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Vers des centrales hydroélectriques plus respectueuses des poissons
Les centrales hydroélectriques peuvent avoir un impact environnemental important. Elles endiguent les rivières, modifient les habitats aquatiques et entravent la migration des poissons, qui peuvent être blessés ou tués par les turbines, les grilles à déchets et les systèmes de secours en cas d'inondation.
La loi suisse sur la protection des eaux et la directive-cadre sur l'eau de l'UE visent à atténuer ces effets négatifs. Cependant, de nombreuses vieilles centrales hydroélectriques, en particulier, ne répondent pas aux nouvelles exigences et doivent être modernisées. Pour chaque centrale, des mesures rentables doivent être déterminées individuellement en fonction de son cas spécifique.
«Il est important d'intégrer une conception régionale spécifique des passes à poissons qui tienne compte des besoins vitaux des espèces locales, des conditions hydrauliques du site et de la disposition de chaque centrale électrique particulière», explique Robert Boes, professeur de génie hydraulique et chef du laboratoire d'hydraulique, d'hydrologie et de glaciologie (VAW) à l'ETH Zurich.
Une enquête paneuropéenne sur les centrales hydroélectriques
VAW a participé au projet «FIThydro» d'Horizon 2020, d'une durée de quatre ans, financé par le Conseil européen de la recherche. L'équipe du projet, composée de 26 institutions de recherche et entreprises européennes, a étudié 17 sites dans huit pays afin d'examiner l'impact des centrales hydroélectriques sur les écosystèmes fluviaux et en particulier sur les poissons. VAW a contribué à plusieurs études en laboratoire et sur le terrain, certaines en collaboration avec des partenaires régionaux.
En examinant la centrale de Schiffmühle sur la Limmat et la centrale de Bannwil sur l'Aar, VAW et les partenaires du projet ont d'abord étudié les méthodes et approches existantes pour évaluer l'impact environnemental des centrales hydroélectriques et des mesures de rénovation. «Nous voulions identifier les lacunes en matière de connaissances et découvrir comment nous pouvons améliorer la situation actuelle et les mesures déjà mises en œuvre», explique M. Boes.
Il n'était pas clair, par exemple, quels systèmes de dérivation en amont et en aval sont les plus appropriés pour quelles espèces de poissons et quelles conditions sont idéales pour que les poissons les trouvent. Les chercheurs de VAW et leurs partenaires ont mesuré les vitesses d'écoulement et surveillé les mouvements des poissons en marquant quelques milliers de poissons avec des transpondeurs passifs intégrés (PIT) autour de la centrale hydroélectrique de Schiffmühle. Le suivi a montré que de nombreuses espèces de poissons de la Limmat sont capables d'utiliser efficacement les solutions techniques et quasi-naturelles de passage des poissons pour remonter le courant.
Les poissons qui migrent vers l'aval doivent passer par les turbines d'une centrale hydroélectrique si aucune autre option n'est disponible en aval. C'est là que les poissons peuvent se blesser sur les pales des turbines, et ils sont également exposés à de fortes fluctuations de pression. À la centrale hydroélectrique de Bannwil, les partenaires du projet ont utilisé des capteurs de haute technologie, une technologie de surveillance et divers modèles pour étudier le passage des poissons migrant vers l'aval à travers les turbines et le barrage.
Il s'est avéré que le passage dans les centrales hydroélectriques peut être dangereux pour les poissons, et pas seulement à cause des turbines : Lorsqu'ils descendent au-dessus des barrages, ils peuvent également être blessés par les forts courants du bassin de tranquillisation ou perdre leur orientation, ce qui en fait des proies faciles pour les prédateurs. «Nos résultats peuvent aider, par exemple, à développer des turbines compatibles avec les poissons, à adapter le fonctionnement des centrales électriques pendant les périodes de migration des poissons et à améliorer la conception des barrages pour un passage sûr des poissons» explique Ismail Albayrak, scientifique principal et chef de projet chez VAW.
Les scientifiques du VAW ont également effectué des tests hydrauliques approfondis en laboratoire avec des grilles de guidage des poissons afin de mieux comprendre le comportement des espèces de poissons locales dans les courants turbulents. Ils ont ensuite utilisé les résultats pour développer un système innovant de protection et de guidage des poissons en migration vers l'aval, appelé système de contournement des grilles à barres courbes (CBR-BS).
Le cœur du CBR-BS est un râtelier à barres verticales avec des barres de forme spéciale ; celles-ci créent de forts tourbillons locaux qui éloignent les poissons du râtelier à barres et les dirigent vers une dérivation. De cette façon, le CBR-BS est capable de guider en toute sécurité une variété d'espèces de poissons de différentes tailles au-delà de la turbine. Le système de dérivation est également conçu de manière à ce que les opérations de la centrale ne soient que légèrement affectées.
«FIThydro» a été officiellement achevé fin 2020 et une conférence internationale finale en ligne aura lieu les 17 et 18 mars. Les scientifiques soulignent toutefois qu'il manque encore des solutions éprouvées pour la protection et le guidage des poissons en Europe, en particulier dans les grandes centrales hydroélectriques. Il est clair pour Boes et Albayrak qu'ils doivent poursuivre leurs recherches. «La prochaine étape logique est une centrale hydroélectrique pilote et de démonstration, où nous voulons tester un CBR-BS dans des conditions réelles», explique le professeur de génie hydraulique.
Outils et wiki librement accessibles
En plus de nombreuses études de cas sur les centrales hydroélectriques en Europe, le consortium FIThydro a également développé de nouvelles méthodes et de nouveaux outils d'évaluation qui sont maintenant disponibles. Il s'agit notamment d'un indice de danger pour les populations de poissons, de simulations de la migration des poissons et d'un outil d'aide à la décision pour la planification des projets. Un site web wiki fournit également des informations détaillées sur les résultats des études de cas et sur les solutions existantes et récemment développées pour les dérivations de poissons.