La nappe sous le barrage de Bissorte
Le site de Bissorte est particulièrement propice à la construction d'un barrage. La large vallée à fond plat, resserrée au nord par un étranglement, permet de retenir l'eau.
Figure 3 : Carte topographique du site de Bissorte. Le dénivelé important permet d'exploiter l'énergie hydraulique au niveau de l'usine électrique située 1000 mètres plus bas que l'ouvrage.
Figure 4 : Les grès de fondation ont une perméabilité relativement faible due aux petites fissures qui les affectent ; le verrou rocheux peut recevoir un barrage en béton de 70 m de haut. Mais une zone schisteuse perturbe localement la circulation de l'eau. L'altération des schistes produit des matériaux argileux relativement étanches qui risquent de freiner l'écoulement de l'eau dans la fondation.
Le barrage de Bissorte doit résister à la poussée de l'eau. Sous l'effet de la pression, au fond de la retenue, l'eau pénètre et circule dans les roches de fondation du barrage ; elle contourne la base de l'ouvrage et émerge, à l'aval, à la surface du terrain. L'eau de la nappe sous le barrage fait courir au barrage un risque de basculement qui dépend des pressions qu'elle exerce à sa base. La sécurité est définie par le rapport des forces qui stabilisent l'ouvrage à celles qui le déstabilisent. Le poids le stabilise.
Les calculs du modèle concernent les potentiels de l'eau de la
nappe sous le barrage. Le potentiel en un point de la fondation est égal
à l'altitude à laquelle monterait l'eau dans un tube vertical
dont la base serait ouverte au point considéré. Cette altitude
décroît du niveau du plan d'eau de la retenue à l'amont,
à celui du terrain à l'aval. L'eau s'écoule des potentiels
les plus élevés vers les potentiels les plus faibles. Mais
la nappe sous le barrage, définie par la limite entre la roche de
fondation et la base du barrage en béton, n'a pas de surface libre
au contact de l'atmosphère : c'est une nappe captive.
Figure 5 : L'eau exerce sur le barrage des forces déstabilisatrices : les poussées (R) de l'eau sur le parement amont de l'ouvrage dépendent de la hauteur d'eau de la retenue, les poussées ascendantes (N) de l'eau sur la base de l'ouvrage dépendent du potentiel hydraulique de l'eau de la nappe qui occupe la roche de fondation du barrage. Aux forces déstabilisatrices s'oppose le poids (P) du barrage, calculé pour assurer la stabilité de l'ouvrage. Pour répartir favorablement le poids de l'amont vers l'aval, l'expert joue sur le profil de l'ouvrage.
HYDRONAPPE visualise l'écoulement sous pression de l'eau de la retenue au travers des roches de fondation. Le sécurimètre présente les forces auxquelles le barrage est soumis et qui interviennent dans les calculs de stabilité du barrage. Il affiche aussi le coefficient de sécurité de l'ouvrage. Un coefficient égal à 1, tel que les effets du poids compensent ceux des forces déstabilisatrices, caractérise un équilibre théorique. En fait, pour offrir une large marge de sécurité, les forces sont choisies de telle façon que le coefficient atteigne 1,5.
Figure 6 : La poussée de l'eau de la retenue sur la face amont du barrage et la poussée de l'eau des roches de la fondation déstabilisent le barrage : la première tend à le faire glisser vers l'aval ; d'autant plus forte que la pression de l'eau est plus élevée, elle augmente du sommet vers la base du barrage ; la seconde tend à soulever le barrage ; d'autant plus forte que la pression est plus élevée, elle décroît de l'amont vers l'aval où n'intervient plus que la pression atmosphérique.