At­ten­tion, un bar­rage peut en ca­cher un autre

Le spectacle est unique: durant l’hiver 2024-2025, le Grimselsee a totalement disparu du paysage de l’Oberland bernois. À sa place, un mince filet d’eau coulant sur un fond de neige, de glace et de roc. En retrait de la route enneigée menant au col, l’hospice du Grimsel surplombe tel le Potala cette plaine inondable. En aval, là où l’on s’attendrait à trouver la vallée, l’ancien barrage de Spitallamm obstrue la vue comme le bouchon d’une bouteille: un mur cylindrique en béton de 114 m de haut voué à jamais à l’inutilité. La raison? La construction du nouveau barrage de Spitallamm, un barrage-voûte de 113 m de haut mis en service en 2025 par les Kraftwerke Oberhasli (KWO).

Le monde du Grimsel

Les murs de béton des barrages jalonnant la route du col du Grimsel comptent sans doute parmi les plus photographiés de Suisse. Cela s’explique par leur proximité immédiate avec l’axe de transport et leur accès très aisé tout au long de la saison estivale: des milliers de voyageurs, dont beaucoup à moto ou à vélo, y font halte pour envoyer un cliché à leurs proches, avant de franchir les cols suivants: Grimsel, Susten, Brünig, Nufenen ou Furka. 

Au cours des six dernières années, la construction du nouveau barrage de Spitallamm a elle aussi été immortalisée. Certes, l’ouvrage ne bat pas tous les records. Contrairement à l’ancien barrage, qui comptait parmi les plus hauts du monde lors de sa mise en service en 1932, le nouveau se classe dans la moyenne supérieure en termes de hauteur. Il n’en reste pas moins spectaculaire. Que l’on se trouve sur son couronnement ou qu’on le regarde depuis les airs, il présente un visage austère et imposant, avec son granit brun de l’Aar, ses gneiss recouverts de lichens et ses flancs usés par les glaces de l’ère glaciaire, souvent interrompus par des couloirs d’avalanches.

Les KWO ont créé un terme spécifique pour désigner le réseau complexe de lacs de retenue, de centrales et d’installations électriques: le Grimselwelt, le monde du Grimsel. Et il s’agit bien d’un monde à part entière, dédié à l’énergie hydraulique et son empreinte sur ce versant nord. Au-dessus du Grimselsee (1908 m d’altitude), à côté de petits plans d’eau également artificiels, se trouve l’Oberaarsee (2302 m d’altitude). Il y a également le Gelmersee (1848 m d’altitude) et, un peu plus loin dans la vallée et en contrebas du Grimselsee, le Räterichsbodensee (1762 m d’altitude). Tous ces plans d’eau sont reliés entre eux. Chacun d’entre eux peut être utilisé pour produire de l’électricité. Entre le Grimselsee et l’Oberaarsee, ainsi qu’entre la Handegg et le Räterichsbodensee, il est également possible de stocker l’énergie grâce à un système de pompage. Dans cette structure complexe, plusieurs projets d’extension sont déjà en cours ou prévus. L’un d’entre eux est le nouveau barrage de Spitallamm, désormais achevé et en service.

Le Grimselsee était jusqu’à présent retenu par deux murs en béton: le barrage-poids de Seeuferegg, situé directement sur la route du col, au-dessus duquel passe la route menant à l’hospice. À côté, l’ancien barrage poids-voûte de Spitallamm fermait la gorge éponyme. Du côté aval, il était facilement reconnaissable à son escalier caractéristique.

Rénover ou remplacer?

Mais pourquoi les KWO ont-elles décidé de construire un nouveau barrage? Vieux de près de 100 ans, le mur avait besoin d’être rénové. Le principal problème était le décollement entre le béton massif et le parement côté eau. Des travaux de réparation avaient déjà été effectués par le passé, mais des problèmes persistaient. Une rénovation aurait nécessité la vidange du lac pendant une longue période, ce qui aurait entraîné des coûts énormes et des pertes de revenus considérables.

