l.SlIEl=ItDl.SllÉ,J,L. BORDES

20, rue de Madrid75AAB Paris

NDLR: Les discussions surcet article sont acceptées

jusqu'au 1*' mars 20i,A4.

History of the beginningof applied geology todays in France

Geology as we now understand it, appeared at the same periodas started the development of larges dam for waterways, watersupply and energy. It was at the beginning of the industriaiRevolution. Dam builders were educated in a rational way,strongly influenced by mathematics. To appraise the foundationproblem, they were taugth by geologists the complexity ofnatural science. This practice became progressively customarypainstakingiy. Dam construction in larger and larger anddifficult sites, was governed by economical demands andtopographical and hydrological constraints.

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1lREVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUE

N"',l054e trimestre 2003

Histoire des débutsde la géologie appliquéeaux barrages en France

La géologie au sens où nous l'entendons est née à l'aubede l'ère industrielle, à la même époque où commençait ledéveloppement de la construction des grands barragespour la navigation, l'alimentation des villes et laproduction d'énergie. Les constructeurs de baruagesformés à une rationalité technique de plus en plusmathématisée, durent apprendre des géologues lacomplexité propre à toute science de la Nature, pourmieux appréhender les fondations de leurs structures.Cet apprentissage s'est fait non sans difficultés sous lanécessité de construire des ouvrages de plus en plusimportants dans des sites souvent difficiles imposés parla topographie, l'hydrologie et d'autres contraintespropres à la demande économique.

Le présent article a pour objet de retracer les débutsde la géologie appliquée aux barrages depuis leXVIIIe siècle jusqu'aux environs des années 1920, quimarquent le début en grand de l'équipement hydro-électrique du territoire français. C'est au cours de cettepériode que s'étaient forgés les outils techniques qui ontpermis à la communauté technique française derépondre avec succès aux défis qui lui étaient posés.Parmi ceux-ci, il y avait eu la mise en pratique de la géo-logie au service de la construction des grands bamages.

ELes origines de la gëologieetson d,érteloppement(Gouhau, 1987)

WLes grandes dates

C'est dans l'exploitation des mines par le biais de laminéralogie et de la pétrographie, que la géologie a faitson apparition dès le xv' siècle. Elle ne trouvera sonnom et son statut de science à part entière qu'à la findu xvlle siècle, à partir du moment où fut brisé le taboude l'age de la Terre. L'élaboration des rc théories de laTerre I et donc de son histoire avait commencé en effetau XVII" siècle, mais celles-ci se précisèrent au siècle sui-vant avec les æuvres de Gautier (1721), Bourguet (1729),et Buffon (1749 et 1778).

La stratigraphie particulièrement utile à l'ingénieur,fut le résultat des travaux de Nicolas Stenon (1669)quelque peu passés inaperçus lors de leur publication.S'ajoutèrent les apports de Werner (1744) pour la miné-ralogie, Lehmann (1756) sur la formation de la Terre,H.B. Saussure (1,779) sur la description des Alpes,Cuvier (1812) pour la paléontologie, et W. Smith (1816)pour la classification des couches. On doit mentionnerenfin C. Lyell (1830), dont le rôle fut considérable dansl'élaboration d'hypothèses de formation de la Terre,,après celui de Hutton (1788 et 1795)

La géologie moderne naquit très rapidement entre1810 et 1830. Tout au long du rtr'siècle, le recueild'observations et interprétations des scientifiques detoute l'Europe avec chacun leur génie propre, commeles Anglais les Allemands ou les ltaliens, contribuèrentau développement de cette science. Le traité de géo-gnosie de J.F. d'Aubuisson, publié en 1819, présentapour un public averti plus large l'exposé des connais-sances de l'époque sur la constitution physique etminérale du globe terrestre. En 1,849, d'Orbigny publiaune classification des terrains en 28 éTages. L'accumu-lation des observations avait obligé à revoir ia classifi-cation sommairement définie à la fin du xvute siècle.

En 1830 fut fondée la société géologique de France,celle d'Angleterre l'ayant été en 1,827 , après qu'un pre-mier groupe de géologues se fut réuni à Londres dès1807. Le premier congrès international de géologie seréunit à Paris en 1BZB.

WLes premiàres cartes géologiques

Fontenelle dès 1710 avait eu f idée des cartes géo1o-giques à partir des premiers travaux sur les fossiles. Un

atlas minéralogique de la France amorcé par Guettardet Lavoisier fut interrompu par la Révolution. Cuvier etBrongniart publièrent une carte a géognosique > desenvirons de Paris au 1/200 000 en 1811, et datèrent lescouches d'après les fossiles qu'ils y trouvèrent. Leterme de carte géologique apparaît en 1,816, lorsqueW. Smith pubiie une carte en 15 feuilles de l'Angle-terre, du pays de Galles et partiellement et de l'Ecosse àl'échelle d'environ 1/500 000. La carte géologique de laFrance au 1/500 000. sous la direction d'Elie de Beau-mont ne fut complétée seulement qu'en 1841.

