Barrages : types, fonctions, répartition et enjeux

Barrages : types, fonctions, répartition et enjeux

Enjeux techniques, enjeux sociaux et fonctionnement des barrages

Cette première section est consacrée à définir et présenter les barrages sur le plan technique, structurel et fonctionnel. Ces éléments normatifs mettent en avant une diversité importante des types d’ouvrages, de leurs procédés de construction et de leurs fonctions. En intégrant la Division Production et Ingénierie Hydraulique (DPIH) d’EDF, j’ai très tôt entendu dire « chaque barrage est un cas particulier ». A une échelle mésoscopique il faut admettre que c’est une vérité. La standardisation, pour un ensemble de raisons qu’il ne nous appartient pas d’approfondir ici, ne fait pas partie de l’histoire (sinon très récente) de l’hydraulique. Nous allons donc nous attacher à décrire des grandes familles d’objets techniques – les considérations humaines et organisationnelles s’y grefferont progressivement dans la suite de cette thèse. Le lecteur qui serait familier avec le monde des barrages, s’il n’est pas à la recherche de quelques statistiques actuelles, se reportera directement à la section 0 sur les accidents.

Barrages, digues : une première distinction 

On peut définir un barrage comme un ouvrage artificiel qui s’oppose au cours naturel de l’eau afin d’en réguler le débit et/ou de créer un stock d’eau exploitable, appelé retenue. Le Décret 2007-1735 du 11 décembre 2007 définit, en droit français, les barrages comme des ouvrages permettant de former un plan d’eau et les distingue des digues, des ouvrages permettant de protéger une population ou des biens contre les submersions :

♦ les barrages sont les ouvrages pour lesquels il est possible de déterminer deux critères, la hauteur de l’ouvrage, et le volume de l’eau stockée à l’amont de l’ouvrage;
♦ les digues sont les ouvrages pour lesquels il est possible de déterminer deux critères, la hauteur de l’ouvrage et en l’absence de volume d’eau stockée à l’amont de l’ouvrage, la population protégée à l’aval. (MEDAD, 2007) .

Dans cette thèse, nous nous attacherons à la première famille d’ouvrages s’opposant à l’eau : les barrages. La définition du décret, très ouverte, englobe des barrages de différents types, assurant différentes fonctions. Cette première forme de diversité tient notamment au fait que les barrages constituent l’une des plus anciennes réponses techniques au besoin humain de domestication de l’eau (pour les besoins de consommation et de protection puis d’exploitation).

Quelques considérations historiques 

Le plus vieux barrage connu a été édifié dans l’actuelle Jordanie, près de Jawa, vers la fin du 4e millénaire avant J.-C. En Egypte, les pharaons font construire des barrages pour l’alimentation en eau des villes (un barrage de 115 mètres de long fut construit en Égypte dans le Garawi vers 3000 av. J.- C.). Les connaissances techniques hydrologiques et météorologiques de l’époque ne permettaient pas à ces ouvrages de résister efficacement contre des phénomènes comme les crues des cours d’eaux sur lesquels ils étaient établis. Les travaux d’histoire et d’archéologie situent la première rupture référencée d’un barrage entre 2650 et 2465 av. J.-C. dans la région du Caire (voir les travaux de l’ingénieur suisse Schnitter-Reinhardt ; cités par Le Delliou, 2003). Ces ruptures et leurs impacts pourraient expliquer la longue période sans développement notable de barrages qui marque le début du premier millénaire. Le Moyen Âge Européen voit un regain d’intérêt pour ces ouvrages qui sont alors utilisés pour assurer l’alimentation des moulins hydrauliques.

