration dans le sol de fondation (sous pression) qui non seulement rduisent les actions de contac