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barrage en terre .pdf



Nom original: barrage en terre.pdf
Auteur: Hidar

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SOMMAIRE
SOMMAIRE ......................................................................................................................................... 1
INTRODUCTION ..................................................................................................................................... 4
CHAPITRE I : LES BARRAGES EN TERRE ....................................................................... 6
1.1.

Caractéristiques générales des barrages en terre : ......................................................... 6

1.2.

Les barrages en Tunisie :..................................................................................................... 8

1.2.2.

Barrage El Melah :........................................................................................................... 11

1.2.2.1.

Caractéristiques du site : ....................................................................................... 12

1.2.2.2.

Caractéristiques et capacité de la retenue : ...................................................... 12

Chapitre II : Description du site du barrage El Melah et matériaux à
disposition ....................................................................................................................................... 15
2.1.1.

Noyau : ......................................................................................................................... 15

2.1.4.

Filtre :............................................................................................................................ 17

2.1.5.

Drain : ........................................................................................................................... 17

2.1.7.

Voile d’injection : ......................................................................................................... 17

2.1.8.

Instruments d’auscultation :...................................................................................... 18

2.2.

Géologie du site : ................................................................................................................ 18

2.2.1.
2.2.2.

Aspect général : .......................................................................................................... 18
Matériaux à disposition : ................................................................................................ 22

2.2.3.

Zones D’emprunt : ...................................................................................................... 23

Chapitre III : Etude Hydraulique : évacuateur de crue, galerie et protection
contre les vagues ........................................................................................................................ 29
3.1.

Climatologie et hydrologie :............................................................................................... 29

3.1.1.

Climatologie : ............................................................................................................... 29

3.1.2.

Hydrologie : .................................................................................................................. 31

3.1.2.1.

Evacuateur de Crue : .......................................................................................... 31

3.1.2.2.

Protection contre les vagues :........................................................................... 33

3.1.2.3.

Vidange de fond :................................................................................................ 38

Chapitre IV : Etude géotechnique : détermination des paramètres
géotechniques et présentation du voile d’injection................................................ 41
4.1.

Détermination des paramètres géotechniques des matériaux de construction : ...... 41

4.1.1.

Batardeau amont T2 : ................................................................................................ 41

4.1.2.

Recharge A1 (Alluvions) : .......................................................................................... 43
1

4.1.3.

Filtre fin F1 : ................................................................................................................ 44

4.1.4.

Drain D : ....................................................................................................................... 46

4.1.5.

Rip rap : ........................................................................................................................ 48

4.1.6.

Noyau T1 : .................................................................................................................. 49

4.2.

Justification du choix de la profondeur du voile d’injection : ....................................... 56

4.3.

Voile d’injection : ................................................................................................................. 59

4.3.2.

Type de coulis d’injection : ........................................................................................ 61

4.3.3.

Réalisation des injections : ........................................................................................ 62

4.3.4.

Voile d’injection et essais de vérification du fonctionnement : ............................ 65

4.3.4.1.

Fond de vallée rive gauche : ............................................................................. 65

4.3.4.1.1. Injection de consolidation et de renforcement:......................................... 65
4.3.4.1.2. Voile fond de vallée : ..................................................................................... 66
Chapitre 5 : Vérification de la stabilité de la Digue : ............................................ 68
5.1.

Introduction : ....................................................................................................................... 68

5.2.

Etude de la stabilité de la digue : ..................................................................................... 69

La stabilité de la digue du barrage doit être vérifiée pour les cinq cas suivant :.................. 69


Vérification en fin de construction. ....................................................................................... 69



Cas de la retenu normale. ..................................................................................................... 69



Cas de la plus haute eau. ...................................................................................................... 69



Cas d’une vidange rapide. ..................................................................................................... 69



Cas d’un séisme. ..................................................................................................................... 69
5.2.1.

Etude du cas de l’ouvrage fini (fin de construction) : ........................................... 70

5.2.2.

Etude du cas de fonctionnement normal : (NRN) .................................................. 73

5.2.3.

Etude du cas de fonctionnement exceptionnel : (PHE)......................................... 74

5.2.4.

Etude du cas de vidange rapide : ............................................................................. 76

5.2.5.

Etude du cas d’un séisme :........................................................................................ 79

5.2.5.1.

Vérification du facteur de sécurité : ..................................................................... 79

Conclusion : ..................................................................................................................................... 87
Chapitre 6: Suivi des travaux ............................................................................................... 88
6.1.

Rupture du talus rive droite de l’évacuateur de crue :.................................................. 89

6.2.

Ferraillage, coffrage et bétonnage des plots de l’évacuateur : .................................... 94

6.3.

Mise en place du noyau et du remblai de la digue en fond de vallée : ...................... 96

6.4.

Travaux d’injection en rive gauche de la digue : ........................................................... 98
2

Conclusion générale : ........................................................................................................... 101
ANNEXES ........................................................................................................................................ 102
ANNEXE 1 : Résultats d’estimation du volume des zones d’emprunt par SURFER............. 102
ANNEXE 2 : Notes de calcul hydraulique. ................................................................................. 113
ANNEXE 3 : Méthode GIN et Essai Lugeon ............................................................................... 121
ANNEXE 4 : Plans .......................................................................................................................... 126
Bibliographie ................................................................................................................................ 128

3

INTRODUCTION

A

fin de répondre aux besoins croissants en eau, une stratégie de développement de
cette ressource a été lancée en Tunisie depuis 1990.

Le projet d’aménagement du barrage Melah cadre avec cet objectif.
Il s’agit d’une retenue de surface destinée à stocker une grande partie des eaux de
ruissellement d’oued Melah qui se perdaient, au par avant, en mer. Ces eaux ainsi mobilisées
seront utilisées pour développer l’agriculture dans la région. Une grande partie de ces eaux
stockées seront transférées vers l’aménagement existant à Sejnene.
La construction d’un tel ouvrage important nécessite, au préalable, un garantissement de sa
bonne tenue par une estimation de sa sécurité vis-à-vis du risque de rupture.
L’étude de la digue comporte, outre la reconnaissance du site et le choix des caractéristiques
mécaniques des sols, un calcul de stabilité pour déterminer, d’une part, la courbe de rupture
le long de laquelle le risque de glissement est le plus élevé; d’autre part, la valeur
correspondante du coefficient de sécurité.
Ainsi, le travail comportera en gros les parties suivantes :



Une Première partie introduisant aux barrages en terre.



Une deuxième partie consacrée à la présentation de la zone d’étude et des données
de base nécessaires pour mener l’étude proprement dite, à savoir les données
climatologiques et hydrologiques, et les données géologiques et géotechniques.



Une troisième partie s’intéressant à la description de la digue et des ouvrages
annexes.

4



Une quatrième partie qui comportera une vérification des ouvrages hydrauliques
principalement l’évacuateur de crue.



Une cinquième partie consacrée à l’analyse de la stabilité de la digue et de sa
fondation. Cette partie constitue une phase finale qui exploite les notions présentées
par les trois parties précédentes.



Une dernière partie décrivant ce qui a été vu sur chantier durant la période du projet
de fin d’étude.

La conclusion générale présente une synthèse de tous les chapitres et met un point final à
ce travail. Nous avons pu vérifier grâce à ce travail :
 Un bon dimensionnement de l’évacuateur de crue.
 Une protection suffisante contre les vagues qui peuvent se former dans la retenue.
 Une vidange de fond capable de remplir son rôle en cas de danger.
 La stabilité de la digue de notre barrage pour différents cas de charges.

