Chapitre 1 ouvrages hydrauliques

Ouvrages Hydrauliques

Chapitre I : Introduction

Chapitre I Introduction SOMMAIRE: • • • • • • ENIT – DGC, M. DJEBBI (2012)

I-1 Avant propos I-2 L’eau en Tunisie I-3 L’eau dans le monde I-4 Différents Types d’Ouvrages Hydrauliques I-5 Rappels d’hydrotechnique I-6 Références bibliographiques 1 / 38



 Avant propos Dans ce cours, les ouvrages hydrauliques sont classés en quatre types selon leur rôle ou utilisation. On distingue : • • • •

Les ouvrages de Retenue ou Barrages Les ouvrages de Prise et de Dérivation Les ouvrages d’Adduction ou de Transport Les ouvrages Routiers (Ponts, Buses et Dalots)

Les Techniques principales qui nécessitent la construction d’ouvrages Hydrauliques sont : • • • • •

L’irrigation l’Alimentation en Eau Potable la Protection contre les Crues La production d’énergie hydroélectrique La navigation

ENIT – DGC, M. DJEBBI (2012)

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 L’ eau en Tunisie 

Ressources potentielles :

 4.84109 m3 / an (Tableau I-1.1)



Précipitations :

 36109 m3 / an (Figure I-1.1).



Mobilisation des ressources : Nécessite la construction d’Ouvrages Hydrauliques.



Grandes variabilités :   

Exemples :


 13.5% des précipitations pays.

Spatiale (Sud < 200 mm/an, extrême Nord > 1000 mm/an) Temporelle (Pluies intenses, faible nombre de jours pluvieux) Ouvrages Hydrauliques Importants

Aménagements hydrauliques (Barrages et Ponts) sur la Medjerda et sur les oueds Zéroud et Merguellil,… 3 / 38



 Une grande variabilité

707 à 1640 : 25 Sécheresses et 8 inondations 1640 à 1758 : 0 Sécheresse et 3 Inondations 1758 à 1900 : 4 Sécheresses et 2 Inondations après 1900 : 20 Sécheresses et 14 Inondations Gestion des extrêmes : 1 année sur 3 est extrêmement humide ou sèche Source : Direction Générale des Ressources en Eau (DGRE)


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 Ressources en eau potentielles (millions de m3)

Potentiel

Exploitable

Eaux de surface

2700

56 %

2500

Eaux souterraines

2140

44 %

2140

Total

4840

100 %

4640

Source : Ministère de l’Agriculture et des Ressources en Eau (2008)


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 Répartition régionale des ressources en eau

Eaux de surface Nappes

Nord

Centre

Sud

Total

2185

290

225

2700

388

237

115

740

285

220

895

1400

2858

747

1235

4840

phréatiques

Eaux souterraines

Total

Nappes profondes



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 Carte des précipitations


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 Mobilisation des ressources en eau • La mobilisation des ressources en eau nécessite souvent la construction d’ouvrages hydrauliques de grandes dimensions : Coût très élevé. • Ressources en eau pas toujours facile à mobiliser (Cas de la Tunisie)


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 Eaux de surface La mobilisation des eaux de surface est assurée par 5 types d’ouvrages


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


Barrages en Tunisie :  Le premier grand barrage d'Afrique du Nord a été construit en Tunisie sur l'oued Kébir (70 kilomètres au sud-est de Tunis). Ce barrage a été mis en eau en 1928 pour l'alimentation en eau de Tunis.  La construction de barrages a permis une meilleure gestion des ressources hydrauliques.  En Tunisie, les barrages sont gérés par la direction générale des barrages et des grands travaux hydrauliques (DGBGTH).


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


Barrages et lac collinaires et ouvrages d’épandage : 200 barrages collinaires 766 lacs collinaires 4000 Ouvrages d’épandages (Statistiques 2007) Volumes mobilisés : Barrages collinaires : 17 millions de m3 Lacs collinaires : 39 millions de m3

Ouvrages d’épandage : 23 millions de m3


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


Justification des barrages et lac collinaires

Pris individuellement, les barrages et les lacs collinaires mobilisent de faibles volumes d’eau tout en ayant un coût économique très élevé. Seule l’incidence socio-économique des barrages et les lac collinaires dans les régions particulièrement déshéritées où ils sont localisés justifie le coût.

