Un barrage est un ouvrage d'art hydraulique construit en travers d'un cours d'eau et destiné à en réguler le débit et/ou à stocker de l'eau (consulté le )., notamment pour le contrôle des crues, l'irrigation, l'industrie, l'hydroélectricité, la pisciculture et la retenue d'eau potableRôle des barrages, sur icold-cigb.org (consulté le )..
vignette|Barrage Hoover, États-Unis. vignette|Barrage de Limmern (canton de Glaris, Suisse). vignette|Évacuateur de crues du barrage de Matsumoto (préfecture de Nagano, Japon). vignette|L'écologie des berges des plans d'eau artificiels peut être perturbée par des variations brutales de niveau.
Types vignette|Évacuateur de crues du barrage Grand Coulee.
Barrage submersible Généralement nommé chaussée, seuil, levée ou digue ; ce dernier terme est préféré au mot barrage quand il s'agit de canaliser un flot.
Barrage fluvial Il permet de réguler le débit de l'eau, au profit du trafic fluvial, de l'irrigation, d'une prévention relative des catastrophes naturelles (crues, inondations), par la création de lacs artificiels ou de réservoirs. Il permet souvent la production de force motrice (moulin à eau) et d'électricité — on parle alors de barrage hydroélectrique —, à un coût économique acceptable, le coût environnemental étant plus discuté pour les grands projets (source de fragmentation écopaysagère, d'envasements à l'amont du barrage, de dégradation écopaysagères et de l'eau. Les « grands barrages »Définis par la CIGB par une hauteur de plus de à partir de la fondation, et un réservoir de plus de trois millions de mètres cubes. sont tous recensés par la Commission internationale des grands barrages (CIGB).
Les conséquences environnementales et sociales d'un barrage varient selon le volume et la hauteur d'eau retenue et selon le contexte biogéographiqueCharte sur les barrages et l'environnement , sur icold-cigb.net : en noyant des vallées entières, un barrage artificiel peut forcer des populations à se déplacer et bouleverser les écosystèmes locaux. Certains s'intègrent dans un plan d'aménagement de bassin et font l'objet de mesures conservatoires et compensatoires. Souvent la loi ou le droit coutumier imposent un débit réservé (débit minimal réservé aux usagers de l'aval et pour le maintien de l'écosystème aquatique et des espèces en dépendant).
Par extension, on appelle « barrage » tout obstacle placé sur un axe de déplacement, par exemple pour contrôler des personnes et/ou des biens qui circulent (barrage routier, barrage militaire).
Aspects sémantiques En 1821, dans son Précis historique et statistique sur les canaux et rivières navigables de Belgique et d'une partie de la France, B.L. De Rive définit le barrage comme une B.L. De Rive, Précis historique et statistique des canaux et rivières navigables de la Belgique et d'une partie de la France, Éd Leroux, 1835, 636 pages..
L'usage courant ne distingue pas toujours le barrage de la digue quand ils sont constitués d'un remblai. On peut ainsi parler de la « digue de l'étang », voire de la « digue du barrage », le mot digue renvoyant alors au seul ouvrage et le mot barrage à l'ensemble de l'aménagement, y compris le plan d'eau. Le barrage construit en maçonnerie (et notamment les barrages-voûtes en béton) est en revanche bien distingué d'une digue.
Depuis 2007 et la publication d'un décretDécret 2007-1735 du . définissant les règles de sûreté applicables aux ouvrages hydrauliques, le droit français distingue clairement les digues des barrages : les barrages sont les ouvrages pour lesquels il est possible de déterminer deux critères, la hauteur de l'ouvrage, et le volume de l'eau stockée à l'amont de l'ouvrage ; les digues sont les ouvrages pour lesquels il est possible de déterminer deux critères, la hauteur de l'ouvrage, et en l'absence de volume d'eau stockée à l'amont de l'ouvrage, la population protégée à l'aval.
