Barrage de Petit-Saut

Le barrage de Petit-Saut est un barrage hydroélectrique français situé dans le département de la Guyane entre les communes de Sinnamary et de Saint-Élie. Finalisé en 1994, il est à l'origine de l'apparition du Lac de Petit-Saut. Aspects énergétiques De 1976 à 1983, les besoins en énergie estimés par EDF en Guyane ont augmenté de 180 % (de 59 à 164 GWh). Il s'agissait d'accompagner une forte démographie (ex : ~ 2,9 % en 2000), et des projets énergivores tels que Télédiffusion de France ou le Centre spatial guyanais (CSG). Et, avec notamment le développement de la climatisation électrique, la consommation d’électricité a encore augmenté depuis (10 %/an) avec environ 460 GWh en 2002 selon le World Factbook de la CIA, 2005. C’est donc pour répondre à cette hausse de la consommation énergétique de la population que le barrage a été érigé par EDF en 1994. Actuellement[Quand ?], il permet de fournir les deux tiers des besoins en électricité du territoire guyanais selon l’énergéticien. Installé sur le fleuve Sinnamary, il actionne quatre turbines Kaplan 35 MVA, pour une puissance installée de 116 MW et une production annuelle de 560 GWh. Construit par l’entreprise Vinci construction, il se situe à 50 kilomètres de Kourou et 110 kilomètres de Cayenne. Situation géographique et description Ce barrage est situé à la confluence du moyen Sinnamary, l'un des grands fleuves guyanais, et d’un cours d’eau mineur (la crique Cœur Maroni), à près de 60 km avant l'estuaire. Le site a été choisi en raison d'un goulot naturel favorable à un barrage (5° 03′ 45″ N, 53° 02′ 46″ O). Il permet à EDF de produire de l'électricité, grâce à un débit moyen (vers 1994/1995) d'environ 270 m3/s. Les turbines du barrage produisent l'électricité de Cayenne et de son agglomération, de Saint-Laurent-du-Maroni, de Kourou et du Centre spatial guyanais ainsi que des autres villes de la région côtière. Son lac de retenue, d'une surface d'environ 365 km² (environ 16 km de long sur 19 km de large), est le plus grand de France, soit plus de trois fois la ville de Paris. Sa profondeur atteint 35 m et son volume environ 3,5 milliards de m3 (Huynh et al 1997) pour un temps de résidence de l'eau estimé à 5-6 mois. Histoire La construction de ce barrage-usine hydroélectrique de type poids en béton compacté au rouleau (BCR) de 47 mètres de hauteur, avec 740 mètres de longueur en crête créant une retenue de 3,5 milliards de m3 et de superficie 310 km2 en forêt tropicale et d'une usine équipée de quatre groupes Kaplan d'une puissance totale de 116 MW aurait mobilisé environ 2,7 milliards de francs. Après une phase d'études, les travaux ont commencé en 1989 (en 1987 pour la route, en 1991 pour le barrage de retenue, sous la conduite de Michel Robino comme chef d'aménagement) et se sont terminés en 1994, suivis de quelques aménagements destinés à réoxygéner l'eau. EDF a également dû faire faire une longue tranchée (coupe rase) dans la forêt primaire guyanaise pour conduire, via une ligne à haute tension, l'électricité vers le réseau électrique guyanais. Avec une capacité de 116 MW, la centrale hydroélectrique du barrage a produit en 1999 environ 47 % de l’électricité de toute la Guyane. Diverses études d'état des lieux ont été faites avant la mise en eau, avec le MNHN, l'INRA, et l'ORSTOM (devenu IRD en 1998) notamment, par exemple sur l'ichtyofaune, après le choix du site, n'ayant donc pas influencé le positionnement du barrage. Impacts environnementaux Dans le cadre des mesures compensatoires et de suivi (de cinq ans avant que le barrage soit terminé, et jusqu'à sept années après au minimum), la zone du barrage abrite un laboratoire dit « Laboratoire Environnement de Petit Saut (Hydréco) » chargé du suivi de nombreux paramètres environnementaux liés au barrage. Le