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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
عنابة-جامعة باجي مختار
UNIVERSITE BADJI MOKHTAR- ANNABA
FACULTE DES SCIENCES DE l’INGENIORAT
DEPARTEMENT D’HYDRAULIQUE
MEMOIRE DE MASTER DOMAINE SCIENCES ET TECHNIQUES
FILIERE HYDRAULIQUE
OPTION OUVRAGES HYDRAULIQUE
Thème
ETUDE DE LA POSITION EFFICACE D’UN NOYAU ARGILEUX DANS LES BARRAGES EN TERRE
Présenté par: Dirigé par:
AMMARI ISHAK
BENREBIAA RABEH Mme. BOUSLAH SORAYA
Jury de soutenance:
Président :
- M. DJEMILI LAKHDAR PR UNIVERSITE ANNABA
Examinateurs:
- M. TOUMI ABDELHAMID MAA UNIVERSITE ANNABA
- Mme HACHEMI RACHEDI LAMIA MCB UNIVERSITE ANNABA
Promotion : JUIN 2018
REMERCIEMENTS
On remercie dieu le tout puissant de m’avoir donné le privilège et la chance
d’étudier et de suivre le chemin de la science.
On remercie en second mes parents, qui ont sacrifiés leur vie pour notre
bien.
On adresse mes vifs remerciements à mon encadreur Mme. BOUSLAH pour
sa compréhension, ses conseils, son aide et ses orientations efficaces.
On tient également à remercier M. DJEMILI d’avoir accepté de présider le
jury de mon projet de fin d’étude.
Aussi on remercie M. TOUMI et Mme. Hachemi Rachedi qui ont bien voulu
examiner notre travail. Leur présence va valoriser, de manière certaine, le
travail qu’on a effectué.
Enfin on remercie tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin dans la
réalisation de ce projet de fin d’étude.
Merci à tous
Résumé
Les barrages de type homogènes sont souvent les plus économiques et les plus faciles à
réaliser. Néanmoins, les quantités de matériaux étanches, sur site, ne sont pas toujours
suffisantes pour dresser la totalité des remblais. Le recours à la conception des barrages à
noyaux étanches constitué une variante compétitive par rapports aux autres types. Les noyaux
centraux en argile offrent l’avantage de leur facilité de réalisation relative par rapport à ceux
avancés et inclinés. L’étude vise une analyse comparative entre les barrages à noyaux
centraux et ceux à noyaux inclinés avancés et reculé par rapport à l’axe du barrage. Le travail
est mené par l’intermédiaire de la modélisation, en s’articulant sur une analyse paramètre des
critères liés à la position et configuration de la ligne de saturation, le débit de fuite et variation
du champ de pression interstitielles.
Mots clés : Barrages, noyau central, noyau incliné, SEEP, modélisation
Abstract
Homogeneous type dams are often the most economical and easiest to make. Nevertheless,
the quantities of waterproof materials, on site, are not always sufficient to erect all the
embankments. The use of sealed stone dam design is a competitive alternative to other types.
The central of cores clay offer the advantage of their relative ease of realization compared to
advanced and inclined ones. The study aims at a comparative analysis between dams with
central cores and those with advanced inclined cores and moved backwards with respect to
the axis of the dam. The work is conducted via modeling, articulating on a parameter analysis
of the criteria related to the position and configuration of the saturation line, the leak rate and
variation of the interstitial pressure field.
Keywords: Dams, central core, sloping core, SEEP, modeling
صملخال
في ةذنفوالغير ذلك، فإن كمية المواد . ومع لالنجازسل األاقتصادا و األكثرغالبا ما تكون السدود من نوع متجانس
استخدام تصميم سد الحجر المختوم هو بديل تنافسي ألنواع أخرى. توفر نوى ك السدودالنجاز الموقع، ليست دائما كافية
. تهدف الدراسة إلى إجراء تحليل مقارن والمائل المتقدمميزة سهولة تحقيقها النسبية بالمقارنة مع النوى المركزيالصلصال
محور السد. يتم إجراء النسبة لواالنتقال إلى الخلف ب المتقدم بين السدود مع النوى المركزي واألخرى ذات النوى المائل
العمل عبر النمذجة ، مع توضيح تحليل المعلمات للمعايير المتعلقة بموضع وتكوين خط التشبع ومعدل التسرب وتغير مجال
.المسامالضغط
.خط التشبع، البرمجة ،المائلالنوى السدود، نواة مركزية، كلمات البحث:
Remerciements
Résumé
Table des matières
Listes des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations
Introduction générale
Chapitre 1 : généralités sur les barrages
1.1. Introduction……………………………………………………………………………….1
1.2. Les différents types de barrage...........................................................................................1
1.2.1. Barrages en béton ……………………………………………... ……………….……....1
1.2.2. Barrages poids …………….............................................................................................2
1.2.3. Barrages en voûte…………………………………………….. ……………………….. 2
1.2.4. Barrages à contreforts ....................................................................................................3
1.2.5. Les barrages en béton compacté au rouleau (BCR) ........................................................4
1.3. Barrages en terre ………………………………………….…………………………...…4
1.3.1 Les barrages en terre homogènes …….………. ............................................................5
1.3.2 Les barrages en terre à noyau étanche ……………......................................................6
i) Le barrage à noyau central ..................................................................................................6
ii) Barrage noyau incliné …………........................................................................................6
1.3.3 Les barrages en terre à masque amont ..........................................................................7
1 .4. Les organes d’étanchéités des barrages en terre …...…………………………………….8
1.4.2 Noyau en argile compacté ………………......................................................................9
1.3.2 Diaphragme interne ………………. ...............................................................................9
1.4.3 Masque amont …………....……………………………………………………………10
i) Masque en béton de ciment .…………………………………………………………………………………………..10
ii) Masque en béton bitumineux ..............................................................................................10
iii) Masque en acier …………………………………………….……………………………11
iv) Masque en terre .................................................................................................................11
1.4.4 Etanchéité des fondations des barrages en terre ………………..................................11
i) Clé d’étanchéité…………………. .....................................................................................12
ii) Paroi moulée ......................................................................................................................12
iii) Tapis d’étanchéité amont ..................................................................................................13
1.4.5 Etanchéité du massif ......................................................................................................14
Conclusion……………………………………………………………………………………14
Chapitre 2 : Présentation de la zone d’étude
2. Introductions………...……………………………………………………………………..15
2.1 Localisation et objectif……………………………………………………………………15
2.2 Topographie………………………………………………………………………………17
2.3 Géologie de la cuvette……………………………………………………………….……17
2.4 Les caractéristiques techniques du barrage……………………………………………….18
2.5 La digue………………………………………………………………………………….19
2.6 Les ouvrages annexes………………………………………………………………..……20
i) La vidange de fond …………………………………………………………………...….20
ii) La tour de prise…………………………………………………………………………..21
iii) Evacuateur de crue et dérivation provisoire…………………………………………….22
iv) Evacuateur n l………………………………………………………………………..….22
iv) Dérivation provisoire ………………………………………………………...…………23
2.3. Conclusion……………………………………….…………………………………........24
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages
3.1 Introduction .................................................................................................................... .25
3.2 Equation de la ligne de saturation…………………………………………………….....25
3.2.1 Distance entre les deux points d’intersection du plan d’eau avec la parabole théorique et
le talus amont ................................................................................................... ……………..26
3.2.1.1 Méthode de Casagrande .................................................... ………………………. .26
3.2.1.2 Méthode du changement du talus amont. ................................................................... 26
3.2.2 Détermination du point d’intersection de la ligne de saturation avec le talus aval ......27
3.2.3 Digue non homogène…………………………………………………………………...29
3.3 Détermination des pressions interstitielles. …………………………………………….30
3.3.1 Introduction ....................................................................................................................30
3.3.2 Utilisation des réseaux d’écoulement.................................…………………………….31
3.4 Gradient hydraulique et vitesse critique de percolation .…………………………..…....32
Conclusion ..............................................................................................................................33
Chapitre 4 : Présentation du logiciel (géo studio)
4.1 Introduction du logiciel……………………………………………………………..........36
4.2 Définition de la barre d'outils…………………………….……………………….…...….38
4.3 Les étapes……..……………………………………………………………….………….38
4.3.1 Préparation de la page…………………………………………………...……………...39
4.3.2 Dessiner le barrage : …………………………………………………………....…….40
4.3.3 Définir les régions de la retenue ……………………………………………….…….41
4.3.4 Définir les caractéristiques géotechniques des MDC…………………………….….…42
4.3.5 Le coefficient de perméabilité (K) ……………………………………………...…..44
4.3.6 Création des MDC…………………………………………………………….………..45
4.3.7 Définir les conditions aux limites et le maillage de la digue :……………………….....46
4.3.8 L’AXE FLUX : …………………………………………………………………....…47
4.3.9 Vérification des erreurs avant de les calculer ………………………………..………47
3.5. Calcule………………………………………………………….……..……………...….48
3.6 Les résultats ……………………………………………..………………………………51
3.6.1 Dessin de barrage Geo-studio ………………………………….…………....……….51
Chapitre 5 : Résultats et discussions
5.1 Introduction…………………………………………………………………...…….…….52
5.2 Les cas d’étude……………………………………………………………….………...…52
5.3.Calcules de débit de fuite et la ligne de saturation………………….………….…...….…52
5.3.1 Les conditions aux limites…………………………………………………….………...53
5.3.2 Exemple de calcul de la ligne de saturation………………………………………...…..55
5.3.3 Résultats et discussion………………………………………………………....….……56
5.4 Les débits de fuites ……………………………………………………………….………59
5.4.1 Le rabattement………………………………………………………………….…..…..59
5.4.2 Les courbe de la ligne de saturation ………………………………………………....…60
5.4.3 Les charges totales et les pressions interstitielles au niveau NNR….………………..…61
5.4.4 Les charges totales et les charges hydrauliques au niveau NPHE….………………..…64
5.4.5 Les charges totales et les charges hydrauliques au niveau MIN…….………………….67
5.4.6 Interprétation de la ligne de charge et les pressions interstitielles.………………….….68
5.5 Le cas du noyau incliné vers l’amont pour deux cas 85 m et 25 m .………………….….69
5.5.1 La ligne de saturation au niveau NNR …………………………..……………….……69
5.5.2 Charge totale et pression interstitielle incliné amont 25m et 85 m …..…………….…71
5.5.3 La ligne de saturation au niveau NPHE…………………………..…………………….72
5.5.4 Charge totale et pression interstitielle incliné amont 25met 85 m ……………………73
5.5.5 La ligne de saturation au niveau MIN…………………….…………………………….74
5.5.6 Charge totale et pression interstitielle incliné amont 25m et 85 m MIN……..……….75
Conclusion…………………………………………………...……………………………….76
Liste des figures
Figure 1.1 : Coupe transversale d’un barrage poids ..................................................................2
Figure 1.2 : Coupe transversal d’un barrage en voute. ……………………………………..…3
Figure 1.3 : Coupe transversale d’un barrage à contreforts ......................................................3
Figure 1.4 : Barrage en terre homogène .....................................................................................5
Figure 1.5 : Barrage à noyau central ..........................................................................................6
Figure 1.6 : Barrage noyau incliné ............................................................................................7
Figure 1.7 : Barrage en terre à masque amont ..........................................................................8
Figure 1.8 : Etanchéité par noyau en argile compacté ............................................................ 9