De plus, il y avait des signes d’une réaction alcali-granulat (RAG), également dans le béton massif. Ce phénomène est souvent observé dans les ponts mais, selon la Commission suisse des barrages, les barrages sont également concernés, car presque tous les granulats utilisés en Suisse y sont sensibles.

La RAG n’apparaît que dans les structures où il y a présence concomitante d’eau – dont la présence est inévitable dans le cas des barrages – et de silice mal cristallisée dans les granulats. Une réaction se produit alors entre les alcalis contenus dans le ciment utilisé et les composants réactifs (tels que l’acide silicique) présents dans les granulats. Il se forme alors des gels qui développent une pression élevée et peuvent détruire la structure du béton. À l’œil nu, on observe souvent des efflorescences ou des fissures à la surface du béton. Si ces fissures sont aggravées par le gel et le dégel, les changements de température ou une pénétration accrue de l’eau, les dommages s’aggravent.

Si l’on considère le coût d’une remise en état du barrage, qui prendrait plusieurs années et présenterait l’inconvénient majeur de nécessiter plusieurs abaissements du niveau du lac, la décision de construire une nouvelle digue est compréhensible. Une rénovation aurait également nécessité de grandes quantités de béton, de sorte que la décision de construire un nouvel ouvrage s’est imposée.

Un autre effet secondaire positif pour la postérité s’y est ajouté. Les «ouvrages de retenue du Grimsel avec installations et hospice» sont inscrits à l’inventaire des biens culturels protégés en tant qu’objet de catégorie A. «Ces constructions monumentales et défensives sont des éléments constitutifs du paysage unique de la centrale électrique», atteste d’ailleurs la Société pour l’art suisse (SHAS) à propos de ces installations. La protection des monuments classe ainsi le barrage de Spitallamm comme digne d’être préservé. Grâce au concept de nouvelle construction avec préservation de l’ancien barrage, il a donc été conservé, même s’il ne sera visible en intégralité qu’en de très rares occasions quand le niveau du lac devra être abaissé. 

Du neuf devant l’ancien plutôt que de rénover l’ancien

Le nouveau mur a été placé directement à l’aval de l’ancien mur. Au pied, les deux constructions sont si proches l’une de l’autre qu’il a fallu démolir environ 600 m³ de béton de l’ancien mur. La proximité de l’existant présente toutefois des avantages: une nouvelle construction plus en aval aurait été plus grande et donc plus coûteuse. De plus, un nouveau mur plus distant aurait pu susciter des oppositions. Cela n’a pas été le cas ici, notamment en raison de son faible impact paysager.

Le projet nécessite néanmoins des mesures de compensation écologique: le cours de l’Aar étant désormais raccourci d’environ 30 m par le mur ajouté, il a fallu compenser cette perte. Le lit mort ne présentait pas un débit suffisant pour la revalorisation d’abord envisagée, c’est pourquoi la libre migration des poissons dans le Hasliaare, entre Innertkirchen (BE) et Guttannen (BE), va désormais être améliorée. Cela permettra d’agrandir le périmètre de frai de la truite lacustre.

Présentant une hauteur pratiquement identique à celle de son prédécesseur, le nouveau barrage a une longueur de couronne de 212 m, une largeur de 20 m à la base et une épaisseur d’environ 15 m. L’ancien mur avait une largeur maximale de 70 m. On observe ici les différentes méthodes de construction: en tant que barrage poids-voûte, l’ouvrage existant résistait à la pression de l’eau par sa masse, sa courbure simple contribuant également à sa stabilité. La nouvelle construction, en revanche, agit comme un barrage-voûte à double courbure: la pression de l’eau est reportée vers les points d’appuis sur les rives, qui jouent le même rôle que les murs porteurs d’une construction. La double courbure dirige une partie de la poussée vers le sol, qui joue le rôle d’un troisième mur, diminuant d’autant la poussée sur les rives. Cette conception permet de réaliser des ouvrages minces, élégants et spectaculaires. 220000 m³ de béton ont été utilisés, sans qu’il soit nécessaire de renforcer, au moyen d’armatures, le barrage lui-même ni les cinq galeries de contrôle horizontales. Celles-ci ont une section ronde ou voûtée, ce qui leur permet de résister aux forces exercées.

