Les barrages deviennent soucieux de l’environnement

Dossier : De l’eau pour tousMagazine N°683 Mars 2013
Par Daniel LOUDIÈRE (63)

L’homme s’est installé au bord des rivières, malgré les risques importants que cela impliquait, pour disposer d’eau pour lui et ses animaux, pour disposer de ressources alimentaires complémentaires et d’un moyen de transport «naturel». Pour maîtriser cette ressource, il a construit des réservoirs afin de permettre la navigation et de conserver une réserve d’eau en période d’assec des rivières.

La production intensive d’énergie, la satisfaction des besoins en eau potable et le recours à l’irrigation constituent les raisons majeures de la construction des grands barrages au XXe siècle.

REPÈRES
Le classement des barrages en France s’effectue de la manière suivante : 305 barrages de classe A, barrages de hauteur au-dessus du terrain naturel supérieure à 20 m; 264 barrages de classe B, de hauteur supérieure à 10 m, et environ 1 200 « petits barrages » de classe C, de hauteur supérieure à 5 m. Les ouvrages de classe A sont réalisés soit en béton (ou en maçonnerie), soit en remblai. Les ouvrages moins importants sont le plus souvent des remblais en terre compactée.

Des exigences sécuritaires et environnementales

Les très grands barrages
Les «très grands barrages» stockent plus de 15 km3. Citons par exemple le barrage de Tignes, superbe voûte de 180 m de hauteur au cœur des Alpes; celui de Serre-Ponçon avec 1,2 km3 (un milliard de mètres cubes stockés) ; ou encore Petit-Saut, en Guyane, qui stocke 4,8 km3. Ces barrages font l’objet de procédures particulières en matière de sécurité, avec l’établissement de plans particuliers d’intervention.

La lutte contre les inondations et le soutien des débits d’étiage sont restés plus marginaux, même si, actuellement, ils sont largement évoqués dans les projets récents dans le monde. En France le parc des barrages est relativement stabilisé. Leur sécurité et surtout leurs impacts environnementaux restent une préoccupation qui dépasse largement le niveau des exploitants.

À côté des préoccupations légitimes de sécurité des ouvrages qui ont été revisitées assez complètement en termes de législation et de réglementation depuis 2006, de nombreuses parties prenantes se sont investies sur le créneau de l’impact de ces ouvrages sur l’environnement, du fait notamment de la directive-cadre européenne sur l’eau (DCE) de 2000, qui a, entre autres, pour objectif que toute masse d’eau (réservoir, ou rivière à l’aval) présente dès 2015 un «bon état écologique ».

Les impacts sédimentaires

En France, le parc des barrages est relativement stabilisé

Une rivière est le vecteur majeur de transport à longue distance des matériaux et sols érodés, en suspension pour les particules les plus fines, argile silt et sable fin, en charriage pour les matériaux plus grossiers, cailloux et blocs, enfin en saltation pour les sables moyens ou grossiers et les gravillons. Cette partition est modifiée selon la pente, la vitesse de l’eau et la turbulence de l’écoulement.

La construction d’un barrage peut alors constituer une perturbation majeure dans un système éminemment dynamique, avec les effets possibles suivants : envasement ou ensablement de la retenue qui perd sa capacité nette de stockage; surcreusement du lit dans les zones « chenalisées », car la vitesse de l’eau est accrue ; déposition de sédiments et accroissement des risques liés aux crues du fait du rehaussement du lit.

Gestion sédimentaire et morphologique

Pour arriver à une gestion sédimentaire durable d’un aménagement ou d’une série d’aménagements, il convient de disposer d’un historique de la rivière ; de réaliser des aménagements permettant d’agir ou de réagir en regard du transport solide; de mettre en oeuvre des modèles intégrant la connaissance du fonctionnement sédimentaire de la rivière et des retenues d’eau; de simuler les différentes familles d’écoulement, crues plus ou moins récurrentes, étiages plus ou moins prononcés, débits de plein bord ; d’évaluer les impacts géomorphologiques et biologiques.

