Évolution des grands barrages en régions arides : quelques exemples algériens

ARTICLE

Auteur(s) : Boualem Remini¹, Christian Leduc², Wassila Hallouche³

¹Département des sciences de l’eau et de l’environnement Faculté des sciences de l’ingénieur Université Saad-Dahlab-Blida Route de Soumaa BP 270, Blida Algérie
²IRD, UMR G-EAU 361, rue J.-F.-Breton BP 5095 34196 Montpellier cedex 05 France
³Laboratoire de recherche eau, roche, et plante

Depuis plusieurs décennies, la demande en eau dans le bassin méditerranéen est en forte hausse, du fait, notamment, de la croissance démographique, de l’extension des surfaces irriguées, du développement de l’industrie et du tourisme [1]. Cela induit une forte baisse du volume disponible par habitant, alors qu’en 1995, la demande en eau représentait déjà 54 % des ressources en eau exploitables [2]. Pour faire face à une demande toujours croissante, et à son pic estival qui correspond à une période de pluie quasi nulle, l’homme a comme principale alternative le recours à l’eau stockée soit naturellement dans les aquifères, soit artificiellement dans les barrages.

Pour de multiples raisons, la priorité a souvent été donnée aux barrages. Cela peut s’expliquer par des conditions hydrogéologiques trop mal connues ou peu favorables, mais aussi par la réalisation conjointe d’un autre objectif comme la protection contre les inondations ou la production d’électricité. Les considérations non scientifiques ne doivent pas non plus être oubliées : le goût des ministres pour les grands ouvrages, tels les barrages, qui, plus visibles que de petites réalisations, offrent facilement matière à inaugurations ; la préférence des autorités pour une gestion centralisée de la ressource, etc. [3].

Les 57 grands barrages algériens permettent un stockage de 6,8 Gm³ ; ils sont 119 au Maroc pour un total d’environ 15 Gm³ et 23 en Tunisie pour un total de 1,6 Gm³. Le plus ancien de ces grands barrages, celui de Sig en Algérie, date de 1846 mais la plupart ont été réalisés dans les 40 dernières années. Ces valeurs de stockage potentiel peuvent être comparées à la demande en eau annuelle : 4,8 Gm³ en Algérie, 11,5 Gm³ au Maroc et 2,9 Gm³ en Tunisie.

Malgré son homogénéité d’ensemble, le paysage méditerranéen du Maghreb frappe par son morcellement à l’échelle locale : les bassins-versants sont très nombreux et leurs conditions environnementales (topographie, géologie, végétation, etc.) changent rapidement sur de faibles distances. Avec un climat qui va de semi-aride à aride, l’Afrique du Nord a peu de grands fleuves et une part importante de l’écoulement transite par des rivières non permanentes. L’implantation des barrages dans des contextes très variés explique que leur durabilité (notamment sous le double aspect de l’envasement et des fuites) doit d’abord être analysée au cas par cas, tout comme les mesures prolongeant leur vie. Fondé sur des exemples algériens, cet article souhaite illustrer la diversité des problèmes rencontrés par les grands barrages du Maghreb. Les petits barrages, bien plus nombreux, sont souvent implantés en complément des grands ouvrages, mais nous n’aborderons pas ici les questions qui leur sont spécifiques, souvent traitées ailleurs [4].

Envasement des barrages

De plus, la très grande variabilité spatiale se double d’une variabilité temporelle encore plus forte. Dans un même bassin, le transport solide peut fluctuer de plus de deux ordres de grandeur selon les années ou les mois. Ainsi, les apports solides annuels du bassin de l’Oued Mouilah (2 650 km²) ont varié de 6 à 1 038 t/km² par an entre 1978 et 1987 [7]. Les apports mensuels du bassin de l’Oued Haddad (470 km²), moyennés sur 22 ans, ont varié de 0,03 à 50 t/km² [8]. Cette hétérogénéité se retrouve également à l’échelle événementielle : les quelques événements les plus violents sont responsables de l’essentiel de l’érosion annuelle. Les fortes crues peuvent transporter des charges de sédiments en suspension supérieures à 100 g/L (comme dans le bassin de l’Oued Berd [14] ou celui de la Haute Tafna [15], voire 250 g/L dans l’Oued Isser [14]). Cette forte concentration se manifeste surtout pendant l’automne, succédant à la période estivale pendant laquelle les oueds sont à sec. Le plus souvent, il convient de rajouter la partie charriée du transport aux chiffres précédents.