Figure 1.9 : Barrage à diaphragme interne .............................................................................. 9
Figure 1.10: Barrage à masque en béton de ciment ............................................................ .. 10
Figure 1.11 : Barrage à masque en béton bitumineux ....................................... ………….... 11
Figure 1.12 : Clé d’étanchéité réalisée dans les fondations de barrage en terre ..……………12
Figure 1.13 : Barrage à paroi moulée ..................................................................................... 13
Figure 1.14 : Barrage avec tapis amont ...................................................................................13
Figure 2.1 : Localisation du barrage Hammam Debagh …………………………………….15
Figure 2.2 : Disposition générale des ouvrages ; Source : ANB (1985)……...……………....18
Figure 2.3 : Coupe en travers du Barrage Hammam Debagh ; Source : ANB (1985)..……...19
Figure 2.4 : La vidange de fond……………………………………………………..……….21
Figure 2.5 : Tour de prise barrage Bouhamdane………………………………….....………..22
Figure 2.6 : Evacuateur de crue barrage Bouhamdane……………………………....……..23
Figure 3.1 : Ligne de saturation dans barrage en terre non drainé d’après Kozeny ........... 25
Figure 3.2 : Détermination de la grandeur pour la correction de la ligne de saturation à
l’amont .................................................................................................................................... 26
Figure 3.3 : Correction de la ligne de saturation avec le parement aval .............................. 27
Figure 3.4 : Courbe de Casagrande pour la détermination du paramètre alpha…………….28
Figure 3.5 : Ligne de saturation pour une digue non homogène ...........................................29
Figure 3.6 : Tracer des ligne des courants et des ligne équipotentielles………..……...……..31
Figure 3.7 : Détermination de la pression interstitielle………………………………...…..…32
Figure 4.1 : : Fenêtre de lancement……………………………………………………..…….36
Figure 4.2 : la barre d’outils…………………………………………………………….…….38
Figure 4.3 : barrage Hammam Debegh avec Geo-studio…………………………..………..51
Figure5.1 : Les conditions aux limites cas noyau incliné 85 en NPHE ……………........… 55
Figure 5.2 : la ligne de charge par SEEP/W…………...………………………………..……55
Figure 5.3: exemple des coordonnés de la ligne de saturation ………………………………56
Figure5.4 : Ligne de saturation (cas NNR) ……………...…………………………….…….57
Figure 5.5 : Ligne de saturation (cas NPHE) …………………………………………….58
Figure 5.6 : Ligne de saturation (cas MIN) …………….………………………………….59
Figure 5.7 : Ligne de saturation en niveau NNR (cas 2) ……………...…………………….60
Figure 5.8 : Variation de la charge totale……………………………………………….…….61
Figure 5.9 : Variation de la pression interstitielle………………………...…………………..62
Figure 5.10: ligne d saturation en niveau NPHE ( cas 2) …….…………………..………..63
Figure 5.11 : Variation de la charge totale…………………………………………………....64
Figure 5.12 : Variation de la pression interstitielle…………………………..……………….65
Figure 5.13 : ligne de saturation en niveau MIN (cas 2) .…...………….…………….….. 66
Figure 5.14 : Variation de la charge totale…………………………………………………....67
Figure 5.15 : Variation de la pression interstitielle…………………………………………..68
Figure5.16 : Ligne de saturation au niveau NNR (cas 3)……………………………………..70
Figure 5.17 : Variation de la charge totale…………………...……………………………….61
Figure 5.18: Variation de la pression interstitielle…………………………………………....61
Figure 5.19: ligne de saturation au niveau NPHE (cas 3)………………….………...……….72
Figure 5.20: Variation de la charge totale…………………………………………………….73
Figure 5.21 : Variation de la pression interstitielle………………………………….………..73
Figure5.22 : ligne de saturation au niveau MIN (cas 3)………..……………………..………74
Figure 5.23 : Variation de la charge totale…….……………………………………..……….75
Figure 5.24 : Variation de la pression interstitielle………………………………….………..75
Liste des tableaux
Tableau 2.1 : Caractéristique du barrage…………………………….………………………..16
Tableau 2.2 : Caractéristiques du bassin versant……………………………………………..16
Tableau 2.3 : caractéristique de la digue (ANB 1985)………………………………………..20
Tableau 2.4 : caractéristique de la retenue (ANB 1985)…………………………………..….20
Tableau 3.1 : les expressions de Δl2 en fonction de α…………………………………….….29
Tableau 3.2 : la valeur de coefficient (c) en fonction de la nature du sol………………….…34
Tableau 5.1 : Les matériaux de construction et leur coefficient……….………………….….53
Tableau5.2 : les conditions aux limites des cas étudiés…………………………………...….54
Tableau 5.3: Les débits de fuite des cas étudiés…………………………………………..….59
Tableau5.4: coordonnée de la ligne de saturation en niveau NNR (centre, amont, aval)…….60
Tableau5.5 : coordonnée de la ligne de saturation en niveau NPHE (centre, amont, aval).….62
Tableau 5.6 : coordonnée de la ligne de saturation en niveau MIN (centre, amont, aval)...….66
Tableau 5.7 : Ecart des valeurs de débit de fuit d’amont par rapport au centre et aval………69
Tableau 5.8 : coordonnée de la ligne de saturation en niveau NNR …………..…………….70
Tableau 5.9: coordonnée de la ligne de saturation en niveau NPHE …………..…………….72
Tableau 5.10 : coordonnée de la ligne de saturation en niveau MIN …………..…………….74
Tableau5.11 : Ecart des valeurs de débit de fuite incliné amont 85m par rapport au incliné
amont 25m et incliné amont 56m……………………………………………………………..76
Liste des abréviations
ANBT Agence Nationale des barrages transferts
ANB Agence Nationale des barrages
NNR Niveau Normal de la Retenue
NHPE Niveau plus Hautes Eaux
MIN Niveau Minimal
∆ : Distance entre les deux points d’intersection du plan d’eau avec la parabole théorique et le talus
amont ;
m1 : Pente du talus amont
H1 : Charge à l amont
Z1 : la hauteur d’eau mesurée au point M1.
Z2 : la hauteur d’eau mesurée au point M1.
ᵧw: le poids volumique de l’eau
H : charge hydrostatique
L: longueur de percolation
H : charge hydrostatique totale
C : coefficient dépendant de la nature du sol
Introduction générale
Introduction générale
La conception d’un barrage est très complexe car peu répétitive et c’est en fonction des
conditions du site, des fondations, des matériaux disponibles et du coût de réalisation que le
type de barrage est adopté, et il peut être souple ou rigide. La technique de construction des
barrages est devenue un art bâtit sur des méthodes empiriques de plus en plus perfectionnées
au fil du temps mais avec parfois des accidents meurtriers et très destructifs. La technique de
construction des digues en terre est de plus en plus privilégiée, même si elle est récente, elle
ne cesse d’évoluer, seulement beaucoup de phénomènes restent non élucidés. Des méthodes
ou des doctrines, sont peu ou pas du tout étudiées pour faire l’unanimité tant sur le plan
économique que sur le plan de stabilité de l’ouvrage. Les drains dans les barrages en terre sont
des éléments constructifs essentiels et indispensables à la lutte contre les problèmes
d’infiltration en rabattant la ligne phréatique au maximum pour maintenir une grande partie de
l’ouvrage non saturée, ce qui renforce sa stabilité mécanique. Parmi les multiples conceptions
des barrages en terre, deux d’entre- elles se démarquent par leur adoption plus ni moins
généralisée. Il s’agit des barrages homogènes et à noyaux étanchés. La deuxième variante est
souvent adoptée en cas d’insuffisance quantitative des matériaux imperméables. Les barrages
à noyau se classent en deux catégories principales. On distingue ceux à noyau central vertical
et ceux à noyau incliné.
Beaucoup de critères rentrent en jeu pour le choix du type de rayon à concevoir en
l’occurrence : la position du noyau par rapport à l’axe du barrage en particulier celle amont.
Distribution des champs de pressions interstitielles en liaison avec les critères d’érosion
mécanique.
Partant de toutes ces considérations, le présent travail, vise une étude comparative entre les
différentes variations de dispositions et de configuration du noyau des barrages en terre.
Par le biais de la modélisation, et en utilisant le code de calcul SEEP, version 2007, une
analyse paramètres a été engagée sur quinze variantes de conception :
- Barrage à noyau central vertical avec charge amont (trois variantes NNR, NPHE et
niveau minimal)
Introduction générale
- Barrage à noyau avancé incliné de 56 m (trois variantes NNR, NPHE et niveau
minimal).
- Barrage à noyau décalé incliné vers l’aval (trois variantes NNR, NPHE et niveau
minimal)
- L’analyse des résultats a permis la comparaison entre les différentes variantes de la
conception ainsi que des orientations pour le choix de celle la plus faisable.
Pour aboutir à tous ces objectifs, le mémoire a été structuré en cinq chapitres à savoir :
Chap1 : synthèse bibliographique ;
Chap2 : la zone d’étude du barrage choisi ;
Chap3 : Les infiltrations dans les barrages en terre ;
Chap4: matériels et méthodes ;
Chap5: résultats et discussions.
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
1
1.1.Introduction
Les barrages ont une grande importance dans notre société, tant sur le plan économique
qu'environnemental. On dénombre deux grands types de barrages : les barrages en remblai et
les barrages en béton.
Comme toute construction, ces barrages sont exposés à des dommages qui peuvent aller des
fissurations ou fracturations à la rupture du barrage. Depuis les années 80, des études sur les
barrages ont de plus en plus éclairci les causes associées à ces dommages. L'érosion interne,
qui conduit pour la plupart à la présence de fuites d'eau dans le barrage; est considérée parmi
les principales causes de dommage, donc il est nécessaire d'effectuer des inspections et
d'adopter des programmes de surveillance appropriés pour obtenir plus d'informations sur le
statut des barrages en remblai. Ceci est notamment évalué par la mesure des infiltrations ou
l'évaluation des fuites, la mesure des pressions et l'observation des mouvements (en surface ou
sur les flancs). Les mesures d'infiltration donnent une bonne couverture du barrage entier, par
rapport à celle de la pression et des mouvements qui fournissent des informations ponctuelles.
Toutefois, des petits changements locaux pourraient ne pas être détectés par la mesure des
infiltrations ou pourraient ne pas survenir en des lieux coïncidant avec les opérations
ponctuelles. Ceci joue sur la sensibilité des méthodes à détecter les petits changements.
1.2.Les différents types de barrage
1.2.1.Barrages en béton
Il existe trois types de barrages en béton, les barrages poids, en voûtes et à contreforts. Ils
sont pourvus de galeries qui donnent un accès à l'intérieur du barrage pour l'inspection, le
contrôle du comportement du barrage.
Le problème majeur des barrages en béton est la fissuration dont les deux causes majeures
sont:
les réactions internes au barrage entre les différents composants dubéton;
les causes externes telles que le changement de température, le tassement des
fondations et les charges dynamiques causées par les tremblements de terre.[1]
Les barrages en béton ont des points communs. D'une part, l'ouvrage est constitué de béton
de masse, non armé, mis en place à une cadence élevée avec des moyens fortement
mécanisés. D'autre part, de manière générale, la géométrie est optimisée de sorte à éviter
l’apparition de tractions dans le béton en quelques points pour des conditions normales
d'exploitation. Cependant, des contraintes de traction ou l'apparition de fissures ne mettant
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
2
pas en cause l'intégrité structurale peuvent être tolérées en cas de charges exceptionnelles,
tel un séisme. [2]
1.2.2.Barrages poids
Les barrages poids sont définis comme étant les barrages qui sont construits en béton ou en
maçonnerie et qui utilisent leur poids pour assurer leur stabilité leur section transversale a
une forme plus ou moins triangulaire dont la base est ancrée dans des fondations rocheuses;
seul le poids du béton ou de la maçonnerie retient la force exercée par l'eau. [1]
La plupart du barrage-poids sons massifs Le parement amont est vertical ou légèrement
incliné (moins de 5%). Le parement aval est incline avec un fruit de 75 a 80%. Cette
géométrie lui permet de résister par son propre poids au renversement et au glissement sous
l’action des forces extérieures.[2]
Ils offrent cependant l’avantage de pouvoir incorporer l’ouvrage d’évacuation de crues. Ils
peuvent par cet aspect devenir très compétitifs, financièrement, si les débits de crues à
évacuer sontimportantes.
