Faits :
A.
Les Chemins de fer fédéraux suisses (ci-après: CFF) sont au bénéfice de concessions de forces hydrauliques qui leur ont été octroyées par les communes valaisannes de Finhaut, Martigny, Martigny-Combe, Salvan, Trient et Vernayaz (ci-après collectivement: les Communes) pour l'utilisation des forces hydrauliques de la vallée du Trient. Les concessions arrivant à échéance le 20 juillet 2017, les CFF ont déposé, le 19 juillet 2002, une demande de renouvellement des concessions auprès des Communes et de l'Etat du Valais, pour 80 ans.
Par acte de concession du 4 février 2011, les Communes ont octroyé aux CFF le droit d'utiliser les forces hydrauliques de la vallée du Trient, sous réserve de l'approbation du Conseil d'Etat, le dossier technique et le rapport d'impact sur l'environnement étant par ailleurs en cours d'élaboration. L'acte prévoit que la redevance hydraulique "est fixée au maximum prévu par les législations cantonale et fédérale" et précise qu'elle est "modifiée d'office lors de chaque adaptation du montant maximum par le droit fédéral" (art. 105 al. 2 LTF).
Constatant que le dossier technique ne serait pas finalisé avant l'échéance des concessions le 20 juillet 2017, les CFF ont demandé au Département cantonal des finances et de l'énergie de l'Etat du Valais, le 16 septembre 2016, l'autorisation provisoire de poursuivre l'exploitation des centrales hydroélectriques concernées jusqu'au 20 juillet 2022, dans l'attente du renouvellement formel des concessions.
B.
B.a. Par décision du 21 juin 2017, le Conseil d'Etat du canton du Valais (ci-après: le Conseil d'État) a provisoirement autorisé les CFF à poursuivre l'exploitation des centrales hydroélectriques concernées jusqu'au 20 juillet 2022, sous réserve de certaines charges.
Au chiffre 2 de la décision, le Conseil d'Etat a fixé la redevance hydraulique annuelle due par les CFF jusqu'au 20 juillet 2022 à 40% du montant maximum prévu à l'art. 49 de la loi fédérale du 22 décembre 1916 sur l'utilisation des forces hydrauliques (LFH; RS 721.80), la part de 60% restante devant revenir à l'Etat du Valais au titre de l'impôt spécial sur les forces hydrauliques.
Le 14 septembre 2017, les Communes ont recouru contre cette décision auprès du Tribunal cantonal, Cour de droit public, du canton du Valais (ci-après: le Tribunal cantonal), concluant principalement à sa réforme, en ce sens que la redevance hydraulique due jusqu'au 20 juillet 2022 soit fixée au montant maximum prévu à l'art. 49 LFH; subsidiairement, à son annulation.
B.b. Le Tribunal cantonal a suspendu l'instruction de la cause jusqu'à droit connu sur le recours que les Communes avaient interjeté auprès du Tribunal fédéral contre l'arrêt qu'il avait rendu le 5 octobre 2018. Dans cet arrêt, le Tribunal cantonal avait notamment refusé d'entrer en matière sur l'action que les Communes avaient ouverte contre l'Etat du Valais et les CFF pour s'opposer à la réduction de 60% du montant de redevance hydraulique de 80 fr. par kilowatt théorique que les CFF avaient opérée pour l'année 2012 en lien avec les concessions renouvelées aux CFF en 1997, à cause de l'impôt spécial sur les forces hydrauliques auquel ils s'estimaient désormais assujettis.
Statuant le 16 octobre 2019 (arrêt 2C_1007/2018), le Tribunal fédéral a partiellement admis le recours des Communes, partiellement annulé l'arrêt du 5 octobre 2018 et renvoyé la cause au Tribunal cantonal pour qu'il entre en matière sur l'action des Communes.
Faisant suite au renvoi ordonné par le Tribunal fédéral dans l'arrêt du 16 octobre 2019, le Tribunal cantonal est entré en matière sur l'action des Communes et a ouvert la cause n° A1 19 230. Par arrêt du 24 avril 2020, il a rejeté le recours des Communes dans la cause n° A1 19 230. En substance, il a jugé que les CFF étaient assujettis à l'impôt spécial cantonal sur les forces hydrauliques en 2012 et que, par conséquent, la redevance hydraulique de 80 fr. par kilowatt théorique due par les CFF en vertu des concessions renouvelées en 1997 devait être réduite de 60% pour que le plafond imposé par le droit fédéral soit respecté. Les Communes ont recouru contre cet arrêt auprès du Tribunal fédéral, concluant à ce que les CFF soient condamnés à leur payer le solde de redevance hydraulique dû pour l'année 2012 selon les concessions de 1997 (cause 2C_454/2020). Par arrêt de ce jour, le Tribunal fédéral a jugé qu'en réduisant la redevance prévue par les concessions renouvelées de 1997, le Tribunal cantonal avait appliqué arbitrairement le droit cantonal et violé le droit fédéral. Il a partant admis le recours des Communes quant au montant de la redevance qu'elles pouvaient percevoir des CFF, annulé l'arrêt du Tribunal cantonal du 24 avril 2020 et lui a renvoyé la cause pour nouvelle décision dans le sens des considérants.
