Faits:
A. Au bénéfice de concessions de droits d'eau accordées par sept communes riveraines de la Borgne et arrivant à échéance le 4 janvier 2005, C._ a réalisé, au début du 20ème siècle, un aménagement de production d'électricité. Elle a ainsi construit un barrage à la Luette, d'où les eaux sont amenées au Sauterot pour y être turbinées avec celles captées sur la rivière Dixence à la cote 915. Ces eaux sont ensuite conduites aux Châtelards sur Vex, puis injectées dans la centrale de turbinage de Bramois avant leur restitution à la Borgne à travers le canal de fuite à la cote 552. C._ a transféré ces concessions à la société D._.
D._ a sollicité le 3 juin 2003 l'approbation d'une concession pour l'utilisation des eaux non concédées de la Borgne et de la Dixence entre les cotes 942.9, 915.7 et 511.2, dans les installations existantes et pour une durée de 80 ans. Publiée au Bulletin officiel du 13 janvier 2003, cette requête a suscité diverses oppositions dont celle de la Fondation WWF Suisse (ci-après: le WWF ou la recourante).
Constatant que les travaux en vue du choix d'un nouveau concessionnaire ne pourraient aboutir avant l'expiration du droit de turbiner, le groupe d'étude du droit de retour de l'aménagement de Bramois a sollicité une autorisation d'exploiter à titre transitoire, que le Conseil d'Etat a accordée le 15 décembre 2004 en habilitant D._ à utiliser cette autorisation jusqu'au 4 janvier 2010. Le Conseil d'Etat a transféré les droits qui résultaient de ces mesures provisoires à la société A._; A._, dont 20 % du capital-actions est détenu par la société E._, avait été constituée par les communes concédantes en août 2006. L'autorisation d'exploiter à titre transitoire a été prolongée d'abord jusqu'au 30 juin 2010, avec des obligations concernant le débit de dotation sur les deux cours d'eau, puis jusqu'au 31 décembre 2012, sous même condition.
Une première évaluation du dossier synthétisée le 14 septembre 2004 par le Service cantonal de la protection de l'environnement (ci-après: le SPE) et par l'Office fédéral de l'environnement (ci-après: l'OFEV) a abouti à une appréciation favorable de la demande, qui devait cependant être complétée sur divers points, ce qu'a fait A._ le 16 novembre 2009 en déposant ses compléments au rapport d'impact sur l'environnement (RIE). Au vu de ces éléments, le SPE a estimé qu'avec les mesures proposées, le projet satisfaisait aux exigences de la protection de l'environnement. Il a préavisé favorablement le projet, le 13 mai 2010, en y ajoutant les conditions qu'il proposait dans cette étape, voire dans celle de l'autorisation de construire. Ces conditions figuraient dans un document du 9 avril 2010 à intégrer dans la décision globale à propos du prélèvement des eaux dans les deux cours d'eau. Les conseils des communes d'Hérémence, Mase, Nax, Sion, St-Martin, Vernamiège et Vex, ont, le 12 mai 2010, formalisé les droits de concession que leurs organes législatifs avaient octroyés en octobre/novembre 2002 et déposé l'acte de concession conclu avec A._.
B. Le 19 mai 2010, le Conseil d'Etat a approuvé l'acte de concession de forces hydrauliques du 12 mai 2010, intégrant dans sa décision toutes les mesures proposées dans le RIE, exigeant un suivi environnemental pour la mise en oeuvre de ces mesures et le dépôt d'un dossier de seconde étape pour leur réalisation. S'agissant des débits résiduels, cette décision s'en est tenue aux chiffres de 565 l/s (Borgne) et 315 l/s (Dixence) proposés par le RIE. Elle a renvoyé l'examen des questions de gestion d'une crue artificielle et du débit des purges aux demandes qui devraient être déposées le moment venu en coordination avec les aménagements situés en amont et imposé la participation du concessionnaire à l'amélioration de seuils sur la Borgne entre l'usine et le Rhône.
Par arrêt du 22 décembre 2010, la Cour de droit public du Tribunal cantonal du canton du Valais (ci-après: le Tribunal cantonal) a rejeté le recours du WWF contre la décision précitée du Conseil d'Etat. Le Tribunal cantonal a considéré en substance que la base de détermination du débit de dotation retenu dans la décision attaquée ne résultait pas d'une constatation inexacte ou incomplète des faits. C'était par ailleurs à juste titre et conformément aux art. 31 et 33 de la loi fédérale du 24 janvier 1991 sur la protection des eaux (LEaux; RS 814.20), que le Conseil d'Etat avait renoncé à augmenter les débits résiduels des deux cours d'eau. Enfin, c'était en vain que le WWF se plaignait d'une violation de la législation en matière de protection de la nature; le système retenu pour les mesures de remplacement était adéquat, ce d'autant que l'économie des mesures de compensation ne dépendait pas uniquement de la concession, mais aussi du concept de renaturation de la Borgne.
C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, le WWF demande au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt du Tribunal cantonal du 22 décembre 2010. Il se plaint pour l'essentiel d'une appréciation arbitraire des preuves ainsi que d'une mauvaise application du droit fédéral en matière de protection des eaux et de protection de la nature.
