Construction d’un barrage hydraulique : principes de base et fonctionnement
Énergie 100% française
Énergie 100% renouvelable
Souscrivez en 5 min
La construction de barrages hydrauliques a pour objectif d’utiliser une ressource renouvelable, l’eau, pour produire de l’électricité. La France compte aujourd’hui 447 barrages, ce qui fait d’elle la 10ème puissance au monde de ce point de vue, et la troisième en Europe, derrière la Norvège et la Suède (1). Ces structures produisent à elles seules 15% de l’électricité du pays, pour un volume global de 25 GW.
Situé en Isère, le barrage de Grand’Maison est le plus puissant du pays et développe à lui seul une puissance de 1820 MW. Il peut stocker 137 millions de m3 d’eau. Les autres principales constructions de ce type sur le territoire sont le barrage de Montézic (Aveyron – 910 MW), les barrages Marquisades et Whitaker (Ardennes – 800 MW) et Bissorte (Savoie – 748 MW).
Si la France a autant misé sur la production d’énergie de ce type, c’est parce que le dispositif dispose de nombreux avantages. Néanmoins, la construction d’un barrage n’est pas sans effet sur l’environnement et peut notamment menacer l’écosystème local.
Le principe de construction d'un barrage hydroélectrique
Construire un barrage hydraulique a notamment pour but de produire de l’énergie verte, car l’eau est une source d’énergie renouvelable. Le principe est le suivant : le barrage est situé sur un cours d’eau afin de la retenir. Cela permet de créer un lac de retenue. En contrebas, on trouve une usine, qui est en charge de la production d’électricité.
Les types de barrages
Il existe naturellement plusieurs types de barrages. De façon schématique, ceux en béton sont particulièrement adaptés aux vallées larges. Le sol sur lequel ils reposent doit être constitué d’une roche très solide. Les barrages en remblai, quant à eux, ont l’avantage de pouvoir être construits sur des sols de qualité médiocre. Ils conviennent pour des vallées plus importantes, dans lesquelles il est aisé de trouver sur place les matériaux adéquats.
Le fonctionnement
L’ouverture des vannes du barrage va entraîner le passage de l’eau dans un canal de dérivation. Celui-ci mène aux turbines électriques de la centrale, dont la mission est de transformer l’énergie hydraulique en énergie électrique. Il existe plusieurs sortes de turbines (2) :
- La turbine de Kaplan convient pour des débits importants et de faibles chutes d’eau.
- La turbine de Pelton est recommandée pour les petits débits et les chutes hautes.
- La turbine Francis est en quelque sorte le compromis des deux précédentes : elle est adaptée à des débits moyens et des chutes moyennes (comprises entre 30 et 400 mètres).
D’un point de vue général, il est important de comprendre que plus le débit et la hauteur de chute sont élevés, plus la production électrique est importante.
L’arrivée de l’eau permet aux turbines d’entrer en action. Elles entraînent alors des alternateurs, qui vont produire le courant électrique. C’est enfin le transformateur qui a pour vocation d’injecter l’électricité dans le réseau : elle est ainsi transportée par les lignes à haute ou à très haute tension.
Quelques exemples concrets de barrages sur rivière ou sur fleuve
La construction du barrage de Grand'Maison
Le barrage de Grand’Maison a pour usage principal l’hydroélectricité. Il a été construit en 1988 sur la commune de Vaujany, en Isère. Il est situé au travers de la rivière de l’Eau d’Olle. Il possède une capacité de retenue de 140 millions de mètres cube, et s’étend sur près de 220 hectares.
D’une hauteur de 140 mètres, ce barrage peut à lui seul fournir les besoins en électricité d’une ville de 740.000 habitants. Il est doté de 12 groupes qui lui permettent de turbiner 135 m3 par seconde.
La construction du barrage d'Assouan
Connu dans le monde entier, le haut barrage d’Assouan mesure 111 mètres de haut et 3,6 kilomètres de long. La construction a nécessité 43 millions de mètres cubes de pierre (3) ! La retenue d’eau qu’il induit a formé le lac Nasser, qui est le plus grand lac artificiel du monde. Pour fonctionner, il possède 12 générateurs de 175 mégawatts chacun.
