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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE D’HYDRAULIQUE -ARBAOUI Abdellah-
DEPARTEMENT AMENAGEMENT ET GENIE HYDRAULIQUE
MEMOIRE DE MASTER
Pour l’obtention du diplôme de Master en Hydraulique
Option: Aménagement et Ouvrages Hydrotechniques
THEME DU PROJET :
CONTRIBUTION A L’ETUDE DES METHODESINNOVANTES DANS LA CONCEPTION DES PETITS
BARRAGES
PRESENTE PAR :
BELMOKRE AHMED
Devant les membres du jury
Nom et Prénoms Grade Qualité
T.KHETTAL M.C.A PrésidentM.HASSANE M.C.B ExaminateurM.D.BENSALAH M.A.A ExaminateurA.ADDOU M.A.A ExaminatriceM.K.MIHOUBI Professeur Promoteur
Octobre – 2014 -
Dédicace
Un tel jour nous fait rappeler toutes nos années d’études, nous fait également penser auxpersonnes qui ont participé et nous ont aidé à arriver à un des évènements les plus marqués denotre vie.
Je dédie ce travail :
A ma chère mère qui nous a quitté, à l’âme toujours vivant qui m’encourage, m’illumine lechemin, m’oriente de là-haut.
A mon cher père, l’éducation que j’ai reçu de vous me marquera à jamais, merci d’êtretoujours là pour moi, de vos conseils et encouragements.
A la chère Tata Nacira, modèle de bonté et de générosité.
A ma future femme Meriem.
vie.
Une spéciale dédicace à la petite sœur Ines, à qui je souhaite la réussite en toute étape de sa
A mon frère Youcef et son épouse Fatima.
A mes collègues de l’ENSH sans oublier mes amis Yahia, Hamza et Yacer.
Ahmed
Remerciement
Avant tout, je remercie Dieu pour tous ses dons, la force et la santé qu'il m’aaccordé pour mener ce travail à terme.
Je profite aussi de l’occasion qui m’est ainsi présentée pour exprimer à monencadreur le Professeur Mustapha Kamel MIHOUBI ma respectueuse gratitude. J’aiété très sensible à sa grande disponibilité en dépit de ses responsabilités multiples et àla totale confiance qu’il m’a toujours accordée. Ses précieux conseils et sesencouragements ont permis le bon déroulement et l’aboutissement de ce travail.
Je remercie sincèrement tous les enseignants de l’ENSH, qu’ils trouvent icil’expression de ma profonde reconnaissance.
ملخص
.المائیةالسدودناءبفيالمتبعةالحدیثةالطرقحولبیبلیوغرافيبحثبإنجازقمناالعملھذاخلالمن
لنشریاتستنادااو.البناءفيالمستعلمةالموادوالشكلحسبتصنیفھاوالمائیةالسدودحولشاملةنظرةألقیناالبدایةفي
للمعاییرفیھتطرقنافصلاخصصناكما،الانجازفيالمعتمدةالحدیثةالتقنیاتوالطرقمختلفعرضناللسدودالدولیةالمنظمة
السدودوالأرضیةالسدودبیناقتصادیةمقارنةأجریناالأخیرفي.المشروعتكلفةتخفیضأجلمنإتباعھایستحسنالتيقتصادیةالا
.اقتصاديالأكثرالشكلمعرفةالىتھدفالمتراصةالخرسانةوالخرسانةبواسطةالمنجزة
رمعاییأشكال،مبتكرة،أسالیب: سدود، اقتصاد، كلمات مفتاحیة
Résumé
A travers ce travail, nous avons effectué une recherche bibliographique sur les méthodes
innovantes dans la construction des barrages. En premier lieu, nous avons fait un aperçu général sur
les barrages réservoirs et leurs classification selon la forme et les matériaux de construction. Puis,
en se basant sur les bulletins du comité international des barrages, nous avons cité les nouvelles
techniques et méthodes employées dans la réalisation des barrages. Nous avons consacré toute une
partie pour les critères économiques qu’il est préférable de suivre pour réduire le coût du projet.
En fin, une étude économique des différents barrages tel que les barrages en béton compacté au
rouleau, béton conventionnel, remblai et enrochement afin de déduire la variante la plus
économique.
Mots clés: Barrages, économie, méthodes innovantes, Variantes, Critères
Abstract
This research aims to determine the innovative methods in dam construction. First, we made an
overview of dams and their classification according to form and building materials. Then, based on
the papers of the international commission on large dams we mentioned the new techniques and
methods used in the construction of dams. We have dedicated a whole section on economic criteria
it is best to take into consideration the reduction the cost of the project. In the end, an economic
study between RCC, conventional concrete, backfill and rock fill dams is conducted to derive the
most economical alternative.
Key words: Dams, Economy, Innovative methods, Variants, Criteria
SOMMAIRE
Introduction générale ….……….………………………………………………….…….…… 1
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
I.1. Définition des barrages .…………………..……….………..…...…..…..……………….. 4
I.2. Aperçu historique des barrages ….…….……………………….…...………....………… 4
I.3. Techniques de construction ……....…..…………….……..……………..….…………… 5
I.4. Rôle des barrages …………………………………………………………..…....….……. 5
I.5. Type des barrages …………………………………………………….…….……………. 6
I.5.1. Barrages en béton …………………………………………………………….…….. 6
I.5.1.1. Barrages poids ………………………………………………….……….. 7
I.5.1.2. Barrages en voûte ………………………………………………..……… 7
I.5.1.3. Barrages à contreforts ……………………………………………..…….. 8
I.5.2. Les barrages en remblai ...……………………………………………...…………… 9
I.5.2.1. Les barrages en terre homogènes ………………………………….…… 10
I.5.2.1. Les barrages zonés ………………………………………………..……. 12
I.5.2.1. Barrages en enrochements à masque amont …………………………… 15
I.6. Conclusion …………………………………….…………………………………….….. 21
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
II.1. Introduction ……...……………......………..…………………..……………..……….. 23
II.2. Barrage en remblai avec écran interne en béton bitumineux ………………………….. 23
II.2.1. Méthode de constructione ……………….……….………...……...……..……….. 23
II.3. Barrages en remblai avec écran interne en sol-ciment ……………………..….………. 27
II.4. Barrages en remblai avec masque amont mince ……………………………………….. 29
II.4.1. Premières utilisations de géomembrane dans les barrages ……………….………. 29
II.4.2. Utilisation des géomembrane dans les barrages en remblai ……………………… 30
II.5. Barrages en remblai avec écran d’étanchéité interne ………………………………….. 34
II.5.1. Barrages en remblai avec membrane d’étanchéité interne constituée d’un film
polymère …………………………………………………………………………………. 34
II.5.2. Barrages en remblai avec membrane d’étanchéité mince en acier ……….…….… 35
II.6. Barrages en terre et en enrochement avec noyau d’argile humide ……….……….…… 36
II.6.1. Principes de construction ………………………………………….……………… 36
II.7. Barrages en remblai avec section centrale déversante ………………………………… 37
II.7.1. Structure et tenue du barrage …………………………………………………….. 37
II.7.2. Principaux avantages ………………………………………….………………….. 39
II.7.3. Disposition de la crête déversante ……….…………....………………………….. 40
II.8. Barrage en terre armé ………………………………………………………………….. 40
II.8.1. Principe de la terre armée ………………………………………………………… 41
II.8.2. Constitution du corps d’un barrage en remblai armé ……………………………. 41
II.8.3. Etanchéité-drainage ………………………………………………………….…… 42
II.8.4. Étanchéité amont mince ………………………………………………………….. 43
II.8.5. Etanchéité de la fondation ………………….…………………………………….. 43
II.8.6. Déversoir …………………………………………………………………………. 44
II.8.7. Dimensionnement ………………………………………………………………… 44
II.9. Béton Compacté au Rouleau …………………………………………………………... 44
II.9.1. Définition …………………………………………………………………………. 44
II.9.2. Historique ………………...………………………………………………………. 45
II.9.3. Les composants …………………………………………………….………..……. 47
II.9.3.1 Les liants ………………………….……………………………………. 47
II.9.3.2 Les granulats …………………………………………………………… 48
II.9.3.3 L’eau ...…………………………………………………………………. 49
II.9.3.4 Les adjuvants …………………………………………………………... 49
II.9.4. La méthode japonaise « RCD » ………………………………………………...… 50
II.9.5. Le barrage en remblai dur ………………………………………………………… 51
II.9.5.1. Perméabilité et déformabilité ……………………………………...….. 53
II.9.5.2. Dosages et mise en place du remblai dur ……………………………... 54
II.9.6. Association du BCR avec du remblai ………………………………….…………. 55
II.9.7. Description du procédé ……………………………………………….…………... 56
II.9.7.1. B.C.R. est un béton faiblement dosé en liant ……………….………… 56
II.9.7.2. B.C.R. est mis en œuvre à faible teneur en eau …………….…….…… 57
II.9.7.3. B.C.R. est mis en œuvre en couches minces ………………………….. 57
II.9.7.4. B.C.R. est fortement compacté …………………………………….….. 57
II.9.7.5. L'ouvrage doit avoir une étanchéité spécifique ……….………………. 58
II.9.8. Avantages du BCR …………….………………………………...……………….. 58
II.9.9. Inconvénients du BCR ……………………………………………………….…… 59
II.10. Conclusion ……………………………………………………………………………. 59
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
III.1.1. Introduction …………….........………..…………………..……………..…….…..... 61
III.2. Economie dans la réalisation des barrages ……………………………………………. 61
III.3. Influence du coût sur la réalisation des barrages poids …….………………………… 62
III.4. Techniques économiques dans la construction des barrages en matériau mixtes …….. 62
III.4.1. Barrage en béton compacté au rouleau (BCR) …………………………………... 62
III.4.2. Barrage BCR selon la technique des Couches Inclinées ………………………… 64
III.4.3. Variante BCR enrichi au mortier ………………………………………………... 67
III.5. Autres techniques utilisées pour la réduction du coût ……….…….......……………… 69
III.6. Conclusion …………………………………………...………….……………………. 71
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
IV.1. Introduction ………………………………………………………………….………... 73
IV.2. Barrage en BCR ………………………………………………………………………. 73
IV.2.1. Barrages en BCR selon la variante RCD ………………………………………... 74
IV.2.2. Barrages en remblai dur à profil symétrique …………………………………….. 78
IV.3. Barrage en remblai ……………………………………………………………………. 83
IV.3.1. Evacuateur de crues ……………...……………………...……………………….. 85
IV.4. Barrage en enrochement ……………………………………………………………… 85
IV.5. Barrage poids en béton conventionnel ………………………………………………... 89
IV.6. Discutions des résultats ………………………………………….……………………. 92
Conclusion générale ………………………………………………………………………… 96
Liste des tableaux
Tableau II.1: quelques exemples récents de barrages de ce type ………………….………….. 26
Tableau II.2 : Classification des barrages BCR …………………………………………...….. 50
Tableau III.1 : Répartition des barrages poids dans le monde ……………………………….. 61
Tableau III.2 : Composition du béton du barrage de Willow Creek ………………………….. 64
Tableau IV.1 : Caractéristiques d’un béton selon la technique du BCR …………………...…. 75
Tableau IV.2 : Volume des matériaux nécessaires pour la préparation du BCR ………...…… 75
Tableau IV.3 : Estimation du coût des matériaux……………………………………...……… 76
Tableau IV.4 : Coût de la main d’œuvre ……………………………………………………… 77
Tableau IV.5 : Estimation du coût de la digue ….…….…….………………………………… 77
Tableau IV.6 : Estimation du coût du barrage en BCR type RCD …………………………… 78
Tableau IV.7 : Composition des matériaux d’une digue en remblai dur …………………….. 79
Tableau IV.8 : Volume des matériaux d’une digue en remblai dur ………………….………. 79
Tableau IV.9 : Estimation du coût des matériaux d’une digue en remblai dur …………..…… 79
Tableau IV.10 : Estimation du coût du masque amont ………………………………….……. 81
Tableau IV.11: Détermination du coût de la main d’œuvre pour un remblai en BCR type RCC .. 81
Tableau IV.12 : estimation du coût du remblai d’une digue en BCR type RCC ……..………. 82
Tableau IV.13 :Estimation du coût d’un barrage en BCR type RCC …………………..…...... 82
Tableau IV.14 : Volume des recharges d’une digue en remblai ………..…….………………. 83
Tableau IV.15 : Estimation du coût d’un remblai en fonction de la hauteur ……...…..……… 83
Tableau IV.16 : Détermination du coût de la main d’œuvre d’une digue en remblai ……...…. 84
Tableau IV.17 : Estimation du coût d’une digue en remblai …………………………………. 84
Tableau IV.18 : Estimation du coût du barrage en terre homogène ……………..…...……….. 85
Tableau IV.19 : Volume des enrochements ………………………………………......………. 86
Tableau IV.20 : Estimation du coût d’un barrage en enrochements ………………...……….. 86
Tableau IV.21 : Evaluation du coût du masque amont en béton armé ……...…………..…….. 87
Tableau IV.22 : Coût de la main d’œuvre pour un barrage en enrochement avec masque en
béton ……………………………………………………………………………………………. 87
Tableau IV.23 : Coût de la digue ……………………………………………………………... 88
Tableau IV.24 : Coût du barrage ……………………………………………………………… 88
Tableau IV.25 : Composition du béton conventionnel ……………………………………….. 89
Tableau IV.26 : Volume des matériaux en fonction de la hauteur …………….……………… 89
Tableau IV.27 : Estimation du coût des matériaux d’un barrage en béton BCV ……………. 90
Tableau IV.28: Evolution du coût de la main d’œuvre en fonction de la hauteur ……………. 90
Tableau IV.29 : Estimation du coût de la digue en BCV ……….……………………………. 91
Tableau IV.30 : Coût du barrage poids en béton conventionnel ……………………………… 91
Liste des figures
Figure I.1 :Répartition selon, la vocation des barrages …………………………………....…… 5
Figure I.2 :Coupe transversale d’un barrage poids …………………………………….………. 7
Figure I.3 : Coupe transversal d’un barrage en voute …………………………………….……. 8
Figure I.4 :Coupe transversale d’un barrage à contreforts ………………………..……………. 9
Figure I.5 : Différents types de barrages selon le registre Mondiale des grands barrages …..... 10
Figure I.6 : Barrage en terre homogène ………………………...…………………………..…. 11
Figure I.7 :Schéma de la circulation de l’eau au travers du barrage ………………………….. 12
Figure I.8 :barrage à noyau ……………………………………………………………..…….. 12
Figure I.9 :Barrage de Glencorse ……………………………………………………………… 13
Figure I.10:Barrage de South Fork ………………………………………………………….… 14
Figure I.11 :Digue à deux zones ………………………………………………………………. 14
Figure I.12 :Digue à noyau …………………………………………………………...……….. 15
Figure I.13 :Barrages en enrochements à masque amont ………………...…………………… 16
Figure I.14 :Composition d’un masque en béton bitumineux ………...………………………. 20
Figure II.1 : Chargement du béton bitumineux dans la paveuse ……………………………… 24
Figure II.2 : Mise en place du béton bitumineux ……………………………….…………….. 24
Figure II.3 : Système de chauffage à infrarouge à l'avant de la paveuse ……………………... 25
Figure II.4 : Opérations de compactage ……………………………….……………………… 25
Figure II.5 : Coupe transversale du barrage de Finstertal ...…………………………..………. 27
Figure II.6 : Construction de l’écran interne en sol-ciment ………..………………….…...…. 28
Figure II.7 : Digue de Frauneau- coupe transversal …………………………………….…...... 29
Figure II.8 : Mise en place et soudure de la géomembrane aux bandes d’ancrage qui dépassent
de la pente ……………………………………………………………………………………… 32
Figure II.9 : Réservoir de Khorang où les bandes d’ancrage sont visibles sur les pentes et au
fond …………………………………………………………………………………………….. 33
Figure II.11 : Barrage de stériles de Sar Cheshmeh, Iran, où l’on voit la mise en place de la
géomembrane et, à gauche, une bande d’ancrage ………….…………………………..………. 34
Figure II.12 : Barrage d’Atbashi avec membrane de polyéthlène ………………………..…… 35
Figure II.13 : Coupe de la digue du barrage déversant, en terre et en enrochement …...…….. 39
Figure II.14 :Coupe type d’un barrage déversant en terre Armée superposée au profil d’un
barrage en terre classique ……………………………………………………..………….…….. 41
Figure II.15 :Coupe en travers du barrage Vallon des Bimes (France) ……………….….…… 42
Figure III.16 : Coupe transversale barrage de ZRIZER, au MAROC ……………….……….. 53
Figure II.17 : Digue mixte « premier cas » …………………………………………………… 56
Figure II.18 : Digue mixte « deuxième cas » …………………………………………………. 56
Figure III.1 : Coupe transversale du barrage de Willow Creek ………………………………. 63
Figure III.2 : Mise en place du BCR par la méthode des couches inclinées ………………….. 64
Figure III.3 : Installation des blocs en béton préfabriqués, barrage de Jiangya ………………. 65
Figure III.4 : Technique de disposition des couches dans le barrage de Jiangya …………….. 65
Figure III.5 : Réalisation du barrage de Jiangya par la méthode de couches inclinées ………. 66
Figure III.6 : réalisation d’une paroi d’étanchéité par un coulis ciment-eau, barrage de La Miel .. 67
Figure III.7 : Coupe transversale du barrage de La Miel avec les zones pour différents dosages .. 68
Figure III.8 : Utilisation du PVC pour l’étanchéité par revêtement externe, barrage de La Miel .. 68
Figure III.9 : Pouzzolanes …………………………………………………….……….……… 69
Figure III.10 : remblai dur à parements symétriques, barrage d’Ano Mera ……………..…… 70
Figure IV.1 : Evolution du Coût des matériaux ………………………………………………. 76
Figure IV.2 : Évolution du coût des matériaux en fonction de la hauteur d’un barrage en remblai
dur ...……………………………………………………………………………………………. 80
Figure IV.3 : Évolution du coût de variantes d’un petit barrage en fonction de la hauteur .… 92
Figure IV.4 : Coupe transversale d’une digue avec un évacuateur composite ……….………. 93
Figure IV.5 : Estimation du coût pour un petit barrage (Hb 10 m), selon les différente variantes
d’un barrage réservoir ………………………………………………………………………… 94
Introduction générale
Introduction générale
1
INTRODUCTION GENERALE
Le siècle passé a connu un accroissement rapide dans la construction de grands barrages.
Vers 1949, environ 5000 grands barrages ont été construits à travers le monde, les trois-quarts
d’entre eux dans les pays industrialisés. Vers la fin du 20ème siècle, il y avait plus de 45000 grands
barrages dans plus de 140 pays (CIGB, 1998). Cet accroissement est dû à la forte demande en eau
dans les différents secteurs comme l’irrigation, l’usage domestique ou l’industrie, on estime
qu’environ 3800 kilomètres cubes d’eau douce sont annuellement prélevés des lacs, des cours
d’eau et des aquifères, soit deux fois plus qu’il y a 50 ans. En plus, selon les études faites par la
Commission Internationale des Grands Barrages (CIGB), nous remarquons que la répartition des
ressources en eau douce n’est pas équitable, le Brésil vient à la tête des pays riches en eau avec un
pourcentage de 17 % de la quantité totale suivie de la Russie et la Chine où il y a des grands
barrages, tandis que les pays du moyen orient sont les plus déficitaires comme l’Arabie saoudite
qu’a un déficit en eau dépassant les 160 %.
Dans les pays déficitaires en eau, il y a une tendance de réaliser des barrages de faible hauteur
avec matériaux locaux ou en béton conventionnel ce qui rend le coût très onéreux. L’efficacité de
la réalisation d’un petit barrage dans la vie socioéconomique est mesurée en terme si le projet a
produit les avantages qui étaient à la base de son approbation et de son financement durant tout le
cycle de sa vie, et comme les petits barrages sont des ouvrages qui consomment de grands
budgets, il faut prendre en considération les causes qui peuvent varier le coût :
Mauvaises conceptions des estimations techniques et des coûts.
Problèmes techniques survenant lors de la construction.
Mauvaise exécution par les fournisseurs et les entrepreneurs.
Changements dans les conditions extrêmes (économiques et réglementaires).
Pour cela, il s’avère nécessaire de chercher de nouvelles méthodes et techniques de
construction qui peuvent réduire le coût, la durée du projet et s’adapter mieux avec les conditions
topographiques, géologiques et climatiques du site.
Dans ce travail nous allons procéder à une revue bibliographique sur les différentes méthodes
innovantes dans la construction des petits barrages. Ces méthodes visent à chercher des délais de
réalisation raisonnables ainsi un coût de main d’œuvre et de réalisation non onéreux et
concurrentiel aux variantes classiques de barrage-poids.
Introduction générale
2
Pour ce faire, le mémoire est structuré en quatre chapitres. En premier lieu, nous avons
effectué un aperçu un état connaissances sur les concepts liés à la conception et réalisation des
différentes variantes de barrages de gravité réservoirs.
Dans le second chapitre, s’intéresse aux méthodes et les techniques innovantes de réalisation
de barrages en matériaux mixtes.
Le troisième chapitre est consacré aux critères économiques de réalisation de barrages en
remblai avec des matériaux mixtes (béton et matériaux meubles).
Le quatrième chapitre, nous avons donné sur la base des études antérieures relatives aux coûts
adoptés sur le marché international et national une application concernant la réalisation d’un petit
barrage d’une dizaine de mètres de hauteur. Il s’agit d’évaluer le coût des différentes variantes
étudiées sur un même site et d’examiner ensuite l’évolution du coût suivant la hauteur du barrage.
Enfin, nous ponctuons notre étude par une conclusion, quelques recommandations et
suggérer ensuite quelques perspectives de recherche relative à la question fixée par cette étude.
