ETUDE DE DANGERS - eprints2.insa-strasbourg.freprints2.insa-strasbourg.fr/839/1/Mémoire.pdf · environemment concertation a. vaxelaire ingenieurs a.s prost s. lasneexpert j. lecocq

Mémoire de Projet de fin d’études

Spécialité Génie Civil

Etude De Dangers de barrages

Barrage de la Verne

Auteur : TASSIN Stéphane

Elève-Ingénieur de 5eme année, INSA de Strasbourg-ex ENSAIS

Tuteur Entreprise : BANCAL Xavier

Ingénieur ENSAIS, chef de projet Génie Civil, Stucky Ingénieurs Conseils

Tuteur INSA Strasbourg : TERFOUS Abdelali

Enseignant-Chercheur à l’INSA de Strasbourg

Juin 2011

1 TASSIN Stéphane-Etude De Dangers de barrage

Remerciements

Je tiens à remercier Pierre FAUCHON, directeur de l’agence Stucky Ingénieurs Conseils et de m’avoir permis de réaliser un stage de 20 semaines.

Je tiens à remercier plus particulièrement, Xavier BANCAL pour m'avoir accordé du temps et la possibilité de découvrir le domaine des barrages en réalisant des visites techniques approfondies et

en me donnant des responsabilités croissantes. Ensuite c’est à l’ensemble de mes collègues et en particulier Alain JENSEN et Pierre CAZENAVE

que je souhaite remercier car tous ont pris le temps de répondre à toutes mes questions alors qu'ils avaient beaucoup de travail.

Mes remerciements vont à l’ensemble du personnel de l’entreprise Stucky pour son accueil et ses conseils. Grâce à eux, j’ai pu réaliser mon stage dans d’excellentes conditions.

Aussi, merci pour la bonne humeur et les bons moments partagés.

Enfin, je remercie vivement toute l’équipe enseignante et plus particulièrement Abdelali TERFOUS, tuteur INSA pour avoir su me transmettre sa passion pour l’hydraulique et m’avoir

guidé dans la réalisation de mon projet de fin d’études.


Résumé

Le décret N°2007 1735 définit de nouvelles obligations pour les responsables de barrages. Plus particulièrement, il rend obligatoire la rédaction d’une étude de dangers et fixe les échéances à respecter pour présenter cette étude aux services de l’Etat.

J’ai pour mission d’affiner la méthode en vigueur au sein du bureau pour rédiger de telles études. A l’issue de cette première partie, j’ai été en mesure de rédiger les études de dangers de plusieurs

barrages sous la supervision de mon maitre de stage. Dans une première partie, je présenterai la structure d’une étude de dangers en détaillant plus particulièrement la méthode pour analyser les risques liés à l’exploitation d’un barrage. Dans un

second temps, je m’appuierai sur les études de dangers que j’ai rédigés pour illustrer l’analyse des risques. Ma dernière partie résume l’étude de stabilité du barrage des Plats, étude nécessaire à

l’analyse des risques. Mots Clés : Barrage poids, Barrage en remblai, stabilité, étude de danger, EDD

Abstract The decree N° 2007 1735 gives some duties for dam owners. Particularly, it orders a risk analysis study and gives a date they need to conform with to present this study to dam authorities.

My goal is to precise the method used by my firm to study security of dams. After this first part, I was able to write several risk analysis studies of dam under the control of my internship supervisor. In the first place, I will define how a risk analysis study is made and I will give more details about

the method applied to evaluate risks put by dams in service. In the second place, I will use risk analysis studies which I have written as an example to explain

the method used. My last part summarizes the study of dam stability of Plat dam needed to finish my risk analysis.

Key Words: Concrete dam, Earth dam, stability analysis, risk analysis


Table des Matières

A. STRUCTURE D’UNE EDD...................................................................................................... 10

1. Rappels législatifs ................................................................................................................... 10

2.1 Les classes de barrage...................................................................................................... 10

2.2 Nouvelles obligations ...................................................................................................... 11

2. Le contenu de l’étude de dangers ............................................................................................ 12

2.1 Chapitre 0 : Résumé non technique de l’étude de dangers .............................................. 12

2.2 Chapitre 1 : Renseignements administratifs .................................................................... 12

2.3 Chapitre 2 : Objet de l’étude............................................................................................ 12

2.4 Chapitre 3 : Description de l’ouvrage et de son environnement ..................................... 12

2.4.1 Description de l’ouvrage.............................................................................................. 13

2.4.2 Description de l’environnement de l’ouvrage ............................................................... 13

2.5 Chapitre 4 : Présentation de la politique de prévention des accidents majeurs et du système de gestion de la sécurité SGS ....................................................................................... 13

2.6 Chapitre 5 : Identification et caractérisation des potentiels de danger ............................ 14

2.7 Chapitre 6 : Caractérisation des aléas naturels ................................................................ 14

2.8 Chapitre 7 : Etude accidentologique et retour d’expérience ............................................ 15

2.9 Chapitre 8 : Identification et caractérisation des risques ................................................. 15

2.10 Chapitre 9 : Etude de réduction des risques ................................................................. 15

3. Etude accidentologique ........................................................................................................... 16

2.11 Evènements historiques................................................................................................ 16

2.11.1 Ruptures de barrages dans le monde ........................................................................... 16

2.12 Synthèse de l’étude ...................................................................................................... 16

2.12.1 Causes de rupture....................................................................................................... 17

2.12.2 Conséquences de la rupture d’un barrage .................................................................... 17

4. Analyse des risques ................................................................................................................. 17

4.1. Calcul de la probabilité de rupture................................................................................... 17

4.1.1. Méthode analytique.................................................................................................... 17

4.1.2. Inconvénients ............................................................................................................. 18

4.1.3. Démarche retenue par Stucky Ingénieurs Conseils ........................................................ 18

4.2. Méthodologie adoptée pour réaliser l’analyse des risques .............................................. 19

B. EDD réalisées pendant le PFE ................................................................................................... 23

5. EDD de la Verne ..................................................................................................................... 23

5.1. Résumé chapitre par chapitre de l’EDD de la Verne ....................................................... 23

5.2. Tableau d’APR ................................................................................................................ 27

5.3. Justifications du tableau d’APR....................................................................................... 31

5.3.1. Massif en remblai zoné ............................................................................................... 31


5.3.2. Ouvrage de prise et de vidange.................................................................................... 34

5.3.3. Digues annexes et retenue .......................................................................................... 35

5.3.4. Evacuateur de crues.................................................................................................... 35

6. EDD des Plats ......................................................................................................................... 37

6.1. Résumé chapitre par chapitre de l’EDD des Plats ........................................................... 37

6.2. Tableau d’APR du barrage des Plats ............................................................................... 41

6.3. Justifications du tableau d’APR....................................................................................... 44

6.3.1. Barrage poids en béton ............................................................................................... 44

6.3.2. Retenue ..................................................................................................................... 45

6.3.3. Ouvrage de vidange .................................................................................................... 46

6.3.4. Evacuateur de crues.................................................................................................... 46

C. Justifications de la stabilité du barrage poids ............................................................................ 49

7. Recommandations du CFBR................................................................................................... 49

8. Critères de stabilité.................................................................................................................. 49

8.1. Stabilité au renversement................................................................................................. 50

8.1.1. Non traction au pied amont......................................................................................... 50

8.1.2. Compression au pied aval............................................................................................ 50

8.2. Vérification de la stabilité au glissement ......................................................................... 51

8.3. Coefficients de sécurité.................................................................................................... 51

9. Calcul des Actions .................................................................................................................. 52

9.1. Actions permanentes........................................................................................................ 52

9.1.1. Poids du barrage Go.................................................................................................... 52

9.1.2. Poussée des vases G1h................................................................................................ 52

9.1.3. Poids des vases G1v .................................................................................................... 52

9.1.4. Poussée du terrain aval G2h ........................................................................................ 52

9.1.5. Poids du terrain l’aval G2v ........................................................................................... 52

9.2. Actions variables ............................................................................................................. 52

9.2.1. Poussée hydrostatique amont Q1h .............................................................................. 53

9.2.2. Poids de l’eau sur l’amont Q1v..................................................................................... 53

9.2.3. Poussée hydrostatique aval Q3h .................................................................................. 53

9.2.4. Poids de l’eau sur l’aval Q3v ........................................................................................ 53

9.2.5. Sous-pressions hydrostatiques Q2 ............................................................................... 53

9.3. Actions accidentelles ....................................................................................................... 54

9.3.1. Analyse pseudo-statique de l’action sismique ............................................................... 54

9.3.2. Sous pression –situation extrême ................................................................................ 55

9.3.3. Poussée des glaces Q4 ................................................................................................ 55


10. Calcul de la longueur de fissuration .................................................................................... 56

10.1. Dynamique des fissures ............................................................................................... 56

10.2. Calcul des contraintes .................................................................................................. 57

11. Analyse de la stabilité du barrage des Plats ........................................................................ 57

11.1. Mise en forme de la feuille Excel ................................................................................ 59

11.2. Interprétation des résultats ........................................................................................... 61


Table des figures Figure 1: 3 métiers complémentaires ................................................................................................... 7 Figure 2: Organigramme de la société Stucky Ingénieurs Conseils .................................................... 8 Figure 3: Classes de barrage- décret n°2007-1735 du 11 décembre 2007......................................... 10

Figure 4: Tableaux d’APR du barrage de la Verne ............................................................................ 28 Figure 5 : Tableaux d’APR du barrage des Plats ............................................................................... 42

Figure 6: Profil en travers d’un barrage poids quelconque ................................................................ 49 Figure 7: actions variables de l'eau .................................................................................................... 52 Figure 8: Notations utilisées .............................................................................................................. 54

Figure 9 : Modification de l’accélération de pesanteur pour la prise en compte des séismes ........... 55 Figure 10: Diagramme des sous pressions ......................................................................................... 56

Figure 11: Diagramme des sous pressions ......................................................................................... 56 Figure 12:Coupe transversale du barrage des Plats-section déversante............................................. 58 Figure 13: Tableau Excel -Stabilité d'un barrage poids ..................................................................... 60

Liste des tableaux Tableau 1: Rupture de barrages dans le monde Cf. www.hydrocoop.fr ............................................ 16 Tableau 2: Echelle d'occurrence ........................................................................................................ 20

Tableau 3 : Tableau des enjeux humains ........................................................................................... 20 Tableau 4 : Table de criticité des évènements ................................................................................... 21 Tableau 5 : les combinaisons d’actions à considérer ......................................................................... 49

Tableau 6: Etat limite de fissuration issue des recommandations du CFBR ..................................... 50 Tableau 7:Coefficients de sécurité ..................................................................................................... 51

Tableau 8 : Calcul des contraintes ..................................................................................................... 61 Tableau 9 : Calcul des coefficients de sécurité .................................................................................. 61 Tableau 10 : Coefficients de sécurité-Zone déversante ..................................................................... 61


Présentation de l’Entreprise

1. Activités de Stucky Ingénieurs Conseils

La société Stucky Ingénieurs Conseils a été créée en septembre 1993 par plusieurs experts français et suisses de haut niveau associés à deux sociétés spécialisées de renommée internationale :

Stucky Suisse : bureau d'études internationalement reconnu dans le domaine des grands

barrages et bénéficiant de 70 années d'expérience, MECASOL : bureau d'études spécialisé en géotechnique créé il y a 50 ans.

Les activités de la société Stucky sont principalement : études, expertises et direction de travaux d'infrastructures hydrauliques : barrages, prises

d'eau, galeries, canaux, adducteurs, stations de pompage, centrales hydro-électriques…,

études et direction de travaux d'aménagements portuaires, études d'aménagements hydrauliques et de leur impact sur l'environnement,

assistance technique à la mise en service et à l'exploitation d'aménagements auscultation d'ouvrages hydrauliques, études hydrologiques et hydrauliques, conception et réalisation de systèmes de régulation et

de télégestion de complexes hydrauliques, études d'environnement, études d'impact, analyses et expertises hydro biologiques,

animation des procédures de concertation autour de grands projets hydrauliques.

2. Trois métiers complémentaires

Figure 1: 3 métiers complémentaires


3. Organigramme

Figure 2: Organigramme de la société Stucky Ingénieurs Conseils

4. Principales références dans le domaine des barrages et

des ouvrages hydrauliques

Les principales références de Stucky dans le domaine des barrages sont résumées ci-dessous : maîtrise d'œuvre complète de la réfection du masque amont du barrage en enrochements de

Sainte Cécile d'Andorge dans le Gard, h = 50 m maîtrise d'œuvre complète du futur barrage de Saint-Calais-du-Désert sur la Mayenne,

barrage en enrochements à paroi centrale en béton plastique, h = 35 m

études d'avant-projet et de projet du barrage de Dumanoir pour le compte du Conseil Général de Guadeloupe, h = 30 m

COMITE DE DIRECTION

P. FAUCHON, A. VAXELAIRE, D. MAZEL, A. JENSEN

DIRECTION GENERALE

HYDRAULIQUE HYDROLOGIE

D. MAZEL

ENVIRONEMMENT

CONCERTATION

A. VAXELAIRE

INGENIEURS

A.S PROST S. LASNE

J. LECOCQ M. GERARD

INGENIEURS

L. BORRON

CONSEIL ADMINISTRATION

Président M. MUTIN

TECHNICIENS

C. MEUNIER – C. GLEYSON – O. MARCHAL – E. ANDRIEU –– Y. DOLO

ADMINISTRATION SECRETARIAT

S. BOULET C. DAUSSY

F. SNABI

EXPERT

A. JENSEN

INFORMATIQUE

D. MAZEL E. ANDRIEU

QUALITE

A. VAXELAIRE

S. BOULET

COMMUNICATION

A. VAXELAIRE

GENIE CIVIL INFRASTRUCTURES

P. FAUCHON

INGENIEURS

X. BANCAL P. CAZENAVE

G. FAUCHON


A STRUCTURE D’UNE EDD


A. STRUCTURE D’UNE EDD

Dans ce chapitre, il s’agira principalement d’expliciter la structure que doit avoir une Etude De Dangers conformément à l’arrêté du 12 juin 2008. Aussi la méthodologie pour réaliser l’analyse

des risques sera décrite. Le prochain chapitre permettra de mettre en œuvre la méthodologie et de traiter des cas concrets d’étude de dangers de barrages existants.

