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chap1ageneralites 140412074932 phpapp02 .pdf



Nom original: chap1ageneralites-140412074932-phpapp02.pdf
Titre: untitled

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Barrages
Généralités

BARRAGES
BARRAGESET
ET
OUVRAGES
OUVRAGES
ANNEXES
ANNEXES

Contra,
Tessin,
220 m Hydrauliques
Laboratoire
de Constructions

ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
FÉ DÉRA LE D E LA USAN NE

Barrages
Généralités

Les pyramides utiles

Zayandehroud,
Laboratoire de Constructions
Hydrauliques

Iran, 100 m
ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
FÉ DÉRA LE D E LA USAN NE

Barrages
Solis, Grison, 61 m
Généralités

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
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Barrages
Généralités

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
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Barrages
Généralités

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
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Barrages
Généralités

Hoover Dam, USA, 221 m

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Barrages
Généralités

Définition
Définitionde
dela
lanotion
notion"barrage"
"barrage"

Barrages =
ouvrages hydrauliques
qui barrent, sur toute la
largeur, une section
d'une vallée et qui
créent ainsi une
dépression topographique
artificielle étanche à l'eau

niveau d'eau
lors des crues

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Barrages
Généralités

Effet
Effetdes
desbarrages
barrages
La retenue crée par le
barrage peut stocker un
part important des apports
d’eau

Le barrage surélève le
plan d’eau amont

niveau d'eau
lors des crues

But: Influencer le
bilan hydrologique
dans un bassin
versant
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Barrages
Généralités

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

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Barrages
Généralités

Karun III, Iran, 205 m

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Barrages
Généralités

Karun III, Iran, 205 m
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Barrages
Généralités

Barrages
Barrages--des
desouvrages
ouvragessinguliers
singuliers
Structures complexes
qu'il faut traiter comme
systèmes
 il n'existe pas de
procédures bien définies
pour trouver la
meilleure solution
 démarche pragmatique,
évolutive, systématique
et récursive
 grand nombre
d'hypothèses

Le comportement d'un
barrage durant son
cycle de vie est complexe
 influence par plusieurs
facteurs et phénomènes
plus ou moins bien
connus
- caractéristiques de
matériaux (vieillissement)
- comportement de la
fondation
- les effets chimiques de l'eau
- sollicitation sismique
- risque hydrologique
- mode d'exploitation

Les exigences quant
à la sécurité sont
extrêmes
z conception
z réalisation
z exploitation
 règle institutionnelle
pour la surveillance
des ouvrages par
une auscultation
permanente

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Barrages
Généralités

Evolution
Evolutiondes
desbarrages
barrages

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Barrages
Généralités

La
Lavallée
valléedu
duNil
Nil--Barrage
Barragede
de"Sadd-el-Kafara"
"Sadd-el-Kafara"

View of Kafara dam side
from the left bank; US= upstream,
DS = downstream

Upstream face of Kafara dam

Cross section of
Kafara dam

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Barrages
Généralités

Barrages
Barragesd'irrigation
d'irrigationau
auYémen
Yémen
Barrage de Marib
Î Marib - capitale de la reine Saba, située
à 120 km à l'est de Sanaa
Î Prospérité pendant plus d'un millénaire, basée
sur l'irrigation et l'exportation d'encens et de myrte
Î Premiers barrages sur la rivière Danah
datent de 1500 avant J.C.
Î Construction d'un grand barrage commencée
en 519 avant J.C.
z barrage en remblai de 700 m de longueur
et de 20 m de hauteur
z impressionnants ouvrages de vidange en
maçonnerie
z volume retenue de 30 mio m3 (15% du débit
moyen annuel)
z rupture finale après 1300 ans de service
au 7ème siècle après J.C.
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Barrages
Généralités

Ancien
Ancienbarrage
barragede
deMarib,
Marib,Yémen
Yémen

Plan of the Marib dam
in its final configuration
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Barrages
Généralités

Situation
Situation actuelle
actuelle
dans le monde
et en Suisse

Digue en
enrochements
Atatürk, Turquie
(173 m)
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Barrages
Généralités

Nombre
Nombrede
debarrages
barrages

Monde sans
sans Chine
Chine
Monde

20'000
20'000

15'000
15'000

23'034
23'034

Nombre
15mm
Nombre de
de barrages
barrages>>15
Etat
Etat1998:
1998:

Monde
Mondesans
sansChine:
Chine: 23'034
23'034
Monde
Mondeavec
avecChine:
Chine: 44'645
44'645

17'744
17'744
16'601
16'601
153
153
144
144
128
128

10'000
10'000

200
200

150
150

100
100

50
50

5'000
5'000

00
1'800
1'800

250
250

Suisse
Suisse

25'000
25'000

1'850
1'850

1'900
1'900

An
An

00
60
70
80
90
60 70 80 90
1'950
2'000
1'950
2'000

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Bennet 183

Trinity 164
Copperton III 177

Swift 156

Anderson Ranch 139

Mud Mountain 130

Chambon 136

Owyhee 127

Diablo 119

Schräh 112

Chicoasén 261

Mica 242

Oroville 230

Nurek 300

Vajont 262
Grande-Dixenc

Mauvoisin 237

Hoover 221

Barrages en béton

San Gabriel 123

Salt Springs 96

Dix River 87

Arrowrock 107

Buffalo Bill 99

Cheeseman 72
New Croton 91
Stillwater 82

Kurit 64 (1850)
San Leandro 47 (1892)

Barrages
Généralités

Rétrospective
Rétrospectivesur
sur
l’évolution
l’évolutionde
dela
lahauteur
hauteurmaximale
maximaledes
desbarrages
barrages

Digues

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Barrages
Généralités

Evolution
Evolutionde
dela
lahauteur
hauteurmaximale
maximale
des
desbarrages
barragesen
enbéton
bétonen
enSuisse
Suisse
320 m

237 / 250 m

55 m

1889
La tour Eiffel

285 m

83 m

1920
1948
Montsalvens Rossens

1957/91
Mauvoisin

1962
Grande Dixence

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Barrages
Généralités

Evolution
Evolutionde
dela
lahauteur
hauteurmaximale
maximale
des
desbarrages
barragesen
enbéton
bétonen
enSuisse
Suisse

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Barrages
Généralités

Nombre
Nombrede
debarrages
barragesen
enconstruction
construction(2006)
(2006)
Hauteur
Hauteur >> 60
60 mm
1.1. Chine
Chine
2.
2. Turquie
Turquie
3.
Iran
3. Iran
4.
4. Japon
Japon
5.
Vietnam
5. Vietnam
6.
6. Inde
Inde
Espagne
Espagne
8.
Myanmar
8. Myanmar
9.
9. Italie
Italie
Arabie
ArabieSaoudite
Saoudite
11.
Brésil
11. Brésil
Russie
Russie
13.
13. Corée
Coréedu
duSud
Sud
Maroc
Maroc
Roumanie
Roumanie
Grèce
Grèce
17.
Autres
17. Autrespays
pays

Total
Totalmonde
monde

95
95
51
51
48
48
40
40
18
18
10
10
10
10
77
66
66
55
55
44
44
44
44
47
47

Hauteur
Hauteur >> 150
150 m
m
1.1.
2.
2.
3.
3.
4.
4.
5.
5.

Chine
19
Chine
19
Iran
66
Iran
Turquie
55
Turquie
Brésil
33
Brésil
Inde
22
Inde
Laos
22
Laos
7.
7. Argentine,
Argentine, Colombie,
Colombie, Equateur,
Equateur, Ethiopie,
Ethiopie,
Georgie,
Georgie, Grèce,
Grèce, Islande,
Islande, Japon,
Japon, Malaisie,
Malaisie,
Mexique,
Mexique, Pakistan,
Pakistan, Russie,
Russie, Ouzbékistan
Ouzbékistan
== 13x1
13
13x1
13

Total
Total monde
monde

50
50

364
364
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Barrages
Généralités

Nombre
Nombrede
debarrages
barragesen
enconstruction
constructiondepuis
depuis1997
1997
Nombre

400
366
350
300

361
335

319

335 345

369 368 364

289

250
> 60m
>150m

200
150
100
50 41 35 35 35 33 36 42 43 43 50
0
1997199819992000200120022003200420052006

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Barrages
Généralités

Distribution
Distributiondes
desbarrages
barrages>>15
15m
mpar
parcontinents
continentset
etpays
pays
Amérique
du Nord

16.6%
Europe

10.9%

51.5%

7%
6.2%

4%

Asie australe

Afrique

Asie
Japon
Amérique
du Sud

Classement par pays
1. Chine
2. Etats-Unis
3. Japon
4. Inde
5. Espagne
6. Corée
7. Canada
8. Grande Bretagne
9. Brésil
10. Mexique
(Suisse