Figure 1.1 : Coupe transversale d’un barrage poids
1.2.3.Barrages en voûte
Un barrage en voûte est par définition un barrage en béton ou en maçonnerie dont l'épaisseur
de la base est inférieure à 0.6 fois sa hauteur. En plan, sa coupe a une forme courbée ce qui
lui permet de transférer la majeure partie des forces dues à l'action de l'eau sur ses parois
vers les roches d'ancrage situées sur les deux rives. À cause de ce transfert des forces
exercées par l'eau vers l'ancrage, il n'est donc pas nécessaire d'avoir autant de béton dans la
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
3
structure que dans le cas des barrages poids. Cette propriété rend les barrages en voûte plus
économiques et plus stables.
L’incorporation par contre des évacuateurs de crue est difficile puis qu’elle nécessite, en
général, de grands massifs de support.
Figure 1.2 :Coupe transversal Barrage voute
1.2.4.Barrages à contreforts
Un barrage à contreforts consiste en une structure étanche supportée à des intervalles
réguliers par une série de contrefort
Figure 1.3 : Coupe transversal en barrage contrefort
Leur utilisation est idéale dans le cas des terrains dont les fondations sont perméables. Ce
sont des barrages économiques car ils demandent moins de béton que les barrages poids et
ils sont généralement construits dans un délai plus court. Les endroits critiques où les
déformations sont susceptibles d'apparaître sont les joints qui séparent les différents blocs de
béton.
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
4
1.2.5. Les barrages en béton compacté au rouleau (BCR)
Depuis la fin des années 1970, une nouvelle technologie c'est développée pour optimiser la
construction de barrages poids: le bêton compacté au rouleau BCR (Roller Compacted
Concrète, RCC). La mise en place de béton BCR permet d'utiliser des bétons très secs, très
faiblement dosés en ciment. Les résistances obtenues, particulièrement faibles, sent
compatibles avec les exigences des barrages poids qui s'opposent à la poussé de l'eau par
leur poids propre. On exploite au mieux les propriétés du béton en mettant en œuvre des
techniques de mise en place et de compactage qui sont issues des barrages en remblai, de
façon à minimiser les mains-d’œuvre nécessaire à la construction.[3]
1.3.Barrages en terre
Les barrages en remblai (digues) sont constitués essentiellement de matériaux granulaires
naturels meubles prélevés à proximité immédiate de l'ouvrage. On distingue deux catégories
de barrages en remblai :
Les barrages en terre, réalisés essentiellement à partir de sol naturels meubles
prélèves dans des zonesd’emprunt;
Les barrages en enrochements, dont la majeure partie est constitué de matériau de
carrièreconcassé.
Comme pour les autres types de barrages, les barrages en remblai doivent répondre à deux
fonctions essentielles: la fonction statique, qui consiste à transmettre à la fondation la
poussée de l'eau retenue à l'amont et la fonction de coupure étanche.
Les sols meubles des barrages en terre peuvent, selon leurs caractéristiques géotechniques,
être suffisamment imperméables pour suffire aux deux fonctions. [2]
L’utilisation de matériaux locaux généralement bon marché surtout par une
mécanisation presque totale des travaux, a au fils du temps imposé le type de barrage
en terre comme la solution idéale.
L’utilisation des matériaux locaux généralement bon marché et leurs disponibilités à
proximité du site fait que la solution barrage en remblais est intuitivement choisis par
rapport aux autres types de barrages considérés rigides et s’adaptent difficilement aux
assises non rocheuses.
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
5
Les barrages en terre compactés peuvent être divisés en trois principaux types : les
ouvrages en terre homogènes, ceux à noyaux étanches et ceux à masques amont.
1.3.1.Les barrages en terre homogènes
Ils sont totalement construits avec un seul matériau qui est le plus souvent argileux
remplissant simultanément les deux fonctions d’écran et de masse. Ce matériau doit
présenter des caractéristiques permettent de garantir une étanchéité suffisante et une
stabilité du remblai.
Leur simplicité a permis de développer une technique de réalisation bien maîtrisée tout en
assurant une grande sécurité, néanmoins ce type de barrage est surtout adopté pour la
réalisation de retenue collinaire et de petits barrages.
Figure1.4 : Barrage en terre homogène
Lorsque la perméabilité du sol d'emprunt principal est trop importante, la solution consiste
à concevoir un barrage en remblai zoné, c'est-a-dire constitué de plusieurs matériaux
repartis par zones dans le corps dubarrage.
1.3.2.Les barrages en terre à noyau étanche
Dans le cas où la quantité des matériaux imperméables disponibles sur site est insuffisante
pour réaliser tout le corps du barrage, on opte le plus souvent pour un ouvrage à zones avec
un noyau en argile assurant l’étanchéité.
Ce type de barrages présente toutefois l’inconvénient d’une mise en œuvre plus compliquée
et onéreuse surtout si la vallée est étroite et où le travail mécanisé devient plus compliqué.
Un autre inconvénient, est la nécessité de séparer par des filtres de transition les différentes
zones.
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
6
Par contre, pour les ouvrages importants, les matériaux grossiers de recharges sont plus
résistants que les matériaux argileux, on peut donc construire des talus plus raides et on
contrôle mieux les écoulements dans le corps du barrage.
Notons que le noyau étanche peut être vertical ou incliné et parfois remplacé par un
diaphragme en béton au ciment ou bitumineux. [4]
i) Le barrage à noyau central:
Le barrage à noyau est composé d’un noyau central, constitué d’un matériau imperméable,
et de recharges, c’est-à-dire une couche supérieure qui recouvre les flancs du noyau[2].
La stabilité du massif sera assurée par des zones perméables appelées recharges Ces
recharges peuvent être au nombre variables et disposées différemment d’un barrage à un
autre en fonction de la nature du matériau et des conditions spécifiques à chaque
barrage.[4]
Les recharges peuvent être constituées d’enrochements ou d’alluvions. Elles permettent
d’assurer la stabilité du barrage, alors que le noyau central assure son étanchéité. [3]
Il est Plus stable qu’un barrage homogène, grâce aux recharges, les barrages à noyaux
permettent de construire des talus plus raides.De plus le risque d’écoulement dans le corps
du barrage est plus limité grâce à ces enrochements. [2]
Figure1.5 : Barrage à noyau central
ii)Barrage noyau incliné :
L’élément étanche ou très peu perméable, comme par un noyau en limon argileux peut dans
certains cas être déplacé vers l’amont jusqu'à l’élimination complète du corps amont. On
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
7
obtient la solution d’une digue à noyau incliné.Plus le noyau est incliné plus la pente du
parement amont est conditionnée par les propriétés mécaniques du matériau du noyau.
Les surfaces potentielles de glissement traversent le noyau et la pente du parement amont est
donc plus douce pour garantir la stabilité. La masse du corps d’appuis aval augmente
également ce qui représente un certain atout pour le barrage. [3]
Figure 1.6 : Barrage noyau incliné
1.3.3.Les barrages en terre à masque amont
Les barrages en terre à masque sont des remblais perméables avec un écran imperméable
appelé masque placé sur le parement amont.
Le corps du barrage est construit avec un matériau quelconque pour autant qu’il soit
peudéformable et pouvant assurer la stabilité au glissement de l’ensemble de l’ouvrage. [3]
Le masque qui assure l’étanchéité peut être en béton, en produits bitumineux ou en géo
membrane. La présence de ce masque sur le parement amont présente un double avantage
de pouvoir faire des réparations en cas de dégradation du masque et de permettre de faire
des vidanges rapides sans risque de glissements. [4]
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
8
Figure 1.7 : Barrage en terre à masque amont
1.4. Les organes d’étanchéités des barrages en terre
On prévoit un organe d’étanchéité dans un barrage en terre lorsque les matériaux constituant
le remblai ne sont pas suffisamment imperméables pour empêcher de grandes pertes d’eau
par infiltration.
On rencontre plusieurs types d’organes d’étanchéité, ceux réalisés en matériaux locaux et
ceux en matériauxartificiels.
1.4.1 Noyau en argile compacté
Le noyau en matériau argileux compacts, dispose verticalement au centre du barrage ou en
position inclinée à l'amont de celui-ci, son épaisseur est de l'ordre de 1/6 de la hauteur de
l’ouvrage. Vers le sommet le noyau doit être monte au-dessus des plus hautes eaux et
pratiquement, acompte tenu des remontées capillaires, jusqu'à la tête du barrage. II doit être
protégé de la dessiccation a sa partie supérieure pour éviter toute fissure de retrait qui
risquerait de se révéler, catastrophique. Cette protection peut être assurée par une couche de
sable ou de préférence, en traitant le sommet du barrage en chemin avec une chaussée en
enrobe bitumineux. Latéralement, nous disposons de part et d'autre du noyau un drain filtre,
vers l'aval pour -cueillir les eaux de percolation, vers l'amont pour absorber les eaux de
ressuyage âpres vidange. il fait assurer la continuité de l'étanchéité en raccordant celle-ci a la
fondation imperméable ou au dispositif d'étanchéité des fondations. [5]
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
9
Figure 1.8 : Etanchéité par noyau en argile compacté
1.4.2.Diaphragme interne
L’étanchéité des barrages en terre au moyen de noyaux bitumineux a pris une très grande
importance dans le monde entier et dans toutes les zones climatiques ; cet élément
d’étanchéité (mieux que plus part des autres) satisfait, en effet, aux exigences de sécurité les
plus strictes grâce à sa déformation, sa bonne résistance à l’érosion et au vieillissement, et
surtout grâce mode de construction sans joints.[5]
Figure 1.9 : Barrage à diaphragme interne
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
10
1.4.3 Masque amont
Le masque amont qui constitue l’organe d’étanchéité est classiquement exécuté en béton de
ciment, en béton bitumineux ou en géo membrane. Il a une épaisseur réduite, ce qui lui
permet de s’accommoder aux déformations du massif support.
i) Masque en béton de ciment
La dalle doit posséder des joints de construction, du fait du retrait, que l’on munit de lames
d'étanchéité. Ces joints sont respectivement parallèles et perpendiculaires aux lignes de plus
grande pente du talus, ces dernières étant nécessaires pour diminuer ('importance des efforts
de flexion [5].
Figure 1.10: Barrage à masque en béton de ciment
ii) Masque en béton bitumineux
C'est a priori le produit idéal en raison de sa remarquable étanchéité et de sa résistance à
flexion. Si certaines fissures se produisent, elles se colmatent d'elles mêmespeu à peu
sous l’effet de la pression de l'eau, par déformation plastique. Grosso m Oddo, un béton
bitumineux agit de façon plastique aux déformations lentes, de façon élastique aux
déformations rapides, or le tassement s'effectue en général de façon lente. Egalement, il
n'y a pas de problème de oint, les différentes couches de béton bitumineux se soudent
littéralement àchaud.[5]
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
11
Figure 1.11 : Barrage a masque en béton bitumineux
iii) Masqueen acier
En raison de la grande déformabilité alliée a une résistance élevée et une étanchéité faite de
l’acier, celui-ci constitue un matériau techniquement a peu prés parfait pour un asque
amont. L'inconvénient en est généralement une question de coût.
iv) Masque en terre
Au moyen de terre argileuse compactée, nous pouvons réaliser une étanchéité convenable,
avec des épaisseurs qui sont des caractéristiques de perméabilité du matériau dont on
dispose.
1.4.4 Etanchéité des fondations des barrages en terre
On peut considérer les trois cas suivants pour les barrages de types homogènes et zonés:
cas d'une fondation constituée de matériaux peu perméables: il est
recommandé d'exécuter une clé d'étanchéité en matériaux argileux compactes afin de tenir
compte de la fissuration superficielle et d'hétérogénéitéséventuelles.
cas d'une fondation ou la présence de couches perméables n'a êta mise en
évidence que jusqu'à une profondeur de quelques mètres: Is clé d'étanchéité doit les barrer
et être ancrée dans le niveau étanche ; si ce dernier est le rocher sain, âpres son nettoyage
et une régularisation éventuelle de sa surface, mise en place d'une première couche
d'épaisseur
décimétriqueconstituéed'argilehumidepermetd'assurerunboncontact;ilpeutêtrenécessaire
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
12
d'interposer un filtre entre la face aval de la clé et les matériaux perméables de la
fondation.