B.c. Parallèlement à la procédure dans la cause n° A1 19 230, le Tribunal cantonal a, le 21 janvier 2020, repris l'instruction dans la présente cause. Les Communes ont alors fait savoir au Tribunal cantonal qu'elles avaient accordé un rabais de 40% aux CFF sur le montant maximal de la redevance fixée dans l'autorisation provisoire d'exploiter et qu'elles modifiaient en conséquence leurs conclusions pour demander désormais que la décision du Conseil d'Etat soit réformée en ce sens que la redevance hydraulique soit fixée au montant maximum prévu par l'art. 49 LFH, sous déduction d'un rabais de 40%. Avec ce rabais, la redevance hydraulique réclamée par les Communes, correspondant à 60% du taux maximum prévu par l'art. 49 LFH, restait néanmoins supérieure à la redevance hydraulique fixée par le Conseil d'Etat dans sa décision du 21 juin 2017, soit 40% du taux maximum prévu par l'art. 49 LFH.
Par arrêt du 24 avril 2020, le Tribunal cantonal a rejeté le recours des Communes, confirmant ainsi la décision du 21 juin 2017 du Conseil d'Etat.
C.
Agissant par la voie du recours en matière de droit public, les Communes demandent au Tribunal fédéral, sous suite de frais et dépens, d'annuler l'arrêt du 24 avril 2020 du Tribunal cantonal et de réformer la décision du Conseil d'Etat du 21 juin 2017 en ce sens que la redevance hydraulique due par les CFF jusqu'au 20 juillet 2022 soit fixée au montant prévu à l'art. 49 LFH, sous déduction d'un rabais de 40%; subsidiairement, de renvoyer la cause au Tribunal cantonal pour nouvelle décision dans le sens des considérants.
Le Tribunal cantonal a renoncé à se déterminer. Le Conseil d'Etat a conclu à l'irrecevabilité du recours. Les CFF ont indiqué que le sort du litige leur était indifférent et ont partant renoncé à se déterminer, demandant en tout état de cause à ne pas se voir imputer des frais ou des dépens. Par courrier distinct, ils ont en outre demandé la récusation du juge fédéral Yves Donzallaz.
Considérant en droit :
1.
Le Tribunal fédéral examine d'office et librement la recevabilité des recours qui lui sont soumis (cf. art. 29 al. 1 LTF; ATF 144 II 184 consid. 1; 142 II 363 consid. 1).
1.1. Le recours en matière de droit public est recevable contre les décisions qui mettent fin à la procédure (art. 90 LTF) ou contre les décisions partielles (art. 91 LTF). En revanche, les décisions incidentes notifiées séparément qui ne portent pas sur la compétence ou sur une demande de récusation (cf. art. 92 LTF) ne peuvent faire l'objet d'un recours en matière de droit public que si elles peuvent causer un préjudice irréparable, ou si l'admission du recours peut conduire immédiatement à une décision finale qui permet d'éviter une procédure probatoire longue et coûteuse (art. 93 al. 1 LTF).
En l'occurrence, en rejetant le recours des Communes, l'arrêt attaqué aboutit à la confirmation de la décision du Conseil d'Etat du 21 juin 2017, par laquelle cette autorité a autorisé à titre provisoire les CFF à exploiter les forces hydrauliques de la vallée du Trient jusqu'au 20 juillet 2022, dans l'attente du renouvellement formel des concessions qui leur avaient été octroyées par les Communes recourantes. Le Conseil d'Etat valaisan a rendu cette décision en application de l'art. 28 de la loi valaisanne du 28 mars 1991 sur l'utilisation des forces hydrauliques (LcFH; RS/VS 721.8). Selon cette disposition, lorsque le régime d'utilisation des forces hydrauliques n'est pas encore défini à l'échéance d'une concession, le Conseil d'Etat prend d'office ou sur demande les mesures provisoires autorisant la continuation de l'exploitation et nécessaires au maintien d'un état de fait ou de droit, ou à la sauvegarde d'intérêts compromis. Cette décision représente une mesure provisionnelle de droit public (arrêt 1C_437/2010 du 20 juillet 2011 consid 1.2).