Le Tribunal cantonal a renoncé à se déterminer. Le Conseil d'Etat et A._ ont conclu au rejet du recours. Invité à se déterminer, l'Office fédéral de l'énergie (ci-après: l'OFEN) a estimé que les conditions cadre d'une utilisation rationnelle étaient données et qu'il convenait de ne pas procéder à une augmentation du débit résiduel fixé dans la concession. Dans ses observations du 30 juin 2011, l'OFEV a relevé que les débits résiduels proposés par le SPE étaient conformes aux exigences de la LEaux; en revanche, il n'était pas possible, sur la base du dossier actuel, d'évaluer si les mesures de remplacement étaient suffisantes au sens de la loi fédérale du 1er juillet 1966 sur la protection de la nature et du paysage (LPN; RS 451). Dans ses observations complémentaires du 10 août 2011, l'OFEV a confirmé sa prise de position du 30 juin 2011 et précisé que les mesures de remplacement envisagées sur la Borgne devaient être concrétisées dans leur emplacement et leur étendue.
Dans leurs écritures des 14 respectivement 19 septembre 2011, le Conseil d'Etat et A._ ont répondu aux observations de l'OFEN et de l'OFEV. L'OFEN a confirmé sa prise de position le 20 septembre 2011. Le WWF a répliqué le 30 septembre 2011; il maintenait ses conclusions et requérait diverses mesures d'instruction, dont une expertise de l'OFEV relative à la truite lacustre. L'OFEV a pris position sur la requête du WWF le 13 janvier 2012. A._ SA a dupliqué le 16 janvier 2012 et maintenu ses conclusions. Les 18 et 20 janvier 2012, le Conseil d'Etat et le WWF se sont déterminés sur les dernières écritures déposées en cause et ont également indiqué maintenir leurs conclusions.
Considérant en droit:
1. Dirigé contre une décision finale rendue dans une cause de droit public, sans qu'aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF ne soit réalisée, le recours est en principe recevable comme recours en matière de droit public en vertu des art. 82 ss LTF.
La Fondation WWF Suisse fait partie des organisations d'importance nationale habilitées à déposer un recours en matière de droit public (art. 55 de la loi fédérale du 7 octobre 1983 sur la protection de l'environnement [LPE; RS 814.01] en relation avec l'art. 1 et le ch. 3 de l'annexe de l'ordonnance relative à la désignation des organisations habilitées à recourir dans les domaines de la protection de l'environnement ainsi que de la protection de la nature et du paysage [ODO; RS 814.076]). Dans la mesure où elle invoque la LEaux et la LPN et fait valoir que la décision litigieuse est susceptible de porter atteinte aux intérêts de la nature et du paysage, elle a la qualité pour recourir au sens des art. 89 al. 1 let. a et al. 2 let. d LTF (cf. ATF 136 II 101 consid. 1.1 p. 103; 123 II 289 consid. 1e p. 292).
Pour le surplus, les autres conditions de recevabilité sont remplies, si bien qu'il y a lieu d'entrer en matière.
2. Dans sa réplique du 30 septembre 2011, la recourante requiert diverses mesures d'instruction. Elle demande notamment l'édition par l'Etat du Valais du dossier Lavey+ et de "l'Etude d'assainissement et étude liée aux purges et vidanges répétitives - Borgne, Dixence, Printse - Bassin versant: Borgne". Elle sollicite par ailleurs une expertise de l'OFEV concernant la truite lacustre et la hauteur minimale pour la truite fario dans la totalité du tronçon aval de la rivière.
Ces réquisitions n'ont pas été formulées à l'appui du mémoire de recours, alors qu'elles auraient pu l'être. Il est dès lors douteux qu'elles soient recevables. En effet, en vertu de l'art. 42 al. 1 LTF, le mémoire de recours doit notamment indiquer les conclusions, les motifs et les moyens de preuve. Passé ce délai, le recourant ne peut en principe plus compléter ses conclusions et ses griefs (cf. ATF 132 I 42 consid. 3.3.4 p. 47; cf. FLORENCE AUBRY GIRARDIN, Commentaire LTF, n. 19 ad art. 42). Quoi qu'il en soit, ces requêtes doivent être rejetées pour les motifs qui suivent.
L'OFEV s'est prononcé le 13 janvier 2012 sur les observations de la recourante relatives à l'édition d'une expertise à propos de la truite lacustre et a donné les indications nécessaires; la requête du WWF est dès lors satisfaite sur ce point. Pour le surplus, il n'y a pas lieu de donner suite aux demandes de production de divers documents ou études requis par la recourante, le Tribunal fédéral s'estimant suffisamment renseigné pour statuer en l'état du dossier.
3. La recourante reproche au Tribunal cantonal d'avoir procédé à une appréciation arbitraire des preuves, celui-ci ayant refusé d'ordonner l'édition et de prendre en compte le dossier Lavey+, comme elle l'avait demandé. La recourante se plaint en réalité plutôt d'une violation de son droit d'être entendue, dans la mesure où la preuve requise n'a justement pas été administrée.
3.1 Le droit d'être entendu garanti à l'art. 29 al. 2 Cst. comprend notamment celui de faire administrer les preuves pour autant que celles-ci soient requises dans les formes prévues par le droit cantonal et qu'elles apparaissent utiles à l'établissement des faits pertinents (ATF 129 II 497 consid. 2.2 p. 504; 127 I 54 consid. 2b p. 56; 126 I 97 consid. 2b p. 102). L'autorité de décision peut donc se livrer à une appréciation anticipée de la pertinence du fait à prouver et de l'utilité du moyen de preuve offert et, sur cette base, refuser de l'administrer. Ce refus ne viole le droit d'être entendu que si l'appréciation à laquelle elle a ainsi procédé est entachée d'arbitraire (ATF 131 I 153 consid. 3 p. 157 et les arrêts cités; sur la notion d'arbitraire, voir ATF 132 I 13 consid. 5.1 p. 17).
