Baisse de la capacité de transport Effet des barrages

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1 Baisse de la capacité de transport Effet des barrages Pour mieux affirmer ses missions, le Cemagref devient Irstea Benoît Camenen Irstea Hydrologie-Hydraulique Lyon Séminaire «érosion, colmatage et envasement», BRGM Orléans, 31 janvier 2017

2 Contenu de la présentation Introduction sur le transport sédimentaire et l impact des barrages sur ce dernier «Transparence» des graviers et galets «Transparence» des sables Cas des barrages de la Basse-Isère «Transparence» des argiles et limons Cas du barrage de St-Martin-la-Porte sur l Arc en Maurienne Cas du barrage de Génissiat sur le Haut-Rhône français Conclusion et perspectives 2

3 Qu'est-ce que le transport solide? 3 types de transport solide fonction des contraintes hydrauliques et de la taille des particules Charriage : déplacement au fond par glissement, roulement ou petits sauts (graviers) Suspension graduée : transport sur la colonne d'eau en équilibre avec les conditions hydrauliques locales (sables) Suspension de lessivage : transport quasi-homogène sur la colonne d'eau fonction des apports amont (limons) MES (Matières en Suspension) = Suspension de lessivage + Suspension graduée 3

4 Qu'est-ce que l on peut mesurer ou modéliser? MESURE Charriage et suspension graduée Estimation à partir de bilans bathymétriques, chaînes d érosion Mesures avec des préleveurs Mesures indirectes (géophones, hydrophones, ADCP, etc.) Suspension de lessivage (hypothèse d homogénéité sur la section) Prélèvements (manuel, automatique) Q s (t )=Q (t) C (t) Turbidimètres MODELE Charriage et suspension graduée : Q s=f (Q, La, τ, D, etc.) Suspension de lessivage : pas de modèle simple possible! 4

5 Bilan sédimentaire Courbe de tarage sédimentaire Relation entre le débit solide et le débit liquide à une section donnée de la rivière (valable uniquement pour les sédiments grossiers : sables, graviers...) Exemple de l'arc en Maurienne (Camenen et al., 2012) Incertitudes élevées Hypothèse d un tronçon à l équilibre 5

6 Bilan sédimentaire Application de la courbe Qs(Q) Estimation du flux instantané et total au cours d'un événement Estimation du flux moyen annuel à partir d'une courbe des débits classés estimation du débit efficace Cas de la Loire à Gien (Camenen et al., 2015) 6

7 Impact des barrages sur le transit sédimentaire Excès de sédiments en amont Déficit de sédiments en aval Perturbations induites par un barrage (Agence Eau RMC) 7

8 Barrage de St-Martin-la-Porte sur l Arc en Maurienne dépôts fines bancs galets 8

9 Arc en Maurienne Rivière alpine fortement anthropisée - Lit quasi totalement endigué - Hydroélectricité importante (3 barrages au fil de l eau, dérivation) - Nombreuses infrastructures de communication Apports sédimentaires très important - Ancienne rivière en tresses (réduction forte des apports en grossiers -ouvrages RTM-) - Fort apport en MES (marnes noires) - Chasse des barrages annuelle Rivière dynamique mais en perte de vitesse... - Systèmes de bancs alternés (galets, granulométrie très étendue) - Risque de fixation (végétalisation) des bancs augmentation du risque de crue 9

10 Représentativité des flux de MES liés au chasses Année Flux annuel (tonnes) Événement majeur Flux lié à l 'événement % année ,5ₓ105 Chasse juin ,7ₓ104 2, ,1ₓ105 Chasse juin ,9ₓ104 9, ,8ₓ105 Crue juin ,0ₓ ,3ₓ105 Chasse juin ,4ₓ104 2, ,1ₓ105 Chasse juin ,1ₓ104 2, ,9ₓ105 Chasse juin ,7ₓ Flux de MES lié à une chasse souvent mineur par rapport à la période printanière ou une crue 10

11 Transport par charriage Mesures 15km en aval de SMLP Prélèvements (Camenen et al., 2012) - Mobilisation des graviers du chenal principal dès 50m³/s - Capacité de transport atteinte Suivi PIT-tag (Camenen et al., 2010, 2016) - Déplacements des traceurs sur un banc de 30m sur une chasse (80 % traceurs retrouvés) - Déplacement estimé à plus de 500m dans le chenal (5 % traceurs retrouvés) 11

12 Barrage de St-Martin-la-Porte sur l Arc en Maurienne Barrage au fil de l eau de faible capacité - Suspension de lessivage faiblement capturée (<5%?) - Sable partiellement capturé (? pas de mesure!) - Gravier déposés en queue de retenue Importance des chasses pour rétablir la continuité des sédiments grossiers - Transport des graviers dans les retenues en période de chasse et crue mais sans doute insuffisant par rapport aux apports (Valoirette, Poncet etc.) - Capacité de transport atteinte dans de nombreux tronçons aval mais apports des torrents limités érosion Rivière dynamique où la mesure reste difficile en particulier pour les sables 12

