Lac de barrage

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Un lac de barrage, ou réservoir, est un plan d'eau alimenté par ruissellement et, ou, directement ou non, par un ou plusieurs cours d'eau, et formé à l'amont d'un barrage construit dans ce but. Ces réservoirs ont divers usages qui peuvent être conjoints, notamment fournir de l'eau brute à un système de potabilisation et de distribution d'eau potable, ou à un système d'irrigation, réguler le débit des cours d'eau aval, alimenter des canaux, alimenter les turbines d'une centrale hydroélectrique.

Utilisation[modifier | modifier le code]

Régularisation du débit des cours d'eau[modifier | modifier le code]

Alimentation en eau des canaux[modifier | modifier le code]

Les canaux sont des voies d'eau artificielles. Il est donc nécessaire de les alimenter en eau par des réservoirs qui stockent de l'eau permettant de régulariser le niveau d'eau. Dans les cas d'un canal à bief de partage, un réservoir particulier est le plus souvent prévu pour alimenter ce bief.

Ces réservoirs se composent[1] :

  • d'une digue pour clore une portion de vallée permettant de constituer le réservoir,
  • d'un déversoir qui évacue les trop-pleins,
  • de bondes, qui sont des aqueducs à travers la digue pour vider le réservoir. Pour les réservoirs de grande hauteur, il y a des bondes à différentes hauteurs. Quand il est nécessaire de vider le réservoir pour faire des travaux, la bonde particulière à cette opération est appelée bonde de fond ou aqueduc de vidange.
  • de vannes de prise d'eau.
  • de fosses d'enceinte, qui permettent d'éviter l'encombrement par le dépôt de terres et de sables apportés par les eaux remplissant le réservoir.
  • de rigoles de prise d'eau, à l'amont pour remplir le réservoir, à l'aval pour alimenter le canal en eau.

Hydroélectricité[modifier | modifier le code]

Article connexe : Énergie hydroélectrique.

Un lac de barrage accolé à une centrale hydroélectrique permet de stocker l'eau pour l'utiliser en période de pointe de consommation, et d'utiliser la hauteur de chute créée par le barrage pour tirer toute la puissance de ses générateurs électriques.

Histoire[modifier | modifier le code]

Exemple de Trop-plein de réservoir captant l'eau de surface et la réoxygénant

Depuis l'Antiquité, on a cherché à stocker l'eau, notamment pour l'irrigation, en construisant des barrages sur les cours d'eau. Ces retenues ont souvent aussi joué un rôle de vivier et depuis le XXe siècle de nombreux grands réservoirs ont fait l'objet d'aménagement ou de gestion piscicoles (dont en zone tropicale[2]). Cette activité connexe a parfois contribué à l'introduction et à la dispersion d'espèces envahissantes. Lors des vidanges de réservoirs des opérations de récupération du poisson sont parfois organisées.

Santé publique[modifier | modifier le code]

La qualité de l'eau brute du lac détermine le mode de traitement utilisé pour la rendre potable avant distribution. Outre les traitements classiques visant à éliminer les matières en suspension, et à désinfecter l'eau (chloration par exemple), il peut être nécessaire d'utiliser des microfiltres voire des nanofiltres, par exemple en cas de présence dans le phytoplancton de cyanophycées susceptibles de synthétiser des toxines.

Le lac peut aussi être utilisé à des fins de baignade ou d'activités nautiques. En ce cas, il existe en France un dispositif de surveillance sanitaire mis en œuvre par les Agences Régionales de Santé, aux frais de l'exploitant.

Environnement[modifier | modifier le code]