La coque a été construite par plots individuels. La chaleur d’hydratation du béton lors de la prise est un problème lors de la fabrication d’éléments de construction aussi massifs. Si elle n’est pas limitée, elle entraîne des tensions et, finalement, des fissures dans la structure. C’est pourquoi les plots ont été bétonnés en alternance. Entre deux plots, celui du milieu restait provisoirement évidé. La chaleur pouvait ainsi s’échapper plus uniformément, sur quatre côtés au lieu de deux. De plus, des serpentins de refroidissement traversés par de l’eau ont été insérés dans le béton frais, sur une longueur totale d’environ 50 km. Il a été possible de renoncer à l’ajout fastidieux de glace à la place de l’eau. Malgré ces mesures, il a fallu environ six mois pour que le béton atteigne une température suffisamment basse pour pouvoir commencer l’injection des joints.

Les étapes de bétonnage elles-mêmes avaient une hauteur de 3 m environ. Sur les côtés des différents plots, des tenons de cisaillement étaient prévus dans le coffrage. Ces renfoncements sphériques facilitent l’imbrication des différents plots.

Le mur est composé de différents types de béton. Le cœur du mur est constitué de béton de masse. Du côté de l’air comme de l’eau, on a utilisé du béton de parement d’une épaisseur de 2 m. Il est également présent dans la zone des couloirs de contrôle. Le béton de parement a une teneur en ciment plus élevée que le béton de masse ou le béton de noyau et est moins perméable à l’eau. Il détermine donc l’étanchéité d’un barrage. Du béton de contact est utilisé aux jonctions entre le béton et la roche et entre les différentes étapes de bétonnage. Il garantit une bonne adhérence. La couronne est formée de béton structuré.

Le mortier de scellement utilisé représente une part nettement moins importante en volume, mais néanmoins essentielle au bon fonctionnement du mur. Il sert à remplir les tuyaux de refroidissement posés et à étanchéifier les joints du mur, par exemple entre les différents plots. Afin que le mortier ne puisse pas s’écouler des joints, ceux-ci ont été préalablement pourvus d’une bande d’étanchéité lors des phases de bétonnage. Le mortier de scellement est injecté dans les cavités sous haute pression – environ 40 bars. Cette opération est effectuée à partir des couloirs de contrôle. Ce n’est qu’ainsi que le mur obtient une étanchéité suffisante et peut agir comme une coque grâce à la liaison par adhérence entre les blocs. Cependant, de l’eau d’infiltration s’accumule et est surveillée par mesure de sécurité. Les couloirs de contrôle à l’intérieur du mur servent également à cet effet.

Ces couloirs sont reliés entre eux par un ascenseur, et des puits inclinés mènent aux différents niveaux. Ceux-ci servent à introduire les outils, les machines et le matériel nécessaires. Cet équipement peut être descendu sur des rails. Après la mise en service du mur, les rails sont démontés et ne sont réutilisés qu’en cas de besoin.

De plus, plusieurs puits verticaux reliés aux couloirs de contrôle traversent le barrage. Outre un puits de drainage, il existe trois puits de pendule d’un diamètre d’un mètre. Ils se prolongent par un forage dans la roche et permettent de surveiller le déplacement ou le basculement du mur. Outre la mesure géométrique du mur, pour laquelle des balcons accessibles avec des points fixes dépassent de son côté exposé à l’air, les pendules restent des dispositifs importants pour la sécurité. En effet, en cas de remplissage complet, le mur se déplacerait de quelques centimètres vers la vallée.