Chapitre : I
Etat de connaissances sur laconception des variantes de
barrages réservoirs
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
4
I.1. Définition des barrages
Un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à en retenir
l'eau. Par extension, on appelle barrage tout obstacle placé sur un axe de communication et destiné
à permettre un contrôle sur les personnes ou les biens qui circulent (barrage routier, barrage
militaire).
Quand le barrage est submersible, on parle plutôt de chaussée ou de digue (ce dernier terme
est également préféré à celui de barrage lorsqu'il s'agit de canaliser un flot et non de créer une
étendue d'eau stagnante) (Durand et al., 1999).
Un barrage fluvial permet par exemple la régulation du débit d'une rivière ou d'un fleuve
(favorisant ainsi le trafic fluvial), l'irrigation des cultures, une prévention relative des catastrophes
naturelles (crues, inondations), par la création de lacs artificiels ou de réservoirs. Un barrage
autorise aussi, sous certaines conditions, la production de force motrice (moulin à eau) et
d'électricité (barrage hydroélectrique), à un coût économique acceptable, le coût environnemental
étant plus discuté traduit souvent par la division éco paysagère, les phénomènes d'envasement à
l'amont du barrage, la dégradation de la qualité de l'eau.
Toutefois, plus un projet est ambitieux, plus ses conséquences sont lourdes : en noyant des
vallées entières, la construction d'un barrage peut provoquer à la fois des bouleversements
humains en forçant des populations entières à se déplacer, et avoir un impact écologique non
négligeable en changeant fondamentalement l'écosystème local.
I.2. Aperçu historique des barrages
Les barrages existent depuis la préhistoire (réserve d'eau potable, d'irrigation, viviers,
piscicultures) mais c'est au moyen âge qu'ils se sont fortement développés en Europe pour
alimenter les moulins à eau. Il semble qu'ils aient parfois pu s'appuyer sur des sédiments
accumulés en amont d'embâcles naturels, ou sur les lieux de barrages de castors dont la toponymie
conserve des traces.
Les techniques de la fin du XIX éme et au début du XX éme siècle ne permettaient pas
l’édification de retenues de grande capacité. Les premiers barrages ont surtout une fonction de
dérivation d’une partie de l’eau (écrémage) vers une conduite forcée ou un canal d’irrigation
(Durand et al., 1999).
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
5
L’amélioration des techniques et des bétons dans le premier quart du XX e siècle permet
d’envisager la réalisation de retenues plus conséquentes, capables de réguler la production
hydroélectrique (Durand et al., 1999).
La géologie (nature des roches sur lesquelles sera édifié le barrage, agrégats extraits sur place)
et la topographie (largeur de la vallée), commande le type de barrage utilisé (Durand et al., 1999).
I.3. Techniques de construction
Un barrage est soumis à plusieurs forces. Les plus significatives sont :
La poussée hydrostatique exercée par l'eau sur son parement exposé à la retenue d'eau.
Les sous-pressions (poussée d'Archimède), exercées par l'eau percolant dans le corps
du barrage ou la fondation.
Les éventuelles forces causées par l'accélération sismique.
Pour résister à ces forces, deux stratégies sont utilisées :
Construire un ouvrage suffisamment massif pour résister par son simple poids, qu'il
soit rigide (barrage-poids en béton) ou souple (barrage en remblai)
Construire un barrage capable de reporter ces efforts vers des rives ou une fondation
rocheuse résistante (barrage-voûte, barrage à voûtes multiples…)
I.4. Rôle des barrages
La plus part des barrages sont à but unique, mais il y a un nombre grandissant de barrages
polyvalents. D'après les publications les plus récentes du Registre Mondial des Grands Barrages
l'irrigation est de loin la raison la plus courante pour construire un barrage. Parmi les barrages à
but unique, 49% sont pour l'irrigation, 20% pour l'hydro-électricité, 12% l'approvisionnement en
eau, 10% le contrôle des crues, 5% pour les loisirs et moins de 5% pour la navigation et la
pisciculture.
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
6
Figure I.1 :Répartition selon, la vocation des barrages (CIGB, 2013)
I.5. Type des barrages
I.5.1. Barrages en béton
Il existe trois types de barrages en béton : barrages poids, en voûtes et à contreforts. Ils sont
pourvus de galeries qui donnent un accès à l'intérieur du barrage pour l'inspection, le contrôle du
comportement du barrage.
Le problème majeur des barrages en béton est la fissuration dont les deux causes majeures
sont:
Les réactions internes au barrage entre les différents composants du béton.
Les causes externes telles que le changement de température, le tassement des
fondations et les charges dynamiques causées par les tremblements de terre
(Boussaadakrour, 1998).
Les barrages en béton ont des points communs. D'une part, l'ouvrage est constitué de béton
de masse, non armé, mis en place à une cadence élevée avec des moyens fortement mécanisés.
D'autre part, de manière générale, la géométrie est optimisée de sorte à éviter l’apparition de
tractions dans le béton en quelques points pour des conditions normales d'exploitation. Cependant,
des contraintes de traction ou l'apparition de fissures ne mettant pas en cause l'intégrité structurale
peuvent être tolérées en cas de charges exceptionnelles, tel un séisme (Schliess et Pougatch, 2011).
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
7
I.5.1.1. Barrages poids
Les barrages poids sont définis comme étant les barrages qui sont construits en béton ou en
maçonnerie et qui utilisent leur poids pour assurer leur stabilité Leur section Transversale a une
forme Plus ou moins triangulaire dont la base est ancrée dans des fondations rocheuses; seul le
poids du béton ou de la maçonnerie retient la force exercée par l'eau (Boussaadakrour, 1998).
La plupart des barrage-poids sont massifs dont le parement amont est vertical ou légèrement
incliné (moins de 5%). Le parement aval est incline avec un fruit de 75 à 80%. Cette géométrie lui
permet de résister par son propre poids au renversement et au glissement sous l’action des forces
extérieures (schliess et Pougatch, 2011).
Ils offrent cependant l’avantage de pouvoir incorporer l’ouvrage d’évacuation de crues. Ils
peuvent par cet aspect devenir très compétitifs, financièrement, si les débits de crues à évacuer
sont importants.
Figure I.2 :Coupe transversale d’un barrage poids (Durand et al., 1999)
I.5.1.2. Barrages en voûte :
Un barrage en voûte est par définition un barrage en béton ou en maçonnerie dont l'épaisseur
de la base est inférieure à 0.6 fois sa hauteur. En plan, sa coupe a une forme courbée ce qui lui
permet de transférer la majeure partie des forces dues à l'action de l'eau sur ses parois vers les
roches d'ancrage situées sur les deux rives. À cause de ce transfert des forces exercées par l'eau
vers l'ancrage, il n'est donc pas nécessaire d'avoir autant de béton dans la structure que dans le cas
des barrages poids. Cette propriété rend les barrages en voûte plus économiques et plus stables.
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
8
Par contre, l’incorporation par contre des évacuateurs de crue est difficile et onéreuse puis qu’elle
nécessite, en général, de grands massifs de support (Boussaadakrour, 1998).
Figure I.3 : Coupe transversal d’un barrage en voute (Durand et al., 1999)
Les barrages en voûte sont classifiés en trois groupes:
A. Barrages en voûte à angle constant
Ce sont des barrages en voûte dont l'angle sous-jacent d'une section horizontale reste constant
du haut vers le bas.
B. Barrages en voûte à rayon constant
Ce sont des barrages en voûte ou chaque segment d'une section horizontale du barrage à un
même rayon de courbure.
C. Barrages en voûte à double courbure
Ce sont des barrages en voûte qui ont une courbure horizontalement et verticalement.
I.5.1.3. Barrages à contreforts
Un barrage à contreforts consiste en une structure étanche supportée à des intervalles réguliers
par une série de contreforts.
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
9
Leur utilisation est idéale dans le cas des terrains dont les fondations sont perméables. Ce
sont des barrages économiques car ils demandent moins de béton que les barrages poids et ils sont
généralement construits dans un délai plus court. Les endroits critiques où les déformations sont
susceptibles d'apparaître sont les joints qui séparent les différents blocs de béton (boussaadakrour,
1998).
Figure I.4 :Coupe transversale d’un barrage à contreforts (Durand et al., 1999)
I.5.2. Les barrages en remblai
On appelle barrages en remblais tous les barrages construits avec des matériaux terreux. Cette
catégorie de barrages regroupe plusieurs catégories différentes par les types de matériaux utilisés
et la méthode employée pour assurer l’étanchéité. Ainsi les matériaux de construction peuvent
avoir une granulométrie étendue avec une gamme de grains allant du très fins au grossier.
L’utilisation des matériaux locaux généralement bon marché et leurs disponibilités à
proximité du site font que la solution barrage en remblais est intuitivement choisie par rapport aux
autres types de barrages considérés rigides et s’adaptent difficilement aux assises non rocheuses.
Cette famille regroupe plusieurs catégories, très différentes. Les différences proviennent des
types de matériaux utilisés, et de la méthode employée pour assurer l'étanchéité. On citant :
Les barrages en terre (homogène, à noyau central, à masque amont), réalisés
essentiellement à partir de sol naturels meubles prélèves dans des zones d’emprunt.
Les barrages en enrochements, dont la majeure partie est constitué de matériau de
carrière concassé
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
10
Les barrages en remblai sont majoritaires avec près de 63% du total des barrages enregistrés.
Il s'agit évidemment du type de barrage le plus ancien et il demeure des traces ou des barrages en
remblai datant des civilisations les plus anciennes. De plus, ce type de barrage peut s'adapter avec
beaucoup de types de fondations. Le barrage de Nurek au Tadjikistan, en remblai, est le quatrième
plus haut barrage du monde (300m de haut).
Figure I.5 : Différents types de barrages selon le registre Mondiale des grands barrages ( CIGB ,2013 )
I.5.2.1. Les barrages en terre homogènes
Un barrage en terre homogène est le type de barrage le plus simple et, sans aucun doute, le
plus ancien. Il consiste à construire en travers du lit de la rivière un massif en terre dont les pentes
sont assez douces pour assurer la stabilité et la terre asse imperméable (typiquement de l’argile)
pour éviter ne passe au travers du barrage. Les parements peuvent comprendre des banquettes
intermédiaires appelées risbermes, ce qui améliore encore la stabilité et facilite la surveillance et
l’entretien. Comme pour tous les barrages en remblai, ce type de barrage s’accommode de
fondations moins performantes que pour les barrages en béton. La conception de ces ouvrages est
fortement dépendantes de la quantité de remblai de qualité suffisante disponible sur le site ou à
proximité immédiate (les volumes sont tels qu’un gisement éloigné augmenterait fortement le prix
du barrage à cause des frais de transport.
Pour faciliter la mise en place du matériau, la terre est corroyée. Elle est aujourd’hui mise en
place en couches successives compactées.
Le développement réalisé au XXème siècle, est issu d’un véritable saut technologique marqué
par deux faits principaux :
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
11
le développement de la mécanique des sols, constituée en discipline à part entière à partir de
1930, avec trois grandes étapes : le calcul du réseau de sous-pressions (FORCHEIMER, 1914), le
calcul de stabilité (FELLENIUS, 1926) et le principe des contraintes effectives (TERZAGHI,
1924); (des ingénieurs de l’USBR expliquent cependant en 1960 à la conférence de Boulder que ce
n’est qu’à partir de 1937 à 1938 qu’ils considérèrent la pression interstitielle pour expliquer
l’instabilité des pentes.
Le développement d’engins de terrassement de plus en plus puissants. Ces derniers ont rendu
possible la mise en place et le compactage de volumes de plusieurs dizaines de millions de mètres
cubes de remblais, dans les délais rapides.
A partir du modèle simple (massif en terre), plusieurs dispositions ont été utilisées pour
améliorer la sécurité des ouvrages :
Assèchement du parement aval par la mise en place d’un cordon drainant en pied ou par un
drain vertical placé au milieu du barrage et dont les eaux de collecte sont ramenées vers l’aval au
moyen d’un tapis où de bretelles drainantes.
Protection de la pente amont pour un perré, des dalles non jointives, des enrochements… pour
protéger le remblai contre les effets des vagues (batillage). La pente aval est généralement
simplement engazonnée en évitant la pousse des arbres dont les racines, cherchant l’eau,
pourraient créer un chemin de fuite dangereux.
Figure I.6 :Barrage en terre homogène ( Le Delliou, 2003 )
Les concepteurs doivent se prémunir contre deux dangers potentiels :
Ces ouvrages résistent mal à une submersion prolongée importante et par conséquent on doit
prévoir une revanche suffisante (notamment pour éviter la submersion par les vagues) et prendre
des marges supplémentaires pour l’évacuation des crues.
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
12
La circulation inévitable de l’eau au travers du barrage fait courir des risques d’érosion
interne (entrainement des particules du matériau par l’écoulement) et il convient de s’en prémunir
par un choix judicieux des matériaux et une mise en œuvre soignée.
Figure I.7 :Schéma de la circulation de l’eau au travers du barrage ( Le Delliou, 2003 )
Simples de conception, les barrages en terre homogènes sont des barrages de taille limitée.
Parmi les barrages français les plus hauts de ce type, on peut citer le barrage de Matemale (34 m)
ou celui de Montbel (36 m). Mais ils constituent, de très loin, la part la plus importante des petits
barrages (moins de 10 m de hauteur) sas compté les digues de protection contre les inondations
I.5.2.1. Les barrages zonés
Les barrages zonés sont d’une conception bien plus récente et moderne que les barrages
simples en terre. Ils séparent les fonctions principales dans des matériaux distincts.
une zone centrale, appelée noyau, assure le rôle d’étanchéité. Placée au cœur du
remblai, elle est constituée de matériaux argileux, imperméable. Le noyau est
généralement d’épaisseur variable, plus épaisse à la base à cause des pressions
interstitielles plus fortes. Il peut être vertical ou incliné.
des recharges à l’amont et à l’aval du noyau en zone centrale, apporte la fonction de
stabilité. Ces massifs plus perméables que le noyau sont réalisés en enrochements, ou
en terre plus grossière.
Figure I.8 :barrage à noyau (Le Delliou, 2003)
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
13
Pour éviter que les particules fines d’argile ne migrent dans les recharges sous l’effet des
pressions d’eau qui règnent dans l’ouvrage et donc se prémunir contre des phénomènes d’érosion
interne, le noyau est entouré de couches filtrantes. On utilise pour cela des matériaux dont la
granulométrie spécialement étudiée est intermédiaire entre la taille très petite des grains d’argile et
les grains bien plus grossiers des recharges. Plusieurs de filtres successifs peuvent être nécessaires.
A. Évolution des barrages zonés
Pendant que les ingénieurs français construisaient essentiellement des barrages homogènes, se
Développe en Grande-Bretagne à partir de 1800 une technique de barrages en remblai
utilisant plusieurs matériaux. Le barrage de Glencorse, construit entre 1819 et 1824 et haut de 21
m, comporte un noyau central en argile (Le Delliou, 2003).
Figure I.9 :Barrage de Glencorse (Le Delliou, 2003 )
La technique anglaise a été largement employée malgré quelques rares accidents, comme le
barrage de Bilberry qui a causé la mort de 81 personnes en 1852 (Le Delliou, 2003).
Un des plus anciens barrages en remblai construit aux Etats-Unis est le barrage de South Fork
(entre 1838 et 1852). Ce barrage, haut de près de 22 m, comportait un découpage en zones de
remblais différents assez proche des conceptions actuelles. Après un premier accident en 1862, le
barrage fut totalement emporté par une crue provoquant la mort de plus de 2000 personnes (Le
Delliou, 2003).
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
14
Figure I.10:Barrage de South Fork(Le Delliou, 2003 )
Les barrages zonés, comme les barrages homogènes, bénéficient des avancées théoriques de
la mécanique des sols à partir de 1930. Mais ce sont surtout les progrès de la mécanisation des
méthodes de terrassement qui réduisent fortement les couts de construction et qui expliquent
l’essor considérable des barrages zonés, notamment pour les ouvrages importants.
B. Morphologie
Dans un barrage homogène, la terre joue à la fois un rôle de stabilité et d’étanchéité. Les
premières réalisations anglaises de barrages zonés relevaient d’une conception assez proche des
barrages à masque amont : un remblai imperméable à l’amont, un massif aval plus perméable
assurant un rôle de stabilité.
Figure I.11 :Digue à deux zones (Le Delliou, 2003)
Pour améliorer les conditions de stabilité en vidange, pour protéger la terre du noyau, on est
progressivement passé au dessin actuel avec un zonage du remblai comprenant :
un noyau « assez mince » constitué d’une terre suffisamment imperméable
des massifs en terre moins imperméable, voire en enrochements, à l’amont et à l’aval
du noyau et assurant la stabilité de l’ensemble.
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
15
Comme pour tous les barrages en remblai, les recharges amont et aval peuvent être munies de
risbermes. Elles sont protégées à l’amont (rip-rap) et à l’aval (enrochements ou terre végétale) (Le
Delliou, 2003).
Figure I.12 :Digue à noyau (Le Delliou, 2003 )
Pour utiliser au maximum l’ensemble des matériaux existant sur le site, les recharges amont et
aval sont parfois constituées de plusieurs matériaux selon les quantités disponibles, les contraintes
mécaniques, la granulométrie. La disponibilité des matériaux sur le site même, dans la retenue ou
à proximité immédiate constitue d’ailleurs le principal critère de faisabilité et de dimensionnement
de ces barrages (Le Delliou, 2003).
De part et d’autre du noyau sont interposés des systèmes de filtres et drains destinés à éviter
les phénomènes d’érosion interne et à maitriser les écoulements dans le corps du barrage (Le
Delliou, 2003).
I.5.2.1. Barrages en enrochements à masque amont
Un barrage à masque est formé par :
un massif en enrochements construit en travers de la rivière avec des pentes de talus assez
douces pour assurer la stabilité. Les enrochements ne sont pas imperméables et, à eux
seuls, ils sont incapables de retenir l’eau.
une couche d’étanchéité appelée masque posée à l’amont du massif en enrochement et qui
s’appuie sur ce massif. Le masque est étanche sur toute sa surface. Un soin particulier doit
être porté à ce que l’étanchéité soit aussi assurée sur la périphérie du masque aussi bien en
pied de barrage et dans la fondation qu’en rive pour éviter que le masque ne soit contourné
.
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
16
Figure I.13 :Barrages en enrochements à masque amont (Le Delliou, 2003)
Les barrages en enrochements rangés, tiennent avec des talus plus raides et permettent de
réduire les volumes à mettre en place. Ils se tassent d’autant moins que les enrochements sont
mieux rangés. Cette technique est aujourd’hui abandonnée pour des raisons de coût de main
d’œuvre.
Caractéristiques des enrochements
Il n’existe évidemment aucune discontinuité absolue entre une terre et des enrochements. Pour
fixer un seuil de perméabilité pour le matériau en place, on peut retenir une valeur de l’ordre de
10-5 m/s (Le Delliou, 2003).
Le masque lui-même peut être réalisé :
A. Masque en béton
Evolution des barrages en enrochements avec masque en béton
Les barrages en enrochement avec masque amont en béton, ont vu le jour dans la région
minière de Sierra Nevada en Californie au cours des années 1850. Jusqu’en 1960. L’enrochement
déversé était utilisé, l’expérience a démontré que les barrages en enrochements avec masque en
béton représentent un type de de barrage sur et économique, bien que le masque amont en béton
soit susceptible de s’endommager et de présenter des fuites en raison de la forte compressibilité de
l’enrochement déversé et présentant de la ségrégation. Pour cette raison, les barrages en
enrochements avec masque en béton ont connu une baisse de popularité. Avec l’apparition de
l’enrochement compacté au rouleau vibrant au cours des années 1950, le développement des
barrages en enrochements avec masque en béton a repris. Même si leur conception se fonde en
grande partie sur les expériences antérieures, les détails de conception et les méthodes de
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
17
construction ont connu une évolution constante. De nos jours, les barrages en enrochements avec
masque en béton représentent de nouveau un important type de barrages (CIGB, 2010).
Au cours du période de développement s’étalant de 1965 à l’an 2000, de nombreux barrages
en enrochements avec masque en béton ont été construit en guise de remplacement à un barrage-
voute, un barrage-poids ou un barrage en enrochements avec noyau de terre (CIGB, 2010).
Parmi les raisons pour lesquelles un barrage en enrochements avec masque en béton amont a
été adopté, dont les conditions sont défavorables à un barrage en béton, les couts ou encore le
manque de matériaux adéquats pour la construction du noyau d’un barrage en enrochement avec
noyau de terre (CIGB, 2010).
Les barrages en enrochements avec masque en béton représentent un important type de
barrage, pris en considération dès les premières études de faisabilité. Un survol des progrès et des
pratiques actuelles permet de constater que :
Survol des progrès jusqu’aux pratiques actuelles de 1965 à 2000
Les plaintes en béton armé encrées aux fondations, utilisées pour la première fois dans la
construction des barrages d’Exchequer et Cabin Creek, sont devenues pratique courante depuis.
Jusqu’en 1958 environ, on fixait habituellement le masque en béton sur les fondations de roc en
utilisant des parafouilles de béton, tel que décrit par Cook (1960) ; ce fut le cas notamment de Salt
Spring, au barrage de Lower Bear River, et au barrage Wishon.
Cette pratique a changé radicalement après que Terzaghi (1960) a commenté l’article de
Cook ; après avoir déterminé que le parafouille sert seulement a ramené à une valeur acceptable
les pertes dues à la percolation, il a avancé que la procédure la plus économique pour limiter la
percolation consisterait à éliminer le parafouille de béton pour le remplacer par une plinthe encrée
dans les fondations et d’injecter du ciment dans le roc sous la dalle. Selon Terzaghi (1960) :
« Il est plutôt difficile de comprendre comment cette pratique brutale consistant à dynamiter
une tranchée parafouille dans du roc compétent a vu le jour. Il s’agit peut-être des vestiges de
l’époque ou la technique de l’injection de coulis le roc été encore inconnue »
Le traitement des fondations sous la plinthe et en aval de celle-ci fait toujours l’objet d’une
attention particulière (CIGB, 2010).
