vignette|La porte à flots ; une écluse rudimentaire (Ici sur l'Aure à Isigny-sur-Mer, Normandie, France). vignette|Écluse François , port du Havre, Seine-Maritime. vignette|Écluse du pont mobile de Bizerte, Tunisie. vignette|Écluse de Grave, Pays-Bas. vignette|Modèle réduit d'écluse avec « portes à relevage ». vignette|Écluse de bois avec « portes busquées », sur petit canal. vignette|Péniche dans le sas de l'écluse de l'Aiguille, canal du Midi. vignette|Une écluse du canal de Nancy.|268x268px vignette|Camden Lock, une double écluse sur le Regent's Canal à Camden Town (Grand Londres, Royaume-Uni). vignette | À , un village de la ville de Clèves, Allemagne.
Une écluse est un ouvrage d'art hydraulique implanté dans un canal ou un cours d'eau pour le rendre navigable et permettre aux bateaux de franchir des dénivellations. Certains barrages à pertuis ou écluses visaient aussi à protéger un cours d'eau ou une ville des effets de la marée (qui sur l'Escaut par exemple se faisaient autrefois sentir jusqu'à GandDe Rive BL (1835) Précis historique et statistique des canaux et rivières navigables de la Belgique et d'une partie de la France, Ed : Leroux, - voir sur 636 (Livre numérisé par Google Livres).). L'écluse comprend un sas dans lequel on peut faire varier le niveau de l'eau. Il est isolé des biefs amont et aval par des portes ou vantaux. (autrefois portes de bois de chêne munies de vannes dites « ventelles »).
Certaines écluses ne sont nécessaires qu'à la suite d'un barrage de régulation. C'est le cas de l'écluse d'Iroquois Falls sur la voie maritime du Saint-Laurent qui sert à réguler le débit du fleuve en vertu de la Commission mixte internationale des Grands Lacs et du fleuve Saint-Laurent. Sa chute. fluctue de .
Avec les changements climatiques, une écluse peut jouer un rôle régulateur crucial : celles de Sió permettent de maintenir le niveau du lac Balaton à ±. Étant donné sa faible profondeur ( en moyenne, pour un maximum de 12), ce niveau est critique lors d'épisodes d'évapotranspiration dus au réchauffement climatique. En revanche, les écluses sont ouvertes lorsque le niveau dépasse au limnigraphe de Siófok. Elles le sont aussi pour la navigabilité dans la rivière canalisée du même nom jusqu'au Danube. Le niveau du Lac peut alors baisser de quelques centimètres. (Pour une superficie comparable , le lac de Constance fluctue de quelque trois mètres sans régulation)..
Les composants d'une écluse contemporaine Les principaux éléments architecturaux d'une écluse moderne en sont : deux plateaux (rive droite et rive gauche) munis d'organes d'amarrage (bollards) ; deux bajoyers (rive droite, rive gauche) éventuellement équipés de bollards flottants ; le radier qui constitue le fond de l'écluse ; deux portes ou vantaux (amont et aval), les portes et les bajoyers encadrant le sas ; les aqueducs ou tambours ou encore tunnels de fuite (pour vidanger ou remplir l'écluse) ; des ouvrages d'art complémentaires : ducs-d'Albe, pieux, murs d'amarrage et d'approche ; les infrastructures annexes et systèmes liés au fonctionnement de l'écluse (électricité, éclairage, local de contrôle et commande, télécommunication ; cric de ventelle et de porte sur une écluse manuelle) ; des équipements et dispositifs de sécurité (musoirs, murs d'approche, etc.); si l'écluse est sur une rivière navigable, elle est généralement accouplée à un barrage mobile à aiguilles ou barrage mobile à battant, ce barrage pouvant être équipé d'une centrale hydroélectrique.
centré|vignette|Le GoogleMap 36.29629882103861, -86.65730056823539 sur la rivière Cumberland (Tennessee) et sa centrale hydro-électrique séparent un lac artificiel du bief aval. La porte amont est fermée ; le sas a été éclusé ; le convoi avalant sort de l'écluse en passant entre les vantaux encastrés et le mur d'approche et le musoir aval.
Histoire thumb|left|Plan d'une écluse, d'après "Théorie des fleuves, 1769".
