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SECTION 1........................................................................................................................................................2
CONTEXTE ICHTHYOLOGIQUE : ..............................................................................................................2
PROFILS DE DEVALAISON ET DE DERIVE DES POISSONS DANS LE RHONE.................................2
1. ASPECTS METHODOLOGIQUES DU SUIVI DE LA DEVALAISON DES POISSONS....................................................2 2. EXPOSITION DES POISSONS DU RHONE AUX PRISES DEAU HYDROELECTRIQUES ............................................5
2.1. Espces concernes .............................................................................................................................5 2.2. Choix des espces cibles de notre analyse............................................................................................6
3. COMPORTEMENT DE DEVALAISON DE LANGUILLE........................................................................................7
SECTION II.....................................................................................................................................................12
LES BARRIERES COMPORTEMENTALES..............................................................................................12
1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT .................................................................................................................12 2. LES TYPES DE BARRIERES COMPORTEMENTALES.........................................................................................12
2.1. Les barrires lumineuses ...................................................................................................................12 2.2. Les barrires lectriques ...................................................................................................................13 2.3. Les barrires acoustiques ..................................................................................................................14 2.4. Les infrasons .....................................................................................................................................15 2.5. Aspect commercial ............................................................................................................................22
3. CONCLUSIONS ...........................................................................................................................................23
SECTION III ...................................................................................................................................................24
ANALYSE DE LA PRISE DEAU DE LA PCH DE DONZERE-MONDRAGON......................................24
1. ETUDE DE LA REPARTITION DES DEBITS AU BARRAGE DE RETENUE EN FONCTIONNEMENT DE PCH...............24 2. PROPOSITION DIMPLANTATION DEXUTOIRES A DEVALAISON EN FONCTION DE LA COURANTOLOGIE DU SITE
.....................................................................................................................................................................27 3. GUIDANCE DES POISSONS VERS LES EXUTOIRES ..........................................................................................31
3.1. Modification du plan de grille ...........................................................................................................31 3.2. Proposition dinstallation dune barrire comportementale...............................................................34 3.3. Caractristiques techniques de la barrire infrasons ......................................................................35 3.4. Cot de linstallation.........................................................................................................................37
SECTION IV ...................................................................................................................................................38
ANALYSE DE LA PRISE DEAU DE LA PCH DE MONTELIMAR.........................................................38
1. ETUDE DE LA REPARTITION DES DEBITS AU BARRAGE DE RETENUE EN FONCTIONNEMENT DE PCH...............38 2. ANALYSE DE LA COURANTOLOGIE DU SITE DE MONTELIMAR......................................................................41 3. SOLUTIONS TECHNIQUES PROPOSEES POUR EVITER LE PASSAGE DES POISSONS PAR LES TURBINES................42
3.1. Plan de grille adapt .........................................................................................................................43 3.2. Implantation dune barrire comportementale sur la prise deau de Montlimar...............................44 3.3. Caractristiques techniques de la barrire infrasons ......................................................................46 3.4. Cot de linstallation.........................................................................................................................47
Introduction
Ce rapport concerne la commande 4200011385 de la CNR relative la
consultation DPFI-PF 08-640 dcrite selon un cahier des charges mis en Juin 2008,
intitul :
Etude de faisabilit dintgration de barrires comportementales sur les projets
de PCH de Rochemaure et de Donzre .
En rponse aux exigences mises dans le cahier des charges, le document est
spar en quatre sections :
- La section I prsente les bases biologiques de la dvalaison des poissons dans
le Rhne, et des implications en matire de risque de mortalit sur les prises
deau de centrales hydrolectriques.
- La section II prsente une synthse bibliographique des principales rfrences
dcrivant lefficacit des diffrentes barrires comportementales testes sur les
espces cibles.
- La section III analyse le cas de la PCH de Donzre, en proposant diffrentes
mesures de protection des poissons en dvalaison. Ces propositions font
lobjet de plans considrer ce stade comme schmas de principe, et non
comme plans dfinitifs. Ces derniers seront raliss la demande de la CNR
selon le procd retenu parmi les propositions.
- La section IV se penche sur le cas de la PCH de Rochemaure, avec galement
des propositions techniques et des plans.
Certains lments des deux dernires sections sont redondants. Cela permet au
lecteur de pouvoir lire indpendamment les deux analyses, et de mieux voyager
travers les diffrentes sections sans devoir absolument aborder le document dans son
intgralit.
A limage de notre socit, notre dmarche danalyse se veut objective, rigoureuse
et scientifique. Notre thique de travail nous interdit de suggrer la promotion de
nos technologies sans dmontrer que sur les sites considrs, elles pourraient
reprsenter la meilleure technologie disponible pour rsoudre le problme dcrit.
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DPFI-PF 08-640 - Septembre 2008
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Section 1
Contexte ichthyologique :
Profils de dvalaison et de drive des poissons dans le Rhne
Cette premire section du rapport prsente les bases biologiques des
dplacements de poissons vers laval dans le Rhne, en se basant sur une synthse
bibliographique des donnes existantes en grand fleuve dEurope.
1. Aspects mthodologiques du suivi de la dvalaison des poissons
Ltude des profils de dvalaison des poissons en grand fleuve est peu
documente dans la littrature, en raison dun manque de techniques rellement
adaptes. En effet, alors que la dvalaison des poissons en rivire peut studier
laide de filets (Pez et al. 1992, Jurajda 1998, Reichard et al. 2001,2002 a&b, 2004,
Copp et al. 2002, Sonny et al. 2006a), la mme technique en fleuve implique
lutilisation de filets de grande dimension, petite maille, systme qui se colmate
rapidement en raison de la forte densit de dchets draine en grand fleuve (Gale &
Mohr 1978, Aurojo-Lima & Oliveira 1998, Oesmann 2003).
Les captures de poissons sur les prises deau industrielles ont parfois t utilises
comme outil dchantillonnage de la dvalaison des poissons. Olivier (1992) a ainsi
tudi les rythmes de drive des 0+ (alevins) dans le Haut-Rhne sur la base des
captures de poissons sur une prise deau de centrale nuclaire. Des variations
saisonnires des taux de captures sur les filtres de prises deau ont galement t
mises en vidence sur des centrales thermiques du Rhin et de la Meuse (Hadderingh
et al. 1983). Carter & Reader (2000) ont observ les mmes patrons de drive de 0+ de
Cyprinidae la fois sur les filtres dune prise deau de refroidissement et dans un
filet drive install au droit de la centrale dans la rivire. Plus rcemment, un suivi
de la dvalaison des poissons dans la Meuse belge a t ralis sur la base de 4
annes de captures sur les prises deau de refroidissement dune centrale nuclaire
(Sonny 2006).
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Les conclusions de toutes ces tudes ont montr que ce type dchantillonnage
particulier pouvait tre utilis comme une source de donnes rigoureuse exploiter
scientifiquement. Par exemple, ltude de Sonny (2006) a permis de recenser le plus
grand nombre despces de poissons sur toutes les mthodes de recensement
utilises dans la Meuse belge depuis plus de 20 ans.
Nous allons nous focaliser pour la prsente tude aux donnes dOlivier (1992)
pour le Rhne que nous tacherons de complter par les donnes de Sonny (2006) sur
la Meuse, dont la ichthyofaune est proche de celle du Rhne.
Le tableau 1 ci-dessous montre les espces recenses en dvalaison sur la prise
deau de la centrale nuclaire de Tihange sur la Meuse belge (Sonny 2006) ainsi que
sur le Rhne franais sur la prise deau de la centrale nuclaire de St Alban (Olivier
1992). Pour cette dernire tude, lauteur ne mentionne malheureusement que
labondance relative de certaines espces, les autres tant prsentes en trs faible
proportion.
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Meuse 2001-2004
Rhne 1988-1989
ESPECE Sonny 2006 Olivier 1992
Migrateurs
Anguila anguilla Anguille 455 /
Salmo salar Saumon atlantique 25 /
Rhophiles
Alburnus bipunctatus Ablette spirlin Barbatula barbatula Loche franche 90 X
Barbus barbus Barbeau fluviatile 188 1,4
Chondrostoma nasus Hotu 4094 3,8
Cottus gobio Chabot 1221 X
Lampetra planeri Lamproie de Planer 49 X
Leuciscus cephalus Chevesne 6310 8,5
Leuciscus idus Ide mlanote 147 /
Leuciscus leuciscus Vandoise 28 X
Leuciscus soufia Blageon X
Phoxinus phoxinus Vairon 20 /
Salmo trutta Truite commune 670 X
Thymallus thymallus Ombre commun 1 /
Ubiquistes ou limnophiles
Abramis bjoerkna Brme bordelire 161 60
Abramis brama Bme commune 9908 9,4
Alburnus alburnus Ablette commune 37984 2,7
Carrasius auratus gibelio Gible 2 /
Carrasius carassius Carassin 90 /
Cyprinus carpio Carpe commune 170 X
Esox lucius Brocbet 18 X
Gasterosteus aculeatus Epinoche 76 X
Gobio gobio Goujon 608 X
Gymnocephalus cernuus Grmille 1766 /
Leucaspius delineatus Able de Heckel / X Lota lota Lotte / X Perca fluviatilis Perche 984 /
Pungitius pungitius Epinochette 11 /
Rhodeus sericeus Bouvire 102 X
Rutilus rutilus Gardon 83526 7,1
Sander lucioperca Sandre 656 X
Scardinius erythrophthalmus Rotengle 90 X
Silurus glanis Silure glne 2 X
Tinca tinca Tanche 30 6,8
Non-indigne
Aspius aspius Aspe 5 /
Ictalurus melas Poisson-chat / X Lepomis gibbosus Perche soleil / X Oncorhynchus mykiss Truite arc-en-ciel 85 /
Pseudorasbora parva Pseudorasbora 59 /
Salvenilus fontinalis Saumon de fontaine /
NOMBRE ESPECE 34 26
Tableau 1 : Liste et abondance des espces de poissons recenses en dvalaison sur des prises deau de centrale nuclaire dans la Meuse belge et le Haut Rhne franais.