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
18
Le gravier est utilisé dans la section transversale du barrage chaque fois que cela est possible
dans le cadre d’une exécution rentable des travaux (CIGB, 2010).
Si le drainage de l’enrochement n’est pas entièrement libre, d’abondantes provisions sont
requises en vue du drainage interne.
Les zones sous le parement constituées de matériaux fortement perméables, semi-perméables
et imperméables ont toute donné des résultats satisfaisant. L’utilisation actuelle de pierres
concassées se moins de 50 ou 75 mm, provenant d’une source saine est compétente, donne des
résultats satisfaisant, en plus d’être économique et efficace (CIGB, 2010).
Le compactage à l’aide d’une plaque vibrante à moins de 3 m du joint périmétral des surfaces
horizontales et inclinées est requis de nos jours. Le rouleau vibrant ne s’approcher suffisamment
de cette zone pour en assurer un compactage adéquat ; un mauvais compactage a déjà causé un
déplacement latéral excessif et des dommages aux lames d’étanchéité. De nombreux barrages
construits récemment utilisent la méthode des bordures profilées, pour assurer la protection du
talus amont pendant la construction et pour permettre un bon compactage. L’utilisation d’une
bordure permet d’éviter d’avoir recours au compactage à l’aide de la plaque vibrante (Resende et
Materon, 2000)
Un filtre fin, de moins de 20 ou 12 mm de dimension maximale, et requis à une distance de 1
à 3 m du joint périmétral, là où se sont déjà produites des fuites. Cela permet de limiter les fuites
et d’assurer un colmatage par le limon ou sable fin limoneux, un matériau non cohérent (CIGB,
2010).
L’épaisseur de la dalle du masque a été réduite de 0,3+0,0067H à 0,3+0,002H (en mètres), ou
est d’une épaisseur constante de 0,3 m pour les barrages en hauteur moyenne (CIGB, 2010).
L’utilisation d’armatures a été réduite de 0,5 % dans toutes les directions à 0,3 % en direction
horizontale et à 0,35 % ou 0,4% en direction verticale et à proximité des appuis latéraux (CIGB,
2010).
Amélioration des méthodes récentes de construction
On pourrait prétendre que, depuis l’application de la méthode des coffrages glissants pour la
réalisation des dalles en béton (méthode devenue classique depuis le début des années 1970), il
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
19
n’y a eu aucun progrès majeur dans le domaine de la construction des barrages a masque amont en
béton. Cependant, on peut noter certaines améliorations :
a. La classification granulométriques des matériaux de remblai et plus rigoureuse afin de
réduire les tassements du remblai qui supporte les dalles amont en béton. L’épaisseur des
couches de matériaux mise en place dans la zone amont est inférieure à celle des couches
de la zone aval et, en particulier, des matériaux rocheux de petites dimensions sont utilisés
pour réduire les tassements différentiels près des dalles (CIGB, 1988).
b. Pour des raisons géologiques est topographiques, on adopte dans certain cas une ligne
courbe pour l’axe du barrage, dans ce cas, la largeur d’un segment du masque en béton
varie de façon continue avec la hauteur. Une méthode spéciale de coffrage glissant a été
mise en point pour remplir cette condition.
Le barrage Winneke (Australie, hauteur 85 m, 1980) fut le premier barrage de ce
type dont le talus amont est courbe, et dont l’inclinaison change de 1 V/ 1,5 H à 1V/ 2 H,
en raison de conditions géologiques (CIGB, 1988).
c. Un nouveau de type de rouleau vibrant fut mis en point pour le compactage des dalles
amont en béton afin de réduire la durée de travaux. Ce procédé fut mis en œuvre pour la
première fois au barrage Outardes II. Le masque de 8400 m2 fut construit en 9 semaines
(travail de jour), le béton utilisé comportant des granulats de 20 mm environ de
dimensions maximales et présentant un « Slump » de 5 à 7,5 cm. Il en est résulté une
économie de 750 000 dollars sur un budget total de 2 100 000 dollars.
B. Masque en béton bitumineux
Le premier barrage avec masque amont en béton bitumineux fut le barrage de Sawtell,
construit en 1929 aux États-unis (CIGB, 1988).
Le problème de la stabilité du remblai supportant le masque est très important pour les
barrages de ce type, comme d’ailleurs pour les barrages à masque en béton de ciment. Aussi ce
type de masque ne fut-il adopté que lorsque la méthode de construction par couche compactée
commence à être appliquée aux barrages en remblai (CIGB, 1988).
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
20
Figure I.14 :Composition d’un masque en béton bitumineux (Le Delliou, 2003)
On pourrait penser que le masque en béton bitumineux est de réalisation facile du fait que son
procédé d’exécution ne semble pas très différent de celui utilisé pour les revêtements routiers en
béton bitumineux courant (CIGB, 1988).
On peut dire qu’une certaine standardisation ne fut obtenue dans la méthode de construction
du masque en béton bitumineux qu’à partir du moment où les remblais des digues étaient mis en
place par couches et compacté au rouleau vibrant et qu’après mise en point de nombreux dispositif
de contrôle de la construction (CIGB, 1988).
Actuellement, on dispose de nouveaux dispositifs sur les engins de construction des masques
en béton, permettant un compactage effectif égal à 98 % de la densité réduite avant le passage du
rouleau vibrant pour le compactage, après le matériel de finissage. On peut espérer résoudre à
court terme le problème du rouleau vibrant qui, normalement, travaille avec de l’eau (CIGB,
1988).
Le béton bitumineux présente plusieurs avantages intrinsèques. La validité du masque en
béton bitumineux pour des hauteurs d’eau jusqu’à 200 m a été démontré par les études scientifique
menées en République Fédérale d’Allemagne depuis 1973. Certains ingénieurs pensent que
l’application de cette technique est sans limite de hauteur, la seule limitation étant la disponibilité
du matériel nécessaire (CIGB, 1988).
Le béton bitumineux est un produit qui offre à la fois une bonne étanchéité et une bonne
résistance à la flexion qui lui permet de bien s’adapter aux déformations du masque imposées par
le tassement du massif d’enrochements. Grâce à une aptitude certaine de déformation plastique, il
peut, dans une certaine mesure, être considéré comme autoréparable. Il est généralement mis en
Chapitre I : Etat de connaissances sur la conception des variantes de barrages réservoirs
21
œuvre en plusieurs couches superposées avec des décalages, entre chaque couche, des joints pour
limiter les points faibles de l’étanchéité (Le Delliou, 2003).
La stabilité du masque qui risque de « couler » le long de la pente dépend fortement du
dosage en bitume et de la température qui peut atteindre aisément 70° C. elle peut imposer une
pente plus faible du talus amont (m 1,7).
C. Etanchéité par feuilles
Cette technique utilise des membranes souples en matériau synthétique (PVC, hypalon,
néoprène…) souvent protégées par des textiles non tissés pour éviter le poinçonnement. La
protection externe (notamment contre les chocs) est assurée par une dalle ou des éléments
préfabriqués (Le Delliou, 2003)
I.6. Conclusion
À travers ce chapitre, nous avons présenté les différents types des barrages en matériaux
locaux et en béton les plus utilisés en monde.
Afin de réduire le cout et résoudre les difficultés rencontrées sur site, de nombreuses variantes
des barrages et de nouvelles techniques de réalisation ont été adoptées. Dans le chapitre suivant
nous allons citer ces méthodes et de leur projection tout en tenant compte du critère économique.
.
Chapitre : II
Techniques innovantes deréalisation de barrages en
matériaux mixtes
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
23
II.1. Introduction
Diverses méthodes pour la construction des barrages ont été adoptées dans plusieurs pays,
leur projection dépend des critères économiques et techniques.
II.2. Barrage en remblai avec écran interne en béton bitumineux
Alors que le masque amont en béton bitumineux sera vraisemblablement affecté par les
rayons solaires et les variations thermiques, il n’en sera pas de même pour l’écran interne. Par
contre, si des fuites se produisent, les réparations de l’écran seront beaucoup plus difficiles que
dans le cas d’un masque (CIGB, 1988)
II.2.1. Méthode de construction
Pendant la construction, l’écran interne et le remblai devront monter en même temps (CIGB,
1988).
Deux types de machine ont été mis en point pour la construction de l’écran interne en béton
bitumineux. Les engins les plus anciens comportant un bec, pointé vers l’avant, sur lequel le
matériau de transition est déversé par les chargeurs routiers ; ce matériau est ensuite régalé par la
lame fixée sur l’avant de l’engin qui roule ainsi sur le matériau non compacté. Le béton
bitumineux est déversé sur la zone bordée par les transitions, chauffé et protégé par le bec
déverseur. Les trois zones (noyau + 2 transitions) sont compactées ensemble par un ensemble de
poutres vibrantes et des rouleaux vibrants légers (CIGB, 1988)
Compte tenu notamment du risque de pollution du contact entre couche successives du béton
bitumineux (si les particules fines des matériaux de transitions pénètre sous le bec déverseur) et
des problèmes des conduites d’un engin évolue sur un matériau non compacté, on a mis en point
une « troisième génération » d’engins mettant en place le béton bitumineux avant les transitions
(CIGB, 1988).
Dans ces engins, l’alimentation en béton bitumineux se fait par benne camion, à isolation
thermique. Le béton est déversé dans la trémie au centre de machine. Les parois inferieures de
cette trémie se présentent comme deux coffrages glissants en contact avec la couche de béton mis
en place précédemment ; nouvelle couche de béton bitumineux chaud est déversée et régalée sur
cette surface est puis les matériaux de transition compte tenus dans les trémies placées derrière la
trémie à béton sont déversées contre les coffrages immédiatement après. Plusieurs jeux de poutres
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
24
vibrantes et de rouleaux vibrants légers assurent la consolidation de l’ensemble des matériaux
(noyau et zones de transition) dès qu’ils viennent en contacte à l’arrière de l’engin. Grâce à divers
équipements spéciaux (appareils électroniques,…etc.), le guidage de l’engin devient très précis
(CIGB, 1988).
Figure II.1 : Chargement du béton bitumineux dans la paveuse (Grenier, 2012)
Figure II.2 : Mise en place du béton bitumineux (Grenier, 2012)
L’épaisseur de chaque levée est habituellement de 200 mm après compactage. À la différence
du masque, le matériau de l’écran interne est calorifugé par le remblai adjacent et garde la chaleur
plus longtemps.
L’avancement est d’habitude limité trois levées par jour, car au-delà le matériau mis en place
précédemment est très déformable pour pouvoir obtenir un compactage satisfaisant des couches
suivantes. La surface recevant chaque levée doit être parfaitement sèche et propre pour assurer une
bonne étanchéité.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
25
Figure II.3 : Système de chauffage à infrarouge à l'avant de la paveuse (Grenier, 2012)
Figure II.4 : Opérations de compactage (Grenier, 2012)
Le contrôle de la qualité du béton bitumineux nécessitera la même attention que dans le cas
d’un masque. Des carottes d’essais ne pourront être prélevées dans l’écran interne qu’une fois le
matériau suffisamment refroidi.
Le matériau de l’écran est un mélange de :
A. Squelette à granulométrie serré, sans cohésion, comportant 4 couches posants
(granodiorite concassé), Dmax = 16 mm
B. Sable naturel
C. Filler calcaire
D. Bitume B 65 (6,3 %).
Le béton résultant présente un volume des vides de moins de 2 % (CIGB, 1988).
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
26
Tableau II.1: Quelques exemples récents de barrages de ce type (CIGB, 1988)
Barrages Hauteur Année d'achevement Pays
High Island West 95 1978 Hong Kong
High Island Est 705 1978 Hong Kong
Finstertal (hauteur du noyau: 96 m 149 1980 Autriche
Kinzing 70 1982 RFA
Storvassdam (hauteur du noyau : 90 m) 140 1986 Norvège
Pour mieux expliquer cette variante, nous allons prendre le barrage de Finstertal (Autriche)
comme exemple:
La topographie particulière du site a conduit à un barrage qui chevauche le seuil rocheux, où
était localisé le débouché de l’ancien lac naturel, surélevé par le barrage. L’axe optimal en relation
avec le volume du remblai et la stabilité de l’ouvrage présentent une légère courbure vers l’amont
(R = 1000 m) dans la partie principale avec une courte courbure en sens contraire sur l’aile droite
(CIGB, 1988).
Une galerie de contrôle, construite en tranchée excavée à l’explosive dans le rocher, et
bétonnée au niveau du fond de fouille, passe sous toute la longueur du barrage depuis l’appui RD
du couronnement jusqu’à l’appui RG. Cette galerie matérialise également le départ du noyau en
béton bitumineux et sert aux injections de contacte et à celles du rideau d’étanchéité (CIGB,
1988).
Cet écran en béton bitumineux constitue l’élément le plus marquant de l’ouvrage. D’une
hauteur de 96 m, il doit résister à une charge hydrostatique. Horizontale de 10000 MN appliqué
sur sa face amont ; au moment de la mise en eau, ce noyau était le plus haut de ce type au monde
de plus c’est le premier à être incliné sur toute sa hauteur. Dans la partie supérieure de l’ouvrage,
cette inclinaison coïncide favorablement avec la direction des vecteurs de déformations et en outre
elle écarte le noyau de la zone de déformations transversales maximales. De plus, cette inclinaison
permet d’augmenter le volume de la recharge aval, donne une direction favorable à la résultante de
la pression hydrostatique (dirigée vers le bas) et, ainsi, permet de raidir le talus aval de façon
important réduisant le volume du remblai. De plus le noyau, bien relié aux transitions transmet une
partie de son poids propre à la recharge aval ; ainsi les déformations néfastes éventuelles du noyau
sont contrecarrées (CIGB, 1988).
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
27
A l’exception de la partie élargie au contact de la galerie de contrôle (construit
manuellement), le noyau est réalisé par une finisseuse spéciale. Le béton est répondu en couche de
250 mm d’épaisseur, compacté à 200 mm environ par la même machine (rouleaux vibrants de 1 et
2 tonnes) au même temps que les transitions de chaque côté. Les couches du noyau sont mises en
place sans décrochements, l’une sur l’autre, entre des plaques métalliques inclinées tirées par la
finisseuse. Cette méthode est économique en béton bitumineux, mais exige une grande précision
de la conduite de l’engin.
Pour cette raison l’axe de chaque couche est implanté toutes les 10 ou 5 minutes, selon le
rayon de courbure. Les recharges amont et étant placées en couches de 75 ou 100 cm, le niveau de
la surface supérieure de l’ensemble noyau = transitions peuvent être décalé, en plus ou en moins,
d’une valeur égale à l’épaisseur de trois couches.
Figure II.5 :Coupe transversale du barrage de Finstertal (Grenier, 2012)
II.3. Barrages en remblai avec écran interne en sol-ciment
Cette méthode est utilisée pour le barrage de Frauneau, en Allemagne, d’une hauteur de 86 m,
du fait que les matériaux pour noyau provenant de quelques zones d’emprunts manquaient
d’éléments fins, il apparut nécessaire d’augmenter l’étanchéité du noyau. La solution consista à
excaver une tranchée, à sec, jusqu’à une profondeur de 1,20 à 1,50 m, dans le noyau central. De
nombreux essais de laboratoire ont montré que la meilleure composition du sol-ciment était la
suivante : 85% de sable silteux dont, environ, 15 % de silt, 10% de filler argileux et 5% de ciment.
La densité sèche de ce mélange était de 1,45 à 1,50 t/m3. La teneur en eau atteignait 30% environ.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
28
Le coefficient de perméabilité déterminé par essais de laboratoire sous un gradient
hydraulique allant jusqu’à i = 100 était de 5.10-9 m/s.
Lors de la construction de la paroi, la hauteur de la tranche de paroi était limitée à 1,20 m-
1,50 m et un géotextile était mis en place, en même temps que le sol-ciment coté aval.
Un important dispositif de mesure et de contrôle fut établi en vue de suivre le comportement
du barrage et de la paroi étanche. Au printemps 1981, un remplissage de la retenue, servant
d’épreuve, commença et on constata que les tassements différentiels entre la paroi et le noyau
adjacent étaient très faibles (CIGB, 1988).
L’application de la paroi étanche réalisée par remplissage d’une tranchée avec du sol-ciment
sous la réserve que des matériaux à noyau, de qualité appropriée ne sont pas disponibles a montré
que cette méthode de construction était économique comparativement à l’amélioration artificielle
des caractéristiques du matériau du noyau.
Figure II.6 :Construction de l’écran interne en sol-ciment
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
29
Figure II.7 : Digue de Frauneau- coupe transversal (CIGB, 1988).
Légende : 1. Noyau 1a. Paroi moulée à sec 2. Zones de transition 3. Recharges en enrochement 4.
Tapis drainant avec géotextile 5. Batardeau 6. Roche altérée 7. Gneisse du bedrock 8. Galerie
d’injection et de visite.
II.4. Barrages en remblai avec masque amont mince
Récemment, de nombreuses digues comportant un masque d’étanchéité amont en matériau
synthétique ont été construites. Cette tendance s’appuie sur les faits suivants :
A. Des barrages en remblai peuvent être construits économiquement en utilisant des
masques d’étanchéité minces, même si des matériaux imperméables appropriés n’existent
pas à proximité.
B. La mise en place de ce matériau synthétique ne nécessite pas des machines importantes et
compliquées.
C. Le masque peut suivre les tassements normaux du remblai (CIGB, 1988).
II.4.1. Premières utilisations de géomembrane dans les barrages
Le barrage de Contrada Sabetta, construit en Italie en 1959, est le premier exemple
d’utilisation de géomembrane dans un barrage. C’est un ouvrage remarquable parce qu’il est
relativement haut et que la géomembrane est l’unique étanchéité du barrage (Cazzuffi, 1987).
C’est un barrage de 32,5 m de haut, en maçonnerie de pierres sèches, avec des pentes très raides :
1V:1H amont et 1V:1,4H aval. La géomembrane, de 2 mm d’épaisseur, est en polyisobutylène, un
composé élastomérique qui n’est plus utilisé, non point à cause de sa performance, qui est
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
30
satisfaisante (du moins lorsque la géomembrane est couverte), mais parce que les géomembrane
modernes sont plus faciles à souder.
En 1960 une géomembrane PVC de 0,9 mm d’épaisseur fut utilisée sur un petit barrage en
Slovaquie. Ensuite, pendant sept ans, aucune utilisation de géomembrane dans des barrages n’a été
rapportée. À partir de 1967, avec le barrage de Miel, de 15 m de haut, en France, étanché par une
géomembrane en butyl, on assiste à nouveau à des utilisations de géomembrane dans des barrages.
Il s’agit encore de plusieurs barrages en remblai. Dès lors, le rythme de construction de barrages
avec géomembranes s’accélère (Cazzuffi et al., 2011).
II.4.2. Utilisation des géomembrane dans les barrages en remblai
Selon la CIGB, des géomembrane ont été utilisées dans plus de 160 barrages en remblai. La
distribution par type de géomembrane est la suivante, si l’on ne considère que les 126 barrages
dont la géomembrane a une épaisseur supérieure à 0,7 mm :
a. PVC (acronyme anglais généralement utilisé pour chlorure de polyvinyle), 43%
b. Géomembrane bitumineuse, 14%
c. PEHD (polyéthylène haute densité), 10%
d. Butyl et autres élastomères, 9%
e. CSPE (acronyme anglais généralement utilisé pour polyéthylène chlorosulfoné), 6%
f. LLDPE (acronyme anglais généralement utilisé pour polyéthylène basse densité
linéaire), 5%
g. PP (polypropylène), 5%
h. Autres géomembranes fabriquées en usine, 2%
i. Géomembranes fabriquées in situ, 7%
Dans un barrage en remblai, on peut considérer deux positions pour la géomembrane:
a. La géomembrane peut être sur la pente amont, couverte ou non
b. ou la géomembrane peut être interne, (Cazzuffi et al., 2011).
Selon la base de données de la CIGB, dans 90% des cas où une géomembrane est utilisée dans
un barrage en remblai, elle se trouve sur la pente amont et, dans 10% des cas, elle est interne. Et,
parmi les géomembrane situées sur la pente amont, 70% sont couvertes et 30% exposées.
Environ 30% des géomembrane utilisées à l’amont des barrages en remblai sont exposées.
Ces géomembrane sont soumises à diverses actions potentiellement néfastes :
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
31
a. dommages par actions mécaniques (impacts, abrasion) dues à diverses causes: glace,
débris flottants, chutes de pierres, animaux, vandales, circulation, etc.
b. dégradation par exposition aux agents de l’environnement (oxygène, UV, chaleur)
c. déplacement par le vent, les vagues, les fluctuations du niveau de la retenue, la gravité
(qui cause du fluage).
Seules des géomembrane ayant une résistance suffisante aux diverses causes de dégradation
peuvent être utilisées exposées.
Dans les autres cas, les géomembrane exposées sont ancrées sur la pente du barrage, en plus
de l’ancrage étanche à la périphérie que l’on trouve dans tous les barrages. Il y a divers systèmes
d’ancrage:
A. Ancrage par multiple tranchées ou poutres
L’ancrage d’une géomembrane sur la pente amont d’un barrage en remblai peut se faire par
un système de tranchées ou de poutres parallèles ou quasi parallèles. Ces tranchées ou poutres sont
en général horizontales ou quasi horizontales. Elles sont quelquefois placées suivant la pente.
L’espacement entre ancrages est déterminé en utilisant la méthodologie développée par Giroud et
ses collaborateurs (Giroud et al., 1995).
