COMMISSION INTERNATIONALE DES
GRANDS BARRAGES

VINGT-HUITIEME CONGRES DES
GRANDS BARRAGES
CHENGDU, MAI 2025

BARRAGES ET RESERVOIRS : ADAPTATION AUX CHANGEMENTS CLIMATIQUES

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>Luc DEROO
ISL, France</figcaption></figure>

RAPPORTEUR GÉNÉRAL
TABLE OF CONTENTS

<table><tr><td>1. Résumé</td><td>524</td></tr><tr><td>1.1. Enjeux de l'adaptation aux changements climatiques</td><td>524</td></tr><tr><td>1.2. Des mesures d'adaptation déjà à l'œuvre, dans plusieurs pays</td><td>525</td></tr><tr><td>1.3. Des principes généraux pour l'adaptation</td><td>526</td></tr><tr><td>1.4. Des progrès techniques et d'autres idées nouvelles</td><td>528</td></tr><tr><td>2. Introduction</td><td>529</td></tr><tr><td>2.1. Intitulé de la question 108</td><td>530</td></tr><tr><td>2.2. Approche retenue</td><td>530</td></tr><tr><td>2.3. Contributions</td><td>531</td></tr><tr><td>2.3.1. Rapports des comités nationaux</td><td>531</td></tr><tr><td>2.3.2. Contributions individuelles</td><td>533</td></tr><tr><td>2.4. Note sur l'horizon de temps</td><td>534</td></tr><tr><td>2.5. Deux concepts centraux : incertitude et effets locaux</td><td>534</td></tr><tr><td>2.6. Définitions</td><td>534</td></tr><tr><td>3. Enjeux de l'adaptation aux changements climatiques</td><td>537</td></tr><tr><td>3.1. Le changement climatique est piloté mondialement, mais décliné localement</td><td>537</td></tr><tr><td>3.1.1. Pilotage mondial</td><td>537</td></tr><tr><td>3.1.2. Incertitudes et variabilités locales, mais plus de sécheresses</td><td>538</td></tr><tr><td>3.1.3. Relation avec les barrages et les digues</td><td>539</td></tr><tr><td>3.2. Augmentation des aléas</td><td>539</td></tr><tr><td>3.3. Crise de la biodiversité</td><td>541</td></tr><tr><td>3.4. Quelques retours d'expérience de pays, affectés ou non</td><td>543</td></tr><tr><td>4. Principes généraux pour l'adaptation</td><td>548</td></tr><tr><td>4.1. Penser loin, Ouvrir les pistes, Dialoguer</td><td>548</td></tr><tr><td>4.2. Des points clés</td><td>549</td></tr><tr><td>4.2.1. L'adaptation passe par une réduction de la vulnérabilité</td><td>549</td></tr><tr><td>4.2.2. L'adaptabilité passe par la flexibilité</td><td>551</td></tr><tr><td>4.3. Stocker l'eau douce</td><td>555</td></tr><tr><td>4.3.1. Etat des lieux</td><td>555</td></tr><tr><td>4.3.2. Lorsque c'est possible, stocker davantage</td><td>557</td></tr><tr><td>4.3.3. Stocker dans les réservoirs a ses limites</td><td>558</td></tr><tr><td>4.3.4. Stratégies, pour le stockage</td><td>560</td></tr><tr><td>4.4. Limiter les inondations</td><td>562</td></tr><tr><td>4.4.1. Approches intégrées</td><td>562</td></tr><tr><td>4.4.2. Du stockage additionnel dans les barrages</td><td>563</td></tr><tr><td>4.4.3. Garder à l'esprit les limites du stockage des crues</td><td>564</td></tr><tr><td>4.5. Promouvoir la biodiversité</td><td>565</td></tr><tr><td>4.6. Gouvernance : prendre les bonnes décisions</td><td>565</td></tr><tr><td>4.6.1. Une question de méthode</td><td>565</td></tr><tr><td>4.6.2. Penser « soutenabilité »</td><td>567</td></tr><tr><td>4.6.3. Consentir au surcoût de l'adaptation, le prendre en charge</td><td>569</td></tr><tr><td>4.6.4. Partager l'eau</td><td>571</td></tr><tr><td>4.6.5. Partager et valoriser l'espace</td><td>574</td></tr></table>
<table>
  <tbody>
    <tr>
      <td>4.7. Recherche, ingénierie : les besoins en études</td>
      <td>574</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.7.1. Des données !</td>
      <td>574</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.7.2. Les modèles et scénarios de référence : une nécessité</td>
      <td>575</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5. Solutions techniques</td>
      <td>580</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1. Stockage hors-rivière</td>
      <td>580</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1.1. Présentation, principes et intérêt.</td>
      <td>580</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1.2. Quelques exemples récents</td>
      <td>582</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1.3. La question de l'étanchéité.</td>
      <td>587</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1.4. Le « trop-plein » : un outil économique pour la sécurité ultime</td>
      <td>588</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2. Stations de pompage turbinage</td>
      <td>589</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2.1. Rôle, principes généraux</td>
      <td>589</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2.2. Quelques exemples récents</td>
      <td>592</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2.3. Optimiser les coûts et le rythme de construction : exemple de la politique de construction de STEP en Chine.</td>
      <td>594</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2.4. Explorer les STEP à faible dénivelée (et fort débit)</td>
      <td>595</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2.5. Utilisation de l'eau de mer</td>
      <td>598</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2.6. Quelques points-techniques clé</td>
      <td>598</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2.7. Intérêt des CMD pour les barrages de réservoir de STEP [ML].</td>
      <td>602</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2.8. Ré-orientation de la production hydroélectrique traditionnelle pour le stockage de l'énergie</td>
      <td>603</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.3. Association hydro-solaire</td>
      <td>604</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.3.1. Présentation, principes et intérêt.</td>
      <td>604</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.3.2. Des technologies qui doivent encore mûrir</td>
      <td>607</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.3.3. Des risques nouveaux pour les barrages ?</td>
      <td>609</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.3.4. Hybridation.</td>
      <td>609</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.4. D'autres solutions par pompage</td>
      <td>612</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.4.1. Pour lutter contre les inondations</td>
      <td>612</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.4.2. Pour constituer des réserves saisonnières</td>
      <td>613</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.5. Stockage en nappe aquifère et barrages souterrains.</td>
      <td>614</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.5.1. Présentation, Principe et intérêt</td>
      <td>614</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.5.2. Stockage en nappe de surface,</td>
      <td>615</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.5.3. Assurer le renouvellement des nappes par le stockage de surface.</td>
      <td>619</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.6. Barrages en mer</td>
      <td>619</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.6.1. Présentation, Principe et intérêt</td>
      <td>619</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.6.2. Protections à la cote, quelques exemples et idées</td>
      <td>621</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.6.3. Energie marémotrice : le concept de marélienne.</td>
      <td>623</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>6. Acronymes.</td>
      <td>624</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>7. Bibliographie</td>
      <td>625</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>7.1. Rapports de la question 108.</td>
      <td>625</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>7.2. Contributions personnelles</td>
      <td>627</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>7.3. Bibliographie générale</td>
      <td>627</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>7.4. Bibliographie par régions du monde</td>
      <td>630</td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
# 1. RÉSUMÉ

## 1.1. ENJEUX DE L'ADAPTATION AUX CHANGEMENTS CLIMATIQUES

La question 108 s'intitule « Barrage et Réservoirs : Adaptation aux changements climatiques ». Les barrages et réservoirs (et les digues de protection) sont triplement concernés par l'adaptation aux changements climatiques :

* Nos ouvrages contribuent à l'adaptation des sociétés, dans un contexte marqué par la pénétration des énergies intermittentes et par davantage d'irrégularité climatique (sécheresses, crues),

* A condition cependant de vérifier leur adaptabilité à ce climat futur, c'est-à-dire la capacité à toujours rendre les services attendus,

* Et à condition de vérifier leur robustesse dans le climat futur, c'est-à-dire leur capacité à faire face aux aléas nouveaux.

Les barrages et digues que nous concevons et construisons ont à jouer un rôle en 2050, 2100 et au-delà. La réflexion sur l'adaptation au changement climatique de ces ouvrages est nécessairement empreinte d'humilité, car il est difficile d'anticiper ce que sera la situation future :

* Le moteur du changement climatique est mondial, et dépend des quantités de Gaz à Effet de Serre (GHG, Green House Gases) qui seront émis dans l'atmosphère. Plusieurs scénarios d'émission sont décrits par IPCC*, de RCP2.6 à RCP8.5.

* Le GIEC utilise ces scénarios pour élaborer une **projection du climat futur** à l'échelle de la planète ; cette modélisation comporte des incertitudes, en particulier pour les scénarios de plus forte émission, car il pourrait y avoir des effets de seuil déclenchant des phénomènes climatiques inattendus et non pris en compte dans les modèles.

* Les incidences sur le climat local (température, précipitations, débits des cours d'eau, ...) peuvent être modélisés à partir de ces modèles globaux. Il s'agit d'un travail scientifique pouvant être délicat, qui aboutit à des projections du climat local futur, et qui sert de base à l'élaboration de scénarios d'évolution des ressources en eau.

* La **demande future en eau** va également évoluer ; pour des raisons purement physiques (modification de l'évapotranspiration), et également car le changement climatique et les évolutions sociétales (pénétration des EnR intermittentes, modification des pratiques culturales, modification des habitudes alimentaires, urbanisation, ...) modifieront la structure et le volume des besoins. Là également, des scénarios, d'évolution de la demande, doivent être considérés.

<footnote>*Les acronymes sont explicités au §6</footnote>
* Ainsi, il y a une **incertitude significative** dans l'anticipation de ce que seront, dans chaque pays, les ressources en eau, les besoins et les aléas climatiques, aux horizons 2050, 2100 et au-delà. A cette difficulté, il faut ajouter deux sujets qui devraient prendre une importance particulière et qui ajoutent à l'incertitude : **biodiversité, coopération internationale**.

* Les mesures nécessaires pour limiter l'effondrement de la **biodiversité** mobiliseront une partie de la ressource en eau disponible, en renonçant à la construction de certains barrages, et en affectant une partie de volume mobilisé par les barrages à cet usage ; la fraction de la ressource en eau douce à consacrer à la biodiversité pourrait être très élevée.

* Le changement climatique ne modifie pas le volume d'eau douce disponible (il pourrait même l'accroître), il le rend cependant plus erratique et géographiquement mal distribué ; la **coopération internationale**, et notamment entre pays voisins, peut donc être un facteur majeur d'amortissement de certaines crises futures (vagues de chaleur, sécheresses) par des mécanismes de partage de l'eau disponible – il semble malheureusement difficile, aujourd'hui, de pouvoir compter avec assurance sur une telle coopération.

## 1.2. DES MESURES D'ADAPTATION DÉJÀ À L'ŒUVRE, DANS PLUSIEURS PAYS

Le changement climatique est déjà à l'œuvre, les sociétés prennent déjà des mesures d'adaptation, et cela permet de prendre conscience des enjeux auxquels les barrages, réservoirs et digues seront de plus en plus exposés. Quelques exemples, extraits des contributions reçues pour élaborer ce rapport général :

* Des épisodes de crues extrêmes plus forts que par le passé, et de nouveaux aléas (GLOF par exemple), susceptibles de mettre en danger les barrages et les digues, se sont produits ou sont redoutés.

* Dans de nombreux pays, constatant que le changement climatique génèrera de l'irrégularité dans la disponibilité de la ressource en eau, les autorités mettent en place des stratégies de mobilisation de la ressource, notamment par des réservoirs de surface.

* Dans certains pays ou régions, de longues périodes de sécheresse se sont installées, au point que les réservoirs des barrages ne se remplissent plus, ce qui les empêche de rendre les services attendus et cela pendant plusieurs années consécutives. Cette situation peut mettre en doute l'adaptabilité de ces ouvrages dans les décennies à venir. Cela conduit, dans les pays ou régions concernés, à une réflexion d'abord centrée sur les économies d'eau et la diminution de la demande en eau, ou la recherche de nouvelles ressources, dessalement de l'eau de mer, réutilisation des eaux usées par exemple).

* La pénétration des énergies renouvelables intermittentes (éolien et solaire notamment) renforce les besoins en stockage d'électricité, aux différentes
échelles de temps. Il y a besoin de flexibilité pour réagir aux variations rapides, de stockage infra-journalier pour le solaire, et à l'échelle de plusieurs semaines ou plusieurs mois. De nombreuses STEP sont en construction dans le monde. Des projets et travaux d'adaptation des centrales hydroélectriques pour plus de flexibilité (infra-horaire) sont en cours.

* L'augmentation de la fréquence des inondations conduit certains maîtres d'ouvrage à ré-examiner les conditions d'exploitation de leurs barrages, de sorte à augmenter le volume disponible pour stocker une partie des crues. L'amélioration des moyens de prévisions des crues permet dans certains cas des gains substantiels.

* Dans certains pays, la production d'électricité par les barrages au fil de l'eau (sans capacité de stockage) perd de l'intérêt lorsqu'il n'y a pas, en tête de bassin versant, un réservoir naturel ou artificiel assurant une régularisation des écoulements. D'une part car dans ce cas les plus grandes fréquences et durées des sécheresses rendent la production hydroélectrique moins prévisible ; d'autre part car, lorsque l'hydroélectricité est intermittente et exposée aux sécheresses, les autres EnR peuvent être de meilleures options.

## 1.3. DES PRINCIPES GÉNÉRAUX POUR L'ADAPTATION

Dans ce contexte, et compte-tenu des expériences vécues par un certain nombre de pays, il est possible de tirer un certains nombre de principes.

Les recettes du passé ne sont plus nécessairement les bonnes : un « bon projet » de barrage d'il y a 20 ans n'est plus nécessairement un « bon projet aujourd'hui », en raison du contexte imposé par le changement climatique, en raison des exigences de soutenabilité des projets de barrages. Il n'y a pas de recettes universelles : le moteur du changement est mondial, mais les décinaisons climatiques et les solutions d'adaptations diffèrent beaucoup d'un pays à l'autre. Ainsi, il est nécessaire, dans chaque pays ou région, de réévaluer les ressources, les besoins, les aléas, aux horizons temporels adéquats (2050, 2100 et au-delà) pour être en mesure de proposer les bonnes réponses en termes d'adaptation. Ce travail préalable à tout projet d'envergure est indispensable.

L'expérience des pays actuellement les plus exposés à la rareté de la ressource donne des indications utiles sur les stratégies à mettre en œuvre plus globalement, dans les régions où le changement climatique augmente le risque de sécheresses. Les mesures de maîtrise et réduction de la consommation en eau sont essentielles : mesurer et quantifier les consommations, perfectionner les règles de partage des eaux, réduire la demande en luttant contre les gaspillages et en adoptant des mesures d'économie d'eau dans tous les secteurs, se préparer aux crises.
En parallèle de ces mesures, il y a souvent lieu de prévoir des moyens de **mobilisation de la ressource**, par les réservoirs existants ou par de nouveaux réservoirs.

Un nombre important des **réservoirs existants** peuvent être **optimisés**. Les usages pour lesquels ils ont été conçus peuvent être révisés : utiliser les réservoirs hydroélectriques pour le stockage de l'électricité et le soutien au réseau (flexibilité) plutôt que pour la seule production électrique de base ; revoir les règles de partage des eaux pour laisser plus de place à la garantie d'alimentation en eau ou au soutien à la biodiversité, au détriment éventuellement de la production électrique ou de l'irrigation courante. Il est également possible d'optimiser l'exploitation à condition de pouvoir collecter des données pertinentes : mesures d'état de l'humidité des sols et des nappes pour anticiper la demande en eau et ainsi actualiser les règles de gestion, mesures des stocks de neige pour anticiper les apports futurs, installation d'outils de prévision des crues pour pouvoir opérer des creux préventifs et renforcer le rôle de protection contre les inondations, ... Il est enfin possible d'optimiser la répartition des ressources par les **interconnexions** de réservoirs et les **ouvrages de transfert**, depuis les régions humides vers les régions sèches.

Une question majeure, en contexte de rareté de la ressource, est celle du partage de l'eau. Il est important de mettre en œuvre des méthodes d'analyse qui ne donnent pas une priorité excessive aux usages commerciaux, monétisables. A cet effet, les approches économiques utilisées pour l'évaluation des projets devraient systématiquement **valoriser les externalités**, positives et négatives. Le coût social du carbone fait partie de ces externalités, mais ce n'est pas le seul item. Il faut notamment valoriser avec justesse des externalités positives telles que : la sécurisation de l'alimentation en eau et le secours à l'agriculture en cas de sécheresse, les services au réseau électrique rendus par le stockage et la flexibilité, le soutien à la biodiversité, etc ...

De **nouvelles capacités de stockage** devront être **envisagées** dans de nombreux endroits du monde. Elles contribueront à l'adaptation des sociétés par de multiples fonctions : le stockage de l'énergie et la capacité à compenser (au moins en partie) l'intermittence des énergies éoliennes et solaires, la constitution de réserves pour garantir l'alimentation en eau lors des saisons sèches, la constitution de réserve ultimes pour les cas de crises graves et, si elles sont dimensionnées à cet effet, la protection contre les inondations.

Ces nouvelles capacités sont obtenues par surélévation de barrages existants, ou par de nouveaux barrages. Lorsque des travaux neufs de ce type, il faut éviter la « mal-adaptation ». En particulier s'assurer que la ressource en eau future sera suffisante pour remplir ces réservoirs, et que la sédimentation ne viendra pas annuler les bénéfices du projet en quelques années ou décennies. Et vérifier que les paramètres de **soutenabilité** du nouveau projet sont bons : s'il n'est pas soutenable (au sens de l'environnement et de la société) un nouveau projet de
stockage peut être contre-productifs du point de vue global de l'adaptation au changement climatique et devrait être abandonné au profit d'un meilleur projet.

L'eau est inéquitablement répartie dans le monde. Le changement climatique ne devrait pas diminuer la quantité d'eau douce libre disponible globalement (hors glacier et banquise), mais il modifiera et probablement accentuera les irrégularités spatiales. Il y a alors une logique physique à établir des **outils de coopération internationale**, en particulier entre pays voisins, pour limiter les effets de ces modifications. Ces outils (traités, conventions, ...) sont de nature à amortir certains des effets du changement climatique, et à limiter les tensions sociales et politiques qui pourraient en résulter.

## 1.4. DES PROGRÈS TECHNIQUES ET D'AUTRES IDÉES NOUVELLES

Les projets actuels et futurs diffèrent souvent des projets d'il y a 20 ou 50 ans. Parmi les idées émergentes, certaines sont intéressantes dans l'objectif d'adaptation. Voici quelques-unes de ces idées pratiques :

**Le stockage de l'eau hors rivière** est une idée intéressante au triple point de vue : sédimentation, soutenabilité et, même si cela n'est pas intuitif : évaporation car il est possible d'avoir des profondeurs moyennes de retenue plus importantes. Ce type de solution n'est pas adaptée dans tous les contextes (topographiques et hydrologiques), mais il y a de plus en plus de projets dans le monde, pour tous les types d'usage. Le réservoir est alimenté par gravité ou par pompage : cela limite grandement les problématiques de sédimentation de la retenue, et limite l'effet d'obstacle sur le cours d'eau principal. Le réservoir peut être implanté dans une zone à moindre enjeux sociaux et environnementaux. Le barrage fermant le réservoir peut éventuellement être construit avec les matériaux prélevés dans la cuvette. Une question-clé est celle de l'étanchéité de la cuvette, qui mérite un examen au cas par cas.

Les **STEP** utilisent largement, et avec succès, cette option du stockage hors rivière. Les solutions d'étanchéité évoluent : historiquement il a été fait un usage presque systématique des revêtements en béton bitumineux ; désormais, plussieurs grands projets utilisent des géomembranes exposées. La pénétration du solaire et de l'éolien va conduire à la construction d'un nombre important de ces ouvrages. Cela conduit à poser la question d'étendre leur domaine d'application : STEP à faible hauteur de chute pour les pays qui ne disposent pas de reliefs importants ; STEP en bord de mer pour les îles et éventuellement les rebords continentaux.

L'association avec l'électricité solaire va plus loin. L'association **hydro-solaire** offre des opportunités nouvelles. Il y a depuis quelques années des projets
d'installation de **panneaux solaires flottants** sur les retenues de barrages. Le solaire profite de l'espace offert par les plans d'eau et, dans le cas des barrages hydroélectriques, des postes et lignes de transmission. Ces projets, encore peu nombreux, mettent en évidence des défis techniques nouveaux pour l'ancrage des îlots de PV flottants et soulèvent la question de l'impact sur la sécurité des barrages. Des actions sont entreprises par la profession (et notamment la CIGB) pour traiter la question de la sécurité. Au-delà du simple partage de la surface du réservoir et des lignes de transmission, l'**hybridation hydro-solaire** peut amener des projets nouveaux de production d'électricité renouvelable, abondante et garantie. Ainsi, dans sa version FSH (« Full Solar Hydro », centrale solaire + STEP), l'hydrosolaire est une centrale de production d'électricité renouvelable, pilotable, ne dépendant pas des ressources en eau, et pouvant être développées dans de très nombreuses régions du monde : c'est une alternative majeure aux centrales thermiques. En version HhSH (« Highly hybridized solar hydro », centrale solaire + réservoir hydroélectrique), elle permet de diminuer la pression sur la ressource en eau, sans perte de production électrique, améliorant ainsi les possibilités de multi-usage de l'eau sur les réservoirs existants ou futurs.

Le **stockage souterrain** est une idée ancienne, déjà pratiquée dans certaines régions du monde, que ce soit pour du stockage en subsurface, dans les nappes des alluvions, ou du stockage profond, dans des formations rocheuses adaptées. La question se pose d'une extension du domaine d'application de cette méthode de stockage. Les analyses préliminaires tendent à montrer les limites de l'applicabilité du stockage souterrain, mais cela mérite certainement un examen plus attentif.

Une vaste question est celle de la mer. Le dessalement de l'eau de mer est une réalité dans de nombreux pays concernés par la rareté des ressources en eau douce. Une STEP utilisant l'eau de mer a été construite et exploitée pendant 20 ans au Japon, et d'autres projets sont à l'étude. De nouveaux projets de bassins offshore sont envisagés, pour la production marémotrice ou le stockage de l'électricité. Surtout, des endiguements de protection contre les submersions marines ont été déployés sur des milliers de kilomètres, et sont amenés à évoluer dans les décennies à venir en raison de l'élévation du niveau de la mer : les besoins de protection des populations vivant près des côtes vont être considérables.

## 2. INTRODUCTION

Georges Annandale : "I agree that we should focus on an "adaptive » response. In my opinion, we can try as much as we can to change the trend in climate change but will not be successful because, in my opinion, we are already beyond the point of no return. »
Peter Rae : "There are no magic solutions. Importantly, it is necessary to recognize that practices developed by experience over the past decades will no longer be relevant to the future climate. »

## 2.1. INTITULÉ DE LA QUESTION 108

La question 108 s'intitule « Barrage et Réservoirs : Adaptation aux changements climatiques ». L'appel à contribution sous cette question comporte les items suivants :

1. Barrages et réservoirs par pompage : spécificités, conception, exemples de réalisation

2. Barrages hors rivière pour stockage d'eau et protection contre les crues

3. Barrages en mer et usines marémotrices

4. Barrages pour la recharge des aquifères et nouveaux concepts

5. Installations photovoltaïques sur les réservoirs : opportunités et risques.

L'intitulé de la question 108 est très ouvert. Les sous-questions sont au contraire assez spécifiques.