51,5%
14,9%
6.1%
3,1%
2,0%
1,9%
1,7%
1,5%
1,4%
1,4%
0,4%)

(100 % = nombre total de
barrages dans le monde)
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Barrages
Généralités

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Barrages
Généralités

Energie
Energiehydroélectrique
hydroélectriqueet
etbarrages
barragesen
enChine
Chine
Demande en puissance
supplémentaire: 15 000 MW/an
Augmentation prévue de la puissance
avec nouvelles centrales
hydroélectriques entre 2000 et 2010 :
125 000 MW

Barrage des Trois Gorges en construction
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Barrages
Généralités

Energie
Energiehydroélectrique
hydroélectriqueet
etbarrages
barragesen
en Iran
Iran
Aménagements hydroélectriques
en construction : 7 500 MW
Augmentation du potentiel utilisé
de 15 % à 80 %
en 2020

Barrage Shahid Abbaspour (Karun I)

Barrage Dez
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Barrages
Généralités

Perspectives
Perspectivesdans
dansle
ledomaine
domainedes
desbarrages
barrages
Tâches, défis

Suisse

Monde

Conservation des
ouvrages existants

***

**

**

*

*

**

*

***

Extension des
ouvrages existants
(surélévations)
Reconstruction
Renouvellement
Nouvelles
réalisations

*

peu important

** important

***

très important

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Barrages
Généralités

Perspectives
Perspectivesdans
dansle
ledomaine
domainedes
desbarrages
barrages
Surélévations
Luzzone de
208 m à 225 m
Mauvoisin de
237 m à 250 m

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Barrages
Généralités
Buts
Butsdes
desbarrages
barrages
Création d'une retenue

Production d’énergie
Approvisionnement en eau
potable et industrielle

Compensation entre les apports et
les besoins en eau

Irrigation
Protection contre les crues
Loisirs et tourisme

Création d ’une chute additionnelle
par l’augmentation du plan d’eau
ª
ª
ª
ª

Navigation
Pêche - Pisciculture

Réservoir énergétique
Réservoir d’alimentation
Réservoir de maîtrise des crues
Réservoir régulateur
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Barrages
Généralités

Affectations
Affectationsprincipales
principalesdes
desréservoirs
réservoirs
Production
Productiond'énergie
d'énergieélectrique
électrique
Approvisionnement
Approvisionnementen
eneau
eau
potable
potableet
etindustrielle
industrielle
Irrigation
Irrigation
Protection
Protectioncontre
contreles
lescrues
crues
Soutien
Soutiend'étiage
d'étiage
Pêche,
Pêche,pisciculture
pisciculture

Réservoir
Réservoirénergétique
énergétique

Réservoir
Réservoird'alimentation
d'alimentation
Réservoir
Réservoirde
demaîtrise
maîtrise
des
descrues
crues
Réservoir
Réservoirrégulateur
régulateur

Navigation
Navigationfluviale
fluviale
Loisirs,
Loisirs,tourisme
tourisme

Réservoir
Réservoirààbuts
buts
multiples
multiples
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Barrages
Généralités

Quelques
Quelquesexemples
exemplesde
dela
larépartition
répartitiondes
desprécipitations
précipitations
(grandes
(grandesvariations
variationsen
enlieu
lieuet
ettemps)
temps)

Précipitations en mm
Mois le plus humide

Mois le plus sec

Somme annuelle

Marrakech (Maroc)

40

5

253

Beyrouth (Liban)

190

0

893

Zanzibar (Tanzanie)

335

35

1486

Calicat (Inde de sud)

830

10

3085

Cherrapanji (Inde de nord)

2560

10

10824

Lieu / Pays

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Barrages
Généralités

Volume dès t = 0

Dimensionnement
Dimensionnementààl’aide
l’aidedes
descourbes
courbesdes
desdébits
débitscumulés
cumulés

Ve
αe
αs

Vs

Jnéc = Dmax + Dmin

Volume du réservoir

Période T

Jnéc

Temps

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Barrages
Généralités

Dimensionnement
Dimensionnementdd’un
’unréservoir
réservoir

Volumes dès t = 0

Vs
Ve

Tous
Tousles
lesdébits
débits
entrants
entrants
(apports)
(apports)sont
sont
transformés
transformésen
en
débits
débitssortants
sortants