Les mesures provisionnelles sont tantôt des décisions finales au sens de l'art. 90 LTF, lorsqu'elles sont prises dans une procédure autonome, tantôt des décisions incidentes, lorsqu'elles sont prononcées au cours d'une procédure conduisant à une décision finale ultérieure (cf. ATF 134 I 83 consid. 3.1 et les références; 134 II 349 consid. 1.3; 1C_437/2010 du 20 juillet 2011 consid. 1.3). En droit administratif, il est généralement admis que les mesures qui doivent régler une situation de manière provisoire peuvent être ordonnées dans une procédure accessoire, indépendante de celle qui aboutira à la décision principale. Dans ces cas, elles ont un caractère final (ATF 134 II 349 consid. 1.3; arrêts 1C_437/2010 du 20 juillet 2011 consid. 1.3; 1C_283/2007 du 20 février 2008 consid. 2.1). Tel est le cas en l'espèce, le Conseil d'Etat ayant autorisé la poursuite de l'exploitation par les CFF pour une durée limitée dans le temps, sans que cela ne préjuge du fond. La mesure litigieuse intervient ainsi dans une procédure accessoire, distincte de celle qui aboutira à la décision principale. L'arrêt attaqué, qui met fin à la procédure sur le plan cantonal, constitue donc une décision finale au sens de l'art. 90 LTF (arrêt 1C_437/2010 du 20 juillet 2011 consid. 1.4).
1.2. Le recours est par ailleurs dirigé contre une décision qui a été rendue par une autorité de dernière instance cantonale (art. 86 al. 1 let. d LTF) dans un litige qui relève du droit public (art. 82 let. a LTF), sans qu'aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF ne soit réalisée.
1.3. Les Communes recourantes ont octroyé aux CFF un rabais de 40% sur la redevance hydraulique fixée par l'acte de concession du 4 février 2011. Ainsi réduite, la redevance hydraulique reste supérieure à celle que le Conseil d'Etat a fixée dans sa décision du 21 juin 2017. Les Communes font valoir une prétention pécuniaire dans leur recours et elles ont donc qualité pour recourir en vertu de l'art. 89 al. 1 LTF (cf. aussi arrêts 2C_815/2012 du 24 juin 2013 consid. 1.1; 2C_258/2011 du 30 août 2012 consid. 1.1). Au surplus, elles ont formé recours en temps utile (art. 100 al. 1 LTF) et dans les formes prescrites (art. 42 LTF). Leur recours est partant recevable.
2.
Dès lors que la Cour de céans statue dans une composition qui ne comprend pas le juge fédéral Donzallaz, la demande de récusation formulée par les CFF à son encontre est sans objet (cf. arrêt 2C_434/2019 du 17 mars 2021 consid. 2).
3.
Comme le litige porte sur des mesures provisionnelles, seule peut être invoquée, selon l'art. 98 LTF, la violation de droit constitutionnels, étant précisé que cette question doit être distinguée du point de savoir si la décision attaquée est ou non une décision finale au sens de l'art. 90 LTF (BERNARD CORBOZ, in Commentaire de la LTF, 2e éd. 2014, n° 13 ad art. 98 LTF). Le Tribunal fédéral n'examine la violation de tels droits que si le recourant a invoqué et motivé son grief conformément à l'art. 106 al. 2 LTF, c'est-à-dire s'il a été expressément soulevé et exposé de façon claire et détaillée. Les critiques de nature appellatoire sont irrecevables (ATF 146 IV 114 consid. 2.1; 142 III 364 consid. 2.4). En l'occurrence, les recourantes font notamment valoir une application arbitraire du droit cantonal, d'une manière suffisante au regard des exigences de l'art. 106 al. 2 LTF (cf. sur ce point infra consid. 7). Le recours est partant aussi recevable sous cet angle, contrairement à ce que soutient l'Etat du Valais dans ses déterminations.
4.
Le Tribunal fédéral conduit son raisonnement juridique sur la base des faits constatés par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF), sous réserve des cas prévus à l'art. 105 al. 2 LTF.
5.
Le litige porte sur la redevance hydraulique que les recourantes peuvent exiger des CFF en vertu de l'autorisation provisoire d'exploiter les forces hydrauliques de la vallée du Trient que le Conseil d'Etat a octroyée à cette entreprise par décision du 21 juin 2017. Dans l'arrêt attaqué, les juges précédents ont confirmé que le Conseil d'Etat était fondé à limiter la redevance hydraulique due aux recourantes à 40% du montant maximum prévu par le droit fédéral à l'art. 49 LFH, la part de 60% restante devant revenir à l'Etat du Valais au titre de l'impôt spécial sur les forces hydrauliques. Les recourantes soutiennent au contraire qu'elles sont en droit de prélever une redevance hydraulique égale au maximum prévu par l'art. 49 LFH. Dès lors qu'elles ont accordé un rabais de 40% aux CFF, le montant qu'elles entendent prélever correspond donc à 60% du montant maximum prévu par le droit fédéral à l'art. 49 LFH et doit être admis en conséquence.
Avant d'aborder les griefs des recourantes à l'encontre de l'arrêt attaqué, il est nécessaire présenter les règles qui s'appliquent, en droit fédéral et en droit cantonal valaisan, en matière de redevance hydraulique et d'impôt spécial sur les forces hydrauliques.
6.
