7. OUVRAGES DE PRISE D'EAU PRINCIPALE

7.0   Introduction

1. Les ouvrages de prise d'eau utilisés dépendent du type d'étang. Vous avez appris que l'alimentation en eau d'un étang piscicole peut avoir différentes origines (voir chapitre 1). Plusieurs types d'étangs ont été définis en fonction de leurs ouvrages de prise d'eau:

Types d'étangs
 
     
 

Note: Si l'approvisionnement vient d'une retenue, les ouvrages de prise d'eau font habituellement partie du système permettant de libérer l'eau de la retenue dans le canal d'alimentation des étangs. Il s'agit par exemple des ouvrages suivants:

 
     
   

Choix des ouvrages de prise d'eau

2. Les principaux éléments d'une prise d'eau sont les suivants:

3. Il existe de nombreux types d'ouvrages de prise d'eau; certains d'entre eux sont compliqués et nécessitent l'intervention d'un spécialiste pour leur conception et leur construction. Le présent manuel se concentre sur des types d'ouvrages relativement simples (voir tableau 31) que vous pouvez construire vous-même ou avec l'aide d'un bon maçon.

Les prises d'eau principales

4. Les prises d'eau principales servent à régler globalement et à dériver l'alimentation en eau d'un étang ou d'un groupe d'étangs. Dans nombre de cas, elles se distinguent des ouvrages de transport de l'eau (voir chapitre 8) et des ouvrages d'arrivée plus petits (voir chapitre 9), qui approvisionnent et règlent le débit d'alimentation de chaque étang individuellement.

5. Une prise d'eau a essentiellement pour rôle d'assurer une alimentation régulière en eau, susceptible d'être réglée en fonction des conditions présentes.

 

Choix du site de la prise d'eau principale le long d'un cours d'eau

6. Le site de l'étang et son canal d'alimentation déterminent habituellement l'emplacement de la prise d'eau principale. Si l'étang doit être construit le long d'un cours d'eau, mieux vaut choisir un site possédant les caractéristiques suivantes:


Note: Evitez les grosses rivières dont le niveau est variable. Veillez tout particulièrement à ne pas installer la prise d'eau principale au-dessus du niveau minimal des eaux.

7.1   Comment déterminer le niveau de la prise d'eau

1. Il y a deux principaux types de prises d'eau:

  • une prise d'eau ouverte ou à niveau libre dans laquelle les niveaux d'alimentation ne sont pas contrôlés et où la prise fonctionne dans toutes les conditions de débit; ce système est simple et relativement à bon marché, mais il exige généralement une alimentation en eau fiable et qui ne varie pas trop;
 
     
une prise d'eau à niveau régularisé, comportant en aval un ouvrage de dérivation dans le cours d'eau pour y maintenir les niveaux d'eau dans diverses conditions de débit; ce système plus onéreux mais plus fiable garantit un approvisionnement en eau constant.  

2. Dans l'un et l'autre cas, les points Importants à prendre en compte sont les suivants:


3. Avec un système de prise d'eau à niveau libre, vous devez vous assurer que le niveau d'eau dans la source d'alimentation est toujours suffisant pour vous permettre de puiser de l'eau à la profondeur souhaitée. Vous devez également vous assurer que la prise d'eau ne risque pas d'être noyée. Comme nous le verrons ultérieurement, vous pouvez régler l'alimentation par une vanne.

4. Avec un système de prise d'eau à niveau contrôlé, vous pouvez définir le niveau d'eau en fixant le niveau de l'ouvrage de dérivation. Les points ci-après sont alors très importants.

Note: Si l'ouvrage de dérivation doit être construit moins haut pour réduire l'étendue des inondations en amont, vous pouvez être amené à élargir le canal d'alimentation pour obtenir le débit souhaité (voir section 8.2).

 

5. Les méthodes à utiliser pour déterminer les niveaux relatifs sont exposées dans le manuel 16, la topographie. Utilisez dans la mesure du possible les informations fournies sur place. Vous devriez idéalement installer des jauges de débit et des stations de mesure du niveau d'eau (voir, par exemple, manuel  4, L'eau, section 3.6).

7.2   Dimensions de la prise d'eau

1. Plus la prise d'eau est large, moins la perte de charge* sera forte lorsque l'eau coule vers les étangs. Ce facteur peut avoir de l'importance en cas de très faible charge.