Jnéc

temps

T=1 année

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Barrages
Généralités

Rôle
Rôleimportant
importantdes
desréservoirs
réservoirsartificiels
artificiels

Volume total stocké
dans les réservoirs
dans le monde:
6'000 km3 dont
3'600 km3 pour
la régulation des apports
(45'000 barrages > 15 m)

Volume global stocké
dans tous les cours
d'eau:
Satisfaire
les besoins
en énergie,
eau/nourriture
et transport

1000 - 2000 km3

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Barrages
Généralités

Possibilités
Possibilitésd'exploitation
d'exploitationdes
desréservoirs
réservoirs
Réservoirs
Protection

Production

Excédent

Pénurie

Crues

Eau potable

Hydroélectricité (énergie)

Inondations

Agronomie

Irrigation (alimentation)

Erosions

Microclimat

Navigation (transport)
Loisirs, tourisme, pisciculture

Conséquences à éviter !
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Barrages
Généralités
Effets
Effetsnuisibles
nuisiblesdes
desbarrages
barrages
Inondations

ª Pertes de paysages, de flore et de faune.

Relogement

ª Débit: tronçons avec débit restitué, intumescences à
l’aval.
ª Transport de sédiment: alluvionnement du réservoir,
creusement du lit à l’aval, rétention des sédiments fins et
matières en suspension .

Modification du régime du
cours d’eau
Réchauffement de l’eau
Migration des poissons
Maladies d’origine hydrique

ª Stratification thermique, accélération de l’eutrophisation,
ª réduction de la teneur en oxygène, accroissement du
ª niveau trophique et augmentation de l’évaporation.
ª Aggravation de la malaria et de la bilharziose

Séismes induits
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Barrages
Généralités

Barrages
Barrages et
et déplacement
déplacement des
des populations
populations
Name
Three Gorges
Sanmenxia
Danjankou
Xianjiang
Dongpinghu
Pong
Zhaxi
Bargi
Aswan
Hirakud
Mangla
Kaptai
Srisailam

Country
China
China
China
China
China
India
China
India
Egypt
India
Pakistan
Bangladesh
India

No. of resettled people
1,300,000
410,000
383,000
306,000
278,000
150,000
141,000
114,000
113,000
110,000
110,000
100,000
100,000

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Barrages
Généralités
Effets
Effetsnuisibles
nuisiblesdes
desbarrages
barrages
Inondations

ª Pertes de paysages, de flore et de faune.

Relogement

ª Débit: tronçons avec débit restitué, intumescences à
l’aval.
ª Transport de sédiment: alluvionnement du réservoir,
creusement du lit à l’aval, rétention des sédiments fins et
matières en suspension .

Modification du régime du
cours d’eau
Réchauffement de l’eau
Migration des poissons
Maladies d’origine hydrique

ª Stratification thermique, accélération de l’eutrophisation,
ª réduction de la teneur en oxygène, accroissement du
ª niveau trophique et augmentation de l’évaporation.
ª Aggravation de la malaria et de la bilharziose

Séismes induits
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UPPER-RHONE-RIVER FLOW REGIME

Barrages
Généralités

Rhone, Branson
(A.Peter)

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UPPER-RHONE-RIVER FLOW REGIME

Barrages
Généralités

Rhone, Raron
(T.Meile)

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UPPER-RHONE-RIVER FLOW REGIME

Barrages
Généralités

• Mean daily discharge

Pardé-Coefficients PK
(seasonal shift)

1905 to 2003

Flow-Duration curves

• Daily hydrographs

Daily discharge fluctuations;
HP1
Intensity and frequency of
flow change; HP2

1907 and
1998 to 2003

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Barrages
Généralités

- PKmonth = Qmean month/Qmean annual >> 16 annual flow regime types
3.0
Period 1905-1950
2.5
Pardé-Coefficients [-]

UPPER-RHONE-RIVER FLOW REGIME

Pardé-Coefficients:

Porte du Scex

Period 1951-1975

• until 1950: alpine
glacier snowmelt type

Period 1976-2003

2.0

• since 1976: subalpine
snowmelt-rain type

1.5
1.0
0.5
0.0
1

2

3

4

5

6
7
Month [-]

8

9

10

11

12

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

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Barrages
Généralités
700

700
Averaged duration curve, Period 1951-1975

600

600

Averaged duration curve, Period 1976-2003

500

500

Difference from period 1905-1950 to period 1976-2003
Relative In-/Decrease between 1905-1950 and 1976-2003