Au XVIIème siècle s’opère un développement conséquent des techniques de construction de barrages. En France, dans la région Midi-Pyrénées, le barrage de Saint-Ferréol (construit entre 1667 et 1675) qui assure l’alimentation en eau du Canal Royal du Languedoc (aujourd’hui le Canal du Midi) était, pour son époque le plus grand barrage du monde. En 1843, la France construit le premier barragevoûte « moderne » pour l’alimentation en eau potable de la ville d’Aix-en-Provence : le barrage de Zola (Goblot, 1967). Ce barrage, réalisé en maçonnerie, sert toujours aujourd’hui à réguler les crues mais il n’est plus exploité. Le XXème siècle marque le développement significatif des barrages. Près de 800 000 barrages ont été construits, notamment entre 1930 et 1990, pour répondre à l’augmentation et la diversification des besoins en eau. Aujourd’hui, la Commission Internationale des Grands Barrages (CIGB) recense plus de 58 000 grands barrages dans le monde. Ces ouvrages correspondent à différents procédés de construction et ont différents usages.

Principaux usages des barrages dans le monde 

Nous avons défini un barrage comme un ouvrage permettant d’utiliser de l’eau. Le stock d’eau exploitable, constitué par interruption du cours naturel est appelé capacité. Cette capacité permet d’assurer une ou plusieurs fonctions : l’alimentation en eau potable, l’irrigation de cultures, la régulation des crues naturelles, le soutien d’étiage ou encore la production d’électricité. Il existe également des usages secondaires comme l’élevage piscicole, la pêche, les activités touristiques, la lutte contre les incendies, ou la création de polders . Dans le monde, près d’un barrage sur deux (48%) est destiné à l’irrigation (contre 17% pour l’hydroélectricité, figure 1). En France, environ 80% des barrages sont destinés (exclusivement ou non) à la production d’électricité. Dans cette thèse, il sera employé le terme barrage pour désigner les barrages hydroélectriques (sauf mention contraire).

Différents types de barrages et spécificités respectives 

Il existe différents types de barrages, le choix dépend de décisions (techniques et pratiques) qui considèrent des critères comme le site d’implantation, les matériaux disponibles ou les fonctions que l’ouvrage devra assurer. Ces types sont caractérisés par leurs techniques de construction, réparties en deux catégories principales : les barrages poids (Figure 2a. et 2b.) et les barrages voûte (Figure 2c.). Afin de s’opposer au cours naturel, les ouvrages poids opposent leur masse aux forces de l’eau alors que les voûtes, elles, en reportent les efforts sur leurs appuis (latéraux et fondation).

Les barrages poids sont caractérisés par leurs matériaux de construction qui distinguent les poidsremblai des poids-béton. Les poids-remblai (aussi appelés « barrages (en) remblai ») sont constitués de matériaux naturels meubles, souvent disponibles à proximité du chantier, plus ou moins fins (terre, enrochements). Relativement simples de conception, ils représentent les plus anciens et nombreux ouvrages avec 70% des barrages existant dans le monde. D’un point de vue structurel, ils peuvent être homogènes (constitués de matériaux suffisamment étanches comme des argiles, marnes ou limons) ou bien posséder un noyau étanche, épaulé par des recharges plus perméables. Les barrages poids-béton (aussi appelés « barrages poids » par abus de langage) peuvent être construits en enrochements (maçonnerie), en béton conventionnel ou, pour les plus récents, en béton compacté. Ces derniers ont une masse plus importante que les barrages en remblai ce qui implique des contraintes géotechniques sur le sol de fondation. Ils présentent toutefois une emprise au sol plus faible en raison de leur profil asymétrique (voir Figure 2b). Qu’ils soient en remblai ou en béton, la construction de barrages poids nécessite une grande quantité de matériaux de construction (plus ou moins onéreux), de plus ces barrages occupent une surface au sol plus importante que les barrages voûte. Ils présentent l’avantage de pouvoir être construits sur de grands linéaires et sont donc généralement implantés dans de larges vallées ou lorsque les matériaux de construction sont abondants et facilement accessibles localement. En 2015, le record du plus haut barrage du monde est détenu par le barrage en remblai de Nourek (culminant à 304 mètres au-dessus du terrain naturel).