,W[enseignement en France

La géologie fut enseignée à partir de 1793, grâce à lacréation d'une chaire au Muséum d'histoire naturelle,dont le premier trtuiaire fut Faujas de Saint-Fond. Elleconstitua la matière d'un cours en 1794 à l'École desmines de Paris fondée en 1783, en 1823 à l'École desponts et chaussées et en 1830 à l'École centrale dès lafondation de cette dernière. Mais cet enseignement a

souvent souffert d'un académisme certain.L'École de géologie de Nancy fut créée en 1908 et

répondait, à f initiatives des milieux universitaires etindustriels de la région, au besoin d'avoir des géo-logues formés en vue de l'application de la géologie à

différents domaines industriels et en particulier minier.C'était aussi la période de développement des aména-gements hydroélectriques. I1 fallait faire le pont entrela demande des ingénieurs de génie civil et lesréponses que pouvait apporter la géologie et fairebénéficier les deux parties des apports de chacune desspécialrtés, I'aspect quantitatif d'un côté, historique etspatial de i'autre.

On devine à la lecture de certains textes duxlxe siècle qu'il y avait une répugnance de la part decertains géologues à sortir du domaine purementscientifique de la géologie. Mais comme l'a écrit JeanGoguel : < I1 n'y a pas - quant à la démarche intellec-tuelle qui s'efforce de dépasser les observations , ce quiest le propre d'une science - une géologie de l'ingénieurqui soit distincte la géologie,, au sens général. 11 y a seu-lement des problèmes plus ou moins locaux, où l'ons'efforce de pousser l'analyse dans un plus ou moinsgrand détail. >

-

Panorama de l' évolutiondes barrages du Moyen Agejusqu'au début du se siàcleen France

ffiLe MoyenAge

En France, la pratique de la construction des bar-rages trouve son origine dans celle des digues desétangs monastiques réalisés dès le haut Moyen Age à

des fins piscicoles. Ils furent rapidement utilisés simul-tanément à d'autres finalités, en particulier énergé-tique, pour faire fonctionner des moulins à blé, puis des

78REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUEN'i054e trinrestre 2003

soufflets de forge et d'autres mécanismes industriels,participant à l'équipement en moulins du territoirefrançais qui atteignit son apogée à la fin du xrrre siècle,et se maintint jusqu'au début du xtx' siècle . La digue deJugon dans les Côtes-d'Armor est un très bel exemplevieux de huit siècles. C'était dès sa construction unouvrage à but multiple qui était utilisé pour la piscicul-ture, âSsura le fonctionnement de deux moulinsjusqu'au début du xxe siècle et d'une forge un peu plusà l'aval. De plus, le plan d'eau ainsi créé, isolait pourpartie le château du seigneur local.

WLa proto-industrie

Le développement à partir du xve siècle du procédéindirect de production du fer, la contrainte de la conti-nuité de la production, l'influence des outils de trans-formation de l'énergie, favorisèrent la réalisation deréservoirs de dimensions non négligeables appelésétangs de forge, qui se multiplièrent aux xvrre etxviue siècles. Ils étaient souvent associés en chapeletafin d'augmenter leur capacité régularisatrice. On dis-pose d'un très riche ensemble de réalisations en France(Berry et Centre, Bretagne et ie pays de Châteaubriand,Châtillonnais, Franche-Comté, Normandie, Périgord,Rhône-Alpes), qui ont été inventoriées dans le cadre del'Inventaire général des monuments et richesses artis-tiques de la France. Il ne faut pas oublier le cas particu-lier des barrages pour les mines, par exemple la diguede la Noie à Poullaouën, qui sont en même temps letémoignage de transfert technologique (du Harz, de laSuède et d'ailleurs) et de f intégration de techniciensétrangers. Les retenues qui existent encore, constituentune très grande partie des plans d'eau français, quidoit-on le rappeler sont à plus de 90 % le résuitat dutravail de l'homme.

ffiDe la construction des canauxde l'Ancien Régimeà la première industrialisation

La politique de construction des canaux, commen-cée sous François I" trouvait sa raison dans la nécessitéde résoudre les difficultés du transport sous l'AncienRégime, en particulier pour assurer le ravitaillement enblé et en bois de chauffage des grandes villes del'époque. Le transport par eau présentait un avantageénergétique tout à fait considérable , par rapport auxautres moyens. Cette politique se traduisit par le primatde la navigation sur les rivières navigables et flottables,bien que leur utilisation énergétique fût loin d'êtrenégligeable. L'alimentation, des canaux à point de par-tage exigea des réservoirs de grande capacité, à partirde la construction du canal de Briare (1642). Le réser-voir de Saint-Ferréol (1675) pour l'alimentation du canaldu Midi avait une digue en terre qui fut la plus haute dumonde pendant quelque trois cents ans . La progressionde la construction des canaux fut néanmoins lente, Lapremière industrialisation accéIéra considérablementson rythme. Le programme de construction s'achemi-nait vers sa fin, lorsque commença le développementdu chemin de fer, dont la concurrence mal maîtrisée futtrès dommageable aux voies navigables.

Dans l'ensemble pour cette période, Ia plupart desbarrages étaient la plupart du temps en terre et de hau-teur modeste tout au plus de 10 m. Toutefois, en 1815on dénombrait en Europe et dans l'Amérique sousinfluence hispanique , 20 ouwages de plus de 20 mètresde hauteur, toujours en service de nos jours, construitpour le plus ancien au xIII" siècle. Leurs finalités, mul-tiples pour certains, concernaient dans l'ordre d'impor-tance, l'énergie, l'irrigation et enfin l'alimentation decanaux pour la navigation (Schnitter, 1994).

