ministère de l'enseignement supérieur et de la...

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.


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



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)


- 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


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


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.


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.


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.


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


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]


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]


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


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]


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


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]


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


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


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


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.


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


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.


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


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.


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.


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


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


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


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.


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


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


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 :


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.


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 :



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


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.


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


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).


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.


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


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


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)


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)


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)


43

dans cette étape on mentionne les (VWC) la teneur en eau


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


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


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)


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)


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)

)


49

En clique sur CONTOURE pour avoir la ligne de saturation (44)

(42)

)

(43)


50

(44)

Ligne de saturation

Débit de fuite


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 ;


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


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


NPHE Filtre aval et drain - Amont du barrage


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


NNR amont du noyau et drain - amont du barrage


NPHE drain filtre aval amont du barrage


MIN drain filtre aval amont du barrage


NNR drain filtre aval amont du barrage


NPHE amont du noyau et drain filtre aval amont du barrage


MIN -

filtre aval et

drain amont du barrage


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


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.


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.


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


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


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


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


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


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


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


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


65


NPHE amont NNR centre

NPHE aval


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


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


Pore-W

ate

r P

ressure (

kP

a)

Y (m)

-200

0

200

400

600

800

1000

-20 0 20 40 60 80 100


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


67

5.4.5 Les charges totales et les charges hydrauliques au niveau MIN

Charge totale

MIN centre MIN amont

MIN aval


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


68


MIN Amont MIN centre

MIN aval


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


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


Pore-W

ate

r P

ressure (

kP

a)

Y (m)

-200

-400

-600

0

200

400

600

-20 0 20 40 60 80 100


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


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


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



NNR incliné amont 85 m NNR incliné amont 25 m


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


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


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


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



NPHE incliné amont 25 m NPHE incliné amont 85 m


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


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


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


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


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


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.


Pore-W

ate

r P

ressure (

kP

a)

Y (m)

-200

-400

-600

-800

0

200

400

-20 0 20 40 60 80 100


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


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.

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