2. Dans la plupart des cas, toutefois, la prise d'eau a environ la même largeur que le canal d'alimentation qui lui est relié. La taille de ce dernier est fixée en fonction du débit souhaité (voir section 8.2). Si le canal d'alimentation est particulièrement large, ou si vous souhaitez accroître la perte de charge au niveau de la prise d'eau (par exemple, si le niveau externe de l'eau est nettement supérieur à celui requis dans le canal d'alimentation), la prise d'eau peut être plus étroite que le canal d'alimentation. En général, une prise plus étroite est plus facile à régler, car les planchettes ou les commandes de vannes sont plus faciles à manoeuvrer.

3. A titre d'indication approximative, le graphique 6 donne les débits types dans les ouvrages de prise d'eau, pour différentes pertes de charge. Cette perte de charge doit être ajoutée à la perte de charge du canal d'alimentation (voir section 8.2) pour déterminer les niveaux relatifs de la prise d'eau et des étangs.
 

Exemple

S'il y a 0,20 m entre le niveau minimal de la prise d'eau et le niveau de l'alimentation de l'étang, il faut un débit de 0,25 m3/s. Il est établi que la perte de charge dans le canal d'alimentation due à la pente du fond (voir section 8.2, paragraphe 8) est de 0,15 m. La perte de charge admissible dans la prise d'eau se limite donc à 0,20 m - 0,15 m = 0,05 m ou 5 cm. Pour assurer le débit requis, la prise d'eau devra avoir une largeur d'au moins 0,40 m ou 40 cm (voir graphique 6).

GRAPHIQUE 6
Débit des ouvrages de prise d'eau

4. Les ouvrages régulateurs de prise d'eau sont décrits ultérieurement (voir sections 7.6 et 7.7). Vous étudierez tout d'abord les ouvrages de dérivation utilisés pour les prises d'eau principales (voir tableau 31)

TABLEAU 31
Ouvrages simples pour prises d'eau sur rivière

7.3   Ouvrages de dérivation simples

1. Les ouvrages de dérivation simples peuvent être construits avec différents matériaux. Bien adaptés pour retenir l'eau, ces matériaux ne devraient toutefois pas être utilisés si l'ouvrage est régulièrement submergé.

Digue de barrage en terre

2. Vous pouvez bloquer complètement le chenal d'un petit cours d'eau avec un barrage en terre (voir section 6.1). Procédez de la façon suivante:

Note: Si nécessaire, utilisez des pierres ou des morceaux de roche pour protéger le versant mouillé de la nouvelle digue.

 

Barrage en piquets de bois ou de bambou

3. Vous pouvez également bloquer le chenal d'un petit cours d'eau au moyen d'une double rangée de piquets de bois ou de bambou attachés par des lianes ou des plantes grimpantes souples; entassez des mottes de terre argileuse entre les rangées de piquets pour éviter les infiltrations.

4. N'oubliez pas que:

 

Barrage en planches

5. Vous pouvez procéder différemment pour construire un barrage, en employant des planches et des piquets en bois. Ce type de barrage peut être facilement retiré à la saison des pluies lorsque le niveau du cours d'eau commence à monter.

6. Deux types de barrages en planches sont présentés ici. Dans le cas du premier type, les planches sont assemblées avec une légère inclinaison et consolidées par du bois d'oeuvre. Dans celui du second type, elles sont maintenues en place à l'intérieur d'une construction légère de rondins et peuvent être enlevées en soulevant une planche après l'autre.

 

7.4   Ouvrages de dérivation submersibles

1. Ces ouvrages peuvent servir à la fois d'ouvrage de retenue et de déversoir.

Barrage en piquets de bois

   

2. Ce type de barrage a pour seul but d'élever le niveau dans le cours d'eau sans en bloquer complètement l'écoulement. Une certaine quantité d'eau peut s'infiltrer à travers la barrière perméable et le reste s'écoule par-dessus.

3. Le barrage se compose de deux rangées de piquets de bois fichés verticalement dans le lit du cours d'eau et étroitement fixés à l'aide de cordes ou de lianes. Des graviers ou des enrochements peuvent être placés en aval de la base de la barrière pour réduire l'érosion à cet endroit. Le barrage ainsi créé doit se prolonger suffisamment dans les deux berges de la rivière.

 
     

Barrage en roche

4. Cet ouvrage submersible, très rudimentaire, est constitué par des morceaux de roche entassés en travers du lit du cours d'eau et formant une petite digue poreuse. Vous devez construire ce type de barrage par couches. Pour chaque couche, employez d'abord de grosses pierres, puis remplissez les  intervalles avec des pierres plus petites. La largeur de la base du barrage dépend de sa hauteur finale qui ne doit pas excéder 1 m. Si vous travaillez soigneusement, vous pouvez réaliser des pentes latérales inclinées à 1:1 pour vous épargner des travaux supplémentaires. Dans ce cas, une retenue de 1 m de haut devra avoir à sa base une largeur d'environ 2,5 m pour obtenir au sommet une largeur de 0,5 m.  