5

CHAPITRE I : LES BARRAGES EN TERRE
Introduction :
Un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à réguler
le débit du cours d'eau et/ou à en stocker l'eau pour différents usages.
Le premier barrage a été construit par l’homme il y a plus de 4000 ans ; il s’agit du
barrage de Saad El Kafara construit en Egypte en 2600 av JC, son rôle consistait
principalement à protéger une vallée des crues, et il fut détruit au cours de sa construction
par submersion à cause de l’absence d’un évacuateur de crue.
A partir du 17ème siècle la construction des barrages est devenue presque indispensable
pour combler des besoins énergétiques et pour la fourniture d’eau potable pour répondre à
une urbanisation croissante et au développement de l’hygiène.
Il existe plusieurs types de barrages tel que les barrages poids, les barrages voûtes,
barrages contreforts ou multi voûtes, les barrages en remblais... Mais les barrages en
remblais restent toujours les plus favorisés si on raisonne de point de vue coût.

1.1. Caractéristiques générales des barrages en terre :
Les barrages en terre sont des barrages en remblais et ont les deux fonctions principales:


Etanchéité



Résistance à la poussée de l’eau

Ces dernières fonctions sont assurées par des matériaux naturels de type « sol »
judicieusement organisés.
Les barrages en remblai de terre ont la grande qualité de s’accommoder de fondations
meubles qui seraient incapables de supporter un ouvrage en béton ; cela permet d’équiper
les sites dont le fond de vallée est garni, éventuellement sur de fortes épaisseurs (100 m ou
plus), d’alluvions ou de roches décomposées, déformables et plus ou moins perméables. En
6

première approche, une bonne règle générale est que la fondation d’un barrage doit disposer
des propriétés, naturelles ou obtenues par traitement, au moins équivalentes à celles du
corps du barrage qu’elles doivent recevoir. Ils constituent donc une bonne solution lorsque
des matériaux de qualité convenable sont disponibles à proximité immédiate.
Leur défaut essentiel est une très grande vulnérabilité au déversement par-dessus leur crête,
la ruine survenant très rapidement par érosion superficielle et interne de leur partie aval. Il
convient donc de dimensionner très largement les organes de protection contre les crues qui
leur sont associés, et d’être très prudents lorsqu’on n’est pas sûr des données hydrologiques
en matière de crues.
Toute la conception d’un barrage en terre vise à satisfaire, en ayant recours aux
matériaux naturels disponibles à proximité (les seuls économiquement disponibles en très
grande quantité), les conditions de stabilité qui dépendent fortement de deux aspects
essentiels :
— le contrôle des pressions interstitielles à l’intérieur du remblai, dont on sait qu’elles
influent fortement sur la stabilité statique du remblai lui-même, dès la période de
construction.
— le contrôle des circulations d’eau à l’intérieur du remblai, où elles risquent de
provoquer des érosions internes, peut-être encore plus dangereuses que les pressions, car
les effets en sont souvent peu visibles jusqu’à la ruine.
Il est possible de concevoir et de construire des barrages en terre homogènes, c’est-à-dire
constitués d’un seul matériau qui assure à la fois toutes les fonctions : étanchéité et stabilité.
Dès que la hauteur dépasse la cinquantaine de mètres, il apparaît à la fois plus économique
et surtout plus sûr de constituer un remblai « zoné », à l’intérieur duquel les différents
matériaux sont organisés de manière rationnelle en fonction de leurs propriétés de
perméabilité et de résistance mécanique.

7

1.2. Les barrages en Tunisie :
La Tunisie demeure un pays aride à semi-aride sur les 3/4 de son territoire. Elle se
caractérise par la rareté de ses ressources en eau et par une variabilité accentuée du climat
dans l’espace et dans le temps. L’eau est un facteur essentiel pour le développement du
secteur agricole, industriel et touristique et vital pour l’alimentation en eau potable. Le
maintien de la croissance économique reste tributaire du facteur eau qui est cependant un
facteur limitant et limité.

1.2.1.

Les barrages en remblais en Tunisie :

Le premier grand barrage d'Afrique du Nord a été construit en Tunisie. C'est celui de l'Oued
Kébir, à 70 km au Sud-est de Tunis, mis en eau en 1928 pour l'alimentation de la capitale.
C'est un barrage en enrochements de 35 m de hauteur et sa capacité de retenue est de 20
millions de mètres cubes. Malgré son ancienneté et sa situation relativement peu favorable
du point de vue pluviométrique, le barrage de l'oued Kébir a rendu d'énormes services pour
l'alimentation en eau de Tunis que les sources et forages ne suffisent plus depuis longtemps
à desservir.
La construction des barrages en Tunisie a permis une meilleure gestion des ressources
hydrauliques. Les barrages tunisiens sont aujourd'hui gérés par la direction générale des
barrages et des grands travaux hydrauliques (DGBGTH)
La généralité des barrages tunisiens est des barrages en terre et la majorité de ces barrages
se trouvent dans le nord.
La Figure 1.1 nous donne une idée sur l’emplacement des barrages en Tunisie.

8

Figure 1.1 : Les barrages en Tunisie.

9

Le Tableau 1.1 nous donne un aperçu sur l’emplacement, la capacité et le débit maximal des
barrages existant au nord de la Tunisie.
Tableau 1.1: Emplacement, capacité et débit maximal des différents barrages
existant au nord de la Tunisie.
Région

Nord

Nom du
barrage

Gouvernorat

Sup BV
Km²

Capacité
m3

Débit max
m3/s

Mellegue

Kef

10300000

147540

5400

Ben metir

Jendouba

103000

57630

610

Kasseb

Beja

101000

69620

460

Sidi salem

Beja

7950000

762000

5260

Bou
herthma

Jendouba

390000

109800

2500

Joumine

Bizerte

418000

123850

2840

Ghezala

Bizerte

48000

10730

500

Siliana

Siliana

1040000

61500

3220

Lakhmess

Siliana

127000

7220

1000

Sejnene

Bizerte

365000

113580

1380

Sidi el
barrak

Beja

865000

225340

2553

Zouitina

Jendouba

177000

59180

1520

Rmil

Siliana

232000

4000

112

Zerga

Jendouba

59700

22000

18

Kebir

Jendouba

85200

64400

425

El moula

Jendouba

58200

26300

417

Ziatine

Bizerte

95000

33000

562

Gamgoum

Bizerte

35500

18300

288

El harka

Bizerte

76900

30300

376

Douimis

Bizerte

55700

45600

140

Melah

Bizerte

85900

41000

677

Tine

Bizerte

276000

34000

554

Mellila

Jendouba

84600

20000

4.6

Serrat

Kef

1850000

21000

6000

Mellegue2

Kef

10100000

195000

11000

Tessa

Siliana

1420000

46000

5500

Beja

Beja

72000

29000

1000

Khalled

Beja

302900

37200

2210

Eddir

Jendouba

20600

13000

400

Chafrou

Manouba

217000

7000

1600

El meleh

Beja

187000

126000

1128

10

1.2.2.

Barrage El Melah :

Le cadre de ce projet de barrage est le barrage El Melah, situé dans le gouvernera de Bizerte
ville de Mateur.
En nous basant sur le dossier présenté en 2005 par le bureau d’étude russe
‘SELKHOZPROMEXPORT’, notre travail consiste à vérifier et justifier la solution donnée pour
ce barrage.
L’oued Melah rentre dans le bassin versant du lac Ichkeul. Le bassin versant de l’oued se
trouve sur les coteaux sud-est du massif montagneux de Mogods dont ces cotes absolues
sur les lignes de partage des eaux sont de 500-650m. Le relief du bassin est montagneux et
collinaire.

Figure 1.2 : Situation du plan de la retenue et du bassin versant.

11

1.2.2.1.