Coûts unitaires de la Mobilisation des Eaux de Surface Type de mobilisation

Volume mobilisé

Coût global

Coût unitaire

Grands barrages

739

827

1

Barrages collinaires

110

400

4

Lacs collinaires

53

87.5

1.7

Ouvrages d’épandage

43

80

2


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 Eaux des nappes Nappes phréatiques : -

Surexploitées Taux de mobilisation > 100%

 volume d’exploitation > volume d’alimentation des nappes.

 Le volume de réserve est en baisse. Nappes profondes : Reste un très petit reliquat à mobiliser.



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 Répartition géographique et taux des nappes phréatiques Grande région

Nombre des nappes

%

Nord

63

29,30

Centre

95

44,18

Sud

57

26,51

Tunisie

215

100


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 Bilan Ressources / Demandes en eaux en Tunisie Pour notre climat méditerranéen, les besoins en eau par habitant sont : • besoins domestiques : 30 m3/an • besoins industriels : 20 m3/an • besoins agricoles : 400 m3/an Total 450 m3/an Pour une population de 10 Millions d'habitants, le besoin total est de 4500 Mm3. Comparé au 4640 Mm3 des ressources, le bilan est excédentaire (+140 Mm3). Dans un futur proche, la demande sera supérieure aux ressources exploitables. En effet, en plus d’un accroissement annuel moyen de la population de 1.1 %, deux scénarii sont envisageables pour l’évolution des besoins par habitant : a.Scénario 1 : Un niveau de vie d'un européen actuel (510 m3/an/habitant pour une agriculture de pays tempéré) : Déficit : 10×106 ×510 - 4640×106 = 460×106 m3. b.Scénario 2 : Un niveau de vie d'un européen actuel (1200 m3/an/habitant pour une agriculture intensive et en tenant compte de l'aridité) : Déficit : 10×106 ×1200 - 4640×106 = 7360×106 m3.  Recourir à l’économie d’eau et aux ressources non conventionnelles. ENIT – DGC, M. DJEBBI (2012)

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 Projection de la demande et des ressources exploitables


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 Actions pour augmenter le potentiel du Pays en eaux 1. Recharge induite et alimentation artificielle des nappes (1000 Lacs collinaires et 200 retenues de montagne  160 Mm3) 2. Réutilisation des eaux traitées ainsi que des eaux de drainage (300 Mm3/an traités par 106 stations, 150 Mm3 d’eaux de drainage récupérables des 1500 Mm3 d’eau d’irrigation). 3. Dessalement des eaux saumâtres  Eau de mer 8000 109m3à 40 g/l en moyenne, coût encore très élevé  Eau saumâtre, Kerkennah, Hôtels Djerba, Champs pétroliers et zones Industrielles ( Borma, Skhira , Ghannouche ) 4. Vulgarisation des techniques d’économie d’eau. Plusieurs volets:  Socio-Economique: sensibilisation des utilisateurs, diminution des gaspillages et de pollution  Technique: modernisation conduites, amélioration robinetterie, chasses d’eau, et irrigation économisatrice d’eau.  Législatif: réglementation d’allocation et de concession d’eau, police des eaux. ENIT – DGC, M. DJEBBI (2012)

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 Réutilisation des eaux traitées 106 stations d’épuration (2010) dont 42 stations situées dans les zones côtières

Bizerte

Nabeul

Jendouba

Béjà Zaghouan Sousse

Kef

2001 Volume d’eaux épurées (millions m3)

Volume d’eaux épurées réutilisées (millions m3)

169

2009 238

2011 264

2016 300

Kairouan

Kasserine

Tozeur

42

63

93

Mahdia

Sidi Bouzid

Sfax

Gafsa

180 Gabès

Taux de réutilisation

25 %

27 %

35 %

60%

Medenine Kébéli

Domaines de réutilisation (2009): Irrigation d’environ 9555 hectares, répartis comme suit:

Tataouine

• Fourrages et arboriculture : 8100 ha • Terrains de golf : 1030 ha • Espaces verts : 425 ha ENIT – DGC, M. DJEBBI (2012)

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Périmètres agricoles


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Espaces verts

Pépinières


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 Dessalement Stations de dessalement de la SONEDE Mise en service

Eau brute (g/l)

Conversion

Stations

Capacité m3/jour

Kerkennah

3300

1983

3.6

75%

Gabès

34000

1995

3.2

74%

Zarzis

15000

1999

6.0

75%

Jerba1

15000

2000

6.0

75%

Jerba2

5000

2009

6.0

75%

Total

72 300

Stations dans les secteurs hôtelier et industriel : Nombre de stations estimé à 70 stations de capacité cumulée de l’ordre de 45000 m3/j.