L’une des conséquences immédiates de l’érosion est la sédimentation dans les barrages. Le premier barrage construit en Algérie, Sig en 1846, a été abandonné à cause de son envasement rapide et de sa faible capacité initiale (1 Mm³). En 1957, les barrages d’Algérie avaient une capacité totale de 900 Mm³, dont 200 déjà occupés par les sédiments [16]. En 1962, les 16 grands barrages en exploitation représentaient une capacité de 1,3 Gm³ et un envasement de 240 Mm³. Depuis lors (figure 1), l’envasement n’a cessé d’augmenter dans ces 16 barrages pour atteindre 492 Mm³ en 2006, soit une perte de capacité de 38 %.

Pour actualiser et préciser les estimations anciennes, nous avons exploité les levés bathymétriques effectués par l’Agence nationale des barrages (ANB) en 2005 et 2006 sur les 57 grands barrages des cinq bassins hydrographiques d’Algérie (figure 2 et tableau 1). En 2006, le volume total de vase est estimé à 1,1 Gm³, soit un comblement de 16 % de la capacité totale de 6,8 Gm³. L’envasement moyen est donc de 45 Mm³/an, ce qui correspond à une perte de capacité de 0,65 % par an [17]. Le tableau 2 des 18 barrages les plus envasés souligne la forte variation de l’envasement d’un site à l’autre, en fonction de l’intensité de l’érosion dans le bassin (liée à la géologie, à la pente, au couvert végétal, etc.), de l’âge de l’ouvrage, mais aussi des éventuelles mesures de protection à l’amont ou des opérations de dévasement déjà effectuées. La figure 3, tirée de [18], cartographie le taux de comblement moyen (T), qui est la perte annuelle de capacité d’un barrage (en %) par envasement, selon quatre catégories depuis le comblement faible (T < 0,5 % par an) jusqu’au très fort (T > 3 % par an).

De plus, l’envasement a beaucoup varié durant la dernière décennie. Ainsi, la comparaison des nivellements de 1986 et 2006 montre un doublement des taux d’envasement pour les barrages de Djorf Torba et Ksob, passant de 1,3 à 2,6 Mm³/an et de 0,3 à 0,6 Mm³/an respectivement. Cette hausse spectaculaire, qui n’est pas observée de manière uniforme, serait une conséquence de la sécheresse des années 1990 : le couvert végétal ainsi diminué et les sols dégradés auraient mal résisté à un retour des pluies et crues violentes des dernières années, causant une forte ablation de la couche superficielle du sol et favorisant une forte érosion.

Tableau I Liste des barrages en Algérie.

Mesures de lutte contre l’envasement

L’Algérie a été parmi les premiers pays du monde à pratiquer la surélévation des barrages. Depuis 1850, 94 Mm³ ont ainsi été récupérés dans neuf barrages (dont les trois quarts après 1950). Cette valeur reste, cependant, minime en comparaison de la rapidité de l’envasement. De plus, cette technique qui implique de lourds travaux de génie civil ne peut être envisagée partout. L’essentiel du contrôle des sédiments de barrage repose donc dans les différentes techniques de dévasement.

Dragage des barrages

Chasse des sédiments

• – la vidange annuelle du barrage (dite chasse espagnole) ;
• – l’ouverture périodique des vannes de fond ;
• – le soutirage des courants de densité.

La première technique consiste à vider le barrage en début d’automne, laisser les vannes ouvertes et attendre que les premières crues enlèvent les vases non encore consolidées. Cette méthode n’est pas adaptée aux régions semi-arides où l’on souhaite réaliser une gestion interannuelle des ressources en eau.

La deuxième technique est l’ouverture périodique des vannes de fond. Elle est indispensable pour enlever les dépôts vaseux près des pertuis de vidange, mais peu efficace au-delà. Les premières tentatives d’évacuation des sédiments par la vanne de fond ont été effectuées au barrage d’Oued El Fodda en 1937 et en 1939, malheureusement sans grand succès puisqu’en 1948 les vannes de fond étaient complètement obturées. Cette méthode n’est actuellement pratiquée que dans le barrage de Beni Amrane. Ses six vannes de fond ont évacué environ 3 Mm³ de vase entre 1988 et 2000, soit environ 26 % des sédiments entrants.