Un exemple intéressant est celui du réservoir de Barlovento, de 27 m de profondeur, construit
aux Iles Canaries, Espagne, dans le cratère d’un volcan éteint (Fayoux & Potié, 2006). La
géomembrane (PVC 1,5 mm renforcé par un scrim polyester) est ancrée à quatre niveaux sur les
pentes. Cette géomembrane installée en 1992 a subi des vents de 160 km/h sans dommage.
B. Ancrage par bandes
Le système d’ancrage par bandes est relativement récent. L’étanchéité du barrage et son
ancrage sont faits du même matériau. Etant entièrement réalisé en géomembrane, le système est
très souple et peut suivre de grandes déformations du support (Scuero & Vaschetti, 2009).
Le système d’ancrage est constitué de bandes de géomembrane de 50 cm de large environ
placées le long du talus amont. Une partie de la largeur de chaque bande est enfouie dans la
couche superficielle du talus amont du barrage et le reste de la largeur de la bande dépasse de la
surface de la pente du barrage. L’espacement entre bandes d’ancrage dépend essentiellement de la
résistance au soulèvement par le vent.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
32
La couche supérieure du talus amont du barrage dans laquelle les bandes d’ancrage sont
partiellement enfoncées doit être assez rigide pour résister aux efforts d’arrachement des bandes
d’ancrage dus au vent. De plus, cette couche doit, en général, être drainante. Cette couche peut
donc être en gravier stabilisé par une légère dose de ciment ou de bitume.
Les rouleaux de géomembrane sont déroulés à partir de la crête du barrage, puis sont soudés à
la partie des bandes qui dépassent de la surface du talus amont et sont enfin soudés entre eux pour
réaliser une étanchéité continue (Figure II.8).
Figure II.8 :Mise en place et soudure de la géomembrane aux bandes d’ancrage qui dépassent dela pente (Cazzuffi et al., 2011).
Légende : 1. Couche en gravier stabilisé. 2. Géomembrane en cours de déroulement. 3. Partie
visible des bandes d’ancrage dépassant de la surface de la couche de gravier stabilisé. 4. Plinthe en
béton. 5. Panneaux de géomembrane installés (soudés entre eux et soudés aux bandes d’ancrage).
6. Raccordement étanche périphérique.
Le système d’ancrage par bandes a été utilisé pour la première fois au réservoir de Kohrang
(figure II.9), Iran, en 2004 où l’installation a été très rapide et moins coûteuse que les solutions
traditionnelles. La géomembrane utilisée est une géomembrane composite constituée d’une
géomembrane PVC (2 mm d’épaisseur) thermo liée à un géotextile non-tissé de 500 g/m2
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
33
Figure II.9 :Réservoir de Khorang où les bandes d’ancrage sont visibles sur les pentes et au fond
(Cazzuffi et al., 2011).
C. Ancrage à l’aide de bandes de géomembrane et bordures en béton
Un système similaire à celui décrit dans la section précédente est celui de l’ancrage à l’aide de
courtes bandes de géomembrane (environ 1,6 m de long) ancrés dans des poutrelles horizontales
en béton poreux appelées “bordures” (Figure II.10). La partie visible de chaque bande est soudée à
la suivante, formant ainsi une bande continue de géomembrane le long de la pente. La
géomembrane est ensuite soudée sur ces bandes comme cela est décrit à la section précédente.
Figure II.10 :Système de bordures et bandes d’ancrage (Cazzuffi et al., 2011)
Cette méthode a été utilisée en 2008 à Sar Cheshmeh, Iran, pour la surélévation d’un barrage
de stériles (Figure II.11).
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
34
Figure II.11 :Barrage de stériles de Sar Cheshmeh, Iran, où l’on voit la mise en place de la
géomembrane et, à gauche, une bande d’ancrage (Cazzuffi et al., 2011).
La construction par mauvais temps exige de grandes précautions : il y a des cas où des
ouvriers ont été piégés dans la membrane lors de vents violents, des cas où la membrane a été
endommagée par des grêlons ce qui a provoqué des fuites après achèvement des travaux.
II.5. Barrages en remblai avec écran d’étanchéité interne
II.5.1. Barrages en remblai avec membrane d’étanchéité interne constituée d’un film
polymère
Des barrages de ce type ont été construits après que des matériaux furent mis au point pour
constituer des membranes minces d’étanchéité. Un des avantages de ce type d’organe est que la
membrane n’est pas soumise aux rayons solaires et aux changements de température, comme ce
serait le cas à l’air libre (CIGB, 1988).
Les caractéristiques du film polymère sont les suivantes
A. une étanchéité presque totale peut être espérée
B. le volume du matériau de la membrane mince beaucoup plus petit que celui de l’argile
d’un barrage en remblai à noyau
C. la membrane mince peut suivre les tassements du remblai.
D. Aucun matériel spécial n’est nécessaire pour la construction de la membrane.
À noter que cette membrane mince ne supporte pas de charge.
En Kirghizstan, le barrage d’Atbashi, de 80 m environ de hauteur, fut construit avec le profil
en travers présenté par la figure ci-dessous :
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
35
Figure II.12 :Barrage d’Atbashi avec membrane de polyéthlène (CIGB, 1988).
La partie basse comprend un rideau d’injection stabilisant les dépôts d’alluvions dans le lit de
la rivière (8 m), un remblai en sable- gravier (14m) déversé au-dessous du niveau de l’eau sur les
alluvions, surmonté d’un bloc en béton contenant une galerie de visite. Dans la partie supérieure
du barrage, une membrane de polyéthylène est ancrée au bloc de béton aux clavettes en béton sur
les versants du thalweg, constituant ainsi une coupure totale et continue.
II.5.2. Barrages en remblai avec membrane d’étanchéité mince en acier
Ce type de barrage a été construit en Russie dans des régions très froides où la température
descend jusqu’à -50°C et où n’existent pas des matériaux imperméables de bonne qualité (CIGB,
1988).
Pour la constitution de la membrane d’étanchéité du barrage Serebryanskaya, on a utilisé des
palplanches en acier, de forme U, de 1 cm d’épaisseur, de 40 cm de largeur et de 10-12 m de
longueur, assemblées par serrure. La membrane était montée par panneaux de 10-12 m de hauteur
au moyen de grues puis remblayée de terre. La liaison horizontale entre panneaux était réalisée par
soudure électrique. Les interstices entre palplanches, le long des joints d’assemblages, étaient
rendus étanches par une bande de caoutchouc ou un mastique spécial. La stabilité de la membrane
sous l’effet du vent était assurée par des supports qu’étaient enlevés au fur et à mesure que le
remblai montait (CIGB, 1988).
Cependant, dans certains pays, on a hésité à utiliser cette technique pour les ouvrages
importants, faute de connaissance sur le comportement à long terme de film mince. Si les
membranes sont noyées dans le remblai et protégées ainsi contre les rayons UV, on s’interroger
sur le risque d’agression biologique. Par ailleurs il serait difficile d’éliminer le risque de
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
36
détérioration pendant les travaux, lors des déversements ou du compactage à proximité (CIGB,
1988).
II.6. Barrages en terre et en enrochement avec noyau d’argile humide
Dans les régions à forte pluviosité sur toute l’année, il est souvent difficile de construire les
noyaux d’argiles des barrages en remblai par des méthodes classiques. De telles méthodes de
comportent en général l’utilisation de matériel lourd compactant l’argile à – ou prés de – sa teneur
en eau optimale. Lorsque la teneur en eau naturelle est bien au-dessus de l’optimum, les difficultés
pratiques de séchage de l’argile ont souvent entrainé de sérieux retards dans la construction
(CIGB, 1988).
Une solution consiste à utiliser l’argile à sa teneur en eau naturelle élevée et à accepter le
niveau de compactage plus faible qui en découle et les déformations qui en résultent. Cette
technique a été mise en œuvre avec succès depuis le 19ème siècle au Royaume-Unis (noyaux
d’argiles corroyées) et ailleurs, sur des barrages de hauteur modeste, mais elle n’avait pas été
utilisée jusqu’à présent pour des barrages de grande hauteur. (CIGB, 1988).
La conception « noyau humide » pour un barrage de grande hauteur semble avoir été adoptée
pour la première fois au barrage Monasavu aux iles Fidji, terminé en 1982. Le barrage en
enrochement, de 85 m de hauteur, comporte un noyau constitué d’argile humide, de faible densité
et molle ; il fut construit dans une zone où la hauteur annuelle de pluies atteignait 5300 mm.
(CIGB, 1988).
II.6.1. principes de construction
Le principe de base du « noyau humide » est de réaliser une faible résistance au cisaillement
non drainé pendant la construction. Cela empêche le noyau de transférer sa charge aux recharges
adjacentes par effet d’arc en engendrant des contraintes de cisaillement dans ce noyau. Par
conséquent, il est vraisemblable que les contraintes totales verticales dans tout le noyau
dépasseront celles présentées par des noyaux « consistants » résultant d’un compactage classique.
De plus, les contraintes totales horizontales associées atteindront probablement une proportion
plus élevée par rapport aux contraintes verticales et, ainsi, seront plus grandes en valeurs absolues
que dans le cas d’un noyau classique. Dans un barrage comportant un noyau humide vertical ou
légèrement incliné, les contraintes verticales et horizontales se rapprocheront respectivement des
contraintes principales maximales et minimales, et leurs valeurs seront ainsi moins différentes les
unes des autres et plus élevées que dans un noyau « consistant ».
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
37
La fracturation hydraulique requiert que la pression hydraulique interne dans le noyau dépasse
en un point la contrainte totale principale minimale, et qu’il ait ensuite propagation à travers le
noyau jusqu’ace qu’une fissure existe de l’amont jusqu’à l’aval. Ce risque est considérablement
réduit dans le noyau en argile molle humide.
Les déformations plus grandes résultant de l’adoption d’un noyau de consistance molle
nécessitent une adaptation de façon à éviter que ne prennent naissance des zones des déformations
élevées qui, si elles sont excessives, peuvent être elles-mêmes à l’origine d’une fracturation
hydraulique. Ce risque est réduit en adaptant la géométrie de l’ouvrage, en particulier le profil
longitudinal (CIGB, 1988).
II.7. Barrages en remblai avec section centrale déversante
Les barrages en remblai déversant, du type Zhaogushe, dont le premier fut réalisé par les
masses populaires dans la région de Wenling province de Zhejiang ont connu une grande vogue
depuis 1958. Ce type de barrage est bien adapté aux régions montagneuses ou les vallées sont
étroites, présentant très peu de terrain meuble et des dépôts fluviatiles peu épais dans le lit de la
rivière, et où un évacuateur à coursier sur rives conduirait à un volume important d’excavation. Ce
type de barrage déversant s’est développé rapidement et actuellement on en dénombre plus de 160
dans toute la province. La hauteur maximal atteint 32,5 m. ces barrages peuvent supporter sans
risque le déversement de faibles débits sous une charge d’eau de 1 m environ (CIGB, 1988).
II.7.1. Structure et tenue du barrage
Le barrage de type Zhaogushe présente un profil en travers composé de 5 parties.
A. À l’aval, une maçonnerie de pierres sèches dont l’axe présente une légère courbure. La
pente de son parement externe est de 1/0,1 à 1/0,3 et sont parement interne est vertical.
B. A l’amont, un noyau incliné en argile.
C. Un prisme central en enrochement
D. Des couches de filtre placées sous le noyau amont.
E. Une crête déversante.
Le barrage type zhaogushe rentre dans la catégorie terre et enrochement, mais il est constitué
principalement d’enrochement. La maçonnerie de pierres sèches est la partie principale en assurant
la sécurité, le noyau amont réalise l’étanchéité, le prisme d’enrochement améliore la stabilité de la
maçonnerie et les filtres assurent un fonctionnement satisfaisant à long terme du noyau en argile.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
38
Le barrage type Zhaogushe ne peut pas être classé dans la catégorie « barrage voute en
maçonnerie » ; il ne ressemble pas non plus à un barrage en terre compactée ni à un barrage en
enrochement avec noyau amont incliné. Le parement aval peut être réalisé à la pente de 1/0,1 à
1/0,3 lorsque le bedrock est dur et sain, étant donné que la stabilité est beaucoup augmentée en
adoptant une maçonnerie de pierres sèches à l’aval. Le barrage peut déverser en toute sécurité sous
une certaine hauteur d’eau, si la crête est renforcée et protégée contre l’érosion. Il est également
différent du barrage-poids en maçonnerie. Le noyau d’étanchéité amont en argile, le prisme
d’enrochement et les filtres entre les noyaux et l’enrochement élargissent le corps du barrage, ce
qui assure une stabilité d’ensemble satisfaisante au glissement. Les joints entre la maçonnerie de
pierres sèches et la fondation rocheuse et également les joints à l’intérieur de la maçonnerie sont
ouverts, ce qui fait que la maçonnerie n’est pas soumise à l’effet de la sous-pression due à la
retenue et qu’il n’y a pas de désordres causés par des contraintes de traction. Une roche saine et
dure, de résistance à la compression suffisamment élevée (de préférence, supérieure à 500 kg/
cm2) sera utilisée pour la maçonnerie. Pour un barrage de 30m environ de hauteur, aucune rupture
ne résultera d’un déversement si les pierres destinées à la maçonnerie présentent une forme
convenable permettant d’assurer un contact aussi grand que possible entre éléments (CIGB, 1988).
Le prisme d’enrochement adjacent à la maçonnerie est très important pour la stabilité de celle-
ci. Comme l’angle de frottement interne de l’enrochement est beaucoup plus élevé que celui de la
terre, la poussée active agissant sur la maçonnerie est réduite en utilisant de l’enrochement plutôt
que de la terre (CIGB, 1988).
En outre, l’enrochement perméable peut facilement drainer l’eau qui s’est infiltrée à travers le
noyau incliné et, ainsi, la maçonnerie n’est pas directement sollicitée par la pression d’eau ni par
la sous pression. Du point de vue de la construction, l’enrochement avec un parement amont
dressé à 1/1 assurera une bonne liaison entre le noyau incliné et les filtres et une meilleure
adaptation aux tassements du noyau et des filtres. L’enrochement sera stable et fournira une plus
grande plateforme de travaille pour la pose des pierres de la maçonnerie, l’enrochement étant
monté en même temps que la maçonnerie (CIGB, 1988).
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
39
Figure II.13 : Coupe de la digue du barrage déversant, en terre et en enrochement (CIGB, 1988).
Légende : 1. Maçonnerie de pierres sèches. 2. Noyau incliné en argile. 3. Enrochement mis en
place par couche. 4. Filtres. 5. Crête de l’évacuateur de crue. 6. Limon rugueuse. 7. Tranchée
parafouille.
II.7.2. Principaux avantages
Du fait de son adaptation aux conditions locales, telles que déversant raides de talweg, et aux
insuffisances de matériaux terreux, et du fait de l’utilisation plus importante de matériaux locaux
que de ciment et d’autres matériaux provenant de l’extérieur du site, la méthode Zhaogushe offre
une nouvelle voie pour la construction de retenues dans des régions montagneuses en vue de
répondre aux besoins en eau d’irrigation des terres agricoles.
Le parement aval de la maçonnerie de pierres sèches étant raides et la crête permettant le
déversement des crues, la hauteur du barrage peut être relativement réduite et on peut espérer une
économie de quelque 40 % sur le volume total d’enrochement et de terre, comparativement au
barrage classique en terre et en enrochement créant une retenue de même capacité. Les difficultés
fréquemment rencontrées lors des fouilles d’un évacuateur avec coursier implanté sur le versant
raide d’une vallée peuvent être évitées en faisant passer les crues sur la crête du barrage. Pour des
retenues situer dans des petits bassins versants et devant être réalisées par étape, le problème de la
dérivation de la rivière et du passage des périodes de crue en toute sécurité peut être également
résolu plus facilement. De ce fait, on peut profiter plus tôt des avantages procurés par le
remplissage des retenues
Dans les régions humides ou très froides, la mise en place d’enrochement est plus facile,
comparativement à la terre, et s’adapte mieux aux conditions de travail dans les zones
montagneuses. De plus, la technique de construction est à la portée des masses populaires.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
40
L’utilisation de matériaux locaux conduit à une économie de cout et de travail. De ce fait, ce type
de barrage est bien accueilli par les masses populaires.
II.7.3. Disposition de la crête déverssante
Un trait saillant du barrage type Zhaogushe est la possibilité de déversement des crues sur la
crête de l’ouvrage, c’est-à-dire d’implantation d’un évacuateur de crues sur la crête. Il y a chute
libre de la lame d’eau dans le lit de la rivière et, en général, des dispositifs de dissipation d’énergie
ne sont pas nécessaires (CIGB, 1988).
Pour un barrage type Zhaogushe, de faibles hauteurs, contrôlant un bassin versant
relativement petit, la crête déversante est construite en pierres de taille posées suivant une forme
arquée. Les pierres sont placées parfaitement en contact les uns avec les autres, le long d’une
direction radiale, avec la face la plus grande coté amont ce qui donne un certain effet d’arc. Par
fois, la section longitudinale de l’évacuateur présente une forme concave dans la partie centrale,
avec les parties latérales à un niveau plus élevé, de sorte que la nappe d’eau, pour les faibles
débits, est rejetée loin du pied aval du barrage. Pour des hauteurs d’eau et des débits spécifiques
élevés, la crête de l’évacuateur est constituée de dalles en béton qui dépassent de 20 cm environ le
bord du barrage, ou bien un pertuis circulaire est adopté en crête. Dans le cas de forts débits et
d’une fondation rocheuse de qualité médiocre, un contre barrage peut être construit à l’aval, créant
un matelas d’eau destiné à dissiper l’énergie (CIGB, 1988).
II.8. Barrage en terre armé
A l’instar du béton armé, la terre armée est un massif de terre dans lequel on a disposé à
intervalles réguliers, et selon un plan de pose bien défini, des armatures métalliques plates
permettant à ce nouveau matériau composite de résister aux efforts de traction, donc de pouvoir
tenir verticalement (Vidal, 1969).
Dans la construction des barrages en terre, la Terre armée permet de supprimer la moitié aval
de l‘ouvrage dans des conditions économiques intéressantes. Elle donne la possibilité de réaliser
un ouvrage déversant en aménageant un seuil sur la crête même de l'ouvrage, ce qui rend
inutiles les évacuateurs de crue très couteux qu'il faut autrement construire a cote du barrage. En
cas de crue pendant les travaux, on peut même envisager de laisser une partie du flot déverser
par-dessus la digue encore inachevée, et faire ainsi des économies sur les dérivations provisoires.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
41
A ces avantages, la terre Armée ajoute ceux qui lui sont propres: souplesse sur les terrains de
fondation moyennement compacts ou hétérogènes, rapidité de construction et intégration aux
travaux de remblaiement.
Figure II.14 :Coupe type d’un barrage déversant en terre Armée superposée au profil d’un
barrage en terre classique (CIGB, 1993)
II.8.1. Principe de la terre armée
Ce matériau résulte de l’association de deux composants de modules d’élasticité différents.
Une contrainte ou pression appliquée à la masse provoque une déformation du sol. L’effort de
tension ainsi subi sera alors transmis du sol aux armatures de renforcement (Tekkouk et Benzaid,
2011).
II.8.2. Constitution du corps d’un barrage en remblai armé
On observera, tout d’abord qu’un barrage peut être de conception mixte, une partie seulement
étant construite en remblai armé (la partie déversante) (CIGB, 1993).
En principe, l’ensemble du profil en travers est organisé autour d’un massif en remblai armé
qui assure la résistance mécanique du barrage. La peau de ce massif constitue le parement aval (en
principe vertical) du barrage (CIGB, 1993).
Le massif peut ne pas être fondé sur le rocher, puisqu’il peut parfaitement supporter certaines
déformationsd du substratum. Lorsqu’il est construit sur fondation meuble, le parement est
construit au-dessus d’une para fouille en béton coulé en place. En cas de fondation rocheuse, une
longrine en béton est aménagée sous la peau afin d’assurer une géométrie régulière au contour
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
42
inférieur de cette dernière. On notera qu’il n y a pas de liaison structurale entre la peau et la
longrine ou le para fouille de pied (CIGB, 1993).
Comme l’utilisation de matériaux riches en fines pour le massif armé n’est pas recommandé,
et comme d’autre part les armatures constituent des « invitations » à des circulations d’eau de
l’amont vers l’aval, un principe général est de ne pas se servir du massif de remblai armé comme
étanchéité du barrage : les fonctions « résistance » et « étanchéité » sont donc, normalement,
nettement séparées : le dispositif d’étanchéité est situé à l’amont du massif résistant en remblai
armé, et un drainage est aménagé entre l’étanchéité et le massif en remblai armé. Lorsque les
matériaux constitutifs du massif sont suffisamment perméables et auto filtrants, ils peuvent servir
eux-mêmes de drain (CIGB, 1993).
L’ensemble de l’étanchéité et de son support forment donc une recharge située à l’amont du
massif résistant, avec les apparences et les caractéristiques habituelles d’une recharge amont de
barrage en remblai. On a toutefois utilisé des massifs armés à parement amont vertical pour
surélever des barrages à noyau (CIGB, 1993).
Lorsque le massif en remblai armé sert de déversoir, sa face supérieure doit être protégée
contre l’action de l’écoulement et la pénétration de l’eau. Cette protection est constituée par une
dalle en béton. Le faite d’utiliser le remblai armé comme déversoir nécessite de créer une nappe
déversant libre. On aura donc résoudre les problèmes d’affouillements classiques liés à ce type de
déversoir.