Soit une capacité totale cumulée de 117300 m3/j Source : SONEDE(2008) ENIT – DGC, M. DJEBBI (2012)

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 Sensibilisation des utilisateurs à l’économie de l’eau Spots télévisés et radiophoniques ciblant toute la population.

Sensibilisation des écoliers: Emplois de temps, stylos casquettes, tee-shirts, …

Caravanes et transport public de sensibilisation portant des slogans et des illustrations


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 Plans de Gestion et Stratégie pour le Développement des Ressources en Eaux en Tunisie  Plans Directeurs des Eaux du Nord et de l’Extrême Nord  Plans Directeurs du Centre et du Sud  Régulation et transfert d’eau La stratégie de développement des ressources en eau est articulée autour des quatre axes suivants : 1. 2. 3. 4.

Mobilisation de la Totalité des Ressources en eau identifiées Prospection de nouvelles ressources Recherche de ressources non conventionnelles Economie de l’eau


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 Plan Directeur des Eaux du Nord et de l’Extrême Nord D24 16 MER

2 13

14

D23 4

3 D2

D1

10

15

16

D18

D20 ICHKEUL

11

D19

9

D7

D17

D13

D6

12 8

5 D5

D4

D8

1

M E R

D9

D14

D10

D15 D16

D11 D3

D12

7 D21

6 Demandes 1 2 3 4 5 6 7 8

Ghardimaou Bulla Régia Sra Ouertane B Heurtma V B Heurtma VI B Heurtma IIb B Heurtma IIa B Heurtma IV

9 10 11 12 13 14 15 16

Badrouna Testour Lakhmess Siliana Medjez Borj Toumi B. Vallée B.V. S7 S8


17 Mateur 18 Bizerte 19 Cap Serrath 20 Sejnane 21 Mornag C.B. 22 Sahel 23 B. en route 24 Tunis C.B.

1 2 3 4 5 6 7 8

Barrages 9 Nebeur 10 Ben Metir Bou Heurtma 11 Kasseb 12 13 Sidi Salem 14 Lakhmess 15 Siliana 16 El Aroussia

Joumine El Barrak Sejnane Mornaguia Zouitina Zerga Kebir El Moula

D22

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 Systèmes de régulation et de transfert d’eau  

  

    

L’interconnexion des barrages Les adductions des eaux du Nord Les adductions du Grand Tunis Le canal Medjerda-Cap Bon Les adduction du Cap Bon, du Sahel et Sfax Les adductions du Kairounais Les adductions du Grand Sfax Les adduction de Jelma / Sbeïtla Les adductions du Grand Gabès Les adductions du Sud Tunisien


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 L’ eau dans le monde o L’eau est la substance la plus abondante dans l’environnement naturel. o L’eau existe en trois états :  Liquide  Solide  Vapeur o L’eau forme les océans, les mers, les lacs, les rivières, les nappes, et la couverture du sol. o Eau à l’état solide : Glaces et neige (pôles et régions alpines). o Eau à l’état vapeur : Une certaine quantité d’eau existe dans l’atmosphère. o L’eau est aussi un composant de divers minéraux de la croûte terrestre.



Le cycle de l’eau est un problème très complexe car l’eau est très dynamique (mouvement permanent, perpétuel passage d’une phase à l’autre). Souvent les estimations des quantités d’eau du globe concernent l’hydrosphère: Eau libre en état liquide, solide ou gazeux existant dans l’atmosphère, à la surface de la terre et dans la croûte terrestre (2000m).


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 Cycle Hydrologique du Globe


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 Bilan Annuel des Eaux du Globe (1/2) Eau douce :

 68.7% : Glace et couverture permanente par la neige (Antarctique, Arctique, régions montagneuse)  29.9% : eau souterraine.  0.26% : eau concentrée dans les lacs, les réservoirs et dans les rivières




Facilement accessible pour nos besoins économique et absolument vitale pour les écosystèmes.

