Le fonctionnement au fil de l’eau

Le fonctionnement au fil de l’eau 

Les centrales sont situées à proximité d’une rivière et n’ont pas de réservoir. Un seuil est néanmoins nécessaire pour maintenir un niveau d’eau constant en amont de la turbine .

Ce type de centrale s’adapte au débit naturel des cours d’eau, généralement caractérisés par une faible pente et un débit assez fort (principalement sur des cours d’eau de plaine). Les ouvrages fournissent une énergie “en ruban”, c’est-à-dire une énergie continue mais dont la puissance dépend du débit. Le débit est donc quasiment identique en amont et en aval de la centrale, et le régime hydrologique de la rivière n’est que très faiblement modifié.

Le fonctionnement par accumulation 

Les cours d’eau de montagne, en raison de leur forte pente et de leur débit faible et très irrégulier, ne sont pas propices à l’installation de centrales fonctionnant au fil de l’eau. L’utilisation de l’énergie hydraulique nécessite la construction d’un barrage permettant de stocker l’eau pour la relâcher de manière contrôlée. En l’espace de quelques minutes, la centrale peut ainsi produire sa pleine puissance. Il s’agit de lâchers d’eau intermittents appelés éclusées, se traduisant par des variations brutales et fréquentes (jusqu’à trois fois par jour) du débit. A la différence des centrales au fil de l’eau qui fournissent une production continue, les ouvrages à accumulation offrent la possibilité de répondre aux brusques variations de la demande globale d’électricité.

Ce type de centrale présente deux types de conception :

Les centrales sans dérivation :
L’usine est logée au pied du barrage. L’eau turbinée est relâchée à l’aval immédiat du barrage. Il n’y a donc pas de dérivation ni de tronçon court-circuité.

Les centrales avec dérivation :
Un canal d’amenée et une conduite forcée servent à dévier l’eau de la retenue jusqu’à l’usine, située à une altitude beaucoup plus basse. Arrivée à l’usine, l’eau est turbinée puis rejetée à la rivière par un canal de fuite. La rivière est donc court circuitée sur une longueur pouvant aller de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres. Ce type d’installation permet une grande hauteur de chute, donc une puissance beaucoup plus importante que pour une centrale sans dérivation. On peut d’ailleurs distinguer trois catégories de centrales avec dérivation : les centrales de basse chute (dénivellation inférieure à 40 m), de moyenne chute (40 à 200 m) et de haute chute (supérieure à 200 m).

LES IMPACTS DE LA PETITE HYDROELECTRICITE

Effets dus à la présence du barrage 

Le fait d’installer un barrage sur un cours d’eau va provoquer, en amont, un exhaussement du lit de la rivière et une montée du niveau piézométrique des nappes superficielles. L’apparition d’une retenue en amont du barrage va fortement pénaliser les poissons d’eau vive (salmonidés…), qui vont rapidement céder la place aux poissons d’eaux lentes et chaudes (cyprinidés…).

En aval, l’enfoncement du lit va faire baisser la ligne d’eau et le niveau des nappes.

Dans le cas des centrales équipées d’une dérivation, le nouveau régime du tronçon courtcircuité peut se décomposer en deux grandes périodes :
– périodes de débit réservé sans surverse, lorsque le débit amont est inférieur à la valeur « débit réservé + débit d’équipement ». Ce tronçon ne reçoit qu’un débit uniforme et très faible par rapport à sa capacité initiale, la majeure partie étant détournée vers les turbines.
– Périodes de débit réservé augmenté des surverses qui surviennent dès que le débit du cours d’eau en amont devient supérieur à la valeur « débit réservé + débit d’équipement ». Cependant, beaucoup d’installations stockent l’eau pendant les périodes de débit important, pour la turbiner quand les débits sont plus faibles. La plupart du temps, le tronçon court-circuité ne reçoit que le débit réservé. Ce débit relativement faible et uniforme va permettre la colonisation du lit mineur par les végétaux supérieurs, et ainsi provoquer une forte réduction de la taille du lit et de la capacité d’évacuation de la rivière. Cela posera de graves problèmes si une crue importante se produit. L’impact de l’instauration d’un débit réservé porte principalement sur la réduction de la surface mouillée et des paramètres « hauteur » et « vitesse » qui conditionnent l’habitat et le fonctionnement des frayères. En effet, ces faibles vitesses de courant vont permettre le dépôt de particules fines dans les graviers, provocant le colmatage du lit du cours d’eau et diminuant les échanges entre la zone hyporéique et la surface. Les frayères à salmonidés perdent alors leur fonctionnalité et les populations de macroinvertébrés subissent d’importantes déstructurations. La hauteur d’eau fortement diminuée peut également provoquer de fortes perturbations sur les écosystèmes (Gayraud, Hérouin, Philippe, 2001). De plus, les connections avec les annexes hydrauliques (anciens bras, mares temporaires…) ne vont plus se faire, pénalisant également la reproduction de certaines espèces (brochets…).