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Dans le Rhne, la grande majorit des poissons concerns sont des 0+, et leur
drive est principalement observe au cours de lt, et particulirement la fin de
lt. Lauteur na malheureusement pas fait de suivi en priode de fortes eaux
dautomne. Seuls deux courts chantillons raliss durant deux phnomnes de crue
automnale et hivernale ont montr une forte augmentation des effectifs capturs
ainsi quune augmentation de la richesse spcifique.
Sous des conditions de fortes eaux automnales dans la Meuse, nous avons
observ les densits maximales de poissons en drive, principalement des 0+ mais
aussi des anguilles argentes en cours de dvalaison. Cest galement sous ces
conditions que nous avons recens les plus hautes richesses en espces. Labsence de
languille dans les donnes relatives au Rhne peut sexpliquer par un arrt des
chantillons sur les prises deau alors que les premires vagues de migration de
languille ntaient pas encore inities ces annes l, mais aussi par la localisation
haute sur le Rhne de cette centrale
2. Exposition des poissons du Rhne aux prises deau hydrolectriques
2.1. Espces concernes
Dans le Rhne la hauteur des barrages de Rochemaure et de Donzre, il est
probable que la majorit des poissons concerns par des dvalaisons ou des drives
soit constitue dalevins de cyprins (gardon, hotu, chevesne, brme commune et
bordelire, ablette commune). A lexception du hotu, ces espces sont assez
ubiquistes et sont trs abondantes sur lensemble du linaire du Rhne franais. La
prsence des centrales lectriques et thermiques sur le Rhne, depuis plusieurs
dcennies, ne semble pas avoir compromis lquilibre dmographique de ces espces
haute rsilience. Par ailleurs, limpact des centrales hydrolectriques sur les alevins,
poissons dune taille infrieure 100 mm, est en gnral assez faible vu la faible
probabilit dentrer en contact avec une pale de turbine. Seul le gradient de pression
peut induire des mortalits plus importantes, mais on considre que des chutes
infrieures 10 m au niveau dun barrage hydrolectrique ninduisent pas de
gradients de pression mortels pour les alevins.
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Lautre groupe de poissons concerns par les dvalaison est le groupe des
poissons migrateurs amphihalins. Pour ces espces, la dvalaison vers la mer est une
tape obligatoire dans le cycle de vie, et toute mortalit durant ces dvalaison
constitue une perte nette pour la population de cette espce.
Dans le Rhne la hauteur des barrages de Rochemaure et Donzre, les principales
espces de poissons migrateurs sont languille europenne et lalose feinte.
Lalose feinte semble capable de franchir quatre ouvrages hydrolectriques
pour se reproduire en amont de louvrage de Donzre-Mondragon (cf tude dimpact
PCH Donzre). Le site de la PCH de Donzre est donc prioritairement concern par
la dvalaison des jeunes aloses. Celle-ci se passe gnralement en t, entre juillet et
septembre et concerne les 0+ (Baglinire et Elie 2000).
Concernant languille, les donnes de pches lectriques ralises dans
diffrents cadres par lONEMA (Rapport ONEMA Juin 2008) montrent une premire
chute nette de la densit danguille rsidente en amont du barrage de Chateauneuf,
et une seconde chute an amont du barrage de Rochemaure. Etant donn la prsence
daffluents de qualit jusqu la Drome, comprise, lONEMA a dfini cette zone
comme une zone prioritaire sur le Rhne, o la survie cumule la dvalaison serait
suprieure 50%, ce qui correspond au passage de 6 usines du Rhne au maximum, de Logis-
Neuf Beaucaire . Dans cette zone prioritaire, les objectifs mis sont, entre autres, de
ne pas dgrader les conditions de dvalaison dans le Rhne, et chaque fois que cela
est possible, de les amliorer loccasion de lamnagement des petites centrales
hydrolectriques destines turbiner les dbits rservs.
2.2. Choix des espces cibles de notre analyse
Languille et lalose feinte sont les deux principales cibles du Plan Migrateurs
Rhne-Mediterranne (Lebel et al. 2001), et doivent donc ici tre concernes comme
prioritaires dans notre analyse des deux projets de PCH. Lalose feinte est recense
jusquau pied du barrage de Rochemaure, et la nouvelle chelle poissons qui sera
implant au niveau de la PCH de Donzre permettra une meilleure remonte des
aloses feinte dans le bief amont. La remonte des aloses en amont de Rochemaure ne
sera pas facilite par les amnagements de PCH, ce qui implique quen dvalaison, la
PCH de Donzre sera plus concerne par lalose que celle de Rochemaure.
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Pour le projet de PCH de Rochemaure, nous ne considrerons ici que le cas de
languille dans lanalyse, en retenant que limpact sur les alevins en drive sera
probablement cologiquement acceptable, et que tout amnagement bnfique pour
la dvalaison de languille le sera aussi au moins partiellement pour les autres
espces.
Pour le projet de PCH de Donzre, nous plaons en priorit languille et lalose
feinte. Au niveau comportemental, il existe peu dobservations du comportement de
laloson face une prise deau et de sa capacit trouver et utiliser des exutoires.
Etant donn la taille des alosons et leur drive estivale, nous pensons quil est correct
par dfaut de les assimiler aux alevins des autres espces en drive estivale (Olivier
1992) sur le plan comportemental et non sur le plan cologique. Par consquent, dans
le cas de Donzre, nous nous focaliserons essentiellement sur les anguilles, en
veillant ce que les solutions proposes puissent aussi tre bnfiques aux alevins en
drive estivale et automnale.
3. Comportement de dvalaison de languille
La figure 1 montre les profils de dvalaison de languille au cours de 5 annes de
suivis dans la Meuse, sur la base de captures sur les prises deau de la centrale
nuclaire de Tihange (Sonny 2006). Sur cette figure, on constate les lments
suivants :
- On nobserve pas dinfluence nette du cycle lunaire sur les pics de dvalaison
- On observe une certaine concordance entre les pics de dvalaison et les pics de
dbit
- Lors des annes o le dbit est rgulirement lev en automne, les pics de
dvalaison sont plus tals dans le temps, de mi-aot la fin fvrier. Lors des
automnes secs, si les premires montes de dbit apparaissent en janvier ou
fvrier, ils peuvent encore induire les premires vagues de migration.
- Le seuil du dbit de la Meuse semblant initier les vagues de migration est aux
alentours de 300 m3/s, soit lquivalent du module dans la Meuse Tihange.
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Figure 1 : Nombre danguilles captures sur les tambours filtrants de Tihange 1 entre 2000 et 2005, en relation avec le dbit de la Meuse. Sur chaque encadr est repris le nombre danguilles captures au total par saison (N) et la longueur moyenne de ces anguilles SD (L, mm).
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Une tude franaise a caractris par radio-pistage le comportement de
languille proximit de la prise deau de la centrale de Halsou, sur la Nive (Durif,
2003, Gosset et al. 2005). La centrale est quipe 30 m3/s. Au cours des deux annes
de suivi, sur 40 anguilles pistes, 23 ont dval par le barrage, ce qui sexplique par
une plus grande proportion du dbit rserv que le dbit turbin durant les priodes
de crues. Les anguilles qui ont pntr dans le canal de la centrale ont montr des
comportements dexploration de dure et dintensit variables, conduisant certaines
faire demi-tour pour passer in fine par le barrage, dautres trouver lentre dun
exutoire de fond, ou enfin passer par les turbines. Cest dans une zone de
recirculation avec un dpt de limon situe prs du plan de grille que les anguilles
ont montr le plus grand nombre dincursions et aussi les plus longues, allant de
quelques secondes plusieurs jours. Les incursions dans les autres zones de la prise
deau, notamment devant le plan de grille, ont t moins nombreuses et surtout plus
courtes (quelques heures au maximum). Les rsultats dcrits ne permettent pas de
quantifier avec prcision la proportion des anguilles pour chaque comportement, ni
de les mettre en relation avec des vitesses de courant au droit de la grille.
Une autre tude rcente sur la Moselle a caractris le comportement de
quelques anguilles argentes proximit dune prise deau hydrolectrique
(Behrmann-Godel & Heckmann 2003). La centrale tudie a un dbit dquipement
de 400 m3/s, et fonctionne sans dbit rserv. Neuf anguilles marques dmetteurs
radio ont t suivies. La migration de ces anguilles a dmarr lors de la premire
monte significative de dbit en automne aprs une pleine lune. Sur 6 anguilles qui
sont arrives face la centrale, 3 sont passes par les turbines directement, et 3 autres
sont remontes durant 1, 6 et 8 jours montrant un comportement dexploration
cyclique vers lamont depuis la centrale, puis ont fini par passer par les turbines. Les
3 dernires anguilles ont t perdues durant le suivi. Ce comportement circulaire ne
sest observ que lorsque les vitesses de courant devant la prise deau taient
infrieures 0.5 m/s, au-del de cette valeur, les anguilles passaient directement par
les turbines. Les comportements exploratoires des anguilles, notamment proximit
des diffrents dversoirs ferms, tendent formuler lhypothse quun dbit rserv
aurait sans doute permis 3 anguilles sur 6 dchapper aux turbines. Les auteurs ne
quantifient cependant pas le dbit rserv attribuer pour un chappement efficace.