Cas d'une fondation perméable jusqu'à une profondeur importante : les
injections sont utilisables aussi bien dans le cas de fondation meuble que dans celui de
massifs rocheux plus ou moins fissures, les produits d'injection étant adaptés au matériau
traite (coulis bentonite-ciment, coulis spéciaux) ; la coupure comporte le plus souvent trois
lignes de forages :[5]
i) Clé d’étanchéité
C’est une tranchée remplie de matériaux assurant l’étanchéité du massif, qui doit
recouper la couche perméable et s’ancrer dans le substratum imperméable.
Cette solution est adoptée lorsque l’épaisseur de la couche imperméable n’est pas très
grande car l’exécution de la tranchée et son remblayage se fait d’une manière
mécanique.[4]
ii) Paroi moulée
Figure1.12 : Clé d’étanchéité réalisée dans les fondations
debarrage en terre
Cette solution est assez classique dans les terrains meubles; elle t aussi possible dans les
fondations rocheuses selon la technique, plus couteuse, de hydro fraise. Elle peut entrainer
des désordres si des déplacements importants se produisent, par exemple le poinçonnement
inverse du remblai dans le cas d'un fort tassement de la nidation meuble (risque aussi d'un
frottement latéral excessif) ; si elle est située au pied amont du remblai, la paroi peut subir
un cisaillement important dans sa partie supérieure.[4]
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
13
Figure 1.13 : barrage a paroi moulé
iii) Tapis d’étanchéité amont
Lorsque l'étanchéité de la retenue ne peut pas être réalisée par une coupure au droit du arrange, la
solution consiste a étancher la cuvette totalement ou partiellement a l'aide d'une géo membrane du d'un
tapis en matériaux argileux compactes (au minimum deux couches épaisseur de 0,20 mètre chacune),
ces derniers étant à protéger contre tout risque de dessiccation. Ces techniques conduiront
nécessairement à un prix du m3 d'eau stockée.
En ce qui concerne le support il faut :
respecter les conditions de filtres dans le cas du tapis amont ;
éliminer les aspérités susceptibles de perforer la géo membrane;
éviter tout risque de sous-pression, notamment gazeuse, sous la géo membrane.[5]
Figure 1.14 : Barrage avec tapis amont
Chapitre 1 : Synthèse bibliographique
14
1.4.5 Etanchéité du massif
Le problème de I ‘étanchéité du massif se pose chaque fois que le calcul des
infiltrations superstructure indique des pertes inadmissibles. Ces pertes
peuvent soit entrainer la ruine de l'ouvrage par formation de renard, soit
encore, sans nuire a sa sécurité, être gênantes pour exploitation du barrage.
Conclusion
Les barrages en terre sont les seuls qui conviennent à une fondation non
rocheuse, ilsprésentent l'avantage de pouvoir être adaptés à peu prés à
n'importe quelle fondation, et depouvoir être réalisés avec une très grande
variété de sols.
L'inconvénient majeur des barrages en terre est les infiltrations à travers leurs
massifs.
Donc la partie la plus délicate des barrages en terre et en enrochement est
l'organed'étanchéité. Le choix des organes d'étanchéité est l'un des éléments les
plus importants duprocessus de conception et de construction d'un barrage en
remblai.
Chapitre 2 : Zone d’étude
15
2. Introduction
Dans deuxième chapitre, l’étude est consacrée à la présentation de la zone d’étude qui
concerne le barrage Bouhamdane. L’ouvrage hydrotechnique dénommé Barrage Hammam
Debagh sera décrit également. La situation géographique, les caractéristiques
géomorphologiques sont détaillé dans cette section ainsi que les caractéristiques techniques
du barrage et l’historique de sa réalisation, de sa mise en eau et de son exploitation, seront
tout de même abondamment données.
2.1. Localisation et objectif
Le barrage de Hammam Debagh sur l'oued Bouhamdane est situé dans la wilaya de Guelma à
20 Km à L'Ouest de la ville de Guelma. Il est implanté à 3Km à l'amont de la localité de
Hammam Debagh.
Le barrage est destiné principalement à l'irrigation du périmètre de Guelma-Bouchegouf d'une
superficie de 13000 Ha et à plus l'alimentation en eau de la ville de Guelma.
La retenue créée par le barrage aura une capacité totale de 220 Hm 3 permettant une
régularisation annuelle de 55 Hm 3 à 60 Hm
3.
Le bassin versant du barrage s'étend sur 1070 Km 2 donnant un apport interannuel de 69 Hm
3.
La crue maximale retenue par le projet est de 3500 m 3/s
Figure 2.1 : Localisation du barrage Hammam Debagh
Chapitre 2 : Zone d’étude
16
Tableau 2.1 : Caractéristique du barrage
Wilaya Guelma
Oued Bouhamdane
Type En terre avec noyau central
Capacité 1988 à la retenue normale 200 hm 3
Capacité 2004 à la retenue normale 184.347 hm3
Apport moyen annuel 65 hm3
Volume régularisé 55 hm 3
Année de la mise en eau Décembre 1987
Envasement moyen annuel 0.35 hm3
Tableau 2.2 : Caractéristiques du bassin versant
Superficie 1070 km2
Périmètre 142 km
Longueur 49,3 km
Largeur 21,7 km
Altitude.max 1282 m
Altitude min 295 m
Altitude moy 800 m
Indice de pente 1,1
Thalweg principal 80 km
Pluviométrie moyenne annuelle 652 mm
Apports solides 535000 t/an
Chapitre 2 : Zone d’étude
17
2.2 Topographie
La structure des formations qui bordent la retenue, est en terrain assez uniforme, des collines
basses, elle est en général favorable à la stabilité, sauf en une localisation de la rive droite,
comme les reliefs sont peu élevés, il n’y a pas lieu de craindre de glissements brutaux de
masses de sol qui pourraient compromettre la sécurité du barrage.
L’étanchéité de la cuvette est garantie par la nature du substratum marneux. La hauteur et la
faible pente des massifs qui l’entourent imposent des gradients hydrauliques faibles partout.
La structure régionale a une direction est-ouest, et présente des fractures aussi bien parallèles
à l’allure générale que perpendiculaires à celle-ci. Plusieurs de ces fractures sont le siège
d’une circulation géothermale.
Les circulations les plus importantes affleurent à Hammam Debagh, elles semblent en relation
avec les circulations d’eau profonde suivant des failles localement minéralisées. Il s’agit
d’eaux sulfatées calciques et chlorées sodiques, vraisemblablement sans relation directe avec
les eaux de surface.
2.3 Géologie de la cuvette
Le fond de la cuvette est constitué par les terrasses, qui reposent sur des marnes. Les
berges de la cuvette sont constituées presque exclusivement de marnes calcaires ou
schisteuses. La seule exception se trouve au Nord- Est, où l'on rencontre une formation
éocène plus récente de débris de grés psammétique, rouges et verts, avec des veines de
calcite.
L'étanchéité de la cuvette est garantie par la nature du substratum marneux. La Hauteur et
la faible pente des massifs qui l'entourent imposent des gradients Hydrauliques faibles
partout.
La structure des formations qui bordent la retenue est assez uniforme et en général
favorable à la stabilité, sauf en une localisation de la rive droite. Comme les reliefs sont
peu élevés, il n'y a pas lieu de craindre de glissement Brutaux de masses de sol qui
pourraient compromettre la sécurité du barrage.
Chapitre 2 : Zone d’étude
18
2.4 Les caractéristiques techniques du barrage
L’aménagement comprend les ouvrages suivants :
- Une digue en terre de 93 m de hauteur.
- Deux évacuateurs de crue en puits de section circulaire.
- Une vidange de fond dans laquelle est incorporée la chambre des vannes en souterrain
à 50 m à l’aval de l’axe de la digue.
- Une tour de prise verticale encastrée dans le rocher comportant 3 niveaux de prise et
reliée à la chambre des vannes par la galerie de prise d’eau principale elle-même
incorporée au niveau supérieur de la vidange de fond.
- Un réseau de galerie d’injection et de drainage de la fondation de la digue.
Figure 2.2 : Disposition générale des ouvrages ; Source : ANB (1985)
1 : corps de la digue
2. : dérivation provisoire
3 : évacuateur
4 : vidange de fond
5 : tour de prise
6 : chambre des vannes
7 : voile étanchéité et de drainage
Chapitre 2 : Zone d’étude
19
Figure 2.3 : Coupe en travers du Barrage Hammam Debagh ; Source : ANB (1985)
Type : Remblai en terre avec un noyau central en argile
2.5 La digue
La digue est du type en terre, composée d'un noyau argileux vertical, de recharge amont et
aval en alluvions graveleuses, des filtres et drains produits à partir des alluvions de l'oued, du
rip - rap amont et aval prélevé en carrière et dans l'oued. Les caractéristiques techniques de la
digue sont : Hauteur maximum au-dessus de la fondation 93m, longueur en crête 430m et la
largeur en crête 9m
La digue repose sur un substratum constitué d'une alternance de formations schisteuses et
gréseuses. Des formations de surface d'origines variées recouvrent le substratum sur une
épaisseur variable mais en moyenne relativement importante.
Les percolations y sont contrôlées par un drain vertical et son prolongement horizontal à la
base de la digue. Le noyau argileux est encadré par les filtres amont et aval.
La conception de la digue a fait objet d'un traitement antisismique qui consiste à un
adoucissement des filtres aval et drain pour permettre un débit de fuite important en cas de
fissuration du noyau. La construction s'est effectuée par étapes à la cadence moyenne de
150.000 m3/mois à l'abri d'un batardeau incorporé dans la recharge amont. Il a été enregistré
une crue maximale de chantier de 1450 m3/s en décembre 1984.
Le dispositif de sécurité du barrage comporte deux évacuateurs de crue à seuil déversant
circulaire en forme de tulipe d'un diamètre de 24 m.
Chapitre 2 : Zone d’étude
20
Tableau 2.3 : caractéristique de la digue (ANB 1985)
Tableau 2.4 : caractéristique de la retenue (ANB 1985)
2.6 Les ouvrages annexes
i) La vidange de fond
Cet ouvrage situé en rive gauche d'amont à aval
-Une tour de batardage d'une hauteur de 35 m. qui contient les dispositifs de fermeture de la
galerie de vidange et de la prise d'eau auxiliaire
- La galerie circulaire de vidange d'un diamètre de 5 m. en partie courante surmontée d'une
ou deux galeries de diamètre 1.80 pour adduction d'eau à la chambre des vannes.
La longueur de la galerie entre la tour de batardage et la chambre des vannes est de 437 m.
Fondation marne-gréseuse
Hauteur 93 m
Longueur en crête 430 m
Largeur en crête 10 m
Largeur en base 594 m
Fruit du parement amont max 2.8h/1v moy3.5h/1v
Fruit du parement aval max2.5h/1v moy3.0h/1v
Altitude de la crête 372.50
Volume de la digue 5.6 hm3
Volume de béton 198000 m3
Volume total excavations 1.7hm3
Aciers 6000 T
Forage et injections 139000 m
Côte de la retenue normale (N.N.R) 360 m
Côte des plus hautes eaux (P.H.E) 370,24 m
Aire de la retenue au niveau normal 665 hectares
Volume total de la retenue au niveau normal 200 hm 3
Chapitre 2 : Zone d’étude
21
Les derniers 50 m. comportent un blindage de 4 m de diamètre.