## 2.2. APPROCHE RETENUE

Dans le cadre de l'élaboration de ce Rapport Général, le parti retenu a été de tenter une formulation un peu plus précise de la question 108, tout en élargissant la réflexion au-delà des pistes techniques inventoriées par les sous-questions.

La question retenue est la suivante : *Quelles sont les idées et solutions que l'on peut apporter, pour la conception et l'exploitation des barrages et réservoirs, dans l'optique d'une adaptation au contexte futur, 2050 ou 2100 ?* Ce contexte futur est d'abord marqué par une augmentation des gaz à effet de serre et donc de la température moyenne de la planète, avec des impacts variés, selon les régions, sur le climat et l'hydrologie. Ce contexte futur est également marqué par des phénomènes induits ou renforcés par le changement climatique : généralisation de l'électricité solaire et éolienne, crise de biodiversité, possibles tensions sociétales ou géopolitiques. La question est d'abord axée sur l'adaptation au monde futur. Cependant, les idées et solutions permettant d'atténuer le changement climatique sont également à mettre en avant, car il est nécessaire à la fois de viser l'atténuation et l'adaptation.
## 2.3. CONTRIBUTIONS

Le rapport général de cette question utilise trois sources principales :

* D'une part les rapports transmis par les comités nationaux, et qui sont référencés au §7.1

* D'autre part, des contributions personnelles, proposées par une trentaine d'experts et praticiens des barrages, partout dans le monde, dont la liste est donnée au §7.2.

* Enfin, des éléments de bibliographie générale, issue des travaux de la CIGB ou d'autres organismes, et listés au 7.3 et 7.4.

### 2.3.1. Rapports des comités nationaux

22 rapports ont été transmis par les comités nationaux. La liste de ces rapports est donnée ci-dessous, classée par thématique.

#### Adaptation au changement climatique

<table><thead><tr><td>N°</td><td>INTITULÉ</td><td>PAYS</td><td>CONTENU</td></tr></thead><tbody><tr><td>R2</td><td>Sediment and flood management at a planned multipurpose reservoir in a periglacial environment</td><td>Suisse</td><td>Un grand projet de nouveau barrage à l'emplacement d'un retrait glaciaire, pour assurer la sécurité énergétique hivernale et d'autres usages</td></tr><tr><td>R6</td><td>Changement climatique en France : une adaptation nécessaire des barrages et réservoirs, vision nationale et exemple local</td><td>France</td><td>Perspectives de changement climatique en France ; incidence sur la production hydroélectrique ; présentation d'un projet d'adaptation par surélévation d'un barrage</td></tr><tr><td>R10</td><td>Potential of Romanian dams to adjust to changing environment</td><td>Roumanie</td><td>Evolution des usages des réservoirs en Roumanie (diminution des besoins), et rôles futurs (protection contre les inondations)</td></tr><tr><td>R14</td><td>Quantifying the impact of changing climate on dam operation: a review for engineering practitioners</td><td>Canada</td><td>Une revue académique des outils de modélisation avancée pour simuler les effets du changement climatique et optimiser la gestion des réservoirs</td></tr><tr><td>R20</td><td>Dams for energy transition and need for pumped storage and hydroelectric projects in India</td><td>Inde</td><td>L'état des lieux des besoins en nouveaux réservoirs en Inde, pour la transition énergétique, et en particulier les besoins d'équipements en STEP</td></tr><tr><td>R22</td><td>Adaptation of the reservoir operation rules in the context of climate change</td><td>Roumanie</td><td>L'évaluation de l'adaptabilité au changement climatique de deux grands réservoirs, en particulier vis-à-vis de la protection contre les inondations</td></tr></tbody></table>
Stations de Pompage-Turbinage (STEP)

<table><thead><tr><td>N°</td><td>INTITULÉ</td><td>PAYS</td><td>CONTENU</td></tr></thead><tbody><tr><td>R5</td><td>Etanchéité des barrages et réservoirs de STEP: spécificités, conception et retours d'expérience</td><td>France</td><td>Une revue complète des solutions d'étanchement des bassins de STEP</td></tr><tr><td>R7</td><td>Innovative design and feedback of waterways from a major pumped storage project in arid region</td><td>France</td><td>Exposé des éléments particuliers de conception pour une STEP : optimisation hydraulique et étanchéité du chemin d'eau</td></tr><tr><td>R8</td><td>Adaptations to the design of Abdelmoumen pumped-storage scheme during the construction phase</td><td>France</td><td>Exposé des éléments particuliers de conception pour une STEP : membrane exposée, conception de la turbine, alimentation en eau de la STEP en circuit fermé</td></tr><tr><td>R11</td><td>A case of potential Burera-Ruhondo PSH scheme in Rwanda, Africa</td><td>Rwanda</td><td>Description d'un site potentiel de développement d'une STEP au Rwanda</td></tr><tr><td>R15</td><td>Excavation and filling technology for deformation control in highly water-bearing multilayer reservoir basins</td><td>Chine</td><td>Description des enjeux particuliers liés aux excavations des bassins réservoirs de STEP</td></tr><tr><td>R16</td><td>Landscape signage for pumped storage dams</td><td>Chine</td><td>Idées de promotion des STEP auprès des populations, par l'adoption d'une signalétique adaptée</td></tr><tr><td>R17</td><td>Innovative technology and application research on anti-seepage of pumped storage power station reservoir basin</td><td>Chine</td><td>Solutions d'étanchéité retenues sur les STEP de Jurong (géomembranes + béton bitumineux) et Kokhav Hayarden (géomembrane)</td></tr></tbody></table>

Réservoirs hors rivière

<table><thead><tr><td>N°</td><td>INTITULÉ</td><td>PAYS</td><td>CONTENU</td></tr></thead><tbody><tr><td>R9</td><td>Le Canal Seine-Nord Europe, projet hydraulique majeur en France</td><td>France</td><td>Une présentation d'un grand projet neuf de navigation, en Europe, y compris la question des ressources en eau mobilisées</td></tr><tr><td>R13</td><td>Olifantspoort off-channel storage dam - critical storage to augment water supply</td><td>RSA</td><td>Un exemple de barrage hors-rivière, et des développements spécifique sur la typologie du barrage : multivoïté en maçonnerie</td></tr><tr><td>R21</td><td>Connection of the Libouš surface quarry with the Nechranice reservoir</td><td>Rép. Tchèque</td><td>La description d'un projet de mise en eau d'une grande mine abandonnée</td></tr></tbody></table>

Solaire flottant

<table><thead><tr><td>N°</td><td>INTITULÉ</td><td>PAYS</td><td>CONTENU</td></tr></thead><tbody><tr><td>R12</td><td>Reflections on the management of energy projects based on immature technologies: the case of a FPV pilot project</td><td>Norvège</td><td>Des réflexions sur le caractère novateur des projets de solaire flottant sur les réservoirs de barrage</td></tr><tr><td>R4</td><td>Towards FRcold guidelines for the realization of floating PV plants on dam reservoirs</td><td>France</td><td>Un exposé des travaux du groupe de travail français sur le sujet du solaire flottant (et focus sur l'analyse des risques)</td></tr><tr><td colspan="4">(continued)</td></tr></tbody></table>
Continued

<table><thead><tr><td>N°</td><td>INTITULÉ</td><td>PAYS</td><td>CONTENU</td></tr></thead><tbody><tr><td>R19</td><td>Introduction to the world's first 100-meter-deep floating photovoltaic project in southeast Asia</td><td>Chine</td><td>La présentation de la centrale flottante de Cirata, exemple majeur de projet sur un réservoir de barrage</td></tr></tbody></table>

## Stockage d'eau dans la nappe, barrages souterrains

<table><thead><tr><td>N°</td><td>INTITULÉ</td><td>PAYS</td><td>CONTENU</td></tr></thead><tbody><tr><td>R1</td><td>Sand dams: the case for greater collaboration between the dam industry and non-governmental organizations</td><td>Australie</td><td>Kenya - Retour d'expérience d'un barrage de recharge de nappe, de type "sand dam", établi en coopération ONG - Ingénierie</td></tr></tbody></table>

## Nouveaux aléas, analyse de risques

<table><thead><tr><td>N°</td><td>INTITULÉ</td><td>PAYS</td><td>CONTENU</td></tr></thead><tbody><tr><td>R3</td><td>Wildfire impact on dam and reservoir landslide safety risks considering future climate</td><td>Australie</td><td>Une évaluation de l'augmentation de l'aléa et des risques nouveaux posés par les feux de forêts</td></tr><tr><td>R18</td><td>Safety risk assessment of a hydropower dam based on risk matrix method</td><td>Chine</td><td>L'exposé d'une analyse des risques pour un barrage en Chine</td></tr></tbody></table>

### 2.3.2. Contributions individuelles

Les contributions individuelles ont alimenté la réflexion générale.

Ce texte doit beaucoup à ces contributions. L'auteur du rapport remercie vivement les contributeurs pour la richesse et la profondeur de leurs réflexions et, en particulier Michel Lino pour ses avis sur l'ensemble du texte. Quand un développement dans le texte reprend explicitement et entièrement une idée développée par l'un des contributeurs, cela est référencé par une codification reprenant les initiales, sous la forme suivante : [XX], et avec la codification décrite au §7.2.
## 2.4. NOTE SUR L'HORIZON DE TEMPS

La discussion générale évoquée dans ce rapport traite des horizons 2050 et 2100.

Ainsi, on ne discute pas des adaptations à prévoir dans l'immédiat, pour les difficultés du moment, mais plutôt des tendances qui doivent se dégager à (un peu) plus long terme. Cette approche est retenue, car les décisions qui se prennent aujourd'hui engagent l'avenir sur plusieurs décennies et, plus probablement, sur plus de 100 ans.

Il n'a pas été jugé raisonnable d'évaluer un horizon temporel supérieur au-delà de 2100. Cependant, les projets neufs et les travaux importants de modification des ouvrages doivent bien être conçus de sorte à pouvoir assurer leur fonction pendant 100 ans et davantage – certains auteurs et certains projets visent d'ailleurs 200 ans.

## 2.5. DEUX CONCEPTS CENTRAUX : INCERTITUDE ET EFFETS LOCAUX

La trajectoire globale de l'augmentation de la température moyenne n'est pas connue, car elle dépend notamment des choix politiques et de société. La déclinaison locale et concrète (canicules, sécheresses, inondations) de la trajectoire globale, dans chaque région, dans chaque pays, est encore sensiblement plus difficile à prédire.

En conséquence, les besoins en ouvrages permettant l'adaptation des sociétés futures sont difficiles à cerner. Les réflexions et les solutions techniques doivent être menées en prenant en compte cette incertitude. En particulier, on pourra privilégier :

* les stratégies « sans regret » de réduction de la vulnérabilité au changement climatique : ces stratégies sont pertinentes quelles que soient les évolutions climatiques

* les stratégies « flexibles », qui permettent d'adapter l'exploitation des systèmes et des ouvrages en fonction de ce qui est effectivement constaté.

## 2.6. DÉFINITIONS

Les définitions utilisées dans ce rapport sont les suivantes.

*Adaptation* (de nos sociétés) : démarche d'ajustement au climat actuel ou attendu, ainsi qu'à ses conséquences qu'elles soient directes (canicules, feux de forêts, sécheresses, inondations), ou indirectes (tensions sociales, tensions géopolitiques).
**Adaptabilité** (de nos ouvrages) : capacité des barrages, réservoirs et digues à continuer à remplir leurs fonctions, à l'horizon 2050, 2100 et au-delà. Cela consiste à examiner les effets du changement climatique sur les fonctions des ouvrages (le présent rapport ne couvre pas l'autre versant de l'adaptabilité, qui est la robustesse : résistance physique des ouvrages aux nouveaux aléas).

**Contribution à l'adaptation** (de nos sociétés) : capacité des barrages, réservoirs et digues à contribuer à ce que nos sociétés s'adaptent aux changements climatiques et à leurs conséquences, c'est-à-dire limiter leur vulnérabilité. Cela consiste à examiner les effets des ouvrages sur les sociétés. Ce rapport souligne que les barrages et les digues doivent jouer un rôle à cet égard. Pour cette raison, il faut parfois abandonner des bénéfices ou de la rentabilité de court terme au profit de performances à long terme (cf. §4.6.4).

**Empreinte écologique** : Une mesure de la pression exercée sur les ressources et les écosystèmes. Elle mesure les surfaces alimentaires productives de terres et d'eau nécessaires pour produire les ressources qu'un individu, une population ou une activité consomme et pour absorber les déchets générés, compte tenu des techniques et de la gestion des ressources en vigueur. Cette surface est exprimée en hectares globaux (hag), c'est-à-dire en hectares ayant une productivité égale à la productivité moyenne. On peut calculer l'empreinte d'un ouvrage grâce à l'analyse du cycle de vie.

**Contribution à l'atténuation** : capacité des projets de barrages, réservoirs et digues à limiter le changement climatique et plus globalement l'empreinte écologique des sociétés, par exemple en permettant de remplacer une production électrique à base d'énergie fossile par une production renouvelable.

**Soutenabilité** (de nos ouvrages) : capacité des projets de barrages, réservoirs et digues à limiter leur *Empreinte écologique* propre (indépendamment des éventuels effets positifs d'atténuation). Dans une certaine mesure, la *soutenabilité* peut être évaluée par les méthodes d'analyse en cycle de vie (LCSA) ; l'évaluation complète fait appel aux études d'impact (ESIA) et à la concertation avec les parties prenantes.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Fig. 1
Atténuer et Adapter</figcaption></figure>
**Scénarios climatiques** : il s'agit des quatre scénarios RCP : RCP8.5 ; RCP6.0 ; RCP4.5 ; RCP2.6, qui ont remplacé les anciens scénarios SRES. RCP signifie *Representative Concentration Pathway* ; les chiffres représentent le forçage radiatif (en W/m² à l'horizon 2100), c'est-à-dire l'écart avec le bilan radiatif d'avant la période industrielle. Le RCP2.6 est le scénario qui intègre les politiques de réduction des GES et limite l'élévation de la température à 2°C par rapport à 1850.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Fig. 2
Les quatre scénarios RCP de IPCC</figcaption></figure>

*Projections hydroclimatiques* : évaluation, à l'échelle d'un pays, d'un territoire, des conséquences des scénarios climatiques, pour ce qui concerne le cycle de l'eau. Il s'agit d'une évaluation à l'échelle d'un pays, ce qui nécessite un travail modélisation local, pour descendre à une échelle de travail pertinente. Les projections peuvent intégrer d'autres facteurs de changement, tels que les aspects démographiques ou de développement économique.

**Résilience** : capacité des sociétés à faire face à un événement critique de grande ampleur (par exemple : sécheresse intense, crue majeure, séisme, grands feux de forêts, ... )
### 3. ENJEUX DE L'ADAPTATION AUX CHANGEMENTS CLIMATIQUES

#### 3.1. LE CHANGEMENT CLIMATIQUE EST PILOTÉ MONDIALEMENT, MAIS DÉCLINÉ LOCALEMENT

##### 3.1.1. Pilotage mondial

Le changement climatique est directement lié à un paramètre quasi-unique : la quantité d'émissions de gaz à effets de serre, qui peut en première approximation, être exprimé sous la forme d'une élévation de température moyenne de la planète.

Le bulletin 200 [23], publié récemment, actualise l'état des lieux. La probabilité de maintenir le réchauffement global en dessous de 1,5°C (par rapport à l'année 1850) est désormais quasi-nulle. Notons que l'année 2024 a, pour la première fois, dépassé ce seuil. Les projections pour la fin du siècle conduisent à des réchauffements entre 1,4°C et 4,4°C.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Fig. 3</figcaption></figure>

Scénarios de réchauffement les plus probables (source: IPCC WG.1 Climate science report (AR#6) – Aug. 2021 ; ICOLD – Q107 : General Report Aelbrecht D. (2022))
### 3.1.2. Incertitudes et variabilités locales, mais plus de sécheresses

Les conséquences peuvent être très différentes, à l'échelle de chaque pays et région, en particulier pour ce qui est de la ressource en eau. Les figures ci-dessous, extraites de [27] illustrent :

* L'évolution attendue pour le volume annuel des précipitations, dans le cas d'un réchauffement de +4°C. La valeur moyenne calculée est encadrée par les bornes à 5% et 95% de l'incertitude de cette évaluation.

* La probabilité d'augmentation des années de sécheresse, dans le cas d'un réchauffement de +4°C.

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Fig. 4

Figure 4.10 de [27] : changement projeté pour les précipitations moyennes annuelles : moyenne et bornes à 5% et 95% de l'incertitude de cette évaluation</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Fig. 5

Figure 4.18 de [27] : changement projeté de la probabilité d'une année très sèche</figcaption></figure>
La Fig. 4 illustre la grande incertitude attachée aux estimations de précipitations futures (forte différence entre les centiles 5% et 95%) et, d'autre part, la grande variabilité d'une région à l'autre. La Fig. 5 montre que la probabilité d'occurrence d'années de sècheresse pour l'agriculture augmente dans la plupart des régions.

### 3.1.3. *Relation avec les barrages et les digues*

Les relations entre changement climatique d'une part, les barrages et les digues d'autre part, sont bien connus :

* Les barrages peuvent contribuer à l'atténuation du changement climatique, en produisant de l'énergie non carbonée, et en facilitant la pénétration des sources d'énergie décarbonée intermittentes (vent, soleil), par le stockage d'énergie et les services au réseau,

* Le changement climatique impacte le cycle de l'eau, notamment les sécheresses et les crues ; les barrages et les digues ont une incidence (positive, négative) sur ce cycle de l'eau ; ils ont un rôle à jouer pour limiter les effets sur les sociétés, et peut-être la nature (au sens de la biodiversité) ; ils doivent également être adaptés à ces conditions nouvelles. Il faut tenir compte :

* de la plus grande variabilité des moyennes interannuelles,

* du renforcement des évènements intenses (crues, sécheresses),

* des incertitudes hydrologiques associées aux modèles climatiques.

* Le changement climatique provoque une élévation du niveau de la mer, ce qui a également des conséquences sur l'érosion des côtes. Les barrages ont une incidence sur l'érosion côtière (généralement négative, en limitant le flux de sédiments) ; les barrages et digues à la mer ou proches de la mer peuvent jouer un rôle positif de protection des enjeux humains ; ils doivent être adaptés à ces conditions nouvelles.

## 3.2. AUGMENTATION DES ALÉAS

L'exposition des barrages et des digues à de nouveaux aléas, ou des aléas augmentés, ne fait pas partie des thématiques examinées par ce rapport. Cependant, il est utile de rappeler succinctement que cette thématique est centrale, en l'illustrant avec quelques aspects. Cet inventaire n'est pas exhaustif.

### Crues et pluies intenses

Le rapport du GIEC, dans sa AR6_FAQ8.2 [37] exprime le consensus scientifique à cet égard. Le changement climatique modifie déjà la localisation, la fréquence et l'intensité des inondations. Près des côtes, l'élévation du niveau de la mer aggrave les inondations côtières, surtout lorsqu'elles s'accompagnent de fortes pluies. Le réchauffement climatique intensifie les pluies en augmentant la capacité
de l'air à retenir l'humidité (7 % de plus par degré Celsius). Cela influence aussi les vents, la formation et le trajectoire des tempêtes, ainsi que la dynamique des précipitations. Ces transformations continueront à redéfinir les caractéristiques des précipitations à mesure que le climat se réchauffe. Il est reconnu que d'autres facteurs affectent la formation des crues, notamment l'occupation des sols ; cependant :

* "An increased intensity and frequency of record-breaking daily rainfall has been detected for much of the land surface where good observational records exist, and this can only be explained by human-caused increases in atmospheric greenhouse gas concentrations »

* "[...] even accounting for the many factors that generate flooding, when weather patterns cause flood events in a warmer future, these floods will be more severe"

Ainsi, il faut considérer, en moyenne, une augmentation des fréquences et intensités des crues ; augmentation aggravée pour les zones côtières par l'élévation du niveau de la mer ; et, à l'intérieur des terres, s'attendre à des possibles modifications des trajectoires des événements extrêmes (cellules orageuses, tempêtes, cyclones, ...). Cette augmentation de la fréquence et de l'intensité des événements de crue n'est pas uniforme sur l'ensemble des continents : des analyses locales peuvent, dans une certaine mesure, fournir des indications quantitatives, en particulier pour les crues de période de retour plus petite que 100 ans. L'impact sur les crues exceptionnelles et extrêmes utilisées pour la justification des évacuateurs de crue demeure un sujet de recherche.

Le changement climatique n'est pas la seule évolution conduisant à devoir réévaluer les crues : la modification de l'occupation des sols est un autre facteur majeur. Cela est par exemple illustré par le cas de la rivière Tietê, qui draine la ville de São Paulo (21 millions d'habitants) : des barrages ont été construits sur cette rivière dans la première moitié du XXème siècle, alors que le bassin versant était essentiellement boisé. L'extension de la ville a changé les conditions de ruissellement, remplaçant la forêt par des zones urbaines. L'urbanisation change également l'ampleur de la gravité en cas d'accidents. Il a fallu des travaux conséquents pour augmenter de manière adéquate la capacité d'évacuation des crues. [FM]

L'augmentation de la fréquence et de l'intensité des pluies est également de nature à provoquer des glissements de terrain, coulées de boue et laves torrentielles.

*Feux de forêt* - Le changement climatique augmente la fréquence des feux de forêt, et l'extension des zones géographiques qui y sont exposées. Q108-R3 [3] aborde cette question à partir de retours d'expérience en Australie et aux Etats-Unis, et suggère les principales conclusions suivantes. Les feux de forêt peuvent perturber le fonctionnement des barrages et causer des dommages immédiats ; ces dangers immédiats sont généralement mineurs, mais il faut considérer les risques nouveaux après l'incendie : l'augmentation de la probabilité d'érosion et de glissements de
terrain déclenchés par des pluies extrêmes. En Australie, des études ont indiqué que la probabilité de glissements de terrain était augmentée d'un ordre de grandeur dans le court terme après un feu de forêt, jusqu'à ce que la végétation reprenne. Ces glissements de terrain peuvent générer des impacts directs sur les retenues, ou générer des crues de type coulée de boue ou lave torrentielle (« debris flow »). Des données quantitatives suggèrent également une diminution forte de l'infiltration dans les zones incendiées, ce qui est un facteur aggravant.

**GLOF** - Les GLOF constituent une nouvelle menace, liée à l'augmentation des températures et au recul des glaciers. Par exemple, le GLOF de la rivière Teesta, en Inde, le 4 octobre 2023 a provoqué la rupture du barrage Teesta III et des dégâts majeurs en aval. [DS]

**Sédimentation** - L'augmentation des précipitations intenses dans de nombreuses parties du monde, et l'éventuel recul de la végétation dans les zones affectées par la sécheresse, sont de nature à provoquer une augmentation des volumes de sédiments transportés par les rivières, et donc l'accélération de l'alluviionnement de certaines retenues.

Tous les pays ne disposent pas des mêmes moyens pour faire face à ces nouveaux aléas. Il apparaît utile de renforcer les capacités, en particulier la sensibilisation aux nouveaux risques auxquels sont exposés les vieux barrages en raison des événements climatiques extrêmes, depuis leur conception initiale, notamment dans les pays les moins développés. [AB]

## 3.3. CRISE DE LA BIODIVERSITÉ

L'IPBES est une organisation internationale créée pour renforcer l'interface entre la science et la politique en ce qui concerne la biodiversité et les services écosystémiques. Elle a publié un rapport d'état des lieux en 2019 [28], dont sont extraits les citations présentées dans cette section.