Caractéristiques du site :

Le site de notre barrage présente les caractéristiques suivantes :
Terrain de la fondation : Calcaires et marnes recouverts par des argiles diluvio-alluviales et
galets.
Superficie du bassin versant 85,9Km² (bassin du lac Ichkeul)
Pluviométrie moyenne annuelle 770mm
Apports moyens annuels 26 .106 m3
Débit maximum théorique des crues Q0.1% : 903m3/s
Volume maximal théorique des crues Q0.1% : 28,9 106 m3
1.2.2.2.

Caractéristiques et capacité de la retenue :

Cote NRN (niveau de retenu normal) 136m abs
Cote PHE (plus haute eau) 139,4m abs
Cote eaux mortes : 120m
Capacité de la retenue :


Totale : 41 .106 m3



Utile : 32,3 106m3



Eaux mortes : 8,7 106 m3

Superficie du plan d’eau :
Aux PHE 350,6 ha
Aux NRN 303 ha
Aux eaux mortes 105 ha
12

Rendement utile garanti pour : eau potable (p=95%) et irrigation (p=80%) : 15,5 106 m3
Le choix de la solution du barrage en terre à noyau argileux central est fait car ce type de
barrage présente une certaine déformabilité, ce qui lui confère une bonne résistance aux
séismes. Les caractéristiques du barrage sont les suivantes :


Hauteur maximale au dessin de la fondation
*de la digue : 49,6m
*des diguettes de l’évacuateur 4,6m



Longueur en crête
*de la digue : 260m
*de la diguette de l’évacuateur 137m



Largeur en crête 10m



Cote de la crête 140,6m abs



Largeur de la digue en fondation : 337m



Volume du barrage : 41. 106 m3



Prise d’eau :

Type : tour de prise d’eau et galerie en BA avec conduite dans le corps de la digue
Galerie en fer a cheval 3,8x2,6m
Conduite métallique DN 1000mm
Prise d’eau étagée trois niveaux : Cote 93,6 ; 120,5 ; 128,5 m abs
Débits maxima :
-

Amenée d’eau vers conduite extérieure : 1,25 m3/s
13



-

Lâchures écologiques vers l’Ichkeul ou vidange urgente de la retenue: 7,15 m3/s

-

Evacuation de la crue de chantier de 3% de probabilité 94 m3/s

Evacuateur de crues :
-

Type : évacuateur automatique a déversement libre

-

Déversoir : à seuil large : largeur du front déversant = 60m

-

Situation : dans la dépression en rive gauche à 190m de la digue : coursier dans
le talweg du ravin

-

Débit maximum : 670 m3/s

Le choix d’un barrage en terre à noyau central est justifié par la nature du terrain de
la fondation du barrage qui présente de fortes altérations.
Les barrages en terres à noyau argileux présentent une certaine déformabilité, ce qui
leur donne une bonne résistance aux séismes.

14

Chapitre II : Description du site du
barrage El Melah et matériaux à
disposition
2.1. Eléments du barrage Melah :
La digue du barrage Melah, comme indiqué sur la Figure 2.1, comporte principalement les
éléments suivants :

2.1.1. Noyau :
Le noyau est la partie la plus importante du barrage, c’est la partie qui assure en grande
partie sa faible perméabilité.
Il mesure 20 m de large en base et 6 m en crête. Le fruit amont est de 80° ainsi que le fruit
aval. Le noyau sera assis sur une dalle en béton afin d’assurer une bonne transition de
l’étanchéité avec le voile d’injection.

2.1.2. Batardeau :
Par définition, un batardeau est un petit barrage ou une digue destinée à la retenue d’eau
provisoire en un lieu donné sur une surface donnée. En général, le batardeau est utilisé en
vue d'exercer une activité en aval de celui-ci.
Il a une hauteur de 28,5m (cote de 90 à 118,5, la largeur en crête est retenue égale à 10m,
le talus aval ayant le fruit 1 :2.

2.1.3. Recharge (alluvions) :
Les recharges (amont ou aval) : parties construites avec des sols frottant, perméables de
préférence, qui assurent la résistance et supportent le noyau ;
15

Figure 2.1 : Coupe type de la digue du barrage Melah

16

2.1.4. Filtre :
Le filtres est ici pour réaliser une transition échelonnée de la granulométrie du noyau à celle
du drain et des recharges en aval et en amont et pour éviter la remonté des éléments fin
présent dans la roche vers le drain. Il a une largeur de 2m pour la partie entre le noyau et le
drain et de 1m pour la partie entre le substratum et le drain. Son dimensionnement a été
établi par le bureau d’étude selon les normes.

2.1.5. Drain :
Le drain, comme indique son nom, est un élément utilisé afin de drainer l’eau qui passe à
travers le noyau par conséquent réduire les pressions interstitielles.
Sa largeur est de 2m.

2.1.6. Rip-rap :
Ce terme désigne une couche superficielle d’enrochements posée sur un remblai plus fin et
le protégeant contre les vagues, les courants, etc.
Le rip-rap est aussi utilisé dans notre cas dans le pied aval du barrage pour libérer les
pressions interstitielles dans la digue et ainsi éviter le soulèvement hydraulique.

2.1.7. Voile d’injection :
Etant donné que la roche de fondation présente une faible perméabilité sur une certaine
profondeur, le voile d’injection a ici pour rôle de compléter l’écran d’étanchéité sous le
noyau.

17

Celui-ci sera réalisé depuis une dalle en béton (en fond de vallée et en rive droite). Les
longueurs d’injection sont établies en fonction des relevés des sondages et des essais
Lugeons.

2.1.8. Instruments d’auscultation :
Dans un barrage en terre, il est important de mesurer les deux phénomènes suivants: les
pressions interstitielles et le déplacement du barrage (principalement le tassement).
Les mesures des pressions au sein du noyau ce feront au moyen de cellules piézométriques.
Elles nous permettrons d’observer ponctuellement les phénomènes de consolidation, la
valeur des pressions interstitielles ainsi que la progression du niveau de la saturation. Elles
seront intégrées dans des sections jugées stratégiques au cours de la construction. La mise
en relation de ces mesures devrait nous permettre de déterminer le comportement global du
noyau. Des piézomètres seront implantés dans les fondations depuis la galerie d’inspection
pour détecter toutes variations anormales du niveau de la nappe.
Les déplacements seront mesurés par des tassomètres et des bornes topographiques
installés sur le corps du barrage. Des sismographes devront êtres installé en crêtes de
barrage pour enregistrer le comportement du barrage en cas de séisme.

2.2. Géologie du site :
2.2.1. Aspect général :
La compagne de reconnaissance géologique et géotechniques a permit de découvrir
les couches qui vont supporter notre barrage, par la suite, une coupe géologique a pu être
établie ; la Figure 2.2 met en évidence ces différentes couches de la fondation.
L’évolution géotechnique de la région en étude et de l’extrême nord Tunisien en général
prédétermine le caractère des particularités actuelles structurales et représente le résultat de

18

la superposition des étapes tectoniques diverses qui étaient précédées, dans le plan
historique par des processus de déformation et de sédimentation.

Pour résumer on peut définir ces trois zones principales :


Le fond de vallée : La partie centrale est constituée des dépôts diluvio-alluvinaux
modernes représentés par des galets-graviers et argiles d’une épaisseur totale de 9m
environ, qui reposent sur des roches du Maastrichtien supérieur, Maastrichtien
inférieur et du Campanien Maastrichtien non démembré dont la lithologie est
représenté par des calcaires, calcaires marneux et marnes argileuse .



