I/Le fonctionnement d’un barrage
Ø Introduction aux barrages
Les barrages existent probablement depuis la préhistoire où ils étaient utilisés comme réserve d'eau potable, d'irrigation,... Le premier grand barrage connu a été construit en Égypte, vers 4000 av. J.-C., pour faire dévier le Nil afin de créer un site pour la ville de Memphis.
De nos jours, il existe dans le monde plus de 800 000 barrages, dont 45 000 sont considérés comme des grands barrages (hauteur supérieure à 15m), et plus de 1 600 grands barrages sont encore en construction. D'ailleurs, à ce jour, près de la moitié des fleuves dans le monde comptent au moins un grand barrage.
Un barrage est essentiellement utilisé pour la production d’énergie grâce à la force de l’eau, mais ils peuvent remplir aussi de multiples fonctions, comme la régulation du débit d’un fleuve, l’irrigation de cultures proches, ou encore comme réserve d’eau potable.
Il existe deux conceptions de barrage : les barrages en béton ou maçonnerie, et les barrages en matériaux meubles, qui sont conçus avec des éléments naturels.
Dans cette introduction, nous allons nous intéresser principalement à la manière dont le barrage produit de l’énergie, pour avoir une vue d’ensemble de son fonctionnement.
Tout d’abord, un barrage retient l’eau d’un fleuve, situé en amont, le lac de retenue.
Située à la base d'un barrage hydroélectrique, une turbine est actionnée par l'écoulement de l'eau que l'on amène jusqu'à elle par une conduite forcée.
La roue de la turbine, équipée d'ailettes, est mise en rotation par la force centrifuge de l'eau. Pour réguler le débit et éviter des variations brusques, il y a des vannes qui aident à régler le débit de l'eau. Ce mouvement est transmis par un axe à un alternateur.
Dans l'alternateur (ou générateur), une bobine de fil de cuivre tourne à l'intérieur d'un aimant, ce qui produit de l'électricité. L'alternateur d'une centrale fonctionne comme la dynamo d'une bicyclette. (Voir schéma ci-dessous)
Il existe plusieurs types de barrages:
- Barrage poids
Dans la multitude des barrages, les barrages poids sont sans doute les plus rudimentaires et les plus anciens. De nos jours, on utilise principalement le béton pour la construction. Si la forme d'un barrage poids peut varier quelle que peut, la plupart du temps, il s’agit d'un triangle. Cette forme à en effet l'avantage, de correspondre au schéma d'égale résistance des pressions.
Barrage à contreforts
Un barrage à contreforts comporte un mur étanche, appelé masque plan amont ou plate-forme et une série de renfort, ou murs triangulaires verticaux régulièrement espacés qui sont construits pour supporter la plate-forme et redistribuer la poussée de l'eau vers les fondations. Le mur étanche est généralement très incliné vers l'aval, afin que le poids de l'eau plaque le barrage contre le terrain qui le supporte. Le poids de l'eau retenue par le barrage permet ainsi de compenser sa relative légèreté.
Ce type de barrages n'est effectivement pas très lourd comparé aux barrages-poids, car sa construction ne requiert que 35 à 50 % du béton utilisé dans ces derniers.
- Barrage en terre homogène
Les barrages en terre homogène sont des digues en remblai constituées d'un seul matériau meuble suffisamment imperméable pour assurer à la fois l'étanchéité et la résistance. La terre est généralement mise en place par compactage. Des protections peuvent être disposées sur les faces extérieures : enrochements sur le parement amont pour éviter l'érosion due aux vagues, terre végétale engazonnée ou enrochements sur le parement aval pour stabiliser la terre vis-à-vis du ruissellement de la pluie.
· Barrage zoné
Les barrages zonés, comme le barrage de Serre-Ponçon, sont des barrages en remblai constitués de plusieurs types des matériaux disposés de façon à assurer séparément les fonctions de stabilité du barrage et d’étanchéité. Le découpage du corps du barrage en matériaux différents est appelé zonage. Il permet de faire de grandes économies dans les volumes mis en oeuvre et d'utiliser au mieux les matériaux disponibles sur le site.
- Barrages a masques
Les barrages à masque sont constitués d’un remblai plus ou moins perméable assurant la stabilité d'ensemble. Un écran imperméable, appelé masque, est mis en place sur le parement amont de façon à rendre le barrage étanche et lui permettre de retenir l'eau du réservoir.
Masque étanche : le plus souvent en béton Son épaisseur est limitée, ce qui lui permet de s'adapter aux déformations faibles mais inévitables du massif support. La présence du masque en parement amont présente le double avantage de permettre des réparations en cas de dégradation du masque.
Les barrages voute: nous allons décrire leur fonctionnement, dans la partie du barrage voute de Tignes, car leur fonctionnement est très complexe et intéressanr