L'IPBES rappelle que « *la nature est essentielle à l'existence humaine et à une bonne qualité de vie. La plupart des contributions de la nature aux populations ne sont pas intégralement remplaçables, et certaines sont mêmes irremplaçables.*

La nature joue un rôle critique dans la provision d'aliments pour les humains et les animaux, d'énergie, de produits médicinaux, de ressources génétiques, et de tout un éventail de matières essentielles au bien-être physique et à la préservation du patrimoine culturel des populations ».

Deux chiffres : « 75% des cultures alimentaires mondiales [...] reposent sur la pollinisation animale » ; « les écosystèmes marins et terrestres sont les seuls puits des émissions anthropiques de carbone, avec une séquestration brute de [...] environ 60% des émissions mondiales d'origine anthropique ».
« Dans la plupart des régions du monde, la nature a aujourd'hui été altérée de manière significative par de multiples facteurs humains, et la grande majorité des indicateurs relatifs aux écosystèmes et à la biodiversité montrent un déclin rapide. Au total, 75 % de la surface terrestre est altérée de manière significative, 66 % des océans subissent des incidences cumulatives de plus en plus importantes et plus de 85 % de la surface des zones humides ont disparu. »

« L'activité humaine menace d'extinction globale un nombre d'espèces sans précédent. En moyenne, 25 % des espèces appartenant aux groupes d'animaux et de végétaux évalués sont menacés, ce qui suggère qu'environ 1 million d'espèces sont déjà menacées d'extinction ». « Dans les écosystèmes terrestres et d'eau douce, le changement d'utilisation des terres est le facteur direct ayant eu l'incidence relative la plus néfaste sur la nature depuis 1970. Les écosystèmes d'eau douce sont, quant à eux, menacés par un ensemble de facteurs comprenant essentiellement les changements d'utilisation des terres, y compris l'extraction de l'eau, l'exploitation, la pollution, les changements climatiques et les espèces envahissantes. »

« Les trajectoires actuelles ne permettent pas d'atteindre les objectifs de conservation et d'exploitation durable de la nature et de parvenir à la durabilité, et les objectifs pour 2030 et au-delà ne peuvent être réalisés que par des changements en profondeur sur les plans économique, social, politique et technologique. »

« Il est possible de conserver, de restaurer et d'utiliser la nature de manière durable et, en même temps, d'atteindre d'autres objectifs sociétaux à l'échelle mondiale en déployant de toute urgence des efforts concertés qui entraînent des changements en profondeur »

L'IPBES propose le tableau suivant en synthèse des actions possibles pour promouvoir la biodiversité associée aux eaux douces.

<table><caption>Fig. 6
IPBES, Approches se rapportant à la durabilité et actions et voies possibles pour les réaliser. [28]</caption><thead><tr><th>Approches se rapportant à la durabilité</th><th>Actions et voies possibles pour réaliser des changements en profondeur</th></tr></thead><tbody><tr><td>Améliorer la gestion, la protection et la connectivité des eaux douces</td><td><p>Actuons claire: (G)–organisations intergouvernementales, G-gouvernements, ONG – organisations non gouvernementales, GC–groupes de citoyens et associations communautaires, PACL – groupes autochtones et communautés locales, D–organisations donateurs, OSE – organisations scientifiques et d'activités, P–secteur privé)</p><ul><li>Intégrer la gestion des ressources en eau et l'aménagement des payasages, notamment en accroissant la protection et la connectivité des écosystèmes d'eau douce, en améliorant la coopération et la gestion des eaux transfrontières, en fuyant continuité les effets de la fragmentation causées par les barrières et les dérivations et en incorporant des analyses régionales du cycle de l'eau (par ex., OI, G, PACL, GC, ONG, D, OSE, P) (6.3.4.6, 6.3.4.7) (B1)</li><li>Soutenir la gouvernance inclusive de l'eau, par exemple en élaborant et en mettant en oeuvre une gestion des espaces exotiques ennahsiantes avec les parties prenantes intéressées (par ex., OI, G, PACL, GC, ONG, D, OSE, P) (6.3.4.3) (D4).</li><li>Soutenir les régimes de cogestion en vue d'arriver à une gestion concertée des ressources en eau et d'encourager l'égalité entre les utilisateurs de l'eau (tout en maintenant un flux écologique minimum pour les écosystèmes aquatiques), et mobiliser les parties prenantes et tiner parti de la transparence afin de réduire au minimum les conflits environnementaux, économiques et sociaux (D4).</li><li>Instituer/impliquer les pratiques qui réduisent l'érosion, la sédimentation et le transport de polluants par ruisseau/lac (par ex., G, GC, P) (6.3.4.1).</li><li>Réduire la fragmentation des politiques relatives à l'eau douce en coordonnant les cadres réglementaires internationaux, nationaux et locaux (par ex., G, OSE) (6.3.4.7, 6.3.4.2).</li><li>Accroître les stocks d'eau en facilitant la recharge des aquifères, la protection et la restauration des zones humides et l'utilisation d'autres techniques de stockage et en enposant des restrictions concernant le prélevement d'eaux soustraires (par ex., G, GC, PACL, P, P) (6.3.4.2) (B1, B3).</li><li>Promouvoir l'investissement dans des projets hydrauliques selon des critères de durabilité bien définis (par ex., G, P, D, SO) (6.3.4.5) (B1, B3).</li></ul></td></tr></tbody></table>
Concernant spécifiquement les barrages, l'IPBES mentionne, dans le chapitre 6, le fait que les barrages ont des impacts négatifs significatifs sur la nature (en particulier en raison des obstacles qu'ils constituent, et en raison de la formation de réservoirs le long des cours d'eau qui ralentissent les vitesses d'écoulement) et la société, qui ne sont souvent pas bien compensés. L'IPBES note que les barrages peuvent générer de nouveaux bénéfices, tels que : des habitats pour des espèces protégées et zone refuge dans le contexte de changement climatique.

Trois conclusions peuvent être tirées de ces éléments :

* la problématique de la crise de la biodiversité est une problématique majeure pour l'espèce humaine, qui peut entraîner des conséquences graves en quelques décennies,

* les barrages qui créent des obstacles et des réservoirs sur les cours d'eau ont une incidence majeure sur la biodiversité des eaux douces ; il faut examiner les éventuelles alternatives en tenant compte de ce facteur,

* les barrages peuvent avoir des effets positifs sur la biodiversité ; il est important de bien les comprendre, pour les favoriser.

### 3.4. QUELQUES RETOURS D'EXPÉRIENCE DE PAYS, AFFECTÉS OU NON

Les retours d'expérience inventoriés ci-dessous présentent des éclairages particuliers sur un sujet, dans un pays. Il ne s'agit pas de présenter de manière exhaustive les effets du changement climatique ou les politiques d'adaptation du pays, mais de partager quelques pistes explorées dans différents contextes.

En Angleterre, de nouveaux réservoirs sont envisagés, avec pour objectif de s'adapter au changement climatique. Les prévisions des modèles climatiques pour le Royaume-Uni indiquent que les ressources en eau diminueront. À une époque, on pensait que des hivers plus humides compenseraient des étés plus secs, mais les dernières prévisions montrent que ce n'est pas le cas. De plus, il est nécessaire de laisser davantage d'eau dans l'environnement, sinon le changement climatique aura un impact sévère sur l'écologie des rivières et des eaux souterraines. En particulier, le sud de l'Angleterre compte un grand nombre de cours d'eau dans la craie, considérés comme des habitats importants au niveau national et international. Il existe un objectif de réduire les prélèvements dans les aquifères de craie et les rivières alimentées par ces aquifères. Cependant, il y a de l'eau disponible dans les rivières en hiver, qui peut être utilisée pour remplir les réservoirs et ensuite être libérée pour une utilisation en été. Tous ces éléments plaident en faveur de l'utilisation de réservoirs hors rivières, remplis en hiver et vidés en été. C'est pourquoi plusieurs réservoirs de ce type sont proposés. [JW] and [71].
En Australie, la Tasmanie a connu, entre septembre 2015 et avril 2016, une sécheresse extrême, la plus sévère depuis 50 ans. La situation s'est aggravée en décembre 2015 avec la panne du câble Basslink, empêchant l'importation d'électricité depuis le continent australien. En avril 2016, les réserves d'eau atteignaient leur niveau le plus bas (12,5 % de la capacité totale). Simultanément, des feux de forêt ont ravagé plusieurs régions de l'île. En juin 2016, la situation s'est inversée brutalement avec des inondations historiques dans le nord de la Tasmanie. La gestion de crise a inclus plusieurs composantes : pilotage de la production énergétique via des modèles climatiques et hydrologiques, réduction volontaire de la demande industrielle, réactivation de centrales à gaz, 200 MW diesel installé en urgence, surveillance des impacts sur la qualité de l'eau et la biodiversité, plans de prévention des incendies. Ces réponses s'appuyaient sur des préparations antérieures. [RH].

Au Brésil, les enjeux liés au changement climatique sont variés. De 1950 à 2010, les barrages construits au Brésil ont été accompagnés de grands réservoirs, pour la production d'électricité. Depuis 2010, des considérations environnementales ont conduit à n'autoriser que les barrages hydroélectriques au fil de l'eau. Depuis 20 ans, il y a un développement considérable du solaire et de l'éolien. Les grands réservoirs historiques compensent désormais l'intermittence du soleil et du vent, et ils sont en limite de capacité. Il faut de nouveaux réservoirs et des STEP. Par ailleurs, les situations de sécheresses et de crue (par exemple, 2023 et 2024 sur les fleuves côtiers de l'Etat de Rio Grande do Sul) deviennent plus graves et plus fréquentes. BCOLD et l'Académie nationale brésilienne de l'ingénierie ont signé un mémoire (« position paper ») appelant à ce que les grands réservoirs soient construits avec une vocation multi-usage. [FM]

Au Canada, la production d'électricité est appelée à augmenter, après deux décennies de relative stagnation. Cela conduit à envisager la construction de centrales éoliennes, solaires et hydroélectriques. Le Canada ne manque pas d'eau, mais quelques régions connaissent des périodes de rareté de l'eau, et utilisent des réservoirs pour l'irrigation. Le changement climatique dans ces zones conduit à envisager des changements de types de culture (« crop patterns »). [PR]

En Chine, les STEP vont jouer un rôle très important. Actuellement, la production d'électricité à partir du charbon représente près de 60 % de l'approvisionnement en électricité, et l'électricité contribue à environ 40 % des émissions du pays. Selon des recherches, d'ici 2035, la capacité installée de l'éolien et du photovoltaïque en Chine pourrait atteindre entre 3 et 3,8 TW, avec une demande totale de capacité de stockage de 600 à 750 GW. De nombreux projets de STEP sont en cours et, à la fin de l'année 2023, la capacité installée avait atteint 50,94 GW et 179 GW étaient en construction.[58]

En Iran, le contexte général est difficile. Le pays connaît une réduction significative des précipitations annuelles, des sécheresses prolongées, et des vagues
de chaleur plus fréquentes. Par ailleurs, des inondations soudaines, causées par des pluies intenses sur des sols arides, se multiplient. En raison de l'irrégularité des ressources en eau, l'Iran a beaucoup investi dans la construction de réservoirs. Actuellement, des diminutions d'apport en eau sont observées sur un nombre significatif de barrages, parmi lesquels par exemple Zayandeh Rood, Karkeh, Dez, Latyan, Karaj, Karoon 4 et Karoon 3. Il y a des conséquences parfois importantes pour les usages, agriculture, production d'électricité, eau potable. Sont également observées des accélérations de la sédimentation, et pour au moins un de ces barrages, des difficultés accrues à gérer les crues soudaines. Il faut aussi noter l'assèchement de rivières, lacs et zones humides, notamment le lac d'Ourmia, autrefois le plus grand lac salé du Moyen-Orient, et des problématiques de subsidence dans certaines villes. [AHN]

En France, ces dernières années sont marquées par l'élaboration d'un travail en profondeur de préparation du pays au climat futur, pour anticiper son adaptation. A cet effet, des scénarios ont été construits pour évaluer l'évolution du climat et des besoins en eau. Parmi d'autres, une information particulièrement notable est l'évolution de la consommation en eau, qui est notamment influencée par les besoins en eau d'irrigation. Entre 2020 et 2050, dans la configuration climatique la plus défavorable étudiée, c'est-à-dire avec la projection climatique la plus pessimiste (RCP8.5) et pour un printemps-été sec, la consommation en eau augmente de 102 % en l'absence d'incitations à la sobriété, et de 72 % si des politiques publiques adaptées sont mises en œuvre. Dans un scénario intermédiaire, les consommations sont multipliées par plus de deux dans près d'un quart des bassins versants. Seul un scénario dit « de rupture » (réduction de 50% de la consommation de viande, forte réorientation des pratiques agricoles vers des variétés culturales adaptées, réutilisation massive des eaux usées, recyclage et diminution de consommation de biens matériels) permet de contenir l'augmentation des consommations (+ 10 % par rapport à 2020) dans la configuration climatique la plus défavorable étudiée. Nous pouvons tirer de cette analyse le fait qu'il faut s'attendre à des déséquilibres majeurs entre besoins et ressources à l'horizon 2050, dans le cas des printemps et été secs.

L'Inde est un pays avec des zones climatiques très variées, et avec un facteur climatique clé, la mousson d'été, qui présente des variations importantes à toutes les échelles de temps (de la saison à quelques dizaines d'années). Ces dernières années ont été marquées par des événements extrêmes plus nombreux : GLOF de Teesta river en 2023, crue-éclair dans le district de Chamoli en 2021, crues et glissements de terrain dans l'Uttarakhand en 2013 et dans le Kerala en 2018, vagues de chaleur et sécheresses répétées. Cela a motivé l'élaboration de projections de changement climatique, avec des évaluations aux horizons 2060 et 2100 (Devendra Kumar Sharma and IIT, Ropar). Cette étude recommande des propositions d'adaptation pour le long terme : le stockage d'eau (petites et grandes reteneues), la préparation de plan gestion de crise pour les catastrophes climatiques (crues, vagues de chaleur, cyclones, ...), l'interconnexion des bassins versants, la cartographie des zones inondables, les recherches sur les maladies liées à l'eau, le
dessalement, la promotion de techniques culturales adaptées aux conditions futures. Il ne s'agit pas simplement de recommandations pour le futur : les actions doivent être entreprises dès maintenant, et certaines le sont déjà. [DKS]

Au Japon, les problématiques d'inondation sont majeures, et se renforcent. Il y a une tendance à développer du multi-usage pour les barrages en service, en introduisant une capacité de stockage des crues. Pour ne pas trop pénaliser la production hydroélectrique, la capacité de stockage des crues n'est libérée qu'en cas d'annonce de crue, par abaissement préventif de la retenue ; le reste de l'année, la pleine capacité est utilisée pour l'hydroélectricité [TF] [TS]. Par ailleurs, une attention particulière est portée aux conséquences directes et multiples de l'élévation des températures : modification du régime neige / pluie / fonte en montagne, ce qui a des effets sur le régime des rivières et, par conséquent : perturbation du calendrier d'irrigation des cultures ; augmentation de l'évapotranspiration donc des besoins en eau ; plus grande propension à l'eutrophisation des retenues ; échauffement de l'eau dans les rivières en automne, ce qui est préjudiciable à la vie aquatique.

Le Maroc vient de vivre 6 années de suite de faibles précipitations et des barrages peu remplis, incapables de répondre aux besoins pour lesquels ils ont été conçus. Désormais, la stratégie au Maroc est de se donner la possibilité d'alimenter la plupart des grandes villes, y compris les villes intérieures comme Fès ou Marrakech avec de l'eau dessalée, moyennant l'emploi d'une énergie renouvelable (à noter : la diminution du coût du dessalement, qui devrait approcher 0,4€/m³ avant 2030). Les barrages, tant qu'ils n'ont pas perdu leur capacité de stockage par alluvionnement, continueront chaque fois que possible à être utilisés, notamment pour l'irrigation. Par ailleurs, la production hydroélectrique est appelée à diminuer de façon significative. Le rôle des barrages évolue donc : davantage de protection contre les inondations ; du stockage de l'énergie renouvelable (STEP) ; et l'alimentation des nappes souterraines dans les zones désertiques ou semi-désertiques. L'irrigation et l'eau potables resteront toutefois parmi les utilisations principales compte tenu des installations importantes dédiées à cet usage. De nombreux petits barrages ont été construits, notamment dans les régions semi-désertiques, l'irrigation, l'alimentation en eau du cheptel, la protection contre les inondations ; la diminution des apports en eau, le caractère plus violent des crues, les apports en sédiments associés sont des facteurs qui peuvent rendre ces petits barrages inopérants. Dans les régions du sud marocain, il y a sans doute lieu de réfléchir à d'autres moyens de mobiliser la ressource : en plus de l'exploitation des nappes, lorsqu'elles sont disponibles, les pistes sont le traitement des eaux saumâtres et la condensation de l'humidité de l'air. Ce contexte difficile est aggravé par l'urbanisation croissante, laquelle s'accompagne de l'augmentation de la consommation ; ainsi, alors que les ressources hydriques diminuent, le besoin en eau et en électricité augmente. La solution de cette équation est apportée par le dessalement associé à l'énergie renouvelable. [AC]

En Roumanie, Apele Romane (l'autorité en charge de la gestion de l'eau) opère 125 grands barrages, et l'électricien Hidroelectrica en opère 119. Le rapport
Q108-R10 indique que la demande en eau a décru régulièrement depuis 1990. de 20 km³/an à environ 8 km³/an aujourd'hui, en raison d'ajustements structurels de l'économie, en particulier la réduction de l'activité industrielle, la fermeture de certains périmètres irrigués non viables (réduction de 2 millions ha à 0.8 millions ha des périmètres irrigués, et demande en eau correspondante de 8 km³ à 1 km³ par an), l'installation de compteurs et d'une redevance pour l'eau potable et la réduction des fuites. Selon ce rapport, l'avenir des barrages est à redéfinir. D'une part, il y a désormais plus d'opportunité pour une fonction de protection contre les inondations, et pour une stratégie d'adaptation au changement climatique, car ce qui est attendu c'est davantage de sécheresses et de crue. Mais la baisse de la consommation en eau génère des diminutions importantes de revenus pour l'opérateur, ce qui limite sa capacité d'action. Q108-R10 mentionne également les effets du transport sédimentaire sur les retenues : certains barrages perdent rapidement leur capacité utile ; et surtout, certains grands barrages subissent de l'érosion au pied aval, avec un risque pour leur sécurité.

En *Slovénie*, le changement climatique se manifeste par des températures moyennes annuelles en hausse (+2°C depuis le XIXe siècle), des précipitations irrégulières et des phénomènes extrêmes comme des inondations et des sécheresses. En août 2023, des pluies torrentielles, concentrées sur une période de 10 heures, ont saturé les sols et provoqué les plus grandes inondations de l'histoire du pays. Les dégâts ont touché 176 des 212 municipalités, avec des pertes estimées à 9,9 milliards d'euros. Cet événement a mis en lumière la contribution positive de certains aménagements. En 2018, une retenue sèche combinée à une amélioration du chenal d'évacuation des crues avait été construite en amont de Ljubljana ; ce dispositif s'est avéré efficace lors des événements de 2023, évitant des inondations majeures dans la capitale. Sur la rivière Sava, la cascade de cinq barrages (hydroélectriques, et avec également des fonctions écosystémiques) construite entre 1993 et 2017 a limité les inondations, grâce à une gestion adaptée : creux préventif (« pre-emptied ») et remplissage de zones inondables. En revanche, la diminution de la neige hivernale affecte les débits des rivières en été, ce qui exacerbe les pénuries d'eau. Malgré des propositions de nouveaux barrages pour améliorer la capacité de rétention d'eau, une forte opposition publique freine ces projets. [MK].

En *Suisse*, le retrait des glaciers est amorcé. Or les glaciers fonctionnent comme des réservoirs, dont le volume est donc appelé à diminuer. Des projets sont envisagés pour compenser ces effets du retrait glaciaire, en mobilisant des volumes de retenue supplémentaires, de sorte à stocker les eaux de fonte des neige (au printemps) et à les restituer, au long de l'année ou sur une régulation interannuelle (pour pallier les périodes de sécheresse). En particulier, plusieurs projets importants de surélévations sont réalisés ou à l'étude.[AS]. Un exemple majeur, le projet de Gornerli, est présenté par le rapport Q108-R2 [2].

En *Tunisie*, les retenues de barrage sont généralement dimensionnées avec un volume de stockage de l'ordre de deux fois le volume des apports annuels. Ce
dimensionnement résulte de calculs d'optimisation du « volume régularisé », dans un climat semi-aride, où l'irrégularité des apports conduit à prévoir un mode de gestion interannuel, les années excédentaires venant soutenir les années plus sèches. Cela présente nécessairement des inconvénients : la quasi-totalité des écoulements est stocké, et donc les sédiments aussi, ce qui conduit à des pertes parfois rapides de la capacité de retenue ; le temps de séjour de l'eau dans les retenues est long, et les pertes par évaporation sont donc fortes (en proportion des apports). La Tunisie n'est pas un pays de superficie très importante ; pourtant, elle connaît des conditions climatiques variables sur son territoire, et il est apparu très utile de développer des interconnexions, pour transférer de l'eau depuis les zones les plus arrosées vers les régions où la ressource est déficitaire. Certaines de ces retenues et interconnexions ont une vocation de sécurité en cas de sécheresse prolongée.

Au *Vietnam*, dans le delta du Mékong, les sécheresses se sont succédé, et l'abaissement des nappes pendant ces périodes (par la combinaison d'effets variés influençant les débits du fleuve, et par le pompage) conduit à des remontées du biseau salé. Une réponse apportée par le gouvernement est l'augmentation du stockage d'eau douce, par exemple par réservoirs hors rivières. [MHTK]

# 4. PRINCIPES GÉNÉRAUX POUR L'ADAPTATION

## 4.1. PENSER LOIN, OUVRIR LES PISTES, DIALOGUER

Les Pays-Bas font partie des pays particulièrement exposés au changement climatique, pour une raison très spécifique : une part importante du pays est située en dessous du niveau de la mer. Les scénarios possibles d'évolution du niveau de la mer ont des conséquences majeures – et même existielles. Il est intéressant d'évoquer les réflexions en cours, qui permettent de tirer des conclusions générales valables dans de nombreux contexte. Ces réflexions sont présentées dans le rapport "Room for Sea Level Rise" [68]. Le rapport s'intéresse à des horizons de temps long terme, 2100 et 2200, et choisit des scénarios pessimistes d'élévation de 2 mètres d'ici 2100 et de 5 mètres d'ici 2200. Le consortium de chercheurs, experts et décideurs propose trois perspectives conceptuelles d'adaptation et dégage des enjeux transversaux. Les trois stratégies d'adaptation sont très différentes les unes des autres :

**Accommodate** : adaptation progressive de l'usage des terres et des infrastructures pour coexister avec les effets de la montée des eaux. Cela inclut des solutions comme des habitations flottantes, des cultures tolérant le sel, et des infrastructures résistantes aux inondations. Les régions économiques clés, comme le Randstad, seraient protégées aussi longtemps que possible, tandis qu'un déplacement vers des zones plus élevées serait planifiée à long terme.
**Protect** : renforcement des infrastructures existantes, notamment les digues, barrages et systèmes de pompage. Elle prévoit également l'extension des opérations de recharge en sable pour maintenir la côte. Des stratégies spécifiques incluent la fermeture ou la modification des estuaires avec des barrages, des pompes et des zones de stockage temporaire pour gérer les crues fluviales.

**Seaward** : construire un très grand lac côtier au large, formé par une digue externe, pour stocker temporairement les débits fluviaux et réduire la salinisation (cf. illustration, Fig. 37). Cette solution réduit les besoins de renforcement des infrastructures à l'intérieur du pays tout en nécessitant des investissements importants pour créer et entretenir ces nouvelles structures.