La rive gauche : L’épaulement RG de la digue est constitué du haut vers le bas : des
dépôts eluvio-diluvinaux et diluviaux en galets-graviers, épais jusqu’à 8m et des
calcaires fissurés fragmentés, caverneux et Karstiques du Maastrichtien inférieur dont
la perméabilité dans la zone supérieure dépasse 50m/jours. L’épaisseur des calcaires
qui gisent dans le massif des marnes et calcaires marneux intercalés, est de 60-70m.
Dans l’épaulement RG il y a un accident tectonique du deuxième ordre orienté dans
le sens subméridional qui sépare les dépôts du Maastrichtien inférieur et supérieur.
Ces derniers sont représentés par des couches intercalées des marnes, marnes
argileuse et argile marneuse dont l’azimut de pendage et NO, l’angle de pendage 5070°.
La dislocation des calcaires dans l’épaulement RG évolue en profondeur comme suit :
la première zone des calcaires défragmentés, fortement fissurés atteint 30-50m, la
deuxième zone des roches fissurées 80m et plus au fond il y a des roches peu
fissurées et pratiquement imperméables.



La rive droite : L’épaulement RD est représenté par un massif d’argiles diluviales et
d’argiles graveleuses épaisses de 4-7m qui reposent sur les roches sous jacentes du
Campanien-Maastrichtien. Du point de vue lithologique, c’est une altération fréquente
19

de calcaire, calcaire marneux, marnes et, plus rarement, de marnes argileuses.
D’après l’état physique des roches, on peut aussi délimiter trois zones dont la
première des roches fortement fissurées atteint la profondeur de 20-35m, la
deuxième des roches fissurées atteint 55-60m et plus au fond la troisième dont les
coefficients de perméabilité sont respectivement de 20m/jours ; 0,5-1 et 0,01m/jour.
La structure tectonique de l’emprise est assez compliquée. Les failles du deuxième et
troisième ordre forment un réseau assez dense avec déplacement importants tant en plan
qu’en hauteur. La situation hypsométrique des calcaires limités de tous les cotés par des
failles, ne fait que confirmer la structure en blocs de l’emprise. Dans la zone de contact
tectonique, les roches sont fragmentées et fortement fissurées ce qui explique une forte
perméabilité a des profondeurs notables (jusqu’à 80m).
Les sondages ont permis de localiser une nappe libre au droit du site.
Les roches encaissantes sont des dépôts quaternaires (partie centrale du site) et des terrains
fissurés du Crétacé supérieur.
La nappe est localisé à la profondeur de 4-5m (lit de l’oued) à 60-70m et ce en fonction du
relief.
D’après leur composition chimique, les eaux souterraines sont chlorido-sulfatiques, calciosodiques, plus rarement chlorido-hydrocarbonatées soclio-calciques dont la salinité varie de 2
à 8g/l. Elles ont aussi une agressivité sulfatique envers le béton à base de ciment de
portland ordinaire d’où la recommandation d’utiliser les ciments résistants aux sulfates.
Suivant la lithologie et l’état physique, la perméabilité des terrains formant la fondation varie
dans de larges limites.
La perméabilité des argiles meubles et des limons quaternaires est de 0,5-0,1m/jour, celle
des galets-graviers 30-52m/jour.
21

La perméabilité des roches mères en coupe verticale suit le degré d’altération. Or, dans la
première zone d’altération, la perméabilité des calcaires dépasse 50m/jours, celle des
marnes est en moyenne de 20m/jour.
Dans la deuxième zone, celle des calcaires 18m/jour, celle des marnes 0,5m/jour.
Dans la troisième zone où les roches sont relativement saines, celui des calcaires 0,01m/jour,
celle des marnes 0,001m/jour, soit une couche imperméable.
Il s’ensuit que la perméabilité de l’assise est assez élevé d’où des pertes notables par
infiltration sont attendues, sans oublier les phénomènes de renard qui pourront s’activer en
fondation et nuire à la stabilité de l’ouvrage.
Pour réduire les pertes par infiltration et éviter les phénomènes de renard
éventuels, il est recommandé de prévoir les mesures spéciales d’étanchéité

2.2.2. Matériaux à disposition :
La construction de l’ensemble hydraulique sur oued el MELAH exigera les matériaux de
construction en quantités suivantes :
Tableau 2.1 : Quantités de matériaux nécessaires.

Elément Quantité (m3)
Noyau
154280
Batardeau
350540
Filtre
89620
Drain
38140
Rip-rap
30760

Il ressort du tableau que les réserves prospectées d’argiles et de galets nécessaires pour le
remblai de la digue couvrent en totalité le volume requis.

22

Une carrière de calcaire éocène prospecté à proximité immédiate du site contient les
quantités suffisantes de matériaux pouvant servir à l’enrochement du talus de la digue et à
l’aménagement du drainage.
Ils pourront également être employés en tant qu’agrégat de qualité pour le béton.
Les filtres pour les zones de transition dans le corps de la digue proviendront de la carrière
de pierre (concassées et criblées préalablement), ainsi que des zones d’emprunt des terrains
sablo-graveleux.

2.2.3. Zones D’emprunt :
L’emplacement des zones d’emprunts prospectées est présenté sur la Figure 2.3 :

Figure 2.3 : Zones d’emprunts


La zone d’emprunt E1 est située à 2km du site dans la cuvette de la future retenue
en la rive droite de l’oued MELAH. Sa surface de 17,5ha occupe la zone de transition
23

entre le versant de la vallée et le lit de l’oued. Le relief est onduleux, raviné, aux
cotes absolues variant de 110 à 136m.
Le massif utile est présenté par des argiles diluviennes aux inclusions de matériaux
carbonatés concassés en quantité de 5-10% à 15-20%. L’épaisseur des argiles évolue
de 3 à 5m, étant de 4,3m en moyenne. Dès la surface les argiles sont recouvertes de
couches végétales de l’épaisseur moyenne de 0,45m. Cette couche, n’étant pas
utilisable comme un matériau de construction sera à éliminer.
Le volume de la découverte sera 79,6 mille m3. Le volume utile exploitable calculé
par la méthode des triangles est de 764 mille m3. Les terrains sont recommandés à
être utilisé dans l’élément T1 de la digue.


La zone d’emprunt E2 est située à 800m à l’ouest de la zone d’emprunt E1 dans le
même élément géomorphologique du relief, exception faite pour le coin nord-ouest
dans le lit majeur de l’oued. La surface de la zone E2 est de 11,8 ha. Les cotes de la
surface inclinée vers l’oued à 5-10° varient de 115 à 135m.
Le massif utile présenté par des argiles diluviennes contient des lentilles de
concassées carbonatées en quantité de 10 à 15%. L’épaisseur des argiles varie de
1,5 à 4m, étant en moyenne de 2,1m. Le volume total prospecté calculé par la
méthode des triangles est de 248,5 mille m3. L’épaisseur moyenne de la découverte
est de 0,5m et le volume est de 58,9 mille m3.



La zone d’emprunt E3 est située à 4km du site de la cuvette de la future retenue en
rive droite du oued el MELAH, la surface de la zone est de 10,8ha, les cotes de la
surface inclinée vers l’oued à 10° varient de 120 à 160m. le massif utile est présenté
par des argiles diluviennes de 1,7 à 4,3m d’épaisseur, de 3,2m en moyenne. Les
réserves prospectées et calculées par la méthode des triangles sont estimées à 347,5
mille m3. Dès la surface les argiles sont recouvertes par une couche végétale de
0,6m d’épaisseur en moyenne. Le volume de la découverte 64 mille m3.

24



Zone d’emprunt E4 est situé dans la cuvette de la future retenue à 4,5km du site en
rive gauche de l’oued MELAH. Au point de vue de la géomorphologie, c’est une zone
de transition entre les versants de la vallée et le lit majeur de l’oued et, en partie, la
zone de lit majeur. La surface de la zone d’emprunt est de 24,5ha, le relief est
légèrement onduleux, coupé par des ravins peu profond, incliné vers l’oued. Les cotes
absolues évoluent de 120 à 145m. Le massif utile est présenté par des argiles
diluviennes meubles intercalées par des argiles graveleuses renfermant de 20 à 30%
de concassées carbonatées. La puissance des argiles varie dans les limites de 1,6 à
2,4m, de 2m en moyenne. Les réserves exploitables sont estimées à 500 mille m3.
Dès la surface le massif est recouvert par la couche végétale de 0,4 à 0,8m
d’épaisseur, de 0,6 en moyenne. Le volume de la découverte sera de 140,5 mille m3.



