Barrage - Définition

Éléments constitutifs

Selon le type d'utilisation auquel il est destiné, le barrage pourra comprendre plusieurs éléments constitutifs parmi les suivants:

Machines hydroélectriques

Instrumentation et outils de contrôle

Déversoirs de crue

Le déversoir du réservoir de Kangaroo Creek en Australie-Méridionale, lors de la crue de novembre 2005.

Le déversoir est une partie du barrage destinée à évacuer un débit depuis le réservoir amont vers un canal de décharge. Il sera notamment utilisé en cas de crue qui pourrait mettre en péril le barrage en faisant augmenter le niveau amont de manière excessive. Certains déversoirs de crue sont équipés de système de vannes permettant de contrôler le débit restitué ; les autres déversoirs, dits « à seuil libre », sont plus fiables vis à vis des ruptures ou des pannes mécaniques. Le déversoir est l'un des principaux systèmes assurant la sécurité des ouvrages. Il existe plusieurs types de déversoirs parmi lesquels : le déversoir principal qui permet d'évacuer les crues les plus courantes, les déversoirs auxiliaires qui permettent d'évacuer les excédents de débit du déversoir principal, le déversoir d'urgence qui est défini pour évacuer les crues exceptionnelles (pouvant aller jusqu'à des crues d'occurrence très faible, avec des périodes de retour de plus de 10 000 ans pour certains ouvrages). La conception d'un déversoir doit répondre à arbitrage entre : les dimensions du déversoir, la quantité d'eau stockée et la quantité d'eau évacuée. Plus cette dernière est grande, plus le déversoir doit être large ou profond. Le déversoir peut être confronté à des problèmes d'érosion, parfois liés à la cavitation ou à la turbulence, qui peuvent entraîner sa destruction.

La gestion de la crue est un arbitrage entre le débit envoyé en aval, et le risque de noyer l'amont de la retenue par la montée des eaux retenues. La réglementation française impose de ne pas aggraver le débit maximum (pic) de la crue.

Bassins dissipateur d'énergie

Sert à dissiper l'énergie présente dans l'eau circulant dans le canal de décharge. Le bassin dissipateur d'énergie permet de prévenir l'érosion à l'aval.

Le saviez vous ?

• Le plus ancien barrage connu, d'une longueur de 115 m, fut construit dans la vallée de Garawi en Égypte vers 3000 av. J.-C.
• Dès 560 ap. J.-C., l'historien byzantin Procope de Césarée faisait mention d'un barrage-voûte en amont en maçonnerie (barrage de Daras).
• Le premier barrage-voûte moderne fut construit par François Zola, père d'Émile Zola, entre 1843 et 1859 près d'Aix-en-Provence.
• Au XVI^e siècle, les Espagnols réalisèrent de grands barrages en maçonnerie. Le plus remarquable fut celui de Tibi, à 18km au nord d'Alicante construit en 1594. Haut de 45 m, il est encore utilisé.

Conséquences environnementales

Les grands barrages sont de puissant facteurs de fragmentation écologique pour les poissons migrateurs.

Impacts négatifs

Un barrage peut générer une fragmentation écologique, lorsqu'il est un frein ou blocage à la migration d'espèces aquatiques. Il y a dans certains pays obligation depuis quelques années sur les ouvrages neufs (en France, sur les rivières classées « migrateurs » depuis la Loi « Pêche » n° 84-512 du 29 juin 1984) de créer des échelles à poissons. Celles-ci sont encore rares sur les ouvrages anciens ou sur les rivières où la présence d'espèces migratrices n'est pas identifiée. Réciproquement, certains ouvrages sont équipés sans obligation, par la volonté de l'exploitant. Certaines échelles à poissons mal conçues ou mal construites peuvent se révéler peu efficaces. Le transport des poissons en camion est parfois la solution alternative retenue, par exemple sur la Garonne entre Carbonne et Camon, où l'enchaînement de cinq barrages importants aurait nécessité des équipements onéreux, et un trajet très éprouvant pour le migrateur. Les poissons sont donc « piégés » à une extrémité de la chaîne, identifiés et transportés par camion-citerne à l'autre extrémité.