Les enjeux transversaux sont les suivants : chaque approche nécessite de vastes espaces pour les infrastructures, qu'il faut planifier dès maintenant pour laisser des options ouvertes aux générations futures ; l'approvisionnement en eau douce deviendra plus difficile à cause de l'intrusion saline ; les coûts de mise en œuvre et de maintenance impliquent des investissements majeurs sur plusieurs décennies.

Ce travail met en évidence plusieurs thématiques majeures :

* prendre en compte des horizons éloignés (ici : 2200), avec des scénarios pessimistes, pour laisser des options ouvertes dès maintenant,

* ouvrir largement les pistes de réflexion : la stratégie qui vient d'abord à l'esprit (« Protect » : augmenter progressivement la hauteur des digues) n'est pas nécessairement la bonne car son **adaptabilité** aux conditions futures n'est pas acquise (faisabilité pas acquise au-delà de 3 m d'élévation),

* une réflexion holistique, prenant en compte tous les aspects sociétaux,

* une démarche transparente, et associant les acteurs de la société, pour bâtir des approches partagées.

## 4.2. DES POINTS CLÉS

### 4.2.1. L'adaptation passe par une réduction de la vulnérabilité

La vulnérabilité est la dépendance de nos sociétés à la disponibilité de la ressource en eau, à la disponibilité de l'électricité, aux effets des crues ou de l'élévation du niveau de la mer.

Il ne suffit pas de mobiliser davantage de moyens de maîtrise (de mobilisation de la ressource, de production d'électricité et de garantie d'électricité, de diminution des débits et hauteurs d'eau dans les zones inondées), il faut également faire l'effort de diminuer la vulnérabilité :
* Sobriété des usages de l'eau (dans les régions où les modèles climatiques indiquent une bassie de la ressource, ou une augmentation des durées des sécheresses),

* Maîtrise de la demande en électricité, et de la demande en pointe,

* Réduction de la vulnérabilité aux crues.

Un sujet central est celui des sécheresses. Le cas du Maroc (§3.4) n'est pas isolé : dans de nombreuses régions, la ressource, en volume annuel, devient insuf-fisante pour couvrir les besoins. Il est alors tentant de vouloir construire davantage de retenues de stockage – et c'est parfois une demande expresse des populations et des gouvernants – mais ce n'est pas toujours la meilleure option. L'effort, douloureux parfois, de réduction de la demande en eau est souvent nécessaire.

Des régions affectées par les épisodes de sécheresses ont développé des stratégies d'adaptation (par exemple [66]). De manière générale, ces stratégies passent par les axes suivants :

(a) La mesure et l'objectivation :

* mieux quantifier la ressource ; mieux quantifier (comptabiliser) les usages, par secteurs – en intégrant également les besoins environnementaux ; exercice difficile mais nécessaire,

* établir des projections d'évolution aux horizons appropriés, par exemple 2050 et 2100 et au-delà pour les projets les plus structurants,

* en admettant les marges d'incertitudes de cet exercice, que l'on pourra diminuer progressivement, par l'instrumentation et l'acquisition de connaissances.

(b) L'élaboration des règles de partage des eaux :

* élaboration de la stratégie d'adéquation entre ressources et besoins, dans l'état actuel et futur,

* mise en place d'une gouvernance permettant la mise en œuvre, le contrôle et l'adaptation du partage des eaux.

(c) Un travail sur la sobriété (réduction de la demande en eau) :

* lutter contre les gaspillages et les pertes,

* développer des programmes d'économie d'eau, dans les différents secteurs

* adapter l'agriculture, en promouvant des changements de pratiques, mieux adaptées aux conditions actuelles et futures.

(d) Un travail sur la mobilisation de la ressource :

* par exemple par les solutions de stockage développées au §4.3,

* par l'interconnexion entre des réservoirs, qui permet notamment de mutualiser la ressource entre régions excédentaires et régions déficitaires,

* en intégrant également les volets de maîtrise de la qualité de l'eau.

(e) La préparation aux crises :

* développement de scénarios de crise, et des parades à mettre en œuvre,

* mise en place d'une cellule de gestion de crise.
Ainsi, pour l'adaptation aux enjeux de sécheresse, la mobilisation de la ressource en eau est un axe parmi d'autres. Le travail sur la sobriété permet souvent de dégager des marges d'adaptation sur la mobilisation de la ressource.

Cette conclusion s'applique également aux mesures d'adaptation concernant les crues et l'élévation du niveau de la mer : il doit y avoir un travail sur la diminution de la vulnérabilité en parallèle du travail sur la mobilisation des moyens de protection.

### 4.2.2. L'adaptabilité passe par la flexibilité

Cette section concerne les barrages et réservoirs, et moins les digues de protection.

C'est une évidence : en contexte d'incertitude, l'Adaptabilité passe par une certaine flexibilité, c'est-à-dire par la capacité à utiliser au mieux l'ouvrage, ou les ouvrages formant un système, dans des scénarios variés de ressources disponibles et de besoins exprimés.

#### Flexibilité à l'échelle des systèmes

##### Electricité

Pour les systèmes électriques, il faut varier les sources d'approvisionnement, et limiter l'exposition à la variabilité du climat. Cela renforce l'intérêt des interconnexions régionales (ce qui peut toutefois avoir des inconvénients en termes de souveraineté énergétique). Cela conduit à considérer qu'il est nécessaire d'évaluer l'impact de sécheresses prolongées – plusieurs semaines à plusieurs années - sur la production hydroélectrique, et de disposer de moyens d'y faire face. Cela conduit à considérer l'impact de périodes à faible ensoleillement et faible vent sur la production solaire et éolienne, et de disposer par exemple de réserves de stockage de sécurité dans des retenues hydroélectriques.

##### Alimentation en eau

Pour les systèmes d'approvisionnement en eau, la même logique peut être mise en œuvre.

L'interconnexion entre retenues ou entre régions (lorsque c'est possible) augmente les marges d'exploitation. Cela s'est pratiqué dans de nombreux pays et peut par exemple être illustré par le transfert São Francisco mis en service en 2022 au Brésil : objectif de sécurisation de l'alimentation en eau du NordEste (1 milliard
de km², 28% de la population, 3% des ressources en eau), par deux canaux (260 km et 217 km, débit d'équipement 127 m³/s). [FM]

Le recours aux interconnexions est utilisé dans de nombreux pays et régions, lorsqu'il y a des écarts de ressource en eau entre les différentes parties du territoire, et que certaines parties du territoire sont affectés par des déficits. C'est par exemple le cas en Algérie (des montagnes vers les zones habitées et les plateaux du centre du pays, 1.5 km³ par an), en Californie (des rivières du Nord vers les grandes villes du Sud, 3 km³ par an), en Chine (transfert Sud-Nord, depuis le Yangtze, 5 km³ en 2022, estimation 15 km³ par an en 2030), au Maroc (projet de grand transfert du Nord vers le Sud, un peu moins de 1 km³ par an), en Tunisie (de la cote et du Nord-Ouest vers Tunis, vers les périmètres agricoles de l'Ouest et du Centre).

La redondance des sources d'alimentation offre des marges de sécurité en cas d'indisponibilité d'un ouvrage, pour cause de pollution de la retenue, ou d'incident physique sur le barrage

Des compléments d'alimentation « ne dépendant pas de la pluie » sont dans certains cas utilement mis en œuvre : eaux usées recyclées, nappe, dessalement. C'est par exemple ce qui est développé par la Western Australia Water Corporation, à travers un "Integrated Water Supply Scheme » (IWSS) [65]. Ce système, qui délivre plus de 300 hm³ chaque année, comporte : de l'eau de mer dessalée, de l'eau souterraine, des réservoirs de surface et de la recharge de nappe à partir d'eau usée traitée.

## Flexibilité à l'échelle des ouvrages

### Electricité

Pour les centrales hydroélectriques, la « flexibilité » consiste à pouvoir utiliser au mieux la ressource stockée : pouvoir agir avec des pas de temps de variations plus courts, avec des gammes de production plus large ; pouvoir stocker pendant des durées plus longues.

Les besoins sont très importants : l'Agence internationale de l'énergie et l'Agence internationale pour les énergies renouvelables prévoient la nécessité de doubler la capacité hydroélectrique installée dans leurs scénarios pour 2050 afin de soutenir l'intégration des sources renouvelables variables et la décarbonisation du système électrique. Une partie de cette électricité devra provenir des barrages existants, soit en augmentant la capacité des centrales hydroélectriques existantes, soit en ajoutant de la production hydroélectrique à des barrages non équipés. [FLe]. Ce qui a des implications techniques (sur les machines, sur les circuits hydrauliques) et des implications environnementales (effets sur la rivière en aval).
Ce nouveau contexte et les incertitudes qui pèsent sur les évolutions à venir conduisent à changer la vision portée sur les futurs ouvrages.

Les ouvrages de **petite hydroélectricité**, sans retenue de stockage ou avec des petites retenues, doivent être examinés avec soin. Ils sont, en moyenne, plus sensibles aux conséquences du changement climatique, là où ces conséquences augmentent les périodes de sécheresse ou de basses eaux. [MHTK]. On peut également penser que leur empreinte écologique rapportée au MW stocké ou au kWh produit, est généralement plus forte que des projets de plus grande envergure.

Les ouvrages de production d'électricité **au fil de l'eau** (« run-off-river ») perdent et continueront à perdre de l'intérêt dans de nombreux contextes géographiques (mais pas partout), lorsqu'ils ne bénéficient pas d'une régularisation des débits par un réservoir situé en amont et assurant une régularisation annuelle et interannuelle. Sur les rivières non régulées, ces ouvrages ont pour vocation première la production d'électricité de base, sans objectif de garantie ; ils ont historiquement joué un rôle clé de production d'électricité à bon marché, en combinaison avec des centrales thermiques qui assuraient la garantie de fourniture en basses eaux. Désormais, il y a d'autres solutions bon marché (solaire, éolien), et désormais le recours au thermique diminue. L'électricité au fil de l'eau doit alors souvent démontrer une capacité de fourniture garantie, typiquement en accompagnement de l'électricité solaire (régulation jour/nuit), ou démontrer une contribution suffisamment utile en services auxiliaires (réglage de la fréquence, réserve tournante) en accompagnement de l'électricité solaire. Ainsi, la justification économique des centrales au fil de l'eau, sur les rivières non régulées, est souvent plus difficile, et peut-être impossible dès lors que les épisodes de basses eaux limitent substantiellement l'énergie garantie disponible. [PR].

Les ouvrages au fil de l'eau conservent cependant leur intérêt dans plusieurs contextes : dans les régions où l'électricité hydraulique est moins chère que l'électricité éolienne ou solaire ; dans les grands réseaux où ils contribuent à la diversification des sources de production intermittentes ; sur les cours d'eau où un stockage amont (ou des conditions hydrologiques particulières) limite suffisamment la fréquence et la sévérité des épisodes de basses eaux.

A l'inverse, les sites de production électrique **avec réservoir** voient leur intérêt renforcé, par leur capacité à stocker l'énergie, et compenser les intermittences du soleil et du vent. Pour tirer pleinement profit de ces avantages, il faut une capacité installée qui permet la régulation journalière, et par conséquent : un débit d'équipement nettement supérieur au débit moyen de la rivière, sinon aucune régulation n'est possible.

Il faut pouvoir pratiquer la **flexibilité**, avec des variations fréquentes des débits turbinés. Pour les usines hydroélectriques, augmenter la flexibilité nécessite des adaptations des machines (turbines, générateurs, auxiliaires), éventuellement des circuits hydrauliques, et peut bénéficier de l'adjonction de batteries. Il y a
beaucoup de progrès et de nouveautés en la matière, qui dépassent le cadre de ce rapport. On pourra par exemple examiner les acquis du projet XFLEX [36].

Pour la rivière, il faut vérifier que les variations de débit imposées à l'aval ne soient pas, ou pas trop, dommageables pour l'environnement (ce qui peut se faire par le recours à du stockage intermédiaire avant restitution à la rivière).

## Alimentation en eau

Pour les barrages destinés à l'alimentation en eau (eau potable, eau industrielle, eau pour l'irrigation, eau pour la biodiversité), la flexibilité est la capacité à s'adapter aux scénarios futurs de ressource en eau et de demande en eau.

Le climat futur est souvent synonyme de plus grande irrégularité : crues plus fortes, sécheresses plus fréquentes. Ainsi, en première approximation au moins, plus la capacité de stockage est importante, plus grande sont les chances de pouvoir faire aux écarts temporaires entre les débits naturels et la demande en eau. Sous certains climats, il faut cependant porter attention à deux effets induits : une plus grande retenue piège davantage les sédiments (ce qui a des conséquences potentiellement négatives à l'aval) ; une plus grande retenue expose à davantage de pertes par évaporation. Dans ces cas, les options de stockage hors rivière (§5.1) peuvent apporter des réponses adaptées. L'augmentation de la capacité de stockage est traitée au §4.3.

La flexibilité passe également par les conditions d'exploitation. A volume de stockage fixé, il y a des possibilités, parfois importantes, d'optimiser les conditions d'exploitation, en anticipant par des modèles adaptés les apports d'eau dans la retenue et les demandes en eau – notamment agricoles. Il faut pour cela disposer de données et de modèles adaptés (§4.7). Les modèles climatiques permettent, dans une certaine mesure, de prévoir la typologie générale du climat à l'échelle saisonnière (quelques mois). Tant que cela n'a pas d'incidence sur la sécurité des barrages, il pourrait être envisagé d'en tenir compte via une certaine flexibilité dans la gestion des retenues, par exemple en introduisant une possibilité de surremplissage (au-delà du niveau normal) en cas de prévision d'année sèche [TF].

Pour les barrages à vocation écosystémiques (notamment : favorisant la biodiversité), la flexibilité est également une affaire de mesures in-situ (de l'état de écosystèmes) et d'adéquation entre la ressource disponible et les besoins écologiques. Cela a par exemple été illustré dans le cas des sécheresses en Tasmanie, Australie (§3.4).

## Protection contre les inondations

Pour les barrages à vocation de protection contre les inondations, la flexibilité consiste à optimiser l'efficacité en fonction des volumes de stockage disponible.
La première option consiste à augmenter le volume de stockage disponible en crue, par exemple en surélevant l'ouvrage (exemple pour le cas du barrage de la Lauch, dans Q108-R6). A volume de retenue inchangé, il y a des options :

* Augmenter le débit de la crue d'aval acceptable, pour ne stocker qu'au-delà d'un débit plus important,

* Adopter une gestion adaptative avant la crue, en opérant des creux préventifs (exemple du Japon, §3.4) et, pendant la crue, en adaptant la gestion du barrage en fonction de la prévision d'évolution de la crue (exemple de Q108-R22, sur le barrage de Stânca-Costeşti). Cela nécessite, dans les deux cas, de disposer de moyens de prévision des crues, quelques heures voire quelques jours à l'avance.

Pour les barrages secs (« dry dams »), la flexibilité exposée ci-dessus peut nécessiter de prévoir des vannes dans les orifices de fond. C'est un facteur de complexité, et également un facteur de risque en cas de mauvaise manipulation des vannes, mais cela offre des gains d'efficacité certains. Pour éviter tout contentieux avec les populations protégées en aval, il est important de disposer de « consignes de crue », qui exposent de manière claire et univoque les conditions de manœuvre des vannes en fonction des paramètres d'entrée (cote, débit).

## Réservoirs à usage multiple

Pour les réservoirs à usages multiples, la flexibilité consiste à pouvoir modifier la répartition des usages au cours du temps. Cela peut nécessiter des aménagements des ouvrages (par exemple : surélévation), et cela peut avoir des incidences financières et contractuelles, par exemple s'il s'agit de réduire la production électrique pour optimiser les autres usages (stockage d'énergie, limitation des incidences des sécheresses et des crues, soutien à des fonctions écologiques).

En temps de crise, les réservoirs peuvent jouer un rôle important de résilience pour les sociétés : disponibilité en eau en cas de sécheresse majeure, lutte contre les feux de forêt, zone refuge en cas de vague de chaleur, ... Permettre que ce rôle de résilience soit effectivement disponible le jour venu peut nécessiter de limiter exceptionnellement les autres usages, de sorte que la réserve ultime soit bien disponible.

## 4.3. STOCKER L'EAU DOUCE

### 4.3.1. Etat des lieux

L'eau douce est rare. On en connaît, avec une part d'incertitude assez large, les principales grandeurs, en termes de stocks et de flux [32][33][34]. L'eau est stockée, sur les continents, sous forme d'eau de surface, dans l'humidité des sols et
les tourbières, dans les glaciers montagneux, les pergélisols et glaces souterraines, et dans l'eau douce souterraine. Et en moyenne, il y a 13 km³ d'eau dans l'atmosphère.

Il faut moduler ces réserves par le temps de séjour moyen : 1500 ans pour les eaux souterraines, 30 ans pour les lacs d'eau douce, 1,8 an pour l'humidité des sols, 17 jours pour les rivières, 9,5 jours pour l'atmosphère. Ainsi, en flux annuel, les chiffres principaux sont les suivants :

<table><caption>Table 1
Inventaire des volumes d'eau douce disponibles, en flux annuel, tableau repris de [33]</caption><thead><tr><td>COMPARTIMENT</td><td>VOLUME (KM³)</td><td>TEMPS DE RÉSIDENCE MOYEN</td><td>FLUX ANNUEL (KM³/AN)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Glace de l'Antarctique</td><td>25 millions</td><td>10 000 ans</td><td>2 600</td></tr><tr><td>Glace du Groënland</td><td>3 millions</td><td>5 000 ans</td><td>600</td></tr><tr><td>Glaciers de montagne</td><td>80 000 à 200 000</td><td>100 à 300 ans</td><td>800</td></tr><tr><td>Pergélisol</td><td>22 000</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Eaux souterraines</td><td>15 millions (de 7 à 330 millions)</td><td>1 500 ans</td><td>10 000</td></tr><tr><td>Eaux des lacs d'eau douce</td><td>176 000</td><td>30 ans</td><td>5 900</td></tr><tr><td>Eau présente dans les sols</td><td>122 000</td><td>1,8 ans</td><td>70 000</td></tr><tr><td>Mers intérieures</td><td>105 000</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Eau dans l'atmosphère</td><td>12 700</td><td>9,5 jours</td><td>486 000</td></tr><tr><td>Eau dans les rivières</td><td>1 700</td><td>17 jours</td><td>36 800</td></tr><tr><td>Eau dans les cellules vivantes</td><td>1 100</td><td>quelques heures</td><td></td></tr></tbody></table>

Il est intéressant de rapporter deux autres chiffres en lien avec ce tableau :

* Chaque année, environ 4 600 km³ d'eau est consommée (source : [35])

* Le registre mondial de la CIGB indique que le volume brut de stockage des réservoirs est 9000 km³. Une fraction significative de ce volume a été perdu par sédimentation ; une autre partie n'est pas utilisable (« volume mort »). Le volume utile pourrait être de l'ordre de 5000 km³, ou un peu plus. Ce n'est qu'une petite fraction du volume des lacs d'eau douce, mais le temps de résidence étant beaucoup plus court, cela représente une grande partie du flux annuel.
4.3.2. Lorsque c'est possible, stocker davantage

Il faut augmenter la capacité de stockage, pour augmenter le flux annuel utilisable.

« Il faut », car c'est un instrument majeur de flexibilité (au sens du §0). Cela malgré les nécessaires efforts préalables de réduction de la vulnérabilité (au sens du §4.2.1), et notamment de sobriété, en beaucoup d'endroits du monde, ne suffira pas. Comme le mentionne Felipe Lazaro, pour la Banque Mondiale, « L'eau et le stockage de l'eau sont des éléments essentiels de l'adaptation au changement climatique, de l'atténuation des émissions et de l'augmentation de la résilience à l'incertitude. Ces considérations sont essentielles à la promotion d'un développement vert, résilient et inclusif et à la réalisation des engagements pris dans le cadre du Plan d'action de la Banque mondiale contre le changement climatique [...] En tant qu'infrastructures à longue durée de vie, [les barrages et réservoirs] offrent des avantages considérables à la société, en permettant le stockage de l'eau pour l'approvisionnement en eau potable, l'irrigation, la production d'électricité et l'atténuation des inondations.». [FLa]

Ces affirmations ont par exemple été confirmées par des études quantitatives pour le Sud de l'Europe, c'est-à-dire toute la façade Nord de la mer Méditerranée (case study CS9 de [24]). Il s'agit d'une région qui subit, et va continuer de subir une diminution importante des débits moyens annuels, et une augmentation importante de l'irrégularité des débits. 16 bassins versants majeurs ont été étudiés, pour évaluer l'impact du changement climatique sur la ressource en eau. Il est observé qu'augmenter capacités de stockage atténue la réduction de la ressource en eau et réduit l'incertitude associée aux projections climatiques.

Les rapports nationaux sur le climat et le développement (Country Climate and Development Reports, CCDR) donnent une image des priorités selon les pays. Selon une analyse réalisée en 2024 par la Banque Mondiale, l'augmentation de la capacité de stockage de l'eau pour l'hydroélectricité, l'irrigation et l'eau potable est l'action du secteur de l'eau la plus fréquemment mentionnée dans les 52 CCDR examinés. Les investissements prioritaires varient en fonction du contexte spécifique du pays, avec des interventions telles que l'expansion de l'infrastructure de l'eau et l'investissement dans le stockage de l'eau à usages multiples (Argentine, Irak, Malawi, Kenya), la protection des eaux souterraines et la recharge gérée des aquifères (Bangladesh, Ghana, Maroc), l'investissement dans l'énergie hydroélectrique par pompage (Jordanie), les systèmes de collecte des eaux de pluie (Ghana) et le stockage dans le réseau de distribution d'eau (Jordanie), la révision de l'exploitation des réservoirs pour mieux équilibrer les demandes entre les secteurs (Kazakhstan), la diversification des sources d'eau (Malawi), ainsi que des solutions de stockage basées sur la nature (Kazakhstan, Philippines) et la conservation et la restauration du stockage naturel (Roumanie, Paraguay), parmi d'autres. Tous les CCDR soulignent l'importance d'accroître l'adaptabilité du stockage de l'eau face à des conditions hydroclimatiques plus variables et d'explorer les possibilités de combiner le stockage construit avec des solutions basées sur la nature. [FLa]
Or, comme le mentionne G. Annandale, "As hydrologic variability increases the reliability will decrease. The only way to deal with this when using rivers to produce power and supply water is to increase reservoir storage. [...] The dilemma is that global storage is currently decreasing more rapidly due to reservoir sedimentation than what we are adding due to the construction of new dams.» [GA]

Ce constat renforce l'idée selon laquelle il y a lieu d'envisager de nouveaux stockages, en de nombreux endroits du monde. Le présent rapport examine les options de stockage dans les réservoirs de surface et, dans une certaine mesure, les options dans les nappes (superficielles, profondes). Il faut cependant constater qu'il y a des limites générales au stockage, limites brièvement exposées dans la section suivante.

### 4.3.3. Stocker dans les réservoirs a ses limites

#### Limites sociétales du stockage dans les réservoirs de surface

Les sociétés ne sont pas toutes prêtes à accepter la construction de nouveaux ouvrages. Les arguments contre les nouveaux ouvrages sont connus :

* les barrages perturbent les milieux naturels, et dans certains cas ils peuvent avoir des impacts sociaux négatifs par exemple en raison de l'ennoiement des terrains dans les retenues et de la diminution des débits à l'aval,

* les barrages font persister un modèle ancien jugé obsolète et seraient ainsi un obstacle à l'adaptation – par exemple lorsqu'ils ont pour fonction l'irrigation dans des zones soumises à la sécheresse, les opposants réclament d'abord un changement des pratiques agricoles.