La reconquête hydromorphologique

le Rhin, suite aux multiples équipements construits sur le Grand Canal d’Alsace, au niveau du Haut-Rhin, le Vieux Rhin ne reçoit hors périodes de crue qu’un débit résiduel limité autour de 20 à 30 m3/s. L’ancien fleuve a laissé la place à un Vieux Rhin à chenal unique.

Simuler le fonctionnement
Un programme de suivi et d’étude de la morphologie et du transport sédimentaire a été mis en oeuvre sur l’Arc et l’Isère. Ces deux bassins sont équipés pour la production d’électricité avec des barrages, des prises d’eau, des galeries, des bassins et des usines hydroélectriques. Ce programme comprend des relevés topographiques fins par moyens aéroportés pour disposer de cartes topographiques, étalés dans le temps des deux rivières ; le suivi de bancs de graviers typiques sur les deux rivières, en cas de crues en particulier ; le suivi de dépôts de sédiments fins dont la « végétalisation» peut se traduire par une installation pérenne. Sur ce même aménagement, des études approfondies ont été conduites pour simuler le fonctionnement hydrosédimentaire des bassins usiniers.

Le lit majeur est envahi par des dépôts et une végétation arbustive se développe avec deux effets majeurs : la capacité d’évacuation des crues s’est détériorée ; l’habitat piscicole est réduit et les possibilités de frai des espèces lithophiles sont rares.

En 1982, une convention franco-allemande est signée pour aménager des zones de rétention des crues dans des bassins situés dans le lit majeur et occupés par la forêt alluviale. Ultérieurement, deux projets vont, au-delà de la seule gestion des crues et de la prévention de ce risque, s’atteler à la renaturation du Rhin, l’amélioration de la qualité des eaux et à la restauration d’un écosystème rhénan conforme à la DCE en termes de bon état écologique.

On a ramené des sédiments dans le Vieux Rhin, augmenté le débit de base et fait varier son débit avec les fluctuations saisonnières, créé des bras secondaires et contenu la végétation. Cette redynamisation volontariste devrait favoriser le développement des habitats aquatiques et retrouver un fonctionnement écologique favorable à la biodiversité, y compris sur l’ensemble du lit majeur.

Ce projet bénéficie d’un fort soutien scientifique multidisciplinaire et binational tout à fait remarquable. Sur d’autres fleuves (le Rhône ou la Garonne) ou rivières (la Durance, le Verdon), des études morphosédimentaires débouchent sur d’autres conclusions.

Les éclusées

Mettre en oeuvre des modèles intégrant le fonctionnement sédimentaire de la rivière

Les «éclusées» hydroélectriques permettent aux producteurs d’énergie d’adapter leur production à la demande et de faire face pendant quelques heures à des pointes de demande, sachant que les centrales thermiques à gaz et les installations hydroélectriques sont les installations les plus adaptées pour ajuster offre et demande d’énergie sur le réseau électrique.

Les stations de pompage-turbinage sont, sur la même problématique, une autre forme de réponse à ce besoin que l’émergence des énergies renouvelables non maîtrisées va accentuer.

Plus de 150 aménagements hydroélectriques sont exploités par éclusées. À l’aval, ces éclusées se traduisent par des variations rapides du débit. Elles perturbent le cycle de reproduction de nombreuses espèces piscicoles. Les études montrent un lien étroit entre hydraulicité, morphologie du lit et potentialités piscicoles de la rivière.

Faute de modèles couplés, ce sont les observations de terrain qui semblent indispensables pour améliorer des situations dégradées.

