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Wikibardig:Barrage étanchéité amont

De Wikibardig

Sommaire

Présentation

Dans le cas où l’on ne dispose pas sur le site de construction d’un barrage en remblai de suffisamment de matériau étanche pour constituer une étanchéité interne (noyau), le choix d’une étanchéité artificielle amont s’impose. Ces barrages peuvent être répertoriés selon le type d’étanchéité :

  • Masque en béton ;
  • Masque en béton bitumineux ;
  • Masque constitué d’une géomembrane ;

C’est le type de barrage qui réduit au maximum les infiltrations dans le corps de l’ouvrage, ce qui autorise a priori une pente amont plus faible (à caractéristiques mécaniques identiques).

Le masque amont doit être souple (donc mince) de manière à s'adapter sans détérioration aux mouvements du massif qui se tasse sous son propre poids, sous l'effet de la poussée de l'eau, notamment lors du premier remplissage, et sous les effets des mouvements de la fondation. L'épaisseur de l'écran sert à éviter que les détériorations d’une face se propagent à l’autre face. Le masque amont présente l’avantage de pouvoir être réalisé après l’édification du remblai et de pouvoir être réparé aisément. Exposé aux agressions extérieures (mécaniques, thermiques…), il est plus fragile que le noyau interne et doit recevoir une protection adaptée.

Le masque amont ne joue aucun rôle dans la stabilité du talus sur lequel il s'appuie.


Schema-type-CFBR.png Schéma type d’un barrage à étanchéité amont (Source : CFBR)

Composants

Les barrages à étanchéité amont sont composés :

  • D’un système d’étanchéité amont + corps du barrage (remblai)
  • D’un système de drainage + filtre
  • De systèmes de protection du système d’étanchéité amont (suivant sa nature) et du talus aval

La construction du corps en remblai, dont la définition des pentes des talus amont et aval, répond aux principes régissant la construction des barrages homogènes.

On notera que quelle que soit l'inclinaison adoptée, l'écran a tendance à glisser sur son talus, sous l'effet de son propre poids ou de variations de température. Par conséquent, l'écran doit être soit accroché en tête du barrage, soit appuyé sur un mur de pied, s'il ne risque pas de flamber, soit collé sur le talus amont.

Le masque amont repose en général sur une couche d’éléments fins drainants.

L’étanchéité doit être assurée sur la périphérie du masque aussi bien en pied de barrage et dans la fondation qu’en rive pour éviter tout contournement du masque.

Pour les barrages en remblai, il a pu exister des cas d'étanchéité par masque amont en argile, cette solution est, maintenant, déconseillée.

Dans le cas des barrages en enrochements il existe de rares cas d’étanchéité amont réalisée par une tôle métallique galvanisée.La protection par masque en argile n'est pas adaptée.

Types de masque

Masque en béton

Ce type de masque joue à la fois le rôle d'étanchéité et de revêtement de protection. L'étanchéité est obtenue par l'emploi d'une granulométrie appropriée et l'utilisation d'adjuvants, que l'on préférera à un surdosage en ciment qui favorise la fissuration de retrait. Les masques en béton sont sensibles aux agressions extérieures et notamment à celle de l’eau dont les caractéristiques chimiques doivent être prises en compte. Le béton peut être armé ou non.

Ce type de masque ne convient pas aux barrages en terre, du fait de la rigidité du masque qui suit mal les déformations du barrage. Ce type de masque est utilisé sur les barrages en enrochements. Grâce aux travaux de Barry COOKE, les barrages en enrochements à masque en béton armé font l’objet d’une quasi-normalisation. Ils sont connus dans le monde anglo-saxon sous l’acronyme CFRD (Concrete Faced Rockfill Dam).

Le masque s’appuie sur une plinthe, parfois complétée par une dalle ancrée. Cette plinthe assure le rôle de transition avec la fondation et permet une certaine rotation de la dalle pour suivre les mouvements du barrage au cours du temps. La mise en place du béton peut se faire soit par coulage par plaques ou bandes, soit par projection, soit par assemblage de dalles préfabriquées.

Un masque en béton non armé, nécessairement plus rigide car plus épais, devra comporter des éléments séparés (dalles, plaques) avec joints horizontaux et verticaux jouant le rôle de charnières pour permettre l'adaptation de l'écran à son support. L'étanchéité au niveau des joints est obtenue à l'aide de lames métalliques pliées, généralement en acier inoxydable ou de bandes de caoutchouc Waterstop. Le joint est ensuite rempli par un produit plastique assurant la protection de l'étanchéité proprement dite.