Aux termes de l'art. 76 al. 4 Cst., les cantons disposent des ressources en eau et peuvent prélever, dans les limites prévues par la législation fédérale, une taxe pour leur utilisation. Cette disposition exprime la souveraineté des cantons sur les eaux publiques, dans les limites du droit fédéral (ATF 142 I 99 consid. 2.2.1; ETIENNE POLTIER, Droit de l'énergie, 2020, p. 85 n° 213). La Confédération est par ailleurs compétente pour fixer les principes applicables à l'utilisation de l'eau pour la production d'énergie (cf. art. 76 al. 2 Cst.). Ces limites et ces principes ont été fixés dans loi fédérale sur les forces hydrauliques (POLTIER, op. cit., p. 86 n° 218; cf. ATF 128 II 112 consid. 4a; arrêt 2C_812/2011 du 18 janvier 2012 consid. 2.1).
6.1. Selon l'art. 2 al. 1 LFH, la législation cantonale détermine à quelle communauté (canton, district, commune ou corporation) appartient le droit de disposer de la force des cours d'eau publics. Cette communauté peut exploiter elle-même ses forces hydrauliques ou en concéder l'utilisation à un tiers par l'octroi d'une concession (cf. art. 3 al. 1 LFH). Elle peut décider à qui elle octroie la concession: un requérant n'a donc en principe (cf. consid. 8.3 s'agissant du cas où la concession est octroyée à une entité bénéficiant d'un droit de réquisition) pas de droit à se faire octroyer une concession (ATF 142 I 99 consid. 2.2.1; 125 II 18 consid. 4a/aa). En cas de concession, la communauté peut percevoir du concessionnaire, selon ce que prévoit le droit cantonal, une redevance hydraulique, à savoir une contre-prestation annuelle due en échange du droit d'utiliser les droits d'eau concédés (cf. ATF 128 II 112 consid. 10c; 126 II 171 consid. 3b). Le droit fédéral pose toutefois à l'art. 49 al. 1 LFH une limite supérieure quant au montant de redevance hydraulique qui peut être prélevé. Cette limite, impérative (ATF 65 I 305 consid. 5; MERKER /CONRADIN-TRIACA, in Kommentar zum Energierecht, 2016, n° 14 ad art. 49 WRG), a fait l'objet de plusieurs modifications depuis l'entrée en vigueur de la LFH le 1er janvier 1918 (sur l'historique de ces modifications, ATF 126 II 171 consid. 3a). Pour les années concernées par l'autorisation litigieuse, à savoir 2017 à 2022, la redevance maximum s'élève à 110 fr. par kilowatt théorique (cf. l'ancien art. 49 LFH in RO 2010 5061 pour les années 2017 à 2019 et l'actuel art. 49 al. 1 LFH pour les années 2020 à 2022).
Par ailleurs, d'après l'art. 49 al. 2 LFH, les usines qui font l'objet d'une concession et l'énergie qu'elles produisent ne peuvent être grevées d'impôts spéciaux. Toutefois, si la législation cantonale fixe une redevance maximum inférieure au taux admis par les prescriptions fédérales, le canton peut percevoir un impôt spécial, pourvu que les deux taxes réunies n'excèdent pas ce taux. En d'autres termes, la redevance hydraulique et l'impôt spécial cumulés ne peuvent excéder le plafond prévu à l'art. 49 al. 1 LFH.
A l'inverse de la redevance hydraulique, l'impôt spécial sur les forces hydrauliques n'a pas le caractère d'une contre-prestation, mais est indépendant de la décision d'octroi de la concession hydraulique. Il n'est donc pas un simple supplément de redevance, mais présente les caractéristiques d'un véritable impôt (ATF 128 II 112 consid. 10d et les références citées). L'art. 49 al. 2 LFH se limite à fixer le cadre (limite supérieure) dans lequel doit s'inscrire l'impôt spécial sur les forces hydrauliques. A l'intérieur de ce cadre, les cantons restent libres d'aménager à leur guise cette contribution; ils peuvent même renoncer à la prélever (arrêts 2C_1144/2018 du 11 mars 2020 consid. 3; 2P.272/2000 du 17 janvier 2002 consid. 2b non publié in ATF 128 II 112).
6.2. Dans le canton du Valais, le droit de disposer des eaux publiques appartient aux communes, à l'exception de celui de disposer des eaux du Rhône et du lac Léman, qui appartient à l'Etat (cf. art. 4 al. 1 et 2 de la loi cantonale du 28 mars 1990 sur l'utilisation des forces hydrauliques [LcFH]; RS/VS 721.8). La communauté qui dispose de la force hydraulique peut l'exploiter elle-même (art. 5 al. 1 LcFH) ou concéder le droit d'utiliser cette force par l'octroi d'une concession (art. 7 al. 1 LcFH). Selon l'art. 9 al. 2 2e phrase LcFH, les concessions accordées par les communes ne sont valables que si elles ont été approuvées par le Conseil d'Etat. Le libellé de cette disposition ("ne sont valables que") indique que l'approbation du Conseil d'Etat a un effet constitutif.