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 Bilan Annuel des Eaux du Globe (2/2) Superficie Precipitation Evaporation Ecoulements vers la mer Cours d’eaux Souterrains Total



   

UNITES km² km3/an ( mm/an ) km3/an ( mm/an ) km3/an km3/an km3/an mm/an

OCEANS 361 300 000 458 000 ( 1270 ) 505 000 ( 1400 ) -

CONTINENTS 148 800 000 119 000 ( 800 ) 72 000 ( 484 ) 44 700 2200 47 000 316

Précipitations continentales < 1/4 Evaporation des océans 39 % reviennent aux océans :  38 % Ruissellement de surface  1 % Ecoulements souterrains Les 61 % restant sont évaporés des continents. Il tombe en moyenne 1270 mm/an sur les océans et seulement 800 mm/an sur les continents Source: Nations Unies, 1997


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 Retrait mondiale d'eau par secteur 1900-2000


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 Estimation des Quantités des Eaux du Globe

Océans Eaux Souterraines Douces Eaux Souterraines Salées Humidité du Sol Glaces Polaires Autres glaces et Neiges Lacs Eaux Douces Lacs Eaux Salées Maraicages Cours d’Eaux Eaux Biologiques Eaux Atmosphériques Eaux Totales Eaux Douces



 

Superficie (10^6 km²) 361.3 134.8 134.8 82.0 16.0 0.3 1.2 0.8 2.7 148.8 510.0 510.0 510.0 148.8

Volume (km3) 1 338 000 000 10 530 000 12 870 000 16 500 24 023 500 340 600 91 000 85 430 11 470 2 120 1 120 12 900 1 385 984 610 35 029 210

% de l’eau totale du globe 96.5 0.76 0.93 0.0012 1.7 1.025 0.007 0.006 0.0008 0.0002 0.0001 0.001 100 2.5

% des eaux douces 30.1 0.05 68.6 1.0 0.26 0.03 0.006 0.003 0.04 100

Les océans contiennent 96.5 % des eaux du globe. Eaux douces : 35 029 210 Milliards de m3  69.6 % sous forme de glaces (dont 68.6 % aux pôles)  30.1 % dans les nappes souterraines.  0.3 % autres sources


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 Distribution des Ressources Mondiales en Eaux

Océanie Amérique Latine Amérique du Nord Europe de l'Est et Asie Centrale Afrique Europe de L'Ouest Asie MENA*

Ressources Population Capita Renouvelables 109m3 106 hab. m3/an 769 21 36619 10766 466 23103 5379 287 18742 7256 495 14659 4184 559 7485 1985 383 5183 9985 3041 3283 355 284 1250

Sources: World Development Report, 1995; and World Bank estimates, 1995

La rareté de l'eau :  Moins de 500 m3, considéré comme seuil de pénurie: Jordanie (JO), Libye (LY), Malte (MT), Territoires palestiniens (WE), Tunisie (TN)  De 500 à 1000 m3, considéré comme seuil de tension: Algérie (DZ), Egypte(EG)  De 1000 à 3000 m3, considéré comme ressources suffisantes à l'heure actuelle : Chypre (CY), Espagne (ES), Liban (LB), Maroc (MO), Syrie (SY)  Au dessus de 3000 m3, considéré comme ressources abondantes : Albanie (AL), Bosnie (BK), Croatie (HR), France (FR) , Grèce (GR), Italie (IT), Slovénie (SL), Turquie (TR). ENIT – DGC, M. DJEBBI (2012)

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 Disponibilité et Utilisation des Ressources en Eaux dans les Pays du MO et de l’AN (MENA)

Sources: World Resources 1992-93; Pacific Institute for Studies in Development, Environment and Security; Stockholm Environment Institute; and World Bank estimates, 1990-1995.


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 Différents Types d’Ouvrages Hydrauliques  Ouvrages de retenue (Barrages)  Ouvrages de Prise  Ouvrages d’Adduction  Ouvrages Routier  Rappels d’Hydrotechnique (Hydrologie, Hydraulique, Méca-Sols, Béton) L’Hydrotechnique est une science appliquée et une branche du génie mécanique appliquée à l’utilisation des ressources en eau pour différentes fin économiques et à la limitation des effets désastreux de l’énergie de l’eau en cas des crues. Pour la conception des ouvrages hydrauliques répondant à ces objectifs (Barrages, Ponts,...), l’Ingénieur GC doit faire appel à plusieurs disciplines.