-La chambre des vannes incorporée en souterrain à la vidange de fond regroupe l'ensemble
des dispositifs de fermeture de vidange et de régularisation des débits d'eau utile acheminée
par les deux galeries d'adduction elles-mêmes incorporées au niveau supérieur de la galerie de
vidange.
-Un reniflard d'un diamètre 1.80 et débouchant à la cote 340 incorporé à l'ouvrage de la
chambre des vannes.
-A l'aval de la chambre des vannes se prolonge la galerie de vidange sur une longueur de 452
m, les premiers 40 m. comportent un blindage de 5 m.de diamètre
- Dans les galeries techniques surmontant la galerie de vidange est posée la conduite
métallique principale de distribution des débits utiles.
Figure 2.4 : La vidange de fond
ii) La tour de prise
La tour de prise repose sur la galerie de dérivation provisoire et comporte les 3 prises d'eau
haute, moyenne et basse.
Chapitre 2 : Zone d’étude
22
Une galerie de jonction de 3m. De diamètre relie la tour de prise à la conduite principale
incorporé dans la vidange de fond. La tour de prise à une hauteur 70 m. dont 35 m encastrés
dans le rocher.
Figure 2.5 : Tour de prise barrage bouhamdane
iii) Evacuateur de crue et dérivation provisoire
Les deux évacuateurs de crue sont deux galeries situées en rive gauche et disposées
parallèlement à 40 m. l'une de l'autre.
Ils comprennent d'amont à aval :
iv) Evacuateur n l
-Un seuil déversant circulaire en forme de tulipe d'un diamètre de 24 m. arasé au niveau
360,50.
-Un tronçon de section variable d'une hauteur de 37 m. auquel est incorporé le reniflard
-Une galerie circulaire inclinée à 50° d'un diamètre de 9m. Et d'une longueur de 27 m.
-Un tore de raccordement d'un diamètre de 9 m. d'une longueur de 35 m et suivi d'une section
variable de 22m.
- Une galerie subhorizontale circulaire d'un diamètre de 9 m. et d'une longueur de 400 m.
Chapitre 2 : Zone d’étude
23
-Une galerie sous remblais d'une longueur de 120 m. aboutissant à la restitution par un saut de
ski.
La galerie subhorizontal une longueur 732 m, la galerie sous remblais une longueur de 75 m.
iv) Dérivation provisoire
La partie subhorizontale de l'évacuateur n°2 a servi de dérivation provisoire pendant la
construction de l'oued
Elle est prolongée vers l'amont sur une longueur de 270 m. en phase définitive, la dérivation
provisoire est obturée par une bouchant qui servira de raccordement à l'évacuateur n°2. La
partie à l'amont du bouchant de la dérivation provisoire communiquera en phase définitive
avec la tour de prise qui la surmonte et servira de prise d'eau basse
Figure 2.6 : Evacuateur de crue barrage bouhamdane
Chapitre 2 : Zone d’étude
24
2.3. Conclusion
Le présent chapitre a été en premier lieu une description du barrage de bouhamdane et sa
situation géographique. Son sous bassin est caractérisé essentiellement par une superficie
drainée de 1105 km2. Toutes les autres caractéristiques sont données et résumées sous forme
de tableaux et figures (cartes et photos). En deuxième lieu le Barrage Hammam Debagh a été
décrit historiquement et techniquement. Grosso modo le barrage est en terre et emmagasine
plus de 200 millions de m3 d’eau. Il est muni de deux évacuateurs fonctionnant en charge type
tulipe. La retenue reçoit les eaux de l’oued Bouhamdane pour une superficie de 1070 km2.
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
25
3.1. Introduction
Les infiltrations qui se produisent à travers le corps du barrage et ses fondations, doivent
être considérées sous deux aspects :
- le premier : est la perte d’eau qui réduite le volume emmagasiné,
- le deuxième : est que ces pertes d’eau peuvent compromettre la stabilité de l’ouvrage
sous l’influence du phénomène de renard et des pressions de l’infiltration
3.2. Equation de la ligne de saturation barrage homogène
On parle d’une ligne de saturation dans une coupe transversale car dans la réalité c’est une
surface suivant laquelle la pression est égale à la pression atmosphérique.
La méthode pour le tracé de cette ligne a été proposée par Kozeny qui a montré que pour
un barrage en terre homogène, la ligne de saturation est assimilable à une parabole dans
sa partie médiane.
L’équation de la ligne de saturation s’écrit de la manière suivante [10] :
Figure3.1 : Ligne de saturation dans barrage en terre non drainé d’après kozeny
3.2.1 Distance entre les deux points d’intersection du plan d’eau avec la
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
26
parabole théorique et le talus amont
En traçant la parabole de Kozeny celle-ci coupe le plan d’eau à une distance qui ne
coïncide pas avec le passage réel. Elle doit être corrigée par une courbe normale au talus
amont et tangente à la parabole théorique à l’aval. Pour calculer la distance séparant les
deux Points nous disposons de deux méthodes :
Figure3.2 : Détermination de la grandeur pour la correction de la ligne de saturation à
l’amont
3.2.1.1 Méthode de Casagrande
D’après Casagrande, la parabole théorique coupe le plan d’eau amont en un point situé à
une distance horizontale du parement amont égale à 0,3 de la projection horizontale de la
partie mouillée du même parement.
L’équation de la ligne de saturation est une parabole théorique partant d’un point situé sur
la surface libre de la retenue est à une distance égale à 0,3 de la projection horizontale de la
partie mouillée du talus amont.
En pratique le tracé serait corrigé au voisinage du parement amont en considérant ce
dernier comme équipotentielle et donc la ligne de saturation doit lui être perpendiculaire et
rejoint la parabole théorique en lui étant tangente [7]
∆ : Distance entre les deux points d’intersection du plan d’eau avec la parabole théorique et le
talus amont
m1: pente du talus amont H1 : Charge à l’amont.
3.2.1.2 Méthode du changement du talus amont
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
27
Cette méthode a été proposée par un groupe de professeur de l’ex U.R.S.S., elle consiste
à procéder pour les besoins de calcul au changement du talus amont en parement vertical et
en gardant la même valeur des pertes de charge lors du passage de l’eau dans les deux cas
[8].
Avec.
∆ : Distance entre les deux points d’intersection du plan d’eau avec la parabole théorique et
le talus amont ;
m1 : pente du talus amont
H1 : Charge à l’amont
3.2.2 Détermination du point d’intersection de la ligne de saturation avec le talus
aval
La ligne de saturation coupe le parement aval en un point qui ne coïncide pas avec le point
de passage de la parabole théorique de Kozeny. Généralement la ligne de saturation passe
à deux tiers de la distance séparant le point de passage de la parabole théorique en
partant du pied aval du barrage [4].
Figure 3.3 : Correction de la ligne de saturation avec le parement aval
En pratique on peut utiliser deux méthodes.
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
28
Méthode 1
Conformément aux indications de la figure 3.3
Méthode 2
Cette méthode est celle de Casagrande où il a démontré que ∆l2 ne dépend que de la
distance focale de la parabole de base de Kozeny et de l’angle du talus aval du barrage ce
qui lui a permis de dresser une courbe de variation.
La figure 3.3 donne les valeurs de paramètre a en fonction de l’angle α
Figure 3.4 : Courbe de casagrande pour la détermination du paramètre
alpha
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
29
a) Correction de la ligne de saturation à l’aval
Tableau 3.1 : les expressions de Δl2 en fonction de α
On signale que pour les barrages dotés de drainage, la ligne de saturation est rabattue
pour passer dans le drain [9].
3.2.3 Digue non homogène
Figure 3.5 : Ligne de saturation pour une digue non homogène
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
30
Dans la recharge de perméabilité K3 l’écoulement peut être assimilé à un écoulement dans un
massif rectangulaire de longueur L [11].
3.3 Détermination des pressions interstitielles
3.3.1 Introduction
Dans un sol homogène et isotrope soumis à un écoulement d’eau permanent et sans
variation de volume du sol (l’arrangement du squelette du solide ne se modifie pas), les
deux équations qui régissent l’écoulement sont :
- La condition de continuité de la phase liquide.
-La loi de Darcy.
De ces deux équations nous pourrons avoir le système suivant :
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
31
En général l’écoulement a lieu entre des limites où sont imposées des conditions
d’écoulement ou de charge hydraulique. Habituellement on a à définir une fonction qui
satisfait à l’équation de Laplace avec ses conditions aux limites. [8]
En pratiques, comme les écoulements dans les barrages en terre, la résolution de l’équation de
Laplace consiste à rechercher:
Les lignes équipotentielles
les lignes de courant.
En général l’équation de Laplace n’est pas intégrable et on a recours aux méthodes
suivantes pour la détermination des réseaux d’écoulement :
Recherche de solution analytique à partir du
potentiel complexe dans les cas
géométriquement simples.
Méthodes numériques.
Méthodes analogiques
manuellement par approximations successives.
Figure3.6 : Tracer des ligne des courants et des ligne équipotentielles
3.3.2 Utilisation des réseaux d’écoulement
Dans la construction des barrages en terre, les réseaux d’écoulement nous permettent de
résoudre deux problèmes essentiels :
le calcul du débit d’infiltration.
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
32
le calcul de la pression interstitielle.
Les lignes de courants et les lignes équipotentielles forment un réseau orthogonal où
deux lignes de courants forment un tube de courant dans lequel le débit reste constant. Le
calcul du débit est fait pour chaque tube de courant et la somme des débits donnent le
débit total circulant à l’intérieur de ces limites géométriques.
Figure 3.7 : Détermination de la pression interstitielle
La détermination de la pression interstitielle se fait d’après la figure ci-dessus suivant
l’expression suivante :
Z1 : la hauteur d’eau mesurée au point M1.
Z2 : la hauteur d’eau mesurée au point M1.
ᵧw: le poids volumique de l’eau.
3.4 Gradient hydraulique et vitesse critique de percolation
Ces deux notions sont fondamentales dans le processus d'érosion interne. Elles
interviennent à tous les stades d'arrachement des grains ou de transport.
Le gradient hydraulique est représente
par : i= H/L
Avec:
H : charge hydrostatique
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
33
L: longueur de percolation
La vitesse de percolation est représentée par:
V=k*i
Avec : k coefficient de perméabilité du sol i gradient hydraulique
Lorsqu'il y a un arrachement de particules dans le sol, la vitesse de percolation est nécessairement
une vitesse antique pour le milieu traverse par l’écoulement. Elle peut être atteinte par une
augmentation de k ou une augmentation de i
On admettra aisément qu’il est difficile de connaitre dans le détail les variations de la
perméabilité au sein d'un remblai ou d'une fondation, comme il est difficile d'estimer les
pertes de charges le long des filets liquides autrement que d'une manière globale entre
l’amont du barrage et un exutoire connu (drain, recharge, pied aval, puits, etc...).
Le gradient hydraulique global est, finalement, le seul paramètre aisément quantifiable. C’est aussi
un paramètre modulable. Si on admet que H est une valeur définie au projet (hauteur d'eau), la
valeur de i dépend de L c'est-à-dire de la longueur de percolation sur laquelle on peut agir. C’est ce
que l’on fait en s'appuyant sur la règle empirique de Lane pour se préserver d'un phénomène
d'érosion interne en fondation.
Lane a démontre, par l’étude du comportement de 280 barrages en béton sur des alluvions
diverses, existait une longueur critique de percolation en fonction de la nature des sols,
donnée par la relation suivante :
C=(∑Lv+1/3Lh)/H
Avec : ∑LV somme des distances verticales
Lh : distance horizontale parcourue par l’eau sous l’ouvrage (le coefficient 1/3 tient
compte du fait que la perméabilité horizontale est supérieure a la perméabilité vertical
dans les sols alluvionnaires).
H : charge hydrostatique totale
C : coefficient dépendant de la nature du sol.