suivi est effectué avec EDF Parmi les six grands fleuves de Guyane, c'est le Sinnamary dont les poissons et les sédiments sont les plus pollués par le mercure (BRGM 2007), à cause de l'orpaillage légal (ex site de Saint Elie) ou illégal et à cause de la formation de méthyl mercure dans l'eau anoxique du barrage (depuis sa mise en eau) . Il faut plusieurs décennies pour mieux appréhender les impacts du barrage. Les données du laboratoire environnement pourront y contribuer. Le barrage ne s'est pas rempli aussi vite que prévu, probablement en raison d'une sous-estimation non pas de la pluviométrie mais de la capillarité qui tend à freiner la descente de l'eau dans le bassin versant, ou peut-être à la suite de la mort de millions d'arbres par noyade (ce qui a entraîné la suppression de leur évapotranspiration et par suite une modification importante du micro-climat de la vallée inondée). Lors de la construction du barrage, et compte tenu de la taille de la forêt à inonder, il n'a pas été procédé à la déforestation du site, contrairement à ce que les Néerlandais avaient fait pour certains barrages du Suriname voisin. Or ces forêts croissent très lentement mais abritent une biomasse considérable. On a estimé que la biomasse de forêt primaire immergée était équivalente à environ 8 millions de tonnes de carbone (litière comprise). Comme cela avait déjà été observé sur d'autres barrages, au Brésil notamment, il s'est ensuivi une forte dégradation de la qualité de l'eau, sur la zone inondée mais aussi en aval du barrage, en raison de la fermentation et décomposition de la matière organique immergée et de la diminution de l'hydrodynamisme. Le barrage a ainsi modifié la turbidité de l'eau, avec des effets biologiques mesurables et observés jusqu'à l'estuaire et dans son bouchon vaseux. Comme dans d'autres cas d'estuaires situés en aval de barrages en zone tropicale, on observe notamment des modifications de salinité, du taux d'oxygène dissous, et la quantité de matière organique transportée , perturbé les caractéristiques physicochimiques, l'hydrochimie et l'écosystème aquatique du Sinnamary, au-delà du seul fait de la fragmentation écologique qu'il a induit . Certaines espèces végétales rarissimes ont été impactées, avec des stations irrémédiablement détruites lors de la mise en eaux comme Turnera rupestris. Émissions de gaz Une partie de la matière organique piégée sous l'eau s'est décomposée et a absorbé une partie de l'oxygène de l'eau ce qui a provoqué des rejets de sulfure d'hydrogène, de dioxyde de carbone et de méthane, par diffusion de la surface de l'eau vers l'air et par effervescence (bullage). Cette pollution, ainsi que l'anoxie associée a tué de nombreux poissons et d'autres organismes (aquatiques ou de la ripisylve) dès la mise en eau. Elle a aussi contribué à une émission significative de gaz à effet de serre (méthane) Pour amoindrir l'effet sur l'environnement, en plus des mesures compensatoires initialement prévues, EDF a dû apporter des modifications au barrage afin de réoxygéner l'eau. Les mesurers ont diminué la hauteur de chute d'eau de 4 m et le rendement de la retenue de 15 %. Un seuil artificiel (« seuil métallique à deux lames déversantes successives ») a permis de remonter le taux d'oxygène en aval. Ce dispositif a été calculé (hauteur de chute, épaisseur de la lame déversante, dimensionnement du bassin de réception des chutes, dispositifs d'éclatement de la lame d'eau) pour optimiser le dégazage et l'oxygénation de l'eau. Il a été positionné dans le canal de fuite à une centaine de mètres à l'aval du barrage principal, hors du niveau des crues et de manière à ne pas créer d'obstacle supplémentaire dans le Sinnamary. Même au moment du pic de pollution, grâce à la pluviométrie régionale très élevée, une couche d'eau pluviale