W[affirmation des fi nalit és énergétiq uesdans Ia première industrialisation

C'est à Aix-en-Provence que fut construit le premierbarrage-voute de l'ère industrielle, le barrage ZoIa(1854). Destiné en premier lieu à l'alimentation en eaude la ville, il avait aussi une fonction énergétique. Mal-gré la réussite technique qu'il représentait, il passapresque inaperçu, et n'eut aucune postérité immédiate.Dans la région de Saint-Étienne, l'approvisionnementen eau des villes et le soutien des étiages pour les usinesfurent le moteur d'un saut technologique constitué parla construction du barrage en maçonnerie du Furens(1866), qui fut reproduit dans les vallées voisines. Le bar-rage du Furens, le plus haut barrage construit alors parl'homme, devint un modèle pour le monde entier. Cesentreprises furent caractérisées par la maîtrised'ouvrage d'investisseurs privés ou de collectivitéslocales. Dans les Vosges alsaciennes, l'aménagement delacs par surélévation, à la seule finalité énergétique, futégalement le résultat de l'action des associations syndi-cales et des acteurs privés. Enfin, les lacs pyrénéensfurent aménagés par les ingénieurs du génie rural à lafois à des fins d'irrigation et énergétiques.

WffiWI,ffiffi

Les premiers barrages hydro électriquesdans la deuxième industrialisation

C'est dans le cadre de l'utilisation des hautes chutes desAlpes et dans les Pyrénées que furent réalisés les premiersaménagements hydroélectriques à la fin du xrxe siècle.Dans les Alpes,, la demande énergétique des usines élec-trochimiques et électrométallurgiques fut déterminante.Les usines d'éclusée du piedmont Nord du Massif central,avec une finalité commerciale, dont Rochebut (1909) est unmodèle, firent du Massif central un terrain d'expérimen-tation (Les Fades, Miode>; la Bourboule) qui devait trou-ver son aboutissement après 1920. Cette même périodeavait été celle de la construction des premières usines deplaine, Jonage (1899), et sur une grande rivière d'un bar-rage quasi au fil de l'eau Tuilière (1908), conçues toutes lesdeux pour l'alimentation de grosses agglomérations.

WLa crise énergétiquede Ia Première Guene mondialeet la loi de 1919

L'occupation des zones charbonnières du Nord dela France par les troupes allemandes pendant la Pre-

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N"',|054e trimestre 2003

;,'i,:rt'|:tttilt::tit't:11:,:1t1i:::ffiF-ffiiitiiiii Quelques barrages remarquables dans l'histoire en France.Some noteworthv historic dams in France.

Jugon a 1240 La Rosaie Jugon Terre 8,5 2,5Côtes-d'Armor

Saint-Feruéol 5 1675 Le Laudot Revel Hte-Garonne Terre 36 6,7 ClervilleAndréossy

La Noie 6 17 52 Huelgoat Finistère Terre 7 15 1,5 Koenig

ZolaB 1854 L'lnfernet Aix-en-Provence Bouches-du-Rhône Voûte 42 2,5 F. Zola

Le Furens e1 866 Le Furens

,Saint-Etienne Loire Poids 56 1,35 Graeff, Deiocre

La Bourboule 10 1896 La Dordogne La Bourboule Puv-de-Dôme Poids 23 0,5 Tainturier

Jonage 111 899 Le Rhône Lyon Rhône 21 Raclet

Sauviat 1 903 Le Miodex Thiers Puv-de-Dôme Poids 27 0,7 Fay

Tuilière 1908 La Dordogne Bergerac La Dordogne 33 GTM. SGE et Palaz

Rochebut 1 909 Le Cher Montluçon Aliier Poids 50 26 Mialaud

Les Fades 1917 La Sioule Queuille Puy de Dôme Poids 34

I Poids: barrage en maçonnerie, V: barrage en rivière à vanne.2 H: hauteur du barrage au-dessus des fondations.3 Vr: volume de la retenue.4 Cet ouwage n'est cité qu'à titre d'exemple parmi d'autres cas.5 Record du monde de hauteur pour les barrages en remblai.6 Ouvrage désaffecté en 1860, toujours existant.7 La digue de la Noie était un ouvrage original, construit suivant les pratiques du Harz et comprenant une partie amont en enrochements rangés, un noyaucentrâl vertical étanche, une recharge aval en terre.I Premier barrage voûte au monde de l'ère industrielle.1'Record du monde de hauteur de barrage de tout type.10 La ville de la Bourboule fut une des premières en France à être éclairée à l'électdcité.11 L'usine-barrage de Cusset fut l'usine hydroélectrique la plus importante du monde (22 000 CVI après celle des chutes du Niagara (S0 000 CV).

vers 7240

1866

tt+:':'tiltltttttii'ii.iit:::t::lttti'liti:ttiili,*Ætit*tt:'iit;i:it Cattes postales de quatre barrages remarguables du XIII. auPostcards of four noteworthy dams from xutth to xxth centuries.

1909

début du xx" siècle.

80REVUE FRANçAIsE or cÉorccHNIQUEN" 1054e trimestre 2003

mière Guerre mondiale, provoqua une crise énergé-tique de grande ampleur. La prise de conscience de lavaleur des ressources hydroélectriques du pays, déjàsensible depuis 1900, n'en devint que plus forte. Laprospection des sites fut accé\érée. La constructiond'aménagements fut facilitée. Mais cette crise conduisità l'élaboration d'une véritable politique d'indépen-dance énergétique. Elle aboutit pour,rce qui était duvolet hydraulique à une véritable natT-onalisation del'énergie des rivières dont les modalités d'utilisationétaient définies dans la loi du 16 octobre 1919. Elle fut àl'origine de la construction des barrages à finalité éner-gétique dès l'après-guerre mais surtout après 1945. Siles problèmes ne changèrent pas de nature au planqualitatif, le nombre des ouvrages construits enquelques dizaines d'années, le volume moyen des rete-nues, la superficie des bassins versants drainés, la puis-sance installée des aménagements, furent augmentésdans des proportions telles que la réalisation d'équipe-ment hydroélectrique jusqu'alors limité, devint uneactivité tout à fait considérable au plan national. La datede 1920 marque le début d'une autre ère.