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
34
Tableau 3.2 : la valeur de coefficient(c) en fonction la nature du sol
L'application de cette relation, bien qu'elle ne soit pas exactement extrapolable a la fondation
d'un barrage en terre déformable, donne un ordre de grandeur de la longueur de percolation
susceptible de protéger la fondation d'un barrage du phénomène d'érosion interne et on
l'applique couramment.
Ceci revient à définir un gradient hydraulique critique :
ic = 1 / C
Dans la pratique, chaque fois que le gradient calculé entre l’origine d’un écoulement et
un exutoire concernés par l’écoulement, on modifiera la structure du barrage en
allongeant les percolations autant que faire ce peut, ou bien on bloquera par des filtres
toute possibilité d’entrainement des fines par l’élément liquide ,ou bien encore on
s’opposera à toute percolation par la mise en place d’écrans pour protéger l’ouvrage, ou
une partie de l’ouvrage de l’érosion interne.
Les mêmes précautions devront être prises pour un grand ou un petit barrage .Il ne faut
pas croire, en effet, qu’un petit barrage soumis à une faible charge est moins vulnérable
qu’un grand sur ce point.. Les gradients hydrauliques sont du même ordre de grandeur
dans les deux cas et les précautions techniques doivent être mêmes.
Si l’ouvrage est conforme aux règle de l’art en matière de choix technique et s’il est bien
réalisé, le phénomène d’érosion interne ne peut plus se produire qu’accidentellement. [6]
Nature du sol C(valeur minimal)
Sable très fin ou silt 8.5
Sable fin 7
Sable moyen 6
Sable grossier 5
Gravier fin 4
Gravier moyen 3,5
Gravier grossier et pierres 3
Galets, pierres et graviers 2,5
Argile 2
Argiles raides 1,8
Chapitre 3 : Les infiltrations dans les barrages en terre
35
3.4 Conclusion :
Cet aperçu su ceint comtiste eu une synthèse sur les différentes méthodes relatives aux
études des écoulements dans le barrage en terre.
En se basant sur la modélisation, la partie suivante du travail consiste à étudier les
infiltrations dans le corps d’un barrage pour deux variantes de conception du noyau
(central vertical et incliné) cette étude permettra de dresser un bilan de comparaison lié
l’évaluation des différents paramètres en relation avec les écoulements dans l’organe
d’étanchéité.
Chapitre4 : Matériels et méthodes
36
4. Utilisation de Geostudio
4.1 Introduction du logiciel
C'est un logiciel de calcul géotechnique qui permet de traiter les différents problèmes du sol
comme le glissement des terrains, le tassement, la consolidation, les infiltrations des eaux
dans le corps de la digue d'un barrage et d'autres problèmes liés à la géotechnique. Plusieurs
programmes sont intégrés dans la fenêtre générale du logiciel et apparaissent à son lancement
Figure 4.1 : Fenêtre de lancement
• SLOPE/W : Permet de calculer le coefficient de sécurité d'un talus naturel ou artificiel par
les méthodes d'analyses classiques.
• S E E P / W : Permet de calculer les infiltrations des eaux (Par la méthode des éléments
finis).
• S 1 G M A / W : Permet d'analyser les problèmes de la relation contraintes déformations
(Par la méthode des éléments finis).
• Q U A K E / W : Permet de définir le comportement d'un terrain sous l'effet d'un séisme
(Par la méthode des éléments finis).
Chapitre4 : Matériels et méthodes
37
• TEMP / W : Permet d'analyser les problèmes Géothermique du sol (Par la méthode des
éléments finis)... et autres logiciels.
• CTRAN / W : Permet en utilisant les éléments finis de modéliser la circulation des
contaminants à travers des matériaux poreux tels que le sol et la roche. La formulation
complète de CTRAN / W permet d'analyser des problèmes simples de suivi des particules en
fonction du mouvement de l'eau, ou des processus complexes impliquant la diffusion, la
dispersion, l'adsorption, la décroissance radioactive.
• AIR / W : En utilisant la méthode des éléments finis, il permet l'analyse des problèmes
d'interaction des eaux souterraines et l'air dans les matériaux poreux tels que le sol et la roche.
Sa formulation complète vous permet d'envisager des analyses de problèmes simples allant
de l'état d'équilibre saturé, au plus sophistiqués problèmes, d'un état saturé / insaturé
dépendant du temps.
• VADOSE / W : Sert à analyser le flux à partir de l'environnement, à travers la surface du sol
(zone saturée et non saturée). Sa formulation complète permet l'analyse des deux problèmes,
simple à partir d'une simple analyse de l'infiltration dans le sol causée par des précipitations
ou, complexe, à l'aide d'un modèle sophistiqué considérant la fonte des neiges, la
transpiration des racines, l'évaporation de surface, etc...
Pour notre étude nous avons utilisez uniquement SEEP/W.SEEP/W est un logiciel
commercialisé par Geo-slope International utilisé pour la modélisation par éléments finis des
écoulements de fluides et les pressions interstitielles dans les milieux poreux (sols, bétons,
roche, etc.).
SEEP/W peut être utilisé pour des projets de géotechnique, municipaux, hydrogéologiques,
miniers, etc. On s’en sert pour, par exemple, modéliser les écoulements à travers les barrages,
dans les routes, à travers les sites d’enfouissement, autour des rivières, etc.
Chapitre4 : Matériels et méthodes
38
4.2 Définition de la barre d'outils
Figure 4.2 : la barre d’outils
4.3 . Les étapes
Ouvrir le logiciel et en choisir un nouveau projet en cliquant sur new (1), ((notre thème base
sur les infiltrations)), donc on choisit le (2) SEEP /W
Chapitre4 : Matériels et méthodes
39
4.3.1. Préparation de la page
* Cliquer sur SET, après cliquer sur page (3) pour définir la hauteur et la largeur de la page
(4) la largeur de la page, (5) la hauteur de la page, (6) l unité utilisé
• Réglage de la grille (7) de la page du projet
• (8) choisir l'axe
Chapitre4 : Matériels et méthodes
40
4.3.2. Dessiner le barrage
Après la préparation de la page on passe à l’étape suivante :
Dessiner le barrage avec les coordonnés X et Y et le polynôme
cliquer sur Key In (9), puis POINTS (10)
Chapitre4 : Matériels et méthodes
41
Cliquer sur ajouter (11), après on met les x (13), et les y (12)
Après marquage de tous les points nécessaires
Reliez les points avec le polynôme (14)
4.3.3. Définir les régions de la retenue
Etape suivante :
Nous allons personnaliser les régions de la digue qui contient plusieurs MDC (le noyau,
amont et aval le filtre et le drain, le batardeau ,la fondation)
Chapitre4 : Matériels et méthodes
42
4.3.4. Définir les caractéristiques géotechniques des MDC
Etape suivante :
Définir les caractéristiques géotechniques des MDC et nous avons deux choix
Choix l : les MDC ne sont pas bien précis et on utilise (simple fonction)
Choix2 : les MDC avec toutes les données géotechniques on utilise (grain size).
Cliquer sur hydraulique function (16)
Après on clique sur Vol.Water content (17)
(15)
Chapitre4 : Matériels et méthodes
43
dans cette étape on mentionne les (VWC) la teneur en eau
Chapitre4 : Matériels et méthodes
44
4.3.5. Le coefficient de perméabilité (K)
cliquer sur hydraulique conductivity (24)
ajouter (25)
(26) réglages du type on choisit data point function
(27) estimation de k avec le VWC qui convient avec notre MDC
Chapitre4 : Matériels et méthodes
45
4.3.6. Création des MDC
Étape suivante :
Maintenant nous pouvons créer les matériaux de la retenue.
Cliquer sur matériaux (30) puis ajouter nouveau matériel (32), après le model du
matériel (33) et, l’hydraulique conductivity (34) et le Vol .Water content (35) qui
nous avons déjà préparé
Chapitre4 : Matériels et méthodes
46
4.3.7. Définir les conditions aux limites et le maillage de la digue
Étape suivante :
A propos des conditions aux limites nous devons créer un nouveau boundry condition et nous
lui donnons la même hauteur du NNR.
Pour le maillage on clique sur Mesh (39).
(37)
(38) (36)
Chapitre4 : Matériels et méthodes
47
4.3.8. L’AXE FLUX
Etape suivante :
On met l’AXE FLUX arbitrairement où on veut calculer le débit de fuite (40)
4.3.9. Vérification des erreurs avant de les calculer
on clique sur (41)
(40)
(39)
Chapitre4 : Matériels et méthodes
48
3.5. Calcule
Etape suivante :
Maintenant on donne l’accord au logiciel pour faire les calculs afin d’obtenir la ligne
de saturation et le débit de fuites
Sauvegarder le projet avant le calcule (43)
Après la sauvegarde on lance le calcule
(41)
)
Chapitre4 : Matériels et méthodes
49
En clique sur CONTOURE pour avoir la ligne de saturation (44)
(42)
)
(43)
Chapitre4 : Matériels et méthodes
50
(44)
Ligne de saturation
Débit de fuite
Chapitre4 : Matériels et méthodes
51
3.6. Les résultats
3.6.1. Déssin de barrage Geo-studio
Figure 4.3: Barrage Hammam Debegh avec geo-studio
Chapitre 5 : Résultats et discussion
52
5.1. Introduction
Les fuites d’eau sont inévitable quel que soit l’emplacement d’un barrage. Elles ont lieu non
pas à travers le corps de l’ouvrage, mais à travers les rives et les fondations. En raison de la
forte poussée hydrostatique exercée par L’eau de la retenue sur le fond et les berges de
l’ouvrage.
Pour atteindre notre objectif qui est la position efficace du noyau dans un barrage à zone nous
avons testé plusieurs positions. La méthodologie adoptée est de tracer la ligne de saturation
des cas étudiés pour trois niveaux d’eau en amont. Les résultats qui nous donnent le meilleur
débit de fuite (le plus petit débit de fuite) dans le barrage de hammam Debagh.
5.2. Les cas d’étude
Le but de cette partie est de connaitre le meilleur emplacement du noyau d’argile par rapport à
la recharge amont et aval afin d’améliorer la conception des ouvrages en terre hétérogènes.
Les cas à modéliser sont :
- Noyau central ;
- Noyau incliné vers l’amont;
- Noyau incliné vers l’aval
Ces trois cas sont calculés pour les niveaux d’eau amont NNR, NPHE et niveau minimal.
Pour atteindre notre objectif nous avons suivi la démarche suivante :
- Tracer la coupe type ;
- Calculer la ligne de saturation ;
- Calculer les débits de fuites :
- Comparer les résultats.
5.3. Calcul de débit de fuite et la ligne de saturation
La première partie de notre étude c’est concentrée sur la variation de la position du noyau en
fonction du niveau d’eau amont.
Pour cela nous avons testé les trois niveaux suivant : NNR, NPHE et niveau minimal pour les
cas étudiés sont :
- Noyau central (coupe type existante du barrage) ;
- Noyau incliné vers l’amont de 56 m par rapport à l’axe de la digue ;
- Noyau incliné vers l’aval de 56 m par rapport à l’axe de la digue.
Le choix de la position efficace du noyau se fait par rapport à :
- La ligne de saturation et son rabattement ;
Chapitre 5 : Résultats et discussion
53
- Le débit de fuite dans l’axe de la digue.
Les résultats de la modélisation sont résumés dans les figures et les tableaux ci-dessous.
Tableau 5.1 : Les matériaux de construction et leur coefficient.
5.3.1. Les conditions aux limites
Les conditions aux limites des cas étudiés sont regroupées dans le tableau 5.2.
RECHARGE NOYAU FILTRE FONDATION
Satured wc (m³/m³) 0,43 0,38 0,43 0,1
Residual water( m³/m³) 0,045 0,068 0,045 0,38
k-saturation (m/s) 0,00008 0,0000007 0,000001 0,0000003
Matériels sable limoneux argile sable sable limoneux
Chapitre 5 : Résultats et discussion
54
Tableau5.2 : Les conditions aux limites des cas étudiés.