Un barrage peut générer des modifications hydrauliques, lorsqu'il bouleverse le débit naturel et saisonnier du cours d'eau, affecte le niveau des nappes et le transfert des matières en suspension et sédiments. Il a des effets différés sur les écosystèmes d'une vaste zone en raison de l'inondation de la zone amont, et de la forte modification du régime d'écoulement des eaux de la zone aval, ainsi que de la modification de la qualité des eaux provoquée par la retenue.

Un barrage peut générer une modification des structures écologiques et faciliter des «invasions biologiques». Un écosystème sub-naturel et plus ou moins équilibré se reconstitue dans ces zones plus ou moins rapidement (en l'espace d'environ 30 ans, l'écosystème serait recréé à 99 %, y compris en aval dans les anciennes zones asséchées). Néanmoins, cet écosystème n'est jamais identique à celui d'origine : la disparition des courants en amont, et la très forte diminution du débit en aval, ainsi que la disparition ou le lissage des débits saisonniers provoque généralement la disparition de certaines espèces autochtones. De plus, une étude publiée en septembre 2008 a confirmé aux États-Unis que dans les bassins-versant, les milieux artificiels que sont les lacs de retenues étaient beaucoup plus propices au développement d’espèces aquatiques dites « invasives » que les lacs naturels, Cette étude a cherché à corréler dans la région des grands lacs l’importance des invasions biologiques avec la physico-chimie de la masse d’eau, l’intensité et la nature des activités nautiques avec la distribution géographique de cinq espèces non indigènes L’étude a montré que le risque d’invasion biologique est (pour la région des grands lacs) de 2,4 à 300 fois plus élevé dans les lacs de retenue que dans les lacs naturels (vers 2005/2008). Ce risque a augmenté avec les temps, et la menace augmente pour les lacs naturels car l’augmentation du nombre de retenues touchées a presque partout diminué la distance entre eaux « contaminées » et eaux naturelles. C’est dans ce cas l’homme qui joue le rôle principal de colporteur et en particulier selon Pieter TJ Johnson l'un des auteurs de l'étude, les activités de pêche et de nautisme qui favorisent la dissémination de nombreux organismes, dont la moule zébrée (accrochée sous les bateaux), les myriophylles invasif accrochés aux remorques porte-bateaux, et les éperlans arc-en-ciel et une écrevisses invasive qui a été utilisée comme appâts (aujourd’hui interdit).

Impacts positifs

Un lac de barrage peut être un accueil d'oiseaux migrateurs, lieux de reproduction de certaines espèces aquatiques,

Un lac de barrage peut améliorer les conditions d'écoulement en étiage ; De plus en plus, les barrages hydroélectriques participent à un soutien d'étiage, permettant une vie estivale de rivières par ailleurs affectées par de nombreux prélèvements (autorisés ou non), d'améliorer le refroidissement des eaux, et la dilution des pollutions en aval. En France, depuis la même Loi Pêche de 1984, tous les obstacles sur les rivières françaises doivent obligatoirement laisser dans le cours d'eau 1/40 du module (moyenne de débit), et 1/10 pour tous les ouvrages neufs ou dont le titre est renouvelé. Afin de mettre fin à cette situation inégalitaire (posant de nombreux problèmes de variation des débits sur un même cours d'eau), la nouvelle Loi sur l'Eau et les Milieux aquatiques a fixé au 1^er janvier 2014 la date limite de délivrance de 1/10 pour tous les ouvrages. Cette LEMA introduit cependant l'exception des barrages de haute chute, assurant le soutien du réseau électrique, auxquels le débit réservé pourra être limité à 1/20 (une liste devant être fixée par décret). De même, sur justification par une étude adaptée, le débit pourra être modulé sur l'année (régime réservé).

Un lac de barrage peut être une source de production d'énergie renouvelable, lorsqu'il s'agit d'un barrage hydroélectrique.

Les barrages d'irrigation ou d'eau potable sont aussi construits pour apporter des bienfaits pour l'agriculture et l'alimentation en eau. Ces impacts doivent donc être pesés au même titre que les inconvénients portés au milieu aquatique ou à la pêche de loisir.