EGéologie etbarrages

Les premiàres attentes des ingénieurs

Il n'y a guère de considérations géologiques dansles premiers documents écrits sur l'art des barrages,

comme le traité de l'abbé Bossut (1764), ou l'ouvragede Lalande (1778). Toutefois le traité d'exploitation desmines de Délius traduit de l'allemand (1778), contientun chapitre très intéressant sur Ia construction des bar-rages destinés à faire fonctionner les systèmesd'exhaure des mines. Dans cette synthèse des pratiquesdes zones minières du Harz et de la Bohème, on noteun souci très méticuleux de la reconnaissance des fon-dations, de leur structure pourrait-on dire, qu'on neretrouve pas dans les traités ultérieurs relatifs à la navi-gation intérieure de C.J. Minard (1842), L.C. Maryt1851), professeurs à l'École des ponts et chaussées.Minard allait jusqu'à dire qu'il ne fallait pas s'abusersur le degré d'utilité de la géologie pour aider l'ingé-nieur à prévoir les terrains qu'il allait rencontrer dansles grandes tranchées et souterrains.

Malgré cette discipline encore balbutiante à leur dis-position, les ingénieurs ou plus simpiement les construc-teurs de digues des étangs de forge au xvnte siècle atten-daient de la < géognosie I qu'elle les aidât à trouver descuvettes de retenues étanches, et des carrières de maté-riaux. Dans la pratique des constructeurs de barrage, lapréoccupation d'une bonne approche de l'environne-ment géologique devait être la règle depuis longtemps,,sans être toutefois une pricrité. Le relevé de détall desfouilles du barrage du Lampy effectué en 1779 (Archivesdu canal du Midi), témoigne d'une approche rationnelledes problèmes techniques à résoudre, avant les avancéesfondamentales de la résistance des matériaux dans lesannées 1820 à 1830. Toutefois, l'appréciation de la naturedes couches n'est pas exempte d'erreurs, et celle de leurrésistance relève de la pénétration pius ou moins grandedu pic à rocher dans les terrains rencontrés.

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'1i1'1:':11i,r:t:1ii11:',t111ii1:1;:,tl1iiiiiiii';iiiiii#iËiiæil;iiiiiii netevé géologique des fondations du barrage du Lampy.Geological survey of excavation for foundation of Lampy dam.

81REVUE FRANçAIsE or cÉorrcHNteuE

N" 1054e trimestre 2003

La construction du tunnel de Pouilly (1824-1832) aupoint de partage du canal de Bourgogne fut l'occasiond'investigations très poussées avec un puits de 27,40 mde profondeur, exécuté en 1810, repris en 1B1B et des-cendu jusqu'à 54,60 m de profondeur. Un puitsd'épreuve de 12 m de profondeur, avait été creusé en1752. Le tunnel de 3 330 mètres de longueur,, de6,2 mètres d'ouverture sous 50 mètres de couverture,fut exécuté au moyen de 32 puits verticaux d'attaque,groupés deux par deux à 40 m de distance, chaquegroupe étant esp acé de 200 m. La connaissancedétaillée des terrains s'étendait sur une épaisseur de150 m, divisée en B couches. Les archives du canal auxArchives nationales contiennent des documents icono-graphrques tout à fait remarquables sur Ia zone, dontune carte géologique datant de 1835 à l'échelle du1/25000, signé Lacordaire.

Le tunnel de Pouilly n'était qu'un ouvrage parmiceux nécessaires pour compléter le canal. Cinq bar-rages d'alimentation du bief du point de partage furentconçus en même temps en 1829, dont le barrage deGrosbois qui a posé de très gros problèmes de stabilitédès sa mise en exploitation. Ces ouvrages firent l'objetde deux ensembles d'avant-projets au sens que nousdonnons à ce terme à notre époque. Dans celui relatif àGrosbois, plus de six pages sur cent sont consacrées àla description de la géologie de la zone et de ses consé-quences sur la perméabilité des cuvettes, la circulationdes eaux souterraines ,Ia réalisation des rigoles, et bienévidemment sur la nature de la fondation du barragede Grosbois. Tant pour le calage du niveau du tunnelque pour f implantation des retenues et des rigoles, lagéologie a joué un rôle très important.

Nous avons également trouvé aux Archives natio-nales, des documents géologiques très complets établisde 1846 à 1B4B pour l'étude d'un réservoir à créer àSaint-Bonnet sur le tracé du canal de la Marne au Rhin.Le réservoir fut abandonné à cause des craintes étayéespar l'étude géologiques concernant l'étanchéité de lacuvette.

Le problème des moyens de reconnaissance

Les difficultés qui surgirent lors des travaux vinrentde l'expérience très insuffisante acquise à l'époque, etde l'absence d'outils de connaissance des propriétésmécaniques des matériaux, l'ignorance du rôle de }apression de l'eau dans les sols, qui ont conduit les ingé-nieurs à se méprendre sur la résistance et le comporte-ment à attendre du terrain de fondation (Bordes, 1999).

