Les matériaux

Le barrage de Mauvoisin en Suisse lors de sa contrustion en 1957 gramme.be
Le barrage de Mauvoisin en Suisse lors de sa contrustion en 1957 gramme.be
La construction du barrage de Tignes  http://www.haute-tarentaise.net
La construction du barrage de Tignes http://www.haute-tarentaise.net

 Pour les barrages en montagne (comme celui de Tignes) on préfère les matériaux situés en amont afin de n’avoir qu’à les descendre plutôt que de faire monter des matériaux généralement très lourds.

La mise en béton d'un barrage  photostp.free.fr
La mise en béton d'un barrage photostp.free.fr

Le béton est mis en place, souvent grâce à des aiguilles vibrantes qui vont « serrer » le béton pour lui donner cette allure liquide afin d’occuper tout l’espace prévu entre les coffrages. Mais grâce à l’apparition de nouvelles techniques, les barrages poids sont souvent utilisés car ils permettent d’employer un béton à faible teneur en ciment.

La construction d'un barrage BCR sur la rivière MANOUANE  http://www.bcr.cc
La construction d'un barrage BCR sur la rivière MANOUANE http://www.bcr.cc

 Ce type de barrage permet aussi de travailler sur toute la couche du barrage et d’étaler par couches successives le béton et de le compacter grâce au rouleau compacteur, on parle alors de BCR (Barrages compactés aux rouleaux).

Bétonnière au barrage de Cap de Long aure-sobrarbe.net
Bétonnière au barrage de Cap de Long aure-sobrarbe.net

On va souvent utiliser du béton à forte masse volumique afin de compenser le poids de l’eau. Pour cela, les constructeurs utilisent, lorsque cela est possible, de gros granulats pour économiser le ciment qui s’avère beaucoup plus cher.

Pour la partie du barrage qui est en contact direct avec l’eau, on utilisera alors un additif hydrofuge (pour imperméabiliser le barrage et éviter toutes proliférations) Il arrive aussi que les constructeurs optent pour un béton impermeable a la base .

 

La résistance horizontale du béton est moindre ce qui explique qu'il faut l'armer dans le cas des ponts par exemple. En traction, sa résistance est nulle

 

Les flèches oranges représentes la poussée sur les bords rocheux ce qui empêchent la rupture.
Les flèches oranges représentes la poussée sur les bords rocheux ce qui empêchent la rupture.

Cependant, le béton comporte de très bonne capacité de résistance à la compression. 

Dans le cas des barrages c'est cette dernière propriété qui va être exploitée.

 

 

 

On utilise des cailloux dans le b"ton ce qui permet de faire des économies de ciment qui coûte très cher, d'arrêter des fissures qui pourraients se former de réduire le temps de séchage du béton.

Pour exploiter au maximum la propriété de compression du béton, certains barrage sont construit en double voûte. La poussée est ainsi également reportée sur les fondations.

Faisons une coupe à l'endroit des pointillés bleus et dessinons le schéma rendu libre (NB: la flèche verte et la flèche orange en pointillé représentent les composantes de la flèche bleue).

Sans la voûte, l'effort tranchant serait égal à la flèche bleue, mais grâce à cette dernière, il est égal à la flèche orange qui est une de ses composantes et donc, en module, plus faible.


Fissure dans un barrage suite un séisme http://www.gramme.be
Fissure dans un barrage suite un séisme http://www.gramme.be

On doit également tenir compte des risques de séisme : des analyses rigoureuses sont effectuées sur les fondations naturelles et la cuvette à remplir, qui doivent être étanches et avoir la résistance nécessaire pour supporter le poids du barrage, ainsi que celui de l'eau. Une étude sera aussi réalisée pour déterminer les risques d'explosions liés aux poches de gaz contenues dans les roches.

La forme définitive d’un barrage voûte résulte d’une succession d’essais de formes progressivement affinées en fonction des résultats des calculs effectués sur les formes précédentes;

La construction

La construction du barrage de Gruyère en 1947  http://www.lyoba.ch
La construction du barrage de Gruyère en 1947 http://www.lyoba.ch

La construction du barrage implique de mettre à sec, en général par parties successives, le lit de la rivière. Les travaux correspondants, qui constituent la dérivation provisoire, peuvent prendre des aspects très différents selon le régime hydrologique, la largeur du lit, l’importance et la nature du barrage. On prévoit donc toujours des batardeaux, barrages provisoires destinés à canaliser le cours d’eau, et des chenaux temporaires.

La solution la plus commode, sinon la plus économique, consiste à faire passer la rivière dans un ou plusieurs tunnels creusés à cette fin dans une rive ; le chantier est abrité de l’eau par un batardeau amont et un batardeau aval.

 

La construction par compactage du barrage de Lurberria Peri France
La construction par compactage du barrage de Lurberria Peri France

Pour le bétonnage le barrage est découpé en plusieurs plots dont la dimension varie entre 10m et 20m de large et qui sont construits indépendamments de leur voisins. Les coffrages utilisés sont souvent autogrimpants, autorisant des levées de bétonnage entre 1,5m et 3m de hauteur.

La prise du ciment est dite exothermique (cela veut dire qu'elle produit de la chaleur) lors de grandes épaisseur.

Cette chaleur risque d'endommager l'ouvrage et ne peut se dissiper naturellement que très lentement. 

Pour cela les entreprises ont recourt à certaines méthodes de refroidissement tel que des ciments ou des lients à faible réaction exothermque mais aussi des système de refroidissement pré et post-réfrégéraion.

Le second schéma nous montre la température qui subiste dans le barrage après 3 mois de refroidissement. Plus la couleur est chaude, plus la température est élevée;

Il a donc fallu trouver des techniques visant à refroidir le béton de l'ouvrage.

Le risque du gel

Un des principaux risque de cassure du béton est du au gel.

L'eau s'infiltre dans le béton à travers de petites fissures, en gelant cette dernière prend plus de place car les molécules se dilatent et éclate le béton.

 

Pour éviter une rupture due au gel dans l'ouvrage, il faudrait arriver à isoler le béton de l'eau.

Pour ce faire, nous pouvons imaginer trouver un matériaux permettant d'isoler à la fois de la température de l'eau et de l'eau elle même.

 

Comme indiquer précédement, le barrage avance et recule selon l'état de remplissement du lac de retenue.

 

 

Pour résumer il faudrai que la membrane soit:

- étanche à l'eau

- un minimum élastique

- isolante de la température de l'eau

- une durée de vie particulierement longue

Cela nous amène à penser à une membrane semblable au Gore-Tex dont la taille des pores est 20 000 fois plus petite qu'une molécule d'eau. 

Notre membrane comporteras des pores plus petits que une molécule d'eau, elle sera un peu élastique et de bonne qualité de façon à résiter au temps qui passe;

 

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