Vers des centrales hydroélectriques respectueuses des poissons
Dans le cadre du projet européen "FIThydro", des partenaires de recherche et industriels ont étudié l'impact écologique de l'énergie hydraulique. Le Laboratoire de recherches hydrauliques hydrologiques et glaciologiques (VAW) de l'ETH Zurich a développé un système de protection et de guidage qui permet de faire passer les poissons migrateurs devant les turbines.
Les installations hydroélectriques (EH) ont parfois un impact important sur l'environnement. Elles barrent les rivières, modifient l'habitat aquatique et gênent les poissons migrateurs qui peuvent se blesser mortellement contre les turbines, les grilles ou les déversoirs de crue.
La loi suisse sur la protection des eaux et la directive-cadre européenne sur l'eau veulent atténuer de tels effets négatifs. Mais souvent, les anciennes éoliennes ne répondent pas aux nouvelles exigences - elles doivent être mises à niveau. Chaque centrale doit déterminer individuellement quelles sont les mesures qui permettent d'atteindre l'objectif dans un cas concret.
"Il est important d'inclure des concepts spécifiques à chaque région pour le passage des poissons, qui tiennent compte des besoins des espèces locales, des conditions hydrauliques propres à chaque site et de la conception de chaque centrale", explique Robert Boes, professeur d'hydraulique et directeur du Laboratoire de recherches hydrauliques hydrologiques et glaciologiques (VAW) de l'ETH Zurich.
Des centrales hydroélectriques étudiées dans toute l'Europe
La VAW a participé au projet Horizon 2020 de quatre ans "FIThydro" du Conseil européen de la recherche. Une équipe de projet composée de 26 institutions de recherche et entreprises européennes a étudié, sur 17 sites répartis dans huit pays, l'impact des éoliennes sur l'écosystème fluvial, et notamment sur les poissons. La VAW a contribué à plusieurs études en laboratoire et sur le terrain, dont certaines ont été menées avec des partenaires régionaux.
Dans un premier temps, la VAW a étudié les méthodes et approches existantes sur les centrales fluviales de Schiffmühle sur la Limmat et de Bannwil sur l'Aar, ainsi qu'en laboratoire, afin d'évaluer l'impact environnemental des centrales éoliennes et des mesures de réhabilitation. "Nous voulions combler les lacunes de connaissances et découvrir comment améliorer la situation actuelle et les mesures prises jusqu'à présent", explique Boes.
Les poissons remontent et descendent les cours d'eau
On ne savait pas exactement, par exemple, quels dispositifs de remontée et de dévalaison des poissons dans les centrales électriques étaient adaptés à quelles espèces et dans quelles conditions les poissons pouvaient les trouver. Les chercheurs de la VAW et leurs partenaires ont étudié les courants (hydraulique) à la centrale de Schiffmühle et ont marqué les poissons avec des étiquettes transpondeur passives afin d'observer leurs routes de migration dans la zone de la centrale. Le monitoring montre que de nombreuses espèces de poissons de la Limmat utilisent efficacement les passes à poissons techniques et naturelles pour se déplacer vers l'amont.
Dans les centrales hydroélectriques, les poissons qui migrent vers l'aval doivent nager à travers les turbines s'il n'existe pas d'autres possibilités de dévalaison. Ce faisant, les poissons peuvent se blesser sur les pales des turbines. De plus, ils sont soumis à une pression très variable. Sur la centrale de Bannwil, les partenaires du projet ont étudié de plus près le passage des poissons vers l'aval à travers les turbines ainsi que par-dessus le barrage, à l'aide de capteurs high-tech, de techniques de monitoring et de modèles.
Il s'est avéré que le passage au niveau des installations hydroélectriques peut être dangereux pour les poissons, et pas seulement à cause des turbines : Lors de la descente par les barrages, ils peuvent également se blesser ou perdre leur orientation dans le bassin de Tos en raison des forts courants, ce qui en fait des proies faciles pour les prédateurs. "Nos résultats peuvent par exemple aider à développer des turbines compatibles avec les poissons, à adapter le fonctionnement de la centrale pendant les périodes de migration des poissons et à permettre la descente s?re des poissons par le barrage", explique Ismail Albayrak, Senior Scientist et chef de projet à la VAW.
Un nouveau système de guidage pour les poissons
Par ailleurs, les chercheurs du VAW ont mené en laboratoire des essais hydrauliques approfondis avec des grilles afin de mieux comprendre le comportement des espèces de poissons locales en cas de courants turbulents. Sur cette base, ils ont développé un nouveau système de protection et de guidage pour les poissons migrant vers l'aval, nommé Système de bypass curved-bar-rack (CBR-BS).
La pièce ma?tresse du CBR-BS est un dégrilleur vertical doté d'états-majors de forme spéciale. Celles-ci créent de puissants tourbillons locaux qui éloignent les poissons du dégrilleur et les dirigent vers un by-pass. Le dégrilleur peut ainsi faire passer en toute sécurité une multitude d'espèces de poissons de différentes tailles devant la turbine. En même temps, le système de protection est con?u de manière à ne perturber que très peu le fonctionnement de l'éolienne.
"FIThydro" s'est officiellement achevé fin 2020. Cependant, les scientifiques soulignent qu'il n'existe pas encore en Europe de solutions éprouvées dans la pratique pour la protection des poissons et la dévalaison, en particulier pour les grandes éoliennes. Pour Boes et Albayrak, il est donc clair qu'ils doivent poursuivre leurs recherches. "La prochaine étape logique est une installation pilote et de démonstration dans laquelle nous voulons tester un système de dérivation RBC dans des conditions réelles", explique le professeur de génie hydraulique.
Outils en libre accès et wiki
Outre de nombreuses études de cas sur des centrales éoliennes dans toute l'Europe, le consortium FIThydro a également élaboré de nouvelles méthodes d'évaluation et de nouveaux outils qui sont désormais librement disponibles. Parmi eux, un indice de vulnérabilité des populations de poissons, des simulations de migration des poissons ainsi qu'un outil d'aide à la décision pour la planification des mesures. De plus, un wiki offre un aper?u détaillé des résultats des études de cas ainsi que des solutions existantes et nouvellement développées pour les passes à poissons.
Plus d'informations
Treize instituts de recherche européens et treize entreprises ont participé au projet Horizon 2020 "FIThydro". Le VAW de l'ETH Zurich y a participé avec des études en laboratoire et sur le terrain, en collaboration avec les partenaires suisses AFRY Switzerland AG, BKW AG, Fish Consulting GmbH et Limmatkraftwerke AG.
page externeSite web FIThydro
page externeOutil d'aide à la décision FIThydro
page externeFIThydro Wiki
Laboratoire de recherches hydrauliques hydrologiques et glaciologiques (VAW) Site web
Référence bibliographique
Beck, C. (2020). Fish protection and fish guidance at water intakes using innovative curved-bar rack bypass systems. Communiqué VAW 257 (R.M. Boes, ed.). Laboratoire d'hydraulique, d'hydrologie et de glaciologie, ETH Zurich, Suisse.
Meister, J. (2020). Fish protection and guidance at water intakes with horizontal bar rack bypass systems. Communiqué VAW 258 (R.M. Boes, ed.). Laboratoire d'hydraulique, d'hydrologie et de glaciologie, ETH Zurich, Suisse.