La redevance hydraulique est réglée en Valais à l'art. 65 LcFH (JACQUES FOURNIER, Vers un nouveau droit des concessions hydroélectriques, 2002 p. 109, RAPHAËL MAHAIM, Die abgaberechtliche Vielfalt in der Schweiz am Beispiel der Wassernutzung (...), in Föderalismus 2.0, 2011, p. 292). Cette disposition prévoit ce qui suit:
Art. 65 LcFH
1 Dès le moment où le premier groupe commence à produire régulièrement du courant, le concessionnaire est tenu de verser à la communauté qui dispose de la force la redevance pour le droit d'eau concédé, redevance calculée d'après la puissance théorique et payable pour chaque année à la fin janvier de l'année suivante.
2 Aussi longtemps que le prix de la matière première force hydraulique n'est pas déterminé selon le marché libre, la redevance correspond au plus à 40 pour cent du montant maximum tel que fixé par la loi fédérale sur l'utilisation des forces hydrauliques et dans la mesure où la concession de droits d'eau n'a pas expressément prévu un montant inférieur. Si la redevance maximum selon le droit fédéral est modifiée, le maximum de la redevance appliqué dans le canton subira une modification proportionnelle.
3 Pour les forces requises par la Confédération, la redevance maximum est celle fixée par la loi fédérale sur l'utilisation des forces hydrauliques.
Le droit valaisan prévoit en outre le prélèvement d'un impôt spécial sur les forces hydrauliques aux art. 71 à 74 LcFH. D'après l'art. 71 al. 1 LcFH, cet impôt correspond à 60% du taux maximum prévu dans la loi fédérale sur l'utilisation des forces hydrauliques.
Ainsi, sous réserve du cas - exceptionnel - où l'Etat est lui-même autorité concédante, la redevance hydraulique et l'impôt spécial sur les forces hydraulique sont, dans le canton du Valais, rattachés à la souveraineté fiscale de collectivités publiques différentes, soit les communes concédantes pour la première des contributions en cause, et l'Etat pour la seconde (cf. ATF 128 II 112 consid. 10d). En outre, le montant maximal de la redevance, dans le cas de l'art. 65 al. 2 LcFH, ne peut excéder 40% du montant maximum fixé par la loi fédérale sur les forces hydrauliques et dans la mesure où la concession ne prévoit pas un montant inférieur, alors que l'impôt spécial sur les forces hydrauliques correspond à 60% de ce montant maximum. Cumulés, la redevance qui relève de l'art. 65 al. 2 LcFH et l'impôt spécial sur les forces hydrauliques ne dépassent donc pas le plafond imposé par le droit fédéral.
7.
A l'encontre de l'arrêt attaqué, les recourantes font d'abord valoir que les juges précédents ont violé l'art. 49 al. 2 LFH. Dès lors que seule la violation de droits constitutionnels peut être invoquée en l'espèce (cf. supra consid. 3), ce grief est d'emblée irrecevable.
8.
Les recourantes soutiennent ensuite que les juges précédents ont appliqué le droit cantonal de manière arbitraire en confirmant la réduction de redevance hydraulique qui a été opérée par le Conseil d'Etat dans sa décision du 21 juin 2017.
8.1. Amené à revoir l'application d'une disposition de droit cantonal sous l'angle de l'arbitraire, le Tribunal fédéral ne s'écarte de la solution retenue par l'autorité cantonale de dernière instance que si celle-ci apparaît insoutenable ou en contradiction manifeste avec la situation effective, ou encore si elle a été adoptée sans motifs objectifs ou en violation d'un droit certain. Lorsque l'interprétation défendue par l'autorité cantonale ne se révèle pas déraisonnable ou manifestement contraire au sens et au but de la disposition ou de la législation en cause, elle est confirmée, même si une autre solution paraît également concevable, voire préférable. En outre, il ne suffit pas que les motifs de la décision critiquée soient insoutenables. Il faut encore que cette dernière soit arbitraire dans son résultat (ATF 145 II 32 consid. 5.1; 144 IV 136 consid. 5.8; 143 I 321 consid. 6.1).
Une décision peut notamment être constitutive d'arbitraire si elle comporte une contradiction (cf. arrêt 5A_928/2016 du 22 juin 2017 consid. 6.3.3; 9C_873/2014 du 25 février 2015 consid. 2.3; 1P.45/2000 du 10 février 2000 consid. 3c; FELIX UHLMANN, Das Willkürverbot, 2005, p. 59 n° 78 ss et p. 271 n° 364).
8.2. Selon l'art. 65 al. 3 LcFH, pour les forces requises par la Confédération, la redevance maximum est celle fixée par la loi fédérale sur l'utilisation des forces hydrauliques (cf. supra consid. 6.2). L'art. 65 al. 3 LcFH prévoit ainsi une redevance maximum spécifique pour les forces requises par la Confédération, qui est plus élevée que celle de l'art. 65 al. 2 LcFH, qui ne s'élève qu'à 40% du montant maximum prévu par le droit fédéral.