La zone d’emprunt E5 est située dans le bief aval à 500m du site en rive gauche du lit
majeur de l’oued Melah en cote absolue de 89 à 94m. la superficie de la zone
d’emprunt est de 3,8 ha.
La couche utile de 2,9m d’épaisseur moyenne est présentée par des argiles
graveleuses. Les réserves exploitables font 110,7 mille m3. L’épaisseur moyenne de
la découverte est de 0,45m, le volume étant de 17,2 mille m3.



La zone d’emprunt E6 occupe la zone du lit majeur de l’oued Melah dans les limites
de la cuvette de la future retenue. Le bord le plus proche du contour étendue en
longueur est à 1,5 km du site et le bord le plus éloigné est à 4,5 km. Ainsi la distance
moyenne de transport du terrain fera 3km. La surface de la zone est assez plane aux
cotes absolues de 107 à 127m. le lit de l’oued large de 10 à 30 m est profond de 1 à
4 m méandres dans le contour de la zone du lit majeur. La surface de la zone est de
38ha, dont 40 à 50% est recouverte de broussailles avec une centaine d’arbres
isolées aux troncs de 10 cm de diamètre. le massif utile est présenté par des couches
et des lentilles de sables graveleux, de galets argileux, et plus rarement de blocs

25

remplis de galets. L’épaisseur totale des couches varie de 1,5m à 3,6m, étant en
moyenne de 2,5m. les réserves exploitables sont estimées à 956 mille m3.
Par endroit, les gravier-galet sont recouvert par des couches d’argiles et de sol. Leur
épaisseur évolue à 1,8m, étant en moyenne de 0,27m. Le volume de la découverte
est de 102 mille m3.


Carrière de pierre C1 est située à 500m du site en rive droite du bief aval et
prospectée par des sondages carottant à une profondeur de 30m. le relief de la
région est échelonné, la partie de partage des eaux étant faiblement incliné vers les
versants escarpés de la vallée. On entre, dans sa partie moyenne, le relief est coupé
en travers par un ravin à 30m de profondeur. Les cotes de la surface dans les limites
du contour désigné évoluent de 130 à 200m. la superficie de la carrière est de 4,5ha.
Le massif utile est présenté par des calcaires fissurée et karstiques du Maastrichtien
inférieur. L’assise de calcaire est intercalée par des calcaires cayes qui sont moins
dures. L’épaisseur moyenne de la couche exploitable est de 20m, les réserves de
calcaire dans le massif étant de 936 mille m3.



La carrière de pierre C2 est située à 4,5 km du site. Le massif utile aux réserves
illimitées est présenté par des calcaires du crétacé supérieur et calcaires argilomarneux de dureté moyenne (Rc= 500 -800kg/cm²)

Afin d’enrichir notre travail, il nous a été demandé d’estimer les volumes disponibles dans les
zones d’emprunt en utilisant le logiciel SURFER ; ce logiciel permet de visualiser un terrain à
partir d’une base de donnée topographique.
Des images 3D ont été générées pour chaque zone à travers les sondages et une estimation
des volumes a été effectuée. La Figure 2.4 donne un exemple sur les sondages effectués
dans la zone d’emprunt E1.

26

Figure 2.4 : sondages effectués dans la zone d’emprunt E1
L’estimation des volumes des zones d’emprunt est donnée dans le tableau 2.2 :
Tableau 2.2 : Volumes des zones d’emprunt estimés par le logiciel SURFER.
Volume (m3)
1323616
429073
475583
427890
149364
2254011

Zone d'emprunt
E1
E2
E3
E4
E5
E6

Le tableau 2.3 montre aussi des volumes des zones d’emprunt par la méthode des triangles.
Tableau 2.3 : Volumes des zones d’emprunt estimés par la méthode des triangles.
Volume (m3)
794000
248500
347500
500000
110700
956000

Zone d'emprunt
E1
E2
E3
E4
E5
E6

27

Il est à noter que l’estimation des volumes par le logiciel SURFER est plus précise, en effet la
méthode des triangles suppose que la surface entre chaque trois points est plane tant dis ce
que SURFER prend en considération chaque relief du site.
On remarque bien que les volumes estimés par les deux méthodes sont proches dans le cas
où les surfaces sont plus au moins planes.

28

Chapitre III : Etude Hydraulique :
évacuateur de crue, galerie et
protection contre les vagues
Une étude hydraulique pour un barrage en terre joue un rôle très important pour pouvoir
dimensionner les différents éléments de celui-ci.
Pour notre projet, les données disponibles nous ont permis de vérifier le dimensionnement
de l’évacuateur de crue (débit d’évacuation maximal), le débit de vidange de fond ainsi que
le temps nécessaire pour la vidange et enfin une vérification de la sécurité du parement
amont contre les vagues qui peuvent se former dans la retenu du barrage.

3.1. Climatologie et hydrologie :
3.1.1.

Climatologie :

Dans la région envisagée le climat est méditerranéen avec l’été sec et l’hiver relativement
doux et humide. La circulation atmosphérique joue un rôle primordial dans la formation des
conditions climatiques.
En été, les masses d’air chaud venues du Sahara exercent leur effet, par contre, en hiver,
c’est la circulation occidentale de la zone tempéré qui prédomine. Au printemps et en
automne, le territoire est ouvert aux perturbations frontales et aux masses aériennes
d’origines diverses.
La circulation atmosphérique et le relief sont à l’origine de la variabilité de la pluviométrie
annuelle dans les limites de la région envisagée. On observe une tendance générale où la
lame de précipitation augmente avec l’altitude et diminue avec l’éloignement de la mer. Les
paramètres statistiques des précipitations annuelles au droit des postes d’observation nous
ont permis d’estimer les valeurs données au niveau du premier chapitre.

29

3.1.1.1.

Histogrammes des précipitations :

Afin de valoriser l’importance de l’emplacement de notre projet, il a été nécessaire d’établir
des histogrammes des précipitations annuelles sur la région de Bizerte. Ces données ont été
recueillies auprès du ministère de l’Agriculture.
La Figure 3.1 nous donne les précipitations depuis l’année 1985 jusqu’à 2010

Figure 3.1 : Précipitations annuelles sur la zone de Bizerte de 1985 à 2010

30

3.1.2.

Hydrologie :

3.1.2.1.

Evacuateur de Crue :

L’évacuateur est implanté en dépression RG du site et dimensionné pour un débit de
crue de 670 m3/s.
L’ouvrage est en béton armé coulé sur place et comprendre une tété d’entrée qui représente
un déversoir à déversement libre, un tronçon transitoire long de 80 m avec pente de 0.0789
à largeur variable de 60 m au début et de 15 m à la fin, un coursier long de 100 m de
section constante large de 15 m avec la pente de 0.135 qui se termine par un saut de ski. Un
pont routier est prévu au début du coursier.
Le seuil du déversoir étant arasé à la cote de 136 m, l’entrée de l’évacuateur est à la cote de
134 m et représente un chenal rectangulaire large au fond de 60 m avec des bajoyers hauts
de 6.6 m en béton armé coulé sur place, son fond étant revêtu d’enrochement en couche de
0.5 m. le déversoir est coupé par des joints de déformation en trois blocs de 20 m de
longueur chacun. Le tronçon transitoire est en structure en dock en béton armé coulé sur
place de largeur variable dont le radier est découpé en plan en sections de dimensions de 15
à 20 m.
Le coursier est de la structure en dock en béton armé large de 15 m, découpée en 5 sections
de 20 m de longueur chacune. L’épaisseur du radier est de 1 m, celle des bajoyers étant de
0.4 m. la surface intérieure du coursier a une finition spéciale pour réduire la rugosité. De
part et d’autre du coursier, ainsi qu’en sa fondation, il est prévu un système de drainage qui
comprend les collecteurs DN 300 et DN 100 mm et les tubes évacuateurs DN 500 mm. La
dernière section du coursier se termine par un saut de ski dont le haut est arasé à la cote
113.5 m. le saut de ski est implanté sur une para fouille profonde avec le fond à la cote
101.1 m.