13 Barrages de la Basse-Isère Schéma EDF Fort transport solide (MES, 3 Mt/an en moyenne) Chasses réalisées en descente de crue (QIsère>900m³/s ; QRhône>1200m³/s) Dernières chasses 2002, 2008,

14 Crue/chasse de la Basse-Isère en mai 2015 Figure EDF 14

15 Flux à Beaumont-Monteux en mai 2015 Mesures de charriage à BM : Q s, mesures Q s, capacité?! MES (suspension de lessivage via mesure de turbidité) Sable (formules de capacité calées / dépôts aval) 15

16 Bilan sur la Basse-Isère en mai 2015 Site Mesure / Modèle Flux entrants amont Station hydro-sédimentaire (Tullins) Barrages Basse-Isère Evolution bathymétrique barrages Flux sortant aval Dépôts aval Volume (M m³) Masse (M tonnes) Incertitudes (M tonnes) (20%) 7,5 2.5 (30%) Station hydro-sédimentaire (Beaumont-Monteux) 7,6 1.5 (20%) Modèle sable (BM) 4,8 4,8 Evolution bathymétrique confluence Isère-Rhône Apports des retenues : Argiles, limons : +5Mt Sables : +5 Mt 3,3 5,3 Volume érodé dans les barrages sous-estimé ou porosité surestimée 1.0 (20%) 16

17 Barrages de la Basse-Isère Barrages au fil de l eau de grande capacité - Suspension de lessivage partiellement retenue (20%?) - Sable totalement retenu en régime normal - Quasi-absence de transport de gravier Importance des chasses pour rétablir la continuité des sables - Risques importants de dépôt de sable à la confluence - Nécessité de chasses régulières (annuelles?) mais complexité des conditions (Qisère, Qrhône, ) Besoin d investissement dans la mesure du sable (suspension graduée) - Sable : «Passager clandestin» (P. Lefort) 17

18 Barrage de Génissiat sur le Haut-Rhône français Plus grand barrage du Rhône - Chute 67m - Retenue de 23km de long - Volume 56 M m³ 3 principaux orifices - Vanne de fond - Vanne de demi-fond - Évacuateur de surface possibilité d une gestion des concentrations en aval Photo et schéma CNR 18

19 Retenue de Génissiat et Seyssel Grossiers «statique» Sable (charriage / suspension graduée) Argiles et limons (suspension) Guertault et al.,

20 Mesure des flux autour de Génissiat Charge de fond Guertault, Transport de sable (voire graviers et galets) mesuré* uniquement période de chasse, en amont (apport barrage Pougny) et en aval (apport vanne de fond) * Prélèvements charriage et suspension + hydrophone (depuis une traille ou camion grue) Suspension de lessivage - Nombreuses mesures lors des chasses du HautRhône (prélèvements, système Coriolis, etc.) En chasse, flux sortants / dépôts dans la retenue dépendants de la gestion du barrage - Stations hydro-sédimentaire à Pougny (amont) et Pyrimont (aval) depuis 2014 En régime normal, environ 20% déposé à Génissiat 20

21 Barrage de Génissiat Grand barrage avec vanne de fond - Suspension de lessivage partiellement retenue en régime normal (20%?) - Sable totalement retenu en régime normal et partiellement évacué en chasse, capacité de transport rarement atteinte (apports insuffisants) - Pas de transport de gravier Importance des chasses du Haut-Rhône pour limiter le risque d inondation à Genève - Apports amont uniquement si chasse des barrages de Verbois et Pougny - Continuité de la suspension de lessivage et du transport de sable à maintenir (maintien de la capacité du réservoir de Génissiat) 21

22 Conclusions et perspectives Un barrage n est pas transparent! Impact sur l hydrologie (au moins sur les débits moyens à faibles) Impact sur le transport solide en particulier pour les sédiments transportés par charriage Impact fonction de la taille, le type, et la gestion du barrage Barrage au fil de l eau de faible capacité : impact sur le charriage Barrage au fil de l eau de grande capacité : impact sur le charriage et la suspension graduée Grand barrage avec vannes de fond : impact sur l ensemble des sédiments avec une possible gestion des plus fins Grand barrage sans vanne de fond : barrage trou noir (Fruchart, 2012)! 22

23 Conclusions et perspectives Comment rétablir une continuité sédimentaire? Chasses de barrage Fruchart & Camenen, efficacité limitée aux fines - gestion nécessaire pour limiter les concentrations en aval - occurrence des chasses régulière Gestion des grossiers? - tunnel de dérivation : coût de mise en place très élevé - transport d amont à l aval (camion, bateau) : coût élevé mais pouvant être financé par une vente partielle des graviers Besoin de mesures du transport solide en particulier pour les sables 23

24 Merci pour votre attention Arc en Maurienne, chasse de juin