400

400

300

300

200

200

100

100
Decrease
Increase

0
0

50

100

150
200
Number of days [-]

0

250

300

In-/decrease [%]

3

Mean daily discharge [m /s]

UPPER-RHONE-RIVER FLOW REGIME

Averaged duration curve, Period 1905-1950

350

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
FÉ DÉRA LE D E LA USAN NE

14
.1
0.
,0
0
14
.1
0.
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2
15
.1
0.
,0
0
15
.1
0.
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2
16
.1
0.
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0
16
.1
0.
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2
17
.1
0.
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0
17
.1
0.
,1
2
18
.1
0.
,0
0
18
.1
0.
,1
2
19
.1
0.
,0
0
19
.1
0.
,1
2
20
.1
0.
,0
0
20
.1
0.
,1
2
21
.1
0.
,0
0
00
14
.1
0.
,1
2
15
.1
0.
,0
0
15
.1
0.
,1
2
16
.1
0.
,0
0
16
.1
0.
,1
2
17
.1
0.
,0
0
17
.1
0.
,1
2
18
.1
0.
,0
0
18
.1
0.
,1
2
19
.1
0.
,0
0
19
.1
0.
,1
2
20
.1
0.
,0
0
20
.1
0.
,1
2
21
.1
0.
,0
0

Flow change rates [m /s/min]
14
.1
0.
,

3

Discharge [m /s]

3

UPPER-RHONE-RIVER FLOW REGIME

Barrages
Généralités

350

300

1

-1
Upper-Rhone in Porte du Scex

50

Upper-Rhone in Porte du Scex

Discharge October 1907

250
Discharge October 2003

200

150

100

Saturday

Saturday

Sunday

0

2

Flow change rates October 1907
Flow change rates October 2003

0

Sunday

-2

Laboratoire de Constructions Hydrauliques
ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
FÉ DÉRA LE D E LA USAN NE

Barrages
Généralités
HP1j = (Qmax j – Qmin j) / Qmean j >>> daily values or averages values (per month)

1.25
1

(Q
- Qmin
[-]
(Qmax
minj)/Q
j)/Q
meanj j[-]
max jj-Q
mean

UPPER-RHONE-RIVER FLOW REGIME

1.5
1.25

1907

2003 1907

2003

2002

2002

2001 2000

1999

1998

2000

1999

2001

1998
1
0.75

0.75
0.5

0.5
0.25
0.25

0
0
April
May
June
July
Aug. Sept. Oct.
Jan.
April
May
June
July
Aug.
Oct. Nov.
Nov. Dec.
Dec.
1Jan. Feb.
2Feb. March
3Mar. avr
4
12
janv
févr
mars
mai5
juin 6
juil 7 août 8 sept 9 oct 10 nov 11déc

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
FÉ DÉRA LE D E LA USAN NE

Barrages
Généralités
Effets
Effetsnuisibles
nuisiblesdes
desbarrages
barrages
Inondations

ª Pertes de paysages, de flore et de faune.

Relogement

ª Débit: tronçons avec débit restitué, intumescences à
l’aval.
ª Transport de sédiment: alluvionnement du réservoir,
creusement du lit à l’aval, rétention des sédiments fins et
matières en suspension .

Modification du régime du
cours d’eau
Réchauffement de l’eau
Migration des poissons
Maladies d’origine hydrique

ª Stratification thermique, accélération de l’eutrophisation,
ª réduction de la teneur en oxygène, accroissement du
ª niveau trophique et augmentation de l’évaporation.
ª Aggravation de la malaria et de la bilharziose

Séismes induits
Laboratoire de Constructions Hydrauliques

ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
FÉ DÉRA LE D E LA USAN NE

Barrages
Généralités

Emosson, Valais, 180 m
Laboratoire de Constructions Hydrauliques

ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
FÉ DÉRA LE D E LA USAN NE

Barrages
Généralités
Variation
Variationtemporelle
temporelledu
duniveau
niveaude
del’eau
l’eaude
dequatre
quatrelacs
lacsartificiels
artificielslors
lorsde
deleur
leur
remplissage
remplissageinitial.
initial.Indication
Indicationdu
dumoment
momentoù
oùest
estsurvenu
survenuun
untremblement
tremblementde
deterre
terre
local
localet
etmagnitude
magnitudeobservée
observée

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ÉC O LE PO L Y TEC H N IQ U E
FÉ DÉRA LE D E LA USAN NE


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