Barrage en gabions

5. Vous avez appris précédemment comment construire des gabions (voir section 3.7). Dans de petits cours d'eau dont le débit maximal n'excède pas 100 l/s, ces gabions peuvent jouer un rôle très efficace, consistant à dériver partiellement l'eau, et servir de déversoir au moment des crues. Leur emploi est particulièrement indiqué s'il y a des cailloux dans le lit de la rivière et quand on peut trouver des pierres sur place.

6. Procédez de la manière suivante:

a) Lorsque le débit d'eau est minimal, dérivez le cours d'eau autour de l'ouvrage.

b) Jalonnez la base du barrage que vous souhaitez construire, par exemple une surface rectangulaire de 3 m de large en travers du lit du cours d'eau, à angle droit par rapport au courant.

c) Sur cette surface, préparez une plate-forme horizontale à environ 0,5 m de profondeur sous le lit du cours d'eau.

d) Construisez la fondation du barrage sur la plate-forme horizontale, en installant une couche de gabions minces (2 m x 1 m x 0,5 m), comme expliqué à la section 3.7 de ce manuel.

e) Au-dessus de cette fondation, construisez la structure du déversoir au moyen de deux couches de gabions minces (2 m x 1 m x 0,5 m), placés en travers et sur la partie amont de la fondation. Ancrez bien ces paniers dans les berges du cours d'eau et l'un dans l'autre.

f)  Si nécessaire, protégez les berges au-dessus de la seconde couche par des couches latérales supplémentaires de gabions minces (2 m x 1 m x 0, 5 m). Remplissez les intervalles de terre argileuse compactée.

 

7.5    Ouvrages de dérivation réglables

1. Les ouvrages de dérivation réglables sont plus onéreux et plus complexes à construire, mais ils assurent une régulation plus facile et plus précise du niveau d'eau dans la rivière. Ce sont des ouvrages permanents composés de béton armé et de planches amovibles. Les paragraphes qui suivent décrivent deux modèles simples d'ouvrages de dérivation réglables. Ces modèles peuvent être modifiés en vue de leur adaptation aux conditions locales.

Barrage à deux piliers

   

2. Vous pouvez construire un barrage étroit réglable de 2,5 à 3 m de long et de 1 à 1,5 m de haut, en utilisant du béton armé et de solides planches de 5 cm d'épaisseur.

3. Pour réaliser un barrage formé de deux piliers de 1 m de haut et de planches de 1 m de long, vous devrez employer les matériaux suivants:

  • béton pour la fondation: 2,8 m x 0,8 m x 0,25 m = 0,56 m3
  • béton pour les deux piliers : 0,36 m3 x 2 = 0,72 m3
  • armature des piliers: fers de 6 mm de diamètre
    • fers verticaux:
      (14 x 1,10 m) x 2 = 30,8 m
    • fers transversaux:
      (4 x 1,90 m) x 2 = 15,2 m
      (4 x 1,35 m) x 2 = 10,8 m
  • armature des fondations:
    • fers de 8 mm de diamètre:
      4 x 2,70 m = 10,8 m;
    • fers de 6 mm de diamètre,
      14 x 0,60 m = 8,4 m

    Une autre solution envisageable consiste à utiliser un treillis d'armature, par exemple à mailles carrées de 10 cm de côté et de 6 mm d'épaisseur.

 

Plan d'un barrage à deux piliers
 

Construction d'un barrage à deux piliers


Placement de l'armature en fers à béton pour un barrage à deux piliers


Barrage à trois piliers

   

4. Vous pouvez construire un barrage d'ouvrage de dérivation plus large et règlable, de 4 à 7 m de long et de 1 à 1,5 m de haut, en utilisant deux piliers latéraux en béton et un ou plusieurs piliers centraux, reliés par deux séries de fortes planches de 5 cm d'épaisseur.

