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Système Poirée :1=aiguille,2=appui, 3=passerelle, 4=fermette, 5=pivot, 6=heurtoir,7=radier
• Le barrage à aiguilles, crée par l’ingénieur Charles Poirée en 1834 qui, s’inspirant des anciens pertuis, étendit le système sur toute la largeur du cours ; améliorant considérablement la navigation fluviale dès la moitié du XIXe siècle.
Le système Poiré consiste en un rideau de madriers mis verticalement côte à côte barrant le lit du fleuve. Ces madriers ou aiguilles d’une section de 8 à 10 cm et longues de 2 à 4 m, selon les barrages, viennent s’appuyer contre un butoir (ou heurtoir) du radier (sur le fond) et sur une passerelle métallique constituée de fermettes.
Ces fermettes peuvent pivoter pour s’effacer sur le fond en cas de crue et laisser le libre passage aux eaux. Les fermettes sont reliées entre elles par une barre d’appui qui retient les aiguilles et une barre de réunion, de plus elles constituent la passerelle de manœuvre.
Les aiguilles à leur sommet présentent une forme qui permet une saisie aisée. Néanmoins c’est un travail fastidieux, long et dangereux (il faut plusieurs heures et le travail de plusieurs hommes pour mener à bien la tâche). Bien que ce type de barrage soit remplacé par des techniques plus modernes et automatiques ; sur certains barrages encore existants, les aiguilles de bois sont remplacées par des aiguilles en aluminium remplies de polystyrène (pour la flottabilité en cas de chute dans la rivière), d’un poids bien moindre et plus facilement manœuvrable.
• A effacement sur le fond de la rivière (seuil (barrage)) pour permettre l’écoulement total ou en position intermédiaire pour créer un déversoir.
[modifier] Barrages mobiles à battant
• A battant ou porte à axe vertical, comme le barrages moderne hollandais de (Maeslantkering), ou les portes à la Léonard de Vinci fermant le port-canal de Cesenatico pour empêcher les fortes marées d’envahir les terres.


1=battant, 2=déversoir, 3=vanne à volet, 4=vanne à secteur
• A battant à axe horizontal avec possibilité d’échapper en aérien lorsque le débit devient critique, ce qui évite de constituer un obstacle à l'écoulement des eaux en temps de crue. Ce type de barrage est généralement employé pour empêcher l'eau salée de remonter l'estuaire, comme à Volta Scirocco en Italie.
o La partie fixe correspond à une plate-forme (ou radier) étanche.
o Une grande vanne à secteur, qui en position de fermeture totale détermine un battant qui s’appuie sur la plate-forme, pendant qu'en position de soulèvement complet, il laisse l'écoulement complètement libre.
o Une vanne à volet, montée sur la génératrice supérieure de la vanne à secteur, qui permet de régler l’écoulement dans le déversoir et le niveau d’eau désiré en amont du barrage.
L'écoulement de l'eau peut se produire par le dessous du battant lorsque la vanne à secteur inférieure est soulevée (ce qui permet aussi de nettoyer la surface de la plate-forme) , ou bien par le dessus en déversoir, lorsque la vanne supérieure à volet est abaissée.


Vanne par gravité : A=Lagune, B=mer, 1=socle béton, 2=battant de vanne, 3=air injectée, 4=eau expulsée
• Barrage mobile à gravité, d’un fonctionnement théoriquement très simple, la vanne à gravité ne comporte que peu d’éléments mécaniques. Il s’agit d’un battant, sorte d’enveloppe creuse articulée autour d’une charnière fixée sur un socle de béton.
o En position repos l’enveloppe se remplit d’eau et descend de son propre poids sur le radier.
o En position active, de l’air injectée chasse l’eau et permet au battant de remonter par gravité. La hauteur dépend de la quantité d’air insufflée.
o Un tel procédé est en application dans le Projet Mose qui doit protéger la Lagune de Venise des hautes eaux de l’Adriatique (Acqua alta).
• Barrage mobile à clapets, d’un fonctionnement comparable au barrage à mobile à gravité ci-dessus à la différence près qu'il est mu par deux vérins hydrauliques[1] situés de part et d'autre du clapet. Il respecte parfaitement sa fonction: réguler l'écoulement de la rivière pour maintenir un niveau sensiblement constant dans le bief amont. Son principal inconvénient est d'être excessivement dangereux pour le touriste nautique. Les poissons ne peuvent le remonter que lorsque la riviere est en hautes eaux et le clapet complètement baissé.
