Diagnostic d évalaison

Evaluation des mortalités de saumon et d’anguille a ux passages des centrales hydroélectriques

Journée technique Rhin-Meuse - 16 mai 2014

Florent PIERRON

ONEMA Délégation interrégionale Nord-Est

� La DCE, la loi sur l’eau, le règlement européen sur l’anguille et le Grenelle de l’environnement imposent une restauration des habitats et de la continuité des milieux.

� Classement des cours d’eau a pour but de préserver et/ou imposer une restauration de la continuité au titre de l’article L214-17 du Code de l’Environnement.

� Plan de gestion anguille impose de connaître le taux d’échappement par bassin

Diagnostic dévalaison de l’aménagement pour les différentes espèces cibles

Développement d’une méthodologiestage étudiant 2014

validation Pole Ecohydraulique ONEMA

Contexte

Estimation des potentialités en anguilles et smolts

Estimation des mortalités par site hydroélectrique

Estimation des mortalités àl’échelle de l’axe

Diagnostic dévalaison : une démarche en 3 étapes

Diagnostic dévalaison – Partie 1

Estimation des potentialités en anguilles et smolts

Hypothèse 1 : Répartition uniforme-Suppose une répartition homogène sur le linéaire des cours d’eau de la production d’anguille argentée (pour une altitude inférieure à 1000 m ou jusqu'au 1er ouvrage infranchissable).-Estimation nb anguilles par unité de surface ?

Estimation des potentialités en dévalants

Hypothèse 1 : Test sur la production homogène de smolts dévalant sur les secteurs favorables-Affectation d’une capacité de production (nb smolts/100m²) à l’ensemble d’un linéaire lorsque des zones susceptibles de produire des saumons sont connues. -Capacité de production déterminée grâce aux données disponibles sur le secteur.

Hypothèse 2 : Test sur la production de smolts dévalant corrigés en fonction des données de pêches de contrôle-Affectation d’un coefficient de production (nb smolts/100m²) basé sur les données de pêche électrique spécifique au saumon. -Attribution de capacités de production différentes en fonction de la position de la zone potentielle de production de smolts.

ANGUILLE SMOLT

� Effectifs difficilement quantifiables donc travail sur potentialités d’accueil des cours d’eau.

� Manque de données donc approche quantitative souven t difficile� Alternative : utilisation méthode relative. % d’individus atteignant l’aval du bassin versant en fonction du tronçon de

rivière où démarre leur migration.

Diagnostic dévalaison – Partie 2

Estimation des mortalités par site hydro électrique

Estimation des mortalités par centrale - Démarche

centrale

% passage par canal

Turbine 1 – Turbine 2 – Turbine 3

plan de grille et exutoires

% p

assa

ge b

arra

ge

1. Données biologiques

3. Evaluation de la part de poissons dévalant par le canal d’amenée

4. Evaluation de l’efficacité des plans de grilles et des éventuels dispositifs de

dévalaison

2. Données hydrologiques

5. Répartition des poissons au niveau des turbines

6. Evaluation des mortalités au passage dans les turbines

1. Données biologiques

Taille des individus

� Anguille :Éloignement à la mer : présence essentiellement

de femelles, taille moyenne 70cm (prendre également 50 cm et 90 cm)

� Saumon :Majorité devient smolt à 1 an = 12 à 17 cm, les

autres de 2 à 3 ans = 15 à 22 cm

Périodes de dévalaison

� Anguille :Dévalaison du 1er octobre au 31 mars (sous

réserve de trouver des études fournissant une période plus précise concernant ce secteur)

� Saumon :Période de dévalaison à préciser (cf. ASR). Données étude sur l’Allier : - du 15 mars au 14 avril : 20%- du 15 avril au 25 avril : 20%- du 26 avril au 10 mai : 40%- du 11 mai au 15 juin : 20%

Débit au niveau de l’aménagement : Qa = Qs x (Sa / Ss) 0,8

- Qa : débit au niveau de l’aménagement- Qs : débit au niveau de la station de mesure de débit- Sa : superficie du bassin versant au niveau de l’aménagement- Ss : superficie du bassin versant au niveau de la station de mesure de débit

saumon : Débit médian : dévalaison continue après le déclenchement, indépendante des variations de débit.3ème quartile : dévalaison corrélée avec des débits importants.

Débits caractéristiques de dévalaison :(pour chaque période déterminée précédemment)

2. Données hydrologiques (période de 10 ans – Banque Hydro)

anguille : Répartition homogène des passages d’anguilles entre les percentiles Q75, Q90, Q95, Q97,5 et Q99 de la période considérée.

Source : LARINIER, 2008

� rapport Qt/Qriv : débit turbiné sur débit du cours d’eau caractérisant chaque période de migration de dévalaison.

