Un barrage a deux fonctions distinctes dans une installation hydroélectrique : il crée la hauteur de chute dont la turbine a besoin, et il constitue, lorsque la retenue est assez grande, une réserve d'énergie mobilisable au moment voulu. Le choix du type d'ouvrage ne relève pas du goût de l'ingénieur mais de la vallée : la largeur de la gorge, la nature de la roche de fondation, la hauteur visée et les matériaux disponibles sur place commandent la solution retenue. Trois grandes familles se partagent le parc mondial, et leurs principes de résistance n'ont rien de commun.

Barrages-poids

Le barrage-poids résiste à la pression de l'eau par sa seule masse. Son profil triangulaire, large à la base et étroit en crête, reporte les efforts verticalement sur la fondation, ce qui suppose un rocher sain et capable de supporter des charges considérables. Construit en béton, parfois en maçonnerie sur les ouvrages anciens, il s'adapte à des vallées larges où une voûte ne trouverait pas d'appui. Sa consommation de matériaux est importante, et la chaleur dégagée par la prise du béton impose un coulage par plots successifs et des dispositifs de refroidissement. Une variante allégée, le barrage à contreforts, remplace une partie de la masse par une série de murs porteurs, au prix d'une géométrie plus délicate à exécuter.

Barrages-voûtes

La voûte transmet la poussée de l'eau aux flancs de la vallée au lieu de la reporter sur le sol. Sa courbure travaille en compression, ce qui permet une épaisseur réduite et une économie de béton considérable pour une même hauteur. Cette solution exige des appuis rocheux de très bonne qualité sur les deux rives et une gorge étroite ; elle est caractéristique des sites alpins et pyrénéens. L'étude d'une voûte mince demande une connaissance précise du massif, car un défaut de fondation sur une rive met en cause l'ensemble de l'ouvrage. Certaines réalisations combinent les deux principes sous la forme de voûtes épaisses ou de voûtes multiples appuyées sur des contreforts.

Barrages en remblai

Les barrages en terre ou en enrochement sont les plus répandus dans le monde. Leur corps est constitué de matériaux extraits à proximité, disposés en zones de granulométrie croissante autour d'un élément d'étanchéité : noyau d'argile, masque amont en béton bitumineux ou géomembrane. Leur stabilité repose sur le frottement interne des matériaux, et leur point sensible est l'eau qui les traverse, car une infiltration qui entraîne des particules fines creuse progressivement un cheminement préférentiel. Le drainage interne et la surveillance des débits de fuite sont donc au centre de leur conception. Un remblai ne tolère jamais le passage de l'eau par-dessus sa crête, ce qui rend le dimensionnement de l'évacuateur de crue déterminant.

Organes d'évacuation et de vidange

Tout ouvrage de retenue comporte des dispositifs destinés à faire transiter l'eau sans la turbiner. L'évacuateur de crue, seuil libre ou passes vannées, restitue à l'aval les débits que la retenue ne peut absorber, et son dimensionnement se fonde sur une crue de référence de très faible fréquence. La vidange de fond permet d'abaisser le plan d'eau pour une inspection, des travaux ou une opération de transparence sédimentaire. S'y ajoutent les organes de restitution du débit réservé, qui garantissent en permanence un écoulement minimal dans le tronçon court-circuité par la conduite d'amenée. Un dissipateur d'énergie, bassin à ressaut ou saut de ski, casse la vitesse du jet avant qu'il ne rejoigne le lit naturel, faute de quoi l'affouillement menace le pied de l'ouvrage.

Surveillance et sûreté des ouvrages

Les grands barrages font l'objet d'une auscultation permanente par une instrumentation noyée dans le corps de l'ouvrage et scellée dans la fondation : pendules et cibles topographiques pour les déplacements, extensomètres pour les déformations, cellules piézométriques pour les pressions interstitielles, débitmètres pour les fuites drainées. Les mesures sont confrontées aux valeurs attendues en fonction du niveau de la retenue et de la température, et c'est l'écart au comportement habituel qui alerte, non la valeur brute. La réglementation française classe les ouvrages selon leur hauteur et le volume retenu, et impose à chaque classe des visites techniques, des revues périodiques, des examens après vidange et une étude de dangers. Les retenues les plus importantes disposent d'un plan particulier d'intervention, d'un dispositif d'alerte des populations situées à l'aval et de consignes écrites de conduite en crue.