1. Rappels législatifs

2.1 Les classes de barrage

Compte tenu de leur hauteur et du volume de leur retenue, les barrages intéressent la sécurité publique. Les classes de barrage sont définies par le décret n° 2007 – 1735 du 11 novembre 2007.

Figure 3: Classes de barrage- décret n°2007-1735 du 11 décembre 2007

Le paramètre H²√V est un bon indicateur du potentiel de risque d’un barrage. En effet il y a une corrélation entre ce coefficient et le débit maximal obtenu à l’aval après effacement total du barrage.


2.2 Nouvelles obligations

Le décret n° 2007 – 1735 du 11 novembre 2007 définit de nouvelles obligations pour les responsables d’ouvrages hydrauliques. Les articles de loi ci-dessous, régissant les études de dangers

sont issus du Code de l’Environnement, section 8 « dispositions communes relatives à la sécurité et à la sûreté des ouvrages hydrauliques autorisés, déclarés et concédés ».

ARTICLE R214-115-II. Pour les ouvrages existant à la date du 1er janvier 2008, le préfet notifie aux

personnes mentionnées au I l'obligation de réalisation d'une étude de dangers pour chacun des ouvrages concernés, et indique le cas échéant le délai dans lequel elle doit être réalisée. Ce délai

ne peut dépasser le 31 décembre 2012, pour les ouvrages de classe A, et le 31 décembre 2014, pour les autres ouvrages mentionnés au I.

ARTICLE R214-116-I.-L'étude de dangers est réalisée par un organisme agréé conformément aux dispositions des articles R. 214-148 à R. 214-151. Elle explicite les niveaux des risques pris en

compte, détaille les mesures aptes à les réduire et en précise les niveaux résiduels une fois mises en œuvre les mesures précitées. Elle prend notamment en considération les risques liés aux crues, aux séismes, aux glissements de terrain, aux chutes de blocs et aux avalanches ainsi que les

conséquences d'une rupture des ouvrages. Elle prend également en compte des événements de gravité moindre mais de probabilité plus importante tels les accidents et incidents liés à

l'exploitation courante de l'aménagement. Elle comprend un résumé non technique présentant la probabilité, la cinétique et les zones d'effets des accidents potentiels ainsi qu'une cartographie des zones de risques significatifs. Un arrêté des ministres chargés de l'énergie, de l'environnement et de

la sécurité civile définit le plan de l'étude de dangers et en précise le contenu.

En particulier, le responsable d’un barrage déjà en service à la date du 1er janvier 2008 de type A ou B de classe A, B ou C a l’obligation de réaliser une étude de danger. Ce délai ne peut pas

dépasser la date du 31 décembre 2012 pour les ouvrages de classe A et le 31 décembre 2014 pour les autres ouvrages. Pour tout projet de construction de barrage, le responsable du barrage a l’obligation de fournir une

étude de dangers qui figurera dans le dossier de l’ouvrage. Une étude de dangers doit être mise à jour tous les 10 ans pour intégrer les évènements majeurs

dans la vie de l’ouvrage. L’arrêté du 12 juin 2008 définit le plan d’étude et précise le contenu des études de dangers. En particulier, une étude de danger doit :

présenter les risques que représente l’ouvrage pour la sécurité publique directement ou indirectement,

donner la probabilité d’occurrence du risque, la cinétique et la gravité des accidents potentiels,

permettre de réduire la probabilité et les effets de ces accidents.

Une étude de dangers est une photographie du niveau de la sécurité de l’ouvrage à un instant t

donné. Un guide de lecture des études de dangers de barrages donne des commentaires et les attentes du service de contrôle pour rédiger une étude de dangers.

Les études de dangers sont établies à partir de justificatifs disponibles et dont le maitre d’ouvrage garantit la validité.


2. Le contenu de l’étude de dangers

Le guide de lecture des études de dangers des barrages détaille les méthodes à appliquer pour

rédiger les études de dangers compte tenu des règles de l’art fixées par le Comité Technique Permanent des Barrages et des Ouvrages Hydrauliques et par le Comité Français des Barrages et des Réservoirs.

2.1 Chapitre 0 : Résumé non technique de l’étude de dangers

Objectif : permettre d’apprécier les enjeux, les risques de l’étude pour des non spécialistes.

Ce résumé évoque la situation actuelle de l’ouvrage et donne la gravité des accidents potentiels

ainsi que leurs occurrences. Aussi ce résumé présente les mesures adoptées pour réduire les risques et le calendrier prévu pour mettre en œuvre les travaux nécessaires.

2.2 Chapitre 1 : Renseignements administratifs

Objectif : Identifier le concessionnaire ou propriétaire de l’ouvrage, l’exploitant et le rédacteur de

l’étude de dangers. Ce chapitre précise aussi les différents décrets de concession, la classe du barrage et la législation

en vigueur. Le décret n°2007-1735 du 11 décembre 2007 classe les barrages en quatre catégories. L’arrêté

préfectoral peut surclasser le barrage ou le déclasser.

2.3 Chapitre 2 : Objet de l’étude

Objectif : Définir le périmètre de l’ouvrage et la zone d’étude de l’étude de dangers.

Le périmètre de l’ouvrage comprend le barrage en lui-même et ses fondations ainsi que ses ouvrages de sécurité et ses ouvrages annexes. En particulier :

La vidange de fond,

L’évacuateur de prise, le coursier, le bassin de dissipation, Ouvrage de prise d’eau, Les conduites et vannes utilisées pour réguler les débits (débit de vidange, débit réservé,

débit de l’eau envoyée à l’usine de traitement), La retenue.

La zone d’étude intègre les éléments de l’ouvrage et les éléments extérieurs-potentiels agresseurs externes :

Périmètre de l’ouvrage, Voies d’accès au barrage,

Fourniture électrique-réseaux de télécommunication, Activités industrielles/touristiques dans les zones amont et aval, Ensemble des éléments atteints par l’onde de submersion.

2.4 Chapitre 3 : Description de l’ouvrage et de son environnement


2.4.1 Description de l’ouvrage

Objectif : Décomposer un système selon ses organes-analyse organique pour identifier l’ensemble des composants.

Ces composants sont soit des sources potentielles de défaillance, soit des outils de maitrise des

risques. Cette partie permet d’expliciter les organes du barrage, d’expliquer le fonctionnement et le mode d’exploitation. La présentation doit permettre au service de contrôle de localiser sur l’ouvrage les

différents composants. Ce chapitre permet d’aborder les thèmes suivants : Le bassin versant,

La retenue et la morphologie du site, La géologie et les fondations du barrage, Le corps du barrage et ses dispositifs de drainage et d’étanchéité,

Ouvrage de prise d’eau, Les ouvrages de vidange composés d’un dispositif de vannage et de la chambre des vannes,

L’évacuateur des crues : seuil déversant, coursier, le bassin de dissipation, Le dispositif d’auscultation en détaillant la fréquence des mesures et les équipements

d’auscultation,

Les voies d’accès, sources d’énergie, télécommunication, système anti-incendie. Cette partie s’attache aussi à décrire l’exploitation du barrage, la fréquence et l’objet des essais.

2.4.2 Description de l’environnement de l’ouvrage

Objectif : Décrire l’environnement extérieur pour définir le facteur d’agression pour l’ouvrage. Une carte des zones amont / aval est annexée pour faire ressortir les activités industrielles et

agricoles, les voies de communication, les activités touristiques et les habitations.

2.5 Chapitre 4 : Présentation de la politique de prévention des accidents majeurs et du système de gestion de la sécurité SGS

Objectif : Définir la politique de prévention des accidents majeurs et la gestion de la sécurité.

Un tableau dresse pour chaque intervenant l’inventaire des missions pour assurer la sécurité de l’ouvrage. Les procédures servent à assurer la gestion des situations d’urgence ainsi que le retour

d’expérience. Ce chapitre détaille la procédure à appliquer lorsque l’alerte est déclenchée et la conduite à tenir en cas d’évacuation.

Le système de gestion de la sécurité est un outil de prévention et de protection contre les risques de défaillance. Ce dispositif doit être adapté avec la nature de l’ouvrage et de ses équipements.


2.6 Chapitre 5 : Identification et caractérisation des potentiels de danger

Objectif : Définir l’ensemble des potentiels de dangers des différents composants de l’ouvrage.

Ce chapitre décrit les potentiels de dangers pour la sécurité publique : Rupture partielle ou totale du barrage,

Glissement de terrain des berges de la retenue, Dysfonctionnement des organes (évacuateur, vidange, tour de prise), Manœuvre d’exploitation inappropriée.

Pour chaque situation dangereuse pour caractériser le risque il faudra préciser le volume d’eau mis en jeu et la cinétique.

2.7 Chapitre 6 : Caractérisation des aléas naturels

Objectif : Répertorier tous les aléas naturels,

Caractérisation de l’ampleur des phénomènes et de leurs incidences potentielles. Le barrage est exposé à des aléas naturels inévitables. Il est nécessaire de caractériser leurs

occurrences et leurs incidences potentielles sur l’ouvrage. Les principaux aléas naturels sont les suivants :

Gel, la carte des zones de gel en France issue des normes Ciment permet d’apprécier le risque de gel,

Crue, l’étude hydrologique mise à jour si besoin définit les débits de crue de période de

retour 10 ans, 100 ans, 1000 ans, 10 000 ans, Vent, les stations météos permettent de connaitre la vitesse du vent maximale. A partir de la

vitesse de vent maximale, il est possible de calculer la hauteur des vagues à partir de la formule de Bretschneider. Le but est de caractériser le risque de surverse étant donné la revanche de l’ouvrage,

Neige, à partir des données météo il faut examiner si la neige peut être à l’origine d’une situation accidentelle. En particulier l’accès au barrage peut être rendu difficile,

Foudre, le relief du site du barrage et le nombre d’arcs par an permettent d’apprécier le potentiel de danger,

Mouvements géologiques, l’étude géologique du site et des versants permet de conclure sur

le risque de mouvements géologiques, Sismicité, la carte de France BRGM 2005 définit pour chaque région l’occurrence d’un

séisme et l’accélération sismique minimale et maximale, Envasement, plan éventuel de curage de la retenue pour éviter l’accumulation de vase sur le

parement amont,

Glissement de terrain, la reconnaissance des matériaux et en particulier les plans de glissement préférentiels permettent d’apprécier le potentiel de danger,

Feu de forêt, enquête pour déterminer la fréquence des feux de forêt. Ce chapitre permet de détailler ces phénomènes, leurs incidences potentielles pour les prendre en compte dans l’analyse des risques.


2.8 Chapitre 7 : Etude accidentologique et retour d’expérience

Objectif : Tirer les enseignement des accidents ou incidents survenus sur des ouvrages similaires.

Le retour d’expérience national et international permet d’améliorer la connaissance des situations accidentelles et de connaitre le niveau de sécurité du barrage. Aussi l’analyse de cette base de

données permet de mettre en place des actions préventives –Maintenance, Organisation, Formation de façon à diminuer drastiquement le risque. Ce chapitre s’attachera à décrire les défaillances, accidents ou incidents survenus sur l’ouvrage. Les

scénarios d’événements ayant concernés d’autres barrages que celui étudié seront rappelés.

2.9 Chapitre 8 : Identification et caractérisation des risques

Objectif : Identifier les causes, combinaisons d’événements qui sont directement ou par effet domino à l’origine d’un accident important.

Les risques sont évalués et classés en utilisant une grille de cotation. Chaque accident potentiel sera caractérisé par sa probabilité d’occurrence, l’intensité, la cinétique et la gravité de ses effets sur la

population touchée. L’onde de rupture correspondant à la rupture du barrage ou de la digue sera annexée.

Les différents scénarios d’accident seront positionnés les uns par rapport aux autres en fonction de leurs probabilités d’occurrence et de la gravité des conséquences.

Le chapitre 8 est le cœur de l’étude de dangers. L’analyse permettant d’évaluer la probabilité d’occurrence d’un accident potentiel sera détaillée par la suite.

2.10 Chapitre 9 : Etude de réduction des risques

Objectif : Présenter une démarche de réduction des risques

Cette démarche identifie les mesures envisageables ainsi que les mesures retenues par le responsable d’ouvrage. Ces mesures peuvent être des études complémentaires, des notes de calcul, des travaux supplémentaires, des procédures, une meilleure formation des agents.


3. Etude accidentologique

Au chapitre 7 d’une étude de dangers, le rédacteur doit se reporter à une base de données

pour tirer des enseignements des accidents passés. L’étude des accidents passés permet tout

d’ abord d’avoir connaissance des situations accidentelles mais aussi de qualifier l’ouvrage

par rapport à ces phénomènes.

2.11 Evènements historiques

2.11.1 Ruptures de barrages dans le monde

La rupture d’un barrage signifie souvent conséquences énormes. On attribue à ces ruptures 26 000

morts directes et environ 230 000 morts en considérant la population décimée par les épidémies et famines. Les ruptures de barrage ont aussi occasionné des dommages importants.

Tableau 1: Rupture de barrages dans le monde Cf. www.hydrocoop.fr

2.12 Synthèse de l’étude

Selon le registre mondial des barrages tenu à jour par l’ICOLD Internal Commision On Large Dams, le nombre de barrage pourrait atteindre le chiffre de 45 000 au début du XXI eme siècle. Bien

que les ruptures de barrage restent des événements rares, chaque décennie il se produit entre 10 et 40 ruptures de barrages.

Le taux de rupture des barrages en remblai est deux fois plus élevé que pour les barrages poids. Les progrès techniques ont permis une amélioration considérable, le taux de rupture des barrages construits après 1950 est de l’ordre de 0,50 %.