plus oxygénée persistait en surface, permettant à certains poissons de survivre, mais une forte odeur sulfurée était perceptible en aval du barrage. Au fur et à mesure de la minéralisation de la matière organique du sol, les émissions diminuent (le maximum d'émission aurait été atteint vers 1995. Le bois immergé ne se décompose ensuite qu'extrêmement lentement, surtout pour les bois durs, dans une eau très anoxique en profondeur). La qualité des eaux du réservoir s'étant améliorée au fil des années, EDF a pu diminuer (deux fois, mais de manière réversible) la hauteur de chute du seuil artificiel, en conservant une teneur en oxygène dissous d'au moins 2 mg/l à « Pointe Combi » en aval (taux minimal imposé par la préfecture) à ce point. Ces émissions (méthane, CO2 et hydrogène sulfuré) ont été suivies sur quelques points de mesure durant 2 ans après le début de la mise en eau (janvier 1994 qui a submergé 300 km2 de forêt). Une partie des gaz était dissipée dans l'air en aval du barrage, une autre restait en solution et était emportée par le courant vers l'estuaire. Selon l'étude faite lors de la mise en eau, les émissions de méthane ont atteint 800 t/j en février 1995, et le CH4 dissous dans la colonne d'eau a atteint à cette époque 14 mg par litre. Ce méthane oxydé dans l'eau par les microbes a consommé d'énormes quantité d'oxygène dans le lac, mais aussi dans la rivière en aval du barrage. Les émissions totales de CH4 et CO2 ont été estimées par des modèles, de même que la perte de carbone du réservoir depuis la mise en eau. Le méthane et l'oxygène dissous font encore l'objet d'un suivi épisodique. Une étude de 2023 réalisée à l'aide de chambre instrumentée montre que la forêt ennoyée elle même n'émet que très peu de gaz à effet de serre (« 16% en 25 ans, dont la moitié produit en zone de marnage » en raison de l'exposition récurrente à l'air) et au contraire séquestrent près de 2600 tonnes d'équivalent carbone à l'échelle de la retenue par an grâce au biofilm qui les recouvre. La production de gaz à effet de serre par les sols est par contre encore majeure, et continue d'être alimenté par des apports de carbone organique issus des affluents du lac. Impact sur la faune et la flore aquatique Trois phases successives de modification des dynamiques de population ont été observées dans le lac artificiel. Durant la mise en eau, les captures de poissons ont rapidement augmenté mais au détriment de la diversité spécifique, avec espèce dominant largement le peuplement ; Plus en aval, le débit du fleuve a été considérablement réduit le temps du remplissage (3 ans environ) avec intrusion d'eau salée beaucoup plus profondément à l'intérieur des terres à partir de l'estuaire. La diminution des apports d'eau douce a pu avoir des effets jusque dans les mangroves littorales proches ou celles de l'estuaire, or ces mangroves jouent un rôle primordial de protection du trait de côte, mais aussi de nourricerie et abris pour de nombreuses espèces de poissons. Durant les 2 années qui ont suivi, après avoir été très affectées par le manque d'oxygène et été confinées en surface les captures sont restées stables mais la diversité des espèces (richesse spécifique) continuait à diminuer ; deux espèces seulement constituant l'essentiel des captures ; 4 ans après la mise en eau, le volume de poissons capturé a lui aussi diminué, alors que la composition spécifique évoluait fortement. Ces phases ont été observées dans d'autres grandes retenues en zone tropicale. Un impact complémentaire du mercure n'est pas impossible, car les barrages d'Amérique du Sud ont souvent facilité l'accès de zones éloignées aux chercheurs d'or. Plus en aval, dans le fleuve et l'estuaire, les dynamiques de population, de migration et de recrutement de larves peuvent être affectées par les