[modifier] Barrage en remblais
On appelle barrages en remblais tous les barrages hydroélectriques constitués d'un matériau meuble, qu'il soit très fin (argile) ou très grossier (enrochements).
Cette famille regroupe plusieurs catégories, très différentes. Les différences proviennent des types de matériaux utilisés, et de la méthode employée pour assurer l'étanchéité.
Le barrage homogène est un barrage en remblai construit avec un matériau suffisamment étanche (argile, limon). C'est la technique la plus ancienne de barrages en remblai.
Le barrage à noyau argileux comporte un noyau central en argile (qui assure l'étanchéité), épaulé par des recharges constituées de matériaux plus perméables. Cette technique possède au moins deux avantages sur les barrage homogène : (1) les matériaux de recharge sont plus résistants que les matériaux argileux, on peut donc construire des talus plus raides et (2) on contrôle mieux les écoulements qui percolent dans le corps du barrage.
Quelques cousins des barrages à noyau : les barrages en remblai à paroi centrale étanche (paroi moulée en béton, paroi en béton bitumineux).
Plus récente, la famille des barrages à masque amont. L'étanchéité est assuré par un "masque", construit sur le parement amont du barrage. Ce masque peut être en béton armé (il se construit actuellement de nombreux et très grands barrages en enrochements à masque en béton armé), en béton bitumineux, ou constitué d'une membrane mince (les plus fréquentes : membrane PVC, membrane bitumineuse).
Le barrage de Mattmark en Suisse est un exemple de ce type de barrage. En France, le barrage de Serre-Ponçon (deuxième plus grande retenue d'Europe) est un barrage en remblai.
[modifier] D'autres types de barrages


Un barrage fait à la main sur un ruisseau.
Il existe d'autres catégories de barrages, en général de taille plus réduite.
Les barrages de stériles miniers sont des barrages construits avec des résidus d'exploitation minière pour créer une zone de stockage de ces stériles. Les barrages sont montés au fur et à mesure de l'exploitation de la mine. Ils s'apparentent aux barrages en remblai.
Les barrages de montagne sont des ouvrages destinés à lutter contre les effets de l'érosion torrentielle. Ce sont des ouvrages construits en travers des torrents. Ils peuvent interrompre (partiellement ou complètement) le transport solide ; ils peuvent également fixer le profil en long d'un thalweg en diminuant l'agressivité des écoulements.
[modifier] Vie des barrages
[modifier] Entretien des barrages


Accumulation de débris naturels et anthropiques contre le mur d'un barrage.
Un barrage n'est pas un simple mur plus ou moins solide. Il n'est pas inerte et fait l'objet surveillance sismologique et technique sous plusieurs critères. L'ouvrage vit, travaille et se fatigue en fonction des efforts auxquels il est soumis.
Pour des raisons de maintenance des ouvrages, les barrages sont régulièrement inspectés. Chaque année, l'aspect extérieur du barrage est examiné, et périodiquement (tous les 10 ans en France) la retenue d'eau est vidée afin de permettre l'accès à la fois à la partie inférieure de l'ouvrage et aux équipements (conduites d'eau, grilles, vannes, etc.).
Les ouvrages intéressants la sécurité publique sont également auscultés, par des capteurs permettant de mesurer leurs comportements (mesures de déplacements, de pression d'eau, de débit…). De son état dépend la sécurité des populations installées en aval.
Pour autant la probabilité de rupture est extrêmement faible : statistiquement, une rupture par an sur un parc mondial de 16 000 barrages, Chine exclue. En Europe, la probabilité est encore plus basse. En fait le danger est le plus élevé au moment du premier remplissage, le risque étant cependant bien moins élevé pour les ouvrages en béton que pour ceux en remblais.
En France, les barrages construits dans les Alpes, dans les années 1950 et 1960, au plus fort de l'âge d'or de la houille blanche, sont aujourd'hui parvenus dans une phase de vieillissement qui nécessite des frais de maintenance de plus en plus élevés. EDF estime que la plupart des ouvrages hydrauliques atteignent seulement la moitié de leur espérance de vie mais a annoncé un important programme d'investissements pour la maintenance et la réhabilitation.