Du Moyen Âge jusqu'à la Renaissance, le mot « écluse » désigne un vannage simple (latin Aqua exclusa : eau séparée, du latin classique excludere : séparer, fermer le passage à quelque chose - qui a donné le verbe français exclure). Le mot apparaît en français sous la forme « escluse » au .
Origine en Chine La première écluse à sas est mise au point en 984 à Huaiyin sur le Grand Canal par Qiao Weiyue (926-1001), un commissaire des Transports de la dynastie Song..
Certains auteurs donnent la première application en Europe d'une écluse à sas, avec doubles portes en bois non busquées, à Spaarndam, aux Pays-Bas, en 1285, construite à l'initiative de Florent V de HollandeSociété royale belge des ingénieurs et des industriels, Belgium, Annales des travaux publics de Belgique, tome 1, Bruxelles, 1843, Google Livres..
Écluses sur le premier canal à bief de partage d'Europe Les inconvénients des pertuis uniques sont bien documentés par l’histoire du canal de Stecknitz, reliant l’Elbe à la mer Baltique à Lübeck. Long de pour un seuil de , chaque pertuis y était construit en aval d’un ruisseau. Lorsqu’on l'ouvrait, la manœuvre particulièrement consommatrice d’eau la gaspillait d’abord jusqu’à atteindre la largeur voulue pour un pertuis horizontal, et encore plus, un tirant d’air suffisant sous un pertuis à levage vertical. Les embarcations ne franchissaient donc l’obstacle que quand la « chute » avait déjà beaucoup perdu de sa vigueur. Et il fallait attendre de deux à trois jours pour que le bief se remplisse à nouveau. Avec ces délais, pas étonnant que le voyage inaugural de 1398 ait pris cinq semaines. C’est aussi ce qui explique que les maisons d’éclusiers, établissements officiels « de la couronne » tous construits sensiblement sur le même plan, aient servi d’auberge, voire de magasin pour les mariniers en attente de sassement.
En amont de LauenburgMusée de la navigation sur à proximité, l’écluse simple à sas de est documentée dès 1480. Circulaire, elle permettait le sassement d’une douzaine de prames de par 2 ½ de d’enfoncement. Côté nord, à Hahnenburg, a été construite la première échelle d’écluses (voir plus bas) composée de deux sas équipés de deux pertuis chacun pour racheter de chute : cette solution très innovatrice pour l'époque souligne la concurrence, jusqu'à l'ère industrielle, du transport fluvial avec les puissants privilèges officiels« officiels » au point que les meuniers de Vienne l'étaient selon une charte impériale remise en cause seulement par la première à la fin du s. La station de métro évoque leur implantation originale. des meuniers. vignette|Écluse ronde de Palm
D’abord en bois comme les pertuis, ces écluses ont été progressivement remplacées par des ouvrages de maçonnerie de dimensions plus importantes. Substituées en 1900 par le nouveau canal de Lübeck à l’Elbe, beaucoup plus direct, outre les cours d’eau du tracé initial, il reste quelques vestiges de ces écluses ancestrales.
S'il s'agit d'un ouvrage de navigation, cela est alors précisé « écluse de navigation », c’est-à-dire en fait un pertuis. C'est en rapprochant progressivement deux pertuis encadrant un bassin qui deviendra le sas que l'on évoluera vers l'écluse, par l'étape intermédiaire du bassin à portes marinières aux . Ce peut être l'œuvre empirique de meuniers futés cherchant un moyen d'économiser l'eau perdue à chaque passage de bateau dans une porte marinière (un pertuis) simple.
Écluses à sas à portes busquées en Italie Contrairement à une idée largement répandue, Léonard de Vinci n'est pas l'inventeur de l'écluse à sas même s'il a beaucoup travaillé sur la question et a même conçu des canaux. Le principe du sas à niveau variable existait avant lui, de même que vraisemblablement celui des portes dites « busquées » qui forment un angle pointé vers l'amont de manière à résister à la pression de l'eau selon un principe proche de celui de la voûte, mais appliqué à l'horizontale. On est passé graduellement du pertuis archaïque, dangereux et très consommateur d'eau, à l'écluse « moderne » par l'étape du bassin à portes marinières ou « paléo-écluse » qui consiste en un vaste bassin servant de sas, encadré en amont et en aval par des pertuis. Léonard de Vinci a vraisemblablement mis la touche finale à cet ouvrage en préconisant la forme rectangulaire que nous lui connaissons généralement.