Barrage des Cous.jpg Masque en béton armé et plinthe du barrage écrêteur de crue des Cous (photo Irstea – G2DR)

Masque en béton bitumineux

Une ou des couches de béton bitumineux sont mises en place par des engins similaires à ce qu’on trouve sur des chantiers routiers (adaptés pour tenir sur la pente). La constitution classique d'un masque en enrobés est la suivante :

  • une couche de béton bitumineux filtrant de 4 à 5 cm d’épaisseur (binder), la perméabilité de cette couche sera proche de 10-5 à 10-4 m/s.
  • une couche de binder drainant de 10 à 12 cm d’épaisseur de perméabilité proche de 10-2 à 10-3 m/s. Les deux couches de base seront en enrobés résistants afin de permettre le compactage des couches supérieures.
  • deux couches de béton bitumineux étanche de 6 cm d’épaisseur chacune, pour permettre un compactage efficace de l'enrobé. La perméabilité de cette couche sera de l’ordre de 10-9 m/s.
  • une protection mécanique ou thermique, qui peut être une couche d'enrobés fermés ou poreux, un enduit, une fermeture à l'émulsion ou une peinture.


Masque Amont Bitumineux.png

Masque amont en béton bitumineux (Source : Technique des barrages en aménagement rural)


Ce type de masque en béton bitumineux est en général très efficace du point de vue de l'étanchéité. Il est plus souple qu'un masque en béton de ciment et présente donc une meilleure faculté d'adaptation aux déformations du barrage et de la fondation. Il s'accommode de conditions climatiques sévères. Il est néanmoins sujet au fluage et doit être protégé contre le vieillissement. Il est facilement réparable en cas de déchirure.

Du fait de ses propriétés élastiques sous des sollicitations de courte durée, il présente une bonne tenue aux séismes. Récemment, certains écrans en béton bitumineux ont été armés par des treillis en polyester, dans les zones sensibles, comme la partie périmétrale immergée.


Barrage -VallonD'ol.jpg

Masque en béton bitumineux du bassin de Vallon d’Ol à Marseille (propriétaire SCP- Photo Irste-G2DR)


Dispositif d’Etanchéité par Géomembrane

Ce type de masque est très utilisé pour les petits ouvrages et notamment les retenues d’altitude pour la production de neige artificielle. La géomembrane fait partie d'un DEG (Dispositif d'Etanchéité par Géomembrane), qui comprend :

  • une structure support avec :
  • une couche de forme dans laquelle on a enlevé les éléments durs et anguleux,
  • une couche support (sable, enrobé, géotextile) sur laquelle repose la géomembrane,
  • des dispositifs éventuels de drainage ;
  • l'étanchéité proprement dite (une géomembrane ou deux, séparées par un dispositif drainant).
  • une structure de protection (sable et enrochements, dalles béton, pavés autobloquants…).

Les géomembranes sont des produits étanches, minces, souples, continus dont l’épaisseur est d’un mm au minimum. Les produits commercialisés sont très variés. Les principales catégories sont :

  • les géomembranes bitumineuses (bitumes soufflés ou modifiés par ajout de polymères) ;
  • les géomembranes plastomères : PVC (polychlorure de vinyle), PEHD (polyéthylène haute densité)...
  • les géomembranes élastomères : butyl, EPDM (éthylène propylène diène monomère)...

Une bonne conception et une pose soignée permettent d’assurer une bonne tenue dans le temps de ce produit dont les premières applications datent de la fin des années 60. Les géomembranes sont fabriquées en usine et livrées en rouleaux (appelés lés) de quelques mètres de largeur ou en panneaux préassemblés en atelier de 200 à 1 000 m2.

Les raccordements des lés ou des panneaux sont réalisés sur le site par soudure ou par collage. Cette opération doit être réalisée avec grand soin en respectant certaines règles selon les produits (exemple : limites de température). Sur un parement de barrage, les joints horizontaux sont à proscrire à cause de leur plus faible résistance vis-à-vis des efforts de traction susceptibles de se développer. Quelle que soit l'inclinaison adoptée, l'écran a tendance à glisser sur son talus, sous l'effet de son propre poids ou de variations de température. Dans le cas d'un dispositif d'étanchéité en géosynthétiques, il peut arriver que l'angle de frottement entre le masque et le talus soit inférieur à l'angle du talus. Par conséquent, l'écran doit être soit accroché en haut du barrage, soit appuyé sur un mur de pied, (s'il n’y a pas de risque de flambage), soit collé sur le talus amont. Il est important de bien s’assurer de la stabilité au glissement des différentes interfaces et d’éviter toute mise en traction de la géomembrane. La géomembrane doit généralement être maintenue en crête et au pied du barrage.