Effets dus au fonctionnement de la centrale 

Les centrales fonctionnant par éclusées provoquent des modifications brutales et très importantes du débit. Lorsque les vannes sont fermées, ce dernier est quasiment nul à l’aval du canal de fuite, alors qu’il peut être beaucoup plus fort quelques minutes plus tard (Exemple de la Fontaulière (Ardèche) où le débit d’éclusée peut être 150 fois supérieur au débit plancher (Valentin, 1996)). Ces brusques variations ont des effets importants sur la morphologie du cours d’eau et sur la vie aquatique.

Le facteur déterminant pour les écosystèmes aquatiques soumis à un régime d’éclusées serait la diversité des vitesses, directement dépendante de la valeur du débit plancher. Lorsque ce dernier est trop faible, ce sont les conditions lentiques qui deviennent limitantes, entraînant les effets les plus soutenus (Valentin, 1996). Les populations de macroinvertébrés sont alors dominées par des taxons de milieux stagnants, et les populations de truites subissent de nettes régressions.

Le comblement des retenues 

Dans le plan d’eau d’un barrage, la vitesse de l’eau et la compétence diminuent. On observe alors le phénomène de « wash load » : seuls les sédiments les plus fins, qui restent en suspension, peuvent traverser la retenue et atteindre la rivière à l’aval. Les autres sont piégés et vont former en queue de retenue un delta sous-lacustre, dont le front progresse en direction du barrage. Les sédiments grossiers se déposent les premiers et se retrouvent en amont du delta, les plus fins se concentrant en aval (Rampon, 1990). Un autre phénomène apparaît dans les retenues : le ralentissement de la vitesse du courant conduit à une moindre oxygénation de l’eau, et donc à une moins bonne dégradation de la matière organique. Celle-ci va se déposer dans la retenue, contribuant à la formation parfois importante de vases. Ces phénomènes de sédimentation vont provoquer une réduction plus ou moins rapide de la capacité de la retenue : en Chine par exemple, le taux moyen de perte de capacité des réservoirs atteint 2,3% par an. Certaines retenues ont même été entièrement comblées (Thibault, 1998). La sédimentation peut aussi entraîner le blocage des organes d’évacuation situés au pied du barrage.

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Table des matières

INTRODUCTION
UNE CENTRALE HYDROELECTRIQUE
Le fonctionnement au fil de l’eau
Le fonctionnement par accumulation
LES IMPACTS DE LA PETITE HYDROELECTRICITE
Fiche impact N°1 : modifications du régime hydrologique
Fiche impact N°2 : le blocage sédimentaire
Fiche impact N°3 : la stratification physico-chimique de la retenue
Fiche impact N°4 : l’eutrophisation
Fiche impact N°5 : effets des vidanges
Fiche impact N°6 : la circulation des poissons migrateurs
LES TEXTES REGLEMENTAIRES
Fiche juridique N°1 : concessions et autorisations
Fiche juridique N°2 : les études d’impact
Fiche juridique N°3 : achat de l’énergie par EDF
Fiche juridique N°4 : les débits réservés
Fiche juridique N°5 : les vidanges
Fiche juridique N°6 : la circulation des poissons migrateurs
LES MOYENS TECHNIQUES
Fiche technique N°1 : détermination d’un débit réservé adapté
Fiche technique N°2 : lutte contre la sédimentation dans la retenue
Fiche technique N°3 : la qualité de l’eau
Fiche technique N°4 : les vidanges
Fiche technique N°5 : les dispositifs de franchissement
SYNTHESE
CONCLUSION
Bibliographie
Liste des ouvrages consultés
Table des matières

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