Un mur pour en protéger un autre

L’ancien barrage avait deux fonctions pendant la construction du nouveau: il était, comme auparavant, un élément essentiel pour la production d’électricité et l’exploitation des installations des KWO, tout en servant de barrage de retenue pour le nouvel ouvrage. Un barrage de retenue détourne l’eau sur un chantier hydraulique. Grâce à sa protection, le nouveau barrage a pu être construit en toute sécurité sans mesures hydrauliques particulières.

Depuis l’abaissement du niveau du lac durant l’hiver 2024-2025, l’ancien mur est désormais hors service. Une surveillance future, conforme à l’ordonnance sur les ouvrages d’accumulation, ne sera plus possible. Il ne pourra donc plus être utilisé comme barrage de retenue lors d’éventuels travaux côté eau sur le nouveau mur.

Une brèche dans l’ancien mur, d’une section de 5 m², explique cette mise hors service. Ce nouveau tunnel assure l’équilibre du niveau d’eau entre le lac et l’espace entre les deux murs. Cet orifice a donc une fonction sécuritaire essentielle: il évite que l’ancienne digue abandonnée soit exposée à une pression hydrostatique dissymétrique. La perméabilité ainsi créée permet de maintenir l’équilibre, réduisant l’ancien barrage à un simple, mais imposant rocher. De plus, le mur a été percé à plusieurs endroits au niveau des galeries de contrôle afin de s’assurer qu’il n’y restera pas de poches d’air.

Les installations d’exploitation restent en service

Même si l’ancien barrage est désormais hors service, ses installations d’exploitation continuent de fonctionner. Sur le flanc rocheux droit, on trouve l’entrée de la galerie menant au lac Gelmersee et à la centrale électrique «Grimsel 1», où l’eau du Grimselsee est acheminée vers le lac Räterichsbodensee. Un dispositif de vidange de fond est également aménagé à cet endroit. Ces installations restent en service et ont été remises en état pendant l’abaissement du niveau du lac.

En raison des bonnes conditions géologiques et de la situation relativement élevée dans la montagne, le Grimselsee ne présente pas un envasement très élevé. Sans rinçage, il faudrait théoriquement 1500 ans pour qu’il s’envase complètement. Néanmoins, au fil des ans, la vanne de fond, qui passait par l’ancien mur et qui sert autant à abaisser le niveau du lac qu’à protéger contre les crues, était quant à elle menacée d’envasement. Elle a été mise hors service avec l’ancien mur. À la place, un nouveau déversoir a été construit en rive gauche; sa position surélevée empêche tout problème d’envasement futur. Il dessert la galerie de la nouvelle vanne de fond et est relié à une autre galerie menant à la future la centrale de pompage-turbinage «Grimsel 4».

«Grimsel 4» est une centrale souterraine qui viendra combler une lacune: si la centrale «Grimsel 2» permet déjà de pomper de l’eau du Grimselsee à l’Oberaarsee lors d’excédents de production électrique, Grimsel 4 permettra de faire de même entre le Räterichsbodensee et le Grimselsee. Deux turbines-pompes d’une puissance totale de 150 MW seront utilisées à cet effet. Cela permettra non seulement de produire de l’électricité de pointe bien rémunérée, mais aussi d’équilibrer le réseau en cas de disparité entre la consommation et l’offre, les machines étant disponibles et pouvant être mises en service très rapidement.

Une nouvelle construction, mais seulement une étape?

Mais les KWO poursuivent depuis plusieurs années déjà un projet d’extension encore plus ambitieux. Le lac du Grimsel devrait être rehaussé dans un avenir proche, tout comme les deux barrages de Seeuferegg et Spitallamm, qui gagneraient 23 m dans l’opération.

Le nouveau barrage de Spitallamm a déjà été conçu à cet effet, et la transformation du barrage-poids de Seeuferegg est également possible. La capacité du lac du Grimsel passerait ainsi de 94 à 170 millions de m³. La capacité énergétique passerait alors de 270 GWh à 510 GWh.