À cause des pratiques agricoles exacerbant les phénomènes d'érosion des sols, et sources de pollutions par les pesticides et des eutrophisants, de nombreux réservoirs de barrages se sont envasés et leurs sédiments peuvent être toxiques ou impropres à une utilisation comme amendement agricole (ce qui était autrefois leur destination). L'artificialisation des cours d'eau qu'ils induisent a des impacts forts sur les débits saisonniers, la circulation des poissons migrateurs, les volumes d'eau réservés (débit réservé) pour l'aval, mais aussi sur le taux d'oxygène et la température de l'eau dans le réservoir mais aussi en aval.
En comparant des cours d'eau très semblables, dont l'un possède un lac-réservoir de barrage et l'autre non, on a constaté qu'en été, la présence d'un lac de barrage modifiait de manière très complexe la température de l'eau en aval ; avec de fortes variations selon les conditions hydrométéorologiques, la façon dont le réservoir est utilisé pour réguler les flux en aval, la configuration du barrage et son volume d'eau (cf. l'inertie thermique), une éventuelle stratification thermique du réservoir et la profondeur de la prise de l'eau libérée en aval. Certains barrages disposent d'équipements de déstratification (c'est le cas par exemple du lac de Mas Chaban (Charente, France) [3]).
L'effet sur la température varie selon l'heure, le jour, la saison et même selon les années[4]. Ceci a des conséquences sur la biologie de la rivière. Moins l'eau est fraiche, moins elle peut contenir d'oxygène dissous. Les salmonidés ont par exemple besoin d'une eau très fraiche. De plus de nombreux pathogènes pullulent plus facilement dans les eaux chaudes et pauvres en oxygène.

Apports de particules solides dans un lac de barrage[modifier | modifier le code]

Un lac de barrage est un retenue qui reçoit non seulement des apports en eau du bassin versant qui l'alimente, mais aussi des apports solides issues de l'environnement du lac de barrage. Ces apports solides sont pour la plus part du temps appelés sédiment[5] . Les caractéristiques des sédiments sont fortement liés à la géologie[6] et la morphologie du bassin versant[7] et du cours d'eau, à la conception du lac de barrage et à leur durée d'accumulation dans la retenue du barrage. Les sédiments sont de plusieurs origines et leurs transports se fait principalement sous deux formes soit par charriage ou par suspension.

L'accumulation de ces particules solides encore appelés sédiments, dans la retenue est sources de plusieurs causes dont principalement les conditions d'exploitation du barrage, la qualité de la colonne d'eau, obstruction de prise d'eau, de la manœuvre de vanne et des ouvrages de sécurités...

Origine des particules solides[modifier | modifier le code]

Les particules solides sont d'origines naturelles ou d'origines anthropiques .

Les particules d'origines naturelles sont soient endogènes c'est-à-dire qui proviennent de la matière organique soient exogènes qui sont des particules minérales. Les particules sont issues de l'érosion éolienne des sols, de l'érosion hydrique du bassin et des feuilles d'arbres transportées par le vent[8] .

Les particules d'origines anthropiques sont de nature organique et proviennent des activités industrielles, urbaines et agricoles. Ces particules sont la source d'envasement et de pollution des retenues d'eau car elles contiennent des polluants notamment des métaux lourds[9].

Transport des particules solides[modifier | modifier le code]

Le transport des sédiment dans les retenues d'eau se fait principalement de deux manières à savoir: par charriage ou par suspension[10]

Le transport par charriage est un mouvement de fond par le cycle de roulement ou saltation qui concerne les matériaux grossier (sable, gravier...).

Le transport par suspension[11] est un transport qui se fait surtout en période de crue. Les particules suspendues dans l'eau se déplacent selon le sens et la vitesse d''écoulement. Selon les source de EDF les matériaux en suspensions constituent normalement 90 à 95% de la totalité des matériaux transportés[12].

En analysant le mécanisme de dépôt des sédiment selon le diagramme de Hjulstrom on constate que la vitesse de sédimentation et le transport des particules sédimentaires est liés à leurs granulométries. Pour les sables fins et galet, plus la vitesse d'écoulement est grande, plus on peut mobiliser des grains de dimension plus grande. Ce phénomène est contraire pour les particules fines de granulométrie plus petites qui ont une force de cohésion entre les grains et un effet électrostatique.

Composition des particules solides[modifier | modifier le code]

Globalement les sédiments sont constitués de plusieurs éléments qui peuvent être regroupés en plusieurs phases[8] : une phase organique, une phase inorganique ou minérale, des polluants et l'eau

L'eau sature les sédiments au fond des barrages. Elle est présente dans toute les composante des sédiments. Une fois les sédiments dragués des barrages, l'eau occupe environ 100 à 300 % en masse, c'est-à-dire que les sédiments issues des retenues sont totalement saturés lors du dragage. Cependant il est bien de noter que le type la teneur en eau des sédiments dépend fortement du type de dragage utilisé.

La phase organique est composée principalement de la matière organique vivante, matière organique fraiche, l'humus, les composés encours d'évolution. Cette phase, en termes de masse, est moins représentative par rapport au phase minérale mais modifie énormément les caractéristiques physiques des particules.