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Ces comportements dexploration de languille ont galement t observs sur
le St Laurent, o des centrales turbinent lensemble du dbit, soit 9.000 m3/s, sans
plan de grille. Il a t observ des comportements variables dun individu lautre,
certaines anguilles passant directement travers les turbines, dautres explorant la
hauteur (10 m) et la largeur de la prise deau (800 m) avant de passer ou de remonter
vers lamont, alors que ces centrales sont dpourvues de grilles, ce qui exclu donc
dans ce cas un effet rpulsif de la grille (Dixon & McGrath, 2006). Des tudes en
Nouvelle Zlande montrent galement ces comportements typiques, qui sont
illustrs ci-dessous sur la figure 2 (Boube 2007).
Figure 2 : vues en 3D (suivi Vemco) du comportement danguilles argentes approchant une prise deau de centrale hydrolectrique en Nouvelle Zlande (Boube 2007).
Travade (2007) a synthtis les principaux rsultats acquis en France sur le
comportement de languille proximit des prises deau hydrolectriques :
- Les anguilles arrivent la centrale principalement la nuit (80%) lors des montes de
dbit
- Le temps dhsitation/arrt dune anguille avant de passer la centrale varie de 1
minute 7 jours, 25 % restent moins de 10 minutes, 50% moins dune heure.
- Leur comportement est caractris soit par un passage direct travers les turbines
(35% des individus), soit par des incursions multiples (2 28 par individu) avant de
quitter la zone ou de passer travers les grilles.
- Les incursions sont courtes : moins de 30 s pour 60% des individus, et moins de 3
minutes pour 90% dentre eux.
- La plupart des anguilles nexplorent pas toute la prise deau : 70% explorent 5 13 m
de distance le long de la grille, 20% prospectent jusqu 20 m et seulement 10% au
del de 25 m.
- Le sens de prospection est variable et ne suit pas de tendance par rapport au sens du
courant de leau
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- La largeur de la tte de languille (de 22 30 mm) na pas dinfluence sur le passage
travers les grilles de 30 mm, au contraire, des anguilles dune largeur de tte de 32
mm 45 mm sont passes travers les grilles.
- On observe pas de passage danguille travers les grilles de 30 mm dans un gamme de
vitesse de courant comprise entre 0,1 et 0,4 m/s
- La prise deau idale devrait avoir un espacement des grilles de 20 mm et une vitesse
de courant au droit des grilles infrieure 50 mm.
Ces donnes comportementales tendent toutes montrer que languille a une
tendance plus ou moins leve explorer les grilles de prises deau jusqu sortir
dun canal de centrale pour rejoindre un dversoir. Ces comportements semblent
dautant plus observs avec succs que la vitesse de courant au droit de la grille est
infrieure 0.5m/s. Des tudes en Allemagne en fluvarium confirment ce pallier
0.5 m/s (Photo 1). Cela pourrait avoir une incidence en matire de gestion des dbits
turbins en priode de migration.
Photo 1 : vue dune anguille argente en cours de passage travers un espacement de 20 mm face une vitesse de courant de 1m/s. Source Copyright : Institut fr angewadte Okologie, Allemagne.
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Section II
Les barrires comportementales
1. Principe de fonctionnement
Par barrire comportementale, on entend la cration dune zone dinfluence du
comportement du poisson au moyen de lmission dun stimulus entranant une
rponse comportementale dvitement. Depuis plusieurs dcennies, la capacit de
diffrents stimuli effrayer les poissons a t teste principalement en Amrique du
Nord et en Europe. Les principaux stimuli tests sont :
Lumire continue, lampe stroboscopique, cran de bulles, missions de sons,
explosions pneumatiques, crans hydrodynamiques (louvres) et champs lectriques.
Les principales espces testes ont t les salmonids, avec beaucoup de
donnes sur les smolts de saumon atlantique et pacifique. Quelques essais existent
galement sur languille ainsi que sur les cyprins. Nous prsentons ici les principales
donnes acquises pour languille et les cyprins.
2. Les types de barrires comportementales
2.1. Les barrires lumineuses
Si lon cible exclusivement languille, la premire mthode investiguer est la
lumire, en raison du comportement lucifuge de languille.
En grand fleuve, lutilisation de la lumire pour effrayer languille devant des prises
deau a montr des limites en raison de limportante turbidit de leau durant les
conditions de migrations de languille. A la centrale thermique de Bergum, sur une
annexe de la Meuse hollandaise, Hadderingh et al. (1992) ont montr un taux de
rpulsion des anguilles argentes de lordre de 25% (disque Secchi = 25cm), alors que
dans un affluent de la Meuse, la Vecht, la centrale hydrolectrique de De Haandrik,
un taux de rpulsion de 66% sur les anguilles argentes a t montr (disque Secchi =
74 cm). Les auteurs expliquent cette diffrence defficacit par la diffrence de
turbidit entre un fleuve comme la Meuse et ses affluents durant les mmes
conditions hydrologiques. Aucune indication sur la puissance des lampes nest
malheureusement prcise.
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Dans le Rhne Chteauneuf, la concentration semi-permanente en matire
en suspension tait de 0.035 g/l en 1965, soit un quivalent denviron 40 cm au
disque de Secchi (Savey et Delglise, document CNR). Les anguilles dvalent durant
les montes des eaux en automne, par consquent dans le Rhne, sous des conditions
de turbidit plus leves que la turbidit semi-permanente. On peut donc assimiler la
transparence du Rhne en automne comme tant plus proche de celle de la Meuse
que de la Vecht, et donc un systme lumineux aura probablement une efficacit plus
limite sur languille dans le Rhne que dans une petite rivire.
Dautres expriences sur la lumire ont galement t conduites la centrale
de Bergum dans la Meuse hollandaise sur dautres espces de la Meuse (cyprins et
percids), et ont montr une efficacit variable de 37% 62% selon les annes, sans
pouvoir expliquer cette variabilit (Hadderingh et al. 1988). Une tude conduite en
milieu exprimental sur le gardon a galement montr que la rponse des gardons
une lampe fluorescente ne permettait pas denvisager ce type de lumire pour
prvenir la mortalit des gardons sur les prises deau industrielles (Van Anholt et al.
1998).
Cette synthse des principaux rsultats acquis sur languille et les cyprins
montrent que la lumire reprsente une solution potentiellement efficace sur
languille uniquement dans des rivires eaux claire, ce qui nest pas le cas du
Rhne. Par ailleurs, lefficacit est assez limite sur les autres espces, ds lors, la
lumire ne semble pas tre un candidat haut potentiel defficacit pour les poissons
du Rhne.
2.2. Les barrires lectriques
Les rsultats obtenus par lapplication de ce type de dispositif comme barrire
comportementale sont peu concluants (Larinier et Travade 1999b ; Hadderingh et al.
1988), avec mme une attraction de certaines espces. Gosset et Travade (1999)
mentionnent une efficacit moyenne de 15 % lors de tests effectus entre 1995 et 1998
sur la Nive (France). Pugh et al. (1970) valuent lefficacit de ce systme de 40 85 %
environ pour les smolts de salmonides (Oncorhynchus tshawytscha, Oncorhynchus
kisutch, Oncorhynchus mykiss) en dvalaison, le pouvoir rpulsif tant conditionn par
la vitesse du courant (v idale < 0,3 m/s).
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On ne dispose pas de rsultats spcifiques languille, mais ce genre de
barrire comportementale ne semble pas prsenter un grand potentiel dapplication.
De plus, des problmes dentartrage rendent la maintenance du systme difficile.
2.3. Les barrires acoustiques
Si la lumire montre des limites defficacit en raison de la turbidit, les sons
peuvent se propager efficacement dans leau sans cette contrainte. Lorsque lon parle
dmissions de sons, il faut bien connatre les frquences audibles des espces
concernes. En effet, les diffrentes familles de poissons ont des sensibilits auditives
tout fait diffrentes. Au niveau de laudition, languille est un poisson que lon peut
qualifier de sourd . Une exprience de rpulsion des poissons par mission de
sons a t conduite sur la prise deau de la centrale nuclaire de Doel en Belgique,
dans lestuaire de lEscaut. Les sons taient mis dans une gamme de 20 Hz 600 Hz
(600 W), au moyen dun metteur SPA dvelopp par la socit anglaise FGS Ltd
(Maes et al. 2004). Une srie de comparaison du taux de capture sur les prises deau
durant des alternances ON/OFF a permis de montrer une bonne efficacit de 95%
sur le hareng, et une efficacit globale de 59.6% sur lensemble des 41 espces
prsentes. Leffet sur languille na pas t significatif.
Il ny a notre connaissance pas de tests qui ont t conduit spcifiquement
avec des sons sur languille. Les principales rfrences relatives lapplication de
sons comme barrires comportementales concernent les smolts de saumon pacifique
et atlantique, avec des rsultats variables. Le systme BAFF de la socit FGS par
exemple (rideau de bulle + sons) a montr une bonne efficacit sur une petite rivire
anglaise, la Frome, o plus de 70 % des smolts ont t guids efficacement vers un
exutoire (Welton et al. 2002). Lapplication du mme systme sur les centrales de St
Cricq et de Halsou sur la Nive en France a montr une efficacit nulle sur le smolt
(Larinier & Travade 1999a).