31

L’ouvrage se termine par un canal de restitution large au fond de 20 m avec le fruit des talus
1 :1.5.
Le radier a des ancrages profonds de 5 m disposés en mailles 3x3 m pour éviter les
détériorations de l’évacuateur dues aux charges dynamiques lors de l’évacuation des crues
théoriques de 670 m3/s.
Des plans de l’évacuateur de crue sont donnés dans l’annexe 4.
3.1.2.1.1.

Calcul du débit d’évacuation maximal :

Figure 3.2 : Seuil du déversoir

De façon générale la formule du débit sur un déversoir est la suivante :
Q = m. l. (2g) 1/2. h3/2 en m3/s

formule de BELANGER


m = coefficient fonction de la forme et de l’épaisseur du seuil
l = largeur déversante ou longueur du seuil en m
h = hauteur d’eau sur le seuil en m.
Pour les seuils épais et les bords arrondis ce qui est notre cas,
Q = 0,40 . l . (2g)1/2 . h3/2
32

Avec l= 60m , g= 9,81m/s² et h = 139.4-136= 3,4m
D’où : Q= 0,4 . 60 . (2 . 9,81)1/2 . 3,43/2 =666,46

3.1.2.1.1.

670m3/s

Ligne d’eau dans l’évacuateur de crue :

L’évacuateur de crue doit contenir l’eau lors d’une crue de 670m3/s et ne doit pas être
débordé, pour cela une étude hydraulique est nécessaire pour déterminer la hauteur
maximale de la ligne d’eau.
Les détails de calcul effectué pour la détermination de la hauteur de la ligne d’eau dans
l’évacuateur de crue sont donnés dans l’Annexe 2.
La hauteur de l’eau ainsi calculé est donnée dans le tableau 3.1

Tableau 3.1 : hauteur d’eau dans l’évacuateur de crue.
Tronçon
1
2
3
4
5
6

3.1.2.2.

Hauteur de la ligne d'eau (m)
2.33
2.64
2.64
3.36
6.57
6.57

Protection contre les vagues :

Lorsque le vent souffle sur un plan d’eau, il génère au bout d’une certaine durée des vagues
qui peuvent se propager en direction du barrage. Ces vagues peuvent causer la rupture du
barrage si elles passent par-dessus la crête du barrage (rupture causé par l’érosion). Pour
éviter que cela se produise, il est nécessaire de vérifier le non passage de ces vagues par33

dessus la digue. La crête doit être positionnée à une altitude suffisante pour garantir le non
passage des vagues.
On considère classiquement deux situations de projet vis-à-vis du vent :

PHE ; c’est cette situation qui s’avère généralement dimensionnant.
e retour 100 ans sur la retenue normale.
Vérification de la revanche (après le calcul des vagues)
La hauteur des vagues dépend de plusieurs facteur dont principalement la vitesse du vent et
la longueur du fetch (c’est la longueur de « mer » ouverte dans la direction des vents
dominant.)
Le tableau 3.2 donne suivant des probabilités les vitesses du vent qui peuvent être atteintes
suivant toutes les directions :
Tableau 3.2 : les vitesses maximales du vent
Direction
du vent

N
NE
E
SE
S
SO
O
NO

Moyenne
des
maximales,
(m/s)
17
14
16
15
13
17
24
24

Vitesse maximales (m/s) de probabilité
1%

2%

4%

10%

20%

44
26
38
34
35
30
55
49

39
24
35
31
29
28
48
45

34
22
31
28
24
26
40
40

27
19
26
23
19
23
32
34

22
17
21
19
16
21
28
29

Il est aussi nécessaire de mentionner que le vent dominant dans cette région est le Nordouest (NO)

34

La longueur du fetch est déterminée d’après le plan de la retenu qu’on trouve dans la
Figure3.4 ;

Figure 3.4 : Plan de la Retenue et Fetch
La hauteur des vagues est calculée par la formule suivante :

U : Vitesse du vent (m/s)
D : Profondeur de l’eau (m)
F : Longueur du fetch (m)
g : Accélération de la pesanteur (m/s²)

35

En fonction de la hauteur des vagues h, le tableau 5 donne la dimension préconisée de la
protection classique en enrochements : épaisseur e de la couche d’enrochements (mesurée
perpendiculairement au parement) et diamètre d50 tel que 50 % en poids des blocs aient un
diamètre égal ou supérieur à d50. La dimension des plus gros blocs est limitée à e. Les
éléments les plus petits n’ont pas un diamètre inférieur à 0,10 mètres.
Calcul de la hauteur des vagues :
1er cas : vent de période 50 ans sur une retenue qui se trouve à la PHE :
U (2%)= 45m/s
D=48.4m
F=625m
g=9.81m/s²

2ème cas : vent de période de retour 100 ans sur la retenue normale.
U(1%)=49m/s
D=45 m
F=625m
36

g=9.81m/s²

Vérification de la revanche :
La revanche est prise égale à

où g = 9,81 m/s².

La vitesse de propagation des vagues v peut être évaluée par la formule de GAILLARD :
v = 1,5 + 2 h où h en m et v en m/s.
v=1.5+2x1.01=3.52m/s

Une Fois la hauteur des vagues déterminées, le tableau 3.3 nous donne les dimensions des
enrochements pour la protection du talus de la digue.

37

Tableau 3.3 : Dimension de la protection amont en enrochements

La couche d’assise du rip-rap a pour objet de protéger le remblai contre les effets
hydrodynamiques des vagues et contre l’érosion. Pour les vagues de hauteur inférieure à
1,50 mètre environ, son épaisseur est de 0,15 à 0,30 mètre. La couche d’assise doit
respecter les conditions de filtre (voir chapitre IV filtres) vis-à-vis de la couche de rip-rap. Il
est à noter aussi que cette couche, facilement accessible peut être réparée après une
dégradation du parement.
Pour notre cas (h=1.01m) on doit au minimum avoir e=0.6m et d50 des blocs= 0.4m.
L’enrochement utilisé dans le barrage a une épaisseur e=1m, ce qui vérifie bien la condition
établie précédemment.
3.1.2.3.

Vidange de fond :

Afin d’éviter des éventuelles catastrophes, la retenue peut être vidangée lorsqu’il existe des
facteurs qui mettent en cause la stabilité du barrage (augmentation de la pression
interstitielle suite à un séisme par exemple). La Figure 3.5 schématise la conduite de la
vidange de fond qui traverse transversalement le corps de la digue.

38

La vidange de fond consiste en :
Une prise d’eau à la côte 92.86m en rive droite à l’amont contrôlée par une vanne papillon
de diamètre nominal 1000mm.
Une conduite métallique de diamètre nominal 1000mm posée sur des berceaux en béton.
Le débit maximum évacuable est égal à 7.15 m3/s.
D’où on peut calculer le temps de vidange de la retenue :

t=

=5 734 265,734 s = 66.36 jours.

Soit 67 jours.
Ce résultat sera par la suite utilisé dans la partie qui traite la stabilité de la digue dans le cas
d’une vidange rapide.