La pratique de la géologie dans les barrages s'estheurtée pendant long[emps à la faiblesse des moyens dereconnaissance. Durant une longue période, ceux-cifurent limités à des puits et galeries chaque fois que celaétait possible et que l'impofiance de l'ouwage le justifiait,ce qui fut exceptionnel jusqu'à la fin du xrx. siècle.

Les sondages bénéficièrent d'abord des progrès faitsdans les recherches de nappes artésiennes à la fin duxvute siècle et au début du xtx' siècle. La profondeur de500 m fut atteinte peu après 1840 au forage artésien deGrenelle. Mais ce n'est qu'au début du xx" siècle et plusparticulièrement après 1920, grâce à la prospectionminière et pétrolière, que la géologie appliquée au géniecivil put disposer de moyens efficaces de reconnais-sance, et tout particulièrement d'outils de prélèvement.

Bien que la pratique des reconnaissances fut recom-mandée avec insistance depuis des temps aussi toin-tains que celui de Perronet en 1769 et probablementavant, les maîtres d'ouvrage arguant des corlts et desdéiais, ont toujours cherché à réduire ce type dedépense, au risque de ne pas avoir les informationsrequises.

C'est ainsi que la première coupe géologique du sitede Bouzey de 1876 est déclarée inadéquate par les ingé-nieurs à la lumière des conditions du premier accidentde 1884, accident du à la nature des fondations et àl'effet des sous-pressions dont le rôle à l'époque étaittrès mal compris. Pendant les travaux de constructiondu mur parafouille, une coupe géoiogique avait étédressée en 1879. Elle put être précisée par un puits de 17m de profondeur creusé au droit de la zone endomma-gée en 1884. La figure 3 donne ]a coupe du terrain sousle barrage, et indique la posrtion et l'ouverture des fis-sures, après le déplacement vers l'aval d'une partie dubarrage. La lecture des rapports des ingénieurs reiatifsà cette affaire montre que la géologie n'était pas assezintégrée à leur pratique. on peut penser que les progrèsdans les rnéthodes de calculs, l'amélioration constantedes matériaux de construction ont détourné ies ingé-nieurs de l'observation de l'environnement géoiogique,et du comportement des ouvrages. C'était une régres-sion par rapport à la démarche des ingénieurs du canalde Bourgogne, cinquante ans plus tôt. Ils ont eu l'illu-sion vite dissipée que ies problèmes de fondations pou-vaient être résolus comme ceux du corps du barrage.L'ère des laboratoires, qui allaient permettre de garderou de retourner à une approche expérimentale, avaittout juste commencé (Bordes, 2000). Les ingénieurs,français plus spécialement, très marqués par leur for-mation mathématique, avaient des difficultés pour com-prendre la complexité des données de la nature.

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barrage de Bouzey dans la zone rompue en1BB4 (Le Génie civil, tome XXXI, no 12,1,897 , p. 187).Geological section of the foundation of Bouzevdam in the vicinity of the rupture in 1884.

82REVUE FRANçAIsE oe cÉorecrNreuEN'1054e trimestre 2003

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WLa gëologi e appliqué,e devientde plus en plus importanteà la fin du xH'et au début du xx'siècle

Nous avons décrit au début de l'article, l'évolutionde la construction des barrages suivant une périodisa-tion qui s'articulait sur les différents épisodes del'industrialisation. L'histoire technique de la conceptrondes barrages peut être divisée en une grande périodeallant du début du xvute siècle jusqu'à la réalisation duFurens (1866), puis une phase s'étendant jusqu'à ladeuxième rupture de Bouzey (1895), suivi par unepériode dont la limite peut être fixée à la parution de lacirculaire ministérielle de 1923 sur les barrages degrande hauteur. 11 ne nous semble pas possible de défi-nir une périodisatlon similaire des étapes de l'évolutionde la géologie appliquée aux barrages, à cause de lanature même de scriptive et synthétique de cettescience. 11 faut donc rechercher les apports des géo-logues, dans le cadre des demandes qui leur ont étéfaites, des épisodes particulièrement significatifs. Toutau long du xlxe siècle, le nombre de grands barrages(hauteur supérieure à 15 m au-dessus des fondations)construits en France est modeste : 36 au total, à peineplus d'un tous les trois ans. Beaucoup ne posèrentaucun problème particulier de fondations. Mais peuavant 1900, le développement de l'hydroélectricité etcelui de l'alimentation en eau des villes, changèrent defaçon très sensible les données du problème. Ils obli-gèrent les ingénieurs à prendre en considération dessites de plus en plus importants et, par là même, deplus en plus complexes au plan géologique. L'équipe-ment hydroélectrique en montagne avec toutes lesdérivations et conduites associées fut un facteur

Sondaoe à la minelcalcaire liasioue durun oeu siliceux)

d'amplification des problèmes. Trois nous semblentparticulièrement offrir des enseignements ayant valeurd'exemple.