Les noms de nombreux ingénieurs de la Renaissance, surtout italiens, sont associés à cette invention progressive de l'écluse à sas : Bertolo da Silva, Fiorivantiti da Bolognese, et bien sûr Léonard de Vinci qui, s'il n'a pas inventé l'écluse au sens propre, lui a mis sa touche finale en y apportant les derniers perfectionnements, comme un petit volet placé au bas de la porte qui permet un flux d'eau suffisant pour équilibrer la pression sur les deux vantaux et en faciliter l'ouverture, préfigurant les futures « vannes papillon » et ventelles.
Développements Les ingénieurs hollandais ne sont pas en reste non plus, mais leurs noms ne nous sont pas parvenus.
Avant que le métier ne devienne une branche propre de l'ingénérie à l'époque industrielle, parmi les constructeurs connus, on peut noter ceux des ouvrages militaires (comme Vauban, « superviseur » du canal de Pierre-Paul Riquet dont il paracheva certains ouvrages) et des fossés de terrassement jardinier (comme ).
Par la suite, on ne cessera de perfectionner le système, mais le principe reste le même. On emploiera parfois, au lieu des portes busquées traditionnelles, des portes à guillotines ou des portes dites « secteur », ou encore des clapets plongeants.
Jusqu'à la fin du , la chute maximale des écluses ne dépasse guère , car le système de vannes plates ne fonctionne plus sous une pression trop forte. C'est l'invention de la vanne cylindrique par l'ingénieur Moraillon à la fin de ce qui va permettre la construction d'écluses de haute chute dépassant : sur un cylindre vertical, les pressions s'annulent, et l'on n'a aucun mal à lever une telle vanne.
Quelques records
En France, au gabarit Freycinet, les écluses de plus hautes chutes sont : Écluse de Réchicourt-le-Château, sur le canal de la Marne au Rhin (dans le département de la Moselle), avec ; Crissey, sur le canal du Centre (au nord de Chalon/Saône), avec ; Les écluses amont de Chautagne et Belley, sur le haut Rhône, avec chacune ; Flandres, sur le canal Saint-Denis (à côté de la cité de la Villette à Paris), avec ; Bourg-le-Comte, sur le Canal de Roanne à Digoin, avec ; Bayard, sur le canal du Midi (devant la Gare Matabiau à Toulouse) et Béziers (juste après le pont-canal), avec ; Artaix et Chassenard, encore sur le Canal de Roanne à Digoin, avec chacune ; Laroche et Germigny, sur le canal de Bourgogne, avec chacune ; Saverne sur le canal de la Marne au Rhin, avec ; Heuilley-Cotton sur le canal de la Marne à la Saône avec ; Plusieurs écluses du canal du Centre, avec , et plusieurs du canal de Briare, avec ; L'écluse de descente en Loire d'Orléans, au bout du canal d'Orléans, avec une chute variable selon le niveau de la Loire, mais supérieure à .
Sur le canal du Midi à Béziers, l'écluse octuple de Fonseranes permet le franchissement d'un dénivelé de sur de long, mais son sas inférieur est hors-service, et on entre directement dans son qui est en niveau haut constant (il n'est que le prolongement du bief du pont-canal de Béziers). C'est-à-dire qu'aujourd'hui cet ouvrage ne rattrape plus qu'une chute de l'ordre de .
Sur le canal de Briare, le modèle de Fonseranes, l'écluse septuple de Rogny, rattrapait une chute de sur un peu plus de de longueur.
En grand gabarit, les plus hautes écluses de France se trouvent sur le Rhône, la plus haute étant Saint-Pierre (Bollène) avec . À sa mise en service (1953), elle était la plus haute du monde. Citons également l'écluse d'Arques, sur le Canal de Neufossé (dans le département du Pas-de-Calais), avec plus de treize mètres de dénivelé, qui remplace l'ascenseur à bateaux des Fontinettes.