5. Pour un barrage de 1 m de haut, construit avec des planches de 1 m de long et comportant un piller central, vous aurez besoin des matériaux suivants:

  • béton pour la fondation:
    4,2 m x 0,8 m x 0,3 m = 1,01 m3
  • béton pour les trois piliers:
    (0,36 m3 x 2) + (0,3 m3) = 1,02 m3
  • armature des piliers, fers de 6 mm de diamètre:
    fers verticaux:
    (10 x 1,10 m) + 30,8 m = 41,8 m
 
     

fers transversaux:

4 x 1,05 m = 4,2 m
8 x 0,50 m = 4,0 m
4 x 0,60 m = 2,4 m

piliers extrêmes: 15,2 m + 10,8 m = 26,0 m

  • renforcement des fondations: fers de 8 mm de diamètre, 4 x 4,20 m = 16,8 m; et fers de 6 mm de diamètre, 21 x 0,60 m = 12,6 m, ou solution du treillis d'armature, comme dans l'exemple précédent
 
     
Plan d'un barrage à trois piliers
 

6. Enterrez les fondations du barrage dans le lit du cours d'eau à sec, en les ancrant aussi profondément que possible dans une base solide. Le niveau supérieur de la fondation doit se situer à environ 5 cm sous le niveau du lit du cours d'eau.

7. Construisez chaque pilier dans les berges du cours d'eau. Si nécessaire, édifiez des ailes latérales en pierre ou en béton. Vous pouvez également employer des planches supplémentaires et combler les interstices avec de la terre argileuse soigneusement compactée. Pour éviter l'érosion, renforcez les berges du cours d'eau près de chaque pilier en les protégeant avec des pierres.

8. Pour faire les coffrages de béton et bien fixer les armatures, vous aurez besoin de l'aide d'un bon maçon.

Note: Si vous doutez de la stabilité du lit du cours d'eau, il peut s'avérer plus prudent d'assembler les fondations de manière à former une dalle unique sur toute la largeur du cours d'eau. Cela exigera davantage de matériaux mais permettra de conserver un ouvrage de forme régulière en cas d'érosion du lit.


Construction d'un barrage à trois piliers


Placement de l'armature en fers à béton pour un barrage à trois piliers


7.6   Ouvrages réglables de prise d'eau principale

Deux principaux types d'ouvrages

1. Les sections précédentes vous ont indiqué comment choisir l'emplacement et la taille des principaux types d'ouvrages de prise d'eau. Nous allons étudier maintenant les types d'ouvrages à utiliser. Il en existe essentiellement deux:

Régulation du débit d'eau

2. Vous pouvez régler le débit d'eau principalement de deux manières:

3. Ces deux systèmes sont installés dans des structures fixes en bois, briques, parpaings, béton ou acier, comme les ouvrages de dérivation réglables décrits à la section 7.5. Les structures comportent un ou plusieurs jeux de gorges ou de rainures d'ancrage de chaque côté de l'ouvrage de régulation, comme illustré ci-après.
















Note: Une prise d'eau peut également être réalisée avec un bras pivotant ou un tuyau souple (voir section 10.3). Un tel système est moins courant comme prise d'eau principale, mais peut convenir à la régulation de débits d'eau moins importants. Les capacités de débit de tuyaux de ce type sont indiquées dans la section 3.8, tableau 13.

 

 

Assurer une bonne régulation de l'eau

4. Alors que les vannes murales sont généralement conçues pour être strictement étanches dans différentes circonstances, la parfaite étanchéité des planchettes est difficile à assurer, en particulier dans le cas de vannes assez larges dont les planches risquent davantage de se gauchir et de se déjeter. Une amélioration utile consiste à employer des rabats d'étanchéité constitués de feuilles de polyéthylène lourd ou de vieilles chambres à air. Habituellement, ces ouvrages comportent toutefois trois jeux de rainures parallèles, deux pour glisser une grille et une série de planches à l'intérieur ou à l'extérieur, et une pour ajouter une seconde série de planches lorsqu'il faut interrompre complètement le débit d'eau dans le canal d'alimentation.

 




Evaluation du débit dans la prise d'eau

5. Le débit qui traverse un ouvrage de ce type en position ouverte peut être évalué à l'aide du graphique 6.  Le système de régulation des prises déversoirs à planchettes agit comme un petit déversoir dans lequel le débit varie en fonction de la largeur de la planchette et de la hauteur d'eau qui s'écoule par-dessus (voir section 3.6). Le tableau 32 col indique des valeurs types. Dans le cas des prises de fond telles que les vannes murales, le débit dépend de la différence de charge de part et d'autre de la vanne et de la taille de l'ouverture. Le tableau 33 indique des valeurs types.

Protection de la prise d'eau contre l'érosion

6. Il faut toujours veiller à réduire au maximum l'érosion car la vitesse du courant peut nettement augmenter autour des vannes. En règle générale, sauf configurations particulières (consultez un spécialiste de l'hydraulique), vous devez limiter à 80 cm la chute de l'eau dans la prise.