Les sons conventionnels semblent donc pouvoir apporter des solutions
ponctuellement efficaces comme barrire comportementale, mais souvent limites
quelques espces ou certains sites. Le manque de reproductibilit de rsultats dune
exprience lautre ne permet pas denvisager lapplication de ce stimulus avec une
grande confiance sur lefficacit pour les espces cibles du Rhne.
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2.4. Les infrasons
Pour identifier une gamme de frquence audible par tous les poissons, il est
bon de comprendre le fonctionnement du systme auditif des poissons en relation
avec la propagation du son dans leau.
Le son dans leau a une double composante, une composante de pression
(compression-dcompression des particules deau) et une composante cintique qui
est le mouvement net des particules deau au passage de londe. Ce mouvement est
caractris par une acclration des particules deau. Pour toutes les frquences de
son mises dans leau, on distingue ce quon appelle le champ proche du champ
loign. Le champ proche est la distance de propagation de londe depuis la source
o la composante de dplacement deau est principale, sa limite avec le champ
loign se situant o la composante de pression devient principale. Cette limite se
calcule par la formule !/2" (! = longueur donde). Cette limite augmente avec la
diminution de la frquence, et donc le champ proche et sa composante cintique est
dautant plus grand que la frquence du son est basse (Popper & Carlson 1998).
Lorgane de laudition chez le poisson est lotolithe, concrtion calcaire
enclave dans une capsule et reposant sur un plancher de cellules cilies (figure 3).
Figure 3 : schma dun otolithe reposant dans un vestibule (saccule, utricule et lagena) sur un plancher de cellule cilie. Reprsentation physique du fonctionnement de lotolithe.
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Lotolithe baigne dans la lymphe et est donc plus dense que leau dans
laquelle il se trouve, et se comporte comme un acclromtre. Lorsquune onde
traverse le corps du poisson, lotolithe va rpondre lacclration des particules
deau en retard par rapport au liquide dans lequel il baigne et qui compose la
majorit du poisson, et ainsi tirer sur les cils des cellules dans la direction oppose
lacclration. De manire image, lotolithe se comporte comme la bille dun hochet
que lon secoue (acclration).
Lorgane daudition des poissons est donc sensible au dplacement de volume
deau, composante que lon retrouve dans le champ proche dun son mis, champ
dautant plus grand que les frquences sont basses, nous lavons vu plus haut. Ainsi,
un otolithe peut percevoir un son de 100 Hz une distance de maximale de 2.4 m de
la source, et donc un son de 10 Hz 24 m. Cest donc dans la gamme des infrasons (<
20 Hz) que tous les poissons ont une capacit auditive comparable, et par
consquent, les infrasons sont probablement des signaux importants dans lambiance
acoustique dun poisson dans son milieu.
La nage des poissons induit elle-mme un mouvement de particule deau dans
la gamme des infrasons (Enger et al. 1989). La perception des infrasons est donc
importante dans la relation entre les poissons et en particulier dans les relations
proies-prdateurs. En milieu exprimental, il a t dmontr que lapplication
dinfrasons induit systmatiquement une rponse de stress et de fuite chez toutes les
espces testes : le smolt de saumon atlantique et pacifique, le cabillaud, languille
argente, le gardon et les jeunes cyprins en gnral (Knudsen et al. 1992, Knudsen et
al. 1994, Knudsen et al. 1997, Sand & Karlsen 1986, Sand & Karlsen 2000, Sand et al.
2000, Sand et al. 2001, Karlsen et al. 2004, Sonny et al. 2006b).
Toutes ces expriences tendent confirmer que les infrasons sont des signaux
dalarmes naturels chez les poissons, ce qui confre ce signal une bonne possibilit
dtre appliqu comme un systme de rpulsion efficace des poissons de toutes
espces sur les prises deau.
Deux articles en particulier illustrent bien le potentiel dapplication des
infrasons. Le premier concerne la rponse des anguilles argentes en cours de
dvalaison aux infrasons (Sand et al. 2000).
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Dans cette exprience, un petit seuil de 8m de large sur la rivire Imsa en
Norvge a t quip dune grille de filtration de manire piger les anguilles en
dvalaison. Au bout de cette grille ont t amnags quatre compartiments de
pigeages de 2m de large chacun, permettant de comparer la proportion danguilles
piges sur la largeur du cours deau (figure 4).
Figure 4 : vue du dispositif de pigeage des anguilles argentes dans la rivire Imsa en Norvge et de lemplacement de la source dinfrasons (Sand et al. 2000).
Un gnrateur dinfrasons, travaillant une frquence de 12 Hz, a t plac en
rive droite de la rivire (figure 4), de manire observer des diffrences de
rpartition des captures danguilles dans les compartiments de pigeage durant des
nuits avec ou sans mission dinfrasons. Cette rivire est caractrise par une faible
profondeur (1 m), un substrat rocheux et une vitesse de courant importante (> 1m/s).
Ces conditions ne permettent pas une bonne propagation du signal infrasons, en
raison de la rflexion sur les pierres, de limportante vitesse de courant ainsi que
lattnuation rapide du signal dans des faibles profondeurs.
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Les rsultats obtenus sont prsents dans la figure 5 suivante :
Figure 5 : comparaison des proportions danguilles captures dans chaque section du pige durant des squences ON/OFF dinfrasons (Sand et al. 2000).
Dans la section I du pige, on observe une rduction du taux de pigeage
suprieure 50 %. Dans la section II, on nobserve pas de diffrence significative,
alors que les sections III et IV voient leur taux de pigeage augmenter chacune
denviron 25% durant les missions dinfrasons. Cela signifie que : i) leffet des
infrasons est trs local (rayon daction de 2m) puisque la section II na pas t
affecte ; ii) la rponse de fuite des anguilles va au-del de la zone dinfluence des
infrasons puisquon les retrouve dans les sections III et IV. Ces premiers et seuls
rsultats acquis sur languille ne dmontrent pas une efficacit remarquable, mais
cela sexplique par les pauvres conditions de bonne propagation des infrasons dans
ce milieu. En eau plus lente et plus profonde, lefficacit du signal devrait tre plus
importante.
Le second article traite de la premire application des infrasons sur une prise
deau industrielle (Sonny et al. 2006b). Cette publication est la base du
dveloppement des infrasons comme barrire comportementale que nous avons
entam au sein de ProFish Technology.
Une premire observation de la rponse des poissons aux infrasons a t
mene dans le lac Borrevann prs dOslo en Norvge. A laide dun chosondeur,
nous avons pu dterminer que la rponse de fuite des poissons (principalement
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constitus de jeunes gardons, ablettes, brmes et perches) se faisait jusqu 12 m
une frquence de 16 Hz (figure 6).
Figure 6 : echogramme (= diagramme dynamique) montrant la rponse de fuite des poissons aux stimulations successives de 30 s 16 Hz (barres noires). Les chos de poissons sont classifis par leur taille croissante du bleu (faible) vers le rouge (fort). La ligne rouge continue au bas du diagramme est lcho du gnrateur dinfrasons, fixe dans le faisceau acoustique de lchosondeur.
Des observations dabondance de poissons proximit du gnrateur
dinfrasons durant des nuits compltes avec et sans mission 16 Hz indiquent quil
ny a pas daccoutumance des poissons au signal. Ces rsultats suggrent une
efficacit de quasi 100% sans accoutumance, et une tolrance au signal plus leve
pour les gros poissons que les petits poissons, comme le suggre les deux chos de
gros poissons observs durant la nuit avec infrasons, environ 6 m du gnrateur,
soit deux fois plus proche que pour les juvniles. Aucun poisson na t observ plus
proche (figure 7).
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A
B
Figure 7 : Echogramme (diagramme dynamique) montrant la densit de poissons (chos bleus rouges) proximit du gnrateur dinfrasons (ligne rouge paisse) durant 1 h la nuit sans infrasons (A) et la nuit avec infrasons (B). Laxe des Y reprsente une distance denviron 12 m.
Conscutivement cette exprience, nous avons install deux gnrateurs
dinfrasons sur les montants en bton de lentre dun des 12 couloirs de la prise
deau de refroidissement de la centrale nuclaire de Tihange en Belgique. A laide
dun chosondeur dispos dans le canal damene transversalement au courant, nous
tions en mesure de comptabiliser le nombre de poissons entrant sur la largeur de la
prise deau durant des squences ON/OFF de 20 minutes dinfrasons 16 Hz (figure
8).
Figure 8: dispositif exprimental utilis la centrale nuclaire de Tihange pour comptabiliser le nombre de
poissons entrant dans les 12 couloirs de la prise deau de refroidissement laide dun chosondeur dispos
transversalement dans le canal damene (acoustic beam) durant des squences de 20 minutes dinfrasons
ON/OFF 16 Hz.
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La figure 9 prsente deux exemples dchogrammes durant les squences ON et OFF
dinfrasons.
A
B
Figure 9: comparaison dun chogramme durant une squence de 20 minutes sans infrasons (A) et la squence
suivante de 20 minutes avec infrasons (B) au niveau de la prise deau de la centrale nuclaire de Tihange.