3.2 En l'espèce, les juges cantonaux ont estimé que les dossiers de la cause, déposés par le Conseil d'Etat, suffisaient à l'examen des griefs présentés. L'édition du dossier Lavey+, moyen de preuve que la recourante n'avait pas rattaché à l'un ou à l'autre fait qu'elle estimait déterminant, n'était dès lors pas ordonné.
La recourante fait valoir que, dans son recours au Tribunal cantonal et plus précisément dans son grief relatif au débit résiduel et de dotation, elle avait mentionné l'importance du projet Lavey+. Elle estime que l'édition de ce dossier aurait apporté un élément important dans la pesée des intérêts de l'art. 33 LEaux, en faveur de l'augmentation du débit. La recourante n'explique toutefois pas en quoi le refus du Tribunal cantonal d'administrer cette offre de preuve serait constitutif d'arbitraire. En tout état de cause, il ressort de la réponse du Conseil d'Etat du 30 mars 2011 que la Ville de Lausanne, concessionnaire de l'aménagement intercantonal de Lavey, n'avait pas encore déposé une demande formelle d'approbation des plans à cette date, puisque la procédure ne se trouvait qu'au stade du rapport d'enquête préliminaire et du cahier des charges de l'étude d'impact. Le Tribunal cantonal pouvait dès lors, sans violer le droit d'être entendue de l'intéressée, renoncer à requérir le dossier Lavey+ et à tenir compte de ce projet, au surplus non encore finalisé, pour examiner la concession litigieuse. Mal fondé, le recours doit être rejeté sur ce point.
4. La recourante conteste le débit Q347 retenu par le Tribunal cantonal pour fixer le débit résiduel minimal et le débit de dotation. Se basant sur le RIE de mars 2002, le Tribunal cantonal s'en est effectivement tenu aux valeurs Q347 de 1420 l/s pour la Borgne et de 610 l/s pour la Dixence. La recourante fait cependant valoir que la carte "Eléments pour la détermination du débit Q347", tirée de la brochure "Instructions: Débits résiduels comment les déterminer" éditée en 2000 par l'OFEV, donne une valeur de 1600 l/s pour la prise d'eau de la Luette et de 590 l/s pour la prise d'eau Sauterôt. Elle ne comprend pas pourquoi le Tribunal cantonal ne s'est pas plutôt basé sur ces données, pourtant représentatives et relevées sur une longue période (entre 1926 et 1965). Le WWF estime également que le Q347 retenu est trop bas puisqu'il a été calculé sur une estimation du débit naturel peu transparente et vraisemblablement trop basse. Ainsi, en choisissant un modèle sur dix ans ayant peu de base réelle, au lieu de s'appuyer sur des mesures naturelles plus longues et plus proches de la réalité, le Tribunal cantonal aurait violé les art. 4 let. h et 31 al. 1 LEaux.
4.1 L'art. 31 al. 1 LEaux, relatif au calcul du débit résiduel minimal, prévoit que, lorsque des prélèvements sont opérés dans des cours d'eau à débit permanent, le débit résiduel doit atteindre au moins 280 l/s pour un débit Q347 de 500 l/s, plus 31 l/s par tranche de 100 l/s.
Selon l'art. 4 let. h LEaux, on entend par débit Q347 le débit d'un cours d'eau atteint ou dépassé pendant 347 jours par année, dont la moyenne est calculée sur une période de dix ans et qui n'est pas influencé sensiblement par des retenues, des prélèvements ou des apports d'eau.
4.2 En l'espèce, les données contestées, contenues dans le RIE, ont été vérifiées par le SPE dans le cadre de la première évaluation du projet le 14 septembre 2004, puis examinées par l'OFEV le 7 février 2005. L'OFEV a jugé les bases d'évaluation ressortant des documents déposés suffisantes pour une correcte détermination tant du débit Q347 que des débits résiduels proposés pour les deux cours d'eau, ce qu'il a confirmé dans sa prise de position devant le Tribunal fédéral du 30 juin 2011. Dans son évaluation définitive du 30 mai 2010, le SPE a également noté que le contenu du rapport était exact et suffisamment complet et que les débits résiduels minimaux proposés étaient conformes aux exigences de la LEaux. Dans ces conditions, le Tribunal cantonal pouvait, à bon droit, considérer que les valeurs de 1600 et de 590 l/s inscrites dans la brochure de l'OFEV de 2000 "Débits résiduels comment les déterminer" n'étaient pas décisives et que la base de détermination du débit de dotation figurant dans le RIE ne résultait pas d'une constatation inexacte ou incomplète des faits. Les arguments avancés par le WWF ne permettent pas de remettre en cause les données retenues en l'espèce et approuvées sans réserve par les autorités spécialisées consultées.
Dans la mesure où les valeurs Q347 retenues sont correctes, le débit résiduel calculé selon la formule de l'art. 31 al. 1 LEaux est de 565.2 l/s pour la Borgne et de 314.1 l/s pour la Dixence. Les débits résiduels minimaux de 565 l/s pour la Borgne et de 315 l/s pour la Dixence, prévus par A._, sont donc suffisants et conformes aux exigences légales.
Les griefs de la recourante tirés d'une violation des art. 4 let. h et 31 al. 1 LEaux sont par conséquent mal fondés et doivent être rejetés.
