Principe

Les impacts des turbines « classiques » sur l’ichtyofaune sont dus aux chocs mécaniques sur les parties fixes (directrices) ou mobiles (pales) de la turbine, aux variations brutales de pression et aux cisaillements (accélérations et décélérations brutales). Le principe des turbines ichtyocompatibles est donc de minimiser ces trois sources d’impacts

Bilan

Ces turbines présentent, globalement, des taux de mortalité bien plus faibles que les turbines classiques. Leurs gammes d’utilisation ne couvrent toutefois pas toutes les configurations d’aménagements hydroélectriques en terme de chute et de débit (notamment pour les chutes moyennes à hautes).
La solution des turbines ichtyocompatibles est essentiellement envisageable dans le cas de nouveaux aménagements, leur mise en place sur des ouvrages existants nécessitant généralement des modifications importantes du génie civil.
 

Principes généraux

• Dispositif de grilles fines associées à un ou plusieurs exutoires devant assurer 3 fonctions : 1) l’arrêt des poissons pour éviter leur passage par les turbines, 2) leur guidage vers un système de transfert à l’aval et 3) leur transfert à l’aval de l’aménagement sans dommage
• Les critères de dimensionnement recommandés actuellement visent les salmonidés migrateurs et les anguilles
• Pour les prises d’eau profondes et/ou implantées sur un plan d’eau à fort marnage, l’orientation du plan de grille dans le plan vertical par rapport aux écoulements devra être étudiée : prises d’eau ichtyocompatibles orientées

Arrêt des poissons

Pour les smolts de saumon atlantique et truite de mer : possibilité d'obtenir un effet de barrière comportemental suffisant avec un espacement inter barreaux entre 1/6 et 1/8 de TL, ce qui conduit à une préconisation d'un espacement maximum de 2,5 cm (pour obtenir une barrière physique, il faut un espacement ne dépassant pas 1/10 de TL, soit de l’ordre de 1 à 1,5 cm)
Pour l'anguille : nécessité d’installer une barrière physique, l'effet comportemental étant très largement insuffisant et les individus allant au contact de la grille. L'espacement inter barreaux doit être inférieur à leur largeur de tête qui est proportionnelle à leur longueur totale ; ce qui amène à préconiser, selon les caractéristiques de la population en amont de l’ouvrage, un espacement maximum de 1,5 cm pour arrêter les individus de TL > 50 cm et un espacement de 2 cm pour arrêter les individus de TL > 60 cm

Guidage des poissons

Le guidage des poissons vers les exutoires situés au sommet du plan de grille est favorisé par son inclinaison significative, permettant de réduire les vitesses normales au plan de grille (réduction des risques de plaquage ou de passage prématuré à travers la grille et possibilités de nage des individus) :

• Angle β d’inclinaison par rapport à l’horizontale du plan de grille ≤ 26°
• Vitesses normales au plan de grille à définir en fonction des capacités de nage de croisière des espèces ciblées ≤ 50 cm/s pour les smolts et les anguilles (soit a minima 2 m² de grille par m3/s de débit turbiné) ≤ 30-35 cm/s pour les juvéniles de truite
• Vérifier l’absence de contre-courants ou de courants ascendants susceptibles de masquer l’entrée de l’exutoire dans le canal d’amenée

Débit alloué à la dévalaison

• Débit de dévalaison proportionnel au débit maximal dérivé par la prise d’eau : 5.5 % pour les prises d’eau < 10 m3/s dérivés et 2-3 % pour les prises d’eau > 30-50 m3/s dérivés
• Détermination précise du débit de dévalaison en fonction de la vitesse à l’entrée des exutoires et de leur section totale [Qb=Vb*Hb*(Nb*Bb)]
• Contrôle du débit de préférence en aval de la goulotte de collecte par déversement au niveau d’un seuil épais profilé ou d’un clapet en régime dénoyé