L’objectif premier est de stocker les précipitations et de les mettre à disposition pour la production d’électricité hivernale, plus demandée sur le marché et donc plus intéressante financièrement. Mais il est également important de garder un œil sur cette production hivernale afin de garantir la stabilité du réseau et de l’approvisionnement, plus problématique en hiver qu’en été.

Cet agrandissement du lac aurait également pu être réalisé avec l’ancien barrage de Spitallamm, mais cela aurait nécessité qu’il soit remis en état. Les KWO en avaient l’intention depuis longtemps déjà, mais le projet a été bloqué par des oppositions dès les années 1990.

Les objections concernent principalement la marge proglaciaire de l’Unteraargletcher, qui forme également une partie de la rive du Grimselsee. En raison de la retenue plus importante, certaines parties seraient submergées – selon la KWO, 5% de la surface serait touchée. Mais des adaptations affectant le paysage seraient également nécessaires ailleurs. Le sentier de randonnée sur la rive nord devrait être déplacé, tout comme le tronçon de la route du col du Grimsel qui longe la rive sud du lac. Jusqu’à présent, on envisageait une solution avec un pont au-dessus du lac: au lieu de longer le lac, la circulation serait déviée vers le Nollen, où se trouve l’hospice du Grimsel, puis emprunterait un pont pour franchir les derniers lacets jusqu’au col. Pourtant, on envisage désormais de déplacer la route sur le flanc de la montagne. La question de la surélévation est encore ouverte. De bonnes raisons plaident en sa faveur, notamment l’énorme gain d’énergie pour des interventions relativement modestes dans la nature et le paysage. Mais les touristes de passage ne se soucient guère de cette surélévation: ils pourront toujours prendre un selfie avec le Finsteraarhorn et le nouveau barrage, surélevé ou non.

Traduction/adaptation: TRACÉS/Philippe Morel

Barrage de Spitallamm, Guttannen (BE)

 

Maîtrise d’ouvrage, direction du projet, direction locale des travaux: Kraftwerke Oberhasli, Innertkirchen

Planification du barrage: Gruner Stucky, Renens

Planification des ouvrages souterrains: IUB Engineering, Berne

Géologie: Dr Baumer, Losone; Pini Group, Locarno

Entreprises: ARGE Grimsel: Frutiger, Thoune; Implenia Suisse, Oerlikon; Ghelma Baubetriebe, Meiringen

Construction hydraulique en acier: Künz, Hard (A)

Mensuration: Flotron, Meiringen; GeoTeam, Beckenried

Suivi environnemental externe: Emch + Berger, Berne

Autres participants: Von Rotz & Wiedemar, Kerns; SBM, Oberweis (A); Frey Fördertechnik, Rubigen; Wolffkran Schweiz, Dällikon; Burn & Künzi Gerüstbau, Oey

Durée des travaux: 2019-2025

Achèvement: 2025

Coût: 125 mio CHF

La construction de barrages aujourd’hui est-elle durable?

 

La construction d’un barrage est-elle encore compatible aujourd’hui avec les objectifs d’un avenir durable et neutre en CO_²? Un calcul approximatif donne le résultat suivant: produire 1 m³ de béton génère environ 300 kg de CO_². Les 220000 m³ de béton utilisés au Grimsel représentent environ 66000 t de CO_², ce qui correspond à peu près à la combustion de 26.4 millions de litres de pétrole (400 litres de pétrole produisent environ 1000 kg de CO_²), soit moins que la consommation quotidienne de pétrole en Suisse. Autre approximation: produire 1 m³ de béton nécessite environ 460 kWh d’énergie grise. Le béton utilisé pour le barrage de Spitallamm a donc nécessité environ 101000 MWh. Cela représente environ 4% de la production annuelle de toutes les centrales électriques des KWO, qui produisent 2400 GWh par an. Ces chiffres impressionnants sont relativisés par la longue durée de vie et la grande puissance disponible des installations. Ils ne constituent donc pas un critère d’exclusion de l’hydraulique de la production énergétique. 

Chiffres tirés de: beton.org/energie.ch / statista.com