Selon les juges précédents, c'est l'art. 65 al. 2 LcFH et non pas l'art. 65 al. 3 LcFH qui entre en ligne de compte pour déterminer le montant de la redevance maximale pouvant être prélevée par les recourantes auprès des CFF. L'expression "forces requises par la Confédération" figurant à l'art. 65 al. 3 LcFH renverrait en effet manifestement à l'institution de la réquisition de forces hydrauliques prévue aux art. 12-14 LFH, de sorte qu'il serait exclu d'appliquer l'art. 65 al. 3 LcFH au cas d'espèce, puisque les CFF utilisent les forces hydrauliques des recourantes en vertu de concessions et non pas après les avoir requises. Ce serait donc à bon droit que le Conseil d'Etat a limité la redevance hydraulique à 40% du montant admis par l'art. 49 LFH, en application de l'art. 65 al. 2 LcFH.
Les recourantes soutiennent qu'exclure l'application de l'art. 65 al. 3 LcFH parce qu'il n'y a pas eu de décision de réquisition des forces hydrauliques de la vallée du Trient procède d'une interprétation du texte légal "purement littérale" insoutenable, car contraire aux autres éléments déterminants à prendre en considération. Elles allèguent que les concessions des CFF ont toujours prévu des redevances supérieures au plafond de l'art. 65 al. 2 LcFH et que cet état de fait aurait été admis par le Canton jusqu'en 2010. Elles relèvent que, dans les faits, l'art. 65 al. 3 LcFH vise spécifiquement les CFF et qu'il aurait toujours été appliqué aux concessions octroyées aux CFF dans le canton du Valais. L'interprétation du Tribunal cantonal consacrerait un changement de pratique inacceptable, car uniquement motivé par la volonté de modifier la répartition des recettes provenant de l'utilisation des forces hydrauliques par les CFF entre le Canton et les communes concédantes.
8.3. Pour déterminer si l'interprétation soutenue par les juges précédents est soutenable, il convient au préalable de présenter les caractéristiques principales de l'institution de la réquisition de forces hydrauliques.
Concrétisant la prérogative, conférée à la Confédération à l'art. 76 al. 4 3e phrase Cst., d'utiliser les eaux pour ses entreprises de transport, l'art. 12 LFH dispose que la Confédération peut requérir la force d'un cours d'eau public pour ses entreprises de transport et de communications. L'idée de permettre la réquisition de forces hydrauliques remonte aux débuts des chemins de fer en Suisse, au milieu du 19e siècle (BRIGITTA KRATZ, in Kommentar zum Energierecht, 2016, n° 1 et 2 ad art. 12-14 WRG; RICCARDO JAGMETTI, Energierecht, 2005, p. 429 n° 4205). Le droit de requérir des forces hydrauliques a été instauré dans le but de conférer à la Confédération les moyens de se procurer la force nécessaire, sans être "livrée au bon plaisir des cantons, communes ou districts auxquels appartient la souveraineté sur les eaux" (Message du 19 avril 1912 concernant le projet de loi fédérale sur l'utilisation des forces hydrauliques, FF 1912 II 823, 828 arrêt A.188/1987 du 11 juillet 1988, in ZBl 90/1989 p. 83). En cas de réquisition de forces hydrauliques, la Confédération doit indemniser la communauté non seulement pour la perte de la taxe de concession et de la redevance annuelle (art. 13 al. 1 LFH), mais aussi pour celle de l'impôt spécial sur les forces hydrauliques si, au moment de la cession, le canton le prélevait (art. 13 al. 3 LFH), ainsi que pour la perte d'impôts cantonaux, communaux et autres (art. 14 al. 1 LFH).
La LFH ne règle pas la procédure applicable en cas de réquisition de force hydrauliques (JAGMETTI, op. cit., p. 487 n° 4438). Il est admis qu'une décision formelle, rendue par le département fédéral compétent, s'impose (JAGMETTI, op. cit., p. 487 n° 4438; KRATZ, in op. cit., n° 32 ad art. 12-14 LFH). En pratique, la réquisition n'a été que rarement mise en oeuvre formellement. Elle l'a été pour l'utilisation du barrage de Rupperswil-Auenstein, ainsi que pour la poursuite provisoire de l'exploitation de la centrale de Ritom, après la fin de la concession correspondante (KRATZ, in op. cit., n° 16 ad art. 12-14 WRG; HANS WYER, Rechtsfragen der Wasserkraftnutzung, 2000, p. 27; cf. aussi arrêt A.188/1987 du 11 juillet 1988 consid. 1e/cc, in ZBl 90/1989 p. 83). La Confédération privilégie en effet le recours à la concession pour requérir des forces hydrauliques (KRATZ, in op. cit., n° 16 ad art. 12-14 WRG; WYER, op. cit., p. 28). Dans le canton du Valais, les CFF sont ainsi au bénéfice de plusieurs concessions pour l'utilisation de forces hydrauliques (cf. la liste, état en 1999, établie par WYER, op. cit., Anhang II, p. 31 ss des annexes). La réquisition peut donc intervenir par le moyen d'une concession, avec cette particularité que si la collectivité refuse son octroi, la voie de la réquisition formelle reste toujours possible. Partant, lorsqu'il s'agit d'interpréter une concession octroyée aux CFF, il faut garder à l'esprit les prérogatives qui lui sont conférées par les art. 12 ss LFH (arrêt 2C_258/2011 du 30 août 2012 consid. 8.6). D'ailleurs, l'art. 14 al. 1bis LFH prévoit que le mécanisme de compensation pour la perte d'impôts cantonaux, communaux et autres, conçu à l'art. 14 al. 1 LFH pour les réquisitions formelles, est aussi applicable lorsque la Confédération requiert des forces hydrauliques par le biais d'une concession. Cette disposition, introduite dans la loi le 1er janvier 1968, n'a en réalité fait qu'entériner une situation qui prévalait déjà depuis des années en pratique (Message relatif à une modification partielle de la loi sur l'utilisation des forces hydrauliques du 5 juin 1967, FF 1967 I 1037, 1044; KRATZ, in op. cit., n° 51 ad art. 12-14 WRG).