2.12.1 Causes de rupture

Le parc mondial des barrages en exploitation permet de dresser l’inventaire des causes de rupture : Principale cause responsable de 35 % des ruptures : capacité insuffisante de l’évacuateur,

Deuxième cause dans 25 % des cas de rupture : problèmes de fondation, Période du premier remplissage, les ruptures surviennent dans 70 % des cas au cours des dix

premières années, Causes naturelles : crues exceptionnelles d’intensité supérieure à la crue de projet 25 %,

glissement de terrain, séisme,

Causes humaines : contrôle d’exécution, études pas assez approfondies ; erreurs d’exploitation, défaut d’entretien, malveillance.

2.12.2 Conséquences de la rupture d’un barrage

Lorsqu’un barrage se rompt, l’eau du réservoir s’écoule alors librement, il y a libération rapide d’un volume important d’eau. Des territoires sont durablement touchés, les forts débits peuvent

engendrer une augmentation de l’érosion. Les vitesses d’écoulement et la hauteur d’eau risquent d’affecter la sécurité de la population, la pérennité des infrastructures. Les principales conséquences d’une rupture de barrage sont :

Préjudice humain exprimé par le nombre de morts, de blessés après l’événement, Dommage matériel, comptabilisé en unités monétaires : activités industrielles, agricoles,

biens, infrastructures, Conséquences de l’inondation, comptabilisées en unités monétaires, ralentissement

économique, désorganisation des services.

La pire conséquence reste évidemment le préjudice humain. La crue de rupture peut mettre en danger un grand nombre d’habitants si le projet surplombe des zones habitées, commerciales ou

industrielles. Les calculs de l’onde de rupture permettent d’établir les vitesses moyennes locales et la hauteur d’eau pour évaluer les dommages aux bâtiments et infrastructures, le nombre de personnes

touchées.

4. Analyse des risques

Au chapitre 8 d’une étude de dangers, le rédacteur doit établir la probabilité d’un événement

redouté central. Plusieurs méthodes existent, le but de ce paragraphe est d’expliquer la

méthode propre à Stucky et adoptée dans le domaine des barrages.

Le prochain chapitre illustrera la méthode pour analyser les risques liés à un barrage en

détaillant le raisonnement permettant de déterminer la probabilité de rupture d’un barrage.

4.1. Calcul de la probabilité de rupture

Pour pouvoir expliciter le niveau de risque de rupture d’un barrage plusieurs méthodes permettent d’arriver à cette fin.

4.1.1. Méthode analytique

Une des méthodes consiste à calculer l’erreur sur le facteur de sécurité calculé dans la note de calcul pour justifier la stabilité du barrage. Chacun des paramètres intrinsèques de l’ouvrage (poids volumique, module d’Young du matériau…) ainsi que les paramètres externes propres aux aléas

naturels (hauteur d’eau dans la retenue, magnitude d’un séisme…) interviennent dans le calcul du facteur de sécurité F. Ces paramètres sont affectés d’une incertitude de lecture, de mesure.


Cette méthode est facile à mettre en place et doit suivre scrupuleusement le protocole suivant : mise en place d’une équation mathématique reliant le coefficient de sécurité aux paramètres

intrinsèques des matériaux de l’ouvrage et/ou aux paramètres externes caractéristiques des aléas

naturels, estimation des erreurs absolues sur ces paramètres,

calcul de l’erreur absolue sur le coefficient de sécurité F et de l’intervalle de confiance, comparer cette valeur à la borne supérieure du coefficient de sécurité limite.

Soit F= F(x, y, z) avec x, y, z les paramètres intervenant dans le calcul de F. L’incertitude absolue sur F est calculée en utilisant la formule suivante :

|

| |

| |

|

4.1.2. Inconvénients

L’inconvénient de cette méthode est de vouloir utiliser des outils mathématiques non adaptés pour quantifier la rupture d’un barrage. Les probabilités n’ont pas de sens et sont sujets à caution. En effet quel est l’intervalle de confiance de la probabilité de la rupture globale du barrage. Un barrage

est encore éloigné de sa rupture si la résistance est dépassée dans une zone limitée. Les phénomènes tels que la redistribution des contraintes, la modification des pressions interstitielles, le vieillissement, l’érosion interne sont très difficiles à modéliser et à étudier sur un modèle

mathématique. Les barrières de protection telles que l’auscultation, la formation des agents, la décision de faire des

travaux de réparation échappent complètement aux modèles mathématiques. Le calcul de la probabilité de la rupture exige de nombreuses hypothèses affectées d’une incertitude élevée. Le résultat du calcul de probabilité n’aura aucune valeur pratique pour l’étude de l’ouvrage

et ne permettra pas d’apprécier la sécurité.

4.1.3. Démarche retenue par Stucky Ingénieurs Conseils

La méthode d'analyse de risques mise au point par Stucky pour la réalisation des études de dangers de barrages est décrite en détail ci-après. Elle s'inspire de démarches existantes reconnues dans le

domaine du risque industriel et se reporte directement au guide de lecture associé à la circulaire sur les études de dangers.

La méthode retenue est basée sur une évaluation qualitative à dire d’expert des modes de défaillance. Les occurrences sont donc données par un expert qui saura apprécier tous les facteurs en jeu. Cette méthode fait l’unanimité dans le domaine des barrages.

Pour apprécier l’état du barrage, l’expert s’appuiera sur tous les documents que le maitre d’ouvrage

a en sa possession pour pouvoir formuler son jugement.


4.2. Méthodologie adoptée pour réaliser l’analyse des risques

4.2.1. Démarche générale

Deux phases bien distinctes constituent l’analyse des risques :

la première phase est nommée phase APR, Analyse Préliminaire des Risques.

L’aménagement étudié est découpé en un ensemble de sous-ouvrages pour lesquels est dressé un inventaire le plus exhaustif possible, des défaillances pouvant

survenir. Dans cette phase, on cherche tous les évènements redoutés qui vont être étudiés dans l’analyse des risques : ERC pour Evènements Redoutés Centraux. Ces évènements sont à l’origine des conséquences pour les personnes, pour le matériel

ou pour l’environnement. Les évènements initiateurs (EI) engendrent ces ERC. Le but de l’analyse des risques est de qualifier les ERC en termes de probabilité,

d’occurrence et de cinétique,

la deuxième étape est l’Analyse Détaillée des Risques, elle consiste à construire des

diagrammes de type arbre de défaillance à partir des données issues de l’APR. Ces diagrammes représentent l’organisation des défaillances jusqu’à l’ERC étudié.

Toutefois, certains évènements initiateurs sont assez complexes, on représente par commodité l’arbre permettant de qualifier l’occurrence de ces EI complexes, ce qui permet d’alléger les arbres principaux pour les ERC. On arrive donc à identifier les

chemins critiques des causes permettant d’arriver à l’ERC étudié, et donc de le qualifier en termes d’occurrence, ainsi que de cinétique. On étudie enfin la gravité

et les conséquences de l’ERC permettant de le placer dans la matrice de criticité.

4.2.2. Echelles d’occurrence, de gravité et de cinétique

Pour construire la matrice de criticité, chaque ERC, événement redouté central devra être défini en termes d’occurrence, de gravité et de cinétique. Plusieurs échelles sont alors utilisées :

L’échelle d’occurrence est définie par le tableau suivant. Le repère étant la durée de

vie d’un ouvrage de type barrage, dont la base de projet de conception est classiquement d’avoir la capacité de résister à des évènements d’occurrence décamillénale :


Tableau 2: Echelle d'occurrence

Classe d’occurrence

E D C B A

Qualitative Extrêmement rare*

Rare Peu probable Probable Fréquent

Description N’est pas impossible au vu des circonstances actuelles mais non rencontré au niveau mondial sur un très grand nombre d’années d’installations.

S’est déjà produit dans ce secteur d’activité mais a fait l’objet de mesures correctives réduisant significativement sa probabilité

S’est déjà produit dans ce secteur d’activité ou dans ce type d’organisation au niveau mondial, sans que les éventuelles corrections intervenues depuis apportent une garantie de réduction significative de sa probabilité.

S’est déjà produit et/ou peut se reproduire pendant la durée de vie de l’installation.

S’est produit sur le site considéré et/ou peut se produire à plusieurs reprises pendant la durée de vie de l’installation malgré d’éventuelles mesures correctives.

Repère en termes de fréquences

« Peut se produire », mais quasi-impossible

Moins de 10-4

(occurrence 10 000 ans)

Entre 10-4

et 10

-3 (occurrence

1 000 ans)

Entre 10-3

et 10

-2

(occurrence entre 100 ans et 1 000 ans)

Occurrence centennale ou supérieure

Pour évaluer la gravité de l’apparition d’un phénomène, on se réfère à l’échelle de

gravité exprimée en termes de nombre de personnes exposées :

Tableau 3 : Tableau des enjeux humains

Niveau de gravité

des conséquences

Nombre de personnes

exposées en zone à

cinétique rapide

Nombre de personnes

exposées en zone à

cinétique lente

5 Désastreux ≥ 1000 ≥ 10000

4 Catastrophique ≥ 100 et <1000 ≥ 1000 et <10000

3 Grave ≥ 10 et <100 ≥ 100 et <1000

2 Significatif ≥ 1 et <10 ≥ 10 et <100

1 Modéré ≥ 1 et <10


La cinétique d'un phénomène accidentel est caractérisée par une phase pré-

accidentelle et une phase post-accidentelle. La phase pré-accidentelle correspond à la durée nécessaire pour aboutir à l'événement redouté (ou à la défaillance).

Phase pré-accidentelle :

Ce délai est qualifié de rapide (ou d'instantané) s'il n'est pas possible d'intervenir avant que

l'événement redouté (ou la défaillance) se produise,

Ce délai est qualifié de lent (ou de progressif) si, au contraire, il est possible d'agir sur les

événements initiateurs ou causes avant que l'événement redouté (ou la défaillance) se produise.

Phase accidentelle :

La phase accidentelle est caractérisée par le délai de la dynamique du phénomène dangereux et par la cinétique de l’exposition des cibles.

4.2.3. Matrice de criticité

L’objet de l’analyse de risques est de positionner chaque ERC dans la matrice de criticité en fonction sa gravité et de sa probabilité d’occurrence.

Tableau 4 : Table de criticité des évènements

En fonction de la position de l’ERC, des conclusions s’imposent suivant :

En zone verte, le risque peut être jugé acceptable vis-à-vis la sécurité publique.

En zone orange, des travaux ou mesures doivent être prises de façon à rendre le risque

moins probable

En zone rouge, le risque est inacceptable, des mesures urgentes doivent être prises pour

sortir de cette zone. Le risque est lié à l’application de certaines barrières de sécurité. Dans tous les cas, des mesures

préventives doivent être envisagées pour réduire la probabilité d’occurrence.


B

EDD REALISEES


B. EDD réalisées pendant le PFE

5. EDD de la Verne

5.1. Résumé chapitre par chapitre de l’EDD de la Verne

Chapitre 1 :

Le maitre d’ouvrage du barrage de la Verne est le Syndicat Intercommunal de

Distribution d’Eau de la Corniche des Maures SIDECM.

L’organisme retenu pour rédiger l’étude de dangers du barrage de la Verne est le bureau Stucky.

Chapitre 2 :

Périmètre de l’ouvrage : barrage, fondations, ouvrages de sécurité et ouvrages

annexes (tour de prise et sa conduite de vidange, local des vannes, galerie de prise et de vidange, déversoir latéral, coursier, bassin de dissipation, retenue),

Zone d’étude : périmètre de l’ouvrage, voies d’accès au barrage, fourniture électrique et réseaux de télécommunication, zone amont et aval, ensemble des

éléments atteints par l’onde de submersion. Chapitre 3 :

Barrage en remblai zoné,

Année de construction : 1990-1991,

Cours d’eau d’alimentation : La Verne,

Destination du barrage : alimentation en eau potable.

Fondations du barrage :

Le barrage et sa retenue ont été construits sur un terrain lui permettant d’avoir des

fondations satisfaisantes en tenant compte des remarques formulées dans l’étude géologique. Le rocher est une roche métamorphique homogène après examen

macroscopique et microscopique. La roche, un micaschiste, est constituée d’une alternance de lits de quartz et de micas marquée par une abondance de micas. L’examen des tranchées de reconnaissance et des carottages de sondage de

reconnaissance a été fait par observation microscopique à l’aide de lames minces. Cela a permis de classifier les terrains en fonction de leurs altérations.

Voile d’injection

L’altération et l’oxydation des fissures sont à l’origine d’une augmentation nette de

la perméabilité. Donc en présence de terrains altérés, laissés en fond de fouille sous le noyau un traitement pour fermer les fissures a été nécessaire. Le traitement

utilisé est réalisé par des forages de 25 m de profondeur espacé de 2,5 m sous l’axe du noyau dans lesquels a été injecté un coulis à base de bentonite et de ciment. Des forages plus courts de profondeur 5 m et espacés de 2,5 m sont venus compléter le

système d’étanchéité.


Voile de drainage

Le barrage est muni d’un voile de drainage destiné à rabattre les sous-pressions. Le voile de drainage est constitué de forages verticaux de 15 m de profondeur en aval

du barrage.

Barrage en remblai

Etanchéité du barrage

L’étanchéité de la digue est assurée par son noyau en argile à base de micaschistes.

Le matériau a une portion de fines à 80 µm supérieure à 20 %. Les 80 % restants sont constitués par des matériaux de diamètre inférieur à 63 mm. Au droit de la

faille identifiée en rive droite, des injections ont été réalisées.

Drainage du barrage

Le drainage de la partie aval du noyau est réalisé par un filtre composé de matériaux de granulométrie comprise entre 0,5 mm et 10 mm.

Au pied de ce masque, un tapis drainant collecte les eaux jusqu’au cavalier aval, sa

granulométrie est comprise entre 5 mm et 63 mm.

Deux galeries de drainage dans chaque rive viennent compléter ce dispositif.

Tour de prise

La tour de prise permet de récolter les eaux de la retenue pour assurer un débit

minimal à l’aval de 60 l/s et de transmettre le débit nécessaire à l’usine de traitement.

