Diagnostic dévalaison

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1 Diagnostic dévalaison Evaluation des mortalités de saumon et d anguille aux passages des centrales hydroélectriques Florent PIERRON ONEMA Délégation interrégionale Nord-Est Journée technique Rhin-Meuse - 16 mai 2014

2 Contexte 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 L 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 méthodologie stage étudiant 2014 validation Pole Ecohydraulique ONEMA

3 Diagnostic dévalaison : une démarche en 3 étapes Estimation des potentialités en anguilles et smolts Estimation des mortalités par site hydroélectrique Estimation des mortalités à l échelle de l axe

4 Diagnostic dévalaison Partie 1 Estimation des potentialités en anguilles et smolts

5 Estimation des potentialités en dévalants Effectifs difficilement quantifiables donc travail sur potentialités d accueil des cours d eau. ANGUILLE 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? SMOLT 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. Manque de données donc approche quantitative souvent difficile Alternative : utilisation méthode relative. % d individus atteignant l aval du bassin versant en fonction du tronçon de rivière où démarre leur migration.

6 Diagnostic dévalaison Partie 2 Estimation des mortalités par site hydroélectrique

7 Estimation des mortalités par centrale - Démarche 1. Données biologiques 2. Données hydrologiques 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 centrale % passage par canal plan de grille et exutoires % passage barrage 5. Répartition des poissons au niveau des turbines Turbine 1 Turbine 2 Turbine 3 6. Evaluation des mortalités au passage dans les turbines

8 1. Données biologiques Taille des individus Périodes de dévalaison 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 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%

9 2. Données hydrologiques (période de 10 ans Banque Hydro) 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 Débits caractéristiques de dévalaison : (pour chaque période déterminée précédemment) anguille : Répartition homogène des passages d anguilles entre les percentiles Q75, Q90, Q95, Q97,5 et Q99 de la période considérée. saumon : Débit médian : dévalaison continue après le déclenchement, indépendante des variations de débit. 3ème quartile : dévalaison corrélée avec des débits importants. Source : LARINIER, 2008

10 3. Evaluation de la part de poissons dévalant par le canal d amenée 2 facteurs déterminant la répartitions des poissons : 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 : P = (1 (Qt / Qriv) α ) β P : pourcentage de smolts dévalant au barrage (principe similaire pour l anguille) Sources : LARINIER et al., 2006 BOSC et LARINIER, 2000

11 4. Evaluation de l efficacité des plans de grilles Analyse de l espacement inter-barreaux : 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: cas du saumon : -répulsivité totale jusqu à 2,5 cm -répulsivité partielle jusqu à 4 cm -perméabilité totale au-delà Analyse de l exutoire et des vitesses d approche : - 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 et 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).

12 5. Répartition des poissons au niveau des turbines Répartition des poissons proportionnelle au débit de chaque turbine Schéma de principe :

13 6. Estimation des mortalités au passage dans les turbines Dommages dépend de plusieurs facteurs : types de turbines, vitesse de rotation, diamètre, débit, hauteur de chute, nombre de pales, 50% 100% 20% 10% Principales turbines : Françis Pelton Banki Kaplan Vis VLH Ichtyocompatible

14 6.1 Cas des turbines KAPLAN SAUMON 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).h 0,5 ) c + e.nap f ANGUILLE 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.TL 1.53.D N 0.6 M(%) = 6,59.TL 1.63.Q N 0.63 M(%) = 12,42.TL 1.36.Q D N 0.49 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)

15 6. Cas des turbines FRANCIS SAUMON Formule de Dartiguelongue et Larinier, 1989 : Premières formules prédictives Bibliographie internationale M(%) = 100.(SIN(6,54 + 0,218 H 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.h c.d e.tl f )² ANGUILLE 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. 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)

16 6. Autres turbines Turbines BANKI : turbines à action plutôt rares sur le secteur Rhin-Meuse. 100% de mortalité d après la bibliographie. Banki Turbines PELTON : turbines à action hautes chutes et faibles débits plutôt rares sur le secteur Rhin-Meuse. 100% de mortalité d après la bibliographie. Pelton

17 Exemples de calcul Représentation schématique du principe utilisé pour calculer le taux de mortalité associé à chaque microcentrale hydroélectrique.