8.4. En l'espèce, il ressort du dossier (cf. aussi l'arrêt 2C_454/2020 de ce jour) que les concessions qui ont été renouvelées au cours de l'année 1997 par les recourantes en faveur des CFF prévoient toutes une redevance hydraulique de 80 fr. par kilowatt théorique, ce qui correspond précisément au taux maximum qui venait d'être adopté en droit fédéral (cf. la modification de l'art. 49 al. 1 LFH du 13 décembre 1996, entrée en vigueur le 1er mai 1997 [RO 1997 991, 998 et 1002]). La lecture des conventions de concession confirme que les Communes et les CFF ont voulu que le montant de la redevance hydraulique soit adapté pour correspondre à ce nouveau plafond fédéral:
"Par décision du 13 décembre 1996, les Chambres fédérales ont relevé le taux maximum de la redevance annuelle, fixé à l'article 49 de la loi fédérale du 22 décembre 1916 sur l'utilisation des forces hydrauliques, de Fr. 54- à Fr. 80.-/kW brut. La Direction générale des CFF et la commune de [ nom de la commune concédante] étant tombés d'accord sur l'adaptation aux nouveaux maximums légaux de la redevance du à la Commune pour l'utilisation des forces hydrauliques de [ nom de l'eau publique concernée], les deux parties conviennent de ce qui suit:
1. Le taux applicable à la redevance annuelle qui fait l'objet du chiffre 1 de la convention du 4 mai 1987 est porté de Fr. 54.-/kW brut à Fr. 80.-/kW brut à partir du 1er mai 1997".
La quotité de la redevance, ainsi que la référence explicite à la modification de l'art. 49 LFH récemment adoptée, montrent que c'est l'art. 65 al. 3 LcFH - et non l'art. 65 al. 2 LcFH - qui a été appliqué par les recourantes et les CFF pour fixer la redevance due par ces derniers en tant que concessionnaires. Si c'était l'art. 65 al. 2 LcFH qui avait été appliqué, la redevance n'aurait pas pu être fixée à 80 fr. par kilowatt théorique, mais aurait été limitée aux 40% de ce montant. Or, le Canton ne peut avoir ignoré que la redevance avait été fixée de manière à correspondre au plafond prévu par le droit fédéral, en application de l'art. 65 al. 3 LcFH. Il a en effet été directement impliqué dans la procédure de renouvellement de ces concessions, puisque celles-ci n'ont pu entrer en force qu'après leur approbation par le Conseil d'Etat valaisan (cf. art. 9 al. 2 2e phrase LcFH; supra consid. 6.2). Il devait être ainsi clair aux yeux du Canton également que la redevance annuelle due par les CFF en tant que concessionnaires relevait de l'art. 65 al. 3 LcFH et non de l'art. 65 al. 2 LcFH. En soutenant désormais que la redevance annuelle doit être fixée dans les limites de l'art. 65 al. 2 LcFH, le Canton modifie unilatéralement une pratique qui a été suivie jusqu'alors par les parties, y compris par lui. Le fait que les CFF ne soient plus exonérés de l'impôt spécial sur les forces hydrauliques depuis l'année 2010 ne saurait avoir pour conséquence d'appliquer l'art. 65 al. 2 LcFH, puisque le droit cantonal n'a pas été modifié. La manière dont les revenus tirés de l'utilisation des forces hydrauliques par les CFF en tant que concessionnaires doivent être répartis entre le Canton et les communes concédantes relève de la prérogative du législateur valaisan. C'est à lui que revient la compétence exclusive de modifier, s'il l'entend, cette répartition, en adaptant le droit cantonal en conséquence. Aussi longtemps que la LcFH n'est pas modifiée sur ce point, l'art. 65 al. 3 LcFH est donc la disposition qui s'applique pour déterminer la redevance maximale qui peut être prélevée auprès des CFF en tant que concessionnaires de forces hydrauliques dans le canton du Valais, comme l'avait implicitement admis le Canton lui-même lors de l'approbation des concessions. En soutenant l'inverse à présent, le Canton adopte ainsi une position contradictoire.