5. 5.1 Le WWF se plaint ensuite d'une mauvaise application de l'art. 31 al. 2 et de l'art. 33 LEaux. Dès le début de la procédure, il a exigé que la profondeur d'eau nécessaire à la libre migration des poissons soit garantie (art. 31 al. 2 let. d LEaux) et que les biotopes et les biocénoses rares dont l'existence est liée directement ou indirectement à la nature et à la taille du cours d'eau soient conservées (art. 31 al. 2 let. c LEaux). Il estime que les hauteurs d'eau limitées à 15-20 cm sont insuffisantes pour la truite de rivière, qui doit bénéficier d'une profondeur minimale de 20 cm, ainsi que pour la truite lacustre, qui a besoin d'au moins 40 cm de profondeur. Le débit minimum prévu devait donc être augmenté massivement. Pour maintenir la zone alluviale dans un état intact, il était également nécessaire d'augmenter le débit résiduel à 2000 l/s, sans quoi la végétation riveraine avait tendance à se boiser. Par ailleurs, il y avait lieu de restaurer des crues au moins deux fois par an afin de permettre un charriage naturel et de prévoir au moins 110 jours de surverses par année. Enfin, selon le WWF, une augmentation massive du débit minimum n'empêcherait nullement l'exploitation hydroélectrique de A._ de rester très rentable. S'appuyant sur des chiffres non transparents fournis par les usiniers et sur la base d'un prix de vente de l'électricité fixé à 6.5 cts/KWh, soit notoirement trop bas, le Tribunal n'avait, à son avis, pas procédé à une juste pesée des intérêts en présence au sens de l'art. 33 LEaux.
5.2 En vertu de l'art. 31 al. 2 LEaux, le débit résiduel calculé selon l'alinéa 1 doit être augmenté lorsque les exigences suivantes ne sont pas satisfaites et qu'elles ne peuvent l'être par d'autres mesures: les biotopes et les biocénoses rares dont l'existence est liée directement ou indirectement à la nature et à la taille du cours d'eau doivent être conservés; si des raisons impératives rendent cette conservation impossible, ils seront remplacés, dans la mesure du possible, par d'autres de même valeur (let. c). La profondeur d'eau nécessaire à la libre migration des poissons doit par ailleurs être garantie (let. d). D'après le Message du 29 avril 1987 concernant l'initiative populaire "pour la sauvegarde de nos eaux" et la révision de la loi fédérale sur la protection des eaux (FF 1987 II 1081 ss; ci-après: le Message), cette profondeur doit être, en règle générale, de 20 cm au minimum dans le chenal pendant toute l'année. La profondeur requise ne doit toutefois être assurée que sur la largeur nécessaire à la migration des poissons (Message p. 1156).
Selon le Message, le débit résiduel tel que garanti par l'art. 31 LEaux permet au cours d'eau, en aval du prélèvement, "de tout juste survivre". Cela ne suffit donc pas pour remplir les exigences de la Constitution, puisqu'elle demande un débit minimum convenable. C'est donc l'art. 33 LEaux qui permet de calculer, au cas par cas, l'importance du débit complémentaire. Cette évaluation a pour but de fixer des débits résiduels aptes à répondre le mieux possible aux divers intérêts à protéger, donc à mieux les prendre en considération que ne le permet l'art. 31 (Message p. 1158). Ainsi, d'après l'art. 33 al. 1 LEaux, l'autorité fixe un débit résiduel supérieur aussi élevé que possible après avoir pesé les intérêts en présence. Plaide notamment en faveur d'un prélèvement d'eau l'approvisionnement en énergie, lorsqu'il nécessite un prélèvement d'eau (art. 33 al. 1 let. d LEaux). S'opposent notamment à un prélèvement d'eau (al. 3): l'importance du cours d'eau en tant qu'élément du paysage (let. a) et l'importance du cours d'eau en tant que biotope et le maintien de la diversité de la faune et de la flore qui en dépendent ainsi que la conservation du rendement de la pêche et de la reproduction naturelle des poissons (let. b).
6. 6.1 S'agissant de la libre migration des poissons, le SPE s'est déclaré satisfait, dans son évaluation du RIE du 13 avril 2010, des compléments au RIE "Eaux de surface et migration piscicole" du 12 octobre 2009, qui complétaient de manière exhaustive les aspects relatifs aux obstacles à la libre migration. Compte tenu notamment de ce rapport et des mesures envisagées de participation financière à l'amélioration de la franchissabilité des seuils, et des débits minimaux répondant aux bases légales en vigueur, le service cantonal de la chasse, de la pêche et le la faune préavisait favorablement le renouvellement de la concession.
Dans sa prise de position du 30 juin 2011, l'OFEV a estimé que, d'après la description des observations faites sur le terrain, il n'apparaissait pas clairement qu'avec les nouveaux débits résiduels retenus, la libre migration était assurée partout où cela était naturellement possible (Rapport débits résiduels, Annexe 1 - Rapport essai de dotation et faune aquatique). En revanche, le bureau spécialisé ayant réalisé ces observations sur le terrain affirmait, dans une autre partie du RIE, que la libre migration était toujours garantie dans les tronçons ne présentant pas d'obstacles importants, ceci avec une hauteur d'eau d'au moins 20 cm (cf. étude sectorielle "Eaux de surface - Ecomorphologie, qualité des eaux, hydrobiologie et poissons" in Annexe 7 du RIE, p. 32). Si l'on se basait sur cet avis d'expert, on pouvait partir du principe que les exigences de l'art. 31 al. 2 let. d LEaux étaient respectées.