Pression nulle
Face d'infiltration
Potentielle Charge hydraulique
Noyau centrale NNR Filtre aval et drain - Amont du barrage
Noyau centrale NPHE Drain Filtre aval Amont du barrage
Noyau centrale MIN Filtre aval et drain - Amont du barrage
Noyau incliné amont 56 m
NNR - Filtre aval Amont du barrage
Noyau incliné amont 56 m
NPHE Filtre aval et drain - Amont du barrage
Noyau incliné amont 56 m
MIN Filtre aval et drain - Amont du barrage
Noyau incliné aval 56 m NNR
Aval du noyau et la
fondation - Amont du barrage
Noyau incliné aval56 m
NPHE filtre aval et drain - amont du barrage
Noyau incliné aval 56 m MIN drain filtre aval amont du barrage
Noyau incliné amont 25 m
NNR amont du noyau et drain - amont du barrage
Noyau incliné amont 25 m
NPHE drain filtre aval amont du barrage
Noyau incliné amont 25 m
MIN drain filtre aval amont du barrage
Noyau incliné amont 85 m
NNR drain filtre aval amont du barrage
Noyau incliné amont 85 m
NPHE amont du noyau et drain filtre aval amont du barrage
Noyau incliné amont 85 m
MIN -
filtre aval et
drain amont du barrage
Chapitre 5 : Résultats et discussion
55
La figure 5.1 montre un exemple des conditions aux limites utilisée lors de la modélisation.
Figure5.1 : Les conditions aux limites cas noyau incliné 85 en NPHE
5.3.2. Exemple de calcul de la ligne de saturation
Avec SEEP/W on discrétise le domaine d'écoulement en un maillage en éléments finis.
Après la réalisation d’une solution de convergence, le contour de pression nulle dans la maille
et la nappe phréatique, comme l'illustre la figure 5.2 La nappe phréatique n'est pas une limite
d'écoulement, mais simplement une ligne de pression zéro. Non seulement cela simplifie
l'analyse des écoulements à surface libre, mais il comprend l'écoulement dans la zone
capillaire au-dessus de la nappe phréatique, qui est une composante réelle et significative du
débit total. Cette partie de l'écoulement est illustrée par les vecteurs d’écoulement au-dessus
de la surface phréatique.
Figure 5.2 : La ligne de charge par SEEP/W
La ligne de saturation du barrage Hammam Debagh pour le cas noyau central et NPHE est
illustrée dans la figure 5.3
Chapitre 5 : Résultats et discussion
56
Figure 5.3: exemple des coordonnés de la ligne de saturation
Apres avoir tracé la ligne on procède à la tracer sur Excel par la méthode théorique de Kozeny
afin de nous permettre la comparaison des cas d’étude et comparer graphiquement le
rabattement de la ligne de saturation.
Les valeurs tirées du logiciel Geostudio seront traités de façon à avoir la même allure que
celle de la parabole de Kozeny d’où l’origine de l’axe est le pied aval du noyau.
5.3.3. Résultats et discussion
Dans cette partie on va représenter chaque cas étudié par sa ligne de saturation et le débit de
fuite dans l’axe de la digue pour les trois niveaux d’eau NNR = 80.5m, NPHE = 88 m et H
min = 50 m qui nous permet de voir de la perméabilité et la hauteur d’eau sur la ligne de
saturation.
Chapitre 5 : Résultats et discussion
57
Niveaux NNR H=80.5 m
Figure5.4 :Ligne de saturation (cas NNR)
a) Noyau central, b) noyau incliné vers l’amont, c) noyau incliné vers l’aval
D’après la figure Figure5.4 on remarque que la ligne de saturation ne change pas d’une façon
significative pour les trois cas ce qui nous pousse à comparer les débits de fuite et tracer ces
courbes sur Excel. Les résultats de seront regrouper pour tous les cas dans les courbes et
graphiques ci-dessous.
Chapitre 5 : Résultats et discussion
58
Niveaux NPHE H=88m
Figure5.5 : Ligne de saturation (cas NPHE)
a) noyau central, b) noyau incliné vers l’amont, c) noyau incliné vers l’aval
Chapitre 5 : Résultats et discussion
59
Niveaux MIN H=50 m
Figure5.6 : Ligne de saturation (cas MIN)
a) noyau central, b) noyau incliné vers l’amont, c) noyau incliné vers l’aval
5.4. Les débits de fuites
Le tableau 5.3 résume les débits de fuite enregistrés dans les trois cas. On remarque que le
débit de fuite est minimal dans le cas de noyau incliné vers l’amont.
Tableau 5.3: Les débits de fuite des cas étudiés
NNR(m3/s) NPHE(m3/s) MIN(m3/s)
Incliné amont 56 m 3,8345E-09 0,000006393 1,4601E-06
Centre 0,000046256 0,000079661 0,000017986
Incliné aval 56 m 0,0000593 0,000081303 0,000016112
Chapitre 5 : Résultats et discussion
60
5.4.1.Le rabattement
L’allure de la ligne de saturation du noyau incliné vers l’amont suit la même allure de la
parabole théorique de kozeny. Ce qui draine le noyau rapidement.
5.4.2.Les courbe de la ligne de saturation
Tableau5.4: coordonnée de la ligne de saturation en niveau NNR (centre, amont,aval)
Cas du noyau centre :
Amont :
Aval :
Figure 5.7 : Ligne de saturation en niveau NNR
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-100-50050100150
centre nnr
inc am 56 nnr
inc aval 56 nnr
X 68,12 49,3 33,3 32 28 20,3 19 13 12,7 12 8,5 8,4 4,08 -0,8 -1,2 -4,1
Y 80,5 79,9 78,6 79 76 58,1 55 45 44,2 45 35 35 20,3 1,78 0 0
x 12,24 -18,68 -25 -14 -1,3 13,6
y 80,5 79,5 74,4 41 0 0
x 126,64 96,92 85,7 83 81 74,4 40 5,81 0 -83
y 80,5 80,25 80,2 81 82 79,2 45 7,55 0 0
Chapitre 5 : Résultats et discussion
61
La figure 5.7 regroupe les trois lignes de saturation des trois cas étudiés du niveau NNR. On
remarque que le rabattement de la ligner se fait d’une façon plus rapide pour le cas du noyau
incliné vers l’amont par rapport au deux autre cas ce rabattement se traduit par le court
parcours de la ligne de charge entre l’intersection avec le parement amont et le niveau d’eau
de la retenue vers le pied aval.
5.4.3Les charges totales et les pressions interstitielles au niveau NNR
Pour tous les nœuds du noyau nous allons représenter la charge totale et la pression
interstitielle pour les cas étudiés.
Charge totale
NNR amont NNR centre
NNR aval
Figure 5.8. : Variation de la charge totale
charge totale
Total H
ead (m
)
X (m)
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
270 280 290 300 310 320 330 340
charge totale
Total H
ead (m
)
X (m)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
270 280 290 300 310 320 330
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
50
55
60
65
70
75
80
85
310 320 330 340 350 360 370
Chapitre 5 : Résultats et discussion
62
Pression interstitielle
NNR centre NNR amont
NNR aval
Figure 5.9 : variation de la pression interstitielle
Au niveau NPHE
Tableau5.5 : coordonnée de la ligne de saturation en niveau NPHE(centre ,amont ,aval)
Centre
Pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-200
-400
-600
0
200
400
600
800
-20 0 20 40 60 80 100
pression interstitielles
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-100
-200
-300
-400
0
100
200
300
400
500
-20 0 20 40 60 80 100
pression interstitielles
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-200
-400
0
200
400
600
800
-20 0 20 40 60 80 100
x -7,88 -18,8 -20 -19 -19 -17 -14 -13 -14 -12 -11 -4 -5,8 -2,8
y 88 81,72 81,3 75 71 67,5 42 38,4 34,5 30 33 13 11,3 0
Chapitre 5 : Résultats et discussion
63
Amont
Aval
Figure 5.10 : ligne d saturation en niveau NPHE
La ligne de saturation pour le niveau NPHE confirme que le rabattement de la ligne charge
pour le noyau avancé et meilleur que les autres cas.
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-50050100150
centre nphe
incl am 56 nphe
incl aval 56 nphe
x 47,41 37,09 29 27 27 25,9 26 24,7 13,3 13 12 1,5 -1,4 -4,3
y 88 87,74 87,7 86 84 83,1 80 72,5 46,3 46 45 12 0 0
x 107 97,09 88,3 88 82 81 45 0
y 88 87,64 87,3 87 86 86 50 0
Chapitre 5 : Résultats et discussion
64
5.4.4 Les charges totales et les charges hydrauliques au niveau NPHE
Charge totale
NPHE centre NPHE amont
NPHE aval
Figure 5.11 : variation de la charge totale
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
50
60
70
80
90
305 310 315 320 325 330 335
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
305 310 315 320 325 330 335 340
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
65
70
75
80
85
90
320 325 330 335 340 345 350 355
Chapitre 5 : Résultats et discussion
65
Pression interstitielle
NPHE amont NNR centre
NPHE aval
Figure 5.12 : variation de la pression interstitielle
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (kP
a)
Y (m)
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 20 40 60 80 100
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (kP
a)
Y (m)
-50
-100
-150
-200
0
50
100
150
200
250
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-200
0
200
400
600
800
1000
-20 0 20 40 60 80 100
Chapitre 5 : Résultats et discussion
66
Au niveau MIN
Tableau5.6 : coordonnée de la ligne de saturation en niveau MIN(centre ,amont ,aval)
Centre
x 233,36 74,3 45 35 0 -11
y 50 49,8 46 49 0 0
Amont
x 117,74 42,65 9 -9 -13 0
y 50 49,73 49,5 37 37 0
Aval
Figure 5.13 : Ligne de saturation en niveau MIN
Comme pour les cas NNR et NPHE le niveau MIN confirme que la position du noyau avancé
vers l’amont est la meilleure position du noyau. Pour confirmer cette position on va comparer
les débits de fuite pour les cas étudiés.
-10
0
10
20
30
40
50
60
-100-50050100150200250
centre min
incl am 56 min
incl aval 56 min
x 231,59 77,95 54,1 44 25 3,96 0 -83
y 50 49,7 46 48 28 7,07 0 0
Chapitre 5 : Résultats et discussion
67
5.4.5 Les charges totales et les charges hydrauliques au niveau MIN
Charge totale
MIN centre MIN amont
MIN aval
Figure 5.14 : variation de la charge totale
CHARGE TOTALE
Total H
ead (m
)
X (m)
15
20
25
30
35
40
45
50
310 320 330 340 350
charge totale
Total H
ead (m
)
X (m)
0
10
20
30
40
50
60
275 280 285 290 295 300 305 310 315
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
46
47
48
49
50
290 300 310 320 330 340 350 360
Chapitre 5 : Résultats et discussion
68
Pression interstitielle
MIN Amont MIN centre
MIN aval
Figure 5.15 : variation de la pression interstitielle
On remarque que le noyau incliné vers l’amont donne le bon résultat vis-à-vis le débit de fuite
5.4.5.Interprétation de la ligne de charge et les pressions interstitielles
La ligne de charge pour le cas NNR du noyau central et avancé vers l’aval varie de 80 m au
niveau de l’intersection de la ligne de charge et le parement amont et 0 m au niveau du pied
aval du noyau. Tandis que pour le noyau incliné amont la ligne de charge commence par 75 m
pour atteindre 5 m au niveau du pied aval du noyau ce qui confirme l’efficacité de cette
position. Pour le cas du niveau Max (NPHE) la variation de la charge et la pression et
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-100
-200
-300
0
100
200
300
400
500
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
pression interstitiele
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-100
-200
0
100
200
300
400
-10 0 10 20 30 40 50 60 70
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-200
-400
-600
0
200
400
600
-20 0 20 40 60 80 100
Chapitre 5 : Résultats et discussion
69
identique dans la partie centrale du barrage. Cette présentation est due au niveau d’eau amont
maximale qui rend une grande partie du talus saturé.
