Construire un barrage et un étang de rétention
Abstract
Guide complet pour construire un barrage en terre ou en pierre qui retient l’eau d’une riviere ou d’un ruiseau. De l’etude du site a la mise en eau, en passant par la construction du mur, l’evacuateur de crue et les prises d’eau, toutes les etapes pour creer un plan d’eau durable capable d’alimenter un moulin, un systeme d’irrigation ou un reseau d’eau potable.
Pourquoi construire un barrage
Le barrage retient l’eau pour trois raisons essentielles :
- Energie : alimenter un moulin a eau, une forge hydraulique, une scierie
- Irrigation : stocker l’eau pour les periodes seches et irriguer les champs
- Eau potable : creer un reservoir pour une communaute
Sans barrage, on depend du debit naturel de la riviere, qui varie considererablement entre les saisons.
Etude du site
C’est l’etape la plus importante. Un barrage construit au mauvais endroit est un barrage qui rompt.
Topographie
Le site ideal est une vallee etroite qui s’elargit en amont. La partie etroite minimise le volume de la digue, la partie large maximise le volume d’eau retenu.
Mesurer le site :
- Traverser la vallee a l’endroit propose et mesurer la largeur
- Determiner la hauteur necessaire pour le barrage (difference entre le lit de la riviere et le niveau d’eau desire)
- Estimer la surface du futur plan d’eau en amont
- Calculer le volume d’eau retenu approximatif (surface x profondeur moyenne)
Geologie
Le sol du site doit etre impermeable. Tester :
- Creuser un trou de 1 m de profondeur au fond de la vallee
- Le remplir d’eau
- Si l’eau s’infiltre en moins de 24 heures, le sol est trop permeable (mauvais site)
- Si l’eau reste plus de 48 heures, le sol est assez impermeable
Meilleurs sols : argile, marne, roche saine (sans fissures). Mauvais sols : sable, gravier, roche fracturee, calcaire karstique.
Verifier aussi les versants : l’eau ne doit pas contourner le barrage en passant sous les collines laterales. Les appuis du barrage doivent etre en terrain impermeable.
Hydrologie
Estimer le debit de la riviere :
- Mesurer la largeur, la profondeur moyenne et la vitesse de l’eau
- Vitesse : laisser flotter un bout de bois sur 10 m et chronometrer
- Debit = largeur x profondeur x vitesse (approximatif)
Connaître le regime de la riviere :
- Y a-t-il des crues violentes ? (necessite un evacuateur de crue robuste)
- La riviere s’arrete-elle en ete ? (motif supplementaire pour le barrage)
- Quelle est la surface du bassin versant ? (determine les apports d’eau)
Materiaux disponibles sur place
Le barrage necessite beaucoup de materiaux. Il faut trouver a proximite :
- Terre argileuse pour le noyau impermeable
- Terre et cailloux pour les epaulements
- Pierre de taille pour les ouvrages (evacuateur, prise d’eau)
- Sable et gravier pour les filtres et drains
- Bois pour les echafaudages et les coffrages
Transporter des materiaux sur plus de 500 m rend le projet tres couteux en temps.
Types de barrages
Barrage en terre (petit ouvrage)
Le plus simple a construire, adapte aux fondations meubles (sable, argile).
Structure :
- Noyau central en argile impermeable
- Epaulements en terre graveleuse de chaque cote
- Filtre drain en amont (sable et gravier)
- Revetement en amont (pierre ou gazon)
Dimensions type :
- Hauteur : 2 a 5 m
- Largeur au sommet : au moins 3 m (passage possible)
- Pentes : 1 pour 3 (amont) et 1 pour 2,5 (aval)
- La largeur a la base = largeur au sommet + 3 x hauteur (cote amont) + 2,5 x hauteur (cote aval)
Pour un barrage de 4 m de haut :
- Largeur au sommet : 3 m
- Largeur a la base : 3 + 12 + 10 = 25 m
Barrage en pierre (maçonnerie)
Pour des hauteurs de 3 a 10 m sur un rocher de fondation.
Structure :
- Mur en pierre de taille maconne au mortier de chaux
- Profil trapézoïdal (plus large a la base)
- Parement amont vertical ou legerement incline
- Parement aval en pente douce
Dimensions type :
- Hauteur : 3 a 8 m
- Epaisseur a la base : 50 a 70 % de la hauteur
- Epaisseur au sommet : au moins 1,5 m
Construction du barrage en terre
Preparation du terrain
- Deboiser la zone du barrage et du futur plan d’eau
- Enlever la terre vegetale sur toute la surface de la digue et 5 m au-dela
- Decaper le lit de la riviere sur 50 cm de profondeur minimum
- Si le fond est sableux, creuser une tranchée d’ancrage de 1 m de profondeur dans le lit, remplie d’argile compactee (cut-off trench)
- La tranche d’ancrage doit s’etendre sur toute la largeur de la digue et monter sur les versants jusqu’au niveau du sommet futur
Le noyau impermeable
Le noyau est le coeur du barrage. Il doit etre parfaitement impermeable.
