Technologie Barrages.doc / 1995
LES BARRAGES
Cours ralis par Alain Buron et Alain Meilhac
TECHNICIENS SUPERIEURS TRAVAUX PUBLICS LYCEE PIERRE CARAMINOT 19300 EGLETONS
Technologie Barrages.doc / 1995
SOMMAIRE
01 HISTORIQUE .....................................................................................................................page 1
02 LES DIVERS TYPES D'AMENAGEMENTS HYDRAULIQUES ...................................page 1
03 FONCTIONS D'UN BARRAGE ........................................................................................page 3
03.01 Etanchit.....................................................................................................................page 3
03.02 Stabilit ........................................................................................................................page 3
03.03 Equipements.................................................................................................................page 3
03.03.01 Equipements de scurit et d'entretien .................................................................page 4
03.03.02 Equipements hydrolectriques .............................................................................page 4
03.03.03 Equipements de circulation ..................................................................................page 4
04 ETUDES PREALABLES....................................................................................................page 5
04.01 Choix du site de retenue............................................................................................page 5
04.02 Choix du site du barrage ...........................................................................................page 5
04.03 Choix du type de barrage ..........................................................................................page 5
04.04 Choix dfinitifs .........................................................................................................page 6
05 DIVERSES CATEGORIES DE BARRAGES....................................................................page 6
05.01 Les barrages fixes......................................................................................................page 6
05.01.01 Les barrages en bton .....................................................................................page 6
05.01.01.01 Conception ..........................................................................................page 6
05.01.01.02 Ralisation des barrages poids et barrages votes .............................page 11
05.01.02 Les barrages en remblai ou matriaux meubles............................................page 15
05.01.02.01 Conception.........................................................................................page 15
05.01.02.02 Ralisation des barrages en remblai...................................................page 18
05.02 les barrages mobiles ................................................................................................page 19
06 AUSCULTATION ET SURVEILLANCE DES BARRAGES.........................................page 21
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Technologie Les barrages
01 HISTORIQUE
Il faut remonter au II Sicle avant J.C. pour dcouvrir l'utilisation de la force motrice de l'eau qui actionne des roues palettes ou augets (anctre de la turbine).
Il a fallu attendre le XIX Sicle et l'invention de la turbine par Benoist de FOURNEYRON qui a eu l'ide d'utiliser la pression de l'eau pour entraner une roue eau.
En 1883 Marcel DESPREZ ralise le transport de l'nergie moyenne tension entre VIZILLE et GRENOBLE.(5 Kw sur 14 Km). La force hydraulique fournit alors de l'nergie lectrique distance. L'hydrolectricit est ne.
Dans la priode de 1920 1940, 51 barrages sont difis. Le 8 Avril 1946 la loi nationalisation de l'industrie lectrique confie E.D.F. la mission de construire, d'exploiter les moyens de production, et de vendre l'nergie lectrique. L'quipement hydrolectrique se poursuit jusqu'en 1966 avec la mise en service de l'usine marmotrice de la RANCE.
Aujourd'hui, avec l'avnement de l'nergie nuclaire, E.D.F est conduit revoir les fonctions des centrales hydrolectriques sous d'autres aspects :
- grce la souplesse et la rapidit d'intervention (dmarrage presque instantan et modulable) elle fournit un appoint d'nergie aux heures et priodes de forte demande - stockage d'eau potable, d'eaux industrielles - irrigation des terres agricoles - soutien d'tiage - crtement des crues - rfrigration des centrales nuclaires - navigation - plans d'eau vocation touristique - etc.
02 LES DIVERS TYPES D'AMENAGEMENTS HYDRAULIQUES
Pour produire de l'nergie lectrique, on transforme l'nergie hydraulique (chute d'eau) en nergie mcanique avec une turbine puis cette nergie mcanique est transforme grce un alternateur coupl la turbine, en nergie lectrique.
Pour une mme puissance fournie, une turbine peut tre alimente par un gros dbit et une faible chute, ou par un petit dbit et une forte chute. En considrant un rendement de l'installation de 80 %, 1 Kwh peut tre obtenu soit par 1 m3 d'eau tombant de 450 m de hauteur, soit par 100 m3 tombant de 4.50 m de hauteur.