La phase inorganique ou minérale principalement composée de cailloux, gravillons, gravier, sable, des squelettes d'organisme, constitue la partie granulaire[13] des sédiments. C'est essentiellement cette partie qui est à la base de l'envasement des retenues d'eau. Ces particules sont pour la plus part d'origines terrigènes et proviennent de l'érosion des sols.

Les polluants sont fixés aux particules solides et sont sources de pollution de la colonne d'eau de la retenue, du sol et de la nappe phréatique. Selon la littérature[14] les polluants sont essentiellement composés d'éléments trace métalliques qui sont issus des activités humaines de stockage des déchets industriels et urbaines, des pratiques agricoles, les pollution atmosphériques. Il faut aussi signaler que les particules au fond des retenues d'eau son de très fine dimension et sont susceptibles de contenir une quantité énorme de polluants.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Louis-Léger Vallée, Mémoire sur les réservoirs d'alimentation des canaux, et notamment ceux du canal du Centre, dans Annales des ponts et chaussées. Mémoires et documents relatifs à l'art des constructions et au service de l'ingénieur, 1er trimestre 1833, p. 261-324 (lire en ligne), et planches XLI, XLII (voir)
  2. Lessent, P. (1980). L’aménagement piscicole des retenues artificielles en Afrique Occidentale. Revue Bois et Forêts des Tropiques, 193(57), n0.
  3. Savy Benoît, Touchart Laurent. Les lacs à déstratificateur thermique et le cas de Mas Chaban (Charente, France) / Lakes and air bubble system : the exemple of the Mas Chaban reservoir (Charente, France). In: Revue de géographie alpine. 2003, Tome 91 No 1. p. 81-91 ; doi:10.3406/rga.2003.2232 ; Résumé et texte complet en Licence Creative Commons, sans usage commercial
  4. Webb B. & Walling D. E., 1997, “Complex summer water temperature behaviour below a UK regulating reservoir” Regulated Rivers : Research and Management, 13(5) : 463-477 (Résumé en anglais)
  5. Deconinck, Jean-François., Bases de la sédimentologie, Dunod, (ISBN 9782100545490, OCLC 759804077, lire en ligne)
  6. Macaire, Jean-Jacques., Géologie de la surface : érosion, transfert et stockage dans les environnements continentaux, Dunod, (ISBN 2100059920, OCLC 718012134, lire en ligne)
  7. Henry, Georges., Géophysique des bassins sédimentaires, Technip, (ISBN 2710806584, OCLC 860541121, lire en ligne)
  8. a et b BOURABAH, Maghnia Asmahane, « COMPORTEMENT MECANIQUE DES SOLS FINS Application à la valorisation des sédiments de barrages en technique routière », {{Article}} : paramètre « périodique » manquant,‎ (lire en ligne)
  9. « Thèses de l'INSA de Lyon | Les Thèses de l'INSA de Lyon », sur these.insa-lyon.fr (consulté le 26 mai 2017)
  10. Pascal Gregoire, Nor-Edine Abriak, Samira Brakni et Raouf Achour, « Benthic quality evaluation of immersion zones of sediments dredging », Revue Paralia, vol. 6, no 0,‎ , p. 3.1–3.12 (ISSN 1760-8716, DOI 10.5150/revue-paralia.2013.003, lire en ligne)
  11. Ozgur Kisi, « Suspended sediment estimation using neuro-fuzzy and neural network approaches/Estimation des matières en suspension par des approches neurofloues et à base de réseau de neurones », Hydrological Sciences Journal, vol. 50, no 4,‎ , null–696 (ISSN 0262-6667, DOI 10.1623/hysj.2005.50.4.683, lire en ligne)
  12. C. Sissakian, « Présentation générale de l'aménagement hydroélectrique de Petit-Saut (Guyane française) et du programme de suivi écologique lié à sa mise en eau », Hydroécologie Appliquée, vol. 9,‎ , p. 1–21 (ISSN 1147-9213, DOI 10.1051/hydro:1997001, lire en ligne)
  13. (en) « Thèses en ligne de l'Université Toulouse III - Paul Sabatier - thesesups », sur thesesups.ups-tlse.fr (consulté le 26 mai 2017)
  14. (en) « Share and promote your research - MyScienceWork », sur MyScienceWork (consulté le 26 mai 2017)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

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