Durant les squences sans infrasons, on peut comptabiliser un certain nombre
de poissons entrant progressivement dans la prise deau, probablement en nageant
contre-courant, mais nanmoins en drive nette progressive. A linverse durant les
squences avec infrasons, on dtecte beaucoup moins dcho de poissons. Nous
avons compar le nombre de poissons compts durant les squences ON/OFF pour
chaque couloir (Figure 10).
Figure 10 : taux de rduction (%) du nombre de poissons entrant dans les couloirs 4 12 de la prise deau de la centrale nuclaire de Tihange durant des squences de 20 minutes sans (colonnes noires) et avec (colonnes blanches) infrasons. * = P < 0.05 ; ** = P
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cyprins (gardon, ablette, brme) en drive dans la Meuse durant les montes
automnales de dbit. Nous ne pensons pas avoir dtect danguilles durant ces tests,
mais il est difficile de dtecter spcifiquement une anguille lchosondeur.
Suite ces rsultats, nous avons install rcemment 6 gnrateurs dinfrasons
sur la prise deau de la centrale de Tihange, et nous entamons cet automne des tests
par chosondage pour vrifier lefficacit sur lensemble de la prise deau. Notre
objectif est datteindre une efficacit de 85% sur la largeur de la prise deau pour les
espces les plus abondantes (0+ cyprins) et les anguilles. Par ailleurs, en 2009 sera
initie un suivi danguilles par pistage acoustique pour vrifier leffet de cette
barrire infrasons sur cette espce la centrale de Tihange.
2.5. Aspect commercial
Nous avons contact les principales socits existantes sur le march des
barrires comportementales pour leur demander de remettre une offre de prix afin
dquiper le site de la Centrale de Tihange, afin de comparer leur politique
commerciale avec la ntre. A titre comparatif, le prix de notre installation de 6
gnrateurs la centrale de Tihange est de 240.000 !.
Nous ne prsentons pas ici lensemble de cette analyse, mais un rapide tour
dhorizons montre que les 4 principales socits qui proposent des barrires
comportementales (lampes stroboscopiques, lumire, sons), pratiquent des prix plus
levs que le cot de notre barrire infrasons. Loffre la plus basse pour quiper
Tihange tait de 300.000 !, alors que loffre la plus chre tait de 1.500.000 !. Les
rfrences scientifiques de chacune de ces technologies montrent certains bons
rsultats sur quelques espces selon les sites, et aucune de ces technologies ne
dispose de rfrence scientifique solide au niveau de lefficacit de leur technologie
sur languille.
Ces socits ont des dmarches purement commerciales, qui sont de plus en
plus critiques au sein de la communaut scientifique. Nous nous dmarquons de ces
socits par notre souci constant de la validation scientifique de notre technologie, et
avons apport dans la littrature les meilleurs rsultats sur la plus grande panoplie
despces.
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3. Conclusions
Parmi les diffrentes barrires comportementales qui existent et qui ont t
scientifiquement testes, les infrasons sont le systme qui prsente le meilleur
potentiel dapplication sur les prises deau industrielles, en raison de son efficacit
dmontre sur un large spectre despces diffrentes. Cette technologie reprsente
aussi ce jour le meilleur rapport cot/efficacit.
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Section III
Analyse de la prise deau de la PCH de Donzre-Mondragon
Cette troisime section prsente le cas particulier de la PCH de Donzre. Pour
allger le document, nous ne reprenons pas ici la situation gnrale du site avec les
plans, qui sont supposs connus du lecteur commanditaire de ltude. Pour clarifier
la terminologie, nous utilisons les dfinitions suivantes, qui se veulent identiques la
terminologie qui est employe dans les documents fournis :
Barrage de retenue = barrage sur lequel simplante la PCH
Barrage usine = barrage sur lequel se trouve lusine 6 groupes
Usine = usine de Donzre 6 groupes, dans la drivation
Drivation = bras du Rhne turbin par lusine
Vieux Rhne = bras du Rhne turbin par la PCH
1. Etude de la rpartition des dbits au barrage de retenue en fonctionnement de PCH
Le tableau 2 ci-dessous reprend la rpartition des dbits entre les vannes du
barrage de retenue, la PCH de Donzre et le bras de drivation pour les diffrents
dbits rfrencs. Ce tableau reprend les valeurs prsentes dans la notice rapport 08-
475b du laboratoire dhydraulique de la CNR.
Dbit total (m3/s) Dbit drivation (m3/s) Dbit PCH (m
3/s) Dbit barrage (m
3/s)
Etiage 560 485 75.4 0
Module 1504 1429 75.4 0
Dbit darmement 2055 1980 75.4 0
PHEN 3550 1980 75.4 1495
Max PCH 5000 1980 75.4 2945
Tableau 2 : Rpartition des dbits au niveau du barrage de retenue, de la PCH de Donzre et du bras de drivation pour les diffrents dbits rfrencs.
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Sur la base de ce tableau, nous retenons 3 situations particulires :
- Sous des conditions hydrologiques infrieures au module, la migration de
dvalaison de languille est probablement faible, sur la base des profils de
dvalaison observs dans la Meuse (Sonny 2006) dcrits dans la section 1 de ce
rapport.
- La situation entre le module et le dbit darmement, soit la plage de 1504 m3/s
2055 m3/s, qui peut correspondre un dbit de migration de languille o
les vannes du barrage de retenues sont fermes. Un maximum de 3.7% du
Rhne sengage vers le vieux Rhne et donc vers la PCH dans ces conditions.
Cette situation noffre pas dautres possibilits aux poissons que le passage
par des turbines (usine ou PCH, en faisant abstraction de lcluse, moins
attractive en dvalaison).
- La situation au-del du dbit darmement, o les vannes du barrage de
retenue souvrent, et o 3.7% (dbit darmement) 60% (PHEN) du dbit total
sengagent dans le vieux Rhne, qui devient plus attractif pour les poissons en
dvalaison, mais o la PCH prsente une attractivit variable et probablement
faible selon le dbit dvers.
Il est intressant de situer ces trois situations hydrologiques sur les courbes
annuelles de dbit du Rhne sur la base des moyennes journalires, de manire
estimer la variabilit du dbit durant la fentre de migration de languille. La figure
10 ci-dessous prsente le dbit journalier du Rhne de 1997 2005.
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Figure 10 : dbit journalier du Rhne de lanne 1997 2005. Les cercles en rouge correspondent aux montes significatives du dbit du Rhne pouvant initier des pics de dvalaison danguille.
Sur cette figure, les cercles en rouge indiquent les montes de dbit qui se
trouvent dans la fentre temporelle de migration de languille et qui peuvent initier
des pics de dvalaison. Ces pics sont identifis sur la base dune comparaison avec la
figure 1 qui prsente les donnes de dvalaison de languille dans la Meuse en
fonction du dbit journalier (Sonny 2006). Il est donc important de ne considrer ces
cibles hydrologiques uniquement pour identifier les ordres de grandeur des dbits
du Rhne que lon peut rencontrer durant la priode de migration des anguilles.
Sur la base de ce graphique et de ce raisonnement, le dbit minimal du Rhne
pouvant initier la migration se trouverait aux alentours de 1000 m3/s, alors que le
dbit maximal rencontr est proche des 7000 m3/s.
Sur 39 vnements de migration estims sur la figure 10 (cercles rouges), 23 se
passent dans des conditions de dbit infrieures 2055 m3/s. Cela revient dire que
plus de 50 % des pics de dvalaison des anguilles pourraient se produire lorsque
lensemble du dbit du Rhne est turbin. Cest dans cette situation que le risque
pourrait tre le plus lev pour languille au niveau de la PCH de Donzre.
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2. Proposition dimplantation dexutoires dvalaison en fonction de la courantologie du site
Le rapport 08-475b du DPFI-PF Labo prsente ltude de la courantologie sur
modle physique au 1/60me de la centrale de Donzre. Cette analyse montre quil
existe, pour toutes les configurations testes, une zone de recirculation droite du
plan de grille, entre ce dernier et la reprise du talus (photo 2).
Photo 2 : vue de la zone de recirculation dcrite entre le plan de grille et la reprise du talus.
Sur la base des observations des comportements danguilles en dvalaison, en
particulier au niveau de la centrale hydrolectrique de Halsou sur la Nive,
proximit de la prise deau, cest dans une zone de recirculation avec un dpt de
limon que les anguilles ont montr le plus grand nombre dincursions et aussi les
plus longues, allant de quelques secondes plusieurs jours (Durif, 2003, Gosset et al.
2005). Les incursions dans les autres zones de la prise deau, notamment devant le
plan de grille, ont t moins nombreuses et surtout plus courtes (quelques heures au
maximum). Ces observations suggrent, comme dans le cas du smolt du saumon,
que ces zones de recirculation sont probablement des zones o il conviendrait
dinstaller un exutoire de dvalaison (Larinier & Travade, communication
personnelle).
Dans la logique de ce raisonnement, il serait possible de placer un exutoire de
dvalaison dans cette zone, qui pourrait dboucher dans la nouvelle passe
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poissons, voire tre commune avec la sortie de lchelle poissons, ce qui faciliterait
louvrage de gnie civil (Plans 1 & 2).
Ltude de modlisation des flottants montre que dans cette zone, il ne semble
pas y avoir daccumulation majeure de flottants. La prsence dun dbit de 1.6 m3/s
pour la passe poissons va peut-tre modifier la courantologie, et attirer des flottants
qui pourraient venir colmater lentre de lchelle poissons et/ou de lexutoire. Il
serait peut-tre utile de pouvoir remodliser la trajectoire des flottants pour vrifier
cet aspect. Un voile de bton ou une petite drome pourrait limiter le colmatage des
flottants.
