Écoconcevoir les projets d'hydroélectricité
L'hydroélectricité constitue une source d'énergie renouvelable (ENR) majeure pour la France. Le potentiel français est déjà bien exploité. Néanmoins, l'optimisation de la production reste possible, et les mesures d'atténuation des incidences perfectibles. Caractériser les impacts, hiérarchiser les enjeux et réduire efficacement les incidences constatées reste un vrai défi. Objectif : concilier hydroélectricité, bon état des eaux et préservation des espèces aquatiques.
L'hydroélectricité représente en France la deuxième source d’électricité après le nucléaire, et la première parmi les ENR. Elle constitue une ressource stratégique au regard de ses capacités de production de pointe lors des pics de consommation électrique.
Selon le baromètre 2024 de l'électricité renouvelable en France, la puissance hydroélectrique installée est de 25,957 GW pour environ 2500 centrales. 17% de cette puissance concernent 4 centrales de plus de 700 MW et 58% concernent 95 centrales comprises entre 50 et 600 MW. Plus de 1600 centrales de moins de 1 MW totalisent seulement 1,8% de la puissance installée.
Les objectifs d’augmentation de puissance fixés pour l'Hexagone dans la Programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) sont faibles par rapport aux autres ENR en raison d'un potentiel hydroélectrique déjà largement exploité (Aubert & Meynier-Millefert, 2019). La planification de cette augmentation de la capacité de production, en considérant les enjeux écologiques à l’échelle des bassins versants, est aujourd’hui primordiale pour faire émerger une véritable conciliation entre les objectifs de développement cadrés par la PPE et les objectifs de bon état écologique des masses d'eaux et de préservation de la biodiversité aquatique.
Le pôle de recherche et développement en écohydraulique OFB-IMFT-Pprime
Ce pôle associant l'Office français de la biodiversité (OFB) à des hydrauliciens (Institut de mécanique des fluides de Toulouse et institut Pprime) travaille sur des thématiques directement liées à l'hydroélectricité. Les recherches sont centrées sur l'optimisation de solutions pour le franchissement piscicole, la caractérisation du transport sédimentaire en cours d'eau et la détermination des débits biologiques. Ses productions sont disponibles sur le portail Hal.
À noter : le nouveau site web de l’Observatoire des énergies renouvelables et de la biodiversité est à venir en 2025
Les ressources citées ci-dessous émanent de projets soutenus financièrement ou développés par l’OFB. Le site web de l'observatoire permettra de consulter une documentation plus exhaustive en matière de caractérisation des incidences ou de solutions d’atténuation à développer.
Des impacts ponctuels et cumulés à diagnostiquer
Les aménagements hydroélectriques en cours d'eau peuvent engendrer différents impacts sur le fonctionnement écologique de ces milieux, que ce soit en termes :
- d’altération, de dégradation voire de destruction des habitats aquatiques et rivulaires compte tenu de la modification du régime des débits et du transport sédimentaire, et par conséquent de la morphologie des cours d’eau, de la qualité physico-chimique de l'eau, etc.
- de création d'obstacles à la migration par montaison ou dévalaison des espèces aquatiques,
- ou de mortalité des individus.
Les mesures correctives mises en place au cas par cas (passes à poissons, débits minimums biologiques, transparences sédimentaires, etc.) ne peuvent apporter des garanties d’effectivité à 100%. Des impacts résiduels significatifs peuvent perdurer, se cumuler voire se démultiplier en cas de présence d’une succession d'ouvrages sur un même cours d’eau à l’échelle des bassins versants.
Cette synthèse bibliographique récapitule les impacts écologiques des aménagements hydroélectriques :
- Richard S., Sagnes P. et Courret D. (2022) Synthèse des principaux impacts écologiques engendrés par les aménagements hydroélectriques et de leurs conséquences sur le fonctionnement des cours d’eau. OFB, pôle de recherche et développement en écohydraulique. 22 pages.