TABLEAU 32
Débit d'eau dans les prises déversoirs
(m3/s)

 
Largeur de la prise d'eau (m)
0,3
0,7
1,0
1,3
1,7
2,0
Hauteur d'eau au-dessus des planchettes (cm)
 

 

1
2
5
10
15
20
0,001
0,002
0,006
0,016
0,029
0,043
0,001
0,004
0,014
0,040
0,072
0,109
0,002
0,005
0,020
0,057
0,104
0,158
0,002
0,007
0,027
0,074
0,136
0,207
0,003
0,009
0,035
0,098
0,179
0,273
0,004
0,010
0,041
0,115
0,211
0,323
     

TABLEAU 33
Débit d'eau dans les prises de fond
(m3/s)

Le cas Surface de l'ouverture immergée (m2)
0,1
0,2
0,3
0,5
1,0
1,5
Perle de charge dans la prise d'eau (cm)

2
5
10
15
20
0,027
0,039
0,061
0,087
0,106
0,123
0,055
0,078
0,123
0,174
0,213
0,246
0,082
0,116
0,184
0,260
0,319
0,368
0,137
0,194
0,307
0,434
0,532
0,614
0,274
0,388
0,614
0,868
1,063
1,228
0,412
0,582
0,921
1,302
1,595
1,841

7.7   Grilles et dispositifs de protection de la prise d'eau

1. S'il y a un risque d'écoulement turbulent, les côtés et la sortie de l'ouvrage peuvent être renforcés avec du bois, du béton armé léger, des briques ou des galets coulés dans du ciment.

2. Les ouvrages de prise d'eau peuvent être protégés de plusieurs façons contre les débris tels que feuilles ou branches et contre l'érosion du courant. Des grilles ou des dispositifs protecteurs peuvent être utilisés contre les débris dans la plupart des cas, tandis que gabions, empilement de bois ou de bambous ou enrochements peuvent servir à protéger contre l'érosion.

Utilisation de grilles

3. Les grilles peuvent être installées de plusieurs manières, la plus courante étant la pose d'une simple grille verticale; elles peuvent aussi être montées horizontalement, inclinées ou placées dans la base du cours d'eau d'alimentation.

4. Très souvent, on utilise une grille simple, constituée habituellement de barres d'acier de 6 à 8 mm de diamètre, séparées de 20 à 35 mm. Cela suffit à retenir les objets les plus gros. Si des particules plus petites doivent être écartées, on peut alors installer soit une grille supplémentaire dont les barreaux sont plus fins (par exemple, de 4 à 6 mm de diamètre) et plus rapprochés (de 5 à 10 mm), soit un treillis métallique. Cette grille supplémentaire peut être montée dans la grille principale ou être intégrée à l'ouvrage de prise proprement dit.

5. Pour les ouvrages simples, la grille a environ la même surface transversale que la prise d'eau principale. Pour améliorer l'écoulement et assurer que la grille joue son rôle, même quand elle est partiellement obstruée, on lui donne une surface souvent supérieure à celle de la prise d'eau, par exemple avec des grilles inclinées disposées en V ou horizontales (voir la section 2.9 du  manuel 21, La gestion).

6. N'oubliez pas que si la grille commence à s'obstruer, elle risque de diriger l'eau vers les canaux de dérivation et de réduire ainsi l'écoulement destiné à l'alimentation des étangs.

7. On peut nettoyer la grille soit en la sortant des glissières et en la brossant, soit en relevant la partie articulée d'une grille horizontale ou inclinée, ou encore en installant la grille de manière que le courant la débarrasse des saletés.   Il existe également des grilles automatiques, mais l'étude de ces installations spécialisées sort du cadre du présent manuel.

Protection des ouvrages de prise d'eau

8. La protection des ouvrages de prise d'eau peut être assurée de plusieurs manières.

9. Les parois peuvent être protégées par un assemblage plus léger constitué de bambous, de nattes tissées ou de piquets et de planches. Assurez-vous que ce dispositif est bien fixé et ne laisse pas l'eau s'infiltrer derrière: l'érosion risque alors d'être rapide, et l'ouvrage perdrait toute efficacité une fois sa résistance altérée.

10. Des poteaux, des planches assemblées ou des piquets peuvent être plantés dans le cours d'eau ou le long de ses berges; bien placés, ils réduiront l'érosion. Placés en travers au voisinage d'une prise d'eau, ils peuvent aussi faire office de grille rudimentaire en empêchant les débris gros et lourds de s'introduire dans cette zone.

 

11. On peut installer des gabions autour de la prise d'eau, notamment pour détourner l'eau, par exemple en cas de fort courant contre une berge.   12. Les grosses pierres ou les moellons éventuellement disponibles sur place peuvent également être employés. En général, plus les pierres sont grosses, plus la protection qu'elles assurent est bonne.