À l’origine, son principal objectif était de réguler les inondations et de lutter contre les sécheresses qui pouvaient toucher le pays. Au milieu du XXème siècle, le haut barrage d’Assouan assurait à lui seul la moitié de la production d’électricité du pays. Une part qui a considérablement décliné depuis.
La construction du barrage Hoover
La construction de ce barrage situé dans le désert de Mojave, à 50 kilomètres de Las Vegas, a duré cinq années, de 1931 à 1936. Plus de 5.000 ouvriers travaillèrent sur ce chantier colossal, qui porte le nom du Président américain de l’époque, Herbert Clark Hoover.
Incroyable prouesse technologique à l’époque, le barrage Hoover a permis de dompter la puissance dévastatrice du fleuve Colorado et de fournir de l’électricité pour des dizaines de milliers de foyers.
3,4 millions de m3 de béton ont été nécessaires pour bâtir cet édifice de 220 mètres d’épaisseur de 221 mètres de hauteur. Le barrage Hoover est de type poids/voûte : le poids du béton permet à la structure de s’enfoncer dans le sol alors que son design en arc de cercle envoie la pression de l’eau vers les côtés du canyon.
Questions fréquemment posées
Comment construire un barrage en terre ?
Le barrage en terre est sans aucun doute le plus ancien et le plus simple à mettre en œuvre parmi les différents types de constructions. Pour le réaliser, il faut tout simplement le placer dans le lit d’une rivière. Sa pente ne doit pas être trop abrupte pour assurer une certaine stabilité. Naturellement, la terre avec laquelle il est construit doit être imperméable pour éviter que l’eau ne passe au travers : on a ainsi souvent recours à de l’argile.
Comment sont construits les barrages hydrauliques ?
Le principe est le suivant : le barrage est situé sur un cours d’eau afin de la retenir. Cela permet de créer un lac de retenue. L’ouverture des vannes du barrage va entraîner le passage de l’eau dans un canal de dérivation. Celui-ci mène aux turbines électriques de la centrale, qui, sous la pression de l’eau, produisent de l’énergie. L’alternateur transforme ensuite l’énergie mécanique en énergie électrique. Enfin, le transformateur a pour vocation d’injecter l’électricité dans le réseau : elle est ainsi transportée par les lignes à haute ou à très haute tension.
Quel est le coût d'un barrage ?
Le coût de construction d’un barrage hydroélectrique n’est pas fixe. Il dépend du type de construction et de nombreux autres paramètres. A titre indicatif, pour une centrale de basse chute, c’est à dire inférieure à cinq mètres, les coûts oscillent entre 30.000 et 90.000€ pour une puissance associée de 10 KWh. Les prix sont logiquement plus élevés pour les centrales de haute chute : entre 10.000 et 23.000€ pour une puissance d’1 KWh.
Quels sont les trois types de barrage ?
D’un point de vue architectural, il existe trois grands types de barrages. C’est notamment la forme de la vallée et la nature des sols qui jouent un rôle prépondérant dans le choix de l’une ou l’autre des options. Le barrage-voûte se caractérise par une forme arquée : ainsi, l’eau est repoussée sur les côtés de la vallée. Le barrage-poids se nomme ainsi car c’est son seul poids qui permet de contenir la pression de l’eau. Il a généralement une forme triangulaire, et une coupe verticale fait face à l’eau. Enfin, le barrage à contreforts est un immense mur qui dispose d’évidements, ce qui permet d’économiser du béton.
Comment fonctionne un barrage ?
Le principe d’un barrage hydraulique est de retenir de l’eau d’un cours d’eau naturel. Il se crée ainsi un lac d’accumulation. Lorsque les vannes s’ouvrent, l’eau est transportée vers une centrale, située en contrebas. La force hydraulique entraîne la mise en action d’une turbine, située dans la centrale : le mouvement de la turbine entraîne celui d’un alternateur, qui produit de l’électricité.
(1) https://energynews.pro/les-plus-grands-barrages-de-france-en-2021/
(2) https://www.caminteresse.fr/societe/comment-se-construit-un-barrage-11182590/
(3) https://www.egypte.fr/barrage-assouan
1 Commentaire
Très bon document