Figure II.15 :Coupe en travers du barrage Vallon des Bimes (France) (CIGB, 1993)
II.8.3. Etanchéité-drainage
Les solutions adoptées pour assurer l’étanchéité du barrage de façon satisfaisante se rapproche
de celle adoptées dans les barrages en tremblai.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
43
On retrouve les deux types de solutions classiques :
Elle comprend, d’amont en aval, un Rip Rap, le corps principal de la recharge imperméable,
est un drain vertical entre cette recharge imperméable et le massif armé. Des dispositifs filtrants
doivent être prévus. Pour que le matériau imperméable soit stable, on est conduit à donner au
parement amont une pente modérée .le détail de dispositions constructives s’apparente à celles
retenues pour les barrages en terre homogène à drain cheminée.
Dans les ouvrages réalisés jusqu’à présent le drain cheminé est souvent protégé par un filtre
en géotextile. Il est important d’assurer au drain cheminé un exutoire confortable vers l’aval pour
éviter sa saturation et l’introduction d’eau sous pression dans le massif résistant en remblai armé.
Une telle introduction risquerait en particulier de conduire à des entrainements de fines, qui
seraient préjudiciable à l’intégrité du massif résistant, et de soumettre la peau et le remblai à des
pressions hydrostatiques excessives (CIGB, 1993).
II.8.4. Étanchéité amont mince
Le problème à résoudre est identique à celui qui se présente pour un barrage en remblai
classique. Dans la pratique des ouvrages réalisés jusqu’à présent, dont les dimensions sont
modestes, les circonstances ont été favorables à l’emploi de membranes synthétiques souple.
En ce qui concerne le drainage, là aussi on peut adopter les solutions classiques éprouvées
dans les barrages en remblai, mais il convient de garantir confortablement l’évacuation des eaux
drainées à travers la base du massif en remblai armé (CIGB, 1993).
II.8.5. Etanchéité de la fondation
Les problèmes à résoudre (et leurs solutions) sont les mêmes que ceux posent pour les
barrages en remblai classiques, sous réserve de la présence du massif de remblai armé dans la
partie aval du barrage. Il convient donc d’assurer le drainage de la fondation de manière à éviter
l’introduction de pression d’eau dans le massif armé. Ce drainage peut être combiné avec celui du
corps du barrage.
Les barrages en remblai armé peuvent être facilement adaptés à la construction sur fondation
meuble. Là encore, les solutions classiques pour l’étanchéité et le drainage sont applicables. En
particulier, pour des barrages des hauteurs modérés fondés sur une couche d’alluvions épaisse, la
solution économique pourra être un tapis étanche prolongé vers l’amont allongeant la ligne de
fuite, sont coupure étanche verticale complète (CIGB, 1993)
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
44
II.8.6. Déversoir
Un déversoir en remblai armé était principalement constitué :
A. D’une dalle de béton qui coiffe le massif en remblai armé
B. De la peau constituant le parement aval du barrage
C. D’un ouvrage aval de réception de la nappe, de dissipation d’énergie et de protection
contre les affouillements
Il convient d’assurer une comptabilité entre les mouvements résiduels de la dalle de
couverture et de la peau du massif en utilisant les mêmes méthodes que celles employées pour les
masques amont en béton des barrages en remblai (CIGB, 1993).
II.8.7. Dimensionnement
Le calcul de la stabilité d'un barrage déversant comporte deux parties à peu près
indépendantes:
A. Le calcul de la stabilité du talus amont vis-à-vis des ruptures par grand glissement
B. Le calcul de la stabilité interne du massif en Terre Armes à l'aval.
La stabilité du massif en terre Armée est à examiner pour deux situations:
A. Le fonctionnement en service normal, pour lequel un haut niveau de sécurité est
requis,
B. La saturation accidentelle, et improbable, ou le barrage ne serait plus étanche et les
drains seraient colmates, ainsi que, le cas échéant.
Le calcul de la stabilité interne du massif en terre armée à l'aval pour deux cas particuliers:
A. L’éventualité d'une crue en cours de travaux, qui saturerait l ‘ensemble des remblais
B. Le calcul de la stabilité du talus amont vis-à-vis des ruptures par grand glissement
II.9. Béton Compacté au Rouleau
II.9.1. Définition
On appelle Béton Compacté au Rouleau (BCR) un béton raide, non armé, d'affaissement nul
composé de ciment, de granulats, d'eau et d'adjuvants, dont la mise en place nécessite un
compactage externe pour être bien consolidé.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
45
Du point de vue structural, le BCR est un ouvrage rigide présentant le même comportement
qu'une dalle de béton et est soumis aux mêmes critères de conception.
La portance et la résistance à la déformation des couches de support et celles de roulement
confectionnées dans un tel cas permettent de soumettre celles-ci aux sollicitations d'un trafic
intense.
Le BCR présente une grande résistance et une bonne durabilité donc, est bien adapté aux
charges des équipements lourds.
II.9.2. Historique
Le béton compacté au rouleau a été utilisé régulièrement depuis les années 1920, le plus
souvent comme sous-couche pour les revêtements de routes et de pistes d’aviation. Dans cette
application, il est généralement appelé « béton maigre », ou « béton maigre sec », et autres termes
identiques.
La première suggestion d’utilisation du BCR dans la construction de barrages remonte à 1941.
Le document s’y rapportant était bien en avance sur son époque et ce ne fut qu’à partir de 1960/61
que le BCR fut utilisé dans la construction de barrages. Il semble que cela a débuté lors de la
réalisation du batardeau du barrage Shimen (Taiwan). Le béton constitua le noyau étanche et fut
mis en place en utilisant les méthodes d’exécution des remblais en terre, et compacté au rouleau.
Un autre exemple ancien est le batardeau de Karun I (Iran) (CIGB, 2003).
Le barrage Alpe Gera (Italie), construit entre 1961 et 1964, présentait beaucoup de
caractéristiques que l’on retrouve plus tard dans la construction BCR. Du béton maigre fut utilisé
pour ce barrage, et fut mis en place en couches de 700 mm d’épaisseur, en allant d’une rive à
l’autre de la vallée, évitant ainsi la construction traditionnelle par plots. Les joints de contraction
ont été découpés à travers chaque couche après épandage et compactage du béton. Cependant, le
compactage fut effectué au moyen de bancs de pervibrateurs montés à l’arrière de tracteurs plutôt
que par des rouleaux vibrants. L’étanchéité du barrage fut réalisée en recouvrant totalement le
parement amont de plaques d’acier. Le principal argument qui conduisit à la construction de ce
type de barrage et contribua à ouvrir la voie aux barrages BCR fut une série d’essais en vraie
grandeur montrant qu’aucun dommage ne survenait au béton transporté dès son très jeune âge
(CIGB, 2003).
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
46
Un rapport a été présenté par Raphael en 1970, dans lequel l’auteur décrit le « barrage-poids
optimal » comme étant un ouvrage constitué d’un matériau stabilisé par du ciment, et dont les
fruits des parements et le dosage en ciment ont été optimisés. L’ouvrage optimisé se situerait entre
les extrêmes : le barrage en remblai, de volume élevé, ne contenant pas de ciment, et le barrage
poids en béton, de volume moindre. Le barrage en remblai dur [16] – voir Chapitre 10 – se
rapproche des idées émises par Raphael (CIGB, 2003).
Au début des années 1970, Moffat développa davantage le concept du barrage poids en BCR.
À la même époque, Cannon présenta des rapports sur les résultats d’essais en vraie grandeur
faisant appel à des rouleaux vibrants pour le compactage du béton sur le chantier de Tims Ford
(États-Unis). Pour la première fois, il fut proposé qu’un BCR contienne une proportion
significative d’adjuvants minéraux dans le liant (CIGB, 2003).
À partir de données fournies par des travaux de recherches et des essais effectués
précédemment par l’US Army Corps of Engineers, une variante BCR fut étudiée pour le barrage
Zintel Canyon (États-Unis), en 1974. Le concept d’un barrage poids plus économique fit un grand
pas en avant lorsqu’on démontra que le profil en travers en enrochement proposé à l’origine
pouvait être réduit à un profil plus caractéristique d’un barrage poids classique. En raison d’une
insuffisance de fonds, la construction du barrage Zintel Canyon ne fut entreprise qu’en 1992 ;
cependant, de nombreuses caractéristiques de sa conception furent reportées sur le barrage Willow
Creek (États-Unis).
Des études approfondies furent exécutées en laboratoire par Price au milieu des années 1970.
Des essais portant sur du béton maigre avec un dosage élevé en cendres volantes et un faible
dosage en ciment furent effectués au Royaume-Uni en 1977. D’autres essais en vraie grandeur
furent exécutés également au Royaume-Uni en 1978-80 et ceux-ci débouchèrent sur la
construction d’un petit barrage BCR en 1982 (CIGB, 2003).
La première utilisation de BCR en volumes importants fut réalisée au barrage de Tarbela
(Pakistan) en 1975 (CIGB, 2003).
En 1985 et 1986, deux barrages situés en deux points opposés du monde introduisirent le
concept d’utilisation d’un dosage élevé en liant dans le BCR, avec une forte proportion
d’adjuvants minéraux. Castilblanco de los Arroyos (Espagne) [et Kengkou (Chine) furent les
premiers barrages BCR dans deux des pays où se développait le BCR pour la construction de
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
47
barrages. Peu de temps après ces barrages, la construction de barrages BCR débuta également en
Afrique du Sud, au Brésil et au Mexique (CIGB, 2003).
Le barrage Upper Stillwater (États-Unis), constitue un jalon important dans le développement
de la technologie du BCR construit entre 1985 et 1987. Le BCR avait un dosage très élevé en liant
(252 kg/m dont 69 % de cendres volantes). Le barrage a un volume de 1 281 000 m3. Le BCR
s’avéra imperméable et des essais montrèrent que le béton avait d’excellentes propriétés. Les
parements du barrage étaient constitués d’éléments en béton mis en place au moyen d’un coffrage
glissant (CIGB, 2003).
Le barrage Elk Creek (États-Unis), construit en 1987/88, continua le développement de la
méthode de construction BCR. Le BCR fut conçu pour être maniable et l’on s’efforça d’éliminer
la ségrégation du béton, les BCR contenant de faibles dosages en liant. Un mortier de liaison fut
utilisé pour réduire le risque de perméabilité des joints de reprise. Une épaisseur de levée de 600
mm fut adoptée, la mise en place s’effectuant en quatre couches de 150 mm d’épaisseur, épandues
entièrement au moyen de bulldozers avant compactage. À Elk Creek, il fut démontré qu’une
cadence de mise en place de 9 000 m3 /jour était possible sur une base continue. La construction
du barrage fut arrêtée en cours de travaux à cause de problèmes environnementaux et n’a pas été
reprise (CIGB, 2003).
Avec une plus grande expérience et un gain de confiance dans le matériau, l’avancée suivante
du BCR fut l’extension de son utilisation aux barrages du type poids-voûte et, éventuellement, du
type voûte. Dans tous les cas sauf dans quelques-uns où il y a un nombre important d’éléments
insérés dans le barrage, le BCR a remplacé avantageusement le béton classique pour la
construction de barrages
II.9.3. Les composants
II.9.3.1 Les liants
Son utilisation répond à pas mal d'exigences parmi lesquelles la résistance mécanique, les
critères de durabilité exigées ainsi que les contraintes économiques telles que: la disponibilité et le
coût des ajouts, le coût du transport, etc.
Le liant est de type hydraulique, fin, pulvérulent, et peut être :
Le ciment Portland: CPA-CEM I, CPI-CEM II dont la classe varie en fonction des
performances voulues.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
48
Les ciments à forte teneur en laitier ou en cendre: CHF-CEM Ill, CLK-CEM III,
CPZ•CEM IV, CLC-CEM V. Ces ciments présentent un début de prise plus lent et un
durcissement plus progressif et permettent d'améliorer les propriétés mécaniques du BCR.
Le dosage classique d'un mélange de BCR est de 200 à 350 kg/m3, soit une teneur en liant de
10 à 15 % de la masse totale des constituants secs.
Il faut noter qu'une teneur trop élevée de ciment favorise les fissures, augmente le coût de
production et ne permet pas nécessairement une augmentation des performances (Lepage, 1996).
II.9.3.2 Les granulats
Les granulats occupent 75 à 85 % du volume total d'un mélange de BCR.
Ils jouent un rôle de remplissage et ont une grande influence, de par leurs caractéristiques
physiques, chimiques et mécaniques sur les propriétés du BCR frais et durci.
Les granulats peuvent être roulés (sable siliceux) ou concassés (sable calcaire, gravier....).
Pour limiter les problèmes de ségrégation et en vue d'une meilleure qualité de surface, la
dimension maximale du granulat doit être inférieure à 20 mm.
Toutes les fractions granulométriques doivent avoir un indice de concassage supérieur à 30%
dans le cas d'un trafic trop faible et environ 100% dans le cas d'un trafic élevé.
Ces granulats ont un indice de plasticité non mesurable et une teneur en matière organique
inférieur à 0,2 %.
Il faut noter que le choix d'un D élevé a comme avantages:
Une économie d'énergie à la préparation des matériaux
Une résistance mécanique plus élevée à dosage de liant constant
Une amélioration du transfert de charges aux joints en l'absence de dispositif
particulier.
Quant aux granulats fins, ils permettent une bonne cohésion à l'état frais, donc une bonne
compacité à l'état durci. Toutefois, un pourcentage élevé de fines entraînerait une demande en eau
importante et donc une baisse de la résistance et un problème de mise en place (Lepage, 1996).
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
49
II.9.3.3 L’eau
Le BCR étant un béton sec à affaissement nul. Sa teneur en eau doit donc être faible.
Elle est de l'ordre de 4 à 6%, fixé par le laboratoire lors de l'essai Proctor modifié. Quant à la
teneur en eau au chantier, on doit tenir compte des conditions atmosphériques et de transport.
L'eau est de qualité potable avec une teneur en sels dissous inférieurs à 1 g/l et une teneur en
matière de suspension inférieure à 0.5 %.
Il faut noter qu'un excès d'eau entraîne une instabilité rendant l'uni défectueux tandis qu'un
manque d'eau entraîne des défauts de prise localisés (Lepage, 1996).
II.9.3.4 Les adjuvants
Les adjuvants sont utilisés dans le but de faciliter la mise en œuvre des BCR, d'adapter leur
fabrication au temps froid ou au temps chaud, de réduire les coûts de mise en œuvre, d'améliorer
les propriétés du BCR durci voire même de lui conférer des propriétés nouvelles.
Toutefois, dans le cas du BCR, la durée courte de malaxage et la faible quantité d'eau font
qu'il y a une atténuation de l'effet des adjuvants, d'où une augmentation du dosage en adjuvant par
rapport au béton plastique afin d'accroître leur efficacité.
Pas mal de précautions doivent être prises pour leur utilisation. Il est même recommandé de
réaliser des essais au laboratoire afin de déterminer le dosage optimal et de mesurer l'effet sur les
propriétés du BCR frais et durci (Lepage, 1996).
Les principaux adjuvants généralement utilisés dans le BCR sont:
A. Les adjuvants retardateurs de prise
Ces adjuvants augmentent la durée de transport et de mise en place du béton, permettent de
maintenir longtemps la consistance recherchée du béton ou de ménager la contrainte des reprises
de bétonnage (Lepage, 1996).
B. Les adjuvants réducteurs d'eau
Ils ont pour rôle, à consistance égale de réduire le dosage en eau et à dosage en eau constant
d'augmenter l'affaissement au cône d'Abram. Ces adjuvants sont couramment employés dans la
réalisation des BCR puisque permettant une amélioration de l'homogénéité de la pâte (Lepage,
1996).
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
50
Cependant, ces adjuvants employés à fort dosage peuvent avoir un effet retardateur de prise.
L'utilisation de certains adjuvants dans un chantier de BCR n'est pas courante. Ces adjuvants
sont les suivants:
Les adjuvants accélérateurs de prise
Les fluidifiants.
Ces derniers ne sont pas employés puisqu’entraînant une très grande maniabilité alors que
l'effet d'une maniabilité trop élevée est néfaste pour un mélange de BCR (ressuage, déformation
excessive à la suite du compactage...).
Aucune conception universellement acceptée a encore été obtenue pour le béton compacté par
rouleau, cette conception est différente d’un pays à l’autre, on distingue:
Le barrage en BCR maigre (faible dosage en liant) : dosage en liant (ciment Portland
et adjuvants minéraux) < 100 kg/m3
La méthode RCD qui était utilisée au Japon ;
Le BCR à forte teneur en pâte (dosage élevé en liant) : dosage en liant > 150 kg/m3
Bien que ce classement soit essentiellement basé sur les dosages en liant, chaque méthode a
une philosophie légèrement différente concernant la conception des barrages.
Tableau II.2 : Classification des barrages BCR
Classification Dosage faible enliant RCD Dosage moyen en
liantDosage élevé en
liant
Dosage en liant (kg/m3) < 99 120-130 100 - 49 > 150
Teneur en adjuvants minéraux (%) 0-40 20-35 20 - 60 30 - 80
épaisseur des couches (mm) 300 750 - 1000 300 300
Masque amont Oui Oui Généralement Néant
II.9.4. La méthode japonaise « RCD »
Les barrages en RCD ne sont pas considérés comme un nouveau type des barrages, mais
plutôt comme une nouvelle méthode de construction, les performances obtenues par cette méthode
sont les mêmes qu’un barrage poids en béton classique.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
51
Elle utilise un matériau très proche de béton classique et une réalisation de barrage poids à
plots indépendants équipés de joints de dilatation, l’épaisseur des couches varie entre 700 et 1000
mm comparativement à 300 mm pour les autres méthodes.
Les deux critères de base qui régissent cette méthode sont :
Le contenu en ciment doit être le plus bas possible. Des cendres volantes sont utilisées
pour limiter la chaleur d'hydratation et un adjuvant chimique pour diminuer la quantité
d'eau de gâchage
le rapport (granulat fin)/ (total des granulats) est plus dev6 que dans les bétons de
masse conventionnels pour diminuer la ségrégation et faciliter le compactage par les
rouleaux vibrateurs.
Le choix de la quantité de matières cimentaires est fait en fonction des critères de résistance.
Cependant, pour la majorité des projets réalisés avec cette méthode, la teneur en liant est
comprise entre 120 et 130 kg/m3 comportant de 20 à 30 40 de cendres volantes. La quantité d'eau
est choisie à l'aide de deux relations, soit celle de la résistance à la compression et celle du temps
Vebe1 en fonction de la teneur en eau. Normalement, un temps Vebe de 20 secondes est accepté.
Pour ce qui est de la granulométrie du gros granulat, des essais à la table vibrante sont
effectués pour optimiser la courbe du gros granulat. Ensuite, quelques BCR sont confectionnés en
variant le rapport sable/granulat et en mesurant le temps Vebe. Le BCR ayant le temps Vebe le
plus faible est sélectionné. Des essais de résistance à la compression doivent être refaits pour
ajuster la quantité de liant s'il y a lieu (Shigeharu et Nagayama, 2000).
II.9.5. Le barrage en remblai dur
Dans l’optique d’une plus grande économie dans la fabrication du matériau BCR, on a
cherché à diminuer encore la teneur en ciment et à utiliser des alluvions naturelles, si possible sans
traitement préalable. Cependant, il est né le concept de remblai dur dont les caractéristiques sont
les suivantes :
profil symétrique de fruits compris entre 0,5et 0,9, l'optimum mécanique étant obtenu
pour des fruits de 0,7 (Degoutte, 2002).
1 Essai est particulièrement adapté au béton très fluide, fortement dosé en superplastifiant. Le diamètre du plus grosgranulat ne doit pas dépasser 40 mm
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
52
distinction des fonctions d’étanchéité assurées par un masque amont, et des fonctions
de stabilité assurées par le massif de remblai dur (Degoutte, 2002).
Remblai dur qui est un BCR où on recherche l’économie maximale par utilisation des
matériaux naturels avec un traitement minimum et un dosage en ciment également
minimum (de l’ordre de 50 kg/m3) (Degoutte, 2002).
Un module de déformation du remblai dur qu’on peut estimer significativement
inférieur à celui du béton conventionnel vibré, dépendant bien sûr de la nature et de la
granulométrie des agrégats ainsi que du dosage en liant (Degoutte, 2002).
Le profil symétrique transmet des sollicitations faibles sur la fondation. Sous poids propre, les
contraintes sont uniformes et de l’ordre de deux fois plus faibles que sous le pied amont d’un
profil poids classique. Le remplissage et l’exploitation de la retenue ne modifient que très
légèrement les contraintes normales et l’ensemble du contact béton fondation reste quasi-
uniformément comprimé (Degoutte, 2002).
Ces caractéristiques permettent d’envisager un barrage poids sur des fondations rocheuses
médiocres qui ne conviendraient pas à la construction d’un barrage poids traditionnel (Degoutte,
2002).
Le barrage symétrique garde les avantages de l’ouvrage rigide vis-à-vis des fonctions
hydrauliques et s’accommode d’une fondation rocheuse de caractéristiques mécaniques médiocres
(Degoutte, 2002).
Ajoutons que le barrage symétrique en remblai dur a un bon comportement en cas de séisme,
et peut sans dommages majeurs subir d’importantes crues de chantier (Degoutte, 2002).
La première proposition d’un profil en travers symétrique remonte à 1970. L’idée consistait à
concevoir un profil de barrage situé grosso modo entre le barrage-poids et le barrage en remblai,
en utilisant un matériau dont les caractéristiques se situaient entre le béton et le sol (CIGB, 2003).
Le barrage de ZRIZER, de 40 m de hauteur, est implanté sur une fondation de très mauvaise
qualité et très déformable au Maroc, où il était opportun de concevoir un ouvrage poids déversant.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
53
Figure III.16 : Coupe transversale barrage de ZRIZER, au MAROC (CIGB, 2000).
En vue de simplifier la construction, le projeteur a choisi des parements de fruit 0,7, réalisés
au moyen de coffrages économiques. Un “ masque ” en béton classique fut prévu à l’intérieur du
profil et devait être construit sans coffrage, en même temps que le corps du barrage (CIGB, 2000).