Au niveau de l'infrastructure : évaluer les risques d'impact pour les poissons
Des méthodes ont été développées pour établir un diagnostic de l'ampleur et de l'intensité de certaines de ces incidences engendrées par les barrages ou centrales hydroélectriques, en vue notamment d'identifier les besoins de réduction d'impacts.
Évaluer la franchissabilité des ouvrages hydrauliques par les poissons
La méthode Informations sur la continuité écologique (ICE) : diagnostiquer la franchissabilité des ouvrages hydrauliques par les poissons | Page éditoriale
La méthode Informations sur la continuité écologique en milieux aquatiques propose un protocole standardisé de diagnostic du degré de franchissabilité des obstacles transversaux par les poissons, pour des espèces présentes en Hexagone et en Outre-mer.
Estimer la mortalité des poissons dévalant au niveau des aménagements hydroélectriques
Une approche a été formalisée en prenant l'exemple de l'anguille et se base en partie sur des estimations de mortalité des individus qui transitent par les turbines.
- Labedan M. & Sagnes P. (2021). Quelles données collecter et comment estimer les mortalités d'anguilles dévalantes au niveau des aménagements hydroélectriques, OFB
Exemples d'application pour les salmonidés ou l'anguille :
- Tomanova S., Courret D. et al. (2023). Updated mortality estimation formulae for salmonids passing through Francis turbines at hydropower plants. Knowl. Manag. Aquat. Ecosyst. Number 424.
- Gomes P. , Larinier M. (2008). Dommages subis par les anguilles lors de leur passage au travers des turbines Kaplan - Établissement de formules prédictives. Rapport Ghaappe.Onema-IMFT
À l'échelle du cours d'eau : évaluer la modification des conditions d’habitats pour la faune aquatique
Certains barrages hydroélectriques fonctionnent par éclusées. Elles modifient alors fortement l'hydrologie des cours d'eau à l'aval, ce qui peut impacter leur fonctionnement (Valentin, 1997).
Un indicateur permet de caractériser le degré d'altération hydrologique dû aux éclusées :
- Courret D., Baran P. et Lariner M. (2021) An indicator to characterize hydrological alteration due to hydropeaking. Journal of Ecohydraulics 6(3) : 1 – 18.
- indicateur Éclusées (Hydropeaking Indicator) (format .xlsm) et sa notice d'utilisation
Certains barrages, notamment les plus imposants, peuvent significativement impacter le transport des sédiments et donc la "continuité sédimentaire" en cours d'eau.
Une synthèse liste ces impacts et propose une typologie de solutions d'atténuation :
- Braud S. et Alber A. (2013) Synthèses des connaissances & proposition d'une méthode d'évaluation de l'impact des ouvrages transversaux sur la continuité sédimentaire des cours d'eau. Dreal Centre, 76 p.
Différentes solutions : priorité à l'évitement, puis à l’atténuation des impacts
Appui à l’identification des sites écologiquement sensibles
La première solution d’atténuation des risques d’incidences consiste à éviter la construction d'infrastructures au sein ou à proximité de zones écologiquement sensibles, à fort enjeu de conservation (aires protégées, routes migratoires, forêts, zones humides, etc.).
Ainsi, dans le cadre de l’identification des Zones d'accélération des ENR terrestres (2023-2025, ZAENR) prévue à la loi n°2023-175 du 10 mars 2023, l’OFB a rassemblé sur une interface cartographique l’ensemble des zonages environnementaux à prendre en compte. Initialement créée à l’intention des collectivités territoriales, elle peut également accompagner les développeurs dans l’identification des sites écologiquement sensibles à éviter en priorité. Elle permet de visualiser facilement les différents types de zones d'exclusion ou nécessitant au préalable l’avis du gestionnaire.
Tous les détails sont à retrouver dans la partie consacrée au Déploiement territorial sur la page présentant le cadre global lié aux ENR.