� configuration du site : orientation du barrage par rapport à la prise d’eau du canal d’amenée.

cas du saumon :

(principe similaire pour l’anguille)

3. Evaluation de la part de poissons dévalant par l e canal d’amenée

2 facteurs déterminant la répartitions des poissons :

P = (1 – (Qt / Qriv) α )β

P : pourcentage de smolts dévalant au barrage

Sources : LARINIER et al., 2006BOSC et LARINIER, 2000

� Analyse de l’espacement inter-barreaux :

� Analyse de l’exutoire et des vitesses d’approche :

4. Evaluation de l’efficacité des plans de grilles

cas du saumon :

-répulsivité totale jusqu’à 2,5 cm-répulsivité partielle jusqu’à 4 cm -perméabilité totale au-delà

� barrière physique : considérée pour les 2 espèces pour un espacement de 1,5 à 2 cm

� barrière comportementale : effets répulsifs variables suivant espèces et taille des individus

cas de l’anguille:

- Présence d’un exutoire de dévalaison ���� pas de mortalité.

- Absence d’un exutoire de dévalaison ���� plusieurs cas selon la longueur du canal d’amenée, la vitesse de courant e t l’espèce cible.

Comparer les caractéristiques des plans de grille et exutoires aux

règles actuelles de dimensionnement des prises

d’eau icthyocompatibles .

(Courret et Lariner, 2008).

5. Répartition des poissons au niveau des turbines

� Répartition des poissons proportionnelle au débit de chaque turbine

� Schéma de principe :

6. Estimation des mortalités au passage dans les tu rbines

� Dommages dépend de plusieurs facteurs : types de turbines, vitesse de rotation, diamètre, débit, hauteur de chute, nombre de pales,…

100%

50%

10%

20%

Pelton

Kaplan

� Principales turbines :

FrançisVis

VLHBanki

Ichtyocompatible

Formule de Dartiguelongue et Larinier, 1989 :� Premières formules prédictives � Bibliographie internationale� Surestimation mortalités induites par des grosses turbines sur basses chutes

M(%) = 100.(SIN(13,4 + 42,8 (TL/esp))) 2

Formule de Bosc et Larinier, 2000 :� Jeu de données de Dartiguelongue et Larinier complété� Optimisation des régressions statistiques (pb transformation arc sin)

M(%) = a + b.((TL/D).H0,5)c + e.NAP f

6.1 Cas des turbines KAPLAN

Formules de Gomes et Larinier, 2008 : � Complète un précédent travail (Larinier et Dartiguelongue, 1989)� Bibliographie internationale – ajout d’expérimentations� Détermination de 3 expressions donnant le % de mortalité des anguilles en

fonction de taille, diamètre roue, débit nominal et vitesse de rotation.

M(%) = 4,67.TL1.53.D-0.48.N0.6

M(%) = 6,59.TL1.63.Q-0.24.N0.63

M(%) = 12,42.TL 1.36.Q-0.22.D-0.10.N0.49

ANGUILLE

SAUMON

P : pourcentage de mortalité, TL : longueur du poisson (m), esp : espacement inter-pales calculé à mi-pale (m),

D : diamètre de la turbine (m), H : chute nette (m), NAP : nombre de pales (a = -13,85 ; b = 45,38 ; c= 1,442 ; e= 6,953 ; f = 0,608)

� Pas de formule officielle suffisamment testée pour être approuvée.

� Alternative : utilisation de la formule destinée aux smolts (Dartiguelongue et Larinier). La taille de l’anguille remplace alors celle des smolts.

� Solution non optimale.

6. Cas des turbines FRANCIS

ANGUILLE

SAUMON

Formule de Dartiguelongue et Larinier, 1989 :� Premières formules prédictives � Bibliographie internationale

M(%) = 100.(SIN(6,54 + 0,218 H + 118 TL - 3,88 D + 0,0078 N))2

Formule de Bosc et Larinier, 2000 :� Jeu de données de Dartiguelongue et Larinier complété

M(%) = 100.SIN(a + b.Hc.De.TLf)²

P : pourcentage de mortalité, TL : longueur du poisson (m),D : diamètre de la turbine (m),H : chute nette (m),

N : vitesse de rotation (a = -17,98 ; b = 45,62 ; c = 0,181 ; e = -0,207 ; f = 0,224)

6. Autres turbines

Turbines BANKI :�turbines à action �plutôt rares sur le secteur Rhin-Meuse.�100% de mortalité d’après la bibliographie.

Turbines PELTON :�turbines à action – hautes chutes et faibles débits�plutôt rares sur le secteur Rhin-Meuse.�100% de mortalité d’après la bibliographie.

Banki

Pelton

Exemples de calcul

Représentation schématique du principe utilisé pour calculer le taux de mortalité associé à chaque microcentrale hydroélectriq ue.