Nous proposons dlargir la sortie de lchelle poissons jusqu la mme cote
que le radier du canal damene (53.40), ce qui permet davoir un exutoire efficace
sur toute la colonne deau. La section lentre est de 3.50 m en largeur par 5.6 m de
hauteur deau, et ensuite le radier de lexutoire remonte en pente douce jusqu la
cote initiale prvue pour lchelle poissons (57.65), ce qui permet dviter une
cassure que pourrait rencontrer le poisson, et davoir une acclration progressive du
courant vers lchelle poissons utilise dans ce sens comme un exutoire, de 0.08
m/s lentre 0.35 m/s dans le profil normal de lchelle. Cette large ouverture la
sortie de lchelle poissons ne devrait pas affecter le dbit transitant dans lchelle.
En effet, comme il sagit dune chelle bassins successifs fentes verticales, le dbit
transitant entre les bassins est cal par la diffrence de niveau entre les bassins, et
donc par la cote amont. Celle-ci ne changera pas si la sortie de lchelle poissons se
fait sur toute la colonne deau.
Pour la sortie des poissons en remonte, lemplacement de la sortie de lchelle
loigne de la prise deau permet dviter une aspiration vers celle-ci. Il convient
nanmoins veiller linfluence de la recirculation deau, qui si elle est trop
puissante, peut entraner les poissons sortant de lchelle vers la prise deau. Cela
souligne limportance de pouvoir remodliser la courantologie de la prise deau avec
lchelle poissons en fonctionnement.
La prsence de cet exutoire ne permet malheureusement pas de donner une
solution garantissant une voie de franchissement pour la majorit des anguilles. En
effet, la grande variabilit de comportement de languille en amont dune prise deau
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dune centrale hydrolectrique, que nous avons dcrite dans la Section I, montre quil
est impossible de gnraliser un comportement en particulier. Cest pourquoi, si le
site le permet, il est intressant dexaminer la possibilit dimplanter une seconde
voie de passage, que languille pourrait trouver facilement grce son comportement
dexploration. La prsence de lancienne passe poissons ouvre des perspectives
dans cette optique.
Lancienne chelle devait servir de canal de dfeuillage pour vacuer des
corps flottants par le biais de chasses. Il semble que des lments rcents dans le
projet conduisent supprimer lutilisation de lchelle comme canal de dfeuillage,
ds lors, il est possible de lutiliser comme un deuxime exutoire permanent pour les
anguilles.
Sur les plans actuels, lentre du canal de dfeuillage se trouve adjacente au
plan de grille en rive droite du canal damene, pour permettre une vacuation plus
facile des flottants accumuls sur la grille. Ce type douverture adjacente au plan de
grille convient assez bien pour les smolts de saumon. Le comportement exploratoire
de languille devant une prise deau se fait selon des incursions plus larges, et donc il
serait sans doute utile dlargir lentre de cet exutoire en lamnageant selon un
entonnoir en profondeur. Le but de cet entonnoir en profondeur serait de dresser un
mur dans la moiti infrieure de la colonne deau pour guider les anguilles vers la
passe (Plans 1 et 2). Les anguilles pourraient tre guides la fois par le mur
immerg ainsi que par le courant deau qui alimente la passe. Le fait davoir un mur
sous leau plutt quun entonnoir en surface permet de ne pas accumuler des
flottants dans lentonnoir. Une petite drome pourrait dailleurs quiper lentre de
lexutoire.
Cette passe devrait tre cale pour transiter un dbit similaire celui de
lchelle poissons, soit de lordre de 1.6 m3/s, avec une valeur minimale d1m3/s.
Comme pour lexutoire commun lchelle poissons, nous proposons de caler le
radier de cet exutoire la mme cote que le radier de la prise deau (53.4 m), ce qui
ferait une section douverture de cet exutoire de 3 m de large par 5.6 m de hauteur
deau, ce qui ferait une vitesse lentre de 0.06 m/s pour un dbit de 1 m3/s 0.1
m/s pour un dbit de 1.6 m3/s. Le radier pourrait aller rejoindre progressivement la
cote du dernier bassin actuel qui est 56.70 m.
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La calage du dbit transitant dans cette passe pourrait se faire en utilisant les parois
actuelles des premiers bassins de lchelle. Le reste de lchelle poissons pourrait
tre ramnag pour rduire le nombre de bassins et permettre un passage vers laval
moins accident. Cet aspect doit tre examin plus en profondeur uniquement si
cette solution dexutoire est retenue.
Plan 1 : Vue 3D droite en eau de la prise deau de Donzre et des deux exutoires amnags
Plan 2 : vue 3D gauche de la prise deau de Donzre et des deux exutoires amnags
Canal
Exutoire G
Exutoire D
Echelle
Grille
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Limplantation de cette double option de passage pourrait galement bnficier sans
doute aux autres espces. En priode estivale, o on observe dans le Rhne des
drives dalevins de cyprins et des dvalaison dalosons, la zone amont du barrage
de Donzre pourrait tre une zone de concentration dalevins en raison de son faible
coulement (le barrage est ferm le plus souvent durant les dbits dt). Les alevins
qui se retrouveraient proximit de la prise deau pourraient ventuellement utiliser
les exutoires proposs si les vitesses de courant au droit du plan de grille le
permettent de lutter contre-courant et/ou si un facteur rpulsif leur permet dtre
maintenu distance raisonnable du plan de grille, leur permettant dexplorer la zone
et de trouver lentre des exutoires.
Une dernire option pour ces espces serait de laisser une lame deau en dbit
rserv sur une vanne du barrage de retenue, permettant de garantir un chappatoire
plus facile trouver sur la largeur de la zone que les deux seuls exutoires proposs,
car leur comportement dexploration sera probablement plus limits que ceux de
languille.
3. Guidance des poissons vers les exutoires
Lefficacit des exutoires proposs est tributaire dun comportement
dexploration des poissons devant la prise deau. Ce comportement ne peut
apparatre que sil existe une rpulsion au droit du plan de grille qui empche le
poisson de passer directement travers celui-ci, ainsi quune vitesse de courant
approprie autorisant au poisson un comportement dvitement.
3.1. Modification du plan de grille
A ce jour pour languille, la seule manire dmontre efficace de la protger
sur une prise deau est de lempcher physiquement de passer travers le plan de
grille, donc en utilisant des espacements adquats. Pour languille argente, il est
recommand dutiliser des espacements de 20 mm, pour une vitesse de courant au
droit de la grille maximale de 0.5 m/s (Travade 2007). Ce type de grille est le seul
amnagement qui permet, ce jour, de garantir un passage de 0% des anguille. Si les
vitesses de courant sont plus leves, alors les anguilles risquent dtre plaques sur
le plan de grille, comme le suggre la photo 3 o une anguille argente se trouve
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plaque sur un plan de grille de 20 mm pour une vitesse de courant d1m/s. Dans
cette situation, la mortalit peut atteindre 100% lors du dgrillage.
Photo 3 : Vue dune anguille argente plaque sur un plan de grille de 20 mm despacement avec une vitesse de courant de 1m/s. Copyright : Institut fr angewandte kologie.
Pour pouvoir respecter ces contraintes de vitesse, il convient donc alors
dagrandir la surface du plan de grille. Ce type de modification du plan de grille
induit une perte de charge qui peut tre importante, et convient plus sur des prises
deau dont les dbits sont infrieurs 30 m3/s.
Nous proposons nanmoins de se prter lexercice pour la prise deau de Donzre.
Nous prenons de manire arbitraire un espacement de 20 mm entre les
barreaux, avec une largeur de barreau de 10 mm. Ces chiffres sont pris sans tenir
compte des contraintes dtailles dans le CCTP1 groupe pice 2, et il convient au
besoin dtudier la faisabilit dun tel plan de grille au niveau des pertes de charge
entre autres.
La surface du plan de grille actuel est de 20.5 m x 6 m = 123 m2. Avec un plan de
grille de 20 mm despacement pour des barreaux de 10 mm dpaisseur, la surface
utile est de 6/10, soit 74 m2. Avec un dbit de pompage de lordre de 75 m3/s, la
vitesse de courant au droit de la grille serait de lordre de 1 m/s, ce qui nautorise pas
un comportement exploratoire de languille. Pour rduire la vitesse 0.5 m/s, il faut
ds lors doubler la surface du plan de grille, ce qui ferait un plan de grille de 20.5 m x
12 m, soit une surface de 246 m2.
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Pour rpondre ces critres, il faudrait incliner verticalement la grille. La
grille aurait alors un angle de 30 par rapport lhorizontale (cf plan 3). Ce type de
plan de grille, en forme de losange, sil est applicable, permet dimplanter un
exutoire de surface plus accessible languille. Par ailleurs, le passage travers les
grilles serait rendu impossible, si bien que les anguilles auraient pour choix soit de
passer par les exutoires, soit de remonter le fleuve pour rejoindre le cours principal
(Gosset et al. 2005, Behrmann Godel & Eckmann 2003), soit dattendre que les vannes
du barrages dversent pour franchir le barrage. Il est difficile de prdire laquelle de
ces trois options sera prfre par une majorit danguilles, les expriences montrent
quen gnral, ces trois types de comportement se rencontrent de manire variable de
site en site, mais ces trois options garantissent la survie des poissons.
Plan 3 : vue 3D du plan de grille modifi avec lespacement de 20 mm entre les barreaux et la prsence dun seul exutoire de surface sur la droite du plan de grille.