Cette conception est simple et séduisante. Cependant, on peut craindre, avec juste raison, que
l’étanchéité ne soit pas aussi bonne ou aussi sûre que celle d’un masque construit après la mise en
place du remblai dur (béton compacté économique). La solution fut finalement écartée par le
maître d’ouvrage en raison de la déformabilité excessive de la fondation (CIGB, 2000).
L’idée peut être prise en considération pour des barrages de faible hauteur (h<30 m).
II.9.5.1. Perméabilité et déformabilité
Une faible perméabilité est parfois difficile à obtenir dans le corps d’un barrage BCR,
principalement à cause de la forte anisotropie résultant de la mise en place du BCR, bien qu’il y ait
un nombre important de barrages BCR qui aient rempli cet objectif de faible perméabilité. Dans le
cas d’un barrage en remblai dur à profil symétrique, l’étanchéité est obtenue au moyen d’un
masque amont,
Le masque amont est une partie intégrante d’un barrage en remblai dur à profil symétrique. La
conception est identique à celle appliquée au barrage en enrochement à masque amont en béton :
masque étanche sur un remblai perméable (CIGB, 2003).
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
54
Plus le remblai sera perméable, plus le comportement du barrage sera satisfaisant. En fait,
une perméabilité élevée résultera généralement de la méthode de construction utilisée. Cela traduit
également que la ségrégation peut être tolérée. La déformabilité d’un béton ou d’un BCR est
parfois plus faible que celle de la masse rocheuse sur laquelle il est mis en place. Le corps du
barrage peut se comporter comme un solide rigide supporté par un milieu plus déformable, si les
conditions de fondation ne sont pas totalement satisfaisantes. Cela peut engendrer des contraintes
dans l’ouvrage et une fissuration. L’obtention d’un matériau de faible rigidité est donc un avantage
du point de vue structural. Comme pour la perméabilité élevée, une faible rigidité résultera de la
résistance non confinée limitée du remblai dur. En fait, le module du remblai dur dépend beaucoup
de la rigidité des granulats, de leurs courbes granulométriques, de la nature et de la proportion de
fines. On peut prévoir que le module d’un remblai dur sera inférieur à 10 GPa (CIGB, 2003).
II.9.5.2. Dosages et mise en place du remblai dur
A. Dosages du remblai dur
Les granulats peuvent être constitués d’alluvions de dimension maximale élevée, ou de roche
concassée de faible résistance comportant un traitement minimal du fait que de larges plages
granulométriques sont acceptables. Une forte teneur en fines est également acceptable et même
des silts de faible plasticité (IP < 9) peuvent être incorporés (CIGB, 2003).
Une quantité minimale de liant sera prévue en vue d’obtenir la résistance à la compression à
180 jours requise (CIGB, 2003).
Un faible dosage en ciment est une caractéristique de base d’un remblai dur. Diverses études
ont montré qu’une résistance à la compression à 90 jours de 5 MPa pouvait être obtenue avec un
dosage en ciment de 50 kg/m3 (CIGB, 2003).
B. Mise en place
La mise en place du remblai dur peut être réalisée de la même façon que celle du BCR
normal. L’épaisseur des couches est généralement de l’ordre de 300 mm après compactage
(CIGB, 2003).
Cependant, la possibilité d’adopter des spécifications de mise en place moins contraignantes
constitue le principal avantage du remblai dur :
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
55
Le traitement des surfaces des levées est réduit au minimum du fait que seule une
résistance au cisaillement par frottement est requise. Des joints secs sont acceptables
sans traitement spécial avant la mise en place de la couche suivante.
Une ségrégation n’est pas préjudiciable à la spécification de faible résistance globale.
Des joints horizontaux perméables ne compromettront pas la stabilité globale, étant
donné que l’organe étanche est un masque amont comme dans le cas d’un barrage en
enrochement à masque amont. Il n’est donc pas nécessaire de prévoir des couches de
liaison après formation de joints secs ou dans la zone amont du barrage.
Des joints de contraction n’étant pas requis, l’utilisation de coffrages n’est pas
nécessaire pour le corps du barrage en remblai dur à profil symétrique ; si les fruits
amont et aval sont supérieurs à 0,75 - 1,0:1 (H:V), des parements non coffrés peuvent
être adoptés.
II.9.6. Association du BCR avec du remblai
Le BCR a été utilisé principalement pour des barrages de hauteur supérieure à 30 m où la
largeur du profil favorise les accès, la circulation et le travail des engins lourds. Comme la
technique et le matériel nécessaires pour le BCR sont essentiellement les mêmes que ceux pour les
travaux de terrassement, il est raisonnablement possible de projeter des solutions de barrages
mixtes, bon marché, en faisant l’usage le plus efficace des deux types de matériaux. Il y a deux cas
de barrages de ce type. Dans les deux cas, la durée réelle de construction impliquée peut n’être que
de quelques mois (CIGB, 2010).
Le premier profil peut être spécialement attractif s’il y a une possibilité de fondation au rocher
et s’il est difficile de trouver de la terre étanche comme remblai. Dans ce cas, le remblai ne
servirait que par son poids et le coût serait très bas. Il serait placé sur le sol naturel et comprendrait
les matériaux extraits des fouilles sous le BCR. Si des zones filtrantes sont nécessaires de part et
d’autre du BCR, il serait possible d’utiliser les mêmes matériaux que les agrégats pour le BCR.
Dans la construction montrée, on suppose que le BCR serait mis en place en même temps que le
remblai. Les coûts unitaires du BCR sont beaucoup plus bas que pour le béton conventionnel et
l’usage d’un noyau en BCR facilitera grandement la transition avec les profils en béton de
l’évacuateur de crue ou de la prise d’eau. La solution est aussi favorable du point de vue de
l’environnement car les matériaux des remblais pourront être extraits de l’emprise du réservoir et
le parement aval recevoir un aménagement paysager avec un engazonnement, des buissons et des
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
56
arbres. Peu ou pas de protections contre les vagues seront nécessaires à l’amont. La solution
montrée peut ne pas être particulièrement séduisante dans les zones sismiques, néanmoins le
concept peut être facilement adapté pour fournir des projets acceptables vis-à-vis des séismes
(CIGB, 2010).
Figure II.17 : Digue mixte « premier cas » (CIGB, 2010).
Le deuxième profil a été utilisé pour augmenter la sécurité d’à peu près 100 barrages de faible
hauteur aux Etats-Unis. Elle pourrait être utilisée pour de nouveaux barrages de moins de 15 m de
hauteur, pour éviter d’avoir des évacuateurs de crue (CIGB, 2010).
Figure II.18 : Digue mixte « deuxième cas » (CIGB, 2010).
II.9.7. Description du procédé
II.9.7.1. B.C.R. est un béton faiblement dosé en liant
La teneur en liant est, en général, différente suivant les parties de l'ouvrage (plus élevée sur
les parties externes), mais reste de l'ordre de 100 à 200 kg par m3.
Le liant est constitué de ciment et de cendres volantes, ces dernières dans une proportion
pouvant aller jusqu'aux deux tiers du liant.
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
57
La réduction des quantités de ciment permet de diminuer les coûts et d'obtenir un liant à prise
lente, ce qui diminue l'élévation de température provoquée par la prise du béton et limite le retrait
thermique (Degoutte et al., 1998).
II.9.7.2. B.C.R. est mis en œuvre à faible teneur en eau
Le passage des engins de compactage exige un produit très sec, tel que l'affaissement au cône
d'Abrams soit nul. La détermination de la teneur en eau optimale se fait couramment, comme en
mécanique des sols, à l'aide de l'essai Proctor sur grand moule afin de tenir compte de la
granulométrie du matériau. On utilise aussi un essai dénommé VeBe consistant à étudier le
comportement d'éprouvettes normalisées sur une table vibrante.
La faible teneur en eau à la mise en œuvre permet ainsi de diminuer le retrait hydraulique du
béton et d'améliorer sa résistance à long terme, toutes choses égales par ailleurs. Ce sera bien sûr
également un atout pour réaliser des chantiers en Afrique sèche où l'approvisionnement en eau
pose souvent des problèmes difficiles à résoudre (Degoutte et al., 1998).
II.9.7.3. B.C.R. est mis en œuvre en couches minces
Le matériau, fabriqué dans des centrales à béton classiques ou à malaxage continu à gros
débit, est acheminé sur l'ouvrage par camion benne ou bande transporteuse.
Il est étalé au bouteur en couches minces de 0,30 à 0,50 m. L'épaisseur des couches est
commandée par des contraintes d'efficacité de compactage et de cadences de chantier. Le point
délicat est la liaison entre couches successives qui présente une double faiblesse potentielle: forte
perméabilité et résistance mécanique médiocre.
L'idéal pour avoir une bonne liaison consiste bien sûr à mettre en place la couche supérieure
ayant que la couche inférieure n'ait fait prise (reprise chaude), ce qui dispense de la mise en place
d'un mortier.
Il faut par ailleurs éviter les différences de granulométrie entre la partie inférieure et la partie
supérieure d'une couche (ségrégation, remontée de laitance). Lorsque le temps entre la mise en
place de deux couches successives dépasse une certaine limite (dépendant du type de ciment et de
la température ambiante), on est dans les conditions d'une reprise froide et il est nécessaire de
traiter les liaisons entre couches par un mortier de reprise sur 2 à 3 cm d'épaisseur (Degoutte et al.,
1998).
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
58
II.9.7.4. B.C.R. est fortement compacté
L'intérêt de l'utilisation des rouleaux vibrants par rapport à la mise en œuvre classique avec
aiguille vibrante, est triple :
Ils sont plus adaptés à la faible plasticité du mélange
Ils ont un grand rendement
Ils compactent le matériau avec une énergie beaucoup plus élevée, ce qui permet
d'approcher les densités obtenues avec un béton classique (Degoutte et al., 1998).
II.9.7.5. L'ouvrage doit avoir une étanchéité spécifique
Un ouvrage réalisé en béton compacté au rouleau ne peut en général pas être considéré
comme étanche en grand, surtout du fait des reprises entre couches.
C'est pourquoi l'étanchéité de certains barrages construits en B.C.R. est assurée par un
parement amont vertical en béton vibré traditionnel, équipé de joints de dilatation avec water
stops. Ce parement amont sert de coffrage pour le B.C.R. du corps de barrage (cas du barrage de
Petit Saut). Cette étanchéité pourrait être également assurée par une géomembrane ou un enduit
approprié sur le parement amont de l'ouvrage (cas du barrage du Riou). Il est enfin des cas où
l'étanchéité n'est pas un objectif fondamental et où le B.C.R. peut se suffire à lui-même,
moyennant quelques précautions : barrages uniquement écrêteurs de crues, batardeaux provisoires,
etc (Degoutte et al., 1998).
II.9.8. Avantages du BCR
Le béton compacté au rouleau, comme un nouveau procédé de construction, possède des
avantages incontestables liés aux gains de temps et d'argent. On estime que le coût approximatif
du BCR est 20% à 30% plus faible que celui du béton de masse conventionnel. Cette différence
dans les coûts s'explique par :
le faible volume des matériaux cimentaires par rapport à celui des granulats, qui
constituent environ 85% du volume du BCR;
les faibles coûts de production, de mise en place et de compactage (pas ou peu de
coffrage)
le rythme de construction rapide (taux de mise en place élevé)
Chapitre II : Techniques innovantes de réalisation de barrages en matériaux mixtes
59
Le taux de mise en place élevé du BCR permet, comme dans le cas de certains grands projets,
de réduire le temps de construction d'une à deux années comparativement à la solution en
remblai. D'autres avantages liés à une construction rapide incluent aussi les coûts administratifs
réduits ainsi que les bénéfices découlant d'une mise en service plus rapide de l'ouvrage. En
somme, l'utilisation du BCR pour la construction d'un ouvrage offre des avantages économiques
sur tous les aspects liés au temps (Lepage, 1996).
II.9.9. Inconvénients du BCR
Le principal inconvénient pour les BCR est le débit de production qu'il est possible d'obtenir
avec des équipements de production conventionnels. Dans la plupart des projets réalisés jusqu'à
maintenant, les malaxeurs à béton conventionnel utilisés pour la production des BCR ne semblent
pas nécessairement conçus pour malaxer des BCR qui ont une consistance beaucoup plus sèche.
Donc, pour obtenir un mélange homogène, les volumes des BCR à malaxer doivent être moindres
ce qui rallonge le temps de malaxage et diminue le taux de production.
Dans les grands projets de construction en BCR. On utilise de plus en plus des installations
de production en continu (similaires à celles utilisées pour les enrobés bitumineux) qui ont des
taux de production beaucoup plus importants (Lepage, 1996).
II.10. Conclusion
Plusieurs techniques innovantes ont apparu afin de bien exploiter les matériaux disponibles
sur cite, faciliter leurs mise en place et réduire le coût.
La plupart des techniques innovantes touchent en premier lieu les organes d’étanchéité interne
et externe.
Il y a aussi les barrages en BCR qui représentent la technique la plus réussie et la plus
répandue, mais elle n’a pas encore une conception universellement acceptée. L’économie est le
critère majeur pour projeter ces types de barrage.
Chapitre : III
Critères économiques deprojection de barrages en
matériaux mixtes
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
61
III.1. Introduction
Depuis 1950, les investissements dans le monde concernant les barrages s’élèvent à plus de 40
Milliards (US) par an et totalisent donc à présent 2000 milliards Dollars (US).
Selon les analyses de la commission internationale des grands barrages (CIGB) sur le rôle des
barrages au 21ème siècle et les tendances actuelles, il est probable que ce taux annuel
d’investissement se poursuivra dans les prochaines décennies et pourra même s’accroître. La
plupart de ces investissements auront lieu dans les pays en développement pour atteindre peut-être
500 milliards d’USD dans les 20 prochaines années (CIGB, 2010).
La part faite à l’aspect économique est très importante dans le domaine de la construction des
barrages, pour cela, dans ce chapitre nous allons faire présenter sur les différents critères
économiques de projection des barrages en matériaux mixtes.
III.2. Economie dans la réalisation des barrages
Afin de réduire le cout d’investissement et la durée du projet, des critères économiques ont été
mis en place pour la projection des barrages :
1. Le projet qui permettra d’avoir le plus court délai de construction possible (ou en d’autres
termes, la production de revenue ou de bénéfices tirés du projet) sera normalement le projet
optimal du point de vue économique. Cette observation est valable si le but de l’aménagement
pour l’hydroélectricité mais, dans d’autres cas, une optimisation entre le coût et le délai de
construction est à envisager.
2. Le projet qui permettra une séquence de construction sans interruption ou des pics répétés
pour un même type de travail, par exemple, le placement du béton avec une distribution
uniforme tout au long de la construction, conduira aussi à l’aménagement le plus économique.
3. Le projet dans lequel on pourra éviter d’avoir un stockage intermédiaire de quantités
substantielles de déblais provenant des fouilles et réutilisés comme agrégats de bétons ou
enrochements, aura un impact important sur les coûts de construction.
4. Le projet qui produit une utilisation équilibrée de matériaux entre les excavations requises et
les éléments définitifs du projet, par exemple les déblais provenant du chenal de l’évacuateur
de crue et utilisés dans le barrage en remblai. Ceci doit être très bien étudié parce que le
rythme d’excavation doit être synchronisé avec le rythme de construction du remblai, sinon il
sera nécessaire d’avoir un stockage intermédiaire coûteux.
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
62
III.3. Influence du coût sur la réalisation des barrages poids
Les barrages-poids représentent environ 10% des 45 000 grands barrages dans le monde, leur
réalisation est souvent liée aux conditions économiques des pays concernés comme le montre le
tableau suivant.
Tableau III.1 : Répartition des barrages poids dans le monde (CIGB,2000)
Pays industrialisés Pays non industrialisés
Nombre des grands barrages 15000 30000
Poids 22% 4%
Voûte 6% 4%
Contreforts et voûtes multiples 3% --
Total des barrages en béton et en maçonnerie 31% 8%
Total des barrages en remblai 69% 92%
Dans le pays où la main d’œuvre est très bon marché (Chine, Inde, etc…), les barrages-poids
étaient moins compétitifs que les barrages en remblai construit à la main. Le tableau III.1 montre
bien que les barrages-poids sont très chers et leur réalisation demande une main d’œuvres
qualifiée avec une grande mécanisation.
Pour cela, en vue de rendre les barrages poids moins chers et sûrs plusieurs solutions ont été
proposées comme :
1- adaptation du profil en travers du barrage au site
2- utilisation du béton avec un faible dosage.
III.4. Techniques économiques dans la construction des barrages en matériau mixtesIII.4.1. Barrage en béton compacté au rouleau (BCR)
Depuis l’apparition et le succès des barrages en BCR, les constructions de barrage-poids en
béton conventionnel ont pratiquement disparu de la scène. La raison est bien connue et s’explique
par les considérations économiques. Le BCR est une méthode de construction des ouvrages en
béton de masse qui combine les avantages d’une construction rapide et mécanisée avec des
réductions d’emploi de ciment si on le compare avec le Béton Conventionnel. Cependant, le
facteur-clé pour les économies est la réduction des délais de construction et l’utilisation intensive
des équipements mécanisés (CIGB, 2010).
Le corps du barrage est formé de couches construites en étalant et en compactant le béton. Si
les couches sont mises en place en une séquence rapide pour permettre le placement de chaque
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
63
levée avant la prise de la couche inférieure, aucun traitement n’est nécessaire. Si ceci ne peut se
faire, des discontinuités pourront apparaître et l’intégrité structurelle et l’étanchéité recherchées
peuvent être mises en danger.
Des joints verticaux (waterstops) et des inducteurs de fissure seront nécessaires pour contrôler
les effets des changements de température et dans certains cas des membranes étanches sont
incorporées dans le parement amont. Tous ces éléments peuvent perturber la construction et causer
non seulement des retards mais aussi des dépenses liées au recours à des métiers plus spécialisés
(CIGB, 2010).
Le barrage de Willow Creek, situé à Heppner, Oregon, USA, est le premier barrage à être
entièrement construit en béton compacté au rouleau. La hauteur du barrage est de 66 m, sa
longueur en crête de 518 m et son volume de 313486 m3. Comparativement à la solution
enrochement, le volume du barrage fut réduit de 75 %.
Figure III.1 : Coupe transversale du barrage de Willow Creek (CIGB, 2003)
Le béton du barrage comprend quatre compositions différentes adaptées à différentes zones
du barrage comme le montre le tableau III.1
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
64
Tableau III.2 : Composition du béton du barrage de Willow Creek (CIGB, 1988)
Parement de l'évacuateur Parement aval Parement amont Béton maigre
Ciment (kg/ m3) 186 104 104 47
Cendre volante (kg/m3) 80 47 0 19
Dimension max. des granulats (mm) 38 76 76 76
Densité (Kg/m3) 2531 2531 2531 2531
Résistance à 90 jours (Mpa) 33 19 15 8
Le coût du barrage est estimé à 14 millions dollars, ce qui a permis de prévoyait 9 millions
dollars par rapport à un barrage en enrochement avec un évacuateur de crues, le prix du mètre
cube du béton BCR contenant le ciment, cendre volante, granulats, transport et mise en place vaut
26 $ ce qui représente presque le tiers du coût d’un barrage poids en béton conventionnel est de
l’ordre de 6970,00 DA ( 85 $/) par m3
Des nouvelles techniques économiques sont apparues pour la construction des barrages en
béton compacté au rouleau :
III.4.2. Barrage BCR selon la technique des Couches Inclinées
La Méthode des Couches Inclinées (MCI) développée à l’origine durant la construction du
projet de Jiangya en Chine (1997), consiste à répandre le BCR en couches inclinées d’épaisseur de
0,3 mètres, avec des pentes variant de 1 sur 8 à 1 sur 20, et formant une simple levée d’épaisseur
de 3 à 4 m comme il est illustré en figure III.2.
Figure III.2 : Mise en place du BCR par la méthode des couches inclinées (Forbes, 2003)
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
65
Dans le barrage de Jiangya en Chine, des blocs de béton préfabriqués ont été utilisés pour
former les étapes de la face aval du barrage, avec des plaques d'acier séparant les blocs de béton
du BCR. Ce système a commencé avec le placement du RCC horizontale à la partie inférieure du
barrage et a continué avec la méthode de couche inclinée adopté lors de la construction (Forbes,
2003).
Figure III.3 : Installation des blocs en béton préfabriqués, barrage de Jiangya (Forbes, 2003)
Un "pied" a d'abord été placé à partir de laquelle commence la pente, comme il est illustré :
Figure III.4 : Technique de disposition des couches dans le barrage de Jiangya (Forbes, 2003)
Chaque couche en pente a été classée première à la forme étagée en aval avec les procédures
antidumping d'étalement compactage progressant à travers le barrage de la face amont (Forbes,
2003).
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
66
Figure III.5 : Réalisation du barrage de Jiangya par la méthode de couches inclinées (Forbes,
2003)
Pour le barrage de Wirgane au Maroc, de taille moyenne, cette méthode a en plus permis, en
plaçant le BCR successivement en rive gauche et en rive droite, de diminuer le nombre de
coffrages pour les deux parements du barrage. De plus, en mettant en place le BCR de la rive
gauche, simultanément et sans interférence, avec le BCV des ouvrages annexes en rive droite, on a
pu réduire la durée totale de construction (CIGB, 2010).
La MCI représente un changement utile par rapport à la méthode de construction d’origine par
couches horizontales de BCR, lorsque la surface des couches à mettre en place est grande. Elle a
plusieurs avantages :
A. L'avantage le plus important de l'utilisation de la méthode de la couche inclinée dans un
barrage BCR est sans aucun doute l'amélioration de la sécurité réalisé en produisant un BCR
monolithique homogène, à travers les joints entre couches. Ceci est accompli en limiter le
nombre de joints de levage, une tous les trois mètres, ce qui réduit le nombre d'articulations
horizontales de levage jusqu'à 90 pour cent, ou de 50 pour cent par rapport à barrage en
béton conventionnel (Forbes, 2003).