[modifier] Catastrophes
Un défaut de conception ou d'entretien peut conduire à une catastrophe : si le barrage cède alors que la retenue d'eau est relativement importante, un raz-de-marée peut déferler sur les populations vivant en aval, plus ou moins canalisé par la topographie du cours d'eau sur lequel le barrage était implanté. (voir l'article Catastrophe). En France, une telle catastrophe a eu lieu en 1959 près de Fréjus, au Barrage de Malpasset.
Le film La Folie des hommes (2001), relate les déboires du barrage de Vajont, en Italie, au début des années 1960. Tiré d'un fait réel, le film montre les causes et l'enchaînement des évènements qui conduisirent à un glissement de terrain de 270 millions de mètres cubes dans les eaux du lac de retenue du barrage. La vague gigantesque qui s'ensuivit fit 2 000 victimes, le 9 octobre 1963.
[modifier] Séismes
Les séismes font partie des événements susceptibles de nuire à la stabilité des barrages.
Cependant, historiquement, les ruptures causées par des séismes sont très peu nombreuses comparées à celles dues à des défauts de conception.
En France, les grands barrages font l'objet d'une simulation informatique de comportement dans le cas du plus fort séisme connu dans la région (souvent estimé d'après documents forts anciens). Ainsi le séisme de référence dans les Pyrénées est celui du 21 juin 1660, de magnitude estimée à 8 et dont l'intensité a été de IX à Bagnères de Bigorre). Un tel séisme causerait aujourd'hui des dégâts catastrophiques dans les villes du Sud Ouest, mais serait donc supporté par tous les grands barrages[réf. nécessaire].
Les ruptures les plus fréquentes ont concerné des ouvrages en remblai de taille modérée, construits avec des matériaux sableux ou silteux, ou fondés sur des sols de cette nature ; il peut en effet se développer dans ce cas un phénomène appelé liquéfaction, qui fait perdre toute résistance au sable ou au silt saturé.
[modifier] Le contrôle des barrages en France
La sûreté de fonctionnement des barrages est de la responsabilité civile et pénale de ses exploitants. Néanmoins, compte tenu du risque et de l'ampleur des conséquences potentielles, le domaine est contrôlé par des services d'Etat. Les barrages situés dans les concessions hydroélectriques font partie du Domaine Public. Les DRIRE (division ENERGIE) sont en charge de la Tutelle de ces ouvrages appartenant à l'Etat et confiées par concession à un aménageur / exploitant. Les MISE (Mission Interservice sur l'Eau, au sein des DDAF) sont en charge des ouvrages réalisés et exploités sous le régime de l'autorisation.
Après la catastrophe de Malpasset, le Ministère des Travaux Publics a rédigé la circulaire n°70-15 du 14 août 1970, encadrant les missions des services de contrôles et les obligations des exploitants. Le ministère de l'Industrie a complété la circulaire "70-15" par une circulaire "BMI" (barrages de moyenne importance) le 23 mai 1995, applicable aux seuls ouvrages concédés. Parallèlement, a été créé le CTPB en 1963 (Comité Technique Permanent des Barrages), réunissant les plus grands experts français, et depuis 1992 les plus grands barrages sont soumis à un PPI (plan particulier d'intervention) où sont analysés les risques (dont les séismes et les glissements de type barrage de Vajont).
Avec l'ouverture du marché de l'électricité et le changement de statut des principaux exploitants (EDF, CNR, SHEM) les circulaires devenaient inefficaces, et après réflexion commune une réglementation nouvelle a été définie par le décret n°2007-1735, reprennant en les accentuant les dispositions mises en place pour ausculter les barrages et analyser leur comportement.
En premier lieu, le début de l'année 2008 voit le classement de tous les barrages, hydroélectriques ou non, en 4 classes:
• A pour les les barrages de plus de 20m de hauteur au dessus du terrain naturel
• B pour les barrages de plus de 10m et dont le rapport BMI est supérieur à 200
• C pour les barrages de plus de 5m et dont le rapport BMI est supérieur à 20
• D pour les autres barrages de hauteur supérieure à 2m
Ce rapport BMI = H2 . V1/2 , où H est la hauteur maximale au dessus du terrain naturel et V le volume retenu par le barrage, conjugue le risque (hauteur) et les conséquences d'une rupture éventuelle (Volume). Il a été introduit par André GOUBET, ancien président du CTPB, dès 1995 pour un élargissement du classement de l'époque, dont décembre 2007 est le dernier développement.