18 Principe de diagnostic des risques de mortalités d anguilles argentées à l échelle d un ouvrage Passage par déversoir Anguilles argentées dévalant en amont de l ouvrage P = exp(ε)/(1+exp(ε)) ε= a+b*(qdev/qtotal) Passage par la prise d eau 100 % indemnes Espacement interbarreaux (e) de la grille e 20 mm 20mm < e 30 mm e > 30 mm 100 % d arrêt Perméabilité 100 % de passage Vn 0.5m/s 100 % indemnes mais retard important Absence d exutoire 0.5m/s < Vn 1m/s 50 % indemnes Mesure de la vitesse normale (Vn) 50 % mortalitépar plaquage Arrêt par les grilles Vn > 1m/s 50 % mortalitépar plaquage X % d arrêt Présence d exutoire(s) Analyse approfondie des paramètres de dimensionnement suivant l état de l art (Vn / Vt / inclinaison / dimension et débit des exutoires, etc.) Y % de passage Q1/Qt Turbine 1 (T1) Turbine Kaplan M(%) = 4,67.TL 1.53.D N 0.6 M(%) = 6,59.TL 1.63.Q N 0.63 M(%) = 12,42.TL 1.36.Q D N 0.49 X % indemnes Part d anguilles indemnes Passage au travers des grilles Débit max turbiné(qt) Estimation mortalité X % indemnes Y % mortalité Q2/Qt Turbine 2 (T2) Turbine Francis P =100xSin(a + b.h c.d e.tl f )² ou P = 100.(SIN(6,54 + 0,218 H TL - 3,88 D + 0,0078 N)) 2 Part d anguilles tuées par chaque turbine

19 Principe de diagnostic des risques de mortalités de smolts à l échelle d un ouvrage Smolts dévalant en amont de l ouvrage Passage par déversoir P = (1 (Qt / Qriv) α ) β Passage par la prise d eau 100 % indemnes Espacement interbarreaux (e) de la grille e 25 mm 25mm < e 40 mm e > 40 mm 100 % d arrêt Absence d exutoire Arrêt comportemental par les grilles 50 % d arrêt? Présence d exutoire(s) Perméabilité 50 % de passage? Débit max turbiné(qt) 100 % de passage Vn 0.5m/s Au fil de l eau 100 % indemnes mais retard important? Mesure de la vitesse normale (Vn) au niveau du plan de grille 0.5m/s < Vn 1m/s 50 % 50 % indemnes? passage au travers des grilles? Vn > 1m/s Canal d amenée 100 % passage au travers des grilles? 100 % passage au travers des grilles Analyse approfondie des paramètres de dimensionnement suivant l état de l art (Vn / Vt / inclinaison / dimension et débit des exutoires, etc.) Q1/Qt Turbine 1 (T1) Turbine Kaplan P = 100.(SIN(13,4 + 42,8 (TL/esp)))2 P = a + b.((tl/d).h 0,5 ) c + e.nap f Passage au travers des grilles Q2/Qt Turbine 2 (T2) Turbine Francis P =100xSin(a + b.h c.d e.tl f )² Estimation mortalité ou P = 100.(SIN(6,54 + 0,218 H TL - 3,88 D + 0,0078 N)) 2 Continuer à Passage au travers des grilles Y % mortalité X % indemnes Part de smolts indemnes X % indemnes Y % mortalité Part de smolts tués par chaque turbine

20 Diagnostic dévalaison Partie 3 Estimation des mortalités à l échelle de l axe

21 Estimation des mortalités à l échelle de l axe - Démarche AMONT apport affluent? stock bief ind stock bief ind Ouvrage 1 taux de mortalité : 10 % Ouvrage 2 taux de mortalité : 40 % stock amont 100 ind stock dévalant 90 ind stock dévalant 72 ind Ouvrage 3 taux de mortalité : 5 % stock amont ouvrage ind stock amont ouvrage 3 80 ind 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. AVAL stock aval 76 ind

22 Évaluation des mortalités à l échelle d un axe : la Moselle Prédiction par turbine Evaluation par ouvrage Localisation

23 Évaluation des mortalités à l échelle d un axe : la Moselle Localisation Chance de survie d une anguille dévalante en sortie de zone d étude selon son point de départ