40

Chapitre IV : Etude géotechnique :
détermination des paramètres
géotechniques et présentation du
voile d’injection
4.1. Détermination des paramètres géotechniques des
matériaux de construction :
Au cours de ce chapitre nous allons définir les matériaux de construction utilisés pour la
digue du barrage. Chaque matériau doit avoir des caractéristiques mécaniques bien
déterminées et doit être contenu dans un fuseau borné précisé par le maitre de l’ouvrage
dans l’APD selon les normes.
Une fois mis en place, on prélève des échantillons du matériau et on fait des essais
contradictoires pour s’assurer que l’on se place bien dans les limites des fuseaux définit.

4.1.1.

Batardeau amont T2 :

Cette partie est un mélange d’argiles et galets-graviers qui ont des caractéristiques
mécaniques plus élevé que le noyau T1, ce qui permet de raidir le talus amont du batardeau.
Le matériau argileux utilisé pour le batardeau doit satisfaire aux conditions suivantes :


Indice de plasticité (IP) < 17 et aucune prescription particulière n’est exigée pour le
pourcentage de fines (<80 ɥm ) dans ce matériaux



% Wop : de -4 à +2% pour une couche.%Wop : de -2 à 0% pour une moyenne de 3
couches.



Degrés (IC) Proctor standard

 95% et une moyenne de 5 couches à 98 %.

41

Les paramètres utilisées dans le calcul pour définir le matériau constituant le batardeau ont
été recueillies de l’APD ( γ, c, c’,φ, φ’) et en utilisant le logiciel ROSETTA (өr, өs, α, n, Ks) en
définissant le pourcentage d’argile, de limon et de sable qu’on a dans notre matériau.
La Figure 4.1 nous donne un aperçu sur la manière avec laquelle sont obtenus les
paramètres өr, өs, α, n et Ks.

Figure 4.1 : Logiciel ROSETTA
ROSETTA est un logiciel développé par le service de recherche du département de
l’agriculture des Etats Unis d’Amérique. Ce logiciel permet de définir les paramètres de
rétention hydrauliques développés par Van Genuchten (1980). Il permet aussi de déterminer
la conductivité hydraulique à la saturation et les paramètres de conductivité non saturé de
Van Genuchten (1980) et Mualem (1976).
Les paramètres requis sont obtenus en spécifiant le pourcentage de sable, de limon et
d’argile du matériau étudié.

42

4.1.2.

Recharge A1 (Alluvions) :

Constituée en galets-graviers alluvionnaires qui ont des caractéristiques mécaniques très
élevées pour assurer le talus aval plus raide possible.
Concernant la perméabilité A1 doit être capable d’évacuer le débit théorique infiltré à travers
le corps de la digue sans hausser dangereusement la courbe phréatique. Avant la mise en
place du matériau pour la recharge provenant principalement de la zone E6, une analyse
granulométrique est faite sur différent échantillons afin de s’assurer que l’on se place dans
un fuseau où l’on n’a pas beaucoup de discontinuité.
L’analyse granulométrique a permis de tracer la courbe donnée par la Figure 4.2 :

100
Série1
90

Série2

80

Série4
Série5

Pourcentage passant

70

Série6
60

Série7
Série8

50

Série9

40

Série10
30

Série11
Série12

20

Série13

10

Série14
0
0,01

0,1

1

10

100

1000

Tamis (mm)

Série15
Série16

Figure 4.2 : analyse granulométrique des matériaux de la zone E6
On peut constater d’après cette courbe qu’on n’a pas de discontinuité donc une bonne
répartition granulométrique du matériau, aussi on peut affirmer que la répartition

43

granulométrique, entre 0.1 et 100mm, jouera un rôle important pour assurer la forte
perméabilité qui dissipera les pressions qui se trouvent dans le noyau.
Aussi on a pu déterminer grâce à cette analyse granulométrique les pourcentages d’argile de
limon et de sable qui vont être utilisés par ROSETTA afin de déterminer өr, өs, α, n et Ks.
Les paramètres γ, c, c’,φ et φ’ ont été tirés de l’APD .

4.1.3.

Filtre fin F1 :

Si l’on plaçait les drains directement au contact des matériaux à granulométrie fine comme la
terre à noyau, l’eau en écoulement entraînerait les particules fines à travers les vides intergranulaires du drain et on obtiendrait une érosion interne nommée renard ; ce phénomène
est d’autant plus dangereux qu’il est accéléré : le début de l’érosion diminue la perméabilité,
donc augmente la vitesse de l’eau, ce qui accroît la vitesse d’érosion ; une amorce de renard,
même très tardive, peut difficilement être stoppée si elle n’est pas traitée dès les premiers
symptômes. La solution préventive consiste à disposer des « filtres » entre des matériaux
dont les granulométries sont très contrastées : ce sont des matériaux de granulométrie
intermédiaire, choisie de telle sorte que les grains du matériau fin amont ne puissent
pénétrer les vides inter-granulaires du matériau filtrent. Les règles de dimensionnement des
filtres indiquées ci-après résultent de recherches récentes et sont maintenant appliquées
pour tous les ouvrages neufs.
Dans ce qui suit, dxx représente le diamètre des grains du matériau à protéger passant à xx
%, et Dxx représente le diamètre des grains du filtre passant à xx % ; ces valeurs sont
calculées sur la fraction des matériaux inférieure à 4,75 mm ; les règles dépendent de la
nature du matériau à protéger :
— silt ou argile (plus de 85 % inférieurs à 0,075 mm) :

D15

9 d85

44

(Mais si 9 d85 < 0,2 mm, prendre D15 = 0,2 mm)

— sable fin ou silt argileux (40 à 85 % inférieurs à 0,075 mm) :

D15

0,7 m m

— sable ou gravier silteux ou argileux (15 à 39 % inférieurs à 0,075 mm) :

D15

(4 d85 – 0,7 m m) + 0,7 mm

avec A pourcentage passant au tamis de 0,075 mm ; cette règle est à vérifier pour toute
fraction granulométrique avec le d85 correspondant (mais si 4 d85 < 0,7 mm, prendre D15 =
0,7 mm)

— sables et graviers avec moins de 15 % inférieurs à 0,075 mm :

D15

4 d85

(Dans ce dernier cas, le d85 correspond à la granulométrie complète du matériau de base)
Un filtre doit donc être dimensionné en fonction du matériau qu’il doit soutenir ; il doit
pouvoir être mis en place de manière homogène, sans ségrégation.
Afin de s’assurer que l’on utilise le bon matériau dont la granulométrie se situe dans le
fuseau désiré, il est nécessaire de faire des analyses granulométriques pour le matériau qui
va être mis en place et de vérifier sa conformité. Les analyses nous ont permis de tracer les
courbes données par la Figure 4.3 qui se situent bien dans le fuseau définit dans l’APD.

45

Pourcentage passant

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

MIN
MAX
23/08/2011
22/09/2011
22/09/2011
0,01

0,1

1

10

Tamis (mm)

Figure 4.3 : Analyse granulométrique du Filtre.
Concernant la perméabilité, il a été possible d’estimer celle-ci en utilisant la formule de
Hasen qui s’applique pour les matériaux granulaires.
Ks=A . (D10)²
Avec :
Ks : perméabilité en mm/s.
A : coefficient variant de 10 à 15, on va prendre 15.5 pour notre calcul.
D10 : le diamètre des grains du matériau passant à 10 % en mm.
Pour notre filtre on a D10=0.15mm
 Ks=12.5 *(0.15)² =0.28 mm/s = 2.8 10-4m/s

4.1.4.