En droit français, les barrages sont donc tous les ouvrages permettant de former un plan d'eau, permanent ou non, tandis que les digues sont tous les ouvrages permettant de protéger une population, ou des biens, de l'effet des crues des cours d'eau ou les submersions marines.
À ce titre, lorsque le bief d'un canal est établi sur des remblais et domine ainsi une plaine ou une vallée, il entre dans la définition des barrages : la hauteur est celle du remblai par rapport au sol naturel, le volume d'eau est celui présent dans le bief, c'est-à-dire entre les deux écluses qui le déterminent.
Les retenues collinaires sont des ouvrages de stockage de l'eau remplis par les eaux de surface, les eaux de ruissellement, voire les eaux de pompage. Elles sont considérées, au niveau réglementaire, comme des barrages.
Les barrages de castors sont construits par ces animaux en travers des ruisseaux. Ils leur permettent de conserver un niveau d'eau suffisant en été, de protéger leur gîte contre les prédateurs et de garantir un accès facile aux provisions de branches stockées sous la surface comme réserve hivernale de nourriture.
Histoire vignette|gauche|Le barrage romain de Cornalvo, en Espagne, est toujours utilisé après deux millénaires.
Les barrages existent probablement depuis la préhistoire, notamment en ÉgypteA. J. Reinach, « Les Fouilles en Égypte (1909-11) », Revue archéologique, quatrième série, , , Presses universitaires de France (présentation en ligne), . (réserve d'eau potable, d'irrigation, viviers, piscicultures). Le barrage de Sadd el-Kafara d'une longueur de fut construit dans la vallée de Garawi en Égypte vers 3000 Et, selon N. Schnitter-Reinhardt, le plus ancien barrage poids connu est situé près de Jawa, en Jordanie, vers la fin du Patrick Le Delliou, Les barrages, conception et maintenance, Presses Universitaires de Lyon, 2003, 270 pages.. Hérodote cite un barrage construit par le pharaon Ménès, fondateur de la première dynastie, à Koseish, pour alimenter la ville de Memphis.
La première rupture de barrage connue est celle de Sadd el-Kafara, sur le Wadi Garawi, à au sud du Caire, entre 2650 et 2465 Elle en a probablement arrêté la construction pendant un millénaire..
En l'an 560, l'historien byzantin Procope de Césarée mentionne un barrage-voûte en amont, en maçonnerie (barrage de Daras).
Les Romains en construisirent, notamment en Espagne, dans la région de Mérida, avec les barrages d'Almonacid (hauteur ), de Proserpine (hauteur ) et de Cornalvo (hauteur ), ou encore, au Portugal, avec le barrage de Belas.
vignette|Chapelets d'étangs créés par des barrages sur petits cours d'eau, du Moyen Âge au (France, d'après la carte de Cassini). vignette|Barrages de correction torrentielle sur le torrent de Bragousse. Au Moyen Âge, ils se sont fortement développés en Europe, notamment pour alimenter les moulins à eau. Il semble qu'ils aient parfois pu s'appuyer sur des sédiments accumulés en amont d'embâcles naturels, ou sur les lieux de barrages de castors dont la toponymie conserve des traces (par exemple, en France, les mots bief et bièvre, ancien nom de castor, qui pourraient être liés, ou des noms de communes tels que Beuvry, un des anciens noms de castor, ou Labeuvrière, la « castorière »). Les cartes anciennes, de Cassini par exemple, portent témoignage des nombreux barrages de petites rivières faits par les paysans ou les moines locaux, pour conserver l'eau et y élever du poisson ou pour le rouissage du lin ou du chanvre.
En conservant des volumes d'eau et une hauteur d'eau plus importante en saison sèche, ces barrages ont également pu tamponner les fluctuations estivales des nappes (car toutes choses égales par ailleurs, c'est la hauteur d'eau qui contrôle la vitesse de percolation, selon la loi de Darcy).
