Comment construire un barrage : Méthodes de construction actuelles &le besoin d’innovation
Les barrages sont une pratique d’ingénierie importante depuis des milliers d’années, le premier barrage ayant été construit par les anciens Égyptiens vers 2800 avant J.-C. Les barrages sont construits pour bloquer l’écoulement de l’eau, créant un réservoir derrière le barrage qui peut être utilisé pour le contrôle des inondations, ainsi que pour l’irrigation, l’approvisionnement en eau des municipalités et d’autres activités humaines. Inspiré par une nouvelle récente de rupture de barrage en Californie, ce blog examine comment les barrages ont été historiquement construits au cours des 100 dernières années, et quelles améliorations sont nécessaires dans la construction de barrages à l’avenir.
Comment construire un barrage
La construction d’un barrage est un processus complexe, en plusieurs étapes, qui nécessite d’énormes quantités de main-d’œuvre, de matières premières et d’investissements. Voici les étapes de base pour construire un barrage gravitaire – le type de barrage le plus courant que nous construisons. Les barrages gravitaires sont ainsi nommés parce qu’ils sont maintenus au sol par la gravité – ils pèsent beaucoup, et sont généralement fabriqués en béton ou en pierre.
- Les ingénieurs doivent assécher la rivière où le barrage est censé être construit. Cela se fait en détournant la rivière par un tunnel qui contourne la zone de construction prévue. Les tunnels de ce type peuvent être revêtus de béton et sont généralement creusés à l’aide d’une combinaison de forage et d’explosifs.
- La construction du barrage doit commencer lorsque le niveau de la rivière est bas. Un petit barrage appelé batardeau est construit en amont de la zone de construction pour aider à canaliser l’eau dans le tunnel de dérivation. Un batardeau peut également être construit en aval, mais l’objectif global est de garder la zone de construction sèche afin que le barrage principal puisse être construit. Des pompes peuvent être utilisées pour évacuer l’eau qui pénètre dans le batardeau.
- La roche meuble est retirée du lit de la rivière, et un socle doit être construit. Un socle est une fondation en béton pour le barrage qui l’encastre dans les murs et le sol du lit de la rivière/de la vallée. Cela empêche l’eau de fuir sur les bords du barrage.
- Maintenant, il est temps de construire le barrage à la hauteur désirée. Une surface aval à courbure concave pour un barrage l’aide à absorber la pression constante de l’eau qu’il doit supporter. De l’acier renforcé est utilisé pour les surfaces du barrage lui-même, et une enceinte est construite. L’enceinte est remplie de béton pour la rendre extrêmement solide et résistante à l’écoulement de l’eau.
Qu’est-ce qui ne va pas avec les barrages aujourd’hui?
Nos conceptions et méthodes de construction de barrages ont été fiables pendant des décennies – qu’est-ce qui n’a pas marché ces dernières années pour nous inciter à reconsidérer la question ? La réponse simple est le changement climatique. Les barrages construits il y a 50 ou 60 ans ont été conçus en partant du principe que le climat serait toujours stable. Du point de vue d’aujourd’hui, cependant, nous pouvons voir que ce n’est tout simplement pas le cas.
Les cycles hydrologiques sont sensibles aux changements climatiques, même mineurs. Les barrages sont généralement conçus en tenant compte des données historiques, mais sans comprendre comment les cycles de l’eau pourraient changer à l’avenir.
À titre d’exemple, la centrale hydroélectrique de Muela a été récemment achevée au Lesotho, un pays dont on pensait qu’il avait un potentiel considérable de ressources hydroélectriques. Après l’achèvement du barrage, le Lesotho n’a eu aucun problème à satisfaire ses besoins énergétiques nationaux. Toutefois, le pays est sujet aux catastrophes naturelles et à la désertification, et il est très vulnérable au changement climatique. Les scientifiques prévoient que l’augmentation des températures et la diminution des précipitations dans les années à venir créeront une période de stress hydrique d’ici 2019 qui s’aggravera d’ici 2060, rendant le barrage du Lesotho considérablement moins efficace et menaçant sa sécurité énergétique.
A l’inverse, en Californie, l’alternance de cycles de sécheresse extrême et de précipitations excessives a mis en évidence la conception inflexible des barrages dans cette région. Des quantités record de précipitations ont entraîné des inondations record, menaçant la vie des personnes vivant autour des barrages dont les déversoirs sont inadéquats. Si certains barrages sont en cours d’amélioration, comme le barrage de Folsom (340 pieds), où les ingénieurs de l’armée ajoutent 40 % de capacité au déversoir principal, d’autres structures similaires sont négligées. Cela pourrait entraîner des inondations catastrophiques qui affecteraient négativement les résidents et l’environnement.
Les barrages du futur
Alors que nous concevons les barrages du futur, il est crucial que nous comprenions et tenions compte de notre climat changeant. Nous savons maintenant que nous ne pouvons pas prédire les niveaux d’eau et la capacité requise des réservoirs sur la base de données historiques. Nous savons que le changement climatique est la réalité dans laquelle nous vivons, et que si certains endroits peuvent devenir plus sujets aux inondations qu’on ne le pensait auparavant, d’autres régions sont confrontées au stress hydrique et pourraient ne pas être en mesure de réaliser les avantages des barrages sur une période raisonnable.
Il ne suffit pas d’utiliser des données historiques lors de la planification d’un projet comme un barrage. Les ingénieurs doivent envisager non pas un seul avenir, mais plusieurs avenirs possibles lorsqu’ils travaillent sur un projet aussi critique pour les infrastructures locales.
Un promoteur hydroélectrique en Islande a récemment commandé une étude qui examine comment il devrait développer une installation de production d’électricité alimentée par des glaciers. Cette étude a été jugée nécessaire parce que la fonte des glaciers semble augmenter et qu’une augmentation du débit d’eau est prévue dans les prochaines décennies. L’étude a conclu que le barrage devrait être « surinstallé », c’est-à-dire construit avec la capacité de gérer un débit supérieur à celui qui existe actuellement. Ce type de réflexion devrait être appliqué dans le monde entier pour construire des barrages qui nous serviront de manière sûre et productive dans les temps incertains à venir.