Ce genre de plan de grille ncessite une maintenance adapte avec un
dgrilleur efficace. Si le choix sorientait vers ce type de plan de grille, il conviendrait
de raliser une tude technique de faisabilit de cette option, car le bon
fonctionnement rgulier dun dgrilleur efficace est une obligation pour le bon
fonctionnement de la centrale.
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3.2. Proposition dinstallation dune barrire comportementale
En cas de non modification du plan de grille (espacement de 100 mm), il
convient daugmenter laspect rpulsif du plan de grille, probablement trs faible
pour les poissons en gnral et languille en particulier, vu lespacement. Pour
augmenter cette rpulsivit, nous proposons dinstaller une barrire
comportementale en aval du plan de grille.
Notre synthse sur les barrires comportementales (Section II), a montr que
pour languille et lensemble des espces prsentes, les infrasons reprsentent le plus
grand potentiel dapplication dcran rpulsif sur une prise deau de PCH. Cette
potentialit est mettre sous la rserve de rsultats concluants des essais infrasons
sur languille conduits dans le Gave de Pau cet automne aux centrales de Baigts et de
Biron.
Sur le plan 4, nous avons plac deux gnrateurs dinfrasons derrire le plan
de grille, suspendues la passerelle du dgrilleur. Les machines sont places 5 m
des berges du canal damene, la distance entre les deux machines tant de 10 m.
Plan 4 : vue arrire de la prise deau de la PCH de Donzre, quipe de deux gnrateurs dinfrasons.
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Le rayon defficacit de chaque gnrateur est de lordre de 10m 12 m Par
consquent, le recouvrement du signal sera assez important. Nous avons choisi cette
option pour augmenter la limite de propagation du signal au large de la grille pour
arriver une zone de dtection par le poisson o les vitesses de courant sont encore
proches de 0.5 m/s, car la vitesse au droit de la grille (0.9 m/s) associe aux
espacements de 100 mm entre les barreaux ne permettra pas une rponse de fuite
efficace aux infrasons.
La frquence du signal mis par les gnrateurs sera comprise dans la gamme
de 8 Hz 12 Hz, probablement en mode sweep , cest--dire un signal puls de 8
12 Hz pendant des cycles de 20 secondes. Les deux machines fonctionneront en
parfaite synchronisation pour viter de rduire la qualit du signal propag. Cette
plage de frquence et ce mode de fonctionnement permettent de pouvoir travailler
avec une scurit garantie au niveau des structures en bton de la prise deau, qui
rpondent aux signaux infrasons par des vibrations. A la centrale nuclaire de
Tihange, une tude de mesure de la rponse vibratoire du bton de la prise deau a
montr quon atteint 14 Hz une acclration du bton de lordre de 1 mm/s2
(Rapport AVEA), considre comme un seuil de tolrance du bton. Au niveau de la
centrale hydrolectrique de Baigts, la mme tude a montr que le seuil de vitesse de
vibration du bton de 1 mm/s est atteint 13.5 Hz ( Rapport AREVA). La rponse du
bton aux machines devra bien sur tre vrifie, mais il est probable que nous
restions dans la mme gamme de rponse. Le mode sweep permet de casser une
ventuelle rponse de rsonance du bton.
3.3. Caractristiques techniques de la barrire infrasons
Photo 4 : vue dun gnrateur dinfrasons
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Fonctionnement global
Notre gnrateur dinfrasons produit des dplacements de volumes deau au moyen
de mouvements de va-et-vient de deux pistons opposs qui fonctionnent de manire
synchrone. Ces mouvements se font via une motorisation lectrique et une
transmission mcanique de haute prcision assurant la synchronie du signal. Vu que
les pistons entrent et sortent en mme temps, la machine ne vibre aucunement en
fonctionnement.
Caractristiques techniques
Taille : 0.85 x 0.85, 300 mm de section
Poids : 130 kg dans lair
Pmax : 1.5 kW
P 12 Hz : 0.5 kW
Plage de fonctionnement : 1 Hz 16 Hz
Systme de commande en armoire extrieure IP 54 (ou moins si possibilit de mettre
dans un btiment)
Armoire hydraulique (IP 54) pour mise sous pression de la machine la pression
hydrostatique.
Tension de service : 3x380 V + neutre ou 220V Tri ou mono
Adaptation au rgime de terre de lexploitation
Installation conforme aux normes CE (directive basse tension et EMC)
Gestion des alarmes (intrusion deau, dfaut de pression et frquence) par sms ou par
relais.
A prvoir avant installation
Zone de localisation de larmoire lectrique moins de 100 m de la machine la plus
loigne, idalement dans un local technique proximit.
Besoin de passage de deux gaines de cbles (puissance + data & pneumatique) de 110
mm de diamtre jusquau niveau des machines (gaine technique dj prvue pour le
dgrilleur ?).
Installation de deux botes de connexion au niveau des machines (taille = 0.3 * 0.3 *
0.15 m)
Installation de deux potences de fixation avec systme de levage manuel (treuil)
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3.4. Cot de linstallation
Une tude complte de linstallation est ncessaire, le cot par machine
installe par nos soins est de lordre de 45.000 ! ( 10%), prix 2008. Ce prix comprend
une anne de maintenance et de garantie. Le cot de la maintenance annuelle nest
pas encore dfini ce stade et pourrait tre de lordre de 3.000 ! par machine et par
an (hors dplacement).
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Section IV
Analyse de la prise deau de la PCH de Montlimar
Ce chapitre prsente le cas particulier de la PCH de Montlimar. Pour allger
le document, nous ne reprenons pas ici la situation gnrale du site avec les plans,
qui sont supposs connus du lecteur commanditaire de ltude. Pour clarifier la
terminologie, nous utilisons les dfinitions suivantes, qui se veulent identiques la
terminologie qui est employe dans les documents fournis :
Barrage de retenue = barrage sur lequel simplante la PCH
Barrage usine = barrage aval sur lequel se trouve lusine de Chateauneuf (6 groupes)
Usine = usine de Chateauneuf 6 groupes, dans la drivation
Drivation = bras du Rhne turbin par lusine
Vieux Rhne = bras du Rhne turbin par la PCH
1. Etude de la rpartition des dbits au barrage de retenue en fonctionnement de PCH
Le tableau 1 ci-dessous reprend la rpartition des dbits entre les vannes du barrage
de retenue, la PCH de Donzre et le bras de drivation pour les diffrents dbits
rfrencs. Ce tableau reprend les valeurs prsentes dans la notice rapport 08-730
du laboratoire dhydraulique de la CNR.
Dbit total (m3/s) Dbit drivation (m3/s) Dbit PCH (m
3/s) Dbit barrage (m
3/s)
Etiage 560 485 75.4 0
Module 1504 1429 75.4 0
Dbit darmement 1925 1850 75.4 0
PHEN 3550 1850 75.4 1625
Max PCH 5000 1850 75.4 3075
Tableau 1 : Rpartition des dbits au niveau du barrage de retenue, de la PCH de Donzre et du bras de drivation pour les diffrents dbits rfrencs.
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Sur la base de ce tableau, nous retenons 3 situations particulires :
- Sous des conditions hydrologiques infrieures au module, la migration de
dvalaison de languille est probablement faible, sur la base des profils de
dvalaison observs dans la Meuse (Sonny 2006) dcrits dans la section 1 de ce
rapport.
- La situation entre le module et le dbit darmement, soit la plage de 1504 m3/s
1925 m3/s, qui peut correspondre un dbit de migration de languille o
les vannes du barrage de retenues sont fermes, et o le dbit prlev par la
PCH peut tre de 3.9% 4.1% du dbit de la drivation. Cette situation noffre
pas dautre choix aux poissons en dvalaison que le passage par des turbines
(usine ou PCH, en faisant abstraction de lcluse, moins attractive en
dvalaison).
- La situation au-del du dbit darmement, o les vannes du barrage de
retenue souvrent, et o peut passer jusqu 61.5% du dbit total du Rhne, et
o le dbit prlev par la PCH dans la drivation reste au maximum de 4.1%.
Il est intressant de situer ces trois situations hydrologiques sur les courbes
annuelles de dbit du Rhne sur la base des moyennes journalires, de manire
estimer la variabilit du dbit durant la fentre de migration de languille. La figure
11 ci-dessous prsente le dbit journalier du Rhne de 1997 2005.
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Figure 11 : dbit journalier du Rhne de lanne 1997 2005. Les cercles en rouge correspondent aux montes significatives du dbit du Rhne pouvant initier des pics de dvalaison danguille.
Sur cette figure, les cercles en rouge indiquent les montes de dbit qui se
trouvent dans la fentre temporelle de migration de languille et qui peuvent initier
des pics de dvalaison. Ces pics sont identifis sur la base dune comparaison avec la
figure 1 qui prsente les donnes de dvalaison de languille dans la Meuse en
fonction du dbit journalier (Sonny 2006). Il est donc important de ne considrer ces
cibles hydrologiques uniquement pour identifier les ordres de grandeur des dbits
du Rhne quon peut rencontrer durant la migration des anguilles.