Le cas du saumon
Le saumon est l’espèce emblématique la plus concernée sur les rivières de la façade Atlantique. L’Office national d’étude des milieux aquatiques s’est intéressé à l’impact écologique des «éclusées» sur la Maronne, un affluent rive droite de la Dordogne. Les études ont porté sur l’hydromorphologie de la rivière en relation avec la vie des poissons : constitution du lit et des rives, zones de frai, mouilles, déconnexion de bras secondaires, piégeage.
Ensuite, ce sont les impacts biologiques qui ont été observés ; des pêches électriques ont permis des comptages. Les premières mesures ont consisté à augmenter le débit de base pendant la période de reproduction pour faciliter la circulation des reproducteurs et favoriser l’émergence des alevins ; reconstituer par apport de graviers des frayères colmatées par des sédiments; reconnecter des bras morts à faible débit.

Les passes à poissons

La transparence biologique des barrages en rivière fait aussi partie de la panoplie des outils du concepteur d’ouvrages hydrauliques respectueux de l’environnement.

Un savoir-faire national
Une équipe de recherche technologique, basée à Toulouse au sein de l’Institut de mécanique des fluides, constitue le noyau dur du savoir-faire national dans le domaine de la transparence biologique.
L’efficacité de ces dispositifs n’est pas toujours assurée malgré des coûts importants, tant en termes d’investissement pour la réalisation que pour l’exploitation.

Pour permettre aux poissons de franchir un barrage, on peut réaliser des « passes à poissons », ou échelles à poissons. Les bassins récepteurs en cascade sont séparés par des murets dotés d’orifices ou, plus souvent, de déversoirs superficiels en V ou rectangulaires uniques ou multiples. On réalise aussi des seuils à faible pente plus adaptés aux chutes réduites et s’insérant plus facilement dans le paysage.

Ou encore des « ascenseurs à poissons » plus économes en termes de débit, plus adaptés aux grandes hauteurs de chute et à des sites contraints par le relief.

Les turbines ichtyophiles

Les constructeurs de turbines ont consenti de gros efforts pour que ces équipements soient moins agressifs pour les poissons qui les traverseraient. Alstom a, par exemple, développé un modèle de turbine à faible chute ichtyocompatible, dite aussi fish-friendly.

Les ascenseurs à poissons sont adaptés aux grandes hauteurs de chute

Le saumon à la «montaison» et l’anguille à la «dévalaison » sont notamment visés par ce type d’équipements. Même à faible chute, donc faible vitesse, l’agression est mécanique (contact avec les pales, frottement aux parois, chocs sur des angles) ou hydraulique (turbulence, chute de pression, gradient de pression). Les concepteurs ont revu les différentes composantes de ces turbines (avant-distributeur, directrices et roue) pour atténuer les effets agressifs.

Testée au laboratoire du corps des ingénieurs à Vicksburg, la turbine Kaplan type MGR semble effectivement présenter une amélioration limitant la dangerosité pour les poissons qui la traversent.

L’acceptabilité sociale

À l’international, l’émergence de projets gigantesques a exacerbé cette question d’insertion environnementale des barrages ainsi que le grave problème de leur acceptabilité sociale.

D’autres interactions
Beaucoup d’autres interférences ou interactions entre barrages et environnement auraient pu être citées, telles que les impacts thermiques, le stockage des polluants dans les sédiments, l’évolution chimique ou physique de l’eau, le développement d’algues.

La Banque mondiale a suscité la constitution d’une « World Commission on Dams » (WCD), dont le rapport final a mis en avant des réalisations inacceptables et des exigences fortes sur ces plans.

Le grand barrage de Nam Theun 2 au Laos a été réalisé avec la participation essentielle d’EDF ; il a été tenu le plus grand compte pour la réalisation de cet ouvrage des recommandations essentielles de la WCD.

D’autres barrages construits récemment tels que celui des Trois-Gorges en Chine, ou en cours de construction comme celui de Xayaburi au Laos n’ont pas bénéficié d’une prise en compte complète des exigences environnementales et sociales.

Même si l’influence sur les coûts est sensible, tout barrage moderne devrait s’inscrire dans une logique de croissance verte, avec ce que cela implique de respect de l’environnement et d’insertion locale.

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