Il faut reconnaître le fait que les barrages, digues et réservoirs sont des ouvrages structurants, qui ont des effets importants sur les milieux et les sociétés, et que ces effets doivent être pris en compte. Cela passe notamment par les études d'impacts environnementales et sociales, et par la concertation avec les parties prenantes. Cette nécessité est parfaitement reconnue par la profession, voir par exemple : « Position Paper on Dams and the Environment » de ICOLD [23] ou initiative Hydropower Sustainability Standard [38].

Le débat sur ces sujets n'est pas toujours fondé sur des données et des approches scientifiques, et notre profession considère que, parfois, les arguments soulevés par les opposants aux barrages ressortent davantage d'une opposition systématique que d'une analyse objective, au cas par cas. Quoi que l'on en pense, il faut pour l'instant composer avec cette limite sociétale. Il est possible que cela change à l'avenir, avec l'augmentation des besoins de stockage partout dans le monde et avec, du côté de la profession des barrages, la poursuite des progrès dans la prise en compte des sujets environnementaux et sociaux.
## Limites environnementales du stockage dans les réservoirs de surface

La construction d'un réservoir de surface se fait nécessairement au détriment de certains pans de la biodiversité (§3.3). Par ailleurs, la construction d'un réservoir destiné à l'alimentation en eau (en particulier l'eau pour l'irrigation) signifie nécessairement que des volumes importants d'eau seront consommés, et ne seront plus disponibles, pour les milieux naturels et les populations. L'exemple de la mer d'Aral est bien connu. La construction d'un réservoir destiné à la production hydroélectrique ne consomme pas d'eau (à l'exception de l'évaporation), mais modifie le régime de la rivière ; il y a des conséquences également pour les milieux naturels et les populations, mais généralement moindres.

Ainsi, tout nouveau réservoir résulte d'une transaction entre des bénéfices (contribution à l'adaptation) et des coûts (impacts négatifs qui pénalisent l'adaptation). Dans certains cas, et du strict point de vue de l'adaptation des sociétés humaines au changement climatique, il vaudra mieux ne pas construire.

## Limites physiques du stockage dans les réservoirs de surface

Il est tentant d'augmenter la capacité de stockage des retenues, pour opérer du stockage pluriannuel. L'expérience de certains pays affectés par des conditions hydrologiques déficitaires et surtout irrégulières (par exemple, la Tunisie, §3.4) a été de prévoir des retenues de grand volume, typiquement deux fois le volume des apports annuels. Cela a permis à la Tunisie de disposer de ressources en eau largement fiabilisées par rapport au régime naturel des oueds, et ainsi de répondre à ses besoins. Cependant, cette solution n'est pas nécessairement durable (augmentation du piégeage des sédiments) ni nécessairement adaptable aux conditions climatiques futures (possible insuffisance des ressources hydriques, forte exposition à l'évaporation) : sa fiabilité doit être vérifiée avec soin sous les hypothèses de climat futur, et en tenant compte de la sédimentation.

Le stockage hors rivière et les interconnexions offrent des solutions qui peuvent repousser les limites physiques, en diminuant (voire supprimant) l'exposition à la sédimentation et en diminuant les effets de l'évaporation, cf. §5).

## Limites physiques du stockage dans les réservoirs souterrains

Les chiffres du §4.3.1 sont tels qu'il est tentant de vouloir augmenter le stockage en souterrain dans des aquifères exploités. Cela présente au moins un théorie un autre avantage : l'eau stockée en souterrain ne s'évapore pas et elle est protégée des pollutions. Ces considérations ont conduit à développer des technologies de barrages souterrains et de recharge aquifère. Ces ouvrages ont en particulier été envisagés en pays aride.
L'examen de ce qui a été expérimenté met cependant en évidence une série de limites physiques ou économiques, décrites au §5.5, qui expliquent que ce développement a été limité. Cependant, les volumes de stockage disponibles dans les sols et les roches sont très importants. Il est toutefois possible que des inven- tions ou progrès dans la compréhension des mécanismes physiques ouvrent la voie à de nouvelles options de stockage en souterrain.

### 4.3.4. Stratégies, pour le stockage

#### Multiplier les approches

Considérant les besoins en stockage actuels et futurs, et considérant les différentes limites exposées ci-dessus, il paraît raisonnable de multiplier les approches.

La Banque Mondiale promeut [23] une approche très ouverte, baptisée « 5 Rs », dans laquelle : (a) Les réservoirs des barrages sont une des contributions aux stockages requis et (b) La construction de nouveaux réservoirs est une des options à

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Fig. 7
Les "5Rs" de la Banque Mondiale [29]</figcaption></figure>
explorer, en parallèle des actions sur les ouvrages en service. Cette approche est présentée par les diagrammes ci-dessous.

S'agissant des réservoirs de barrage, le bulletin 200 de la CIGB [23] recommande de prioriser l'amélioration des infrastructures existantes (optimisation de l'exploitation, amélioration de l'efficacité) avant d'envisager des options plus coûteuses telles que la surélévation, la construction de nouveaux barrages, les ouvrages de transfert d'eau ou la végétalisation des bassins versants.

## Note spécifique au stockage pour la production hydroélectrique

Il y a encore un potentiel important pour de nouveaux projets hydroélectriques dans de nombreux pays du monde. En particulier, le potentiel hydroélectrique de l'Afrique est exploité à moins de 10%. Parmi ceux-ci, les projets disposant de réservoirs auront une meilleure adaptabilité que les projets au fil de l'eau lorsque les projets au fil de l'eau ne sont pas régulés par un réservoir situé en amont.

Il est raisonnable de penser cependant que ces projets seront généralement moins nombreux que les projets éoliens et solaires. Le rapport Q108-R20 illustre par exemple la stratégie de l'Inde :

<table><caption>Table 2
Stratégie de développement des énergies renouvelables en Inde, Q108-R20</caption><thead><tr><th></th><th>ACTUEL</th><th>2030</th><th>2047</th></tr></thead><tbody><tr><td>Hydroélectricité (hors STEP)</td><td>47 GW</td><td>55 GW</td><td>87 GW</td></tr><tr><td>STEP</td><td>4 GW</td><td>19 GW</td><td>116 GW</td></tr><tr><td>Solaire</td><td></td><td>293 GW</td><td>1200 GW</td></tr><tr><td>Eolien</td><td></td><td>100 GW</td><td>436 GW</td></tr></tbody></table>

Dans certains pays particulièrement favorisés par les conditions naturelles (hydrologie et topographie), l'hydroélectricité jouera un rôle de tout premier plan dans le mix énergétique futur. Dans beaucoup d'autres, il s'agira d'un rôle d'accompagnement. Cela peut amener à recentrer les réservoirs hydroélectriques sur deux fonctions à forte valeur ajoutée sociétale :

* Permettre le déploiement des énergies renouvelables intermittentes, en fournissant des capacités de stockage et les services permettant d'assurer la stabilité des réseaux électriques

* Donner de la place aux autres usages, qui vont offrir aux sociétés une contribution à l'adaptation nécessaire.
Comme écrit dans Q108-R20, à propos de l'Inde, « [...] by 2047, India needs to construct around 1000 dams. Apart from meeting requirement of energy transition, these high dams with water storage will provide resilience and address environment vulnerability against droughts, mitigate the risk of flooding and reduce the frequency and extent of inundations and development of artificial wetlands. [...] Increased Dams with reservoir storage capacity will help to tackle hydrologic variability and heightened risk and uncertainty due to climate change»

## 4.4. LIMITER LES INONDATIONS

### 4.4.1. Approches intégrées

Limiter les inondations par les cours d'eau peut être réalisé au travers de différentes approches, que l'on peut combiner :

* à la source, favoriser l'infiltration (par la suppression de surfaces imperméabilisées et par le ralentissement des écoulements) et limiter l'érosion par l'aménagement des bassins versants (exemple du Japon qui était complètement déboisé à la fin du XIXème siècle et qui est maintenant très boisé)

* le long du cours d'eau, en favorisant l'inondation de plaines en lit majeur (« ralentissement dynamique »)

* par du stockage dans des réservoirs, éventuellement sec hors période de crue,

* par des digues de protection plus ou moins éloignées du lit mineur de la rivière,

* dans la zone à protéger, par la réduction de la vulnérabilité (diminuer le risque humain et les enjeux économiques dans les zones soumises à l'inondation).

Le stockage dans les réservoirs de barrage et les digues de protection ont fait la preuve de leur utilité dans de très nombreuses circonstances. Il est recommandé également de recourir aux solutions de réduction de la vulnérabilité et d'amélioration de l'infiltration, qui sont des solutions sans regret, car elles fonctionnent quelles que soient les crues.

A proximité de la mer, les inondations peuvent provenir des submersions marines et de la courbe de remous dans les estuaires et les fleuves. Limiter les inondations par les submersions marines et la surcote dans les fleuves proches de la mer peut être réalisé au travers de différentes approches, que l'on peut combiner :

* par des digues de protection et des barrières de protection,

* dans la zone à protéger, par la réduction de la vulnérabilité,

* dans la zone à protéger, par des procédés d'abaissement de la ligne d'eau par pompage,
* par du stockage dans des réservoirs pour limiter les débits des fleuves côtiers dans les zones à protéger.

Des généralités sur le stockage des crues dans les réservoirs sont présentées dans la section suivante. Le §5 présente quelques solutions techniques nouvelles pouvant être utilisées pour la limitation des inondations.

### 4.4.2. Du stockage additionnel dans les barrages

Disposer de capacités de stockage est dans de nombreux cas une mesure efficace de limitation des débits de crue. Trois grandes options sont souvent examinées :

* disposer d'une capacité de laminage dans un réservoir (qui peut être destiné à d'autres usages),

* barrages secs (« dry dams ») qui sont parfois préférés pour des raisons environnementales,

* stockage temporaire dans des barrages destinés à d'autres usages (« creux préventifs »).

L'efficacité des barrages et des digues pour la protection contre les crues se mesure au droit des enjeux protégés. Les évaluations correspondantes ne sont pas toujours faciles à mener : lorsque les barrages ne sont pas proches des enjeux, l'efficacité du laminage des crues peut être diminué par les effets de concomitance entre les différents apports intermédiaires, par les affluents à l'aval du barrage (problématique de l' « horloge des crues »).

La conception et l'exploitation des barrages destinés à l'écritement des crues nécessite une attention particulière à la question de la progressivité des crues à l'aval du barrage. Il s'agit d'éviter les effets de seuils qui se manifesteraient par le passage, à l'endroit des enjeux protégés, d'une situation de protection très efficace (fort écrêtement des crues) à une situation sans efficacité (peu ou pas d'écrêtement des crues). Dans la mesure du possible,

* les déversoirs, qui régulent la conversion du débit d'entrée maximal en débit de sortie maximal pour des crues de différentes périodes de retour, doivent permettre une augmentation progressive du débit maximal évacué par rapport au débit maximal entrant. Cela maintient une certaine culture des crues auprès des populations aval.

* les débits restitués à l'aval par le barrage sont utilement restitués avec une forme d'hydrogramme progressive ; cela limite l'effet de surprise pour les populations.

Pour les barrages dont la destination principale est la protection contre les inondations, il est utile d'examiner les possibilités de conception de barrage tolérant
à la surverse (pouvant être surversé sans risque de rupture). Il s'agit de garantir, par des mesures adéquates de protection de la crête, du parement aval et de la restitution en pied de barrage, la résistance du barrage à une surverse modérée. Cela permet d'envisager la situation d'une cote de retenue qui dépasse la cote de la crête, avec deux avantages importants :

* cela peut éviter, dans certains cas, de devoir ouvrir trop rapidement des vannes de crue pour protéger le barrage : cela peut améliorer la progressivité de l'hydrogramme restitué,

* cela offre un gain de sécurité ultime, appréciable pour tous les barrages compte-tenu des incertitudes hydrologiques, mais particulièrement intéressant pour les barrages de protection contre les inondations en raison de leurs spécificités (forts enjeux aval et, souvent, débitance des évacuateurs de crue sensiblement inférieure au débit de pointe des crues).

Cette thématique, techniquement délicate dans le cas des barrages en remblai, est un sujet de recherche à faire progresser.

### 4.4.3. Garder à l'esprit les limites du stockage des crues

Les barrages ne permettent pas de supprimer les effets des crues à l'aval ; en revanche, ils permettent d'en atténuer les effets. Il y a donc régulièrement des événements d'inondations importantes, alors même qu'il y a des barrages dans le bassin versant. Cela a conduit dans certains cas à des procès, dont il est possible de tirer quelques leçons [PM] :

* La fiabilité des données sur les inondations en amont pendant un événement est cruciale.

* Des protocoles de communication clairs et une confiance mutuelle entre les parties prenantes sont extrêmement précieux.

* Plans de gestion des inondations : il y a lieu de :

* Définir clairement les objectifs, les rôles et les processus pour les actions opérationnelles.

* Consulter les parties prenantes et communiquer clairement le plan ainsi que ses limites.

* Fournir des déclarations explicites sur l'utilisation et les limites des prévisions.

* Si une marge de manœuvre peut être utilisée, elle doit être explicitement mentionnée dans le plan ; sinon, il faut s'en tenir strictement au plan.

* Ne pas « sur-vendre » les bénéfices apportés par les barrages lors des événements d'inondation ; communiquer sur les risques résiduels d'inondation, pour limiter l'effet de surprise en crue.

* Une attention particulière doit être portée aux exigences d'atténuation des inondations, afin d'éviter des attentes ou exigences irréalisables.

* Les attentes du public évoluent dans un contexte en constante mutation.
## 4.5. PROMOUVOIR LA BIODIVERSITÉ

Par leur présence même, les lacs de retenues peuvent avoir des contributions positives. Par exemple, 54% des retenues en Slovénie sont considérés comme des sites où des mesures de protections ont été mises en œuvre, en raison de leur importance écologique [MK]. De nombreux lacs artificiels sont classés comme site d'importance Ramsar. L'IPBES souligne également les contributions positives (§3.3).

Par ailleurs, les modes d'exploitation ont leur importance. Une exploitation adaptée des barrages et de la rivière peut avoir des effets bénéfiques importants, ce que montrent des exemples dans différents pays. Notamment :

* En maintenant un apport en eau en situation de sécheresse. Par exemple, en Australie, une attention particulière a été portée aux besoins écologiques pendant la gestion de la sécheresse de 2015-16 (§3.4).

* En travaillant sur la continuité écologique (poissons, sédiments). Par exemple, au Japon, des interventions de gestion sédimentaire ont un impact sur la biodiversité en permettant le développement d'habitats diversifiés et favorables [TS].

* En tentant de progresser sur la qualité de l'eau relâchée à l'aval. En effet, les lâchers d'eau provenant du fond du réservoir ont des incidences négatives : dégazage du méthane en aval, températures d'eau non naturelles, eau de mauvaise qualité biochimique [AH]. Les solutions de prises d'eau étagées, ou de prises d'eau de surface permettent une amélioration de la qualité de l'eau relâchée [TS].

Promouvoir ou soutenir la biodiversité, c'est certainement contribuer à l'adaptation. C'est un sujet important, qui fait l'objet de travaux de recherche et d'expérimentations, et qui n'est pas développé dans le présent rapport.

## 4.6. GOUVERNANCE : PRENDRE LES BONNES DÉCISIONS

### 4.6.1. Une question de méthode

Le contexte de la Prise de décision

Des projets de construction neuve, de réhabilitation ou de modification d'ouvrages sont discutés et envisagés partout dans le monde. Une question centrale est de savoir comment les décisions sont prises, sur l'opportunité des travaux et sur leur conception générale. [EH]

La prise de décision doit être établie sur la base d'objectifs clairs prédéfinis : répondre à des besoins (en eau, en électricité, en protection), améliorer la résilience
aux situation exceptionnelles, améliorer les conditions environnementales, etc ...
Dans le cas des barrages et des digues, compte-tenu de leur aspect structurant, la
Contribution à l'adaptation devrait toujours être un objectif central. La Contribution à
l'atténuation est également souvent un objectif majeur. La prise de décision doit
intégrer l'ensemble des contraintes. Parmi ces contraintes, il y a lieu d'intégrer
l'Adaptabilité, et la Soutenabilité.

Cela soulève des questions de gouvernance et de méthode : comment et par quels organes sont définis ces objectifs et les contraintes ; comment la prise en compte de ces objectifs et contraintes est-elle menée ?

Définition des objectifs et des contraintes

La définition des objectifs et des contraintes est du ressort de la puissance publique.

L'expérience montre qu'il y a consensus sur la nécessité de prendre en compte les objectifs et contraintes mentionnées au § précédent, consensus reflété notamment dans les positions de la CIGB. L'expérience montre cependant que ce consensus est difficilement traduit dans les faits car, lorsqu'un projet est développé, les considérations économiques, financières et sociales de court terme prennent une place prépondérante.

En réalité, pour que ces objectifs et contraintes soient pris en compte, ils doivent être imposés, de manière explicite et contraignante, par la puissance publique. Comme l'exprime Eric Halpin : « Laws and regulations which specify long term requirements for items like sustainability and climate change move these important topics outside the cost effectiveness of decision making, which is likely a must » [EH].

Méthodes de travail

Depuis quelques décennies déjà, l'approche par la seule maximisation d'un bénéfice unique (minimisation du coût de l'électricité produite, minimisation du coût du mètre cube d'eau régularisé) est abandonnée. Les analyses multicritères ont été souvent mises en œuvre, mais elles sont exposées à des critiques, pour au moins deux raisons : (1) leur caractère souvent subjectif qui les expose à des biais de jugement et (2) le fait qu'elles sont mal adaptées à la prise en compte de scénarios (de climat futur). Les démarches recommandées aujourd'hui sont la combinaison :

* De démarches quantitatives : approche par les risques (« risk informed decision making ») et analyses en cycle de vie (« LCA » et « LCSA »).

* D'approches holistiques : études environnementales et sociales, concertation avec les parties prenantes et notamment les populations affectées.

Ce sont des démarches potentiellement lourdes et il convient de les proportionner à l'importance de la décision à prendre. Ce sont des démarches qui
restent soumises à une part (importante) de subjectivité, en particulier lorsqu'il s'agit de prendre en compte des coûts et bénéfices indirects et des externalités non monétisables. Quelques-uns de ces éléments de méthode sont détaillés dans les sections qui suivent.

### 4.6.2. Penser « soutenabilité »

#### Evaluer la soutenabilité

Le développement de nouveaux ouvrages ou la transformation des ouvrages existants doit être conduite en intégrant la soutenabilité, c'est-à-dire la minimisation des impacts environnementaux et sociaux. Le présent rapport n'examine pas ces objectifs. Il importe cependant de rappeler que, à services rendus équivalents, les projets peuvent avoir une empreinte environnementale et sociale plus ou moins grande.

Des analyses en cycle de vie permettent de comparer les différentes options, et de privilégier les options qui, entre autres thématiques, minimisent les émissions de GES provoquées par la construction des ouvrages et de la mise en eau des retenues. Les émissions de GES ne sont pas le seul paramètre à prendre en compte pour juger de la soutenabilité d'un projet et, à la suite d'initiatives telles que celle de l'Hydropower Sustainability Alliance, des travaux en cours de la CIGB viendront fournir des outils permettant de préciser cette question.

#### Allonger la durée de service

##### Généralités

Un paramètre central de la soutenabilité est la durée de service. En première analyse, doubler la durée de service d'un réservoir (durée de service 2D au lieu de D), c'est diviser par deux le coût environnemental de la construction. En effet, sur la durée globale de service, 2D, on ne construit alors qu'un ouvrage, plutôt que deux.

Ce calcul est un peu simpliste et doit être modulé : il vaut mieux émettre 1 tonne de CO2 dans 100 ans qu'émettre 1 tonne de CO2 aujourd'hui ; il vaut mieux mettre en œuvre une mesure favorisant la biodiversité aujourd'hui plutôt que dans 100 ans. Il y a donc, comme pour les approches monétaires, une forme de taux d'actualisation à considérer pour indiquer qu'il y a une « préférence pour le présent » : faire les efforts aujourd'hui (pour le changement climatique, pour la biodiversité) est plus efficace que faire les efforts demain.

Cette modulation ne modifie pas l'affirmation principale : doubler la durée de service d'un réservoir, ce n'est pas exactement diviser par deux le coût environnemental de la construction, mais c'est certainement le diminuer de manière très importante.
Des réservoirs de barrage sont en service depuis des centaines d'années. D'autres sont hors service au bout de quelques années ou quelques décennies. Il y a donc des marges de manœuvre.

Durabilité des réservoirs : Sédimentation

La prise en compte de la sédimentation dans la conception et l'exploitation des barrages est un sujet majeur, à tous égards : Soutenabilité, Adaptabilité, Contribution à l'adaptation. La gestion sédimentaire doit être une composante majeure des projets avec une vision de long terme, 100 ans, 200 ans et pourquoi pas davantage. Malheureusement, il est encore constaté de nos jours que certains projets se contentent d'un horizon de 20 ou 30 ans, horizon compatible avec la durée de retour sur investissement d'un aménagement hydroélectrique privé. Par ailleurs, le changement climatique devrait conduire à une augmentation du transport sédimentaire.

La gestion sédimentaire est une thématique difficile, mais pour laquelle des progrès sont réalisés, et dont il faut tenir compte dans la conception des projets, et dans l'exploitation des barrages :

* L'amélioration des moyens d'étude (simulation de transport sédimentaire ; intégration des indications de pollution des sédiments dans les analyses) permet d'affiner les modes d'exploitation des ouvrages.

* Pour les ouvrages neufs, et sous réserve des conditions locales, l'expérience accumulée montre l'utilité de prévoir des organes de fond dimensionnés pour la crue de 50 ans environ ; cela permet de mettre en œuvre des opérations de gestion sédimentaire efficaces. [AS]

* Pour les ouvrages en cascade, l'expérience montre l'utilité de prévoir des opérations de gestion sédimentaire coordonnée le long des ouvrages de la cascade.

* Il y a, dans de nombreuses régions, une utilité certaine à lutter contre l'érosion à la source. Les mesures de conservation des sols ont le double avantage de maintenir la richesse des sols (et donc leur biodiversité, leur productivité) et de limiter l'alluvionnement. Il s'agit de travaux de longue haleine, qui ont été parfois couronnés de succès avec des bénéfices à court terme et à long terme.

La thématique de la gestion sédimentaire est traitée par plusieurs bulletins de la CIGB (bulletins 140, 147, 182, 193) et n'est pas développée dans ce rapport.

Durabilité des structures : Conception générale et Matériaux de construction

Il ne paraît pas impossible, et sans doute souhaitable, de vouloir construire des barrages conçus pour durer bien plus de 100 ans. La durée de vie d'un barrage dépend de sa conception (les facteurs de vieillissement sont-ils identifiés et la
maintenance est-elle possible ?) et de la nature des matériaux de construction (sont-ils sensibles au vieillissement ?). Elle dépend également de sa capacité à résister aux événements extrêmes qu'il peut subir. Cet objectif est de plus en bonne synergie avec la problématique de la sécurité des barrages.

La discussion sur ces thématiques sort du cadre du présent rapport.

## Faut-il accélérer et simplifier les procédures d'autorisation environnementale ?

Q108-R20 indique que le rythme de développement des projets hydro (y compris STEP) doit être au moins trois fois plus rapide que le rythme actuellement constaté. Pour y parvenir, Q108-R20 recommande des mesures d'incitation financière et une simplification des démarches d'autorisation environnementale.