Celle-ci comporte quatre pertuis de prises répartis tous les 6,7 mètres. Ces derniers se déversent dans une conduite verticale Ø 4m dans l’axe de la tour. Au pied de la

tour, une conduite horizontale de diamètre 1300 mm traverse le barrage en remblai à travers la galerie de dérivation provisoire pour rejoindre le local à vannes au pied

du barrage.

Ouvrage de vidange

La vidange de fond du barrage est assurée par la conduite de 1300 mm de diamètre placée dans la galerie de dérivation provisoire. La tour de prise assure

l’alimentation de la conduite de fond en prélevant l’eau à différents niveaux. En aval de la galerie, un piquage de diamètre 800 mm permet d’acheminer l’eau vers

l’usine de la Verne pour traiter l’eau. Un débit réservé est prélevé au niveau du local à vannes, acheminé vers le bassin de dissipation au moyen d’un tuyau de diamètre 150 mm.

Les organes régulant le débit de la vidange de fond sont implantés à la tête aval de la galerie et sont constitués par :

la vanne de réglage : vanne amont d’alimentation de l’usine de la Verne,

la vanne de garde - vanne aval.

Un local permet de manœuvrer les vannes, les vannes de type wagon sous carter


étant manœuvrés par servomoteur. La cote du local à vanne est 56,35 m NGF, ce qui le place hors du niveau d’eau.

Evacuateur de crues

Evacuateur à déversoir libre et coursier à ciel ouvert permettant d’évacuer la crue

décamillénale,

Cuillère de dissipation pour déporter le jet vers l’aval au milieu de la vallée,

Bassin de dissipation permettant de dissiper l’énergie lors d’écoulement à grandes

vitesses.

Dispositif d’auscultation

31 cellules piézométriques disposées sur 3 profils,

21 piézomètres disposés en pied aval,

9 points de mesure du débit de fuite,

19 repères topographiques pour mesurer les déplacements.

Renseignements complémentaires

Plusieurs routes peuvent être empruntées pour rejoindre le barrage pour parer à

toutes éventualités (route non praticable, affaissement),

Installations reliées au réseau électrique EDF, rack d’azote permettant de

manœuvrer les vannes en cas d’urgence,

Réseau de télécommunication : ligne téléphonique courante et réseau cellulaire.

Exploitation du barrage

Volume tampon entre la RN et les PHE de 3 millions de mètre cube,

Déclenchement de la surveillance renforcée en cas d’événement anormal,

Au cours des VTA et lors de la revue de sureté, contrôle du génie civil,

Deux fois par an, contrôle de la vantellerie par Veolia.

Environnement du barrage

Pas de risque de chute de véhicule dans la retenue, les routes contournent la

retenue,

Village de la Mole situé à 4,5 km du barrage serait touché ainsi que le village le

Moulin Roux. Chapitre 4 :

L’organisation de la prévention des accidents ou incidents est parfaitement définie,

Consignes de diffusion de l’alerte définies en fonction du débit en aval du barrage,

Sirènes dans les communes concernées pour prévenir de la rupture imminente du

barrage,


Le chargé d’exploitation du SIDECM effectue un entretien individuel à l’ensemble

des acteurs impliqués dans la prévention des risques pour évaluer leur professionnalisme.

Chapitre 5 :

Les principaux potentiels de dangers sont constitués principalement par la non

maitrise du confinement de l’eau.

Rupture partielle ou totale du barrage ou de ses berges,

Rupture de la tour de prise,

Défauts de fonctionnement des organes de sécurité,

Rupture du bouchon de la galerie de dérivation provisoire,

Défaut de fonctionnement d’une vanne,

Risque de pollution naturelle.

L’analyse de ses potentiels de dangers permet de ne pas retenir les potentiels de dangers suivants :

Rupture de la tour de prise. La rupture de la tour par basculement pourrait se produire suite à des circonstances

exceptionnelles : grand vent, séisme de grande magnitude. D’après la base de données concernant les accidents recensés sur les barrages, la rupture de la tour de prise est un événement plus qu’exceptionnel.

La conséquence possible d’un basculement de la tour de prise est l’application d’une force ponctuelle sur le barrage. La tour de prise est un ouvrage en béton armé, dimensionné pour résister

aux différents cas de charge vent et séisme notamment. Les visites subaquatiques et inspections visuelles viennent confirmer le bon état du génie civil.

Rupture du bouchon de la galerie de dérivation provisoire Pour s’assurer du bon fonctionnement du bouchon de la galerie de dérivation, celui-ci est mesuré à

la même fréquence que les débits des drains. Son débit de fuite oscille entre 0, 20 L/s et 0, 35 L/s. Cette dernière valeur correspond à des épisodes pluvieux. Les conséquences d’une rupture du

bouchon ne sont pas significatives.

Risque de pollution naturelle

L’exploitant a pris certaines mesures pour éviter tout risque de pollution en aval. L’inspection quotidienne et les mesures biologiques effectuées sur la retenue permettent de prendre les bonnes

décisions en cas de pollution de la retenue.

Chapitre 6 :

Le site du barrage de la Verne est situé en zone XF1, le risque au gel est donc faible

mais pas à écarter.

L’hydrologie a été remise à jour en utilisant les méthodes actuelles de type Gradex.

Le débit de crue milléniale est supérieur au débit de crue calculée en phase projet. Pour la crue de projet, il n’y a pas de risque de surverse car la hauteur maximale du

niveau de la retenue est de 89,25 NGF donc inférieure à la cote du couronnement.

Un fort vent peut être à l’origine de vagues de hauteur 1,15 m ce qui reste

insignifiant étant donné la revanche de 4 m.

La neige a très peu de conséquences sur l’ouvrage. Néanmoins la présence de neige

peut créer quelques difficultés d’accès.

Le relief de la foret des Maures tend à protéger de la foudre.


Le sol est constitué d’une roche homogène, les fondations du barrage de bonne

qualité en termes d’imperméabilité et de performances mécaniques. La roche sous la retenue est de très faible imperméabilité. La faille en rive droite est passive.

D’ après la carte du BRGM 2011, le site est situé en zone à aléa sismique faible ce

qui permet de définir le séisme SMP avec une intensité de 0,11 g. Les hypothèses prises dans la note de calcul sont plus sévères et ne prennent pas compte du rabattement de l’accélération horizontale.

Les matériaux constituant les versants de la retenue présentent une schistosité très marquée. La pente des versants reste inférieure à la pente de schistosité. Il n’y a pas

de signe d’instabilité et les observations géologiques et morphologiques tendent à démontrer que la stabilité des versants est assurée.

Le cours d’eau d’alimentation de la retenue transporte peu de sédiments. Les dernières visites permettent de mettre en évidence un envasement de 30 cm.

Les organes à l’aval du barrage sont protégés des flammes potentielles et sont

situées sur une large plateforme goudronnée. Le risque lié aux incendies sur la retenue ou sur les ouvrages annexes peut donc être écarté.

Chapitre 7 :

Pour les barrages en remblai, les principales causes de rupture sont érosion interne, érosion externe, glissement de terrain

Le REX met en évidence le bon entretien de la vantellerie par Veolia. Il n’y a eu

aucun événement exceptionnel hormis une crue décennale.

L’enrochement du parement est en bon état. En aval, quelques désordres ont été

causés par le passage de sanglier. Le génie civil est en bon état d’ après l’expertise des zones immergées et émergées.

Les données issues de l’auscultation du barrage démontrent le bon fonctionnement

du voile d’injection et du système de drainage. Le noyau étanche joue parfaitement

son rôle, les pressions dans la recharge aval sont faibles.

Le déplacement horizontal depuis la première mise en eau est de 140 mm,

déplacement supérieur au déplacement généralement observé sur des ouvrages similaires. Les déplacements maintenant sont très faibles et indiquent que l’ouvrage

poursuit sa consolidation. Chapitre 8 :

L’analyse de risque permet d’ arriver à la conclusion suivante étant donné

l’appréciation des risques: l’événement redouté central correspondant à la rupture partielle ou totale du barrage de la Verne est un événement extrêmement rare avec

des conséquences désastreuses. Chapitre 9 :

Le niveau de risque lié au barrage de la Verne vis-à-vis de la sécurité publique est acceptable. Ce jugement est fondé sur les dispositions et barrières de sécurité

actuellement en place.

5.2. Tableau d’APR

Le tableau d’APR est inclus dans le chapitre 8, le but de ce paragraphe est de détailler l’analyse qui a permis de donner l’occurrence de la rupture du barrage de la Verne.


Figure 4: Tableaux d’APR du barrage de la Verne




5.3. Justifications du tableau d’APR

5.3.1. Massif en remblai zoné

Fondations du barrage

Les fondations du barrage en remblai peuvent être en situation de défaillance. L’origine peut venir du phénomène de liquéfaction ou être causée par des grandes déformations du terrain.

grande déformation du terrain de fondation :

Mouvement géologique important : l’étude géologique a mis en avant une faille dans la rive

droite, cette faille est passive. L’occurrence d’un mouvement géologique important est faible, classée D.

Un claquage hydraulique dû à un gradient hydraulique important peut causer des grandes déformations des fondations. Néanmoins vu les injections réalisées pour consolider le sol sous

le noyau, la capacité intrinsèque des fondations à résister à un claquage hydraulique peut être considérée comme très bonne. Le parement aval est en bon état. Le risque de claquage hydraulique est un événement improbable, son occurrence est classée D.

séisme important : la capacité intrinsèque des fondations à résister à une grande déformation due à un séisme important (occurrence C pour le séisme SMP) est très bonne de par les

caractéristiques mécaniques des roches micaschistes de type A ou B et de par les traitements de sol effectués pour fermer les fissures. L’occurrence de grande déformation des fondations due à

un séisme est donc classée D.

Liquéfaction des fondations : due à un séisme important, occurrence C pour le

séisme SMP (Séisme Maximal Probable) ; la capacité intrinsèque des fondations à résister à une liquéfaction due à un séisme est excellente puisque c’est une des caractéristiques intrinsèques des matériaux utilisés sur chantier. Les matériaux en

fondation ne sont pas sableux. En conclusion l’occurrence le phénomène de liquéfaction due à un séisme est donc impossible, voir écarté donc classé E.

Voile de drainage aval:

Le voile de drainage aval peut s’avérer défaillant suite à un séisme SMP qui cause de grandes

déformations de terrain. Les fondations sont de bonne qualité. Le fait d’avoir une défaillance de tous les voiles de drainage est faible, classé D. Des eaux chargées en sédiments peuvent avoir pour conséquence un colmatage des drains. Cet

événement sera anticipé par une observation régulière du barrage et de la mesure des débits des drains. Si des matériaux granulaires sont observés, la consigne, il convient d’alerter un bureau

d’étude car un risque d’érosion interne est à redouter. L’événement associé au colmatage des drains est un événement de faible occurrence, occurrence E.

Voile d’injection:

Le voile d’injection qui permet d’assurer l’étanchéité du barrage peut s’avérer défaillant suite à un séisme SMP ou suite à une désagrégation du coulis. Cet événement a de faibles risques

d’occurrence de par la qualité des fondations et du coulis de ciment mis en place. De plus l’étanchéité du barrage est principalement assurée par le noyau argileux. L’occurrence de ces

événements est respectivement D et E.


Recharge amont:

La rupture partielle ou totale du barrage en remblai peut être initialement dû à une instabilité de la

recharge amont initiée par :

Erosion externe par surverse

Etant donné la présence d’un évacuateur de crue dimensionné pour la crue decamillénaire et d’une galerie de vidange, il faudrait donc un enchaînement de circonstances pour entrainer la surverse. De

plus la revanche de 4m permet de limiter les risques et l’étude hydrologique a été remise à jour. Toutefois en cas de surverse, le barrage en remblai résisterait bien puisque les fruits des talus amont

et des talus avals sont supérieurs à 3H/2V. Lors de l’exécution, les contrôles qualité réalisés permettent de s’assurer de la bonne adéquation entre les caractéristiques mécaniques des sols utilisés, leurs compacités et les exigences requises pour ce type d’ouvrage. En conclusion, la

capacité du barrage en remblai à résister à une érosion externe est donc bonne. L’occurrence d’une rupture du massif en remblai causée par l’érosion externe est donc peu probable, donc classé D.

Erosion interne

La possibilité d’érosion interne pour un barrage en remblai est limitée. La granulométrie du noyau le rend étanche. La présence d’un filtre à l’aval du noyau permet d’évacuer l’eau donc de réduire les risques. En conclusion, l’occurrence d’apparition d’une érosion interne est très peu probable du

à la conception même de l’ouvrage. La capacité de l’ouvrage à résister à une érosion interne est donc bonne.

instabilité du remblai amont :

La note de calcul a aussi étudié tous les cas possibles de vidange que ce soit lorsque le plan d’eau soit à la cote de retenue normale ou à la cote de retenue exceptionnelle. Etant donné la constitution et les pentes des talus, le massif en remblai a une très bonne capacité à résister au glissement du

talus amont. L’occurrence est donc quasi-impossible, donc classé D.

Le batillage dû aux mouvements du plan d’eau, aux vagues peut venir fragiliser le parement amont. Le parement amont est constitué d’enrochements de diamètre supérieur à 200 mm pour permettre d’éviter les éventuels désordres causés par ce phénomène. Cet événement a donc une faible

occurrence, classé D. Le séisme SMP, d’occurrence classée C peut déstabiliser le talus et provoquer son glissement. La

capacité du talus à résister au séisme est prouvée par le calcul. Parmi les hypothèses prises, la note de calcul a pris la totalité de l’accélération générée par le séisme, ce qui place l’ouvrage dans la sécurité vis-à-vis de ce risque. La capacité à résister est donc considérée comme très bonne, et

l’occurrence déclassée en D.

Recharge aval :

La rupture partielle ou totale du barrage en remblai peut venir d’une instabilité de la recharge aval

initiée par :

Montée de la piézométrie

La montée de la piézométrie dans le corps de l’ouvrage peut être à l’origine d’une instabilité du remblai aval. La tenue du talus aval est justifiée par une note de calcul. Les conclusions de l’étude

sont les suivantes : en statique FS=1,32 et en pseudo statique avec l’action sismique FST=1,09.