Au vu de ce qui précède, à savoir en particulier du RIE, de son complément du 12 octobre 2009 et des avis du SPE et de l'OFEV, il apparaît que le Tribunal cantonal pouvait, sans violer le droit fédéral, considérer qu'une augmentation du débit calculé conformément à l'art. 31 al. 1 LEaux ne semblait pas se justifier pour la sauvegarde des exigences mentionnées à l'al. 2 de cette disposition; les hauteurs d'eau étaient notamment suffisantes pour assurer la continuité piscicole dans les parties du lit de ce cours d'eau favorable à la truite (de rivière).
6.2 La recourante fait toutefois valoir que la Borgne est une rivière à fort potentiel pour la truite lacustre, laquelle doit bénéficier d'une profondeur minimale de 40 cm. Ce poisson sera en effet susceptible de remonter le Rhône et de frayer dans les rivières latérales dès que Lavey+ sera opérationnel, soit certainement dans le courant 2012.
Dans ses observations du 30 mars 2011, le Conseil d'Etat souligne qu'il n'y aura pas, en 2012, un ouvrage de franchissement pour la faune piscicole au barrage d'Evionnaz (dossier Lavey+) et qu'il faudra encore attendre plusieurs années avant que l'on puisse constater une migration de la truite lacustre en amont d'Evionnaz. Dans le même sens, l'OFEV fait remarquer, dans sa prise de position du 13 janvier 2012, que la migration de la truite lacustre - espèce fortement menacée au plan fédéral - est actuellement bloquée au barrage de Lavey. Avec le projet Lavey+, des perspectives réjouissantes se dessinent en matière de migration de la truite lacustre sur l'axe rhodanien. On peut effectivement s'attendre à ce que celle-ci reconquière les tronçons amont du Rhône, jusqu'à la Borgne; le temps nécessaire à cette recolonisation demeure cependant encore inconnu.
L'importance de la Borgne en tant que lieu de frai potentiel pour la truite lacustre n'est pas contestée. Elle est d'ailleurs mentionnée dans le RIE de mars 2002 (Annexe 7 au RIE, p. 26). En l'occurrence, seule l'analyse du tronçon de la Borgne en aval de Riva (où un obstacle naturel bloque totalement la remontée de poisson) est pertinente. L'expertise piscicole mentionne que, lors de l'essai de dotation, des hauteurs d'eau de 27 à 54 cm ont été mesurées dans ce secteur (Annexe 7 au RIE, tableau B3 p. 3 de l'annexe 2 "purges et vidanges"). Ces valeurs sont supérieures à la valeur indicative de 20 cm valable pour la truite fario et sont comparables aux 30 et 35 cm recommandés par les cantons de Saint-Gall et Uri pour la truite lacustre (observations de l'OFEV du 13 janvier 2012). C'est pourquoi l'expertise piscicole aboutit à la conclusion que, moyennant l'assainissement des seuils infranchissables (mesures intégrées à la décision d'octroi de la concession et non contestées), la Borgne offrirait alors 6 km très favorables à la truite fario, mais sans doute aussi à l'ombre de rivière et à la truite lacustre (Annexe 7 au RIE, p. 26). Des projections quant aux possibilités effectives de remontée de la truite lacustre restent certes difficiles tant que l'espèce n'a pas véritablement colonisé le secteur. Avec le temps, il est toutefois probable que le nouveau régime de dotation creuse le lit de la Borgne et forme un chenal suffisamment profond. Dans le cas contraire, si certains secteurs devaient s'avérer critiques pour la migration des géniteurs lacustres, des mesures constructives (comme par exemple une légère incision du lit) pourraient ponctuellement être ordonnées (observations de l'OFEV du 13 janvier 2012).
6.3 Il s'ensuit que la profondeur d'eau nécessaire à la libre migration des poissons est garantie dans la Borgne, tant pour la truite fario que la truite lacustre. Le débit résiduel ne doit pas dès lors être augmenté pour ce motif (art. 31 al. 2 let. d LEaux) et le présent grief doit être rejeté.
7. La recourante expose que la zone de Combioule est un objet candidat à l'Inventaire fédéral des zones alluviales. Dans tous les cas, il s'agirait d'un biotope digne de protection selon l'art. 18 LPN; la zone alluviale ne devrait par conséquent pas être détruite ou endommagée par l'exploitation des forces hydrauliques, conformément à l'art. 31 al. 2 let. c LEaux. Or, à son avis, un débit résiduel minimal de 800 l/s, comme prévu dans la décision litigieuse, ne permettait pas de maintenir la zone alluviale intacte. De même, la crue artificielle de 20 m3/s par année n'était pas suffisante.
Le Tribunal cantonal, en se basant sur le RIE, a reconnu que la crue annuelle avait passé de 30 m3/s, entre 1926 et 1965, à 15 m3/s environ depuis la construction de la Grande Dixence; de même, la saturation des installations et des déversements correspondait à 45 jours en moyenne pour la prise d'eau à la Luette et à 60 jours pour la prise du Sauterot, ce qui ne répondait pas en tous points aux recommandations de l'EAWAG (Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz). Le résultat de ces constats n'avait toutefois pas conduit le bureau d'études à proposer un retour à une situation proche des relevés antérieurs aux prélèvements de la Grande Dixence ou à suivre les recommandations de l'EAWAG, mais à noter les améliorations globales qu'apportaient les débits de dotations minimaux et à proposer des mesures de réduction des nuisances liées à la gestion des purges. Les services spécialisés avaient admis ces propositions de solution en posant la nécessité de préciser, en étroite collaboration avec les services spécialisés en matière de protection des eaux et de la pêche, les modalités de gestion des purges ainsi que celles liées à la création d'une crue artificielle, point repris comme charge sous 6.5 dans la décision attaquée. Faute d'études démontrant la justification des requêtes de la recourante, il n'y avait pas lieu de modifier la décision du Conseil d'Etat dans le sens de ses demandes.