Passage des poissons vers l’aval

• Nombre et positionnement des exutoires de surface situés au sommet du plan de grille à définir en fonction de la largeur de la prise d’eau et de la courantologie (au moins 2 exutoires à partir de 4 m de largeur) 
• Dimensions des exutoires recommandées pour limiter la réticence des poissons à s’engager : largeur (Bb) de l'ordre de 1 m et hauteur d’eau (Hb) de 0,5 m. A adapter en fonction de la largeur et de la profondeur de la prise d’eau et des espèces ciblées, possibilités de réduire la largeur et la hauteur du ou des exutoires pour les prises d'eau étroites ou peu profondes (si H < 2,5 m alors Hb ≈ 20% de H  ;  si B < 4 m alors Bb ≈ 25% de B)
• Distance maximale entre les exutoires de l'ordre de 4-5 m : la largeur cumulée des exutoires est de l'ordre de 25% de la largeur de la prise d'eau
• Conditions hydrauliques à la liaison entre le plan de grille et l’exutoire, et à l’entrée même de l’exutoire, déterminantes pour l’efficacité du dispositif :
  • Vitesse en entrée d’exutoire (Vb) de l’ordre de 1,1 fois la vitesse d’approche (Va) devant le plan de grille
  • Préconisation d’obturer le sommet du plan de grille sur la hauteur des exutoires pour générer des courants transversaux 
  • Mise en place d’une goulotte commune pour la collecte des poissons et des corps dérivants (à privilégier) ou de deux goulottes distinctes :
    • Vitesses d’écoulement dans la goulotte du même ordre que celles au niveau des exutoires (si possible inférieure à 1 m/s) pour limiter les disparités d’alimentation des exutoires : augmentation progressive de la section (largeur) de la goulotte après chaque exutoire (éviter la formation d’une chute entre l’exutoire et la goulotte collectrice)
• Evacuation vers l’aval des poissons par un système avec un écoulement à surface libre, de préférence un canal ouvert :
  • Hauteur d’eau de l’ordre de 20-25 cm, a minima de 10-15 cm (à ajuster en fonction de la taille des individus ciblés)
  • Vitesses dans le canal et au point d’impact du rejet devant rester inférieures à 8-10 m/s, possibilité de disperser le jet à la sortie du canal d’évacuation 
  • Zone de rejet d’une profondeur suffisante : matelas d’eau de l’ordre de ¼ de la hauteur de chute entre l’extrémité aval du canal et le plan d’eau aval (1 m minimum) et éloignés d’obstacles potentiels (parois, blocs, berges, …) et surfaces des parois intérieures et raccords des dispositifs d’évacuation des poissons lisses pour éviter tout risque de blessure par choc mécanique

Pertes de charge

• Possibilités de calcul des pertes de charge à partir des formules de Raynal et al. (2012)
• Barreaux à profils hydrodynamiques à privilégier, permettant de réduire les pertes de charge et de favoriser l’auto-nettoyage de la grille (colmatage permanent), ainsi que les éléments de supports de la grille profilés et mise en place de lignes d’entretoises tous les 50 cm pour rigidifier le plan de grille et éviter la déformation des barreaux

Débit d’équipement

Turbine 
Ichtyocompatible
(ayant fait l'objet de tests de validation)

 Prise d’eau  ichtyocompatible

Arrêt de turbine ciblé
(Dévalaison principalement  nocturne)

Principe de la démarche

L’évaluation de la mortalité des Anguilles lors de leur migration de dévalaison repose sur :

• l’estimation de la répartition des passages des Anguilles au niveau de la prise d’eau
• l’évaluation des dommages subis par le flux migrant transitant par les turbines

Répartition des passages d’Anguilles entre centrale et ouvrages évacuateurs

Période de dévalaison

La migration de dévalaison de l’Anguille se déroule principalement de début Octobre à fin Janvier. La dévalaison peut  sur certains bassins débuter dès la fin de l’été et se prolonger jusqu’au printemps, voire  être observée toute l’année sur les bassins où le débit fluctue peu (cours d’eau calcaires  de  Normandie)

Débits caractéristiques de la dévalaison

• La détermination des débits caractéristiques de l’hydrologie du cours d’eau nécessite d’établir la courbe des débits classés sur la période de dévalaison
• A partir des études radiopistage sur le Gave de Pau, on estime qu’environ 20% des anguilles argentées dévalent à un débit voisin du Q75, 20% autour du Q90, 20% autour du Q95, 20% autour du Q97,5 et 20% autour du Q99 (soit 100% au dessus de Q75 et 80% au dessus de Q90) - Modèle pouvant être affiné si des informations sur les rythmes de dévalaison sont disponibles localement ou avec de futures expérimentations

Estimation de la répartition des Anguilles au droit de l’ouvrage 

Evaluation des dommages subis lors du passage par les turbines

L’évaluation des dommages se fait grâce aux formules prédictives de mortalité fonction du modèle de turbine. Ici aussi, il est recommandé d’effectuer les calculs pour les tailles représentatives sur le cours d’eau (ou pour différentes tailles d’Anguille, par défaut, 50 cm, 70 cm et 90 cm)

Passage par les ouvrages évacuateurs

Par extrapolation par rapport aux expérimentations menées sur les smolts de Saumon atlantique ou de Truite de mer, il est considéré que le passage des Anguilles par les ouvrages évacuateurs ne leur cause pas ou peu de dommages, dans la mesure où les poissons atterrissent dans une fosse de profondeur suffisante sans éléments agressifs

Evaluation de la mortalité globale au niveau de l’aménagement

La mortalité globale au droit de l’ouvrage est la somme des mortalités obtenues pour chaque valeur de débit classé caractéristique. La mortalité pour une valeur de débits classés correspond au produit du % d’anguilles dévalantes par la probabilité de passage par les turbines et par la mortalité induite lors du passage par ces mêmes turbines.

Commentaires

• Hormis les formules de mortalités par les turbines, les éléments de la méthode sont issus des suivis pluriannuels d’Anguilles dévalantes sur une série de 6 aménagements hydroélectriques sur le Gave de Pau (régime hydrologique nivo-pluvial). Les périodes et les débits caractéristiques de la dévalaison sont susceptibles de varier dans d’autres contextes hydrologiques et peuvent être affinés si des informations sur les rythmes de dévalaison sont disponibles localement
• L’enjeu dévalaison Anguille attaché à un ouvrage est également fonction de la position dans le bassin versant et des effets cumulés des ouvrages