Le talus aval est protégé par un enherbement contre une montée de la piézométrie. La conception du barrage de la Verne a intégré deux risbermes, ce qui permet de réduire la vitesse d’écoulement de l’eau et sa force d’érosion. La montée de la piézométrie est un événement complexe. A ce stade de

l’étude il n’est pas possible de donner la probabilité d’occurrence de la montée de la piézométrie. Il est néanmoins possible d’affirmer que la recharge aval résiste très bien.

Séisme SMP

Le séisme SMP, d’occurrence de classe C peut déstabiliser le talus et provoquer son glissement. La capacité du talus à résister au séisme est prouvée par le calcul. Parmi les hypothèses prises, la note de calcul a pris la totalité de l’accélération générée par le séisme, ce qui place l’ouvrage dans la

sécurité vis-à-vis de ce risque. La capacité à résister est donc très bonne, et l’occurrence classée D.

Noyau étanche

Le noyau argileux joue un grand rôle dans l’étanchéité du barrage. La perte d’étanchéité du barrage

peut être causée par :

Mouvement des fines

Le noyau perd son étanchéité par mouvement des fines. Mais ce cas de figure nécessiterait des gradients hydrauliques très élevés. La granulométrie du noyau et de la recharge aval a été étudiée

pour parer à cette éventualité. De plus la faible perméabilité des constituants du remblai diminue le risque d’une défaillance du dispositif d’étanchéité. Le marnage est lent donc le transit n’est pas à

craindre. L’occurrence est donc classée D.

Cisaillement/Dessiccation

La stagnation des eaux sur la crête et l’infiltration des eaux dans le corps du remblai a tendance à

causer un problème de dessiccation du sommet du noyau. Notamment en causant l’apparition de fentes de retrait. Concernant le barrage de la Verne, la crête est protégée des eaux de ruissellement

par une couche de base et de roulement. Un dévers amont de 2% permet l’évacuation des eaux vers le parement amont. En conclusion, la perte d’étanchéité du noyau argileux par dessiccation est un événement peu probable, classé E.

Effet voute du aux pressions

Le noyau est vertical et les pressions de l’eau ont tendance à déstabiliser ce noyau vers l’aval. Après un tassement instantané, des plans de cisaillement ont tendance à se former dans le noyau sec. Le

risque est de ne plus avoir un noyau homogène étanche. Les coupes types du barrage indiquent que le noyau est symétrique et s’appuie sur une largeur suffisante pour assurer sa stabilité et donc l‘

étanchéité de l’ouvrage. L’occurrence d’un tel événement est classé faible D.

Liquéfaction

Les matériaux du noyau ne sont pas crus et sableux et donc pas sensibles au phénomène de liquéfaction causé par un séisme. L’occurrence d’un tel événement est donc très faible, classé E.


Système de drainage (filtre amont/aval, tapis drainant)

Le système de drainage peut être inopérant suite :

Pollution aux fines

Le principal problème qui peut se présenter pour le système de drainage est une pollution aux fines. Il supposerait que les fines du noyau viennent migrer dans le drain. De plus le drainage proche de l’organe d’étanchéité pose un véritable risque. L’occurrence de ce risque est faible car il semble

très improbable d’avoir une migration des fines du noyau vu sa granulométrie continue. En effet les granulats qui constituent le filtre respectent les conditions de Terzaghi –condition de non

entrainement des fines : 5d85>D15>5d15.Donc l’occurrence d’avoir un système de drainage inopérant est classée D.

Colmatage/Corrosion des filtres

D’après l’avis du comité technique des barrages et leurs remarques, il y a un risque que le système

de drainage se corrode, d’avoir un colmatage des grains. En effet, d’après les carottages géologiques effectués, la pyrite est présente dans les roches du barrage. La pyrite est susceptible de

former de l’acide chlorhydrique au contact de l’eau. L’étude géologique précise que la pyrite est en très faible proportion. Le risque d’avoir un système de drainage corrodé est donc faible classé D.

Galerie de drainage

La galerie de vidange sert entre autre à évacuer le débit des fondations drainantes. Le principal risque est un colmatage des exutoires causé par des eaux chargées en sédiments. Ce risque est faible

de par la conception de la galerie-pente et exutoires. L’occurrence est donc classée D.

5.3.2. Ouvrage de prise et de vidange

Vanne 2 aval

L’ouvrage de vidange peut être rendu inopérant si la vanne 2 aval fermée en exploitation ne peut

être ouverte. Les causes sont principalement :

Gel

Ces risques peuvent survenir dans la vie de l’ouvrage et sont donc des événements fréquents. La

chambre des vannes est un ouvrage enterré, d’après la carte des gels en France le risque d’avoir un gel est faible. L’occurrence d’avoir une panne sur la vanne causé par le gel est faible, classée D.

Rouille

Les vannes sont conçues et usinées pour résister à ce phénomène. De plus les visites annuelles et

inspections périodiques ne font pas état de rouille sur la vanne qui empêcherait son fonctionnement. L’occurrence d’une non ouverture de la vanne causée par la rouille est un phénomène de faible occurrence, D.


Usure mécanique /hydraulique

La vanne n’est utilisée que très rarement. Il y a très peu de risque d’avoir une usure mécanique de la vanne. L’ouverture et fermeture des vannes est réalisé par le personnel de Veolia qui a l’expérience nécessaire pour prévenir ce risque. L’occurrence d’une non ouverture de la vanne causée par une

usure mécanique est donc un phénomène de faible occurrence, D.

Défaut sur automate de commande

Défaut d’alimentation électrique

Un défaut de l’automate de commande ou un défaut d’alimentation électrique peut empêcher l’ouverture de la vanne. Dans ce cas il est possible d’ouvrir la vanne aval en utilisant le rack

d’azote. Le personnel de Veolia sait se servir et utiliser cette méthode. Le suivi du rack d’azote est effectué régulièrement. En conclusion l’occurrence de ces deux événements est faible classé respectivement D et E.

5.3.3. Digues annexes et retenue

Concernant les berges de la retenue, la situation à risque est le glissement d’une berge dans la

retenue. Cet événement peut être initié par :

Séisme SMP

Les berges de la retenue ont une faible hauteur 3m maximum par conséquent il y a peu de risque

d’avoir un glissement de terrain généralisé. La topographie de la cuvette et la faible pente des versants justifient la probabilité de l’occurrence classée D.

Montée de la sous pression dans les berges

La montée des sous pressions dans les berges est un événement peu probable du fait de la faible perméabilité de la cuvette. Le fonctionnement antérieur n’a pas posé de problème particulier. L’événement est donc classé très improbable, occurrence E.

5.3.4. Evacuateur de crues

Fondations de l’évacuateur des crues

Les événements initiateurs d’une défaillance des fondations de l’évacuateur de crues sont :

Vieillissement prématuré des joints/géomembranes

Un vieillissement des joints ou de la géomembrane entraine une rupture de l’étanchéité des

fondations et par conséquent une montée des sous pressions. Jusqu’ à présent l’auscultation n’a pas permis de mettre en évidence un tel phénomène. Les débits de fuite au niveau de

l’évacuateur de crues sont actuellement tout à fait acceptables et traduisent le bon comportement du radier. Il est vrai qu’en 2009 ces valeurs étaient un peu plus élevées, elles se sont stabilisées depuis. En conclusion, un vieillissement des joints ou de la

géomembrane est un événement peu probable et l’auscultation permettra de prendre les mesures nécessaires en cas de problème évident. L’occurrence est donc classée D.


Séisme SMP

Les fondations de l’évacuateur de crues sont de bonne qualité. Une grande déformation est improbable, occurrence D.

Déversoir :

L’évacuateur de crues peut être rendu inopérant voire ne plus permettre l’évacuateur des eaux à la cote 86,50 NGF suite :

Obstruction par embâcle : troncs/rochers

L’évacuateur des crues est un évacuateur latéral de crue de largeur 9m. Vu ses dimensions géométriques, il est peu probable que l’évacuateur puisse être bouché en cas de fortes pluies par un

arbre ou des rochers. Les terrains surplombant la retenue sont boisés. L’exploitant affirme qu’il arrive que des arbres tombent dans la retenue. Et lors d’une forte pluie les arbres sont emportés dans l’évacuateur de crues un par un. Il n’y a jamais eu de problème auparavant. L’occurrence que

l’évacuateur soit obstrué peut être classé D.

Séisme SMP

Le seuil déversant comme l’ensemble de l’évacuateur de crues est largement dimensionné pour

résister à un séisme. L’évacuateur de crues est massif en béton armé. La probabilité d’avoir une rupture partielle ou totale de l’évacuateur de crues causée par un séisme SMP est donc faible,

occurrence C.

Corrosion anticipée des aciers de structure

La dernière visite fait état de corrosion au niveau des armatures, des armatures au coin amont sont même apparentes. L’ouvrage est massif et largement dimensionné pour assurer sa stabilité. Il est

donc fortement peu probable d’avoir une corrosion anticipée des aciers de structure entrainant la rupture de l’évacuateur de crues. L’occurrence d’une défaillance par corrosion des aciers est

classé D, très faible.

Coursier :

L’obstruction du coursier par des embâcles a pour conséquence une montée de la piézométrie en

aval. Les dimensions du coursier sont appropriées pour permettre l’évacuation des embâcles. L’exploitant n’a pas relevé de problèmes particuliers vis à vis le risque d’obstruction. L’occurrence

d’un tel risque est donc classé D.

Bassin de dissipation :

L’érosion des talus du bassin de dissipation peut être à l’origine d’une montée des sous pressions dans le talus aval. Les visites périodiques n’ont pas relevé de signe particulier d’érosion. Les fondations et les versants du bassin de dissipation sont de bonne qualité. Cet événement est

improbable et donc classé D.


6. EDD des Plats

6.1. Résumé chapitre par chapitre de l’EDD des Plats

Chapitre 1 :

L’exploitant et le propriétaire du barrage des Plats est le Syndicat des Barrages

L’organisme retenu pour suivre le projet de réhabilitation du barrage des Plats est le bureau Stucky.

Chapitre2 :

Périmètre de l’ouvrage : barrage, fondations, ouvrages de sécurité et ouvrages

annexes (vidange de fond, évacuateur de crues central, seuil libre, coursier, bassin amortisseur, bras articulé, retenue)

Zone d’étude : périmètre de l’ouvrage, voies d’accès au barrage, fourniture électrique et réseaux de télécommunication, zone amont et aval, ensemble des

éléments atteints par l’onde de submersion Chapitre 3 :

Le barrage des Plats est un barrage voute construit en 1958, sa première vidange a été réalisée en 1958. Il a été observé de nombreuses fissures sur les parements

amont et le déclavage de ses consoles. Par mesure de sécurité, la retenue n’a pas été remise en eau et un pertuis de 3 m par 3 m a été creusé à sa base.

Au cours des travaux, les joints de clavage de la voûte seront sciés, la voûte sera étanchée par injections et encastrée grâce à des ancrages passifs à un massif en

Béton Compacté Roulé (BCR) interposé à l’aval de la voûte.

Une fois déclavée, la voûte ne travaille plus mécaniquement en tant que telle :

l’effet de voûte est supprimé. Elle fera office d’étanchéité amont du nouveau barrage, et formera un coffrage perdu pour le massif en BCR.

Fondations du barrage

Le périmètre de la cuvette s’inscrit dans un contexte de formations granitiques.

Aucune faille n’a été clairement identifiée.

Vu les épaisseurs des matériaux d’altération en versant et d’alluvions sur la plus

grande surface de la cuvette, la cuvette est relativement étanche. Son fonctionnement antérieur n’a pas posé de problème de fuites significatives.

Compte tenu des matériaux de versant relativement caillouteux et de leur faible pente, une instabilité des versants n’est pas à craindre.

Le massif en BCR a pour fondations

Le toit du granite II en fond de vallée à la cote 898 NGF

Le toit du granite II en rive droite

En conclusion, les fondations du massif en BCR sont saines et la retenue imperméable.


Barrage poids en BCR :

Le corps du barrage est constitué par la voûte du barrage d’origine à laquelle a été

interposé un massif en Béton Compacté Roulé. Ce massif sera compacté par couche de 30 cm.

Interface Voute/ Massif en BCR :

La liaison structurelle entre la voûte et le massif en BCR est assurée par des barres

d’ancrage horizontales de diamètre 32 mm , 2 m de longueur, avec un entre axe vertical de 0,90 m et un entre axe horizontal de 1,2 m .Ces barres sont donc ancrées

dans la voûte par scellement chimique et dans le BCR , enrichi au coulis de ciment sur une largeur minimale de 1,00 m .

Le contact horizontal, au sommet de la voûte est assuré également par ancrages de barrages scellés entre le nouveau béton et le BCR pour prévenir toute fissuration du

massif en BCR et de la structure supérieure en Béton Compacté Vibré.

Etanchéité du barrage :

La voûte aura pour fonction d’assurer la bonne étanchéité du barrage poids. Ce parement amont fera donc l’objet de réparations locales en béton projeté, ainsi que

de micro-injections. Des bandes de géomembrane PVC seront disposées tous les 15 m sur toute la hauteur des joints de la voûte. Ces bandes seront ancrées dans des

plots béton en pied de barrage. Un fond de joint en résine époxy sera appliqué en complément.

Drainage du barrage :

La surface de contact entre le masque amont et le BCR est drainée par

l’interposition d’un géotextile drainant (géo grille) sur toute la surface de contact.

Les fondations sont drainées par 15 collecteurs sub-verticaux de drainage orientés

vers l’aval. Le dispositif de drainage des fondations est constitué par des demi-buses en PVC de diamètre 160 mm d’ entre axe 4 m. Les collecteurs sont répartis de part et d’autre de l’ouvrage et forés à une profondeur d’environ 10 m. L’eau

drainée est évacuée dans la cunette située dans la galerie de pied puis dans l‘ exutoire traversant le barrage en son centre.