8.5. La systématique de l'art. 65 LcFH, qui prévoit deux taux maxima distincts à ses alinéas 2 et 3, va du reste aussi dans ce sens. En effet, ce mécanisme de double taux peut s'expliquer par le fait que, sous l'ancien droit (à savoir lorsque la LcFH est entrée en vigueur le 1er janvier 1990, mais aussi antérieurement, cf. l'art. 65 de l'ancienne loi cantonale valaisanne sur les forces de 1957, cf. Recueil des lois, décrets et arrêtés du canton du Valais, 1957, p. 49), les CFF étaient exonérés de tout impôt, et partant aussi de l'impôt spécial sur les forces hydrauliques (cf. sur ce point arrêt 2C_454/2020 de ce jour consid. 6.1). Il est ainsi compréhensible qu'en prévoyant à l'art. 65 al. 3 LcFH que la redevance maximum hydraulique correspond à celle fixée par la LFH, le législateur valaisan ait voulu que la Confédération, puis les CFF en tant qu'entité de droit public dotée de la personnalité morale, ne soient pas privilégiés lorsqu'ils requièrent des forces hydrauliques par la voie de la concession, mais paient autant que les concessionnaires ordinaires qui étaient, eux, (déjà) soumis à l'impôt spécial sur les forces hydrauliques en plus de devoir payer une redevance annuelle. Les travaux préparatoires qui ont conduit à l'adoption de l'actuelle LcFH (cf. le Message du Conseil d'Etat accompagnant le projet de révision de la loi du 5 février 1957 sur l'utilisation des forces hydrauliques, ainsi que la séance du Grand Conseil du 25 octobre 1989, in Bulletin des séances du Grand Conseil du Canton du Valais, session prorogée de mai 1989, p. 304 ss et pp. 657 à 662) ne fournissent toutefois aucune indication sur ce point.
Enfin, le fait que les CFF ne soient plus exonérés, mais assujettis à l'impôt spécial sur les forces hydrauliques à partir de l'année 2010 ne justifie pas non plus que la redevance hydraulique doive être réduite (cf. aussi sur ce point l'arrêt 2C_454/2020 de ce jour consid. 10).
8.6. Le refus d'appliquer l'art. 65 al. 3 LcFH aboutit par ailleurs à un résultat arbitraire, puisque les juges précédents ont confirmé la décision du 21 juin 2017 du Conseil d'Etat qui a réduit la redevance due aux recourantes pour qu'elle ne s'élève qu'à 40% du plafond admis par l'art. 49 LFH, alors que l'art. 65 al. 3 LcFH permet de prélever une redevance correspondant à ce plafond, sans réduction. Le fait que les Communes aient ensuite accordé un rabais de 40% sur la redevance prévue initialement n'y change rien, puisque, même ainsi réduite, cette redevance reste supérieure à celle qui a été fixée par le Conseil d'État. Il s'ensuit que le grief d'application arbitraire du droit cantonal formulé par les recourantes est admis.
9.
9.1. Ce qui précède conduit à l'admission du recours dans la mesure de sa recevabilité. L'arrêt attaqué est annulé et réformé en ce sens que la redevance hydraulique due par les CFF selon le chiffre 2 de la décision du Conseil d'Etat du 21 juin 2017 s'élève au montant maximum prévu par l'art. 49 al. 1 LFH, sous déduction d'un rabais de 40%.
La cause est renvoyée au Tribunal cantonal pour qu'il statue à nouveau sur le sort des frais et dépens de la procédure antérieure.
9.2. Les frais judiciaires sont mis à la charge de l'Etat du Valais, qui succombe (art. 66 al. 1 LTF). Aucun frais n'est mis à la charge des CFF, qui ne sont pas parties à la présente procédure (art. 66 al. 1 LTF, CORBOZ, in op. cit., n° 10 et 17 ad art. 66 LTF).
Aucun dépens n'est accordé aux Communes, dès lors qu'elles obtiennent gain de cause dans l'exercice de leurs attributions officielles (art. 68 al. 3 LTF), ni aux CFF (CORBOZ, in op. cit., n° 24 ad art. 68 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est admis dans la mesure de sa recevabilité. L'arrêt attaqué est annulé et réformé en ce sens que la redevance hydraulique due par les CFF selon le chiffre 2 de la décision du Conseil d'Etat du 21 juin 2017 s'élève au montant maximum prévu par l'art. 49 al. 1 LFH, sous déduction d'un rabais de 40%.
2.
Les frais judiciaires, arrêtés à 30'000 fr., sont mis à la charge de l'Etat du Valais.
3.
Il n'est pas alloué de dépens.
4.
La cause est renvoyée au Tribunal cantonal pour qu'il statue à nouveau sur le sort des frais et dépens de la procédure antérieure.
5.
Le présent arrêt est communiqué au mandataire des recourantes, à la mandataire de l'Etat du Valais, au mandataire des CFF et au Tribunal cantonal du canton du Valais, Cour de droit public.
Lausanne, le 5 août 2021
Au nom de la IIe Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président : Seiler
La Greffière : Vuadens