Séismes et autres problèmes géologiques

Les séismes

Un simple barrage pourrait il à lui seul provoquer un séisme, phénomène géologique si impressionnant résultant d'énormes forces accumulées pendant des années par des plaques tectoniques immenses d'une force incroyable ? Ce serait surprenant si un tel édifice pouvait modifier ce qui se passe au niveau des plaques lithosphériques, dans la croûte terrestre et perturber la géologie de toute une région.

Pourtant, malgré sa taille dérisoire face à une plaque tectonique, les barrages peuvent perturber celles-ci et créer des séismes qui peuvent atteindre une magnitude de 6 ; ils sont donc destructeurs jusqu'à 180 kilomètres à la ronde !

Mais comment un simple édifice de béton et un lac en somme pourraient ils provoquer des mouvements géologiques ?

C'est en fait une masse considérable d'eau qui est retenue par un barrage : des dizaines de km3 d'eau, soit des dizaines de milliers de milliards de litres ! Ce qui équivaut à une masse comparable en kilogrammes (car la masse volumique de l'eau est de 1 kg/L, pour ceux qui ne ce souviendraient pas de leurs cours de collège). Une simple conversion nous permet de montrer qu'il y a en jeu des dizaines de milliards de tonnes d'eau ! Donc les pressions exercées sur le sol sont impressionnantes et peuvent déstabiliser la structure géologique de la région mise en question.

Le poids d'un barrage (de type poids notamment) et d'un lac de retenue est tel qu'il peut provoquer des séismes lorsqu'il est construit sur des failles sismiques (comme c'est le cas au barrage des Trois Gorges en Chine), l’eau sous pression s’infiltre dans les fissures naturelles de la roche et joue le rôle de lubrifiant augmentant ainsi le nombre de mouvements géologiques. La quantité colossale d'eau à un point donné fait que des contraintes de poids s'exercent sur la croûte terrestre rendant celle-ci propice à des cassures et des frictions responsables des séismes.

La pression sur le sol et tel que l’eau s’infiltre non pas forcément à la verticale mais aussi à l’horizontale (notamment pour les barrages de type voûte), donc dans les côtes bordant les fleuves ou vallées. Suivant la nature de la terre (poreuse ou non), elle s’infiltre relativement facilement. Ces différences provoquent donc des écroulements de terrain ; la terre étant liquéfiée se mélange au fleuve et crée un poids supplémentaire, augmentant la pression hydrostatique considérablement car l'eau n'est plus de la même qualité et la masse volumique en est affectée. L'augmentation de la hauteur d'eau dans le réservoir augmente avec elle les risques de mouvements tectoniques (car la pression se calcule en fonction de la hauteur de l'élément mis en jeu) : glissements de terrain, effondrements de berges, chutes de roches et séismes, selon les géologues. 

L'effet peut être immédiat dès le premier remplissage comme en 1966 au barrage Kremasta en Grèce où le premier plein a provoqué un séisme de magnitude 6,3, causant la mort d'une personne. L'effet peut être différé de plusieurs années attribué à des mécanismes différents : influence de la surcharge et diffusion progressive d'effets de l'eau en profondeur (même à plusieurs kilomètres du site). Par exemple, en 1967, le cinquième remplissage annuel du barrage Koyna en Inde a causé un séisme de magnitude 6,2 engendrant la mort de 117 personnes et provoquant 1500 blessés. D'autant plus que la résistance d'un barrage face à un séisme est mis en doute. 

L'alluvionnement

Par ailleurs, se pose le risque de l'alluvionnement car, un barrage cause une perte de débit qui favorise le dépôt de sédiments (boues, vases, sable, argile, graviers, galets...), normalement en suspension dans l'eau lorsque le débit est "normal", c'est à dire sans barrage. De plus, la déforestation et la désertification, qui fragilisent le sol en le rendant plus friable (car ils sont asséchés), favorisent l'érosion et la perte d'humus entraînant des alluvions. En aval, le ralentissement des courants fluviaux et l’absence de sédiments en suspension qui jouent normalement le rôle d'engrais, provoquent l’appauvrissement du couvert végétal entraînant ainsi l'érosion graduelle du sol. Or les plantes cultivées ou naturelles jouent un rôle de premier augure dans la protection du sol contre l’érosion. En effet : la partie aérienne des plantes joue le rôle d’un parapluie protecteur, les plantes ralentissent les eaux de ruissellement et les vents par la rugosité qu’elles donnent au terrain et les racines des plantes maintiennent la structure du sol, augmentent sa capacité d’infiltration des eaux notamment en absorbant de l’eau pour la nutrition et donc sa résistance à l’érosion. Cette accumulation de sédiments provoquent une forte pression sur la structure de béton (car la pression se dirige dans toutes les directions : aussi bien vers le côté que vers le bas) et augmente ainsi le risque de fissurer le barrage.

Autres

Enfin, il y a un risque de raz de marée dans le cas où le barrage cède ; cela concerne un barrage chaque année dans le monde (comme pour le barrage du Malpasset en 1959, ou le barrage Banqiao en Chine en 1975 qui causa 26 000 morts), ou si un glissement de terrain provoque une vague (comme ce qui s'est passé au barrage du Vajont en Italie).

Le risque de glissement de terrain est plus important pour les barrages de type voûte car la pression est très forte sur la montagne accolée au barrage ; le risque de séismes est plus important pour les barrages poids car la force de l'eau et le poids du barrage sont principalement dirigés vers le sol ; cependant, ces deux conséquences dues à la pression peuvent aussi être entraînées par d'autres phénomènes : les barrages poids peuvent voir leur nombre de glissements de terrain augmenter à cause des séismes et les barrages voûte peuvent voir la fréquence de séismes s'accroître à cause des glissements de terrain qui augmentent les pressions exercées sur la croûte terrestre. Ainsi, tous les paramètres doivent être pris en compte pour bien comprendre les difficultés géologiques causées par les barrages ; il est difficile de tirer des conclusions car chaque endroit du globe a ses particularités géologiques, hydrologiques, environnementales et chaque barrage a des caractéristiques différentes de part le monde. C'est pour cela qu'il est plus aisé de prendre des exemples précis pour expliquer ces phénomènes.