Les barrages voûtes sont généralement construits en béton armé (les plus anciens sont en maçonnerie) mais ils n’opposent pas leurs poids, trop faible, à la force de poussée de l’eau. Ils utilisent leur courbure en voûte, mono ou bidimensionnelle suivant les axes horizontaux et verticaux, toujours orientée vers l’amont. Une voûte reporte en effet mécaniquement la pression qu’elle reçoit sur ses appuis latéraux. Ce fonctionnement permet, moyennant des calculs complexes et un dimensionnement précis, de construire des ouvrages plus fins (ce qui permet notamment d’économiser matériaux de construction et coûts associés). Ce type de barrage induit des contraintes géologiques et géotechniques strictes pour la construction (vallée étroite, appuis rocheux et fondation de qualité).

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 – DES BARRAGES ET DES HOMMES
1.1. Barrages : types, fonctions, répartition et enjeux
1.1.1. Enjeux techniques, enjeux sociaux et fonctionnement des barrages
1.1.2. Les barrages dans le monde et en France
1.1.3. Accidentologie de barrages, les ouvrages à l’épreuve de la nature, de la technique et des hommes
1.2. Etudes de dangers : le facteur humain en question
1.2.1. Comprendre la relation de contrôle
1.2.2. Présentation des études de dangers de barrages
1.2.3. Facteur humain : des situations d’exploitation aux nœuds papillon
1.3. Facteur humain : état de l’art, des pratiques et des dispositions industrielles
1.3.1. Revue bibliographique
1.3.2. Revue des dispositions industrielles : le cas d’EDF-DPIH
1.3.3. Le facteur humain avec un nœud papillon
CHAPITRE 2 – LES MODELES EN GESTION DE LA SECURITE
2.1. Courants et modèles des facteurs organisationnels et humains
2.1.1. Considérations historiques sur les facteurs organisationnels et humains
2.1.2. Considérations générales sur la nature et les utilisations des modèles
2.1.3. Proposition d’un cadre pour l’étude des modèles d’accidents
2.2. Les modèles d’accidents organisationnels de James Reason
2.2.1. Naissance d’une théorie de l’accident organisationnel
2.2.2. Evolution des modèles d’accidents organisationnels, genèse du Swiss cheese model
2.2.3. Vers une « théorie unifiée » de l’accident organisationnel
2.3. La popularité en question : usages, limites et critiques du Swiss cheese model
2.3.1. Revue des usages, méthodes et outils adossés au Swiss cheese model
2.3.2. Discussion des limites et des critiques du Swiss cheese model
2.3.3. De la contemporanéité des modèles de Reason
CHAPITRE 3 – NAISSANCE ET VIE D’UN MODELE FOH DEDIE AUX EDD
3.1. A la croisée des sciences humaines et de l’ingénierie : démarche de conception d’un modèle du facteur humain dédié aux EDD de barrages d’EDF
3.1.1. Cadre et modalités de conception
3.1.2. Etude comparative et adaptation : proposition d’un modèle FOH dédié aux EDD168
3.1.3. Conception de la méthode et de l’outil ECHO
3.2. Première validation : une expérimentation contrôlée
3.2.1. Choix du site, mise en place du test
3.2.2. Déroulement et résultats
3.2.3. Limites, biais et perspectives
3.3. Deuxième validation : la sanction du réel
3.3.1. Communications associées au dispositif ECHO et formation des pilotes-EDD
3.3.2. Observation du déploiement d’ECHO dans les premières mises-à-jour d’EDD
3.3.3. Axes de progrès, perspectives
CHAPITRE 4 – DISCUSSION ET PERSPECTIVES
4.1. Perspectives industrielles : les échos d’ECHO
4.1.1. Aller au-delà de l’EDD
4.1.2. Construire une « stratégie » de communication
4.2. Discussion sur l’objet « modèle »
4.2.1. Classifications générales des modèles : diversité et complexité de l’exercice
4.2.2. Revue de classifications dédiées aux modèles d’accidents
4.2.3. Vers une alternative à la classification des modèles d’accidents
4.3. Débat académique sur la valeur des modèles : bilan et perspectives
4.3.1. Les (nouveaux) modèles systémiques d’accident
4.3.2. Deux écoles incompatibles pour « penser l’accident »
4.3.3. Double-collaboration : l’émergence d’une troisième voie ?
CONCLUSION

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