Les mesures d'incitation financières sont certainement justifiées, en raison des services non monétisés rendus par les réservoirs, et en raison de la grande durée de vie de ces ouvrages (grande durée de vie mal prise en compte par le mécanisme des taux d'intérêt et taux d'actualisation). La simplification des démarches d'autorisation environnementale fait davantage débat : reconnaissant les impacts importants des grands réservoirs, à la fois positifs et négatifs, il peut paraître justifié de prendre le temps d'un examen approfondi, pour aboutir au meilleur projet : de nos jours, la composante technique des projets de barrages est de mieux en mieux maîtrisée ; la composante environnementale demeure un défi.

Bien entendu, la profondeur et l'étendue des investigations et justifications environnementales doit être proportionnée aux enjeux environnementaux du projet. En particulier, beaucoup des retenues hors rivière (et notamment les réservoirs des STEP en circuit fermé) ont des enjeux environnementaux modérés. L'urgence du déploiement des énergies renouvelables et la nécessité de prévoir en parallèle des moyens de stockage justifie probablement une accélération des procédures pour ces ouvrages.

### 4.6.3. Consentir au surcoût de l'adaptation, le prendre en charge

Recourir à des solutions mieux adaptées a un coût : l'investissement initial peut-être plus élevé que celui à consentir pour une solution de court terme, qui répond à des besoins immédiats et ne se soucie pas de l'adaptation à long terme. Il paraît nécessaire de consentir à ce coût immédiat : c'est n'est pas aux générations futures de supporter le coût de solutions mal-adaptées.

## Taux d'actualisation

Cela soulève la question du « taux d'actualisation » utilisé pour les études économiques lorsque l'on évalue des ouvrages ayant une importance pour le
changement climatique. Il s'agit d'un sujet central, que l'on peut illustrer ainsi : le tableau ci-dessous indique le montant des dommages évités dans 100 ans nécessaires pout rentabiliser un investissement de 1000 € aujourd'hui.

<table><thead><tr><td>TAUX D'ACTUALISATION</td><td>COMMENTAIRE</td><td>MONTANT DES DOMMAGES ÉVITÉS DANS 100 ANS</td></tr></thead><tbody><tr><td>1,4%</td><td>Taux proposé par Nicholas Stern (dont composante « préférence pour le présent » 0%).</td><td>4 000 €</td></tr><tr><td>4%</td><td>Taux utilisé dans de nombreux projets d'infrastucture</td><td>50 000 €</td></tr><tr><td>6%</td><td>Taux utilisé dans de nombreux projets d'infrastucture</td><td>340 000 €</td></tr></tbody></table>

Pour Nicholas Stern, économiste en chef de la Banque mondiale de 2000 à 2003, et également pour les économistes du GIEC, il ne faut pas accorder de « préférence pour le présent », et donc utiliser un taux d'actualisation bas. Pour d'autres écoles d'économistes, il y a une « préférence pour le présent » visible dans les taux d'intérêt du marché ; il faut en tenir compte, et cela conduit à des taux d'actualisation plus élevés. Il ne s'agit pas, dans ce rapport, de fixer un taux d'actualisation à utiliser. On souligne simplement que :

* l'emploi d'un taux de 4% ou de 6%, conduit nécessairement à projeter des ouvrages sans beaucoup se préoccuper des incidences à long et très long terme,

* l'emploi d'un taux de 10%, parfois observé, peut être considéré comme un non-sens pour les projets structurants de barrages et réservoirs amenés à rendre des services pendant 100 ans et plus,

* depuis 2006 (rapport Stern), il paraît légitime d'utiliser des taux sensiblement plus bas.

Les débats sur le taux d'actualisation à retenir sont complexes ; on note que, dans de nombreux pays, depuis 2003, il y a une tendance à mieux prendre en compte la question du très long terme (« Social discounting »), avec des taux d'actualisation plus bas, et décroissant avec le temps. Une discussion de synthèse sur ce sujet est disponible dans [45].

Ces débats, en revanche, ne semblent pas tenir compte d'une autre composante de la comptabilité de long terme : certaines actions sont plus efficaces si elles sont entreprises tôt, comme l'expose le §0 ci-dessus. Ainsi, il y a lieu d'affecter également un « taux d'actualisation » à certaines des externalités, et pas seulement aux coûts monétaires, pour donner plus de poids aux actions immédiates.
## Pays en développement : Partage des coûts

Les pays en développement n'ont pas toujours les moyens de supporter le coût d'ouvrages structurants pour garantir leur adaptation au climat futur, ou le surcoût à consentir pour qu'un ouvrage remplissant un besoin de court terme soit également bien adapté pour le long et le très long terme. Il paraît légitime que les pays plus riches participent à ce coût d'investissement, voire prennent en charge le surcoût, pour au moins les trois raisons suivantes :

* Ce sont ces pays « plus riches » qui ont le plus contribué aux émissions de GES, et cela très largement.

* La soutenabilité des ouvrages, leur contribution à l'atténuation et leur contribution à l'adaptation ont des composantes qui bénéficie à l'humanité tout entière : minimisation des émissions de GES, support à la biodiversité. Cela justifie une prise en charge au moins partiellement mutualisée.

* C'est le seul moyen de progresser rapidement vers les objectifs de développement durable de l'ONU (comme l'exprime Adama Nombre : « il s'agit de d'adapter aux changements climatiques global et aussi de chercher les solutions pour leur atténuation tout en élevant les conditions de vie de millions d'hommes et de femmes et d'enfant qui sont indignes et qui se trouvent dans les pays non développés »).

### 4.6.4. Partager l'eau

#### Généralités

En contexte de rareté, il va falloir partager l'eau, ou re-définir le partage de l'eau, dans de nombreuses régions du monde. Les modalités de partage ne sont pas évidentes, car :

* Les usages sont multiples et souvent contradictoires.

* Certains usages « payent » et d'autres non : la production d'électricité, l'eau industrielle et dans certains cas l'eau agricole (« cash crops »), peuvent financer, ou partiellement financer, la construction et l'exploitation ; ce n'est généralement pas le cas de l'eau pour les communautés villageoises, l'eau pour le soutien d'étiage, l'eau pour le stockage de sécurité en cas de sécheresse.

Un exemple est donné par le projet de barrage Fomi/Moussako, sur le fleuve Niger, en Guinée. Ce projet est justifié notamment par le souhait de produire de l'hydroélectricité, énergie renouvelable, pilotable et peu chère et de soutenir les grands périmètres irrigués du Mali. Cependant, les conséquences sur le delta intérieur du Niger où la crue annuelle du fleuve joue un rôle majeur sur les ressources agropastorales et est à la base des conditions de vie et des structures sociétales pour des populations nombreuses, peuvent être catastrophiques. Il y a
donc lieu de trouver un partage, dans la gestion du futur réservoir, entre l'optimisation de la production électrique et de l'agriculture irriguée et le maintien du régime naturel du fleuve [ADB] [74].

La question se donc pose des outils disponibles pour débattre de ce partage.

## Un outil : Les approches économiques

### Cadre général : internaliser les externalités

Les approches économiques modernes ne se contentent pas de chiffrer les coûts d'investissement, les coûts d'exploitation et de mesurer la production issue de la vente de l'eau et de l'électricité. La notion d'externalité est devenue centrale. « L'externalité caractérise le fait qu'un agent économique crée, par son activité, un effet externe en procurant à autrui, sans contrepartie monétaire, une utilité ou un avantage de façon gratuite, ou au contraire une nuisance, un dommage sans compensation » (wikipedia). Prendre en compte les externalités, c'est bien faire le tour complet de la justification des projets.

En matière de retenues de barrages, les externalités, positives et négatives, pèsent beaucoup. Elles demeurent difficiles à quantifier (puis à affecter) et sont de ce fait sous-valorisées dans la mise au point des projets. Les externalités négatives sont les impacts sociaux et environnementaux négatifs liés à l'ennoiement de la retenue et aux modifications de la rivière à l'aval. Elles sont, en toute première approximation, proportionnelles au volume stocké, aux volumes prélevés dans la rivière, et à la superficie ennoyée. Les externalités positives sont liées à l'usage fait de la ressource : retombées indirectes liées à la production d'électricité (développement économique et social), à la production d'électricité garantie, aux services réseau (report d'investissements sur le réseau) et d'électricité renouvelable (mitigation du changement climatique), diminution des zones inondées en crue, soutien des étiages, et éventuellement soutien à certains compartiments de biodiversité.

La balance bénéfices / coûts d'un projet se mesure alors par le quotient :

$$ \frac{B}{C} = \frac{\text{bénéfices économiques monétisables} + \text{externalités positives}}{\text{coûts monétisables} + \text{externalités négatives}} $$

Si on ne s'intéresse qu'au numérateur (les bénéfices), l'inventaire de tout ce qui a une « valeur » est déjà très important :

* la production d'électricité, dont la valeur (par kWh) dépend du niveau de garantie

* le stockage (en kW) utilisable pour compenser l'intermittence du solaire et du vent, et les services au réseau, dont la valeur dépend de la disponibilité et de
ce qu'elle permet comme développement solaire et éolien (ou évite comme déploiement de batteries),

* la fourniture d'eau « commerciale », c'est-à-dire pour lesquelles les utilisateurs payent : eau potable, eau industrielle, agriculture commerciale ; dont la valeur est peut-être proche du prix de vente – lorsque l'eau n'est pas subventionnée,

* la fourniture d'eau pour la subsistance : irrigation et élevage non marchands ; dont la valeur est du même ordre de grandeur que la fourniture d'eau « commerciale », même si le prix est 0 ou proche de 0,

* l'écritement des débits de crue, dont la valeur dépend des dommages évités pour les différentes périodes de retour des crues,

* le soutien des étiages, pour les besoins humaines (assainissement, pêche, mode de vie),

* le soutien des étiages, pour la biodiversité, dont la valeur rejoint la notion des services écosystémiques, c'est-à-dire de tous les services assurés gratuitement par la nature au profit des humains, et que l'on est souvent bien en peine de comptabiliser,

* les réserves stratégiques en cas de sécheresse, volumes d'eau sanctuarisés pour les épisodes de sécheresse grave et prolongés ; il s'agit d'une forme d'assurance : l'eau n'est pas utilisée sauf circonstances exceptionnelles ; la valeur est donc très forte, mais à multiplier par une probabilité d'occurrence faible,

* l'agrément et le tourisme, les paysages.

Définir des valeurs pour chacun de ces services est délicat, et contient nécessairement une part de subjectivité. Pourtant, il faut le faire : mettre des chiffres permet de renforcer l'attention portée aux externalités. Cette approche, lorsqu'on l'applique à des cas réels, fournit deux enseignements.

* La « valeur » associée aux différents services économiques, sociaux et environnementaux sont dans les mêmes ordres de grandeur. Pour augmenter la valeur d'un aménagement, il faut travailler tous les aspects. Ce résultat corrobore les approches plus qualitatives développées par certains acteurs (par exemple, WWF, [44]).

* Un m³ stocké peut compter plusieurs fois, par exemple s'il est turbiné au meilleur moment pour offrir de la garantie de puissance, s'il contribue de plus au soutien des étiages grâce à un bassin de compensation à l'aval, et enfin si, sensiblement plus loin à l'aval, il vient alimenter des périmètres irrigués. Le multiusage augmente la valeur d'un aménagement.

Il faut admettre l'idée selon laquelle la valeur économique n'est pas égale à la valeur commerciale ou financière. L'eau pour le soutien d'étiage, la résilience en cas de sécheresse ou pour l'agriculture de subsistance n'a pas de grande valeur commerciale, mais elle peut avoir dans certains cas une valeur économique globale (c'est-à-dire incluant les externalités) qui dépasse la valeur économique de l'hydroélectricité.
## Coopération internationale

De nombreux bassins versants sont partagés entre pays voisins. Il faut encourager le renforcement de la collaboration régionale dans les bassins versants partagés, en particulier dans le cadre des études hydrologiques, de la recherche climatique, de la révision éventuelle des lignes directrices existantes pour l'exploitation des réservoirs, ainsi que de la gestion de la sécurité des barrages [AB]. Cela paraît particulièrement nécessaire pour limiter les tensions qui vont naître de l'augmentation des irrégularités des ressources en eau.

### 4.6.5. Partager et valoriser l'espace

Un des enjeux de la soutenabilité est l'artificialisation des terres. Il est utile d'envisager les solutions qui limitent l'emprise au sol nécessaire pour les activités humaines. Cela peut conduire à rechercher des solutions de barrages qui minimisent l'emprise des réservoirs à services rendus constant. Surtout, cela amène à réfléchir aux utilisations qui peuvent être faites pour valoriser les surfaces occupées par les réservoirs. Le solaire flottant, l'aquaculture, la pisciculture, le tourisme sont des moyens de valorisation de ces surfaces. Il y a peut-être d'autres idées ...

Pourrions-nous imaginer d'autres utilisations qui pourraient être installées dans les réservoirs, sur le barrage lui-même ou en utilisant la même infrastructure ? L'énergie éolienne flottante sur le réservoir, des électrolyseurs flottants pour produire de l'hydrogène, des « jardins » flottants pour l'agriculture, des habitations flottantes, ou d'autres idées audacieuses ? [AH]

## 4.7. RECHERCHE, INGÉNIERIE : LES BESOINS EN ÉTUDES

### 4.7.1. Des données !

Il y a besoin d'acquérir de la connaissance, et donc de la donnée, en particulier pour faire les bons choix en matière de Soutenabilité et pour optimiser Adaptabilité et Contribution à l'adaptation [JS] [JPT]. Les données à compléter sont par exemple les suivantes.

* Densification des données hydrométriques (débit des cours d'eau) et hydrogéologiques (niveaux de nappe), de sorte à pouvoir mieux mesurer les ressources actuelles, mesurer les tendances, procéder à l'élaboration des projections hydroclimatiques ([23]) et définir les stratégies d'adaptation.

* Densification des données caractérisant les ressources en eau, les consommations en eau (et l'humidité des sols) en temps réel ; cela permet d'adapter l'exploitation des retenues à la réalité des conditions du moment ;
cela permet aussi d'élaborer des prévisions et, en cas de crise, de faire des choix éclairés.

* Amélioration des prévisions météorologiques et hydrologiques pour aider aux décisions d'exploitation en temps de crue, avec par exemple la possibilité d'opérer des creux préventifs.

* Densification des mesures de qualité de l'eau (paramètres physiques, chimiques et biologiques) dans les retenues de barrage, de sorte à mieux comprendre et modéliser le comportement des retenues (cycles physiques, chimiques et biologiques), et agir au mieux pour restituer à l'aval des eaux dont la qualité est compatible avec les besoins des milieux.

* Densification des mesures biologiques (par méthodes traditionnelles et e-DNA) dans et à l'aval de retenues représentatives, de sorte à mieux comprendre les effets des retenues sur la dynamique de biodiversité, et infléchir les règles de gestion des ouvrages en conséquence : soutiens d'étiage, crues artificielles, modulation en fonction de la qualité de l'eau et des saisons, ...

### 4.7.2. Les modèles et scénarios de référence : une nécessité

Les questions d'adaptation nécessitent l'élaboration de modèles et de scénarios de référence, à l'échelle du pays ou de la région, pour :

* D'une part définir les besoins en termes de trajectoire d'atténuation : production d'électricité renouvelable et de stockage,

* D'autre part définir les besoins en termes de trajectoire d'adaptation : objectifs de Contribution à l'adaptation et contraintes pour l'Adaptabilité.

A l'échelle d'un pays, c'est un travail long, complexe, coûteux.

#### Cadre général : Bulletin 169 de la CIGB et guide IHA

Le Bulletin 169 [24] recommande les approches à retenir pour évaluer l'adaptabilité d'un projet de barrage en contexte de changement climatique. Le bulletin recommande d'utiliser les méthodes de l'IPCC pour développer les scénarios de climat futur ; l'incertitude est intégrée en comparant une série de scénarios climatiques probables.

Le guide IHA [31] recommande également d'évaluer les performances d'un projet sous différents scénarios de climat futur, de sorte à prendre des options de conception résilientes, et à évaluer l'amplitude des risques associés au climat.

#### Approches évoquées par les rapports de la question 108

Un seul rapport expose les résultats d'une étude d'adaptabilité au changement climatique. Le rapport Q108-R22 illustre le cas d'un réservoir de barrage en Roumanie. Les auteurs examinent l'exploitation future du barrage de Paltinu, en
tenant compte d'une part de l'évolution de la ressource (à partir d'une projection du scénario RCP 8.5) et de l'évolution de la demande en eau, sous trois hypothèses (minimale, moyenne, maximale). Le barrage est à usage multiple : eau potable, eau industrielle et soutien écologique. Le calcul est fait à horizon 2050, et il est utilisé pour déterminer quelle est la tranche de la retenue qui restera disponible pour assurer de l'écrationnement des crues.

Le rapport Q108-R14, rédigé par des chercheurs du National Research Council, au Canada est plus général. Il tente de dresser un panorama général des méthodes de modélisation des conditions futures pour les réservoirs de barrages, prenant en compte des résultats ou conclusions extraits de 165 références bibliographiques. Il aborde successivement la question de la modélisation de la ressource en eau, de la demande en eau, de l'optimisation de l'exploitation des barrages, de l'adaptation structurelle des barrages et liste les lacunes à combler par la recherche. Les principales recommandations sont les suivantes :

* utilisation de modèles avancés pour simuler les ressources en eau disponibles à l'avenir,

* le développement de modèles intégrés simulant les évolutions sociétales (démographie, agriculture énergie, ...) pour pouvoir optimiser l'allocation de la ressource, par exemple par des modèles de programmation dynamique ou d'optimisation stochastique,

* optimisation l'exploitation multi-usage des barrages, en intégrant la fourniture d'eau, la production d'électricité et l'action sur les crues ; là également des algorithmes d'optimisation avancée.

Les conclusions de Q108-R14 soulignent à juste titre le fait que les barrages devront s'adapter non seulement à l'évolution de la ressource, mais aussi à l'évolution de la demande. Il est également probable que des outils d'optimisation avancée puissent, lorsque les données sont disponibles, permettre de mieux tirer parti des volumes stockés dans les réservoirs (meilleure allocation de la ressource, meilleures performances en amortissement des crues). Cependant, il semble important que, au moins dans l'état actuel des techniques, le recours aux algorithmes avancés reste raisonnable : les principes fondamentaux de l'exploitation des barrages (courbes d'objectifs de gestion, consignes de manœuvre des vannes en crue) devraient être mis au point par des approches simples, et rester aisément compréhensibles et interprétables par l'homme, les algorithmes avancés ne venant qu'en optimisation de second ordre.

## Elaboration d'un cadre de référence, exemple de le France

A l'échelle d'un pays, il peut être utile d'élaborer un cadre général anticipant les besoins et demandes futures. Ce cadre général est alors utilisable pour tous les porteurs de projet, grands et petits. L'exemple de la France est pris ici, pour illustrer cette approche, et l'ampleur des efforts à consentir pour parvenir à un corpus de documentation suffisant.
Elaboration des scénarios : futurs énergétiques 2050 : les scénarios de mix de production à l'étude permettant d'atteindre la neutralité carbone à l'horizon 2050. Un travail de modélisation et de synthèse de grande ampleur, qui a été nécessaire pour dégager les scénarios. Deux ans de travail, des dizaines de spécialistes impliqués.

## LES SCÉNARIOS DE MIX DE PRODUCTION
À L'HORIZON 2050

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Fig. 8
Scénarios de mix de production, exemple de la France, source [60]</figcaption></figure>

Simulation hydro-climatique Explore2 : ce travail a regroupé plusieurs instituts de recherche, pendant quatre ans (2021-2024). Le rapport Q108-R6 décrit la méthode, et certains des résultats. Il a consisté à élaborer des projections climatiques à l'échelle du territoire français, à partir des scénarios d'émission de GES. Trois scénarios d'émission sont retenus par le projet (RCP2.6, RCP4.5 et RCP8.5), RCP8.5 étant le scénario « extrême » décrivant un futur sans politique de régulation du climat. Ces scénarios sont traduits en projections climatiques : modèles de circulation générale (GCM) simulant le climat de la Terre, puis modèles climatiques
régionaux, baptisés RCM, puis modèles hydrologiques (jusqu'à 9 selon le territoire). Le résultat est la mise à disposition des données hydro-climatiques sur tout le territoire français, pour l'ensemble des acteurs, ce qui permet de télécharger l'ensemble des variables et indicateurs hydrologiques, pour les horizons de temps jusqu'à 2100, à une échelle très détaillée. Cela fournit le cadre dans lequel l'adaptation (adaptabilité, contribution à l'adaptation) peut être évaluée.

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Fig. 9
France, cartes des évolutions de débits (scénario RCP8.5, moyenne de 17 RCM, source [6])</figcaption></figure>

Cela fournit également des projections pour l'impact du changement climatique sur la production hydroélectrique.
<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Fig. 10
Évolution du productible hydro-électrique pour les deux scénarios RCP4.5 et RCP8.5, source [6]</figcaption></figure>

Evaluation des besoins futurs en eau : travail réalisé par une équipe de chercheurs, en 18 mois [61]. Le résultat est la mise à disposition, par bassin versant, des perspectives d'évolution de la demande en eau. En distinguant les prélèvements (les volumes d'eau prélevés, mais qui peuvent être immédiatement restitués : c'est le cas par exemple de la production hydroélectrique) et les consommations (les volumes d'eau qui sont prélevés mais qui ne sont pas restitués au milieu naturel – en particulier l'eau d'irrigation). Par croisement avec l'évolution des ressources en eau, cela permet d'élaborer des politiques d'adaptation locales (par bassin versant) quantitatives.

Carte 8 – Évolutions des consommations entre 2020 et 2050 dans les trois scénarios d'usage pour un printemps-été sec, en pourcentage (projection « violet »)

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Fig. 11
Évolution des consommations futures en eau, exemple de la France, Source [61].</figcaption></figure>
Plan National pour s'adapter au changement climatique : « Préparer une France à +2,7° en 2050, + 4° en 2100 ». Au sein de ce plan national, un « Plan Eau », avec 53 mesures pour : organiser la sobriété des usages, optimiser la disponibilité de la ressource, préserver la qualité de l'eau.

D'autres pays ont conduit de telles études. Ces études sont toujours axées sur leurs enjeux spécifiques. On peut citer par exemple, les Pays-Bas sur le sujet de l'adaptation à l'élévation du niveau de la mer [67].

# 5. SOLUTIONS TECHNIQUES

## 5.1. STOCKAGE HORS-RIVIÈRE

### 5.1.1. Présentation, principes et intérêt

#### Généralités

Le stockage hors-rivière consiste à associer : une prise d'eau en rivière et un bassin de stockage, construit en dehors de l'emprise de la rivière. Le bassin de stockage est alimenté par la prise d'eau, par gravité ou par pompage.

Il s'agit d'une solution largement pratiquée depuis des décennies, avec des réservoirs de petite ou grande capacité. Les réservoirs hors-rivière ont été construits pour des usages variés : constitution de réserves pour l'alimentation en eau, protection contre les inondations, stockage de l'énergie. Les principaux avantages sont les suivants :

* Empreinte écologique minimisée : la prise d'eau en rivière est un ouvrage relativement modeste, ne formant pas de réservoir : elle ne crée pas d'obstacle à la continuité écologique. Le réservoir peut être implanté dans un secteur de moindre enjeu social et environnemental.