La variation de la charge totale et la pression interstitielle est identique pour le cas du niveau
min.
Tableau5.7 : Ecart des valeurs de débit de fuit d’amont par rapport au centre et aval
D’après le tableau 5.7 le cas du noyau incliné vers l’amont donne un débit de fuite minimale
ce qui nous pousse à raffiner plus ce cas.
Nous avons vu qu’il faut jouer sur la distance d’inclinaison par rapport à l’axe. Dans la
dernière partie de ce travail nous avons essayé deux distances pour des raisons de ne pas
changer le volume des matériaux du noyau. C’est-à-dire pour le même volume d’argile du
noyau on vérifier juste le débit de fuite. Les cas étudiés sont :
- Noyau incliné 25 m par rapport au l’axe a l’amont
- Noyau incliné 85 m par rapport au l’axe a l’amont
5.5. Le cas du noyau incliné vers l’amont pour les deux cas 25 et 85 m
5.5.1. La ligne de saturation au niveau NNR
Dans cette partie on va résumerles résultats de la ligne de saturation pour les cas approfondie
du noyau avancé. Cette partie ne tient compte que du volume identique de matériaux de
construction (c à d) le même volume d’argile utilisé dans le cas réel (noyau central de barrage
Hammam Debagh). Le tableau 5.8 représente les coordonnées de la ligne de saturation pour
le niveau NNR dans les cas noyau incliné amont 25 et 85 m et la comparer avec 56 m.
NNR m3/s NPHE m3/s MIN m3/s
Incliné amont56 3,8345E-09 0,000006393 1,4601E-06
Centre 0,000046256 0,000079661 0,000017986
Incline aval 56 0,0000593 0,000081303 0,000016112
Ecart(inc amont-centre) -4,62522E-05 -7,3268E-05 -1,6526E-05
Ecart(inc am-incaval) -5,92962E-05 -0,00007491 -1,4652E-05
Chapitre 5 : Résultats et discussion
70
Tableau5.8 : coordonnée de la ligne de saturation en niveau NNR
(incliné amont 25m,56 m et 85m)
Incliné amont 25 m
x 42,51 5,18 4,42 4,13 3,09 0 -6,5
y 80,5 79,78 72,58 67,81 15,75 0 0
Incliné amont 85 m
x -16,62 -22,84 -35,96 -32,31 -15,9 -2,19 0
y 80,5 72,69 72,58 63,55 28,69 3,34 0
Incliné amont 56 m
x 12,24 -18,68 -24,95 -13,75 -1,3
y 80,5 79,5 74,37 41,04 0
Figure5.16: Ligne de saturation au niveau NNR
Les trois lignes de saturation regroupées dans la figure 5.10 montrent que la position du noyau
avancé vers l’amont d’une distance de 85 m favorise le rabattement de la charge au niveau du
noyau.
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-50-40-30-20-100102030405060708090100
incl am 85 NNR
incl am 25 NNR
incl am 56 NNR
Chapitre 5 : Résultats et discussion
71
5.5.2. Charge totale et pression interstitielle pour les cas incliné amont 25met 85 m
Charge totale
NNR incliné amont 25 m NNR incliné amont 85 m
Figure 5.17 : variation de la charge totale
Pression interstitielle
NNR incliné amont 85 m NNR incliné amont 25 m
Figure 5.18 : variation de la pression interstitielle
La charge totale dans ces deux cas varie de 75 à 5m et la pression de 0-800Kpa.
Pour le choix quelle est la meilleure position on doit comparer les débits de fuite.
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
300 310 320 330 340
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
280 290 300 310
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (kP
a)
Y (m)
-500
-1000
0
500
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
pression inrstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (kP
a)
Y (m)
-100
-200
-300
-400
0
100
200
300
-20 0 20 40 60 80 100
Chapitre 5 : Résultats et discussion
72
5.5.3. La ligne de saturation au niveau NPHE
La ligne de saturation du niveau NPHE est illustrée dans le tableau 5.9.
Tableau5.9: Coordonnée de la ligne de saturation en niveau NPHE
(incliné amont 25m,85m ;56m)
Incliné amont 25 m
x 22,06 15,57 6,94 6,51 5,05 5,59 0,3 0 -0,8 -1,7 0 -6,5
y 88 85,66 82,05 76,68 71,81 67,8 43,8 41,48 41,9 40,63 0 0
Incliné amont 85 m
x -37,11 -54,77 -55,52 -58,63 0 -3,19
y 88 87,39 86,99 88 0 0
Incliné amont 56 m
x -7,88 -18,87 -20,32 -19,47 -19,2 -17,1 -13,9 -13 -13,6 -11,8 -11 -4,3 -5,81 -2,8 -2,5
y 88 81,72 81,28 75,05 71,2 67,5 42,08 38,4 34,5 30,38 33 12,7 11,31 0 0
Figure 5.19: ligne de saturation au niveau NPHE
-20
0
20
40
60
80
100
-80-70-60-50-40-30-20-100102030405060708090100
incl am 85 nphe
incl 25 am nphe
incl am 56 nphe
Chapitre 5 : Résultats et discussion
73
Le rabattement de la ligne de charge se fait d’une façon plus rapide pour le cas 85 m ce qui
draine la partie du noyau rapidement.
5.5.4. Charge totale et pression interstitielle incliné amont 25met 85 m
Charge totale
NPHE incliné amont 25 m NPHE incliné amont 25 m
Figure 5.20 : variation de la charge totale
Pression interstitielle
NPHE incliné amont 25 m NPHE incliné amont 85 m
Figure 5.21 : variation de la pression interstitielle
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
305 310 315 320 325 330 335 340
charge hydraulique
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
270 280 290 300 310 320
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (kP
a)
Y (m)
-100
-200
-300
-400
0
100
200
300
400
500
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-100
-200
-300
0
100
200
300
400
-20 0 20 40 60 80 100
Chapitre 5 : Résultats et discussion
74
Pour le niveau NPHE la charge totale varie de 85 à 5 m et la pression interstitielle de 0à
800Kpa.
Donc on ne peut faire le choix de la position dans ce cas que par la comparaison du débit de
fuite.
5.5.5. La ligne de saturation au niveau MIN
Le tableau 5.10 regroupe les coordonnées des lignes de saturation pour les trois cas amont à
comparer.
Tableau5.10: coordonnée de la ligne de saturation en niveau MIN
(incliné amont 25m,85m ;56m)
Incliné amont 25 m
x 148,54 25,88 7,72 4,36 0 -1 -2 0,7 0 -6,5
y 50 49,18 37,07 29,38 21,18 20,4 11,8 4,82 0 0
Incliné amont 85 m
x 89,81 3,36 -5,41 -17,03 -22,8 -19,9 -13,5 -7,74 -4,67 -2,19 0 -3,19
y 50 49,22 48,47 34,33 34,5 28,8 20,33 14,13 8,08 4,47 0 0
Incliné amont 56 m
x 117,74 42,65 9 -9,45 -13,2 0 -11,3
y 50 49,73 49,5 36,68 37,12 0 0
Chapitre 5 : Résultats et discussion
75
Figure5.22 : ligne de saturation au niveau MIN
Comme pour les cas NNR et NPHE le niveau MIN confirme que le noyau avancé vers
l’amont de 85 m est la meilleur position du noyau dans notre cas d’étude.
La ligne de saturation de noyau incliné vers l’amont de 85 m est
5.5.6. Charge totale et pression interstitielle incliné amont 25met 85 m
Charge totale
MIN incliné amont25 m MIN incliné amont 85 m
Figure 5. 23 : variation de la charge totale
-10
0
10
20
30
40
50
60
-50-20104070100130160
incl am 85 min
incl am 56 min
incl am 25 min
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
0
10
20
30
40
50
300 310 320 330 340
charge totale
Tota
l H
ead (
m)
X (m)
0
10
20
30
40
50
250 260 270 280 290 300 310
Chapitre 5 : Résultats et discussion
76
Pression interstitielles
MIN incliné amont 25 m MIN incliné amont 85 m
Figure 5. 24 : variation de pression interstitielle
La charge totale varie de 45 à 5 m et la pression de 0 à 400 Kpa. La variation de la pression
est identique dans les deux cas.
Pour choisir la position efficace du noyau on va comparer les débits de fuite pour les deux cas
étudiés. Le tableau 5.11 regroupe les valeurs de débit de fuite pour les noyau inclinés amont à
85 m et 25 m.
Tableau 5.11 : Ecart des valeurs de débit de fuite incliné amont 85m par rapport au incliné
amont 25m et incliné amont 56m.
On remarque que le noyau incliné (85m) vers l’amont donne un débit minimal. Ce qui nous
permet de conclure que la position efficace de noyau d’argile est celui avancé vers l’amont de
85 m vis-à-vis du rabattement de la charge hydraulique et les débits de fuite.
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-200
-400
-600
-800
0
200
400
-20 0 20 40 60 80 100
pression interstitielle
Pore-W
ate
r P
ressure (
kP
a)
Y (m)
-100
-200
-300
-400
0
100
200
300
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
NNR m3/s NPHE m3/s MIN m3/s
incl amont 25 0,000080672 0,00010053 0,00002319
incl amont 85 8,6812E-06 2,4055E-06 2,3426E-10
incl amont 56 0,0000593 0,000081303 0,000016112
écart(incl am 25 - incl am 85) 7,19908E-05 9,81245E-05 2,31898E-05
écart(incl am 56 - incl am 85) 5,06188E-05 7,88975E-05 1,61118E-05
Chapitre 5 : Résultats et discussion
77
Conclusion
L’analyse des résultats obtenus ont permis de dresser des graphiques facilement utilisables
pour la détermination de la position efficace du noyau.
Ainsi, l’étude du problème du point de vue ligne de charge débit de fuite a clairement
démontré l’importance du rôle joué de la distance du noyau dans l’efficacité de l’organe
d’étanchéité. Mais cette longueur doit être choisie de sorte à minimiser les fuites d’eau à
travers le corps du barrage.
A terme de cette partie on confirme que la position efficace du noyau est celle du noyau
avancé vers l’amont de 85 m avec un débite de 8,6812E-06, 2,4055E-06 et 2,3426E-10 m3/s
pour les cas NNR NPHE et MIN respectivement.
Conclusion générale
Conclusion générale
Le type de barrage avec noyau est une solution largement répondue. Le barrage consiste en
deux corps d’appui amont et aval qui garantissent la stabilité du noyau central situé entre les
deux.
Il a été, à travers ce mémoire, élucidé clairement que la conception d’un noyau incliné, avancé
judicieusement à l’amont offre de multiples avantages ayant un lien direct avec les
rabattements de la ligne de saturation, la distribution des champs de pression interstitielles,
avec l’effet de contact et donc la fracturation hydraulique.
En utilisant le logiciel Géo studio et pour atteindre notre objectif qui est la position efficace
du noyau dans un barrage à zone (notre choix s’est porté sur le barrage Hammam Debagh
Guelma) nous avons testé plusieurs positions du noyau (vertical ; incliné amont et aval).
D’aprèsles résultats on a remarqué que le noyau incliné (85m) vers l’amont donne de bonnes
résultats vis-à-vis le débit de fuite.
Enfin, ce travail mérite d’être complété par l’évaluation des déformations du noyau pour les
différents cas de conception proposés afin de mettre en évidence, d’une manière
valoriséel’effet de contact entre le noyau et les recharges du barrage.
Références bibliographiques
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les travaux d'auscultation de barrages (French text).
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des communes rurales au Burkina Faso. Naviguer entre l’apprentissage et le
pré-requis. Amsterdam, Netherlands: Royal Tropical Institute (KIT).
[11] Toumi A., (2014). Cours ouvrages hydraulique 2014.