1 kwh, c'est l'nergie produite par 1000 watts pendant 1 heure soit 1000 x 3600 = 3.6 106 joules.
RENDEMENT ww
ww
RENDEMENT3.6 10
0.804.5 10 joulesfournie
chutechute
fournie6
6= = = =
w m g h m wg. h
4.5 1010 . 450
1000 kg d ' eau donc 1 mchute6
3= = = =
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La puissance lectrique disponible d'un amnagement hydraulique se calcule selon la formule suivante :
P = k . Q . H avec P : puissance en kW k = 8 8.5 (coefficient de rendement nergtique de l'installation) Q : dbit en m3/s H : hauteur de chute en m
Ds lors, chaque site qui prsente des caractristiques gographiques, gologiques, topographiques et hydrologiques qui lui sont propres correspond un type d'amnagement particulier.
On distingue 4 types d'amnagements.
n les amnagements de hautes chutes :
Ils se situent en zones montagneuses, pour des dbits souvent faibles avec une hauteur de chute importante (200 plus de 1200m). L'eau des torrents est emmagasine dans une retenue, et elle est dirige vers l'usine par galeries ou des conduites forces. L'eau est dirige, avec toute la vitesse lie la chute, vers les augets de la turbine dite action (turbine Pelton). L'nergie cintique est transforme en nergie mcanique. La distance qui spare l'usine du plan d'eau amont est souvent de plusieurs kilomtres.
ex : barrage de Cap de Long (Hautes Pyrnes)
n les amnagements de moyennes chutes :
Ils se situent sur de cours d'eau pente assez forte et dbit abondant. Leur capacit de stockage est gnralement moindre que celle des quipements de hautes chutes. Trs souvent l'usine se situe au pied du barrage, sinon la liaison usine-barrage sera assure par une galerie d'amene ou conduite force.
ex : barrage de Chastang (Corrze)
n les amnagements de basses chutes :
Ces amnagements sont situs sur des cours d'eau faible pente et trs fort dbit. On parle aussi de barrages au fil de l'eau. Ils ne disposent pratiquement d'aucune capacit de stockage. Ils sont implants sur un canal de drivation ou dans le lit d'un cours d'eau.
ex : usine de VOGELGRUN sur le Rhin
Dans les amnagements de moyenne et basses chutes, on utilise des turbines dites raction (turbine Francis, turbine Kaplan, turbine hlice). Le dispositif d'injection de l'eau dans la turbine et la forme de la roue sont tels que l'eau ne possde qu'une fraction de la vitesse possible, donc elle possde la fois de l'nergie cintique et de l'nergie potentielle de pression. Les turbines Francis sont utilises dans les amnagements de moyennes chutes, tandis que le turbines Kaplan et les turbines hlices sont utilises dans les amnagements de basse chute.
n les stations de transfert d'nergie par pompage (S.T.E.P.)
Le principe des S.T.E.P. consiste changer une masse d'eau entre deux bassins spars l'un de l'autre par une dnivellation. L'amnagement fonctionne comme accumulateur d'nergie : il produit de l'lectricit en turbinant l'eau stocke dans le bassin suprieur pendant les priodes de forte demande, il en consomme pour pomper l'eau du bassin infrieur vers le bassin suprieur pendant les priodes creuses. L'cart du cot de production entre les priodes creuses et les priodes de pointe donne un intrt conomique ces amnagements.
ex : S.T.E.P. de Montzic (Aveyron)
n Un amnagement exceptionnel : l'usine marmotrice de La Rance (Ctes d'Armor)
Cette centrale est, ce jour, la seule au monde tre capable de convertir la force des mares en nergie lectrique de faon industrielle. Elle est quipe de 24 groupe bulbes de 10 Mw chacun, logs dans une digue
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qui barre l'estuaire de la Rance sur 700 m. Ils fonctionnent aussi bien en pompe qu'en turbine dans les deux sens d'coulement.
03 FONCTIONS D'UN BARRAGE
03.01 Etanchit
L'tanchit des barrages de retenues est videmment l'objectif prpondrant.
On doit distinguer :
- l'tanchit propre du barrage qui est lie sa constitution, et donc peut aisment tre matrise et contrle
- l'tanchit du bassin de retenue qui dpend de la gologie du site (nature des terrains, tat de fracturatio