B. La réduction de la surface totale du BCR qui doit être durcie (Forbes, 2003).
C. La réduction de la surface exposée du BCR frais qui pourrait être endommagé par la pluie ou
des conditions de gel et, par conséquent, le volume de RCC (Forbes, 2003).
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
67
III.4.3. Variante BCR enrichi au mortier
Une autre amélioration très notable, largement utilisée à présent et qui contribue
significativement à des réductions de coûts, est le BCR enrichi au mortier (Grouted Enriched RCC
ou GE-RCC en anglais). C’est aussi une technologie d’origine chinoise utilisée maintenant pour
rendre plus étanches le parement amont du barrage et le contact de ce dernier avec les rives. Il
remplace effectivement d’autres méthodes telles que l’utilisation de zones équivalentes en BCV.
La méthode GE-RCC consiste à répandre un coulis ciment-eau sur la zone à traiter en BCR non
compacté en quantités suffisantes pour être entièrement absorbé par le BCR précédemment mis en
place et ensuite de vibrer la zone en question à l’aide d’aiguilles vibrantes comme dans la méthode
conventionnelle (CIGB, 2010).
Figure III.6 : réalisation d’une paroi d’étanchéité par un coulis ciment-eau, barrage de La Miel
(International Milestone RCC Project, 2002)
Malgré l’étanchéité supplémentaire de la zone traitée, pour les très hauts barrages, tels que le
barrage de La Miel de 188 m de hauteur, en Colombie, une étanchéité par revêtement externe,
dans ce cas une membrane en PCV, a été appliquée en plus de la zone traitée par la méthode GE-
RCC (CIGB, 2010).
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
68
Figure III.7 : Coupe transversale du barrage de La Miel avec les zones pour différents dosages
(International Milestone RCC Project, 2002)
La figure III.7 montre sur la coupe transversale du barrage de La Miel les zones où il est
utilisé le BCR enrichie en mortier ciment-eau, elle montre aussi bien que le béton utilisé pour le
parement amont est de grand dosage pour assurer l’étanchéité.
Figure III.8 : Utilisation du PVC pour l’étanchéité par revêtement externe, barrage de La Miel
(International Milestone RCC Project, 2002)
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
69
Concernant la vitesse de construction, quelques particularités techniques importantes sont
actuellement utilisées, de façon plus ou moins routinière, dans la construction des barrages
modernes en BCR. Des adjuvants spéciaux, tels que les retardateurs de prise, sont fréquemment
utilisés à présent afin d’éviter les traitements coûteux des joints entre couches (CIGB, 2010).
III.5. Autres techniques utilisées pour la réduction du coût
L’expérience de récents barrages en BCR a montré que des réductions importantes de coût et
de délai de construction, permises notamment par cette technique, ont été obtenues avec :
A. Incorporation du batardeau amont en BCR dans le corps du barrage principal.
B. La possibilité de faire passer les crues de chantier importantes sur les batardeaux et le
barrage principal pendant la construction.
C. L’utilisation de pouzzolanes naturelles, de basalte ou de calcaire finement broyé
disponible à proximité des sites, lorsque les cendres volantes en sont éloignées.
Figure III.9 : Pouzzolanes
D. L’adoption d’agrégats et liants de moins bonne qualité près du site, mais avec un parement
amont du barrage non vertical pour satisfaire aux conditions de stabilité et de contraintes
maximales.
E. Barrage en remblai dur à parements symétriques
Sur un site où le bon rocher se trouve à assez grande profondeur et si un barrage en remblai
nécessite des ouvrages d’évacuation de crue et de dérivation provisoire très coûteux, une solution
de barrage en remblai dur à parements symétriques pourrait être intéressante.
Un aspect fondamental du barrage en remblai dur à profil symétrique est la réduction
importante des contraintes dans les conditions de charge normale et de charge exceptionnelle.
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
70
Cette caractéristique est spécialement intéressante dans le cas de fondation de faible résistance et
de risque de fort séisme (CIGB, 2003).
Figure III.10 : remblai dur à parements symétriques, barrage d’Ano Mera
On a constaté que, pour qu’un barrage en remblai dure soit économique, au moins deux, si ce
n’est trois, des situations suivantes devaient se présenter : charge dynamique (sismique) élevée,
fondation de faible résistance, évacuation d’une crue de débit élevé et disponibilité de granulats
peu coûteux. Dans ce contexte un barrage en remblai dur peut être une solution acceptable (CIGB,
2003).
Il faut noter que le projet le plus économique consiste souvent à sélectionner les meilleurs
matériaux (agrégats et liants) près du site et ensuite d’adapter le projet à ces matériaux. Ceci veut
dire que l’étude des matériaux valables pour le BCR doit être menée au début des études et non
après le projet (CIGB, 2010).
En observant les différences dans les méthodologies valables pour la construction des
barrages en BCR, il est important de garder à l’esprit que les entrepreneurs, en face de la tâche
consistant à construire des barrages en BCR, sont capables de réaliser des économies significatives
si on leur laisse une certaine flexibilité dans le choix de la méthode de construction la plus adaptée
à leur savoir-faire, tout en obtenant et en garantissant la qualité du produit final. Un exemple
intéressant est le barrage de Kinta, en Malaisie. Dans ce cas on n’avait ni spécifié les détails du
matériel de production, tels que la station de concassage ou la centrale à béton, ni les méthodes de
construction du BCR. Ceci a permis à l’entrepreneur de déterminer les méthodes et les
équipements les plus économiques.
Chapitre III : Critères économiques de projection de barrages en matériaux mixtes
71
Cependant, pour éviter des problèmes de qualité, il est aussi très important que le projeteur et
le maître d’œuvre comprennent et acceptent les propositions de l’entrepreneur et suivent de près le
processus de construction et le produit qui doit être réalisé (CIGB, 2010).
III.6. Conclusion
La recherche d’économie est souvent axée sur une réduction de volume qui, en générale,
n’améliore pas la sécurité et qui ne conduit pas nécessairement à une réduction du coût globale.
C’est d’une réduction des coûts unitaires et non des volumes que peuvent venir les économies les
plus importantes, mais cette réduction est plus complexe et son évaluation plus difficile.
Les économies sur coûts unitaires dépendent naturellement de l’organisation et de l’efficacité
des exécutants, mais les choix aux moments des études ont également une influence considérable.
Les réductions de coûts unitaires peuvent résulter :
A. De la disposition générale des ouvrages facilitant l’accès, installations de chantier,
maitrise de la rivière pendant les travaux.
B. De l’optimisation économique du programme, permettant si possible une utilisation assez
régulière du personnel et du matériel.
C. Du choix de la bonne variante et les bonnes techniques de réalisation adoptées
Le barrage en BCR et ses différentes dérivées (Remblai dur, RCD et RCC) présente la
variante innovante la plus répandue, une étude comparative entre le BCR, le BCV et le remblai
sera établi dans le chapitre suivant afin de déterminer la variante la plus efficace économiquement.
Chapitre : IV
Opportunités économiques despetits barrages en matériaux
mixtes
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
73
IV.1. Introduction
Il s’agit dans ce présent travail de faire une étude économique entre les variantes de barrage
BCR, barrage en remblai, barrage en enrochement et barrage-poids en béton conventionnel.
Partant des hypothèses :
Il s’agit de comparer les variantes pour un site d’un petit barrage réservoir de hauteur
Hb= 10 m et une longueur en crête de Lc= 250 m et une largeur en crête de b= 3,00 m.
Dans l’étude comparative en tient compte du coût des matériaux employés et de la
main d’œuvre à déployer.
Le coût du transport des matériaux et la durabilité économique durant l’exploitation ne
sont pas pris en considération.
Les critères géologiques, hydrologiques et topographiques sont identiques pour toutes
les variantes
IV.2. Barrage en BCR
La plupart des caractéristiques qui maintenant prévalent dans le projet et la construction des
barrages BCR avaient fait l’objet d’essais. Trois concepts concernant le projet et la construction de
barrages BCR avaient émergé :
Le barrage en BCR maigre (faible dosage en liant) : dosage en liant (ciment Portland
et adjuvants minéraux) < 100 kg/m3.
La technique Roller Compacted Concrete (RCD) qui était utilisée au Japon.
Le BCR à forte teneur en liant : dosage en liant supérieur à 150 kg/m3.
Ce classement est essentiellement basé sur les dosages en liant, chaque méthode ou technique
repose sur une philosophie légèrement différente concernant la conception des barrages.
Pour notre étude, nous préconisons les variantes suivantes :
Le barrage en béton conventionnel vibré (BCV)
Le barrage en BCR selon le concept Japonais RCD »
Le BCR à faible dosage en liant, utilisé pour les digues en remblai dur avec talus en
béton à profil symétrique, connu sous l’appellation anglo-saxonne: Faced Symmetrical
Hardfill (FSHD or Cemented Sand and Gravel(CSG) and Concrete-Faced Rockfill
Dams(CFRD)
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
74
Cependant, il y a lieu d’indiquer que certaines conditions qui rendent les barrages en BCR
plus coûteux; on peut indiquer les situations suivantes :
Les matériaux pour granulats ne sont pas suffisamment disponibles.
La fondation rocheuse est de qualité médiocre ou n’est pas proche de la surface.
Les conditions de fondation peuvent conduire à des tassements différentiels excessifs,
ou bien la vallée est très étroite et ses versants très raides laissant peu de place pour la
manœuvre du matériel.
Pour cela, nous’ avons écarté que toutes les situations citées au-dessus par ces hypothèses :
La fondation est de bonne qualité, et le tassement est dans les normes.
La carrière qui produit les agrégats couvre toute la demande avec des quantités
largement suffisantes.
Le coût du transport n’est pas pris en considération, car les zones d’empruntes et la
carrière sont juste à proximité du site du barrage
La vallée présente un endroit convenable pour la réalisation d’un barrage : Accès
facile des engins et de la mise en place des matériaux.
IV.2.1. Barrages en BCR selon la variante RCD
Dans la méthode RCD, l’ouvrage final ressemble beaucoup au barrage-poids en béton
classique. La méthode de construction est un peu plus rapide que celle d’un barrage-poids en
béton classique, d’environ 10 à 15 %.
Les matériaux employés dans la préparation du béton « RCD » sont :
Eau
Liant : Ciment Portland et adjuvants minéraux
Agrégats : Gravier et sable
Cendres volantes.
Les propriétés des matériaux, telles que le module d’élasticité, le coefficient de Poisson, le
coefficient de dilatation thermique et le poids volumique, sont semblables à celles du béton
classique de barrage, puisqu’elles dépendent, dans une large mesure, des granulats utilisés.
Le dosage des matériaux pour cette variante est comme suit :
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
75
Tableau IV.1 : Caractéristiques d’un béton selon la technique du BCR
Désignation Intervalle de Dosage (Kg/m3)Taux Prix
(%) $/m3
Eau 68 -73 4,83-5,61 7
Liant 80 -105 5,68-8,06 32
Agrégats 1224 -1085 86-93,33 9
Cendres Volantes 36 -39 2,56-3 7
Main d'œuvre ($/h) 3_5
Nous avons calculé le volume des matériaux nécessaire pour différentes hauteurs à partir de la
base jusqu’au sommet.
Tableau IV.2 : Volume des matériaux nécessaires pour la préparation du BCR
H (m) Volume totale (m3) Eau (m3) liant (m3) Agrégats (m3) Cendres volantes (m3)
1 3900 218,79 312 3354 99,84
2 7600 426,36 608 6536 194,56
3 11100 622,71 888 9546 284,16
4 13150 737,71 1052 11309 336,64
5 15000 841,5 1200 12900 384
6 16650 921,12 1332 14319 426,24
7 18100 991,23 1448 15566 463,36
8 19350 1051,61 1548 16641 495,36
9 20400 1102,32 1632 17544 522,24
10 21250 1143,275 1700 18275 544
Suivant les prix des matériaux sur le marché international, nous avons estimé le coût pour
chaque matériau à différentes hauteurs.
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
76
Tableau IV.3 : Estimation du coût des matériaux
H (m) Eau ($,US) liant ($,US) Agrégats ($,US) Cendres volantes($,US)
Prix total($,U$)
1 500,69 3264 10671,75 267,75 14704,19
2 1462,81 9536 31178,25 782,25 42959,31
3 2346,38 15296 50010,75 1254,75 68907,88
4 3151,42 20544 67169,25 1685,25 92549,92
5 3877,91 25280 82653,75 2073,75 113885,41
6 4435,78 28448 95424,75 2369,43 130677,96
7 4926,02 31232 106647,75 2629,27 145435,04
8 5348,65 33632 116322,75 2853,27 158156,67
9 5703,65 35648 124449,75 3041,43 168842,83
10 5991,04 37280 131028,75 3193,75 177493,54
Les graphs dans la figure suivante montrent l’évolution du cout des matériaux en fonction de
la hauteur :
200000
180000
160000
140000
$ 120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
Eau Liant
Agrégats
Cendres volantes
Coût totale
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Hauteur (m)
Figure IV.1 : Evolution du Coût des matériaux
Selon le bulletin numéro 117 de la CIGB, on peut déterminer le cout unitaire de la main
d’œuvre pour 1 m3de BCR par la formule suivante :
P = 30 + 2,5 L0,75 …….………………………………..(IV.1)
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
77
avec :
P : Le coût unitaire en $/m3
L : Le coût de la main d’œuvre en $/heure, L = 4 $/heur
Le coût unitaire comprend une partie fixe couvrant les fournitures et le matériel, et une partie
variant avec le coût L de la main-d’œuvre et grossièrement proportionnel à L0,75
Tableau IV.4 : Coût de la main d’œuvre
H (m) Volume du BCR (m3) Prix de la main d'œuvre($ Us/m3)
Prix total de la main d'œuvre($ Us)
1 3900
37,07
144573
2 7600 281732
3 11100 411477
4 13150 487470,5
5 15000 556050
6 16650 617215,5
7 18100 670967
8 19350 717304,5
9 20400 756228
10 21250 787737,5
De cela, le coût de la digue sera
Tableau IV.5 : Estimation du coût de la digue
H (m) Prix du BCR ($ Us) Prix de la main d'œuvre ($ Us) Coût de la digue ($ Us)
1 14704,19 144573 159277,19
2 42959,31 281732 324691,31
3 68907,88 411477 480384,88
4 92549,92 487470,5 580020,42
5 113885,41 556050 669935,41
6 130677,96 617215,5 747893,46
7 145435,04 670967 816402,04
8 158156,67 717304,5 875461,17
9 168842,83 756228 925070,83
10 177493,54 787737,5 965231,04
Pour l’évacuateur de crue, la solution la plus répandue pour les barrages poids en BCV ou en
BCR consiste à réaliser un évacuateur de surface, implanté en partie centrale du barrage. Pour les
petits barrages, afin de dissiper une part importante de l’énergie, on construit sur le parement aval
un coursier en marches d’escalier, en béton conventionnel (Degoutte, 2002).
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
78
Le seuil a un profil type CREAGER. Les marches d’escalier démarrent le plus haut possible
sur le coursier et sont de hauteur croissante jusqu’à une hauteur de 0,6 à 0,9mètre en partie courant
du coursier (Degoutte, 2002).
Les marches peuvent être réalisées in situ avec la technique du béton extrudé ou mises en
œuvre à partir d’éléments préfabriqués dans le cas du BCR.
Selon les statistiques l’estimation de l’évacuateur des petits barrages est approximativement
de l’ordre égal à 12 % du coût de la digue, le coût de l’évacuateur sera :
965231,04 x 0,12 = 115287,73 $ Us
L’évolution du coût globale de l’aménagement en fonction de la hauteur est illustrée dans le
tableau IV.6 :
Tableau IV.6 : Estimation du coût du barrage en BCR type RCD
H (m) Coût de la digue et évacuateur ($ Us)
1 274564,92
2 439979,04
3 595672,61
4 695308,15
5 785223,14
6 863181,19
7 931689,77
8 990748,9
9 1040358,56
10 1080518,77
IV.2.2. Barrages en remblai dur à profil symétrique
La mise en place du remblai dur peut être réalisée de la même façon que celle du BCR
normal. L’épaisseur des couches est généralement de l’ordre de 300 mm.
Nous allons proposer un profil en travers symétrique, avec des fruits de talus m = 0,7 en
parement amont et aval, ce type de profil entraînera des réductions de coût, associées à des
améliorations de la sécurité, en particulier pour les sites où les fondations, les crues ou les séismes
rendent problématique la construction d’un barrage-poids.
La composition du remblai dur est la suivante :
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
79
Tableau IV.7 : Composition des matériaux d’une digue en remblai dur
Désignation Intervalle de Dosage (Kg/m3)Taux(%)
Prix($ Us/m3)
Eau 121 8,53 7
Liant 50 3,52 32
Alluvions 1224 86,26 4
Cendres Volantes 24 1,69 7
Main d'œuvre ($/h) 3
Le calcul du volume des matériaux, nous donne les résultats suivants
Tableau IV.8 : Volume des matériaux d’une digue en remblai dur
H(m)
Volume total(m3)
Eau(m3)
liant(m3)
Alluvions(m3)
Cendres volantes(m3)
1 4075 347,60 143,44 3515,10 68,87
2 7800 665,34 274,56 6728,28 131,82
3 11175 953,23 393,36 9639,56 188,86
4 14200 1211,26 499,84 12248,92 239,98
5 16875 1439,44 594,00 14556,38 285,19
6 19200 1637,76 675,84 16561,92 324,48
7 21175 1806,23 745,36 18265,56 357,86
8 22800 1944,84 802,56 19667,28 385,32
9 24075 2053,60 847,44 20767,10 406,87
10 25000 2132,50 880,00 21565,00 422,50
Les matériaux employés sont estimés de la manière suivante
Tableau IV.9 : Estimation du coût des matériaux d’une digue en remblai dur
H (m) Prix total (m3) Eau (m3) Liant (m3) Alluvions (m3) Cendres volantes (m3)
1 39141,19 2433,18 4590 31635,86 482,07
2 74920,56 4657,38 8786 60554,52 922,74
3 107338,11 6672,59 12588 86756,00 1322,00
4 136393,84 8478,82 15995 110240,28 1679,86
5 162087,75 10076,06 19008 131007,38 1996,31
6 184419,84 11464,32 21627 149057,28 2271,36
7 203390,11 12643,59 23852 164390,00 2505,00
8 218998,56 13613,88 25682 177005,52 2697,24
9 231245,19 14375,18 27118 186903,86 2848,07
10 240130,00 14927,50 28160 194085,00 2957,50
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
80
300000
250000
200000$
150000
Eau Liant
Alluvions
Cendres volantes
Coût totale
100000
50000
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hauteurs (m)
Figure IV.2 : Évolution du coût des matériaux en fonction de la hauteur d’un barrage en remblai
dur
Le barrage en BCR à faible dosage en liant est muni d’un masque amont d’étanchéité destiné
à protéger le béton interne à faible teneur en liant, compacté au rouleau, qui est généralement
assez perméable.
Le masque amont est conçu en vue de maîtriser les pressions interstitielles. Il associe une
barrière étanche et un dispositif de drainage, et remplit les fonctions suivantes :
Limitation des fuites à travers le barrage.
Maîtrise des pressions interstitielles, améliorant les conditions de stabilité.
Masse du béton maintenue sèche, en vue d’assurer la durabilité du matériau.
Une conception très soignée du masque amont permettra d’obtenir des économies de coût.
Nous prévoyons un masque amont en béton armé. Cette conception découle directement du
masque amont en béton de barrages en enrochement. Ses principales caractéristiques sont les
suivantes :
Dalles d’épaisseur 0,3 + 0,007 H (m) environ,
Armatures continues traversant les joints « verticaux » (1 % horizontalement), Le
ferraillage horizontal a une section de1 % et le ferraillage “ vertical ” de 0,1 à 0,2 %
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
81
L’épaisseur des dalles est de :
e = 0,3 x 0,007 x 10 = 2 cm
Les prix du béton et des aciers, sera comme suit, nous avons pris le que le mètre cube du
béton armé vaut 70 $
Tableau IV.10 : Estimation du coût du masque amont
H(m)
Volume du masque amont(m3)
Coût du masque amont($ Us)
1 6,10 427,23
2 12,21 854,46
3 18,31 1281,69
4 24,41 1708,92
5 30,52 2136,15
6 36,62 2563,38
7 42,72 2990,61
8 48,83 3417,84
9 54,93 3845,07
10 61,03 4272,29
En raison de l’efficacité du masque amont en tant qu’organe d’étanchéité du barrage, la
fissuration d’origine thermique n’est plus un problème et le refroidissement des granulats n’est pas
nécessaire pour un barrage en remblai dur.
Le coût de la main d’œuvre est estimé de la même manière qu’un barrage RCD. Le tableau
IV.11 montre le coût de la main d’œuvre en fonction de la hauteur.