modifications écologiques dues au barrage (mais aussi aux orpailleurs dont les impacts en termes de pollution mercurielle et de turbidité sont considérables). Impact sur la pollution au mercure Par la création d'une zone anoxique (absence quasi totale d'oxygène au-delà de 5 m de profondeur et jusqu'à 35 m dans la retenue), le barrage a créé un « réacteur chimique et biochimique » favorisant la réduction d'une faible partie du HgII en Hg0 volatil (processus photochimiques, chimiques et bactériens) et surtout la production de monométhylmercure (MMHg). Le monométhylmercure regroupe espèces complexées à la fois par un ligand de méthyle et un ligand minéral (i.e. CH3-Hg-X) et est beaucoup plus toxique que le mercure minéral en particulier car bioaccumulable dans la chaîne alimentaire. En 1997 le CNRS/PEVS a lancé un programme de recherche interdisciplinaire « Mercure en Guyane ». Dans ce cadre, 3 sites sont suivis près du barrage ; l'un représentatif d'un cours d'eau local normal (crique Courcibo), un autre dont les caractéristiques écologiques et hydrologiques sont typiques de cette région, mais touché par l'orpaillage sur son bassin-versant (criques Leblond) et un troisième en aval de la retenue, sur le Sinnamary lui-même . Effets différés dans l'espace En raison des facteurs de perturbations décrits ci-avant, ils peuvent avoir lieu en aval et en amont du barrage ; en amont, à cause des effets différés dans le temps de l'insularisation écologique et de la fragmentation forestière (étudiée par le CNRS et le muséum à partir de la station scientifique de Saint-Eugène, sur le bord de la rivière Koursibo, l'un des nombreux affluent du Sinnamary) induite par la montée de l'eau, et à cause de la difficulté de remontée pour les espèces aquatiques (migratrices ou non) ; et en aval pour les effets distants dans l'estuaire et même en mer, liés au mercure, ou aux modifications physico-chimiques et écologiques du Sinnamary. L'estuaire dynamique est le second réacteur chimique du fleuve, alimenté par les eaux encore trop anoxiques du barrage. Un fort gradient rédox associé à un recyclage important des matières organiques en suspension augmentent encore la formation de mercure méthylable, tout en dopant les bactéries sulfatoréductrices (qui méthylent le mercure). Cet estuaire dynamique exporte 60 % plus de MMHg qu'il n'en importe : 27 contre 17 moles a-. Une partie du mercure peut à nouveau passer dans l'air. Des effets hydromorphologiques peuvent se faire sentir le long du cours du fleuve, mais aussi plus en aval avec d'éventuelles modifications de la sédimentation dans les mangroves ou bancs de vase. Les flux de méthane et de CO2, deux gaz à effet de serre important, ont changé, de la zone du barrage à l'estuaire (on sait que les estuaires jouent un rôle important, au niveau notamment du bouchon vaseux). À cause du mercure, des espèces situées en haut de la pyramide alimentaire, telles que le dauphin de Guyane (Sotalia guianensis) qui fréquente les estuaires et la mer ou les fleuves (selon la sous-espèce concernée), pourraient être très affectées. Voir aussi Articles connexes Liens externes Émission de gaz à effets de serre sur le lac de Petit-Saut - Étude Hydreco Effets du barrage sur les poissons - Dossier IRD Bibliographie Baldi F (1997) Microbial transformation of mercury species and their importance in the biogeochemical cycle of mercury. In : Sigel H, Sigel H, editors. Metal Ions in Biological Systems. P. 213– 57. Betsch J-M (1998) Zone de marnage de Petit Saut : biodégradation de la matière organique. Echos du Courcibo, 6 : 3-6. Birnbaum P (1996) Nouveaux milieux, évolution floristique et structurale du massif forestier de Petit Saut 18 mois après la mise en eau du barrage, in : Grégoire A. 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