- Apporter de l’argile pure et la mettre en place par couches de 15 cm
- Compacter chaque couche avec un pilon lourd (pierre plate au bout d’un baton) ou en la faisant piétiner par des personnes
- L’humidité optimale : l’argile doit etre humide mais pas mouillée. Test : presser une poignee en boule, elle doit rester coherente sans degouliner d’eau
- Monter le noyau en meme temps que les epaulements
- Le noyau doit depasser de 50 cm au-dessus du niveau d’eau maximal prevu (revanche)
Les epaulements
De chaque cote du noyau :
- Mettre en place de la terre graveleuse (sable, cailloux) par couches de 20 cm
- Compacter chaque couche
- La terre des epaulements peut etre moins selective mais doit etre bien compactee
- Le cote amont est protégé par une couche de pierre (rip-rap) contre l’erosion des vagues
Le filtre drain
A la base du cote aval, placer un filtre drain :
- Creuser une tranche a la base de la digue cote aval
- Remplir de gravier grossier sur 30 cm
- Couvrir de sable fin sur 20 cm
- Terminer par du gravier sur 10 cm
- Le filtre recueille les infiltrations sans emporter la terre du barrage
Construction du barrage en maconnerie
- Creuser jusqu’au rocher de fondation (etanchete cruciale)
- Nettoyer le rocher et creuser des ancrages (trous de 20 cm x 20 cm tous les 50 cm)
- Couler une semelle de mortier de chaux sur le rocher pour niveler
- Monter le mur en pierre de taille en suivant les regles de Construire un mur en pierre de taille
- Soigner particulierement les joints : aucune fissure ne doit exister
- Monter les parements simultanement et remplir le coeur de maconnerie grossiere
- Ajouter un revetement impermeable cote amont : enduit de mortier de chaux hydraulique sur 3 cm
L’evacuateur de crue
C’est l’element de securite le plus important. Sans evacuateur, le barrage peut deborder et se rompre.
L’evacuateur est un canal qui evacue l’exces d’eau quand le reservoir est plein. Il fonctionne automatiquement.
Conception :
- Placer l’evacuateur sur un cote du barrage (jamais au milieu de la digue)
- La crete de l’evacuateur doit etre exactement au niveau d’eau maximal desire
- Largeur de l’evacuateur : calculer pour evacuer le pire debit de crue estime
- Pour un petit barrage : largeur de 2 a 5 m, profondeur de 50 cm a 1 m au-dessus de la crete
- Les parois de l’evacuateur sont en pierre de taille maconne
- Le fond est pave de pierre ou coule en mortier
Principe : l’eau monte dans le reservoir. Quand elle atteint la crete de l’evacuateur, elle s’ecoule par le canal later sans jamais depasser le barrage.
La prise d’eau et le canal d’amenée
Pour utiliser l’eau retenue, il faut une prise d’eau et un canal.
Prise d’eau
- Percer le barrage au niveau voulu (ou construire la prise pendant la construction)
- Inserer un tuyau en ceramique ou en bois creux de 15 a 30 cm de diamètre
- La prise doit etre a au moins 50 cm au-dessus du fond du reservoir (eviter les sediments)
- Equiper d’un systeme de fermeture : vanne rudimentaire en bois ou bouchon
- Prevoir une grille en bois pour empecher les debris d’entrer
Canal d’amenée
- Creuser un canal depuis la prise d’eau jusqu’au point d’utilisation (moulin, champ)
- Pente du canal : 1 a 3 m de denivelee pour 100 m de longueur (assez lent pour ne pas eroder, assez rapide pour que l’eau circule)
- Largeur : 30 a 60 cm selon le debit voulu
- Profondeur : 20 a 40 cm
- Tapisser le fond et les parois d’argile compactee ou de pierre pour eviter les infiltrations
Mise en eau
- Fermer la prise d’eau
- Laisser le reservoir se remplir naturellement
- Surveiller le barrage en permanence pendant les premiers jours
- Verifier les fuites sur le parement aval
- Si une fuite apparait, la traiter immediatement (argile additionnelle ou injection de mortier)
- Remplir progressivement : ne pas monter le niveau d’eau de plus de 50 cm par jour
Entretien
- Inspecter le barrage apres chaque crue
- Enlever les debris de l’evacuateur
- Traiter les fuites des leur apparition
- Tondre la vegetation sur la digue (les racines d’arbres fragilisent le barrage)
- Curer le reservoir tous les 5 a 10 ans (sediments)
- verifier les systemes de fermeture de la prise d’eau
Signes de danger
- Fuite boueuse a l’aval (eau chargee de terre = erosion interne)
- Affaissement de la crete (tassement excessif)
- Fissures longitudinales sur la crete (instabilite)
- Source nouvelle a l’aval (contournement du barrage)
- Arbres qui poussent sur la digue (racines = chemins d’eau)
En cas de danger imminent : ouvrir la prise d’eau au maximum pour baisser le niveau. Evacuer les personnes en aval.