En rives, des lanières drainantes seront posées dans la partie amont du nouvel ouvrage. L’exutoire de ces drains se fera dans des collecteurs en rive.

Les débits de fuite seront mesurés séparément pour connaitre l’état du barrage en

permanence.

Ouvrage de prise d’eau :

L’ouvrage de prise d’eau est constitué par un bras mobile permettant le captage de

l’eau à différents niveaux souhaités par l’exploitant. Ce bras mobile en acier galvanisé de diamètre 500 mm est manœuvré par un treuil placé sur le couronnement du barrage et ses câbles.

L’ouvrage de prise d’eau est dimensionné pour une prise de 100 L/s maximum


Ouvrage de vidange :

Il a été également conçu pour répondre aux exigences des règlements français qui

imposent de pouvoir vidanger la moitié de la charge sur le barrage en moins de 7 jours. Le système de vidange répond à ses critères en vidangeant la retenue en un

peu plus de 3 jours.

L’ouvrage de vidange est constitué par :

un ouvrage de tête amont : ouvrage d'entonnement de la vidange de fond,

une conduite métallique en diamètre 800 mm traversant la voûte en béton armé,

la chambre des vannes abritant les deux vannes de vidange,

la conduite métallique en diamètre 800 mm traversant le massif en BCR pour permettre la

restitution des débits.

Evacuateur de crues :

Le débit à évacuer, correspondant au débit de la crue laminé de période de retour

5000 ans, est de 142 m³/s. Les dimensions géométriques de l’évacuateur ont été choisies pour évacuer ce débit.

4 seuils libres en partie centrale de 12 ml de forme Creager

Coursier aval épouse le fruit du parement aval de 0,7H/1V constitués de marches

de hauteur 0,60 m permettant de dissiper 50% de l’énergie

Bassin de tranquillisation en pied aval destiné à assurer la dissipation des débits et

la transition avec le lit mineur du cours d’eau aval

Dispositif d’auscultation :

Jaugeage des eaux de fuite entre la voute et le massif en BCR

Mesure du débit de fuite dans les drains

5 piézomètres électriques implantés dans le rocher de fondation

3 cellules piézométriques

3 pendules inversés pour mesurer les tassements et les déplacements

Renseignements complémentaires

Accès au barrage par la rive droite en empruntant la RD22 traversant le village de

Saint Genest Malifaux (42)

Installations reliées au réseau EDF

Réseau de télécommunication : ligne téléphonique courante et réseau cellulaire

Environnement du barrage :

Pas de risque de chute de véhicules

La commune de Saint Victor de Malescours et le hameau de Moulin Cheval

seraient le plus lourdement impactés en cas de rupture d’ après l’étude de l’onde de rupture


Chapitre 4 :

L’organisation de la prévention des accidents ou incidents parfaitement définie

Consignes de diffusion de l’alerte définies en fonction du débit en aval du barrage

Chapitre 5 :

Les potentiels de dangers liés au barrage des Plats sont les suivants :

Rupture partielle ou totale du barrage et de ses berges Les principales sources à l’origine d’une rupture du barrage sont une désolidarisation de la voute et

du massif en BCR ou une instabilité mécanique. L’ancrage entre la voute et le massif en BCR est constitué d’ancrages passifs calculé pour résister

au cisaillement dans les conditions les plus défavorables : retenue vide en hiver. La stabilité du barrage a été démontrée avec un modèle 2D en considérant les cas les plus défavorables retenue vide en hiver ou été très chaud. La stabilité du barrage a aussi démontrée en

utilisant les critères du CFBR. La sécurité du barrage est donc parfaitement assurée par rapport à tous les modes de rupture : déversement, glissement, soulèvement.

Les matériaux constituant les versants sont relativement caillouteux. De plus la pente des talus ainsi que la hauteur des berges sont très faibles. Aucun mouvement de terrain ou instabilité n’a été observé dans le passé lorsque le barrage voûte était en fonctionnement.

Défaut de fonctionnement des organes de sécurité (évacuateur de crues et vidange)

Une accumulation d’embâcles au niveau des seuils déversants du barrage gênerait le bon fonctionnement des évacuateurs de crue.

Ce risque est limité en raison de la largeur du seuil libre : 48 ml en partie centrale de l’ouvrage répartis en quatre passes de douze mètres. La largeur du déversoir empêche tout risque d’obstruction par embâcle.

Défaut de fonctionnement d’une vanne

En cas de défaillance sur une des vannes de la chambre des vannes, le débit d’eau peut être régulé manuellement au moyen de la vanne de réglage.

Chapitre 6 :

Le risque au gel du barrage des Plats est modéré ou sévère.

L’étude hydrologique utilise la méthode Gradex pour calculer la crue de projet.

L’évacuateur de crues est dimensionné pour évacuer de période de retour de 5000 ans laminé par la retenue.

Le vent peut créer un fort batillage et être à l’origine de vagues d’une hauteur de 0,90 m. La revanche étant de 1,70 m le risque de rupture par surverse d’ autant plus

qu’un barrage poids est peu sensible à ce mode de rupture.

Les versants de l’ouvrage abriteront le barrage des Plats de la foudre.

La géologie ne pose pas de problème particulier, aucune faille n’a été identifiée. Le

terrain de fondation de nature granitique, homogène de bonnes caractéristiques mécaniques et imperméable.

Le site du barrage des Plats est situé en zone sismique faible. L’accélération au

rocher à considérer est d’intensité 0,11 g pour le séisme SMP et pour le séisme

SBE 0,07 g. La note de calcul justifiant la stabilité du barrage n’a pas considéré le rabattement de l’accélération au rocher.


Les versants ne posent pas de problèmes de stabilité particuliers étant donné la

fraction importante caillouteuse et la faible pente des versants. De plus les conséquences seraient très limitées étant donné la hauteur des talus.

Pour lutter contre les incendies, un dispositif de surveillance et un système anti

incendie seront mis en place. Il est fort peu probable qu’un incendie est un impact sur le barrage.

Chapitre 7 :

Concernant les barrages poids, les principales causes de rupture sont un problème

de fondation, instabilité mécanique-glissement-renversement.

Le REX, retour d’expérience, du barrage des Plats –barrage voute- n’a pas relevé

de problèmes particuliers liés à la retenue ou à ses versants.

Le barrage voute était mal dimensionné, résistance mécanique en traction

insuffisante, rapport L/H inapproprié. Les fondations en rive gauche doivent être

consolidées, des injections sont prévues.

L’exploitation ne fait pas état d’événement exceptionnel : crue, séisme ou foudre.

Les événements climatiques exceptionnels relevés pendant l’exploitation du barrage sont principalement la canicule de 2003 et la période de grand froid hivernale de 2005.

Chapitre 8 :

L’événement redouté central correspondant à la rupture partielle ou totale du

barrage des Plats est un événement extrêmement rare avec des conséquences désastreuses.

Chapitre 9 :

Le niveau de risque lié au barrage des Plats après réhabilitation vis-à-vis de la

sécurité publique est jugé acceptable. Ce jugement est fondé sur le respect des consignes écrites.

6.2. Tableau d’APR du barrage des Plats

Le tableau d’APR est inclus dans le chapitre 8, le but de ce paragraphe est de détailler l’analyse qui

a permis de donner l’occurrence de la rupture du barrage des Plats.


Figure 5 : Tableaux d’APR du barrage des Plats



6.3. Justifications du tableau d’APR

6.3.1. Barrage poids en béton

Fondations du barrage des Plats

L’origine des défaillances de la fondation du barrage causant la parte de leur portance peuvent être causées par un phénomène de liquéfaction ou être causée par des grandes déformations du terrain.

liquéfaction des fondations : due à un séisme important, occurrence C pour le séisme SMP (Séisme Maximal Probable) ; la capacité intrinsèque des fondations à résister à une liquéfaction due à un séisme est excellente étant donnée la granulométrie des gores, jamais uniquement

sableuse. En l’occurrence le phénomène de liquéfaction due à un séisme est quasi impossible, donc l’occurrence est classée E.

grande déformation du terrain de fondation :

séisme important : la capacité intrinsèque des fondations à résister à une grande déformation due à un séisme important (occurrence C pour le séisme SMP) est très

bonne de par les caractéristiques mécaniques des roches granitiques. Aucune faille majeure n’est présente sur le site ou à proximité. Un indice de mouvement a été identifié lors de la campagne géophysique de 2010 mais qui ne préjuge en rien d’une

future rupture majeure. L’occurrence de grande déformation des fondations due à un séisme est donc classée D,

un claquage hydraulique peut causer une défaillance de la fondation si les sous-pressions sont trop élevées. Néanmoins, le matériau résistera à des pressions de 2 bars

(voir les essais Lugeon réalisés) constituant la pression maximale suite à la remise en eau du barrage. De plus, étant données les injections réalisées pour consolider le sol en 2001, la capacité intrinsèque des fondations à résister à un claquage hydraulique peut

être considérée comme très bonne. Le risque de claquage hydraulique est un événement improbable, son occurrence est classé E.

Etanchéité et drainage des fondations

Le principal problème qui peut se présenter pour le système de drainage dans les fondations est une défaillance des drains PVC ou leur colmatage. Les drains peuvent se boucher par la présence de

gravillons ou d’eaux particulièrement chargées en sédiments. Néanmoins, le système de drainage est constitué de drains en PVC de diamètre 160 mm implantées avec un entre axe de 4m. Le risque d’une défaillance de l’ensemble du système de drainage est faible. L’occurrence est classée C.

Le séisme SMP est d’occurrence C; les drains pourraient être endommagés suite à un mouvement sismique. Cet évènement est quand même improbable, même si le PVC ne résisterait peut-être pas à

une forte secousse. Vu les caractéristiques et la disposition du système de drainage, le risque de défaillance par Séisme SMP du système de drainage et d’étanchéité peut être classé d’occurrence D.

Corps du barrage

La stabilité de l’ouvrage a été calculée pour tous les cas de figure lors de sa conception. Les modes de défaillance d’un barrage poids sont connus et sont de type glissement, renversement, et

fissurations dues à des tractions qui seraient supérieures à la résistance à la traction du matériau BCR. Dans la note de calcul suivant les recommandations du CFBR, il a été envisagé plusieurs combinaisons : combinaison permanente, rare et accidentelle pour tenir compte des actions rares :

séisme SBE, poussée des glaces, niveau du plan d’eau au niveau PHE ; des actions accidentelles séisme SMP et système de drainage inopérant.

L’ouvrage a été dimensionné pour ne présenter aucune vulnérabilité par rapport à ces principaux modes de défaillance. Les coefficients de sécurité et la marge par rapport aux valeurs


recommandées fournissent une marge de sécurité sécurisante. Pour les combinaisons envisagées, permanentes rares ou accidentelles il n’y a pas de traction en pied amont. Suite à une vidange rapide ou suite à des contraintes thermiques, il peut se développer

des tractions. Un modèle numérique à éléments finis a été mis en place pour étudier ces cas. En conséquence, l’ouvrage résistera bien à la distribution de contraintes. Le risque de défaillance

causée par des tractions en pied amont qui développeraient des fissures est classé faible, occurrence E.

Interface BCR/Voûte:

L’interface entre la Voûte existante et le massif en BCR est constituée par des barres d’ancrage inclinées. Dans le cas de défaillance, le barrage ne serait plus un ensemble monolithique, un

écartement significatif ou un décollement serait préjudiciable à la stabilité de l’ouvrage. Ceci peut-être dû à une corrosion anticipée des ancrages (peu probable sur toute la hauteur), à un écartement

dû à un phénomène extrême de gradient thermique ou de gel. L’efficacité du système de drainage à l’interface est donc fondamentale, ainsi que le maintien de l’étanchéité de l’amont du barrage. La note de calcul et le mode constructif mis en place permet de prendre en compte l’existence de

contraintes thermiques défavorables. La qualité des aciers des armatures, l’enrobage des aciers préviennent les risques de rouille et de corrosion anticipée. Le risque de défaillance causée par les

cycles de gel/dégel est faible mais pas improbable, il est donc classé C.

Galerie de pied :

Les armatures de la galerie de pied ont été dimensionnées pour le cas de charge prenant en

considération une action sismique. Donc l’effondrement de la voûte de la galerie de pied due à un séisme SMP est d’occurrence faible, classé E.

Etanchéité et drainage du corps :

La voûte assure l’étanchéité du corps du barrage ; ses joints ont été sciés et colmatées par un fond

de joint en mastic et une bandelette de géomembrane PVC, spittée par un procédé classique et maintenu en pied dans un plot béton. C’est la partie basse qui sera d’ailleurs le plus à surveiller. Les causes de défaillance envisagées sont de type défaut de fixation de la géomembrane, vieillissement

prématurée de la géomembrane ou cisaillement par exemple en pied lors du coulage du plot béton (pincement). L’occurrence d’apparition des évènements a été classée C pour les deux premières

causes et D pour la dernière ; l’étanchéité de la géomembrane fera l’objet d’un contrôle et d’un suivi précis lors de l’exploitation de l’ouvrage. La partie massive du béton est injectée et réparée ; étant donné que la voûte n’a logiquement plus de

contraintes mécaniques, on considère que la fissuration plutôt horizontale et parfois traversante qui est apparue jusqu’à présent n’apparaîtra plus.

6.3.2. Retenue

Concernant les berges de la retenue, la situation à risque est le glissement d’une berge dans la

retenue ; cependant, étant donné la topographie de la cuvette et de ses berges, les conséquences d’un glissement de versants dans la retenue seront extrêmement limitées, d’autant que l’amont de la cuvette ne serait pas impacté. Ce risque est plus fort lorsque la retenue est vidangé ou en cas de

séisme. Néanmoins les versants de la cuvette sont relativement caillouteux et la pente des versants est faible. Aussi le fonctionnement antérieur, en cas de vidange n’a pas posé de problèmes de

stabilité. Le risque de glissement des berges est classé D.