Des solutions d'atténuation des incidences à l'efficacité testée
Approche intégrée des enjeux
Le rétablissement de la continuité écologique au droit des ouvrages hydroélectriques nécessite parfois des solutions à la croisée des enjeux écologiques et des activités humaines locales, comme la navigation ou le patrimoine bâti.
Aussi, dans le cadre du plan national d’action pour une politique apaisée de restauration de la continuité écologique, une approche intégrée d’évaluation des enjeux écologiques, culturels, de navigation et de production d’électricité a été élaborée :
- OFB, Ministère de la Transition énergétique, Fédération française de Canoë-Kayak, Ministère de la Culture. Éléments destinés à faciliter le choix et la mise en œuvre de solutions techniques pour restaurer la continuité écologique dans les cours d'eau - Pour une approche intégrée des enjeux écologiques, culturels, de navigation et de production d'électricité. Plan d'action pour une politique apaisée de restauration de la continuité écologique - Action 4. 73 p.
Rétablissement partiel du franchissement piscicole
Les solutions proposées de restauration de la continuité écologique ont, pour la plupart, été testées et validées in situ. Certains tests sont notamment menés par le pôle Écohydraulique OFB-IMFT-Pprime, travaillant sur les problématiques de franchissement des obstacles par les poissons.
Leur efficacité varie toutefois au cas par cas et la mise en place de solutions peut permettre d'atténuer certaines incidences mais ne suffit pas à remédier à l'ensemble des impacts.
Restauration de la montaison, par la réalisation de passes à poissons
Différents guides et outils permettent de dimensionner les solutions propres à la restauration de la montaison et au franchissement des seuils transversaux par les poissons.
- Guide général d'appui à la conception des passes à poissons : M. Larinier, J.P. Porcher, F. Travade et C. Gösset, (1992). Passes à poissons : expertise, conception des ouvrages de franchissement, Conseil supérieur de la pêche, 342 p.
- Guide spécifique aux passes "naturelles" : M. Larinier, D. Courret, P. Gomes (2006). Guide technique pour la conception des passes "naturelles". Rapport Ghaappe RA.06.05
- Application informatique d’appui au dimensionnement des passes à poissons : le logiciel Cassiopée.
Restauration de la dévalaison, par réduction des mortalités dans les turbines
Différentes méthodes et outils d’aide à la décision permettent d’évaluer la possibilité pour les poissons de franchir les turbines de l’amont vers l’aval ou de dimensionner les solutions propres à la restauration de la dévalaison des poissons :
- Protocole de test de l’ichtyocompatibilité des turbines hydroélectriques : Baran P. & Courret D. (2013). Ichtyocompatibilité de turbines hydroélectriques : définition des attentes et des protocoles de tests nécessaires. Une fiche PAT-Biodiv spécifique leur est consacrée.
- Aide au dimensionnement des prises d'eau :
- Guide : D. Courret, M. Larinier (2008). Guide pour la conception de prises d'eau "ichtyocompatibles" pour les petites centrales hydroélectriques,
- Application web associée : Cassiopée.
Maintien de débits minimums biologiques au sein des cours d'eau court-circuitées
En aval de certaines centrales hydroélectriques et sur de longs linéaires de cours d’eau, la mise en place de débits réservés s’apparentant à des débits d’étiage sévères altère la capacité d’accueil pour la faune aquatique des tronçons de cours d’eau concernés. Afin d’évaluer la nature et l’intensité des incidences, et de fixer un débit minimum biologique permettant le maintien de la vie aquatique, différentes méthodes permettent d’identifier la valeur de ces débits minimaux à maintenir dans les tronçons-court-circuités.
Les modalités de restitution de ces débits réservés font l’objet de certains points de vigilance et doivent pouvoir suivre certaines règles (Baril et al., 2014).
Dans le cas particulier de tronçons de cours d’eau soumis à des éclusées, des pistes visent à atténuer leurs impacts écologiques (Courret, 2014).