Tableau IV.11: Détermination du coût de la main d’œuvre pour un remblai en BCR type RCC
H (m)Volume des matériaux
RCC(m3)
Volume du bétonarmé(m3)
Coût de la maind'œuvre ($/m3)
Coût total de la maind'œuvre
($ US) x 106
1 4075 6,1
35,7
0,146
2 7800 12,21 0,279
3 11175 18,31 0,400
4 14200 24,41 0,508
5 16875 30,52 0,604
6 19200 36,62 0,687
7 21175 42,72 0,757
8 22800 48,83 0,816
9 24075 54,93 0,861
10 25000 61,03 0,895
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
82
H(m)
Coût de la digueet évacuateur ($.Us) x 106
Coût du masque amont($.Us) x 106
Coût du barrage($.Us) x 106
1 0,2333 0,0004 0,2337
2 0,3654 0,0009 0,3663
3 0,4851 0,0013 0,4864
4 0,5925 0,0017 0,5942
5 0,6875 0,0021 0,6897
6 0,7702 0,0026 0,7728
7 0,8405 0,0030 0,8435
8 0,8985 0,0034 0,9019
9 0,9441 0,0038 0,9479
10 0,9773 0,0043 0,9816
Tableau IV.12 : estimation du coût du remblai d’une digue en BCR type RCC
H (m) Coût des matériaux RCC($.Us)
Coût du masque amont($.Us)
Coût total de la maind'œuvre ($.Us)
Coût de la digue($.Us)
1 39141,19 427,23 104884,35 144452,77
2 74920,56 854,46 200773,71 276548,73
3 107338,11 1281,69 287668,06 396287,86
4 136393,84 1708,92 365567,42 503670,18
5 162087,75 2136,15 434471,77 598695,67
6 184419,84 2563,38 494381,13 681364,35
7 203390,11 2990,61 545295,48 751676,20
8 218998,56 3417,84 587214,83 809631,23
9 231245,19 3845,07 620139,19 855229,45
10 240130,00 4272,29 644068,54 888470,83
Pour ces types de barrages, l’évacuateur de crues et construit dans le corps de la digue de la
même façon avec laquelle il est construit sur un barrage en BCR normal. Il est d’environ de 10 %,
du coût de la digue.
888470,83 x 0,15 = 88847,08 $
Tableau IV.13 :Estimation du coût d’un barrage en BCR type RCC
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
83
IV.3. Barrage en remblai
Nous avons adopté un barrage en terre homogène qui a des fruits de talus m1 = m2 = 2,5, les
matériaux utilisé sont des argiles obtenus à partir des zones d’empruntes qu’on a supposé qu’elles
sont à voisinage du site de construction et le coût de leurs transport n’est pas pris en considération.
Le volume des recharges employées dans la construction de la digue, pour différents hauteurs
est comme suit :
Tableau IV.14 : Volume des recharges d’une digue en remblai
H Volume des recharges
1 11437,5
2 10312,53 9187,54 8062,55 6937,56 5812,57 4687,58 3562,59 2437,510 1312,5
Le mètre cube du remblai vaut 4,82 $ (= 400DA), ce qui nous donne les résultats suivants
pour le prix des matériaux:
Tableau IV.15 : Estimation du coût d’un remblai en fonction de la hauteur
H (m) Volume(m3)
3Prix du m($.Us)
Prix($.Us)
Prix Total($.Us)
1 11437,5
4,82
55128,75 55128,75
2 10312,5 49706,25 104835
3 9187,5 44283,75 149118,75
4 8062,5 38861,25 187980,00
5 6937,5 33438,75 221418,75
6 5812,5 28016,25 249435,00
7 4687,5 22593,75 272028,75
8 3562,5 17171,25 289200,00
9 2437,5 11748,75 300948,75
10 1312,5 6326,25 307275,00
Pour un barrage en remblai mis en à la main, le coût de la main d’œuvre pour 1 mètre cube du
est estimé par la formule :
P = 5 + 0,2 L0.75 …………………………………… (IV.2)
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
84
avec :
P : Le coût unitaire en $/m3
L : Le coût de la main d’œuvre en $/heure, L = 5 $/heur
Le coût de la main d’œuvre sera comme suit
Tableau IV.16 : Détermination du coût de la main d’œuvre d’une digue en remblai
H (m) Volume(m3)
Prix unitaire de la maind'œuvre ($.Us)
Coût de la main d'œuvre($.Us)
1 11437,5
5.46
62401,87
2 21750,00 118665,86
3 30937,50 168791,95
4 39000,00 212780,16
5 45937,50 250630,47
6 51750,00 282342,90
7 56437,50 307917,44
8 60000,00 327354,08
9 62437,50 340652,84
10 63750,00 347813,71
Tableau IV.17 : Estimation du coût d’une digue en remblai
H(m)
Coût des recharges($ Us)
Coût de la main d'œuvre($ Us)
Coût de la digue($ Us)
1 55128,75 64836,22 119964,97
2 104835,00 123295,10 228130,10
3 149118,75 175376,65 324495,40
4 187980,00 221080,87 409060,87
5 221418,75 260407,76 481826,51
6 249435,00 293357,31 542792,31
7 272028,75 319929,53 591958,28
8 289200,00 340124,42 629324,42
9 300948,75 353941,97 654890,72
10 307275,00 361382,19 668657,19
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
85
IV.3.1 L’évacuateur de crues
Pour un barrage en remblai, nous avons choisi un évacuateur de crues latéral à entonnement
frontal, il est composé de :
Déversoir
Coursier
Bassin de dissipation
Généralement, pour les petits barrages, le coût de l’évacuateur de crues est égal à 30 % du
coût de la digue, donc, le coût de l’évacuateur de crues est de
Coût de l’évacuateur de crues : 668657,19 x 0,30 = 200597,16 $ US
Tableau IV.18 : Estimation du coût du barrage en terre homogène
H(m)
Coût de la digue et évacuateur($ Us)
1 320562,12
2 428727,26
3 525092,56
4 609658,03
5 682423,66
6 743389,47
7 792555,44
8 829921,58
9 855487,88
10 869254,35
IV.4. Barrage en enrochement
Nous avons pris le même profil adopté pour un barrage en remblai
Les enrochements employés proviennent d’une carrière, le coût du transport n’a pas été pris
en considération dans cette étude.
Pour cette variante, nous avons commencé par le calcul du volume d’enrochements employé
dans la digue, nous le calculons pour chaque 1 m d’hauteur, nous avons trouvé ces résultats :
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
86
Tableau IV.19 : Volume des enrochements
H(m)
Volume des enrochements(m3)
1 11437,52 217503 30937,54 390005 45937,56 517507 56437,58 600009 62437,510 63750
Le coût du mètre cube d’enrochement est de 8,43 $, donc le prix des enrochements
constituant la digue sont comme suit :
Tableau IV.20 : Estimation du coût d’un barrage en enrochements
H (m) Volume(m3)
Prix du m3($ Us)
Prix($ Us)
Prix Total($ Us)
1 11437,50
8,73
99838,74 99838,74
2 10312,50 90018,53 189857,27
3 9187,50 80198,33 270055,60
4 8062,50 70378,12 340433,72
5 6937,50 60557,92 400991,64
6 5812,50 50737,72 451729,36
7 4687,50 40917,51 492646,87
8 3562,50 31097,31 523744,19
9 2437,50 21277,11 545021,29
10 1312,50 11456,90 556478,20
Les enrochements ont un coût de 556478,20 $
Pour un barrage en enrochement, il faut un masque amont en béton armé, déterminé de la
même manière utilisé pour un barrage en remblai dur.
L’épaisseur du masque
e = 0,3 x 0,007 x 10 = 2 cm
Les prix du béton et des aciers, sera comme suit, nous avons pris le que le mètre cube du
béton armé vaut 70 $
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
87
Tableau IV.21 : Evaluation du coût du masque amont en béton armé
H(m)
Volume du masque amont(m3)
Coût du masque amont($ Us)
1 262,813 18396,875
2 525,625 36793,75
3 788,438 55190,625
4 1051,250 73587,5
5 1314,063 91984,375
6 1576,875 110381,25
7 1839,688 128778,125
8 2102,500 147175
9 2365,313 165571,875
10 2628,125 183968,75
La mise en place des enrochements nécessite une main d’œuvre et des équipements qu’a un
coût calculé par la formule IV.2
Le coût de la main d’œuvre est de 4 $ / heure.
Tableau IV.22 : Coût de la main d’œuvre pour un barrage en enrochement avec masque en béton
H(m)
Volume desenrochements
(m3)
Volume du masque(m3)
Volume total(m3)
Prix unitaire de la maind'œuvre
($)
Coût de la maind'œuvre ($)
1 11437,5 262,813 11700,313
5,57
63657,53
2 21750 525,625 22275,625 121053,66
3 30937,5 788,438 31725,938 172188,39
4 39000 1051,250 40051,250 217061,73
5 45937,5 1314,063 47251,563 255673,67
6 51750 1576,875 53326,875 288024,22
7 56437,5 1839,688 58277,188 314113,37
8 60000 2102,500 62102,500 333941,13
9 62437,5 2365,313 64802,813 347507,48
10 63750 2628,125 66378,125 354812,45
Le coût total de la digue, sera comme suit :
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
88
Tableau IV.23 : Coût de la digue
H(m)
Coût du masque amont($ Us)
Coût desenrochements ($ Us)
Coût de la maind'œuvre ($ Us)
Coût de la digue($ Us)
1 18396,875 99838,74 63657,53 181893,14
2 36793,75 189857,27 121053,66 347704,68
3 55190,625 270055,60 172188,39 497434,61
4 73587,5 340433,72 217061,73 631082,95
5 91984,375 400991,64 255673,67 748649,69
6 110381,25 451729,36 288024,22 850134,83
7 128778,125 492646,87 314113,37 935538,37
8 147175 523744,19 333941,13 1004860,32
9 165571,875 545021,29 347507,48 1058100,65
10 183968,75 556478,20 354812,45 1095259,40
A. Evacuateurs de crues
L’évacuateur de crues est estimé de la même manière du barrage en remblai, Le coût de
l’évacuateur de crues représente 25 % du coût de la digue
1095259,4 x 0,25 = 273814,85 $
Le barrage qu’est constitué d’une digue en enrochement, masque d’étanchéité amont en béton
armé et un évacuateur de de crues latéral, aura un coût global qui varie fonction de la hauteur
comme le montre Tableau IV.24 :
Tableau IV.24 : Coût du barrage
H(m)
Coût de la digue et évacuateur($. Us)
1 455707,99
2 621519,53
3 771249,46
4 904897,80
5 1022464,54
6 1123949,68
7 1209353,22
8 1278675,17
9 1331915,50
10 1369074,25
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
89
IV.5. Barrage poids en béton conventionnel
La construction des barrages-poids en béton implique un niveau technique plus élevé
(disponibilité de ciment, matériel de mise en place, compétence technique, etc…).
Les barrages-poids en béton conventionnel ont des propriétés mécaniques améliorées
(résistance plus élevée et déformabilité plus faible) et la perméabilité plus basse du dernier
matériau, en plus, fait appel également à une importante main-d’œuvre
Dans cette variante, nous avons choisi le profil triangulaire classique des barrages-poids, un
parement amont vertical, tandis que le parement aval et incliné avec un fruit de talus égal à 0.8.
Tableau IV.25 : Composition du béton conventionnel
Désignation Dosage (Kg/m3)Taux(%)
Prix($ Us/m3)
Eau 170 7.37 8
Liant 350 15,18 30
Agrégats 1750 75 12
Cendres Volantes 36 1,56 8
Le volume des matériaux constituant le béton en fonction de la hauteur est présenté dans le
tableau IV.26
Tableau IV.26 : Volume des matériaux en fonction de la hauteur
H (m) Volume totale (m3) Eau (m3) liant (m3) Agrégats (m3) Cendres volantes (m3)
1 1275 93,97 19354,50 956,25 19,89
2 3725 274,53 56545,50 2793,75 58,11
3 5975 440,36 90700,50 4481,25 93,21
4 8025 591,44 121819,50 6018,75 125,19
5 9875 727,79 149902,50 7406,25 154,05
6 11525 849,39 174949,50 8643,75 179,79
7 12975 956,26 196960,50 9731,25 202,41
8 14225 1048,38 215935,50 10668,75 221,91
9 15275 1125,77 231874,50 11456,25 238,29
10 16125 1188,41 244777,50 12093,75 251,55
Le coût des différents matériaux pour différents hauteurs est mentionné sur le tableau si
dessous
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
90
Tableau IV.27 : Estimation du coût des matériaux d’un barrage en béton BCV
H(m)
prix total($ Us)
Eau($ Us)
liant($ Us)
Agrégats($ Us)
Cendres volantes($ Us)
1 593977.11 751.74 580635 12431.25 159.12
2 1735344.89 2196.26 1696365 36318.75 464.88
3 2783539.79 3522.86 2721015 58256.25 745.68
4 3738561.81 4731.54 3654585 78243.75 1001.52
5 4600410.95 5822.30 4497075 96281.25 1232.40
6 5369087.21 6795.14 5248485 112368.75 1438.32
7 6044590.59 7650.06 5908815 126506.25 1619.28
8 6626921.09 8387.06 6478065 138693.75 1775.28
9 7116078.71 9006.14 6956235 148931.25 1906.32
10 7512063.45 9507.30 7343325 157218.75 2012.40
Pour un barrage en béton conventionnel, le coût de la main d’œuvre est déterminé par la
formule suivante (CIGB, 2000).
avec :
P : Le coût unitaire en $/m3
P = 50 + 5 L0,75…………………………………….(IV.3)
L : Le coût de la main d’œuvre en $/heure, L = 3 $/heur
Tableau IV.28: Evolution du coût de la main d’œuvre en fonction de la hauteur
H(m)
Volume du barrage(m3)
Prix unitaire de la main d'œuvre($ Us/m3)
Coût de la main d'œuvre($ Us)
1 1275
61,40
78281,86
2 3725 228705,82
3 5975 366850,27
4 8025 492715,22
5 9875 606300,66
6 11525 707606,59
7 12975 796633,02
8 14225 873379,94
9 15275 937847,35
10 16125 990035,26
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
91
Tableau IV.29 : Estimation du coût de la digue en BCV
H(m)
Coût du béton($ Us)
Coût de la main d'œuvre($ Us)
Coût de la digue($ Us)
1 593977,11 78281,86 672258,97
2 1735344,89 228705,82 1964050,71
3 2783539,79 366850,27 3150390,06
4 3738561,81 492715,22 4231277,03
5 4600410,95 606300,66 5206711,61
6 5369087,21 707606,59 6076693,80
7 6044590,59 796633,02 6841223,61
8 6626921,09 873379,94 7500301,03
9 7116078,71 937847,35 8053926,06
10 7512063,45 990035,26 8502098,71
Le coût de l’évacuateur de crues a été pris en considération dans le cout de la digue, car il est
incorporé avec elle. L’évacuateur est construit avec un béton qu’a les mêmes caractéristiques que
le béton utilisé dans la construction de la digue (dosé à 350 kg /m3). Le bassin de dissipation est
installé au pied aval de la digue. Il représente 6 % du coût de la digue : 8502098,71 x 0,06 =
510125,92 $.
Tableau IV.30 : Coût du barrage poids en béton conventionnel
H(m)
Coût total du barrage($ Us)
1 1182384,90
2 2474176,64
3 3660515,99
4 4741402,96
5 5716837,54
6 6586819,73
7 7351349,54
8 8010426,96
9 8564051,99
10 9012224,64
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
92
Coû
t($
Us)
IV.6. Discutions des résultats
Les résultats de l’étude sont représentés dans le graph de la figure IV.3
10000000
9000000
8000000
7000000
6000000
BCR
Remblai
Enrochement
BCV
RCC
5000000
4000000
3000000
2000000
1000000
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hauteurs (m)
Figure IV.3 : Évolution du coût de variantes d’un petit barrage en fonction de la hauteur
Les courbes tracées dans la figure IV.6 montre bien que le coût de la variante barrage-poids
en béton conventionnel (BCV) est beaucoup plus onéreux que les autres variantes ce qui la rende
moins compétitifs que les barrages en remblai construits à faible hauteur, la construction des
barrages poids fut favorisée par l’apparition du béton au début du 20 siècles, fut réduite par la
mécanisation de la mise en place des remblais au milieu du 20 siècles, et fut relancée par le
développement du BCR à partir de 1980.
Le coût d’un barrage en enrochement et plus élevé que les variantes BCR, barrage en remblai
et remblai. Il est possible de rendre le barrage en enrochement moins coûteux par l’incorporation
de l’évacuateur de crues dans le corps du barrage en adoptant un évacuateur composite, comme
celui présenté ci-dessous.
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
93
Figure IV.4 : Coupe transversale d’une digue avec un évacuateur composite
La zone amont de ce profil composite est identique à la moitié amont d’un barrage en
enrochement avec masque amont, la zone aval est un ouvrage poids en remblai dur.
Le coût de ce profil composite est égal à environ la moitié de celui d’un barrage en
enrochement à masque amont en béton. Comme ce profil permet un déversement sur sa crête.
Le coût des barrages en BCR et remblai dur à profil symétrique est un peu plus élevé que
celui d’un barrage en remblai, mais l’avantage subsidiaire du barrage en BCR en matière de
maîtrise temporaire et permanente des crues peut être décisif. Le désir d’assurer la plus grande
sécurité possible, ainsi qu’une durée de construction plus courte, peut également faire pencher la
décision en faveur du BCR.
L’étude a montré que le barrage en remblai est le moins cher que toutes les autres variantes, il
faut noter que pour la détermination du coût d’un barrage en remblai il faut prendre en
considération s’il est mis en place à la main ou mécaniquement.
Les conditions de fondation peuvent favoriser les barrages en remblai, mais celles relatives
aux barrages en BCR et spécialement aux barrages en remblai dur à profil symétrique peuvent être
moins restrictives que celles concernant les barrages en béton classique, à condition que le profil
en travers du barrage soit bien adapté.
Toute solution BCR dépend évidemment des conditions locales (matériaux disponibles et
qualité de la fondation). Il peut être intéressant d’envisager un béton de prix unitaire minimal
(remblai dur), ou de combiner de l’enrochement avec du BCR. L’enrochement facilite également
l’accès à un chantier étroit de mise en place du BCR.
Chapitre IV : Opportunités économiques des petits barrages en matériaux mixtes
94
Coû
t($
Us)
Bien entendu, le barrage-poids en béton vibré restera la solution la plus onéreuse pour cette
gamme de projet, malgré sa spécificité d’incorporé l’ensemble des ouvrages hydrauliques
spéciaux, tels que prises d’eau, évacuateurs de crue, vidange de fond…………..etc.
Néanmoins , il ne faut pas omettre que ce type de barrage présente des avantages indéniables
en matière de régulation d’eau (cas de barrages réservoirs) destinés aux aménagements hydro-
électriques notamment dans le cas de déversoirs munis de seuils vannés.
10000000
9000000
8000000
7000000
6000000
5000000
4000000
3000000
2000000
1000000
0Rcc Remblai BCR Enrochement BCV
Figure IV.5 : Estimation du coût pour un petit barrage (Hb 10 m), selon les différentes variantes
d’un barrage réservoir
Conclusion générale
Conclusion générale
96
Le travail de recherche que nous avons mené sur l’emploi de méthodes innovantes dans la
construction des petits barrages par l’utilisation de matériaux mixtes a permet de déceler les
résultats suivants :
En l’absence de grand site potentiel pour les grands barrages, la réalisation des petits barrages
ne cesse de se développer, où il a été constaté que la plupart les méthodes innovations ont été
conçus pour écarter les difficultés d’ordre organisationnel et parfois économique : adaptation du
site de barrage aux conditions géologiques, topographiques, climatiques et dans certains cas
sociales économiques : emploi à ce jour de maçonnerie en raison des coûts moins élevés en Inde et
en Chine).
Pour les barrage-poids souples, c’est à dire digue en remblai, Il a été constaté que la plupart
des innovations se focalisent essentiellement sur l’étanchéité interne et externe du talus amont. En
ce qui concerne l’étanchéité interne, de nouvelles variantes ont été conçues et proposées à l’égard
de l’écran interne en béton bitumineux. Il s’agit alors, de mettre en substitution pour la une
variante de digue en remblai un écran interne en sol-ciment ou bien une membrane d’étanchéité
interne constituée d’un film polymère.
Concernant l’étanchéité externe, nous remarquons l’utilisation des géomembrane pour
protéger le talus amont au lieu d’utiliser le Rip-Rap ou le masque en béton armé ce qui entraine
des réductions notables dans le coût global du projet.
Le problème du coût élevé de l’évacuateur de crues latéral pour les barrages en remblai peut
être résolu par l’adoption d’un barrage en remblai avec section centrale déversante.
Les barrages poids sont devenus une variante économique qui peut être employé dans la
construction des petits barrages depuis l’apparition de la technique du béton compacté aux
rouleaux. Cette innovation consiste à mettre en place le béton et à le compacter en utilisant les
techniques de terrassement, transport par camion, compactage au rouleau vibrant lourd. Elle
permet de réduire nettement les coûts et les délais d'exécution (20 à 30% d'économie par rapport
aux barrages en béton conventionnel et un à deux ans de réduction des délais).
Pour une fondation rocheuse de qualité médiocre qui ne conviendrait pas à la construction
d’un barrage poids traditionnel, nous pouvons prévoir un barrage en remblai dur à profil
symétrique.
Conclusion générale
97
La méthode des couches inclinées dans la réalisation des barrages en BCR réduit la surface
totale du BCR et l'amélioration de la sécurité du barrage.
La variante BCR enrichie en mortier est une technique de réalisation qui peut réduire le coût
par le remplacement d’autres méthodes telles que l’utilisation de zones équivalentes en BCV.
Le coût d’un barrage en BCR peut être aussi réduit par plusieurs techniques
comme l’incorporation du batardeau amont en BCR dans le corps du barrage principal,
l’utilisation de pouzzolanes naturelles ou de basalte lorsque les cendres volantes en sont éloignées.
La comparaison économique entre les variantes : barrage-poids en béton conventionnel, BCR,
remblai et enrochement montre que l’avantage subsidiaire du barrage en BCR en matière de
maîtrise temporaire et permanente des crues peut être décisif. Le désir d’assurer la plus grande
sécurité possible, ainsi qu’une durée de construction plus courte à la réalisation d’un projet, peut
également faire pencher la décision en faveur du béton compacté au rouleau en variante RCC.
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