6.3.3. Ouvrage de vidange

Vanne de vidange :

La vanne de vidange peut s’ouvrir intempestivement causant des débits non souhaités en aval ;

cependant ce phénomène n’aurait aucun impact important en aval il a donc été décidé de ne pas l’intégrer à l’étude (problème d’exploitation et non pas de sécurité). De même pour les problèmes

de non fermeture suite à ouverture. La non ouverture de la vanne amont en cas de nécessité peut être en revanche dommageable. Les inspections périodiques et les essais mécaniques sur les vannes permettraient de prévenir les risques

liés à une usure mécanique, au gel, à la rouille. Les vannes peuvent être manœuvrées électroniquement ou manuellement. Un défaut sur l’automate ou un défaut d’alimentation électrique

à l’origine d’une telle panne sont donc plus rares. L’occurrence la plus fréquente pourrait une défaillance due au gel ; des systèmes de protection thermiques ou de chauffage pourraient être envisagés à l’avenir en cas de problème après quelques années d’exploitation.

Ouvrage de tête de la vidange :

La vidange peut ne pas fonctionner correctement si l’ouvrage de tête est bouché. Les raisons

peuvent venir de la présence de sédiments et de problème d’eaux chargées. Vu les dimensions géométriques de l’ouvrage de tête, le risque est faible. L’occurrence est classée E.

Chambre des vannes :

La manœuvre des vannes nécessite la présence d’un opérateur dans la chambre des vannes.

L’effondrement de la chambre des vannes peut être initié par un séisme SMP ou par une corrosion anticipée des aciers de structure de la voûte de l’ouvrage. L’effondrement empêcherait toute manœuvre des vannes et donc rendrait le dispositif de vidange inopérant ; il pourrait avoir d’autres

impacts sur la structure même du barrage. La structure de la chambre des vannes aura été dimensionnée pour résister aux différents cas de charge. En conséquence le risque d’un effondrement de la chambre des vannes est classé très faible : classé respectivement D et E selon la

cause (séisme pour l’occurrence D).

6.3.4. Evacuateur de crues

Les événements initiateurs d’une défaillance du seuil déversant sont :

obstruction par embâcle : l’évacuateur des crues est à seuil déversant de grande longueur, par

passes de 12 m. Vu ses dimensions géométriques, il est extrêmement peu probable que l’évacuateur puisse être bouché en cas de fortes pluies par un arbre ou un autre embâcle.

L’occurrence que l’évacuateur soit obstrué peut être classé E,

corrosion anticipée des aciers. Des aciers de barrage permettent d’assurer la liaison entre le barrage poids et l’évacuateur de crue. Les conditions d’enrobage et la qualité des aciers et du

béton préviennent tous risque de corrosion ou de problème particulier ; de plus, ces ancrages sont en sur sécurité puisque la résistance au glissement est assurée essentiellement par le frottement

entre les deux matériaux et le traitement de la reprise. Le risque est classé E.


Le coursier à marches peut être endommagé éventuellement suite à des problèmes d’ancrages des marches sur le BCR. Le risque est jugé faible car la structure peut intrinsèquement résister à ces facteurs agressifs. L’occurrence est donc classé D.

Le bassin de tranquillisation peut s’avérer défaillant en cas d’érosion prématurée du rocher de fondation du bassin de dissipation, ce qui pourrait avoir pour conséquence un début de

déchaussement du pied du barrage par l’aval. Vu la qualité du rocher sur lequel il a été décidé de fonder l’ouvrage et le bassin (granite sain de type II), cet évènement est peu probable, il a été classé D.

Dans cette analyse des risques il a été nécessaire de justifier la stabilité du barrage poids aux différents modes de rupture à savoir renversement, glissement et non fissuration du béton suite à des contraintes de traction sur le parement amont.

J’ai donc pris l’initiative de justifier la stabilité du barrage poids en utilisant les recommandations du CFBR. Pour bien faire, j’ai présenté mes calculs sur un tableau Excel. L’avantage étant de pouvoir réutiliser ce tableau lorsqu’il s’agira de traiter la stabilité d’un autre barrage poids.

La première difficulté qui s’est posée était de prendre en considération l’action sismique sur le barrage. J’ai réussi à surmonter cette difficulté en utilisant les formules de Westergard parce que

l’accélération sismique reste faible.

Une autre difficulté a été de comprendre le phénomène d’ouverture des fissures et de mettre en place une méthode simple pour calculer la longueur de fissuration. Dans un premier temps, j’ai tenté d’utiliser et de démontrer les formules de Pera données dans son

ouvrage Réflexions sur un ancien critère de stabilité vis-à-vis de la rupture pour les barrages poids. L’inconvénient de cette méthode est une trop grande simplification du problème en considérant la forme du barrage triangulaire. D’ autre part, la méthode ne permet pas toujours de calculer la

longueur de fissuration. Dans un second temps, j’ai pris connaissance du phénomène d’ouverture des fissures et du critère de Levy dans l’article Barrages rédigé par Alain Carrère . J’ai ensuite compris comment il était

possible de modéliser ce phénomène de fissuration. Finalement j’ai vérifié que le critère de Levy était vérifié en utilisant ma feuille Excel.


C

JUSTIFICATIONS DES

BARRAGES POIDS


C. Justifications de la stabilité du barrage poids

7. Recommandations du CFBR

Pour mener à bien l’étude de dangers du barrage des Plats, j’ai dû mener l’étude de stabilité du

barrage conforté. Pour cela je me suis appuyé des recommandations du CFBR pour justifier sa stabilité. Ces recommandations permettent une approche simplifiée pour étudier la stabilité de barrages poids

conventionnels. Pour étudier la stabilité du barrage des Plats, je vais créer une feuille Excel qui pourra ensuite être

utilisée pour un autre barrage poids. . Il suffira juste de renseigner les nouvelles dimensions caractéristiques du barrage pour calculer les coefficients de stabilité.

Figure 6: Profil en travers d’un barrage poids quelconque

Les actions sont réparties en 3 catégories, Actions permanentes G,

Actions variables Q correspondant à l’action de l’eau, Action accidentelle A correspondant à l’action sismique.

Le guide du CFBR recommande d’étudier les combinaisons d’actions suivantes :

Tableau 5 : les combinaisons d’actions à considérer

Situation de projet Nom de la combinaison

Cote retenue

Risque sismique

Poussée des Glaces

Sous pressions

Situation durable Quasi-permanente RN SP

Situation

transitoire

Rare PHE SP

Rare RN SBE SP

Rare RN Q4 SP

Situation

accidentelle

Accidentelle RN SMP SP

Accidentelle RN SP max

8. Critères de stabilité


8.1. Stabilité au renversement

En considérant la fondation incompressible, le renversement autour de l’axe matérialisé par le pied aval se produit si les forces horizontales T sont nettement supérieures aux forces verticales N.

La résultante sort de la surface de la base. Soit

Le renversement se traduit aussi par un poinçonnement dans la zone du pied aval. En pratique pour vérifier la stabilité au renversement, il s’agira de vérifier que le diagramme de contrainte reste dans

le domaine admissible tant en traction au pied amont qu’en compression au pied aval.

8.1.1. Non traction au pied amont

La condition de non fissuration s’écrit :

Valeur caractéristique de la résistance à la traction du matériau examiné

Coefficient partiel venant affecter la valeur caractéristique de la résistance à la traction

Contrainte dans le matériau au pied amont

Les recommandations du groupe de travail du CFBR donnent des indications très larges sur les

valeurs de résistance à la traction. Pour se placer en sécurité, on s’attachera à considérer la résistance à la traction nulle ;

L’état-limite d’ouverture des fissures s’exprime à partir de la longueur d’ouverture des fissures. La longueur de fissuration est obtenue par un calcul itératif dans lequel on considère que la pleine sous-pression s’introduit dans la partie fissurée de la section.

Les conditions à satisfaire sont résumées dans le tableau suivant : Tableau 6: Etat limite de fissuration issue des recommandations du CFBR

Combinaison d’actions Condition d’état-limite

quasi-permanente - absence de fissure

rare

- ouverture de la fissure au maximum jusqu’au voile de drainage

- ou 25% maximum de la section fissurée en

absence de voile de drainage

8.1.2. Compression au pied aval

La condition de résistance à la compression s’écrit :

Valeur caractéristique de la résistance à la compression du matériau examiné ;

Coefficient partiel venant affecter la valeur caractéristique de la résistance à la compression

Coefficient de modèle de l’état-limite de résistance à la compression

Contrainte dans le matériau au pied aval

Dans le cas présent le rocher de fondation a pour résistance à la compression 100 MPA d’ après les études géologiques sur site.

Etant donné les valeurs des coefficients partiels de sécurité, il suffit de vérifier l’inégalité suivante :


8.2. Vérification de la stabilité au glissement

La condition de résistance à l’effort tranchant s’exprime de la façon suivante :

: Valeurs caractéristiques de la cohésion et de la tangente de l’angle de frottement interne du matériau

Longueur de la section non fissurée étudiée

Composantes normale et tangentielle des actions agissant sur la section étudiée Etant donné les caractéristiques des fondations, la stabilité au glissement consistera principalement à vérifier :

Les fondations du barrage des Plats sont de bonne qualité et peuvent être considérées incompressibles. Les fondations sont de nature granitique. Le substratum rocheux est altéré donc la

cohésion du rocher sera considérée comme nulle. Les résultats des essais mécaniques invitent à considérer l’angle de frottement égal à 50°. Donc

8.3. Coefficients de sécurité

Tableau 7:Coefficients de sécurité

Combinaison Permanente Combinaison rare Combinaison accidentelle

3 2 1

1,5 1,2 1

1 1 1

3 2 1

1 1 1


9. Calcul des Actions

9.1. Actions permanentes

Les actions permanentes sont continues dans le temps, l’intensité est constante. Les actions

permanentes susceptibles de s’appliquer sur le barrage sont les suivantes :

9.1.1. Poids du barrage Go

Le calcul est réalisé à partir des coupes types en prenant en compte la surface S du profil étudié et le poids volumique du béton. Le poids propre est calculé par :

Pour faciliter le calcul du poids du barrage, nous considérons 3 parties : zone amont, couronnement

et zone aval.

9.1.2. Poussée des vases G1h

Des sédiments s’accumulent au pied amont. La poussée exercée se calcule par la formule de Rankine :

Avec

Poids volumique immergé des sédiments ⁄

Épaisseur de la couche de sédiments

La poussée des sédiments est une action défavorable à la stabilité de l’ouvrage. Le diagramme de répartition de la poussée des sédiments est triangulaire. La poussée s’exerce au tiers de la hauteur de

la couche de sédiments.

9.1.3. Poids des vases G1v

Les sédiments s’accumulant sur le parement amont incliné exercent une force stabilisatrice.

9.1.4. Poussée du terrain aval G2h

La poussée du terrain aval se calcule aussi par la formule de Rankine. Il y a un mètre de terre qui

exerce une poussée. Comme pour la poussée des vases, le diagramme de la poussée du terrain aval est triangulaire. La résultante s’exerce au tiers de la hauteur de terrain aval

9.1.5. Poids du terrain l’aval G2v

Dans le cas présent, il y a un mètre d’épaisseur de terrain aval. Ce terrain s’appuie sur le parement aval ce qui vient renforcer la stabilité de l’ouvrage.

9.2. Actions variables

Figure 7: actions variables de l'eau


9.2.1. Poussée hydrostatique amont Q1h

La poussée de l’eau amont tend à renverser le barrage, sa direction est verticale et sa résultante est au tiers de la hauteur.

Poids volumique de l’eau

hauteur d’eau

9.2.2. Poids de l’eau sur l’amont Q1v

Sur le parement amont, l’eau exerce une action stabilisatrice. La direction est verticale. Il faut décomposer le poids de l’eau pour tenir compte du changement de fruit amont. La figure ci-dessus

explicite le calcul du poids de l’eau sur le parement amont.

9.2.3. Poussée hydrostatique aval Q3h

La force est stabilisatrice et s’oppose à la poussée hydrostatique de l’eau amont. Sa résultante est au tiers de la hauteur du niveau d’eau aval.

9.2.4. Poids de l’eau sur l’aval Q3v

L’eau en aval du barrage repose sur le parement aval. La force est stabilisatrice et verticale.

9.2.5. Sous-pressions hydrostatiques Q2

L’eau pénètre progressivement dans le rocher de fondation. Ce phénomène est dû à la porosité, à la fissuration ou à la fracturation de la roche. .Le diagramme des efforts de sous pressions est linéaire.

La sous pression décroit régulièrement de l’amont à l’aval. La résultante s’oppose au poids propre du barrage et a donc un effet déstabilisateur. La répartition de la sous pression dépend du gradient

de la percolation souterraine. Les injections ou dispositifs de drainage tendent à diminuer drastiquement les efforts.

Les dispositifs particuliers de type voile de drainage ou voile d’injection sont pris en compte avec

un coefficient d’efficacité l. Si le système de drainage est inefficace, l=0, la sous pression sous

le drain n’est pas atténué. Le dispositif est performant dans le cas du barrage des Plats donc


l=70%.

L’étanchéité du barrage est constituée par la voûte et par des bandes de géomembranes au droit des joints sciés .Le dispositif de drainage comprend un géotextile drainant au niveau de la surface de

contact entre la voûte et le massif en BCR. Des fondations drainantes sont aussi prévues. Le coefficient de rabattement varie dans le temps compte tenu du phénomène de vieillissement,

colmatage des drains, perte d’efficacité du voile d’injection. Le dispositif d’auscultation permettra de connaitre l’efficacité réelle du dispositif de réduction des sous pressions.

Les voiles d’injection réduisent efficacement les sous pressions, le système le plus fiable et le plus efficace est un système de drainage. Il est nécessaire d’avoir un dispositif d’auscultation pour

évaluer l’efficacité réelle du dispositif.