Au , les Espagnols réalisent de grands barrages en maçonnerie. Le plus remarquable est celui de Tibi, à au nord d'Alicante, construit en 1594. Haut de , il est encore utilisé.
Au cours du , les travaux de restauration des terrains en montagne sont progressivement complétés par des barrages de correction torrentielle, plus efficaces que les endiguements, d'après les études hydrographiques d'Alexandre Surell. Ces ouvrages de génie civil retiennent essentiellement les blocs et graviers transportés par le torrent.
Le premier barrage-voûte moderne est construit par François Zola, père d'Émile Zola, entre 1843 et 1859 près d'Aix-en-Provence. Le premier barrage en béton, celui de la Maigrauge, est inauguré en 1872 à Fribourg, en Suisse.
Effectifs dans le monde
Au cours du , ont été construits, dont considérés comme de grands barragesIls étaient moins d'une centaine avant 1900., la Chine (46 %), les États-Unis (14 %) et l'Inde (9 %) totalisant près des trois quarts de ces grands barrages..
Quelques exemples de grands barrages dans le monde
vignette|Barrage sur la Toutle River (comté de Cowlitz, État de Washington (États-Unis), édifié en 1986-1989 par le génie militaire américain non pas pour retenir de l'eau mais pour stocker une partie des sédiments provenant de l'éruption volcanique majeure du mont Saint Helens en 1980.
Techniques de construction Généralités
Un barrage est soumis à plusieurs forces. Les plus significatives sont : la pression hydrostatique exercée par l'eau sur son parement exposé à la retenue d'eau ; les sous-pressions (poussée d'Archimède), exercées par l'eau percolant dans le corps du barrage ou la fondation ; les éventuelles forces causées par l'accélération sismique.
Pour résister à ces forces, deux stratégies sont utilisées : construire un ouvrage suffisamment massif pour résister par son simple poids, qu'il soit rigide (barrage-poids en béton) ou souple (barrage en remblai) ; construire un barrage capable de reporter ces efforts vers des rives ou une fondation rocheuse résistantes (barrage-voûte, barrage à voûtes multiples…).
Éléments de calcul Un barrage est soumis à une force horizontale liée à la pression exercée par l'eau sur sa surface immergée. La pression hydrostatique en chaque point est fonction de la hauteur d'eau au-dessus de ce point.
où est la masse volumique de l'eau, ; est la pesanteur, environ ; est la hauteur d'eau au-dessus du point considéré.
La force résultante est l'intégrale des pressions hydrostatiques s'exerçant sur la surface immergée du barrage.
Cette formule ne s'intègre pas facilement pour les barrages à géométrie complexe. En revanche, une expression analytique peut être obtenue pour un élément de barrage-poids (un « plot », de largeur et de hauteur immergée constante ) :
d'où :
La poussée exercée par l'eau sur un barrage augmente avec le carré de la hauteur de la retenue (ce qui est vrai pour tout type de barrage). Elle ne dépend pas du volume d'eau stocké dans la retenue. Le point d'application de cette force se situe au barycentre du diagramme des pressions, soit généralement au tiers de la hauteur de retenue.
Les calculs ci-dessus ne concernent que les barrages en matériaux rigides (béton, maçonnerie…), quel que soit leur type (poids, voûte, contreforts…). En revanche l'intégration par plots n'intéresse que les barrages de type poids ou contreforts, qui sont régis par la statique du solide. Pour les voûtes, les efforts étant reportés latéralement par des mécanismes de flexion et de compression, un calcul par plots ne prenant en compte que les forces verticales n'est pas suffisant et il est nécessaire de recourir à la résistance des matériaux (déformation élastique) et, souvent, à des méthodes numériques avancées (méthode des éléments finis linéaires voire non-linéaires).
En revanche, en ce qui concerne les barrages en matériaux meubles (sol, terre, enrochements, remblais…), les calculs sont apparentés à des calculs de stabilité de pente des talus qui doivent prendre en compte l'état saturé ou non de ces remblais.
Études hydrauliques