- Baran P., Courret D., Larinier M., (2008). Les méthodes d’aide à la détermination des valeurs de débit réservé au niveau des aménagements hydroélectriques, Note technique Cemagref-Onema-Enseeiht
- Exemple via les modèles d'habitat, pouvant être mis en œuvre grâce à la plateforme Habby : N. Lamouroux, B. Augeard, P. Baran, et al. (2018) Débits écologiques : la place des modèles d’habitat hydraulique dans une démarche intégrée Hydroécol. Appl., 20. 1-27
- Baril D., Courret D., Faure B. (2014). Note technique sur la conception des dispositifs de restitution du débit minimal. Refmadi. Onema.
- Courret D. (2014) Caractérisation de la perturbation hydrologique induite par les régimes d'éclusées hydroélectriques et définition d'un indicateur - Réflexion sur les mesures de mitigation des impacts des éclusées sur les populations de poissons, Université de Toulouse.
Gestion durable du transport sédimentaire au droit des aménagements hydroélectriques
Au même titre que les barrages hydroélectriques constituent un obstacle à la migration des poissons, ils fractionnent les cours d’eau et altèrent le transport des sédiments de l’amont vers l’aval. Plusieurs pistes de solutions sont proposées.
L'étude 2024 coréalisée par EDF, l’IMFT et l’OFB couple approche de terrain, expérimentation et modélisation pour fournir des premiers éléments permettant d'optimiser la durabilité de réinjections ciblées de sédiments à l'aval des ouvrages. Objectif : recréer des zones de frayères sur des tronçons en déficit sédimentaire par exemple.
- Braud S. et Alber A. (2013) Synthèses des connaissances & proposition d'une méthode d'évaluation de l'impact des ouvrages transversaux sur la continuité sédimentaire des cours d'eau. Dreal Centre, 76 p.
- G. M. Kondolf, Y. Gao (2014) Sustainable sediment management in reservoirs and regulated rivers: Experiences from five continents. Earth's Future 2: 256-280.
- K-J Lupinski, G. Brousse, R. Maurin, P. Sagnes et al. (2024) Hybrid Modeling for In Situ Artificial Fish Spawning Ground Stabilization. River Research and Applications
Un référentiel technique socle et des formations
Des préconisations techniques : le site PAT-Biodiv
La plateforme d'Appui technique biodiversité (PAT-Biodiv), accessible à tous, centralise l’état des connaissances scientifiques et techniques sur les impacts potentiels de différents types d’installations, d’ouvrages, de travaux ou d’activités d’origine anthropique sur les milieux naturels. Elle s’appuie pour cela sur la littérature scientifique et technique disponible en France et à l’international, et de nombreux retours d’expériences.
Concernant l’hydroélectricité, les fiches disponibles proposent une synthèse de la réglementation en vigueur, et des recommandations en matière de réalisation des dossiers d’autorisation environnementale : état initial, risques d’impacts, mesures ERC, suivi environnemental.
Des formations
Elles ont pour objectifs de savoir caractériser les impacts et concevoir les solutions d’atténuation en lien avec l'hydroélectricité.
À noter : les liens fonctionnent uniquement lorsque des sessions sont programmées, donc à venir sur le portail formation de l'OFB.
- Conception des dispositifs de franchissement piscicole
- Modèles d'habitat et aide à la détermination des débits minimum
- Connaissance et gestion du transport solide
Avertissement
Ces recommandations n’ont pas de valeur juridique. Elles relèvent de pistes de réflexion qu’il convient d’adapter systématiquement au cas par cas, à l’échelle locale. Par exemple, elles ne se substituent pas à l’état initial et à la caractérisation des enjeux que doivent effectuer les développeurs ou gestionnaires de centrales ou barrages hydroélectriques, lors de l’évaluation de la sensibilité environnementale des sites concernés par leurs projets.