La motivation des juges cantonaux ne prête pas le flanc à la critique. L'analyse faite dans le cadre du RIE confirme que les prélèvements d'eau ont des impacts négatifs sur les milieux riverains dignes de protection dans la zone alluviale de Combioule (RIE p. 38 s.). Des mesures ont cependant été proposées pour réduire - à défaut de compenser - ces impacts. Toujours selon ce RIE, une augmentation même importante du débit (jusqu'à trois fois le débit résiduel minimum) n'engendrerait pas de différences significatives au niveau de la zone alluviale, raison pour laquelle le débit résiduel minimum a été considéré comme suffisant (Annexe 8 au RIE, Flore et faune terrestre, p. 24 s.). Des mesures de compensation sont par ailleurs prévues dans la zone alluviale (génération de crues artificielles, création de mares pour les batraciens). En ce qui concerne les crues artificielles, celles-ci ont un rôle très important pour la zone alluviale, car elles permettent le rétablissement partiel de la dynamique dans cette zone par transport de matériaux (apports et exports). Les crues artificielles de 20 m3/s proposées dans le RIE entraînent un transport des matériaux dans le lit du cours d'eau mais ne permettent pas le décolmatage du fond du lit (cf. observations de l'OFEV du 30 juin 2011). Le RIE propose également une crue artificielle 70 m3/s tous les 20-30 ans afin de rétablir une dynamique en dehors du lit de la rivière (lit non boisé dans la zone alluviale). Les crues supérieures à celles retenues dans le présent projet et qui seraient utiles pour la dynamique et la qualité de la zone alluviale (env. 30 m3/s pour le décolmatage et 70 m3/s pour la dynamique hors lit) n'ont pas été inclues au projet car, selon le RIE, les crues annuelles observées ne dépassent pas les 20 m3/s. Pour arriver à des débits de crues plus élevés, il faudrait se coordonner avec l'ouvrage de la Grande Dixence qui prélève de l'eau en amont, et, dans le cas de crues de 70 m3/s, des mesures de sécurité devraient être mises en place. Ces deux contraintes sont évoquées pour justifier l'abandon de ces mesures. En contrepartie, les mesures de compensation prévues par les experts ont été intégrées dans la décision du Conseil d'Etat (en particulier la création de deux biotopes dans la zone de Combioula; cf. la décision du Conseil d'Etat p. 10). Sur la base de ces considérations, il apparaît que les débits résiduels minimaux retenus sont suffisants pour satisfaire aux exigences de l'art. 31 al. 2 let. c LEaux. Les juges cantonaux n'ont dès lors pas violé le droit fédéral et le recours doit également être rejeté sur ce point.
8. Contestant la pesée des intérêts effectuée par le Tribunal cantonal sur la base de l'art. 33 LEaux, la recourante allègue qu'une augmentation massive du débit minimum n'empêcherait nullement l'exploitation hydroélectrique de A._ de rester très rentable. Au demeurant, les juges cantonaux n'avaient, selon elle, pas suffisamment tenu compte de l'importance du cours d'eau en tant que biotope et élément du paysage.
Sur la base des essais de dotation et d'observations plus anciennes, il est exposé dans le RIE que des débits plus importants que ceux retenus n'apporteraient pas d'amélioration marquante pour le paysage, les biotopes, ainsi que la faune et la flore qui y étaient rattachés. Les exigences de l'art. 33 al. 3 let. a et b LEaux sont donc respectées par le projet.
Par ailleurs, en vertu de l'art. 33 al. 2 let. d LEaux, l'approvisionnement en énergie plaide en faveur d'un prélèvement d'eau. Or, selon les observations de l'OFEN du 12 mai 2011, l'aménagement hydroélectrique de Bramois-Sauterôt, dont la production de 80 GWh permet l'approvisionnement en électricité des sept communes concédantes, s'inscrit clairement dans la politique énergétique de la Confédération. Les alternatives à la production d'énergie de ruban par d'autres moyens que les forces hydrauliques étant rares, la production qui ne serait pas assurée par cet ouvrage devrait être soit importée, soit générée par d'autres moyens qui ne sont pas, au contraire de la force hydraulique, neutres du point de vue des émissions dommageables à l'environnement. La nouvelle concession, qui fait l'objet du présent litige, entraîne une diminution de la production de 18.5 GWh par rapport à l'ancienne concession; augmenter les débits résiduels, sans pour autant avoir la garantie que cela apporte une amélioration proportionnelle, serait contraire aux buts de la politique énergétique, dont l'art. 33 al. 2 LEaux tient justement compte.
Enfin, il ressort du "rapport débits résiduels" du RIE que l'application des débits résiduels prévue dans le projet provoque une perte de revenu de l'ordre de 600'000 fr. et que chaque augmentation de 10 % du débit de dotation entraîne une diminution supplémentaire du revenu de 82'000 fr. par année (rapport débits résiduels p. 15-18). Les juges cantonaux indiquent qu'avec un débit minimum de 2000 l/s tel que demandé par le WWF au niveau de la zone alluviale de la Combioule, le doublement de cette perte équivaudrait à 41 % de la production de l'aménagement et serait insupportable, à la fois pour le concessionnaire et pour tous les autres acteurs liés à l'économie de cette installation de turbinage. Contrairement à ce que soutient la recourante, l'arrêt en cause indique donc suffisamment clairement les incidences économiques au sens de l'art. 33 al. 4 LEaux.