o Le site de Serre-Ponçon fut inventé dès 1856 pourprotéger la vallée contre ies crues, année au cours delaquelle des premiers sondages peu profonds (moinsde 10 m) furent exécutés. Des études et reconnais-sances furent entreprises à partir de 1897 , cette fors-cipour alimenter les zones irriguées de la Provence. Lesite était caractérisé par l'existence d'un sillon alluvialtrès profond dont la profondeur était sans cesse esti-mée à la hausse au fur et à mesure de l'avancement dessondages très difficiles à exécuter à cause de l'insuffi-sance technique des moyens de l'époque. Alors quel'on croyait avoir trouvé le rocher à 42 m de profondeuren 1899, ie projet de barrage est repoussé à plus tard,bien que des études fussent continuées. En 1910 avec lacréation de la société pour la régularisation de iaDurance pour produire de l'électricité, Les études et lesreconnaissances prenaient un nouveau départ. Unpuits de 63,10 m fut creusé et des sondages à partlrd'un rameau de 75 m de long sont exécutés en 1913.Malheureusement un accident provoqua l'envahisse-ment par les eaux et stoppa les reconnaissances (Fig4). De nouveaux sondages en discussion dès 1913immédiatement après l'accident, he purent être exécu-tés qu'en 1.925. Ils conduisirent à l'abandon provisoiredu site en 1927 . Des études furent timidementconduites en 1941. En 1947 reconnaissances et étudesreprirent jusqu'à la réalisation de l'ouvrage, dont cer-taines suivant le schéma prévu trente ans plus tôt (son-dages rayonnants à partir du puits de reconnaissance).Le nom d'lvan Wilhelm doit rester associé à cetteæuvre. Il en fut le premier projeteur, défendit le projettout au long de sa vie, et eut la chance au soir de celle-ci de voir le début des travaux.

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D'après le plandresse par i'rngenieur ordinaire Simon,le 4 avril 1913AN F/10/4460

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l 83REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUE

N" 1054e trimestre 2003

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Dès la fin du xix" siècle, Zurcher assisté d'autres géo-logues travailla en vue de déterminer la structure dusite et en particulier la géométrie du sillon alluvial, et lerégime des nappes. Kilian examina le site en 1917, eTparticipa à l'interprétation des données recueillies aucours des reconnaissances, ainsi qu'à la définition desreconnaissa nces ultérieures.. Le barrage de Génissiat fut proposé pour la premièrefois en 1902, par Blondel Harlé et Mahl, si on ne tientpas compte des propositions un peu utopiques de la findu xvrrr" et du début du xrx" siècle. Le but était d'ali-menter la région parisienne en électricité. Sa faisabilitéfut mise en question à cause de l'épaisseur du remplis-sage alluvial du sillon et de sa profondeur estimée enrelation avec la tectonique du site, ainsi que le risquedes circulations potentielles d'eau dans le massif cal-caire dans lequel était inscrite la retenue. Martel le spé-Iéologue bien connu, Lugeon le grand géotogue suisse,et Kijian, effectuèrent plusieurs missions, et rédigèrentde nombreux rapports à partir de 1910, dans Ie cadred'une commission géologique constituée d'abord pourla connaissance du site de Bellegarde puis de celui deGénissiat. Plusieurs techniques de reconnaissancesfurent mises en æuvre au cours des années qui furentnécessaires pour faire ies études.. Le barrage de Dardennes a été conçu pour l'alimen-tation en eau de Ia ville de Toulon. Il fut mis en eau en1914. Les problèmes d'étanchéité exigèrent Ia réalisa-tion d'une coupure étanche en prolongement du bar-rage au moyen d'un masque de 2,1m d'épaisseur et de170 m de longueur, complété par des injections dansdes forages exécutés à la barre à mine (Fig. 5). Les géo-logues Bertrand, Zurcher, Vasseur et Kilian furentappelés en consultation.Pour tous ces ouwages, nous n'avons fait qu'effleurerIes problèmes. Notre propos n'est pas d'en faire I'histo-rique, mais de montrer que ceux-ci constituèrent desétapes qui ont marqué l'évolution de la géologie appli-quée aux barrages. Sur deux de ces sites les plusimportants, études et travaux s'étendirent sur plusieursdizaines d'années. Ces sites constituèrent de véritablesIaboratoires au sens que nous donnons à ce mot, oùs'élaborèrent des méthodes d'observations et de recon-naissances. Ingénieurs et géologues apprirent à mieuxcollaborer. Les premiers apprirent des seconds à pen-ser à trois dimensions et à intégrer ie temps dans leursanalyses, les seconds à comprendre le souci de modéli-sation et de dimensionnement des premiers. Le oéo-logue spéciaiiste des barrages est né-au début du sièclepassé. M Lugeon (1870-1953) estimait que sa généra-tion en avait été témoin.

rerLes injections (Glossop, 1 960- 1961)

La technique des injections est associée à la géo1o-gie des barrages. Celles-ci furent dès 1805 un desdomaines privilégiés de l'innovation des techniciensfrançais dans le génie civil. Mais pour les barrages enmaçonnerie fondés sur le rocher, elles se dévelop-pèrent seulement à partir de 1893 aux États-Unis aprèsun premier essai en 1876 en Angleterre. Elles ne devin-rent une pratique courante que peu avant Ia PremièreGuerre mondiale. M Lugeon définit les premièresrègles pour conduire les injections dans le rocher.

L'injection des terrains meubles s'est développée àpartir des techniques de fonçage des puits de mines

dans la traversée des terrains superficiels au début duxxe siècle. Le tube à manchette inventé par Ischy datede 1927 . Il fut mis en æuvre pour l'injection des sablesde Bou Hanifia en Algérie dès 1934, dans les fondationsdu batardeau de Génissiat en 1936, dans celles dubatardeau du Sautet en 1937, avant d'être utilisé avecle succès que l'on sait à Serre-Ponçon dans lesannées 50.