Anguilles argentées

dévalant en amont de

l’ouvragePassage par déversoir

Passage par la prise d’eau

Espacement interbarreaux (e) de la grille

P = exp(ε)/(1+exp(ε))

ε = a+b*(Qdev/Qtotal)

M(%) = 4,67.TL1.53.D-0.48.N0.6

M(%) = 6,59.TL1.63.Q-0.24.N0.63

M(%) = 12,42.TL 1.36.Q-0.22.D-0.10.N0.49

Q1/Qt Q2/Qt

Débit max turbiné (Qt)

Turbine 1 (T1)

Turbine Kaplan

Turbine 2 (T2)

Turbine Francis

Part d’anguilles

indemnesPart d’anguilles tuées par

chaque turbine

Estimation mortalité

e ≤ 20 mm 20mm < e ≤ 30 mm e > 30 mm

Passage au travers des

grilles

100 %

de

passage

Perméabilité

Vn ≤

0.5m/s

Vn >

1m/s

0.5m/s <

Vn ≤ 1m/s

100 %

d’arrêt

Y % de

passageX %

d’arrêt

Présence d’exutoire(s)

Arrêt par les grilles

Absence d’exutoire

100 %

indemnes

mais retard

important

X %

indemnes Y %

mortalité50 %

indemnes

50 %

mortalité par

plaquage

100 %

indemnes

Analyse approfondie

des paramètres de

dimensionnement

suivant l’état de l’art

(Vn / Vt / inclinaison /

dimension et débit

des exutoires, etc.)

Mesure de la vitesse

normale (Vn)

Principe de diagnostic des risques de mortalités d’anguilles argentées à l’échelle d’un ouvrage

X %

indemnes50 %

mortalité par

plaquage

P =100xSin(a + b.Hc.De.TLf)²

ou

P = 100.(SIN(6,54 + 0,218 H + 118 TL - 3,88 D + 0,0078 N))2

Smolts dévalant en amont

de l’ouvrage

Passage par déversoir

Passage par la prise d’eau

Espacement interbarreaux (e) de la grille

P = (1 – (Qt / Qriv) α)β

P =100xSin(a + b.Hc.De.TLf)²

ou

P = 100.(SIN(6,54 + 0,218 H + 118 TL - 3,88 D + 0,0078 N))2

Q1/Qt Q2/Qt

Débit max turbiné (Qt)

Turbine 1 (T1)

Turbine Kaplan

Turbine 2 (T2)

Turbine Francis

Part de smolts

indemnes

Part de smolts tués par

chaque turbine

Estimation mortalité

e ≤ 25 mm 25mm < e ≤ 40 mm e > 40 mm

Passage au travers des

grilles

100 %

de

passage

Perméabilité

Vn ≤

0.5m/s

Vn >

1m/s

0.5m/s <

Vn ≤ 1m/s

100 % d’arrêt

50 % de

passage ? 50 %

d’arrêt ?

Présence d’exutoire(s)

Arrêt comportemental par

les grilles

Absence d’exutoire

100 %

indemnes

mais retard

important ?

X %

indemnes

Y %

mortalité

50 %

indemnes ? 50 %

passage au

travers des

grilles ?

100 %

passage au

travers des

grilles ?

100 %

indemnes

Analyse approfondie

des paramètres de

dimensionnement

suivant l’état de l’art

(Vn / Vt / inclinaison /

dimension et débit

des exutoires, etc.)

Mesure de la vitesse

normale (Vn) au niveau

du plan de grille

Principe de diagnostic des risques de mortalités de smolts à l’échelle d’un ouvrage

X %

indemnes

Au fil de l’eau Canal d’amenée

100 % passage au

travers des grilles

Y %

mortalitéContinuer à

Passage au travers

des grilles

P = 100.(SIN(13,4 + 42,8 (TL/esp)))2

P = a + b.((TL/D).H0,5)c + e.NAPf

Diagnostic dévalaison – Partie 3

Estimation des mortalités à l’échelle de l’axe

Estimation des mortalités à l’échelle de l’axe - Déma rche

PRINCIPES :

�Cumul des taux de mortalités de chaque ouvrage, que l’on déduit au stock présent

�Ajout au stock dévalant de la fraction de poissons se trouvant dans le bief aval de l’ouvrage

�Utilisation méthode relative ou quantitative

�Estimation mortalités ou survies, visualisation des pertes induites par ouvrage.

�Possibilité de faire varier les paramètres du modèle (exutoires, grilles, hydrologie,…)

OBJECTIFS :

�analyse rapide de l'axe et réalisation de scénarios particuliers.

�quantifier impact des ouvrages ou bénéfice apporté par la réalisation d’aménagements spécifiques au niveau d’un site.

Ouvrage 1taux de mortalité : 10

%

AMONT

AVAL

Ouvrage 2taux de mortalité : 40

%

Ouvrage 3taux de mortalité : 5 %

stock amont100 ind

stock dévalant

90 ind

stock aval76 ind

stock dévalant

72 ind

apportaffluent?

stock amont ouvrage 2

120 ind

stock amont ouvrage 3

80 ind

stock bief 1-2

30 ind

stock bief 2-3

8 ind

Évaluation des mortalités à l’échelle d’un axe : la Moselle

Localisation

Prédiction par turbine

Evaluation par ouvrage

Évaluation des mortalités à l’échelle d’un axe : la Moselle

Chance de survie d’une anguille dévalante en sortie de zone d’étude selon son point de départLocalisation