Partant, la pesée des intérêts à laquelle ont procédé les juges cantonaux échappe à la critique. Mal fondé, le grief tiré d'une violation de l'art. 33 LEaux doit être écarté.
9. La recourante se plaint finalement d'une violation de l'art. 18 al. 1ter LPN et de l'art. 54 de la loi fédérale du 22 décembre 1916 sur l'utilisation des forces hydrauliques (LFH; RS 721.80). Elle estime que la décision du Conseil d'Etat du 19 mai 2010 ne mentionne pas avec suffisamment de précision les mesures de compensation environnementales imposées au concessionnaire. Le WWF souhaite en particulier que des mesures concrètes soient prises en relation avec la mortalité des poissons (par exemple la pose de grilles de 10 mm) et que soient décrites plus en détail les mesures de protection, de reconstitution ou de remplacement nécessaires pour compenser les atteintes au cours d'eau.
9. La recourante se plaint finalement d'une violation de l'art. 18 al. 1ter LPN et de l'art. 54 de la loi fédérale du 22 décembre 1916 sur l'utilisation des forces hydrauliques (LFH; RS 721.80). Elle estime que la décision du Conseil d'Etat du 19 mai 2010 ne mentionne pas avec suffisamment de précision les mesures de compensation environnementales imposées au concessionnaire. Le WWF souhaite en particulier que des mesures concrètes soient prises en relation avec la mortalité des poissons (par exemple la pose de grilles de 10 mm) et que soient décrites plus en détail les mesures de protection, de reconstitution ou de remplacement nécessaires pour compenser les atteintes au cours d'eau.
9.1 9.1.1 En vertu de l'art. 18 al. 1ter LPN, si, tous intérêts pris en compte, il est impossible d'éviter des atteintes d'ordre technique aux biotopes dignes de protection, l'auteur de l'atteinte doit veiller à prendre des mesures particulières pour en assurer la meilleure protection possible, la reconstitution ou, à défaut, le remplacement adéquat. Quant à l'art. 54 LFH, il prévoit que toute concession doit, entre autres dispositions obligatoires, indiquer les autres conditions et charges fixées sur la base d'autres lois fédérales (let. d).
Selon la jurisprudence, l'examen des investigations et mesures nécessaires en matière de pêche et de protection de la nature doit se faire au cours de la première étape de l'étude d'impact sur l'environnement; en effet, le problème de la protection des eaux, de la nature et du paysage constitue, aussi bien pour l'environnement que pour l'utilisation des forces hydrauliques, des préoccupations si importantes qu'on ne peut pas en renvoyer l'examen à la deuxième étape (cf. ATF 119 Ib 254 consid. 10 hd p. 297). Les charges ou conditions prises sur la base de la LPN doivent être décrites avec précision dans une décision administrative et leur objet doit être clairement défini (arrêt 1A.1/1998 du 22 décembre 1998, publié in RDAF 1999 I 371, consid. 8 c/bb).
9.1.2 La LFH a, depuis sa dernière révision, opté en matière de concession fédérale pour une procédure concentrée et en une seule phase (cf. art. 62 LFH). En revanche, la loi valaisanne du 28 mars 1990 sur l'utilisation des forces hydrauliques (ci-après: LFH/VS) prévoit une procédure en deux étapes, soit en une première étape liée à la concession, qui fixe les droits et obligations des concessionnaires (art. 7 ss LFH/VS), puis en une seconde étape relative à l'approbation des plans (art. 31 ss LFH/VS). Cette seconde étape doit être réalisée dans un délai fixé dans la première phase. A chaque étape est rédigé un rapport d'impact sur l'environnement, lequel est soumis aux services spécialisés pour leur évaluation.
9.2 En l'espèce, le RIE propose schématiquement, dans son chapitre "mesures de compensation intégrées au projet" (p. 12 ss du RIE), deux volets de mesures: d'une part, des mesures concernant le rétablissement de la libre migration du poisson par la suppression ou l'assainissement d'obstacles artificiels situés entre l'embouchure du Rhône et le secteur de la Pirra et, d'autre part, des mesures destinées à compenser l'impact du projet sur le milieu riverain (renaturation de tronçons endigués dans la région de Bramois). Ces mesures dites de compensation constituent formellement des mesures de remplacement au sens de l'art. 18 al. 1ter LPN. Le RIE fait ensuite état d'autres planifications en cours sur le même tronçon de la Borgne et conclut à la nécessité d'une coordination pour la réalisation des mesures susmentionnées. Cette coordination prend la forme d'un "Plan directeur Nature" pour la revitalisation de la Borgne, dont la réalisation doit faire l'objet d'une convention entre le concessionnaire et le canton. Ce document doit permettre de concrétiser les mesures envisagées; une partie des mesures - non quantifiées dans le RIE - doit ensuite être prise en charge à titre de mesures de compensation par le concessionnaire.