La troisième méthode, probablement la plus efficace, est le soutirage des courants de densité par des vannettes de dévasement. La majorité des retenues en Algérie se prêtent à la mise en œuvre de cette technique. En effet, la forte concentration en sédiments dans les cours d’eau en période de crues et la forme allongée (de type canal) de la plupart des barrages donnent naissance à des courants de densité à l’entrée de la retenue, pouvant se propager jusqu’au pied du barrage [10]. L’ouverture des vannettes au moment opportun peut évacuer une forte quantité de sédiment. Cette méthode, pour l’instant appliquée seulement dans les barrages d’Ighil Emda, Oued El Fodda et Erraguene, a permis de se débarrasser d’environ 100 Mm³ de vase. Pour résoudre le problème de l’obturation de la vanne de fond du barrage d’Oued El Fodda (actuellement sous 45 m de vase), cinq vannettes de dévasement ont été installées en 1961. La retenue avait une capacité initiale de 228 Mm³ (1932), réduite progressivement à 127 Mm³ en 1994, malgré un dévasement de 45 Mm³ entre 1961 et 1994. Le barrage d’Ighil Emda, mis en service en septembre 1953, est probablement l’un des premiers au monde à être équipé d’un dispositif approprié au soutirage, constitué de huit vannettes de faible diamètre et de trois vannes de dégravement. La capacité initiale de la retenue, 156 Mm³, a été réduite progressivement à 96 Mm³ en 2000, malgré 47 Mm³ de vase évacuée en 44 ans. Le barrage d’Erraguene comporte quatre vannettes de dévasement et deux vannes de dégravement. Environ 9 Mm³ de sédiments ont été évacués entre 1962 et 1992.

Protection antiérosive à l’amont

Pertes en eau des barrages

L’ANB réalise des mesures quotidiennes d’évaporation dans 39 grands barrages d’une capacité totale de 3 800 Mm³. L’évaporation maximale, 350 Mm³, a été enregistrée en 1992-1993 et la minimale, 100 Mm³, en 2001/2002. La moyenne annuelle sur la période 1992-2002 est de 250 Mm³, soit 6,5 % de la capacité totale (figure 4). Ces observations permettent d’identifier clairement un gradient d’évaporation : dans la zone littorale (à moins de 50 km de la mer), l’évaporation annuelle est inférieure à 0,5 m ; dans une bande intermédiaire (entre 50 et 150 km de la côte), l’évaporation est comprise entre 0,5 et 1 m/an ; plus au sud, l’évaporation dépasse 1 m/an. Les 57 grands barrages actuellement exploités se trouvent essentiellement dans les zones littorale (24) et intermédiaire (25) ; seuls huit se trouvent au sud. Le barrage de Djorf Torba, dans le sud-ouest algérien, illustre l’importance de l’évaporation : sur la période 1992-2002, la reprise évaporatoire dépasse toujours le volume destiné à l’irrigation et à la consommation domestique (figure 5).

L’ANB suit depuis 1992 les fuites dans 22 barrages, mais, jusqu’à ce jour, aucune analyse détaillée n’a été réalisée. Dans certains cas, les fuites sont tellement importantes qu’un réseau de collecte récupère à l’aval les eaux perdues et les réorientent vers les terres agricoles. Selon les années, le volume total perdu par infiltration a varié de 20 à 75 Mm³. Les volumes perdus plus faibles sur la période 1998-2002 s’expliquent simplement par l’assèchement de plusieurs barrages durant cette période de pluies déficitaires (figure 6). Les trois barrages qui perdent le plus d’eau, Ouizert dans l’ouest, Djorf Torba et Foum El Gherza dans le sud, méritent d’être détaillés.

Le barrage de Ouizert, d’une capacité de 100 Mm³ et mis en exploitation en 1986, est destiné à transférer l’eau vers le barrage de Bouhanifia à l’aval. L’implantation du barrage sur un site fissuré favorise les fuites, notamment à travers la rive gauche. Les pertes dépassent 20 Mm³/an en année « humide » et 5 Mm³/an en année « sèche », soit un total de plus de 140 Mm³ sur la période 1992-2002, ce qui est plus élevé que le volume transféré vers le barrage de Bouhanifia (figure 7).

Au contraire du barrage de Ouizert, le barrage de Djorf Torba montre une évolution significative dans le temps (figure 8). Mis en exploitation en 1963 avec une capacité de 350 Mm³, ce barrage a connu sa perte maximale, 18 Mm³, en 1994-1995. Depuis lors, la baisse régulière des pertes s’expliquerait par l’augmentation des dépôts dans la retenue, colmatant progressivement les fissures. Une évolution identique, mais de moindre ampleur, est observée dans le barrage de Foum el Gherza (47 Mm³, mis en exploitation en 1950) coupant l’Oued El Abiod. Son implantation sur du calcaire mæstrichtien fissuré a permis des fuites allant jusqu’à 5 Mm³/an (figure 8). Là encore, il est probable que l’envasement a contribué à ralentir les pertes avec le temps.