En crête, il convient d’ancrer la géomembrane au-dessus des plus hautes eaux, au moins à la cote PHE + 0,5 Rmin (Rmin étant la revanche minimum). Un raccordement adéquat est à prévoir, d’une part en pied de talus avec le dispositif d’étanchéité de la fondation et, d’autre part avec les structures rigides (évacuateur de crues, vidange).


Coupe-Type-Géomenbrane.png

Coupe type d’un barrage étanché par une géomembrane. (1) drain généralisé sous la géomembrane, poursuivi par un drain horizontal (2)- (cours ISBA)


Le support de la géomembrane sera choisi en tenant compte des deux éléments suivants :

  • le risque de poinçonnement, de déchirure, dû à un support trop agressif, soit dès la pose, soit ultérieurement sous l’effet du poids de l’eau ; en plus du choix d’un support en matériaux fins, il est souvent ajouté un géotextile de protection, indépendant ou bien associé en usine à la géomembrane ;
  • le risque de sous-pressions lors d’une vidange dû à des fuites toujours possibles et à un matériau de remblai insuffisamment perméable ; une couche bien drainante continue sous la géomembrane et des exutoires à la base du remblai permettent l’évacuation des eaux au pied aval du barrage.

Dans le cas des bassins étanchés à l’aide d’une géomembrane, il faut aussi mettre en place un dispositif d’évacuation des gaz susceptibles de se former sous cette dernière.

La protection superficielle contre le rayonnement ultraviolet, le piétinement, le batillage, les corps flottants et le vandalisme est assurée par des enrochements ou des dalles en béton. Une couche de transition (géotextiles) est nécessaire pour protéger la géomembrane. Dans le cas de petits barrages, on peut choisir de ne pas protéger les géomembranes. Elles sont alors plus vulnérables, leur vieillissement est plus rapide. La sécurité des personnes (chute dans la retenue) implique, alors de clôturer le site.

Lorsque les matériaux disponibles sont semi-perméables à peu perméables, il peut s’avérer intéressant de placer la seule géomembrane à l’intérieur du talus amont ; la recharge amont, d’une épaisseur suffisante vis-à-vis des sous-pressions, doit être mise en place avec précaution sur la géomembrane dont les deux faces doivent avoir un frottement suffisamment élevé ; les fuites éventuelles sont alors contrôlées à l’aide d’un drain cheminée classique et la géomembrane a finalement un rôle d’étanchéité complémentaire.

Pose-Geomembrane.jpg Pose d’une géomembrane bitumineuse (Valence d’Albi, 81), H=15 m (photo Irstea Bordeaux)


Barrage-Codole-FindeConstruction.jpg Barrage de Codole.jpg
Barrage de Codole (Corse) en fin de construction : voir en particulier la poutre amont d'ancrage supérieur de la géomembrane. (Photo Irste-G2DR) Barrage de Codole (Corse) - vue du parement amont rive gauche, membrane posée (Photo Irste-G2DR)

Modes de dégradation

Les différents modes de dégradation sont:


Ci-dessous des exemples de barrages en remblai à étanchéité amont en France


Barrage Empurany.png Empurany : L' étanchéité est assurée par une géomembrane protégée par du béton. Photo P. Royet@Irstea

Ste Cecile d'Andorges.jpg Sainte Cécile d'Andorges : Barrage en enrochements et masque amont. Photo P. Royet@Irstea

Références

Ministère de l’agriculture, Direction de l’aménagement (1977). Techniques des barrages en aménagement rural. 325p., réédition 1989.

Degoutte G., Mercklé S., 2014 – Cours ISBA (Institut Supérieur du Béton Armé) - Chapitre 4 – Barrages en remblai.

Comité Français des Grands Barrages (2002). Petits barrages : recommandations pour la conception, la réalisation et le suivi. Coordination Gérard Degoutte. Cemagref Editions-2° édition.

BETCGB (Bureau d’Étude Technique et de Contrôle des Grands Barrages), 2013 - Jean-François VILLARD - Les barrages en remblai : Barrages en remblai à masque amont - Formation continue "CONTRÔLE DES BARRAGES" Lyon - 18 au 21 Mars 2013

Site du CFBR (Comité français des barrages et réservoirs) : http://www.barrages-cfbr.eu/

Pour plus d'information sur l'auteur : Irstea - UR RECOVER - Equipe G2DR


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