EEn conclusion,l'evolution après 1920

Les maîtres d'ouvrage et maîtres d'æuvre, adminis-trations, sociétés d'électricité, bureaux d'études, avarentfait appel aux géologues universitaires à la fin duxtxe siècle" L'école grenobloise était particulièrementbrillante. Nous avons déjà cité le nom de W. Killian quiintervint sur les sites de Serre-Ponçon, Génissiat etDardennes, auxquels succédèrent P. Lory, M. Gignouxet Reynold Barbier. L'administration eut ses spécia-listes comme Zurcher au début du siècle passé. Lessociétés d'électricité eurent souvent leur propre géo-logue. EDF créa un service géologique en 1946 dont lepremier responsable fut J. Crosnier-Leconte. Des spé-cialistes étrangers intervinrent lorsque ce fut néces-saire. Le nom de Maurice Lugeon qui fut conseilier àGénissiat et sur de nombreux autres sites en Francen'est pas le moindre.

Malgré les exemples que nous avons cités, etl'ancienneté de certains, la géologie n'était pas le pre-mier souci des ingénieurs constructeurs de barrages.Ce fut un long apprentissage à cause de la naturemême des problèmes géologiques qui empêchent lesgénéralisations abusives et donc le dogmatisme. Seulel'expérience enseigne. I1 faut donc du temps. Ce nepouvait être qu'à partir d'un grand développement desconstructions hydroélectriques dans le cas de la Franceque pouvait se constituer un savoir-faire. Plusieursauteurs le soulignent. L. Bertrand dans son article de1930 à l'occasion du centenaire de la société géologiquede France, détaillait quels pouvaient être les apports dela géologie. Les livres de M. Lugeon (1933) et deM. Gignoux et R. Barbier (1955), en dehors de l'expé-rience technique qu'ils présentent et des enseigne-ments qu'ils en proposent, sont de véritables livres del'histoire technique de la géologie. Car comme lesauteurs l'expliquent très bien, l'accumulation d'obser-vations est indispensable pour constituer un outil tech-nique qui puisse aider l'ingénieur. Le côté naturalistedu géologue est un apport essentiel pollr f ingénieur.Cette expérience fut dans le cas particulier de la France,enrichie de celle acquise outre-mer par les ingénieursfrançais. LJne mention spéciale doit être faite de l'expé-rience algérienne qui dans les années 20-40 fut excep-tionnellement féconde dans le domaine de la géologieet de la mécanique des sols. Les conditions très diffi-ciles des sites obligèrent les ingénieurs à se surpasser,ce qui bénéficia par la suite à la métropoie.

La résolution du problème de la seule étanchéitéauquel fut souvent limitée la question première desingénieurs, fut dépassée. Au fur et à mesure de l'aug-mentation de la taille des ouvrages, la connaissance dela structure géologique des sites et des conditions desa formation, a aidé les ingénieurs à comprendre lefonctionnement mécanique de la fondation des bar-

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J- Jurassique Fla. Croquis schématique de la disposition des divers terrains aux alentours du barrage et du masque.

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b. Coupe géologique schématique suivant le barage et le masque.

Données géologiques du site du barragede Dardennes (Le Génie civil, tome LX[V,no 25, 1974, p. 492).Geological data of Dardennes dam site.

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c. Coupe du masque.

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ooO-lffiPrincipalescaractéristiquesdesbarragescitéspourlagéologieetlesinjections.

Main features of mentionned dams for geology and injection.

Le Lampy 1782 Le Lampy Carcas son ne Aude Poids Garipuy Le site avait été repérécelui de Saint-Ferréol

et mis en balance avecdès les années 1670.

Grosbois 1 B3B La Brenne Dijon Côte-d'Or Poids 22 q2 Lacordaire Lacordaire Les études géologiques concernèrenti'ensemble de la zone concernée par les cinqbarrages d'alimentation du point de partage.On peut penser que les recherches de carièrespour Ia chaux hydrauliques dans la zone ontaidé à la connaissance géologique.

Bouzey 1 BB1 L'Avière Epinal Vosges Poids 22 7,1 Frécot Nous n'avons pas trouvé de nom d'un géo-logue ou d'un ingénieur ayant acquis une com-pétence dans ce domaine, qui fut l'auteur desdocuments géologiques que nous avonsconsultés.

Dardennes 1912 Dardennes Toulon Var Poids 35 1,1 Boutan BertrandKilian

VasseurZurcher

Bou Hanifia 1 938 Hamman Bou Hanifia Algérie Enrochementet masque

amont

Drouhin et al. FalconnierLombardLugeon

Savornin

Site géologique exceptionnellement difficile.La retenue fut mise en eau à partire de 1941.Noter l'appel qui a été fait à Terzaghi commeexpert pour les problèmes de mécanique dessols.

Génissiat 1948 Le Rhône Annecy AinHaute-Saône

Poids 104 56 KilianLugeonMartel

Etudes commencées en 1902, mais les étudesgéologiques, ne commencèrent vraiment quevers 1910. Les noms des géologues cités sontceux qui intervinrent avant 1920.

Serre-Ponçon 1960 La Durance Gap Hautes-Alpes Terre 129 1270 Wilhelmfi usqu'en 1913)

Les géologues cités sont ceux qui sont interve-nus jusqu'en 1917 . L'importance des donnéesgéologiques du site a exigé de faire appel auxmeilleurs experts pendant une période très!longue.

KilianZurcher

rages avant d'en arriver à une modélisation avec l'intro-duction des paramètres mécaniques donnés par iamécanique des roches, à partir des années 60.

Si la connaissance géologique des sites était une despréoccupations des constructeurs de barrages dès ledébut de leur activité, avant même que celle-ci ne fûtconstituée en science, son déveioppement fut l'aboutisse-

WLes références qui ont permis d'écrire cet

article sont en nombre assez conséquent.Nous n'avons indiqué que les plusimportantes ou les plr-rs significatives.

