B.29 - L'impact des ouvrages hydrauliques

Introduction

Certains ouvrages hydrauliques, essentiellement ceux qui permettent de stocker et de restituer d'importants volumes d'eau, sont généralement très mal appréhendés par les modèles hydrologiques et hydrauliques, même avec recalage. Leur impact sur les cotes et débits n'est pas à négliger lors de l'élaboration d'une prévision. Les prévisionnistes doivent être très vigilants et entretenir si possible un contact suivi avec les gestionnaires, la connaissance du moment et des effets d'une action au niveau d'un ouvrage est primordiale. Il est très important d'avoir un réseau dense de mesure pour pouvoir dissocier les apports dus aux ondes naturelles et aux manœuvres.

Barrages de navigation

Un barrage de navigation est un ouvrage placé sur un cours d'eau pour assurer une profondeur (mouillage) suffisante pour la navigation et éventuellement pour alimenter une prise d'eau. La consigne est de maintenir une cote mesurée à l'amont de l'ouvrage (retenue normale) pour permettre la navigation à l'étiage. Si le débit augmente, le barrage est manœuvré progressivement pour maintenir cette cote. Ceci est valable jusqu'à un certain débit. Au-delà, l'ouvrage est totalement effacé et n'a plus d'incidence sur la cote.

Exemple 1. La figure 1 représente les hauteurs d'eau immédiatement en amont et en aval du barrage de Vives-Eaux sur la Seine. On observe que les variations de la hauteur d'eau sont différentes pour deux sites de mesure très proches lorsque que le barrage n'est pas effacé. Lorsque le cours d'eau a retrouvé son écoulement naturel, les variations des limnigrammes et de l'hydrogramme sont plus cohérentes et plus prévisibles.

Il est compliqué de faire des prévisions à l'aval d'un ou plusieurs cours d'eau navigables. Les manœuvres concomitantes de plusieurs barrages modifient la propagation des variations hydrologiques naturelles. La cinétique de l'onde dépend de la réaction en cascade des barragistes, pas de la dynamique hydraulique de propagation d'onde. La célérité et l'amplitude de la variation de débit du phénomène artificiel sont différentes de celles du phénomène naturel.

La gestion des ouvrages est souvent faite en cote, de proche en proche, en fonction des capacités pratiques de manœuvre souvent réduites (conception et état des ouvrages, disponibilité et sécurité des équipes) dans les secteurs où les barrages sont nombreux.

Lors d’une manœuvre, on peut observer des variations de hauteur pouvant aller jusqu’à plusieurs dizaines de cm mais le plus préjudiciable pour la prévision est la perturbation temporelle. Par exemple, les manœuvres associées à une petite crue de l’Yonne surélèvent, fréquemment, les niveaux de la Seine en région parisienne autant en une journée qu’en 3 jours pour une propagation naturelle.

Barrages-réservoirs (barrages écrêteurs)

Le rôle d'un barrage-réservoir est de permettre le stockage d'un grand volume d'eau pour qu'il soit disponible en cas de besoin. La capacité de ce réservoir est susceptible d'être employée pour l'irrigation, l'alimentation en eau potable, l'utilisation touristique, l'écrêtement des crues. La connaissance des fonctions prioritaires de l'aménagement ainsi que de ses caractéristiques principales et de sa consigne de crue sont indispensables pour le SPC. En cas de crue, l'ouvrage doit pouvoir retenir le maximum d'eau pour permettre l'écrêtement et éviter des inondations à l'aval. Le barrage stocke la partie des eaux la plus dommageable pendant les crues pour la restituer à une période plus favorable (Fig. 2).

L'écrêtement de l'onde de crue sera fonction du niveau de remplissage de l'ouvrage et de la forme de l'hydrogramme (volume de crue). Parfois l'écrêtement peut s'avérer improductif. Lors de crues successives, le débit de base peut être de plus en plus fort et sa durée de plus en plus longue et il peut survenir un épisode pluvieux qui va renforcer ce débit de base et entraîner une crue plus importante que les crues écrêtées précédemment. Si la consigne de crue est bien suivie et si les lois d’ouvrage sont bien respectées (par exemple, absence d’embâcles sur des déversoirs de surface qui modifient la loi théorique), les lâchures sont alors prévisibles et ce genre d’ouvrage ne génère pas d’incertitudes supplémentaires sur les prévisions à l’aval.

Barrages hydroélectriques

Un barrage hydroélectrique est un ouvrage avec une hauteur de chute suffisante pour pouvoir capter la force gravitaire de l'eau et produire de l'électricité. En période normale, la variation des lâchures sera fonction des besoins de production hydro-électrique. En cas de crue, la gestion sera menée en suivant une consigne d'exploitation spécifique. Cette consigne qui fait l'objet d'un document formel approuvé par l'autorité de contrôle dépend, pour chaque ouvrage, de ses caractéristiques et notamment de ses organes d'évacuation : déversoir fixe, vannes manœuvrables, usine hydroélectrique. Le SPC doit, en général, être destinataire des messages d'alerte diffusés par l'exploitant : passage en veille, en pré-alerte ou en alerte. Dans la mesure du possible, le prévisionniste doit suivre l'évolution du remplissage de l'ouvrage et se tenir informé des manœuvres éventuelles des organes d'évacuation.

La connaissance en temps réel des débits entrant à l’amont de l’ouvrage, de leur évolution et de la cote de la retenue d’une part et des caractéristiques générales de l’ouvrage d’autre part (capacité de la retenue, consigne de gestion en crue, loi des évacuateurs de crue) peut permettre de prévoir l’évolution des débits sortant de l’aménagement. Il ne s’agit pas d’une nouvelle source d’incertitude en soi mais cela nécessite toutefois de développer un modèle spécifique à l’aménagement.