Sur la base de ce graphique et de ce raisonnement, le dbit minimal du Rhne
pouvant initier la migration se trouverait aux alentours de 1000 m3/s, alors que le
dbit maximal rencontr est proche des 7000 m3/s. Sur 39 vnements de migration
estim sur la figure 11 (cercles rouges), 18 se passent dans des conditions de dbit
infrieures 1925 m3/s. Cela revient dire que prs de 50 % des pics de dvalaison
des anguilles pourraient se produire lorsque lensemble du dbit du Rhne est
turbin. Cest dans cette situation que le risque pourrait tre le plus lev pour
languille au niveau de la PCH de Montlimar. Au-del de ce dbit, les vannes du
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barrage souvrent, et peuvent permettre une fraction des poissons dvalants de
passer directement par les vannes, sans risque de mortalit (si lon postule que le
franchissement des vannes se fait sans blessure pour le poisson).
Dans les trois situations considres, la prise deau de la PCH ne comporte a
priori pas une zone dattrait majeure pour les poissons en dvalaison, qui tendent
suivre les courants principaux dans la drivation dans lesquels ne se situe pas la
prise deau de la PCH. Il convient nanmoins dobserver la courantologie du site
dans chaque situation pour analyser lattrait potentiel de la zone de la prise deau.
2. Analyse de la courantologie du site de Montlimar
Le rapport 08-730 du laboratoire de la CNR prsente des simulations chelle rduite
des profils de vitesse sous diffrentes conditions hydrologiques. A ltiage comme aux PHEN,
la zone de la future prise deau de la PCH se trouve dans une zone de recirculation, bordant le
courant principal de la drivation o on rencontre des vitesses qui vont de 0.5 m/s pour un
dbit du Rhne de 1200 m3/s 0.8 m/s pour un dbit 2824 m
3/s (photos 5&6).
Sur le site de Montlimar, le danger nest pas le mme pour un poisson migrateur que
pour les jeunes poissons en drive estivale et automnale. Les poissons migrateurs vont utiliser
le courant principal du Rhne pour se dplacer en dpensant le moins possible dnergie.
Aussi, en condition de dvalaison de languille, vue la faible fraction deau prleve par la
PCH et les vitesses de courant du Rhne au droit de la PCH suprieures 0.5 m/s, nous
pensons que la prise deau ne devrait pas tre trs attractive. Les observations des trajectoires
des corps flottants sur le modle rduit indique quune trs faible fraction des flottants est
aspire par la prise deau, ce qui taye notre hypothse dune faible influence de la prise deau
sur les migrateurs en dvalaison sur la base de lutilisation des courants.
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5 6
Photos 5&6 : vue des lignes de courant au droit de la prise deau de la PCH de Montlimar ltiage (5) et aux
PHEN (6). Source : rapport 08-730 DPFI-PF.
Pour les poissons 0+ en drive estivale et automnale, lutilisation de zones
latrales peu profondes et faible courant (recirculation) constitue un habitat attractif
pour les jeunes poissons. En effet, dans une zone de recirculation de faible
profondeur, la temprature de leau peut tre plus chaude en t, et le dpt de
limon peut abriter des vgtaux et bon nombre de macroinvertbrs qui sont autant
de proies pour les jeunes poissons (Baras & Nindaba 1999). Par ailleurs, durant les
fortes eaux automnales o les 0+ sont exposs une drive force par le courant du
Rhne, ce genre dhabitat peut servir de refuge hydraulique, o les poissons peuvent
se concentrer et viter un dplacement forc vers laval (Copp 1997). Louverture
dune prise deau dans cette zone pourrait donc attirer en t comme en automne des
jeunes poissons naturellement attirs par lhabitat de la zone de recirculation.
3. Solutions techniques proposes pour viter le passage des poissons par les turbines
Bien que nous pensons que la prise deau de la PCH de Montlimar ne devrait
pas constituer une menace majeure pour les poissons en dvalaison dans le Rhne, il
nest pas rigoureux de laffirmer sans preuve scientifique lappui. En labsence
dlments permettant de savoir si une protection des poissons est ncessaire ou pas,
et face aux recommandations de lONEMA notamment dans le contexte du plan
migrateurs, nous examinons ici les moyens techniques mettre en uvre pour
garantir la meilleure protection possible aux poissons.
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3.1. Plan de grille adapt
La seule solution garantissant une efficacit maximale pour languille et leve
pour les autres espces est de mettre un plan de grille adapt. A ce jour pour
languille, la seule manire dmontre efficace de protger languille sur une prise
deau est de lempcher physiquement de passer travers les barreaux, donc en
utilisant des espacements adquats. Pour languille argente, il est recommand
dutiliser des espacements de 20 mm, pour une vitesse de courant au droit de la grille
maximale de 0.5 m/s. Ce type de grille est le seul amnagement qui permet, ce jour,
de garantir un passage de 0% de languille. Si les vitesses de courant sont plus
leves, alors les anguilles risquent dtre plaques sur le plan de grille, comme le
suggre la photo 7 o une anguille argente se trouve plaque sur un plan de grille
de 20 mm pour une vitesse de courant d1m/s. Dans cette situation, la mortalit peut
atteindre 100% lors du dgrillage.
Photo 7 : Vue dune anguille argente plaque sur un plan de grille de 20 mm despacement avec une vitesse de courant de 1m/s. Copyright : Institut fr angewandte kologie.
Pour pouvoir respecter ces contraintes de vitesse, il convient donc alors
dagrandir la surface du plan de grille. Ce type de modification du plan de grille
induit une perte de charge qui peut tre importante, et convient plus sur des prises
deau dont les dbits sont infrieurs 30 m3/s.
Nous proposons nanmoins de se prter lexercice.
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Nous fixons de manire arbitraire un espacement de 20 mm entre les barreaux,
avec une largeur de barreau de 10 mm. Ces chiffres sont pris sans tenir compte des
contraintes dtailles dans le CCTP1 groupe pice 2, et il convient au besoin
dtudier la faisabilit dun tel plan de grille au niveau des pertes de charge entre-
autres.
La surface du plan de grille du plan actuel est de 7.60 m x 5.05 m = 38.4 m2. Avec un
dbit de pompage de lordre de 75 m3/s, la vitesse de courant au droit de la grille
serait de lordre de 2 m/s, ce qui nautorise pas un comportement exploratoire de
languille. Pour respecter une vitesse raisonnable au droit du plan de grille de 0.5
m/s, il faudrait un plan de grille 4 fois plus grand, soit une surface utile de 154 m2.
Avec un plan de grille de 20 mm despacement pour des barreaux de 10 mm
dpaisseur, la surface utile est de 6/10, ce qui implique linstallation dune grille
dune superficie totale de 257 m2. En conservant une largeur de 7.6 m, la longueur de
la grille incline serait de 33 m. Un tel plan de grille parat ingrable sur le plan de la
gestion des dchets, aussi, nous rejetons cette ide.
Si la largeur du canal damene faisait plutt 12.20 partout sur sa longueur, la
longueur du plan de grille ncessaire serait encore de 21 m. Cela reste difficile grer
techniquement pour le dgrillage, et nous choisissons donc de ne pas modliser cette
option pour le site de Montlimar.
3.2. Implantation dune barrire comportementale sur la prise deau de Montlimar
Comme il nest techniquement pas envisageable de modifier le plan de grilles
pour rencontrer les critres dichthyophilie, la seconde option consiste implanter
une barrire comportementale destine maintenir la zone de la prise deau sous
influence dun stimulus rpulsif qui maintiendra les poissons lcart.
Notre synthse sur les barrires comportementales (Section II), a montr que pour
languille et lensemble des espces prsentes, les infrasons reprsentent le plus
grand potentiel dapplication dcran rpulsif sur une prise deau de PCH. Cette
potentialit est mettre sous la rserve de rsultats concluants des essais infrasons
sur languille conduits dans le Gave de Pau cet automne aux centrales de Baigts et de
Biron.
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Lidal est de placer les gnrateurs dinfrasons dans une vitesse de courant
maximale de 0.5 m/s. Au vu des profils de vitesse prsents dans le rapport de
MODELYS, ce seuil de vitesse semble atteint au niveau dune droite fictive qui relie
lextrmit des palplanches des deux rives du canal damene. Nous recommandons
donc de disposer les gnrateurs dinfrasons au large de ce point, le plus proche
possible de la limite du radier du canal damene le long du Rhne. Laxe gnral de
limplantation des machines doit suivre grosso modo celui du courant principal. Une
proposition damnagement est prsente sur le plan 5.
Plan 5 : vue dune proposition de lamnagement de la prise deau de Rochemaure avec une barrire infrasons.
Quatre gnrateurs dinfrasons seraient suspendus sous une passerelle qui
relierait les deux extrmits amont du canal damene. Les vitesses de courant vers la
prise deau dans cette zone sont infrieures 0.5 m/s, et on se trouve en bordure de
courant principal de la drivation. Cest galement une zone o les flottants semblent
faiblement saccumuler.
La passerelle reposerait sur des colonnes directement fixes au radier du canal
damene, et servirait de support pour les gaines de cbles et une manutention aise
des gnrateurs sans devoir passer par un bateau. Les gnrateurs seraient immergs
mi-profondeur.
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La frquence du signal mis par les gnrateurs sera comprise dans la gamme
de 8 Hz 12 Hz, probablement en mode sweep , cest--dire un signal puls de 8
12 Hz pendant des cycles de 20 secondes. Les deux machines fonctionneront en
parfaite synchronisation pour viter de rduire la qualit du signal propag. Cette
plage de frquence et ce mode de fonctionnement permettent de pouvoir travailler
avec une scurit garantie au niveau des structures en bton de la prise deau, qui
rpondent aux signaux infrasons par des vibrations. A la centrale nuclaire de