Drain D :

Dans le corps de la digue on cherche à contrôler et à réduire les pressions interstitielles afin
d’améliorer les conditions de stabilité globale ; cela est réalisé en plaçant à l’intérieur du
remblai des zones de forte perméabilité, appelées drains ; de manière classique, on trouve
dans presque tous les remblais :
46

— le drain cheminée, nommé ainsi car il est disposé quasi verticalement à l’aval du noyau
(ou bien vers le centre d’un remblai homogène) ; son épaisseur est souvent de l’ordre de 3m
pour des raisons constructives (il est de 2m dans notre cas).
— le tapis drainant aval, qui couvre la moitié aval de la fondation à partir de la base du
noyau et conduit les fuites jusqu’au pied aval (il est protégé en haut et en bas par un filtre
dans notre cas); son épaisseur minimale est de 50 cm, souvent plus.
La capacité de ces drains doit être suffisante pour leur permettre d’absorber, sans mise en
pression sensible, les débits provenant non seulement de la percolation à travers le noyau,
mais aussi les fuites accidentelles pouvant provenir soit d’une fissure du noyau (Créée par
fracturation hydraulique ou par tassement différentiel), soit d’un collage imparfait entre le
noyau et sa fondation ou un autre organe ; les drains sont donc des organes de sécurité.
Leur débitance est aisément calculable à partir de la formule de Hazen pour la perméabilité.
La perméabilité est fortement influencée par la propreté, c’est-à-dire la teneur en éléments
fins (D < 0,08 mm par convention) qui ne devrait pas dépasser 2 à 3 %.
On considère qu’un matériau D est apte à jouer un rôle de drain par rapport à un autre
matériau voisin B (c’est-à-dire que le contraste de perméabilité entre les deux est grand)
lorsque la règle granulométrique suivante est respectée :

D15 > 5B15

avec D15(mm) dimension de la fraction à 15 % du matériau drain,

B15 (mm) dimension de la fraction à 15 % du matériau à drainer.
En pratique, on est amené à dimensionner très largement les drains pour permettre à ceuxci d’absorber les débits, potentiellement très forts, provenant d’une fissure accidentelle du
noyau.
Les analyses granulométriques du matériau avant mise en place a permis de tracer les
courbes de la Figure4.4 qui se situent bien dans le fuseau définit dans l’APD.

47

Pourcentage passant

100
90

MIN

80

MAX

70

Série3

60

Série4

50

Série5

40
30

Série6

20

Série7

10

Série8

0

Série9
0,01

0,1

1

10

100

Tamis (mm)

Série10

Figure 4.4 : Analyse granulométrique du drain.
En ce qui concerne la perméabilité, la formule de Hasen nous donne :
Pour notre drain on a D10=2mm
 Ks=12.5 *(2)² =50 mm/s = 5 10-2m/s

4.1.5.

Rip rap :

La surface des remblais en terre doit en général être protégée des actions extérieures,
notamment du côté amont où les vagues de la retenue exercent une agression active. La
protection amont est en général assurée par le rip-rap : c’est une couche d’enrochements
posée sur un filtre de transition ; la taille des blocs, qui dépend de la hauteur des vagues et
de la pente du talus, peut dépasser 1 m. Quand il n’existe pas d’enrochements disponibles,
on peut constituer un assemblage de blocs artificiels en béton. À l’aval, des blocs de 10 à 30
cm suffisent en général.
Dans notre cas les blocs utilisés devront satisfaire aux conditions données dans le
tableau4.1 :

48

Tableau 4.1 : dimensions de l’enrochement définit par l’APD pour le Rip-rap
Dimensions des

Pourcentage des poids

passoires φ anneau

passant à travers la

(mm)

passoire passant

1000

100

630

60 à 100

400

25 à 50

200

0 à 20

100

0 à 10

25

Moins de 5

La mise en place du Rip-rap n’a pas encore commencé dans le chantier à ce stade.
Dans l’absence d’information sur ce matériau, la couche protégeant le talus des vagues a été
éliminée lors de l’analyse de la stabilité par GEO-SLOPE, en effet, cette couche aide à
stabiliser le talus donc son élimination ne va pas affecter notre calcul. En plus, vu la facilité
d’accès à cette couche, elle peut être réparée en cas d’incident.
Pour le Rip-rap dans le pied aval de la digue, on a pris un angle de friction égal à 40°.

4.1.6.

Noyau T1 :

Les propriétés recherchées sont : étanchéité – déformabilité –compactibilité. Il s’agit donc de
sols qui contiennent une forte proportion de particules fines et, sauf cas particuliers, pas de
gros éléments. Une propriété importante est l’indice de plasticité IP (IP=wL – wP)
On étudie les caractéristiques du matériau tel qu’il sera en place en le préparant en
laboratoire selon une procédure de compactage normalisée « Proctor normal » ; les courbes
de compactage donnée sur la Figure 4.5-a indiquent le poids volumique du sol sec

γd obtenu

pour une énergie de compactage normalisée standard en fonction de la teneur en eau w ;

49

ces courbes présentent un optimum qu’il faut s’efforcer d’obtenir : trop sec, le sol se plastifie
mal pendant le compactage ; trop humide, l’eau occupe un volume non réductible (sauf par
consolidation, ce qui exige du temps) et, de plus, le compactage engendre des pressions
interstitielles excessives, nuisibles à la stabilité ; en pratique l’optimum se situe, pour des
argiles, entre 10 et 20 %.
La teneur en eau naturelle des matériaux dans les zones d’emprunt est évaluée sur
prélèvements ; elle doit être aussi proche que possible de l’optimum de compactage, car il
est souvent difficile de beaucoup modifier (plus de 4 %) la teneur en eau des sols fins, et
cela exige des techniques d’autant plus complexes et coûteuses que la correction est
importante. En pratique, on préfère souvent compacter à une teneur en eau légèrement
supérieure à l’optimum, ce qui améliore les liaisons entre couches successives.
En ce qui concerne notre projet, il a été mentionné dans l’APD que le matériau argileux
utilisé dans le noyau doit satisfaire aux conditions suivantes :


Indice de plasticité (IP)> 22 et le pourcentage de fines (<80 µm) est strictement
>40%



%Wop : de -1 à +3% pour une couche.



%Wop : de 0 à 2% une moyenne de 3 couches.

Degrés (IC) Proctor standard

 96% et une moyenne de 5 couches à 98 %.

Les essais réalisés sur l’argile qui provient des zones d’emprunt ont permis de justifier leurs
utilisation en tenant compte des conditions imposées dans l’APD ;
Pour l’état d’avancement actuel de notre projet, l’argile qui a été mise en place provient de la
zone d’emprunt E1, donc différents échantillons provenant de cette zone ont été analysés.
En ce qui concerne le compactage, il a été nécessaire de simuler l’essai de compactage
PROCTOR sur une grande échelle (planche d’essai) et de comparer les résultats avec les
50

résultats obtenus au laboratoire. La réalisation des planches d’essai permet de déterminer la
teneur en eau où on doit se situer, et le nombre minimal de passes qu’on doit faire avec le
compacteur pour satisfaire le pourcentage de compactage minimal.
La Figure 4.5 nous donne les résultats obtenus tout en comparant avec l’essai PROCTOR au
laboratoire avec différentes teneurs en eau et différents nombre de passes.
On peut remarquer d’après les 6 essais au laboratoire et le nuage de point obtenu grâce à la
planche d’essai que 6 passes peuvent être suffisantes pour satisfaire les 96% de compactage
par rapport au Proctor standard.
Les deux courbes représentant les résultats obtenus respectivement pour 8 et 10 passent
montrent un nuage de point qui se situe bien au dessus de la limite de compactage qu’il faut
garantir.
Donc pour conclure, on peut dire que pour garantir un compactage au moins égal à 96% du
Proctor standard, il faut faire au moins six(6) passes avec une teneur en eau aux alentours
de 15 à 20%.

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