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 Rappels d’Hydrotechnique Hydrologie : Estimation des volumes d’apports et des débits maximaux, des hydrogrammes, et des sédimentogrammes. Hydraulique : Calculs des conditions des écoulements, débits, vitesses, pressions et forces statiques et dynamiques de l’eau dans et sur les ouvrages. Calculs des écoulements dans les sols des fondations ou des ouvrages en Terre. Mécanique des Sols :

Etude du comportement mécanique des sols sous l’action et/ou en présence de l’eau et sous l’action du poids des ouvrages. Béton :

Dimensionnement des ouvrages en Béton, BA et BP en contact avec l’eau aussi bien pour les ouvrages de retenue que pour les ouvrages routiers. ENIT – DGC, M. DJEBBI (2012)

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 Principales Références − − − − − − − − − − − − − • •

Bédient and Huber, WC, 1989 :” Applied hydrology”. New York. Bernard M. ,1975 : « Aménagements hydrauliques ». Université Laval. Bouvard M.,1984 : « Barrages mobiles et ouvrages de dérivation, à partir de rivières transportant des matériaux solides ». EDF, Eyrolles, France. Carlier, M., 1972 : « Hydraulique générale et appliquée ». Ed. Eyrolles. Chow V.T, 1983 : « Open-Channel Hydraulics ». McGrow-Hill, 20th printing, Japan. Dupont A., 1971: « Hydraulique urbaine ». Ed. Eyrolles. EGTH, 1991 : « Economie de l’eau 2000 ». Rapport final. French, R.H., 1984 : « Open channel hydraulics ». Mac Graw-Hill Company. Ginocchio R.,1970 : « Aménagements Hydroélectriques ». Centre de Recherche et Essais de Chatou, Eyrolles, France. Gourey K.,1984 : Calcul Hydraulique des ouvrages d’Art Routiers. Polycopié ENIT. Graf W.H. et M.S. Altinakar, 1993 : « Hydraulique Fluviale. Tome 1: Ecoulement Permanent Uniforme et Non Uniforme ». E.P.F.Lausanne, Vol. 16, Suisse. Graf W.H. et M.S. Altinakar, 1991: « Hydrodynamique ». Eyrolles. Paris. Grishin, M., 1982 : “Hydraulic structures”. Mir Publishers Moscou. Hug M., 1975 : « Mécanique des fluides appliquée aux problèmes d’aménagement et d’énergétique ». Ed. Eyrolles.


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Jamme, G., 1974 : « Travaux fluviaux ». Collection de la direction des études et recherches d’électricité de France. Ed. Eyrolles. Korpatchov V.,1984 : « Hydraulique des Ouvrages Hydrotechniques ». Cours et Problèmes. Polycopié ENIT. Lousberg E., Thimus J.F., 1985 : « Mécanique des roches ». Parties 1,2,3, FSA-UCL. Lousberg E., 1984 : « Mécanique des sols – Stabilité des talus ». FSA-UCL. Maglakélidzé V., 1984 : « Ouvrages hydrotechniques ». Polycopié ENIT. PNUD/OPE, 1987 : « Ressources en Eau dans les Pays de l’Afrique du Nord – Guide Maghrebin pour l’Exécution des Etudes et des Travaux de Retenues Collinaire ». Rodier J.A., Colombani J., 1981 : « Monographies hydrologiques : le bassin de la Medjerdah ». ORSTOM-DRES. Smith C.D., 1995 : « Hydraulic structure ». University of Saskatchewan, Canada. Senturk F., 1994 : “Hydraulics of dams and reservoirs”. Water Resources Publication. Van Tuu N., 1981: « Hydraulique routière ». BCEOM. Ministère de la coopération et du développement. France. Varlet, H., 1966 : « Barrages réservoirs (tome I) ». Hydrologie – Géologie. Paris. Varlet, H., 1966 : « Barrages réservoirs (tome II) ». Barrage-poids, barrages-voûtes. Varlet, H., 1966 : « Barrages réservoirs (tome III) ». Barrages en terre et en enrochements. Paris. Zech Y., 1979 : « Les évacuateurs de crue ». Notes partielles, FSA-UCL.


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Chapitre 1 ouvrages hydrauliques

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