* Moindre exposition à la sédimentation : la conception du système peut permettre de limiter la sédimentation du réservoir ; en laissant passer les crues les plus chargée en sédiment ; et/ou en assurant une décantation dans la retenue du barrage de prise, qui peut aisément faire l'objet d'opérations de chasses,

* Moindre exposition aux crues : il est possible de prévoir une conception de barrage de prise qui s'efface en crue. Il n'y a alors pas besoin d'évacuateur coûteux, et la sécurité en cas de crue extrême est plus facilement garantie.
* Moindre évaporation : il est possible, pour les bassins petits et moyens, de prévoir une conception avec une profondeur moyenne plus grande que pour un barrage standard (pour une retenue classique, la profondeur moyenne est de l'ordre de 25 à 50% de la profondeur maximale ; pour un bassin hors-rivière, le ratio peut être bien meilleur).

Les principaux inconvénients sont les suivants :

* Les eaux de crue ne sont que partiellement captées par le réservoir. Cela peut constituer une perte en capacité de mobilisation de la ressource en eau. Cela peut également diminuer les performances de protection contre les inondations.

* Le réservoir est implanté en dehors du lit majeur. Souvent hors nappe, il est plus exposé aux fuites, et doit parfois être entièrement revêtu par une étanchéité.

Ce type d'ouvrage est plus facile à implémenter en terrain peu accidenté, en particulier en plaine. Cependant, des bassins hors rivière ont également été construits en zone montagneuse, notamment pour le stockage d'énergie.

## Note sur la sédimentation

Des réservoirs hors-rivière ont, depuis longtemps, été construits pour limiter la problématique de l'alluvionnement des retenues. L'alluvionnement a d'autres incidences, et génère d'autres motivations pour envisager des alternatives utilisant des réservoirs hors rivière. Par exemple, pour les grandes retenues de l'Afrique de l'Ouest et Centrale, le volume de sédiments peut être marginal par rapport au volume d'eau contrôlé ; il n'y a pas alors de raisons de transférer ou stocker ce flux de matières en dehors de la retenue. Mais, au Bénin, le trait de côte est stabilisé par les sédiments qui proviennent de la dérive littorale c'est-à-dire par le mouvement d'Est en Ouest des matériaux sableux par le biais des houles. Une partie des sédiments provient des fleuves côtiers. Le volume annuel qui transite le long des côtes béninoises est de 600 000 m³ environ. L'Ouémé, grand fleuve qui traverse le pays, transporte quelques centaines de milliers de m³ par an c'est à dire une proportion significative comparée à la dérive littorale. Des projets de barrages envisagés sur ce fleuve pourraient bloquer le transit de volumes de sédiments d'un ordre de grandeur équivalent à celui de la dérive littorale, et cela produira un déséquilibre. Des alternatives qui n'auraient pas d'impact sur le transport solide devraient être possibles (typiquement : STEP + solaire) et à comparer aux bénéfices apportés par les réservoirs classiques implantés sur le fleuve. [ADB]
5.1.2. Quelques exemples récents

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Fig. 12
South-East Strategic Reservoir project, UK, [70], figure communiquée par [JW]</figcaption></figure>

<table><tr><td>Volume utile : 75 - 100 hm³</td><td>Remplissage par : gravité et pompage</td><td>Fonction : alimentation en eau, soutien en période de sécheresse</td></tr><tr><td colspan="3">Notes : ce projet de réservoir fait partie du plan d'adaptation au changement climatique de l'Angleterre (§3.4), et en particulier à la constitution de réserves stratégiques pour les cas de sécheresses. D'autres réservoirs de ce type sont également envisagés. Un point d'attention a été la période de retour des sécheresses à considérer pour le dimensionnement de ces réservoirs. Il a été considéré qu'une période de retour 1% (sécheresse de probabilité d'occurrence 1% chaque année) n'était pas suffisamment prudente, car cela correspond à une probabilité d'occurrence 26% en 30 ans. [JW]</td></tr></table>
<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Fig. 13</figcaption></figure>

Le réservoir de Kenh Lap, Vietnam. Le réservoir est constitué par un bras naturel du Mékong, fermé à ses deux extrémités par un barrage en remblai, et un ouvrage de régulation amont. Photo communicated by [MHTK]

<table><tr><td>Volume utile : 1 hm³ (longueur 4.6 km ; largeur 50 à 100 m ; profondeur 2 à 3 m)</td><td>Remplissage par : gravité et pompage</td><td>Fonction : alimentation en eau</td></tr><tr><td colspan="3">Notes : ce réservoir fait partie des initiatives récentes, en réaction à des périodes de sécheresses plus fréquentes dans le delta du Mékong (par effet du changement climatique ?). C'est une solution adaptée au contexte (pays plat, pas d'emprise foncière). Avec une efficacité limitée par l'amplitude du marnage (2 à 3 seulement) et par l'évaporation. [MHTK]</td></tr></table>
<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Fig. 14</figcaption></figure>

Synoptique du canal Seine Nord Europe et de son système d'alimentation en eau, France, ; photomontage : illustration d'une écluse, avec ses bassins d'épargne et la station de pompage intégrée, Q108-R9 [9].

<table><thead><tr><td>Volume utile (bassin de Louette) : 14 hm³</td><td>Remplissage par : pompage</td><td>Fonction : sécurisation de l'alimentation en eau du canal en cas de sécheresse</td></tr></thead><tbody><tr><td colspan="3">Notes : la conception du Canal Seine Nord Europe est choisie de sorte à minimiser les prélèvements d'eau sur le milieu naturel. Aucun prélèvement dans la nappe. Remplissage par pompage dans la rivière Oise, lorsque son débit est suffisant ; Stockage hors rivière (bassin de Louette) pour les périodes d'étiage de la rivière Oise ; Economie et recyclage d'eau aux écluses : par bassins d'épargne et station de pompage. Ainsi, les seules consommations sont les fuites et l'évaporation.</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Fig. 15
Réservoir hors-rivière de Olifantspoort, République d'Afrique du Sud, Q108-R13 [13][9].</figcaption></figure>

<table><thead><tr><td>Volume utile : environ 2 hm³</td><td>Remplissage par: pompage</td><td>Fonction : sécurisation de l'alimentation en eau de la ville de Polokwane et de ses environs (un million d'habitants)</td></tr></thead><tbody><tr><td colspan="3">Notes : la ville de Polokwane est alimentée par différentes sources, dont un prélèvement par pompage depuis un bassin versant adjacent (Olifantspoort). Le transport solide important a réduit la fiabilité de cet approvisionnement par pompage. Le projet de réservoir hors rivière comporte trois composantes : un nouveau seuil de prise en rivière avec des capacités d'auto-curage, une station de pompage, un réservoir hors rivière, qui assure une fonction de volume tampon et de décantation des sédiments (le réservoir fera l'objet d'opérations de curage).<br/>Le rapport Q108-R13 détaille les éléments de conception de l'ouvrage de prise (en fonction des problématiques de transport sédimentaire), et les particularités originales des barrages de fermeture du réservoir, barrages à voûtes multiples en béton cyclopéen (« rubble masonry concrete »).</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Fig. 16
Bassin inférieur de la STEP de Kokhav Hayarden, Israël, Q108-R5 et Q108-R17</figcaption></figure>

<table><tr><td>Volume utile : environ 3 hm³</td><td>Réservoir inférieur d'une station de pompage turbinage</td><td>Fonction : stockage d'électricité</td></tr><tr><td colspan="3">A fin 2023, Israël avait développé environ 6 GW d'électricité solaire, et le solaire représentait 13% de la production électrique. Pour le reste, la production électrique est assurée par des centrales thermiques, essentiellement gaz. Le développement du solaire devrait se poursuivre, et il est accompagné d'un programme de construction de stations de pompage-turbinage.<br/>La station de pompage-turbinage de Kokhav Hayarden a une puissance équipée de 344 MW.</td></tr></table>
<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Fig. 17</figcaption></figure>

Projet de raccordement par un canal entre Nechranice Reservoir (en bas de l'image) et la mine à ciel ouvert de Libouš (en bleu-ciel), Rép. Tchèque, Q108-R21[9].

<table><tr><td>Réservoir de Libous (remplissage de la mine) : 106 hm³<br>Réservoir de Nechranice : 288 hm³</td><td>Remplissage par : gravité</td><td>Fonction : augmentation des performances de la retenue initial pour la protection contre les inondations et pour la fourniture d'eau.</td></tr><tr><td colspan="3">Dans ce cas particulier, la retenue hors rivière (la mine qui sera remplie) est directement reliée par un canal au réservoir principal.</td></tr></table>

### 5.1.3. La question de l'étanchéité

Le plus souvent, lorsque des réservoirs hors rivières sont envisagés, une étanchéité artificielle est mise en œuvre sur toute l'étendue du réservoir. C'est par exemple le cas de beaucoup des bassins des stations de pompage turbinage, lorsque ces bassins sont déconnectés du milieu naturel. C'est également le cas des différents réservoirs du Canal Seine-Nord Europe.

Cependant, ce n'est pas systématique, et il est utile d'explorer des solutions sans étanchéités rapportées en particulier pour les grandes retenues. On note par exemple que :

* Le bassin supérieur de la STEP de Hatta, bien qu'en milieu aride, n'est pas revêtu ; l'effort de limitation des fuites se traduit par des injections sous les barrages de fermeture

* Le réservoir de Khen Lap, illustré par la Fig. 13, n'est pas revêtu : il profite d'une étanchéité, au moins relative, apportée par les sédiments fins,
* Les grands réservoirs hors rivière construits en amont de la ville de Paris, pour la protection contre les inondations et pour le soutien d'étiage, ne sont pas revêtus – ils profitent de conditions de sol à dominante argileuse.

Dans le cas du barrage Olifantspoort (Q108-R13), le rocher sur lequel est installé le réservoir hors rivière est très perméable. Il n'a pas été prévu de le couvrir d'une étanchéité artificielle ; en revanche, des travaux importants d'injection ont été réalisés sous les barrages. Notons cependant, dans ce cas particulier que : (1) l'eau pompée depuis la rivière est chargée en sédiments fins, ce qui pourrait avoir un effet positif sur l'étanchéité globale et (2) le réservoir hors rivière est un bassin tampon, dans lequel le temps de résidence de l'eau est court : le volume des fuites, en proportion des volumes transférés, est plus faible que pour un barrage de stockage saisonnier.

Les réservoirs hors rivière peuvent être simplement fermés par des remblais au-dessus du terrain naturel, ou par une technique mixte, associant excavations dans le réservoir et remblaiements pour former la ceinture. Cela présente l'avantage d'équilibrer les volumes de déblais et de remblai. Le rapport Q108-R15 illustre un tel cas, pour le bassin inférieur de la STEP de Kokhav Hayarden, en Israël. La profondeur d'excavation du bassin est 20 m environ sous le terrain naturel, avec un remblai de ceinture de hauteur 5 à 10 m ; les excavations sont pour partie sous nappe, dans des argiles et limons argileux : il y a lieu d'aborder avec vigilance les conditions de stabilité des talus. Dans ce cas précis, la nappe a été rabattue au moyen de puits de décompression, et la maîtrise de la stabilité des talus a imposé un terrassement phasé, avec des tranches de 3 m.

Dans ce type de configuration, les conditions de stabilité des talus à long terme, en cas de nappe haute et réservoir bas doivent être examinées avec soin. Il s'agit en particulier de garantir la pérennité du drainage et de l'éventuel dispositif de rabattement de nappe (surveillance des débits et pressions ; conception du drainage permettant la maintenance), et/ou de vérifier la stabilité dans des cas accidentels de défaillance du drainage.

Il y a également des spécificités liées à l'étanchement des bassins de STEP ; ces spécificités sont traitées au §5.2.

### 5.1.4. Le « trop-plein » : un outil économique pour la sécurité ultime

Les réservoirs hors-rivière sont pour l'essentiel à l'abri des crues de la rivière principale (à partir de laquelle ils sont alimentés). Cependant, cela ne signifie pas qu'ils sont à l'abri des crues, naturelles ou artificielles. Ils peuvent être soumis aux crues de leur bassin versant propre (en plus de la pluie directe sur le bassin et ses talus d'excavation) ; ils peuvent recevoir des excédents d'eau en cas de défaillance
du système d'alimentation (rupture du barrage de Taum Sauk), que ce soit par
gravité ou par pompage.

Il est généralement admis que la sécurité en crue d'un grand barrage en remblai doive être assurée pour des périodes de retour très élevées, par exemple 10 000 ans (probabilité de dépassement inférieure à $10^{-4}$ par an). Il est parfois difficile de garantir contre tout dysfonctionnement dangereux du système d'alimentation, par gravité ou par pompage, avec une probabilité de défaillance inférieure à $10^{-4}$ par an. Dans ce cas, un dispositif d'évacuation des eaux excédentaires, par un seuil passif placé en dessous de la crête du barrage en remblai, augmente substantiellement la sécurité du barrage.

## 5.2. STATIONS DE POMPAGE TURBINAGE

Ce rapport traite des volets d'infrastructures (génie-civil, géotechnique) et hydraulique (les retenues, les chemins d'eau). Il ne traite pas des questions relatives aux équipements électriques et électromécaniques.

### 5.2.1. Rôle, principes généraux

#### Un développement majeur dans les années à venir

Les STEP ont initialement été construites en accompagnement des centrales nucléaires, qui n'avaient qu'une faible flexibilité.

Dans le contexte mondial actuel, où tous les pays s'orientent vers la décarbonation et où le secteur de l'énergie fait de gros efforts pour intégrer de plus en plus de sources d'énergie renouvelables propres mais intermittentes (principalement le solaire et l'éolien), la demande pour des services de stockage d'énergie et d'équilibrage augmente de manière spectaculaire. L'hydroélectricité par pompage-turbinage reste la source de stockage d'énergie la plus efficace à l'échelle mondiale et peut contribuer à atténuer les effets du réchauffement climatique en réduisant les émissions de gaz à effet de serre [LC].

Pour cette raison, les IFI (Institutions Financières Internationales) et les BMD (Banques Multilatérales de Développement) offrent de nombreuses opportunités de financement de projets ou de composantes de projets de STEP, lorsque ces projets répondent aux exigences d'adaptation au changement climatique [LC].

De nombreux pays inscrivent les STEP dans leurs stratégies de développement énergétique. Le cas de l'Inde est par exemple présenté par Q108-R20 :
Pumped Storage Plants (GW)

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Fig. 18
Prévisions de futurs systèmes de pompage-turbinage en Inde, Q108-R20</figcaption></figure>

Durée (et volume) de stockage

Les STEP offrent une capacité de stockage (énergie, puissance) bien adaptée à la compensation de l'intermittence du solaire – et dans une moindre mesure de l'éolien -, avec des volumes de stockage de quelques heures à quelques dizaines d'heures.

A puissance donnée, la sélection du volume de stockage est un sujet central, et délicat. Il dépend de plusieurs facteurs, parmi lesquels la nature des sources d'électricité intermittentes du réseau, leur foisonnement (c'est-à-dire l'effet de lissage de l'intermittence pouvant être provoqué par le nombre, la variété et l'éloignement géographique des diverses sources intermittentes), les conditions climatiques locales, ... Des études en Australie ont mis en évidence l'intérêt de stockages avec des volumes de stockage en dizaines d'heures, pour au moins une partie des STEP du réseau [63]. La sélection de la profondeur du stockage dépend également du coût marginal d'augmentation du volume. Dans certains cas, il est relativement aisé de prévoir un volume de stockage de quelques dizaines d'heure, et alors il ne faut pas s'en priver. Le projet Snowy 2.0, en Australie, qui raccorde deux retenues existantes, dispose ainsi d'une réserve de 175 heures à pleine puissance.

Les réseaux électriques ont également besoin de capacités de stockage de plus longue durée, une ou plusieurs semaines ou plusieurs mois. Cela ne peut souvent pas être économiquement fourni par les STEP. Les compléments de stockage sont apportés par les réservoirs hydroélectriques lorsqu'ils sont en mesure de le faire, ou par des capacités thermiques, par exemple le gaz. Ainsi, la Suisse
envisage la construction d'un nouveau réservoir de grande ampleur, dont une des vocations est d'augmenter la sécurité de l'approvisionnement énergétique de la Suisse en hiver (Q108-R2) avec une capacité de stockage de 650 GWh. Ce projet de stockage saisonnier complète l'équipement hydroélectrique du pays, qui dispose déjà de plusieurs STEP.

Par ailleurs, la transition énergétique conduit à renoncer à la production d'électricité d'origine thermique (charbon, gaz). Il paraît judicieux de conserver les capacités installées, ou au moins une partie d'entre elles, pour assurer une production de secours en cas d'épuisement des réserves hydrauliques.

## Circuit ouvert / Circuit fermé

Les STEP en circuit ouvert ont au moins une retenue connectée au milieu naturel. Les STEP en circuit fermé ont les deux retenues déconnectées du milieu naturel ; elles ne prélèvent de l'eau sur le milieu naturel que pour le remplissage initial et la compensation des pertes (fuites, évaporation). Ces deux options ont des avantages et des inconvénients [LC] [DBB] :

<table><thead><tr><td>AVANTAGES DE LA SOLUTION « CIRCUIT OUVERT »</td><td>AVANTAGES DE LA SOLUTION « CIRCUIT FERMÉ »</td></tr></thead><tbody><tr><td>Permet de tirer profit de retenues existantes, pour le bassin haut et/ou le bassin bas, ce qui permet de :<br/>1/ limiter les coûts d'investissement<br/>2/ prévoir, dans le cadre du projet, des travaux d'amélioration sur les ouvrages existants</td><td>Déconnecte les retenues du milieu naturel, ce qui limite les impacts sur l'environnement.</td></tr><tr><td>Permet, dans le cadre d'un projet de STEP, de prévoir des retenues qui remplissent d'autres fonctions :<br/>1/ nouvelles retenues multi-usages<br/>2/ augmentation de la capacité de retenues déjà existantes, pour améliorer leur vocation multi-usages.</td><td>Déconnecte les retenues du milieu naturel, ce qui limite le risque d'un défaut de remplissage des retenues par manque d'eau.(le « circuit ouvert » peut être mis en défaut lorsque les retenues amont ou aval remplissent d'autres usages, hydroélectricité, approvisionnement en eau, limitation des crues, et sont amenées à connaître des variations de niveau en raison de ces autres usages).</td></tr><tr><td></td><td>Offre davantage d'opportunités de localisation pour une nouvelle STEP, ce qui permet d'optimiser les impacts, et les facteurs topographiques (chute, longueur des circuits hydrauliques)</td></tr></tbody></table>

Comme l'indique Luciano Canale de la BEI : « Private sector developers with a narrow focus on the energy sector and strong commercial drivers may push for the climate-safer option of closed-loop but for public sector developers reusing/adapting existing reservoir for PSP may also provide opportunities to optimize and modernize public sector assets and improve their long-term sustainability. Dam heightening to create additional water volume for the PS scheme or sediment removal to gain active storage for the hydro-battery may be a win-win decision to satisfy the electricity storage demand and make the life of dams longer at the same time. »
5.2.2. Quelques exemples récents

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Fig. 19
La STEP de Kidston dans le Queensland, Australie [63], Crédit : Genex Power Limited</figcaption></figure>

<table><tr><td>Puissance : 250 MW</td><td>Stockage : 8h (2 GWh) à pleine puissance</td><td>Chute : 181m – 218m</td></tr><tr><td colspan="3">Le projet utilise deux carrières d'or à ciel ouvert. C'est la première STEP à être construite en Australie depuis des décennies. Sur le site, une centrale solaire et une centrale éolienne sont également prévues. Un barrage en enrochements ceinture le réservoir supérieur.</td></tr></table>
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Fig. 20
La STEP de Jurong, Jiangsu, Chine, Q108-R17</figcaption></figure>

Puissance : 6*225 MW

Notes : conditions géologiques difficiles pour l'étanchéité des bassins : rocher karstique ; bassin supérieur fermé par un barrage AFRD, hauteur maximale 182 m (record du monde) ;
<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Fig. 21
STEP d'Abdelmoumen, Maroc, Q108-R8</figcaption></figure>

<table><tr><td>Puissance : 350 MW</td><td>Stockage : 5 heures à pleine puissance</td><td>Chute : environ 550 m</td></tr><tr><td colspan="3">Notes : La mise en service de la STEP d'Abdelmoumen en 2024 suit celle de la STEP d'Afourer en exploitation depuis 2004. L'aménagement vise notamment à équilibrer les intermittences de la production éolienne ; il a été dimensionné de manière à pouvoir basculer rapidement d'un mode pompage à un mode turbinage, et à réaliser jusqu'à 20 cycles de démarrage/arrêt par jour. En contexte de rareté des ressources en eau au Maroc, le fonctionnement en circuit fermé réduit l'impact de l'aménagement sur l'environnement et sur les ressources en eau.</td></tr></table>

### 5.2.3. Optimiser les coûts et le rythme de construction : exemple de la politique de construction de STEP en Chine

La Chine offre un exemple important d'une politique industrielle de développement de STEP. 179 GW sont en construction, ce qui conduit à rechercher une rationalisation et une optimisation des process de construction. A l'heure actuelle, le coût d'investissement (CAPEX) de ces STEP est de l'ordre de 700 à 1000 USD/kW. Des gains de l'ordre de 15% sont espérés. Les leviers sont les suivants [58] :

* Mise en place d'une politique incitative : amélioration des mécanismes de rémunération, support au financement des investissement, incitation à l'ouverture du capital.

* Utilisation d'outils automatisés de recherche de sites favorables (topographie, hydrologie, conditions climatiques, optimisation du placement du stockage sur le résau)
* Utilisation d'outils automatisés de prédimensionnement des ouvrages : barrages, réservoirs, cavernes et ouvrages souterrains, permettant une forme d'optimisation et de standardisation,

* Utilisation des moyens modernes de contrôle de mise en œuvre et de compactage pour les barrages en remblai et en BCR : digitalisation des chantiers

* Optimisation de certaines technologies : dispositifs d'étanchéité des réservoirs (cf. §5.2.6) ; dispositifs de soutènement pour les travaux souterrains ; tunneliers y compris pour certains puits inclinés ou verticaux (shaft boring machine), raise boring pour les puits verticaux et inclinés ; revêtements pour les galeries haute pression ; turbines et pompes de forte capacité et sous forte charge.

### 5.2.4. Explorer les STEP à faible dénivelée (et fort débit)

#### Problématique

* Les stations de pompage-turbinage traditionnelles utilisent des dénivelées de plusieurs centaines de mètres. Mais il y a également des besoins dans des pays et des régions ou de telles hauteurs de chute ne sont pas disponibles. Ce n'est pas un obstacle insurmontable :

* A Alqueva, la station de pompage-turbinage de 4*128 MW fonctionne sous des hauteurs de 45 à 73 m, avec des débits d'équipement de l'ordre de 190 m³/s pour chaque turbine.

* A La Rance, l'usine marémotrice (240 MW) fonctionne en mode turbine et pompe sous des hauteurs inférieures à 10 m.

* Plusieurs stations de pompage-turbinage ont été construites ou sont en projet, pour des hauteurs de moins de 50 m. Par exemple, trois groupes hydroélectriques réversibles (3 MW en pompage, 2.65 MW en turbinage) ont été installés en 1998 sur le barrage existant de Naussac, France, avec une hauteur de chute variant de 32 à 57 m. Des pompes-turbines Deriaz ont été sélectionnées, en raison de leur capacité à fonctionner sur une large gamme de débits, en mode pompe et en mode turbine.

* Des initiatives ont été lancées pour concevoir des projets adaptés aux pays plats, avec des dénivelées très modestes, par exemple de 2 à 30 m pour des pays plats du Nord de l'Europe [42].

Il s'agit certainement d'une démarche prometteuse, à poursuivre.