9.3 Dans ses déterminations du 10 août 2011, l'OFEV considère que le premier volet des mesures de remplacements proposées, relatif à l'assainissement des seuils pour la libre migration des poissons, est conforme aux exigences légales. Le complément au RIE du 16 novembre 2009 indique en effet les modalités techniques envisagées pour l'assainissement des seuils jugés prioritaires. Quantitativement, il propose une participation du concessionnaire à l'adaptation de seuils précis, selon un ordre de priorité; cette proposition est reprise et précisée au point 6.5 de la décision du Conseil d'Etat. Le complément au RIE montre comment le canton en est arrivé à fixer cette condition dans la concession et permet de la valider. En revanche, l'OFEV estime que le complément au RIE ne donne pas d'information sur le deuxième volet des mesures compensatoires, à savoir les renaturations de tronçons endigués de la Borgne. Le "Plan directeur Nature pour la revitalisation de la Borgne" n'est notamment pas évoqué. Le complément n'apporte ainsi pas de précision sur les mesures de renaturation des rives de la Borgne et il n'est en conséquence pas possible de juger de l'adéquation quantitative de ces mesures de remplacement; celles-ci devraient encore être concrétisées dans leur emplacement et leur étendue.
Le Conseil d'Etat indique, dans ses observations du 14 septembre 2011, que le "Plan directeur Nature" évoqué dans le RIE de 2002 a été abandonné bien avant 2009, car il impliquait trop d'acteurs pour être mené à chef. Les mesures concernant la renaturation des rives de la Borgne font l'objet des points 6.1. et 6.2 de la décision d'approbation de la concession et sont, à son avis, suffisantes en première étape de la procédure liée à la nouvelle concession. L'OFEV ne peut être suivi lorsqu'il demande que tout soit fixé dans le cadre de l'approbation des concessions, ce qui viderait le sens de la seconde étape, lors de laquelle il sera à nouveau consulté.
9.4 Le point 6.1 de la décision du Conseil d'Etat, intitulé "mesures intégrées au projet", précise que toutes les mesures prévues dans le RIE et son complément seront réalisées, sous réserve de modification des dispositions en vigueur et des conditions de l'approbation. Le point 6.5 de la décision détaille les seuils à aménager sur la Borgne pour rétablir la libre migration des poissons et astreint A._ à participer à leur financement, voire à les réaliser elle-même. Ce premier volet de mesures de remplacement est suffisamment concret, étant donné qu'il définit précisément tant l'aspect qualitatif que quantitatif des mesures imposées.
Quant au second volet de mesures, il est traité au point 6.2 de la décision litigieuse. Le Conseil d'Etat invite A._ à concrétiser, dans son RIE 2ème étape, son obligation de réaliser les deux biotopes et de fournir toutes précisions utiles sur les mesures de remplacement; un délai pour la réalisation des biotopes sera donné lors de l'approbation des plans. Comme le relève l'OFEV, l'aspect quantitatif de ces mesures, qui ne sont pas développées dans le RIE et son complément, reste flou; ces mesures doivent en effet encore être concrétisées dans leur emplacement et leur étendue. Le Tribunal cantonal a toutefois considéré que les mesures concernant la renaturation des rives de la Borgne étaient suffisantes, en première étape de la procédure liée à la nouvelle concession, étant donné que la décision litigieuse arrêtait les obligations matérielles qui incomberont au concessionnaire et le cadre qu'il devra respecter dans la deuxième étape. Or, ce procédé n'est justement pas admis par la jurisprudence, qui considère que le problème de la protection des eaux, de la nature et du paysage constitue des préoccupations si importantes qu'on ne peut en renvoyer l'examen à la deuxième étape (cf. consid. 9.1.1). La charge décrite au point 6.2 de la décision du Conseil d'Etat, qui se borne à renvoyer à un stade ultérieur l'examen des détails techniques relatifs à la mise en oeuvre de cette mesure, n'est pas assez précise pour être exécutée en l'état; elle n'a au demeurant pas encore fait l'objet d'une étude d'impact. Les exigences des art. 18 LPN et 54 let. d LFH ne sont dès lors pas respectées. Il s'ensuit que les intérêts de la nature et du paysage défendus par LPN ne sont pas sauvegardés de manière satisfaisante dans la décision litigieuse et que le recours doit être partiellement admis sur ce point.
10. Il résulte de ce qui précède que le recours doit être partiellement admis. La cause est renvoyée au Conseil d'Etat du canton du Valais afin qu'il complète le point 6.2 du dispositif de sa décision du 19 mai 2010 au sens des considérants (art. 107 al. 2, 2ème phrase, LTF). Le recours est rejeté pour le surplus.
La recourante, qui succombe partiellement, doit supporter une partie des frais de justice (art. 65 et 66 al.1 LTF). Il n'y a pas lieu d'allouer de dépens à A._ qui n'en a pas fait la demande et qui s'est défendue sans l'assistance d'un avocat (cf. art. 68 al. 1 et 2 LTF). Au vu de l'issue du litige, il n'y a pas lieu de revenir sur la répartition des frais et dépens de la procédure cantonale (cf. art. 67 et 68 al. 5 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est partiellement admis, en ce sens que la cause est renvoyée au Conseil d'Etat du canton du Valais afin qu'il complète le point 6.2 du dispositif de sa décision du 19 mai 2010 au sens des considérants.
2. Le recours est rejeté pour le surplus.
3. Les frais judiciaires, fixés à 1'000 fr., sont mis à la charge de la recourante.
4. Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Conseil d'Etat et au Tribunal cantonal du canton du Valais, Cour de droit public, ainsi qu'à l'Office fédéral de l'énergie et à l'Office fédéral de l'environnement, Division Droit.
Lausanne, le 19 avril 2012
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Fonjallaz
La Greffière: Mabillard