[modifier] Démantèlement des barrages
Le démantèlement d'un barrage n'est pas affaire d'écologie, mais d'atteinte de la limite de vie du barrage, même si cela permet, en partie aux écosystèmes fluviaux de fonctionner de manière plus satisfaisante. L'investissement initial réalisé par le constructeur, toujours pour satisfaire un besoin de service public (eau potable, irrigation, électricité) avec des moyens de développement durable, n'ont pas vocation à être abandonnés ou détruits. On notera l'absence de financement de ces démantèlements pour l'usage piscicole (essentiellement de loisir), et l'absence de planification de moyens durables de remplacement de la production d'énergie ainsi perdue.
En France, le barrage de Poutès (Haute-Loire) pourrait ainsi être démantelé. Le premier barrage hydroélectrique à avoir été démantelé est celui de Kernansquillec à Plounévez-Moëdec dans les Côtes d'Armor. « En 1996, la démolition du barrage hydro-électrique, une première en France sur une rivière à saumons, a permis au paysage englouti de refaire surface » Source http://www.riviere-du-leguer.com/pdf/35-LES_MOULINS_REMARQUABLES.pdf.
De même, parce que ne satisfaisant plus aux obligations de sécurité publique, le barrage de Piney (eau potable, maîtrise d'ouvrage communale) à St Chamond a été mis en sécurité en 2000 par percement d'un pertuis au pied du barrage.
[modifier] Conséquences environnementales
Un barrage peut empêcher la migration d'espèces aquatiques entre l'amont et l'aval : obligatoire dans certains pays 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), les échelles à poissons ne sont pas toujours présentes, en particulier pour les ouvrages anciens ou sur les rivières où la présence d'espèces migratrices n'est pas identifiée, et ne sont donc pas classées (ces ouvrages n'ont pas été rendus obligatoires). Réciproquement, certains ouvrages sont équipés sans obligation, par la volonté de l'exploitant. De plus, certaines échelles à poissons mal construites peuvent se révéler peu efficaces.
Une solution alternative a été réalisée 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.
L'écosystème d'une zone importante est affecté lors de la mise en place d'un barrage en raison de l'inondation de la zone en amont, de la modification du régime d'écoulement des eaux de la zone en aval et de la modification de la qualité des eaux provoquée par la retenue. Un écosystème naturel et équilibré se reconstitue dans ces zones plus ou moins rapidement (en l'espace d'environ 30 ans, l'écosystème serait recréé à 99 %[réf. nécessaire], ceci incluant les anciennes zones asséchées). Néanmoins, s'il est vrai qu'un écosystème se recrée, il n'est jamais identique à celui d'origine : la disparition des courants en amont, et la très forte diminution du débit en aval, provoque généralement la disparition de certaines espèces autochtones. Au contraire, un lac de barrage peut avoir également des effets positifs : accueil d'oiseaux migrateurs, lieux de reproduction des espèces piscicoles et invertébrées, sites favorables à la pêche de loisir ou encore, dans certains cas, amélioration des conditions d'écoulement en étiage. De plus en plus, les barrages hydroélectriques participent à un soutien d'étiage, permettant de garder une vie estivale dans les rivières, de pallier les nombreux prélèvements (autorisés ou non), d'améliorer le refroidissement des eaux, et la dilution des pollutions en aval.
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 ("LEMA", Loi n°2006-1772 du 30 décembre 2006) a fixé au 1er 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).
Sur le plan écologique, le bilan serait très partisan si l'on ne mentionnait aucun effet positif (qui sont néanmoins la raison de leur construction). A savoir pour les barrages à but hydroélectrique:
• la production d'une énergie renouvelable, sans production de gaz à effet de serre, seule capable d'assurer la variation de production imposée par le consommateur
• la restitution intégrale de l'eau, seule son énergie potentielle étant utilisée.
Pour les barrages d'irrigation ou d'eau potable, les bienfaits pour l'homme sont également évidents, et doivent donc être pesés au même titre, sinon plus, que les bienfaits ou inconvénients portés au milieu aquatique ou à la pêche de loisir.