Ainsi, le rapport Q108-R11 évoque le cas du Rwanda, où le secteur hydroélectrique a connu un très fort développement. Ce rapport de RWANCOLD mentionne l'intérêt pour tirer profit d'une configuration particulière, avec deux lacs volcaniques (Burera et Ruhondo), très proches l'un de l'autre, avec une dénivelée de 100 m.
## Twin Dams

Les « twin dams » consistent à associer deux barrages successifs, partageant une même retenue. Une usine, accolée au barrage amont peut turbiner ou pomper sous quelques mètres ou dizaines de mètres de charge des volumes d'eau considérable en peu de temps.

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Fig. 22
Twin dams, [55]</figcaption></figure>

Ces deux barrages peuvent être nouveaux ou résulter de l'adaptation d'un ou deux barrages existants. Le projet de Bassieri au Burkina Faso est un exemple pour un barrage neuf.
<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Fig. 23
Le projet « Twin dams » de Bassieri</figcaption></figure>

<table><tr><td>Puissance : 350 MWp solar, 120 MW pompage, 85 MW turbinage</td><td>Stockage : 8h en pompage, 16h en turbinage</td><td>Chute moyenne : un peu moins de 15 m</td></tr><tr><td colspan="3">Notes : Le projet de Bassieri est un projet multi-usages (réservoir de 660 hm³), à vocations principales irrigation, production d'électricité, alimentation en eau potable, pêche et pisciculture. La très faible chute disponible, en contexte de topographie plate, limite fortement l'intérêt d'une centrale hydroélectrique classique adossée au barrage. L'option « twin dams » permet de multiplier par 20 la capacité de production électrique associée au réservoir, et permet une garantie de puissance en toute saison, ce qui n'est pas le cas de la centrale classique. Le débit d'équipement en pompage est un peu supérieur à 1000 m³/s.</td></tr></table>
De manière conceptuelle, cette option a été examinée pour de grands réservoirs existants, comme Assouan et Kariba, qui seraient alors divisés en deux parties par un nouveau barrage associé à une usine de pompage et turbinage. La puissance et la production des centrales électriques hydro-solaires ainsi créées seraient très nettement supérieures à la puissance et la production de centrales hydroélectriques existantes, et elles libéreraient de la ressource en eau pour d'autres usages.

### 5.2.5. Utilisation de l'eau de mer

Lorsque l'eau douce vient à manquer, il peut être envisagé d'utiliser l'eau de mer. Deux options ont été envisagées, et mises en œuvre : l'utilisation de l'eau de mer dans les circuits hydrauliques, ou le dessalement.

A Okinawa au Japon, une STEP a été mise en service avec utilisation de l'eau de mer dans le circuit hydraulique. La puissance est de 30 MW, la chute environ 150 m, le volume de stockage de l'ordre de 0.5 hm³, la mise en service date de 1999. L'exploitation a été arrêtée en 2016, pour des raisons non techniques. Il y a un intérêt réel à développer cette technologie, pour les pays avec des façades maritimes, et en particulier pour les îles. Les questions de corrosion et de biofouling trouvent des solutions techniques, inspirées par exemple de ce qui se pratique dans d'autres industries, cf. par exemple [46]. L'usine marémotrice de la Rance a tous ses ouvrages en milieu salin, elle est exploitée depuis 60 ans, et le retour d'expérience de son fonctionnement a fait l'objet de nombreuses publications. Des projets sont en cours de développement dans plusieurs pays.

La STEP de Salto de Chira (200 MW), sur l'île de Gran Canaria (Espagne), est alimentée par une prise d'eau en mer et un circuit de dessalement dédiée, qui contribuent au remplissage des retenues existantes de Soria et Chira, de sorte à ne pas amputer les volumes réservés à l'irrigation. C'est également l'option retenue pour le projet de 20 MW (Santiago PSP) au Cap Vert. [LC]

### 5.2.6. Quelques points-techniques clé

#### L'étanchéité

Les éléments qui suivent viennent en complément de ceux, plus généraux, développés au §5.1.3.

Le rapport Q108-R5 explore la question de l'étanchéité des barrages et réservoirs des STEP. A cet effet, il dresse un retour d'expérience d'une dizaine de projets. Trois catégories d'étanchéité sont ainsi passées en revue : le masque
amont rigide (béton de ciment, béton bitumineux, ou plus rarement brai-vinyle), le BCR à bonne ouvrabilité, les géomembranes. Le rapport Q108-R17 ajoute un type d'étanchéité supplémentaire : le tapis d'argile.

Trois références de bassins de STEP, exploités depuis 50 ans par EDF (Q108-R5), démontrent l'efficacité des solutions de masque rigide ; les difficultés se concentrent pour l'essentiel sur les zones singulières : zones de tassements différentiels, zones de jonction ou de raccordement. Dans ce contexte, la capacité et la pérennité du drainage sont essentielles, et ce rapport recommande donc d'intégrer dans la conception du drainage : une capacité de drainage supérieure, la possibilité de visiter le drainage sur sa totalité, et un dispositif de surveillance de la pression en plus du débit dans le drainage. Un des barrages est équipé d'une double étanchéité. Cette option est jugée très efficace pour les projets où les enjeux des fuites sont particulièrement importants.

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Fig. 24
Barrage de la Coche, Q108-R5, (1) Etanchéité primaire (dalles de béton armé), (2) drainage (béton poreux), (6) étanchéité secondaire (géomembrane PVC-P armée) – cf Q108-R5 pour une légende plus complète</figcaption></figure>

Le rapport Q108-R5 présente le cas d'une étanchéité assurée par un BCR moderne, pour le barrage de fermeture d'un réservoir de STEP en milieu aride. Le mix retenu (indice Vebe modifié de 12 à 20s, optimisation des granulats pour limiter l'indice des vides, teneur en liants élevés y compris matériaux pouzzolaniques pour obtenir à la fois une proportion de pâte excédentaire et un BCR peu sujet au retrait endogène et au fluage au jeune âge) a permis d'atteindre les critères de performance demandés pour un barrage de STEP étanche dans la masse, avec une bonne résistance et un retrait net final à long terme faible, ce qui a permis d'espacer les joints de retrait. Les joints de retrait sont équipés de doubles lames d'étanchéité de type waterstop enrobés de GERCC. [Q108-R5]
Le rapport Q108-R5 rappelle que, jusqu'au milieu des années 2010, il n'y avait qu'un seul cas de réservoir de STEP étanché par géomembrane : le barrage en BCR d'Olivenhain. Plusieurs références récentes sont décrites, avec à chaque fois une solution par géomembrane exposée : Pico da Urze sur l'île de Madère au Portugal (barrage en enrochements), Kokhav Hayarden en Israël (remblais en terre compactée, également présenté par Q108-R17), Abdelmoumen au Maroc (remblais en petits enrochements, également présenté par Q108-R8), Pinnapuram en Inde (remblais en grands enrochements). Dans ces différents ouvrages, la géomembrane retenue est en PVC, en raison de ses propriétés mécaniques et de sa durabilité. Le rapport décrit les solutions retenues pour assurer de bonnes conditions de couche support et pour assurer la résistance au soulèvement des membranes exposées.

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Fig. 25
STEP de Kokhav Hayarden (gauche) et d'Abdelmoumen (droite), Q108-R5, principe d'étanchement par géomembrane exposée, avec lanières (anchor strips), bandes d'ancrages, puis pose de la géomembrane</figcaption></figure>

Le rapport Q108-R8 complète la description des dispositions prises à Abdelmoumen pour assurer la stabilité de la géomembrane au soulèvement par le vent : des évents connectés au drainage sous membrane qui permettent de générer une dépression sous la membrane, et un lestage par blocs de béton ancrés en tête de talus dans les secteurs les plus exposés au vent.
<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>Fig. 26</figcaption></figure>

STEP d'Abdelmoumen, Maroc, Q108-R8, évents d'extraction d'air (gauche) et lest en béton (droite), pour assurer la stabilité de la géomembrane en cas de tempête.

Le rapport Q108-R17 indique que, dans le cas de la STEP de Jurong (charge d'eau maximale 180 m), l'étanchéité du fond du bassin supérieur a utilisé d'autres types de géomembranes : PEHD et TPO ; les talus de ce bassin ont, eux, été étanchés par un masque en béton bitumineux, et le raccordement entre la géomembrane et le masque en béton bitumineux a fait l'objet d'une attention particulière.

Les étanchéités minces des barrages hors rivière, et en particulier des basins de STEP sont des solution pratiques et performantes. Deux points de vigilance méritent cependant d'être rappelés :

* Les étanchéités par tapis d'argile peuvent subir des pathologies importantes, par l'effet de l'érosion interne, car les gradients à travers l'épaisseur du tapis sont très élevés (nettement plus qu'à travers un noyau de barrage, par exemple). La mise en œuvre de filtres et transitions sûres est alors une composante majeure de ces projets, en particulier lorsque le tapis est installé dans un contexte de rocher présenter des cavités.

* Les étanchéités par géomembrane exposée disposent d'un retour d'expérience favorable pour l'étanchéité des remblais d'enrochements. Il n'est pas possible d'exclure complètement le risque de percement des géomembranes pendant la vie des ouvrages, mais dans le cas des remblais d'enrochements, la seule conséquence est une augmentation des fuites, tant que la géomembrane n'est pas réparée. La configuration est un peu différente pour les géomembranes sur remblais peu perméables, avec couche de drainage immédiatement sous la géomembrane, comme par exemple à Kokhav Hayarden (Q108-R17). C'est plus délicat pour deux raisons : (1) le drainage sous membrane est plus difficile à entretenir dans la durée et (2) en cas de déchirure importante de la membrane, il peut y avoir saturation du réseau de drainage. Par exemple, dans le cas du projet CSNE (Q108-R9), les remblais sont en limons et en craie, peu perméables ; compte-tenu du risque significatif de percement de la membrane,
par les bateaux circulant sur le canal, il a été jugé préférable de ne pas prévoir
de drainage immédiatement sous la membrane : le contrôle des percolations
est reporté à l'axe du barrage, sous la forme d'une cheminée de filtration-
drainage.

Les circuits hydrauliques

Le rapport Q108-R7 tire des leçons d'un projet de STEP, en contexte de pays aride, pour une hauteur de chute de 150 m et une puissance de 2x125 MW. Deux objectifs particuliers étaient recherchés : l'étanchéité du chemin d'eau (avec un objectif strict, en contexte de pays aride : pertes limitées à 150 l/min pour les 1200 m de tunnel), la minimisation des pertes de charge aux prises d'eau, la minimisation du volume mort des retenues hautes et basses. Les solutions retenues ont été les suivantes : revêtement en béton armé précontraint avec membrane étanche pour la galerie au rocher, triple modélisation des prises d'eau : calculs analytiques, simulations numériques et modèles physiques. Le rapport présente en détail ces solutions techniques.

La flexibilité

Les besoins en flexibilité sont accrus avec la pénétration des énergies
renouvelables intermittentes (vent, soleil). Le cas de la station de pompage
d'Abdelmoumen (Q108-R8) en est une bonne illustration : elle est conçue pour
supporter des variations fréquentes, jusqu'à 20 démarrages-arrêts par jour. Le
rapport expose les enjeux particuliers pour les équipements électro-mécaniques, en
particulier les turbines, et pour le contrôle-commande, conçu pour optimiser les
durées des séquences d'arrêt et démarrage.

5.2.7. Intérêt des CMD pour les barrages de réservoir de STEP [ML].

Le bassin supérieur d'une STEP et parfois également son bassin inférieur
dans le cas de STEP en circuit fermé, est constitué par un barrage de grande
longueur fermé sur lui-même entourant le réservoir. La solution la plus fréquemment
retenue est un barrage en enrochements ou en remblai étanché sur sa face amont.
Les barrages poids en remblais durs (Hardfill, CSG) présentent un certain nombre
de caractéristiques favorables qui encouragent de les envisager pour ce type de
projet :

* Ils ont une emprise au sol réduite favorable pour un réservoir fermé (bon rapport volume stocké sur volume du barrage).

* Ils sont tolérants aux fondations variées et localement médiocres que l'on rencontre dans ce type de configuration.

* Ils sont insensibles aux sous-pressions et bien adaptés aux remplissages-vidanges fréquents et de façon générale présentent un haut degré de sécurité.
* Ils peuvent facilement intégrer les matériaux de la cuvette pour la fabrication du remblai dur.

* L'intégration des fonctions hydrauliques est plus aisée que pour un barrage en remblai.

* Ils sont insensibles à la submersion en cas de sur remplissage accidentel (cf. la rupture du barrage de Taum Sauk déjà évoqué).

* La cadence de construction du remblai dur (Hardfill) peut être très élevée.

Cette solution a été envisagée pour le projet de STEP de Gandi Sagar en Inde ainsi que pour deux grands projets de stockage étudiés à un stade préliminaire en Afrique du Sud.

### 5.2.8. Ré-orientation de la production hydroélectrique traditionnelle pour le stockage de l'énergie

Les stations de pompage-turbinage ne sont pas les seules à compenser la pénétration des énergies intermittentes. Les centrales hydroélectriques traditionnelles sont de plus en plus sollicitées à cet effet.

C'est le cas de la centrale hydroélectrique de Poatina en Tasmanie, qui est reliée à Great Lake [64]. Cette centrale devenant davantage une centrale de pointe, un barrage de re-régulation a été construit en aval. Ainsi, dans le cadre de la stratégie d'atténuation du changement climatique, avec la transition vers les énergies renouvelables, le régime d'exploitation de certaines centrales hydroélectriques traditionnelles va changer, avec des opérations de pointe, il sera nécessaire de réguler les débits sortants de la centrale avec un barrage de régulation en aval.
<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>Fig. 27
Bassin de régularisation, Poatina, Tasmanie, Australie [64], Crédit : Hydro
Tasmania</figcaption></figure>

<table><tr><td>Volume utile : 1.5 hm³</td><td>Fonction : bassin de régulation</td></tr><tr><td colspan="2">Notes : ce bassin de régulation a été ajouté en aval de la centrale de Poatina, dont le mode d'exploitation est modifié, pour réguler les effets de l'introduction de fermes éoliennes en Tasmanie. Les arrêts et démarrages à la centrale de Poatina sont plus fréquents, cela a des impacts écologiques négatifs sur la rivière à l'aval. Le bassin de 1.5 hm³ a été construits pour éviter ces impacts ; il est dimensionné pour lisser 60% des fluctuations de débit engendrées par l'exploitation de la centrale.[JW]</td></tr></table>

## 5.3. ASSOCIATION HYDRO-SOLAIRE

### 5.3.1. Présentation, principes et intérêt

#### Généralités

Le principe de l'association hydro-solaire consiste à combiner les avantages du solaire (énergie abondante, devenue peu chère, et facile à développer) et de l'hydroélectricité (énergie stockable & pilotable, peu chère, et fournissant des services au réseau). Cette piste recouvre en réalité plusieurs idées :

* FPV (Floating PhotoVoltaic) : Utilisation de réservoirs de barrages pour implanter des panneaux flottants
* VPP (Virtual Power Plant): Une centrale virtuelle est formée par l'exploitation conjointe de retenues hydroélectriques et de centrales solaires, opérées par un exploitant unique, et injectées sur le réseau de manière optimisée.

* ShSH et HhSH (Slightly hybridized Solar Hydro et Highly hybridized Solar Hydro) : hybridation hydro-solaire sur un barrage hydroélectrique existant. Un parc solaire est installé à proximité ou sur un réservoir hydroélectrique ; un EMS (Energy Management System) assure l'hybridation. On distingue ShSH et HhSH en fonction du ratio de puissance entre la ferme solaire et la centrale hydroélectrique : plus ce ratio est élevé, puis l'hybridation est forte, et plus les moyens techniques à mettre en œuvre pour la réaliser sont importants. On peut envisager, sur un site donné, de procéder en deux phases : d'abord ShSH puis, après quelques années de retour d'expérience, HhSH.

* FSH (Full Solar Hydro) et Twindams : Centrale hydro-solaire, dans laquelle l'électricité est (essentiellement) apportée par le solaire et la régulation par l'hydro. Peut s'envisager sur barrage hydroélectrique ou barrage destiné à l'alimentation en eau.

L'intérêt de la combinaison entre hydro et solaire, et plus généralement, de l'hybridation est désormais bien reconnue [CG]. Cette approche offre deux manières nouvelles de considérer les projets :

* Avec l'hydro-solaire HhSH, l'exploitation des retenues de barrage peut se concentrer sur les services non énergétiques ; l'hydro-solaire apportant la composante énergétique nécessaire pour la justification commerciale.

* Avec l'hydro-solaire FSH et TwinDams, il s'agit d'un nouveau type de centrale de production d'électricité, essentiellement renouvelable, qui ne consomme pas d'eau, qui est entièrement pilotable et qui n'est pas limité en puissance installée. Les centrales FSH et TwinDams peuvent ainsi, partout dans le monde, remplacer les centrales thermiques.

Ainsi, l'hydrosolaire peut jouer un rôle majeur dans l'adaptation au change-
ment climatique. En version FSH, elle fournit des sources d'électricité renouvelable,
pilotable, ne dépendant pas des ressources en eau, et pouvant être développées
dans de très nombreuses régions du monde, en particulier les régions ensoleillées.
En versions HhSH et FSH, elle permet de diminuer la pression sur la ressource en
eau, sans perte de production électrique.

Développement du PV flottant

Le PV flottant est une technologie qui a d'abord été développée sur des plans
d'eau statique (sans marnage) et de faible profondeur. Cette technologie a connu un
essor rapide.
<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>Fig. 28
Illustration extraite des rapports de World Bank et SERIS illustrant la croissance rapide du PV flottant [51]</figcaption></figure>

Le PV flottant sur les réservoirs de barrage offre un très grand potentiel d'expansion de cette technique. Cependant, il pose des problèmes techniques nouveaux : sur de plus grands réservoirs, les vagues sont plus hautes et plus fréquentes ; les plus grandes profondeurs et le marnage compliquent les solutions d'ancrage et d'amarrage ; la présence du barrage oblige à renforcer les études de sécurité de ces installations.

Aujourd'hui, seules quelques installations de PV flottants sur des réservoirs de barrage ont été réalisées. Un des pays dans lequel cette technologie se développe rapidement est l'Inde : Ramagundam 100 MW en 2022, Kayamkulam 92 MW en 2022, Simhadri 25 MW en 2021, Rihand Dam 150 MW en cours d'installation, Omkareshwar 600 MW en cours d'installation [BD]. Le projet de Cirata (Q108-R19) en Indonésie est un exemple important de ce type de réalisation.

On trouvera une synthèse rédigée sur le sujet du PV flottant dans [51] ainsi qu'une revue des particularités techniques du PV flottant sur les retenues de barrages dans [52].
Développement de l'hybridation

L'hybridation de type VPP est déjà pratique par des opérateurs de production d'électricité, qui combinent leurs différentes sources de production pour optimiser le placement de l'électricité. Les réservoirs hydroélectriques sont utilisés pour lisser la variabilité infra-horaire et infra-journalière de la production intermittente fatale.

L'hybridation FSH trouve des applications importantes, avec par exemple la centrale intégrée de Pinnapuram en Inde (Greenko Group, 1 GW de solaire, 550 MW d'éolien, 1.2 GW de STEP avec une capacité de stockage de 9 heures). Des projets variés d'hybridation ShSH et HhSH sont à l'étude.

On trouvera un essai de synthèse sur la question de l'hybridation dans [53].

5.3.2. Des technologies qui doivent encore mûrir

Le solaire flottant est une technologie relativement récente, avec un développement qui date du début des années 2010 environ. Cette technologie a été développée pour des plans d'eau de faible profondeur, généralement de faible étendue, sans marnage (ou avec un marnage réduit), et sans barrage pour fermer le réservoir.

Ainsi, le solaire flottant sur les retenues de barrage est une technologie différente à plusieurs égards. Les solutions d'ancrage, d'amarrage et de flotteurs qui ont été développés depuis 2010 ne sont pas nécessairement adaptées aux conditions spécifiques des lacs de barrage, et en particulier des lacs de grands barrages :

* Les profondeurs peuvent être nettement plus grandes, et il faut composer avec le marnage de la retenue

* Les hauteurs de vagues, qui dépendent du fetch, peuvent être sensiblement plus grandes,

* Les grands réservoirs sont également plus fréquemment agités de vagues de différentes fréquence et hauteur, ce qui engendre une fatigue des connecteurs

* Les conséquences d'un accident (d'une perte des ancrages par exemple) peuvent être plus graves.

Deux rapports dressent un retour d'expérience : Q108-R12, à propos d'un projet pilote en Europe, et Q108-R19, qui décrit quelques uns des aspects du projet de Cirata (145 MWp) en Indonésie. Le rapport Q108-R12 précise que l'objectif du projet pilote de 2 MWp était de démontrer la viabilité technique et commerciale d'une technologie spécifique. Le projet est constitué de 4 unités de 500 kWp, installées sur une membrane étanche (polymère renforcé ou caoutchouc) formant l'îlot flottant. Le projet avait été contractualisé par le biais d'un PPA (Power Purchase Agreement) sur 15 ans. Ce projet pilote met en évidence les nombreux facteurs qui peuvent altérer les performances d'un tel projet : action des vagues,
humidité, poussière, salissures, ...). Le rapport Q108-R19 décrit les conditions de site particulières de la retenue Cirata : profondeur de 100 m, marnage de 20 m, dépôt de sédiments sur plusieurs mètres d'épaisseur en fond de retenue, avec parfois des pentes dépassant 20 degrés. Dans ce contexte, la solution technique retenue utilise un amarrage via des corps morts en béton équipés de clés de cisaillement métalliques ; le positionnement de ces blocs d'amarrages est vérifié par un système de suivi de position sous-marin (« Ultra-Short BaseLine », USBL) ; la surveillance en exploitation s'effectue notamment via un suivi en continu de la position des îlots flottants, par balises GPS, qui permettent un suivi de la dérive (« drift ») des îlots.

D'autres projets ont été réalisés ou sont en cours, avec des technologies d'amarrage et d'ancrage qui peuvent différer de celles exposées par ces deux rapports. Citons par exemple les projets suivants :

* A Alqueva au Portugal, une technologie innovante d'amarrage par des câbles avec une forte capacité de déformation élastique (Seaflex) a été développée pour s'adapter au contexte de fort marnage ; ce projet a été conduit dans le cadre d'un programme d'innovation européen.

* A Dau-Tieng au Vietnam, les berges de la retenue sont douces, et il y a une vaste surface qui est noyée une partie de l'année seulement, en période de hautes eaux. Le projet a consisté à prévoir des panneaux installés sur pilotis, dans une zone de faible profondeur d'eau. Les panneaux sont conçus pour pouvoir être noyés en cas de hautes eaux.

* Sur le projet du Cheylas, en cours de développement en France, pour une retenue de barrage de profondeur limitée mais avec fort marnage (bassin de STEP), le principe classiquement utilisé de nombreux ancrages par blocs est remplacé par un nombre réduit d'ancrages de grande capacité, avec deux avantages : meilleure maîtrise de la répartition des efforts, meilleure adaptation au marnage.

Le rapport Q108-R19 et ces approches différentes mettent bien en évidence certaines des difficultés associées à l'amarrage et à l'ancrage des îlots de PV flottant. La répartition des efforts d'amarrage dépend de la position précise des blocs d'ancrage, et varie en fonction des conditions combinées de cote de retenue et d'orientation du vent.

Il y a lieu de continuer à apprendre de ces projets innovants, pour progressivement mettre au point des technologies éprouvées, adaptées aux conditions des grands réservoirs de barrages. C'est ce que souligne Q108-R12, qui met en avant le fait qu'il y a lieu de mettre en place des « écosystèmes d'innovation », pour faire émerger et qualifier les technologies adaptées.