L’abondance des séries carbonatées dans tout le nord du Maghreb explique que les réseaux karstiques y soient très nombreux et que les risques de perte des eaux de surface, dans le lit des oueds comme dans les retenues, soient fréquents. S’il est possible dans un certain nombre de cas, comme Djorf Torba et Foum el Gherza, d’espérer un colmatage progressif des fissures fines avec le temps, une telle évolution n’est pas du tout systématique. En particulier, lorsque le réseau karstique comporte des conduits de grande taille, la sédimentation en fond de retenue n’affecte pas réellement les échanges surface-souterrain. C’est le cas à Ouizert, tout comme dans le grand barrage El Haouareb sur le Merguellil, dans la Tunisie voisine, où l’importance de l’envasement depuis 20 ans n’a pas diminué les pertes [20].

Autres problèmes liés à l’évolution des grands barrages

L’envasement d’un barrage modifie considérablement la distribution des pressions à l’amont et peut constituer un risque sur la stabilité à long terme de l’ouvrage. Les trois ruptures du barrage de Fergoug en 1872, en 1881 (environ 250 morts) et en 1927 sont heureusement un cas exceptionnel, conséquences de crues catastrophiques sans lien avec l’accumulation de sédiments, alors faible. Sans même parler de stabilité géotechnique, la moindre capacité des barrages envasés à protéger les zones aval contre les crues exceptionnelles est un risque à ne pas négliger.

Enfin, le devenir des vases constitue également un problème important. Sauf à abandonner le barrage, il est nécessaire de les transférer. Selon la technique de dévasement retenue, les sédiments sont remis dans le cours de l’oued ou stockés en masse. Dans le premier cas, les conditions de réalisation des lâchers doivent être optimisées afin d’éviter la création de zones argileuses stériles. Dans le second cas, des utilisations industrielles des vases doivent être recherchées, en accord avec les conditions économiques locales [21].

Conclusion

Leur gestion attentive et durable impose notamment de limiter leur envasement. Ce problème, délicat pour certains barrages algériens, n’est pas exceptionnel dans la région. Les barrages tunisiens perdent entre 0,5 et 1 % de leur capacité chaque année par envasement et, si rien ne change, 43 % de leur capacité initiale pourrait être perdue d’ici 2030 [22]. Du fait de sa topographie plus accentuée, les chiffres évoqués pour le Maroc sont souvent encore plus inquiétants [11-13]. Retarder l’envasement des grands barrages est possible grâce à des aménagements anti-érosifs dispersés sur l’amont des bassins-versants, à la condition impérative que ces petits ouvrages soient réalisés correctement sinon le remède devient pire que le mal.

À moyen terme, l’impact du changement climatique global doit être pris en compte. Cette question occupe une place importante dans les médias, mais ses conséquences hydrologiques réelles sont encore à identifier dans le bassin méditerranéen où aucune tendance régionale indiscutable n’a pour l’instant été détectée [1]. En effet, la variabilité particulièrement forte du climat au Maghreb et les chroniques hydrométéorologiques souvent très hétérogènes (en durée et fiabilité) rendent l’identification d’évolutions majeures particulièrement délicates. Comme dans la plupart des régions semi-arides, les changements hydrologiques observés en Afrique du nord résultent bien davantage d’actions directes de l’homme (grands et petits aménagements, changement du couvert végétal, etc.) que de modifications à long terme des précipitations. Ces multiples interventions modifient considérablement les écoulements et aggravent souvent l’érosion.

Dans un tel environnement très mouvant, anticiper l’évolution des grands barrages est un exercice délicat. Une hypothèse plausible est un futur climat méditerranéen avec davantage de contrastes et d’événements extrêmes. Les précipitations seraient donc plus irrégulières. La reprise évaporatoire, déjà actuellement très variable (selon les années, l’évaporation décadaire varie de 50 % autour de la moyenne en hiver et de 20 % en été), le serait encore plus. Avec tous les termes du bilan en eau des barrages beaucoup plus variants, le rôle d’accumulation et de tampon interannuel des barrages deviendrait plus aléatoire. Ce phénomène serait encore accentué par un envasement accéléré, puisque l’essentiel du transport se produit durant les quelques épisodes pluvieux les plus violents.

Face à une raréfaction et à une exposition accrue des ressources en eau, les responsables devront définir pour les grands barrages des politiques de gestion plus fines et plus adaptées à la multiplicité des situations locales (géologie, topographie, usages de l’eau). Ainsi, réaliser des lâchers au printemps pour recharger un aquifère à l’aval peut diminuer les pertes par évaporation et donc accroître la ressource, tout en continuant d’en assurer un stockage interannuel. De multiples lacunes existent encore dans la connaissance des processus et des flux hydriques. On ne peut que souhaiter une multiplication des observations de qualité afin d’aider à la meilleure gestion d’une ressource devenant toujours plus précieuse.

Références

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21 Semcha A. Valorisation des sédiments de dragage : applications dans le BTP, cas du barrage de Fergoug. Thèse de doctorat, université de Reims, 2006.

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