Figure 8: Notations utilisées

9.3. Actions accidentelles

9.3.1. Analyse pseudo-statique de l’action sismique

9.3.1.1. Action sismique

Le barrage est situé sur une zone sismique faible, en cas de séisme l’accélération sismique est comprise entre 0,07g et 0,11g. Sans données plus précises sur l’aléa sismique, nous considérons un SMP (Séisme Maximal

Possible) de 0,11g et un SBE (Séisme de Base d’ Exploitation) de 0,07g.

Lorsque l’accélération sismique est faible-inférieure à 0,15 g une analyse pseudo – statique fournit des bons résultats. L’analyse pseudo statique remplace les efforts dynamiques par des efforts statiques uniquement

fonction de l’ouvrage et de l’accélération.

Le séisme de référence est le séisme SMP, Séisme Maximal Possible avec une accélération au sol de 0,11g. L’ouvrage doit rester stable et ne pas connaitre de dommages susceptibles de remettre en cause son intégrité structurale. Le séisme SMP est l’événement sismique le plus pénalisant mais qui

reste envisageable au regard de la tectonique régionale

9.3.1.2. Modification du poids propre Go

L’analyse pseudo statique considère une modification de l’accélération de pesanteur causée par

l’action sismique :


Figure 9 : Modification de l’accélération de pesanteur pour la prise en compte des séismes

La principale conséquence est l’application :

d’un effort moteur horizontal supplémentaire d’intensité

Accélération maximale sismique

Masse propre du barrage Coefficient de réduction

d’un effort moteur vertical supplémentaire d’intensité vers le haut

Accélération maximale sismique

Masse propre du barrage Coefficient de réduction

9.3.1.3. Modification de la poussée hydrostatique

La poussée hydrostatique de l’eau se retrouve modifiée. Westergard a démontré que la contrainte de

poussée hydrostatique à une profondeur z se retrouve augmentée. L’expression proposée par Westergard est la suivante :

√

Niveau du plan d’eau

Par intégration la poussée totale additionnelle est :

∫

9.3.2. Sous pression –situation extrême

Cette situation considère qu’il n’y a aucun rabattement de la pression hydrostatique. Le niveau de

charge est extrême. Le but de cette situation est de se prémunir contre ce risque pour éviter la ruine de l’ouvrage.

9.3.3. Poussée des glaces Q4

D’après les recommandations USBR 87, la poussée des glaces à prendre en compte peut être


considérée comme une force ponctuelle d’intensité Q4 : ⁄

La direction est horizontale et l’épaisseur de la glace est de 1,5 m.

10. Calcul de la longueur de fissuration

La cause d’une rupture par renversement est l’existence de forces horizontales suffisamment grandes comparées aux forces verticales pour amener la résultante en dehors de la base de

l’ouvrage. Pour ne pas avoir une contrainte de traction au pied amont il faut que la résultante reste dans le tiers central de l’ouvrage.

Donc pour vérifier la stabilité au renversement il suffit de s’assurer que la contrainte en pied amont n’est pas une contrainte de traction. Si la contrainte au pied amont est une contrainte de traction alors négative, la fissuration est initiée.

Pour se placer en sécurité il est considéré que le béton ne résiste pas à la traction. Cette condition est plus sévère que celle donnée dans les recommandations du CFBR.

10.1. Dynamique des fissures

Initialement la longueur de fissuration est nulle. Si la contrainte au pied amont est une contrainte de traction la fissure se développe sur une longueur lf. La pression hydrostatique est totale dans la

longueur fissurée puis évolue linéairement jusqu’ à l’aval. La fissuration du béton se stabilise lorsqu’ il n’y a plus de contrainte de traction au pied amont de la section non fissurée. Le calcul de la longueur de la fissure se fait donc par itérations successives jusqu’à obtenir une contrainte au

pied amont de la section non fissurée positive. Si un équilibre est atteint donc si la fissure est convergente, la vérification de non glissement doit

être vérifiée. Deux cas sont à envisager pour mener les calculs :

Si la longueur des fissures reste inférieure à la distance D entre le pied amont et les drains, la

distribution des sous pressions est comme ci-dessous :

Figure 10: Diagramme des sous pressions

Dans le cas contraire pour une longueur de fissuration supérieure à la distance D, la

distribution des sous pressions devient : Figure 11: Diagramme des sous pressions


10.2. Calcul des contraintes

En prenant un tronçon du barrage de longueur AB et de largeur 1m, la contrainte de réaction se calcule par la formule de Navier. L’axe des x a pour origine G centre de gravité de la section non

fissurée.

Excentricité de la résultante des forces par rapport à G

11. Analyse de la stabilité du barrage des Plats

Pour démontrer la stabilité du barrage des Plats après confortement, nous étudierons 3 sections caractéristiques : section de rive, section déversante et section centrale.

Dans le cas présent je traiterai le calcul de stabilité de la section déversante. La coupe transversale de la section déversante du barrage des Plats est donnée ci-après. D’ après la coupe transversale et étant donné la définition des cotes caractéristiques d’un barrage :

B=1,50 m, largeur de couronnement

ZFAM=917 NGF, cote de changement de fruit amont

FAM=0, 09, fruit amont parement quasi-vertical

ZFAV=917 NGF, cote de changement de fruit aval

FAV=0,70, fruit aval

ZC=917 NGF, cote de couronnement

ZF=897 NGF, cote des fondations

ZS=900 NGF, niveau du TN amont


Figure 12:Coupe transversale du barrage des Plats-section déversante


11.1. Mise en forme de la feuille Excel

La sous pression doit tenir compte de l’existence de fissures dans son expression. En particulier

l’expression de la sous pression dépend de la longueur de fissuration par rapport à la distance amont-drain. L’opérateur SI permet de définir l’expression de la sous pression.

Pour vérifier les calculs, il est possible de réaliser un équilibre des forces verticales et un équilibre des moments.

Une fois que tout est paramétré les coefficients de sécurité peuvent être calculés. Un ouvrage bien

dimensionné comme le barrage des Plats doit avoir des coefficients bien supérieurs aux valeurs requises. Le calcul de la longueur de fissuration du béton n’intervient en pratique lorsque l’on étudie un

barrage mal dimensionné. Par exemple dans le cas du barrage de l’Echapre, la contrainte amont est une contrainte de traction.


Figure 13: Tableau Excel -Stabilité d'un barrage poids

Combinaison accidentelle : Séisme SMP

BARRAGE DES PLATS - SECTION DEVERSANTE

COMBINAISONS RARES RN SPMax PHEE SMP DEFAIL

données à fournir en rouge données déduites

abrev. désignation valeur désignation valeur

ZF cote des fondations(NG) 897,00

ZEAM cote plan d'eau retenue (NG) 917,00

ZS niveau sédiment(NG) 900,00 gmC 1,00

DIS gama immergée sédiments(t/m3) 0,80 gmtanj 1,00

KPS Kp sédiments 0,50 gd1 1,00

ZEAV niveau d'eau aval(NG) 897,00 gmfc 1,00

ZTAV niveau terrain aval(NG) 898,00 gd2 1,00

DTAV gama terrain aval(t/m3) 1,80 gmft 1,00

KPT Kp terrain aval 0,50

ZC cote couronnement (NG) 917,00 hauteur du barrage (m) 20,00

ZFAM cote changt fruit amont(NG) 917,00

FAM fruit pied amont 0,09 hauteur d'eau (m) 20,00

B largeur couronnement(m) 1,50 longeur à la base (m) 17,30

ZFAV cote fruit aval (NG) 917,00

FAV fruit aval 0,70 poussée d'eau (t) 200,00

D distance drain (m) 3,00 section (m2) 188,00

LF longueur fissurée(m) 0,00

SPA SP en pied amont(me) 20,00

SPDM SP max au droit des drains(me) 16,53

SPD au droit des drains(efficacité70%) 4,96 longueur non fissurée(m) 17,30

SPB .en pied aval(me) 0,00 tiers central(m) 2,88

Kg séisme k(G) 0,11

Gb gama béton (t/m3) 2,40

abrév désignation N (t) x (m) T (m) y (m) MT (tm)

Go1 zone amont 43,20 -7,45 -321,84

Go2 couronnement 72,00 -6,10 -439,20

Go3 zone aval 336,00 -0,68 -229,60

Go poids propre total 451,20 -2,20 -990,64

Q1v1 au-dessus changt fruit 0,00 -7,75 0,00

Q1v2 en-dessous changt fruit 18,00 -8,05 -144,90

Q1v poids de l'eau sur l' amont 18,00 -8,05 -144,90

G1v poids des vase sur l' amont 0,32 -8,56 -2,77

Q3v poids de l'eau sur l' aval 0,00 8,65 0,00

G2v poids du terrain sur l' aval 0,63 8,42 5,30

Q1h pousée de l'eau amont 200,00 6,67 1 333,33

G1h pousée des vases amont 1,80 1,00 1,80

Q3h pousée de l'eau aval 0,00 0,00 0,00

G2h pousée du terrain aval -0,20 0,33 -0,07

Q21 sous pression sur fissure 0,00 -8,65 0,00

Q22 sous pression amont drains -22,56 -7,65 172,59

Q23 sous pression amont drains -14,88 -7,15 106,38

Q24 sous pression aval drains -35,46 -0,88 31,32

Q25 sous pression aval drains 0,00 1,50 0,00

Q2 sous pression totale -72,90 -4,26 310,30

Ase surpoussée de l'eau due au séisme 24,44 8,49 207,49

As1 séisme sur zone amont -0,95 -7,45 3,18 6,67 28,31

As2 séisme sur zone centrale -1,58 -6,10 5,31 10,00 62,73

As3 séisme sur zone aval -7,39 -0,68 24,76 6,67 170,14

AsG total effet du séisme sur poids propre -9,93 33,25 261,17

PG Pousée des glaces 0,00 19,25 0,00

EFFORTS RESULTANTS TOTAUX 387,33 -2,12 259,30 5,95 981,01


11.2. Interprétation des résultats

Pour la combinaison accidentelle en considérant un séisme SMP, la contrainte amont est positive.

Donc la stabilité au renversement est vérifiée. Le facteur de sécurité au glissement est de 1,79 donc supérieur à l’unité. La stabilité au glissement

est vérifiée. Il n’y a pas de problèmes pour la contrainte à l’aval.

Tableau 8 : Calcul des contraintes

Tableau 9 : Calcul des coefficients de sécurité

Tableau 10 : Coefficients de sécurité-Zone déversante

Les coefficients de sécurité prennent des valeurs acceptables et indiquent que l’ouvrage est bien

dimensionné par rapport aux potentiels de dangers caractéristiques d’un barrage poids. En conclusion, les occurrences d’une rupture du barrage poids par renversement, glissement ou par

ouverture de fissures sont très faibles. Le niveau de risque lié au barrage des Plats vis-à-vis de la sécurité publique peut être jugé acceptable.

POSITION DE LA RESULTANTE % AU CENTRE (m): 2,5328

TANGENTE PHI: NA NB

CONTRAINTES NORMALES (t/m2): 2,7 42,1

COEF DE SECURITE A LA TRACTION: Ft(t/m2)= 25 FT= INFINI

COEF DE SECURITE AU GLISSEMENT C(t/m2)= 0 tgPhi= 1,20 FPhi= 1,79

COEF DE SECURITE A LA COMPRESSION : Fc= 1000 FC= 23,78

Combinaison FT Traction amont

FC Compression aval

Fphi Glissement

Quasi-permanente INFINI 10,03 1,58

Rare PHE INFINI 12,92 1,73

Rare SBE INFINI 12,87 1,64

Rare Glace INFINI 11,4 1,73

Accidentelle SMP INFINI 23,78 1,79

Accidentelle SPmax INFINI 32,02 1,77


Conclusion

J’ai réalisé ce stage de fin d’étude au sein du bureau Stucky Ingénieurs Conseils, bureau de maitrise d’œuvre en infrastructure hydrauliques après un semestre passé en Norvège dans l’université NTNU. Au cours de ce semestre, j’ai eu l’occasion d’acquérir les connaissances théoriques dans le

domaine des barrages.

Ce projet de fin d’étude sur le thème des études de dangers de barrages m’ a principalement permis d’ acquérir une certaine expertise concernant la sécurité des ouvrages hydrauliques. Au cours de mon stage d’une durée de 5 mois, j’ai eu l’occasion de réaliser des visites techniques

approfondies de barrages, des rapports d’auscultation et de rencontrer des maitres d’ouvrage pour présenter des études de dangers.

Les missions que j’ai eu à réaliser ont exigé que je prenne des initiatives. En particulier, j’ai été amené à réaliser des calculs de stabilité de barrage poids et à interpréter des essais géotechniques et

notamment de perméabilité.

Pour réaliser des études de dangers, il faut analyser des rapports géotechniques, de géologie, d’hydrologie et synthétiser les résultats et ne retenir que les informations ayant trait à la sécurité du barrage.

Je me suis appuyé sur de nombreux documents pour pouvoir finement analyser la sécurité du barrage.

En conclusion, ce stage m’a permis d’acquérir des compétences dans le domaine de la sécurité des barrages et dans de nombreux domaines tels que la géotechnique, l’hydraulique, la géologie. Ce

stage m’a aussi permis d’affiner mon projet professionnel.


Références bibliographiques

Durand, Royet, Meriaux. Technique des Petits Barrages en Afrique Sahélienne et équatoriale. Lautrin. Vieillissement et réhabilitation des petits barrages en terre. Degoutte. Petits barrages.

Technique des barrages en aménagement rural CFBR. Recommandations pour la justification de la stabilité des barrages poids.

Schleiss. Cours de barrages. Degoutte, Royet. Sécurité des barrages en service. ICOLD (2000). Systèmes d’auscultation automatique des barrages.

ICOLD (1987). Sécurité des barrages. Marche. Barrages, crues de rupture et protection civile

Cassan. Les essais de perméabilité sur site dans la reconnaissance des sols. Valenti, Bertini. Barrage de Malpasset.

Documents

ETUDE DE DANGERS - eprints2.insa-strasbourg.freprints2.insa-strasbourg.fr/839/1/Mémoire.pdf · environemment concertation a. vaxelaire ingenieurs a.s prost s. lasneexpert j. lecocq