Le barrage voûte, par sa forme, plus que par ses dimensions ou sa masse, résiste à la pression hydrostatique.

Ce type de barrage est en quelque sorte l'opposé du barrage poids, qui résiste à la pression hydrostatique grâce a sa masse.

Particularités physiques:

Le barrage voûte transmet les forces engendrées par la poussée de l'eau horizontalement, le long de son arche, comme le montre le demi profil ci-dessous.

Concernant la construction, le calcul du barrage voûte est très complexe. Son développement a commencé vers la même époque que pour les barrages-poids.
La méthode la plus simple est basée sur la formule du tube établie par Mariotte en 1673 et démontrée par Navier en 1826.
Elle consiste à partager le barrage en anneaux horizontaux et à supposer que chaque anneau résiste à la pression de l'eau qui lui est directement appliquée. Cette pression p ayant une valeur, en MPa, égale à la profondeur h en mètres à son niveau, la formule dite " du tube " donne la contrainte moyenne t en MPa, e étant l'épaisseur de l'arc en mètres et R le rayon de la courbure en mètres (figure 5):

Cette formule oblige à des adaptations pour obtenir les contraintes réelles dans la voûte en raison par exemple de l'encastrement de la structure dans ses fondations.

L'hypothèse des anneaux horizontaux indépendants ne tient pas compte de leur interaction qui est loin d'être négligeable. L'étape suivante a été de considérer les barrages voûtes comme l'ensemble de deux systèmes coexistants : un système d'arcs horizontaux indépendants fixés à leurs extrémités, et un système de consoles verticales fixées à leur base et libres au sommet.

Dès 1905, une version élémentaire de cette méthode de calcul était utilisée aux Etats-Unis. La déformation radiale en clé de chaque arc était calculée, ainsi que celle de la console de clé. Par une méthode d'approximations successives, la charge d'eau était répartie sur les arcs et sur la console de manière que les déformations radiales des deux éléments à leur point d'intersection soient égales entre elles.

Ces méthodes furent améliorée et utilisée jusqu'en 1970, époque à partir de laquelle la montée en puissance des ordinateurs suscita un développement de nouveaux et puissants algorithmes de résolution.

Suite à cette explication, nous remarquons que l'aspect physique du barrage voûte est bien plus complexe que celui du barrage poids.

Particularités géologiques :

Comme nous l'avons vu ci-dessus, la poussée de l'eau est transmise aux contreforts rocheux où est édifié le barrage, qui absorbe les efforts.

C'est pourquoi la friction de la base du barrage sur ses fondations ne jouent qu'un rôle secondaire dans sa résistance à la poussée de l'eau.

Les barrages voûtes ne s'accommodent que de vallées relativement étroites et de formes assez régulières. Ils sont utilisés lorsque la largeur de la gorge ne dépasse pas 5 à 6 fois la hauteur du barrage projeté. Pour des largeurs plus importantes des dispositions constructives particulières doivent être adoptées.

De plus, cette technique de barrage voûte s'impose dans les sites de rocher très compact, car comme nous l'avons expliqué ci-dessus, ce type de barrage a besoin d'un terrain très dur pour transmettre les forces.

Comme exemple de barrage existant, nous pouvons citer le barrage de Tignes, qui est le plus grand barrage voûte de France.

Le barrage-voûte de Tignes situé à 1650 mètres d'altitude ferme l'ancien vallon de Tignes au niveau de la gorge des Boisses. Haut de 180 mètres, sa capacité est de 230 millions de mètres cubes. Le mur est une série de plots en béton dont les joints en cuivre permettent les phénomènes de dilatation sans rompre l'équilibre de l'ensemble. Rempli par les eaux de la fonte des neiges et des pluies de l'été, il est à son plus haut niveau à la fin de l'automne, ce qui permet de turbiner de l'eau pour la production éléctrique pendant la saison d'hiver.