Archives du canal du Midi au service de lanavigation Midi-Garonne, bordereau407, pièce 4,plan de fouille et relevégéologique avec indication de la gr-ralitédu roch er, 14 nai 1779.

Arcl'tives nationalesCanal de Bourgogne :

Tunnel de Pouilly et données géolo-giques, Cartes et plans F1a10089/3, etcartons F146861. F146868.

Barrage de Grosbois, carton F146861, rap-ports de Bonnetat du 12 juillet 1B2B etde Lacordaire du 1c'" lrlars 1829.

Barrage de Bouzey, cartons F14 13056-13057, Canal de l'Est, rupture de ladigue de Bouzey,1891-1BgB, se référeraLlssi aux articles du Génie civil desannées 1895 et 1897.

Barrage de Serue-Ponçon, cartons F1i,4458à 4460.

Ar-rbuisson de Voisir-rs J.F. [d') - Traité cleGéognosie. Strasbourg, Levrault, Paris,M. le Prince, 1819, 2 vol., LXI-490p. 1 pl, 665 p.,1pl"

Bertrand L. - rr Du rôle de la géologie dar-isIes études d'ar-r-rénagem ents l-r5zdroélec-triques >. Volttn'te jubilaire cle Ia Sociétégéologique cle France c-élébrant lel00"anniversaire 1830-1930, Paris,Société géologiclue de France, 1930,p. 102-118.

ment d'un processus historique. Son application à laconstruction des barrages ne fit des progrès que sousl'effet d'une demande croissante résultant de l'équipementdu pays. Elle fut d'autant plus féconde qu'elle se situa dansle cadre d'une coopération entre les différents acteurs etde transfert technologique des disciplines connexes et descommunautés techniques des pays voisins.

Bordes J.L. - rr Aperçu historique sur lanotior-t de pression de l'eau dans les solset les milier-rx fissurés dr-r tvut.' au xx"siècles en France). Revue française degéotechniqtte, n" 87, juin 1999, p. 3-15.

Bordes J.L. - cr Regard sur le passé de lagéotechnique r. Revue française clegéotecltnique, no 91, juin 2000, p.13-26.

Bordes J.L. - Mobilisation et régularisationdes ressolu'ces en eau, Ies barrages-réservoirs du milieu dtt xvttt,' sièclc- audéltut du xX" siècle en France. Thèsepour le doctorat d'histoire de l'univer-sité Par"is I Panthéon-Sorbonne, sousla direction de Denis Woronoff, soute-nue le 22 novembre 2002. XI-XLV-589,34 p.

Bossut (Abbé) et Viallet - Rech erches sur laconstrttction Ia plus avantageuse desdigLles. Paris, Ch. A. Jombe rT, 1764,1 vol., 60 p., 7 pl.

Boutain, Veilhan, Mercier - tr Constructior-rdur barrage de Dardennes )) . Annalesdes Pot'tts et ChaLrssées, 9e série,tomeXiX, janv.-fév. 1914, p. T-74.

Delius C.F. - Traité sllt' la scrence cle|'exploitation des ntines. Traduit del'allemand, Pl-iilippe-Denys Pierres,Paris, 1778,2 vo|., XXIJ-519 p., 11 pl et454 p., 25 pl., tome 1, chap 10 rr De Iaconstruction des étangs )), ll. 123-150.

Dumas A. - rr L'aménagement hydrauliquedu Haut Rhône français, transportélectriclue de son énergie à Paris >. LeGénie civil, tome LXI, no 11, 13 juillet1912, p.214-222.

Dumas A. - ( Barrage-réservoir de Dar-

dennes pollr l'alirnentation en eaLl de iaville de Toulon >., le Génie civii, tomeLXIV, no 25, 18 avril 1914, p. 489-a93.

Gignoux M., Barbier R. - Géologie des bar-rages ef des aménager77er7ts hydrau-liques. Paris, Masson et Cie, 1gSS,1vol.,343 p.

Glossop R. - < Tl-ie invention and develop-ment of injection processes ). Part I:1802-1850, Géotechnique vol. 10, Sept.1961, p 91-100 ; Part II: 1850-1960, Géo-technique vol . 11, Déc. 1962, p. 2SS-ZTS.

Goguel J. - Application de la géologie attxtravaux de l'ingénieur^. Masson & Cie,Paris 1967 ,1 vol., 376 p.

Gol-rau G . - .tJne

l'tistoire de la géologie.Paris, Le Seuil 1990, 1 vol. , ZTB p.

Lalande J.J. (de) - Des canaux de naviga-tion et spécialentet'tt du canal du Lan-gttedoc. Vve Desaint, Paris, 1TTB,réédité en fac sin-rilé pour APAMP Tou-louse, Grenoble Eurornapping, 1996,1 vol., XIX-586 p., 14 pl.

Lugeon M. - Barrages ef géologie. Réédi-tion de l'ouvrage publié en 1933, par laSociété suisse de mécaniqr:e des sols etdes roches, Montreux 1979, 1 vol.,138 p., 63 photos et 1 carte en horstexte.

Schr-ritter N . - A ltistoty of darns, the Lrsefir/pyrantids. Rotterdaln, Balkem a, 1994,l vol .,266 p.

Wilhelr-r-r I. - La Durance, étude de l'utilisa-tion de ses eaux et de l'arnélioratior-r ileson régime par la création de barrage.Paris, Laveur, Marseille, Jouvène, 1913,1 vol., 360 p.

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