1 Olivier Ledouble – Technicien Appui Technique – DIR Bretagne
Office français de la biodiversité
Direction Régionale Bretagne
Petits ouvrages hydrauliques et
continuités écologiques
© O
FB
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Les activités de nage
Les capacités de franchissement
Evaluation de la franchissabilité d’un obstacle – protocole
ICE (un aperçu…)
Création d’un ouvrage
Equipement d’un ouvrage existant
Traitement d’une chute aval – les dispositifs de
franchissement piscicole
Une nécessité : l’entretien des dispositifs.
Sommaire
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La faune piscicole
Les possibilités de franchissement sont liées :
au
Comportement migratoire des espèces
aux capacités de nage et saut des espèces conditionnées par :
leur morphologie et leurs capacités biomécaniques,
la physiologie de l’individu (état de maturité sexuelle, état de santé)
et les différents facteurs mésologiques (Physico-chimie, thermie).
Seules quelques espèces sont capables de franchir en
sautant, ou en se déplaçant par reptation
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Notions théoriques sur les capacités de
franchissement des espèces
En d’autres termes…
© Julien Bouchard
On n’est pas tous égaux devant un obstacle !
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L’activité de croisière
Peut être maintenue pendant des heures sans engendrer de modification
physiologique profonde de l’organisme du poisson
L’activité de sprint ou
de pointe
Effort intense qui ne peut être maintenu que peu de temps (selon l’espèce et l’individu)
Vitesse de nage maximale Umax
Les activités de nage
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Notions théoriques sur les capacités de
franchissement des espèces
L’activité soutenue
Se situe entre le sprint et l’activité de croisière. Peut être maintenue
plusieurs minutes, mais entraine à terme la fatigue du poisson
L’endurance (t)
Temps (t) pendant lequel un poisson peut nager à une certaine vitesse (U)
Endurance à vitesse maximale = 10 à 20 secondes
Les activités de nage
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© Julien Bouchard
Le rôle de la taille du poisson dans l’activité de nage : (Videler, 1993)
compilation de résultats expérimentaux
différentes espèces
différentes conditions expérimentales
U max = 0,4 + 7,4 Lp
U cr = 0,15 + 2,4 Lp ≈ 0,33 U max
Les activités de nage
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Le tirant d’eau
• Pour assurer ses capacités de nage, propulsion du corps par ondulations, le
poisson a besoin d’une lame d’eau suffisante
• Le rapport de hauteur d’eau par rapport à la forme du poisson varie de 0.17
(salmonidés) à 0.30 (brèmes carpes…)
• Différentes estimations selon les auteurs : 1 à 2 fois la hauteur du poisson,
2.5 fois la hauteur de la nageoire caudale
Pour la restauration de la continuité écologique :
Valeurs optimales correspondent aux valeurs définies pour une rampe à macro-rugosité
Les activités de nage
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P P 179 du guide ICE
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Notions théoriques sur les capacités de
franchissement des espèces
Chaque groupe d’espèces => capacité de nage
différentes
Vitesse d’écoulement et distance franchissable
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Notions théoriques sur les capacités de
franchissement des espèces
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La majorité des poissons ne sautent pas
(sauf les salmonidés…)
En cas de chute => Nécessité d’un jet de surface
Tirant d’eau sur l’obstacle au mois égale à deux fois la hauteur de chute
Pour l’anguille
Se contente d’un très faible tirant d’eau
Vitesse des écoulements très réduits (1 à 1,5 m/s au maximum pour une anguille
adulte)
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Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage
Utilisation du protocole ICE
Différentes configurations
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Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage
Utilisation du protocole ICE
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Valeurs permettant d’utiliser l’arbre de décisions
Il existe un tableau similaire avec les vitesses d’écoulement
Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage
Utilisation du protocole ICE
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• Pour une première approximation
• Outil Cassiopée (maintenant en ligne !)
• https://cassiopee.g-eau.fr/#/calculator/MGhxMG
Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage
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Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage
• Outil Cassiopée
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Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage
• Outil Cassiopée
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Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage
• Par le calcul
• Relation Débit / Vitesse / Hauteur sur une rampe par la
formule de Manning-Strickler
𝑞 = 𝐾 x ℎ53 x 𝑖 𝑥 𝐿
ℎ = 𝑞
𝐾 x 𝑖 x 𝐿
3
5 Et 𝑉 =
𝑞
ℎ 𝑋 𝐿
• q : Débit (m/s)
• K : Coefficient de Strickler
• h : hauteur d’eau (m)
• L : largeur (m)
• V : vitesse (m/s)
• i : pente (m/m)
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Retour d’expérience => Etude sur les 3 départements Lorrains => 71 à 91 % des ouvrages sur les cours d’eau de 1ere catégorie (Salmonidés) sont infranchissables pour les poissons
Une multitudes de petits ouvrages => Un fort impact cumulé
Constat 1. Document du SETRA
Problèmes relevés :
- Problèmes de dimensionnement
- Sous dimensionner => Accélération
des écoulements
- Sur dimensionner => Etalement de
l’écoulement et baisse du tirant
d’eau
- Calage / positionnement => Chute amont
ou aval pénalisante
21 Office français de la biodiversité
Direction régionale Auvergne-Rhône-Alpes
1. Arrêté de prescriptions générales –
Rubrique 3.1.2.0 (2°) de la loi sur l’eau
Concerne les nouveaux projets
Eviter ou limiter autant que possible les perturbations
sur les zones du milieu, terrestre et aquatique
Pas de modification du régime hydraulique, de la
granulométrie
Hauteur d’eau et vitesses d’écoulement compatibles
avec les capacités des espèces piscicoles
Maintien du lit d’étiage
Radier : 30 cm en dessous du fond du lit et recouvert
d’un substrat de même nature que celui du cours
d’eau
Création d’un ouvrage – La réglementation
22 Office français de la biodiversité
Direction régionale Auvergne-Rhône-Alpes
1. Document du SETRA
Concerne les nouveaux projets
=> Différentes étapes :
o Choix du type d’ouvrage
o Dimensionnement de l’ouvrage
o Positionnement
o Equipement (vitesse du courant /
hauteur d’eau / Luminosité)
Création d’un ouvrage – Document de référence
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Choix du type d’ouvrage
Valeurs guide pour les autres fonctions
Positionnement
Le plus favorable => Ouvrage sans emprise sur le lit mineur (Dans ce cas, éloigné le plus possible du lit mineur)
(L’ONEMA avait réalisé un recueil de différents dispositifs)
Arase supérieur du radier à 30 cm sous la cote du fond naturel du cours
d’eau = Respect de la granulométrie du cours d’eau
1. Document du SETRA Création d’un ouvrage – Le dimensionnement
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La Luminosité => Pas toujours pris en compte ou insuffisamment
- Puits de lumière / Eclairage artificiel => Retour d’expérience peu concluent
- Nécessité d’une transition progressive « Lumière / Obscurité »
- Deux aspects à prendre en compte :
o Ratio section / longueur
o Longueur de couverture => murs en ailes ou murs de soutènement de
remblais verticaux
Création d’un ouvrage – Le dimensionnement
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Création d’un ouvrage – Prise en compte de l’hydrologie
1 – Estimation de la surface du bassin versant
Utilisation d’un SIG, QGIS => Outil Calcul d’un bassin versant
Pour la Bretagne : outil en ligne
http://geowww.agrocampus-ouest.fr/mapfishapp/
2 – Utilisation de la Banque hydro
o Repérer la station hydrométrique la plus proche du site
o Utilisation de la banque hydro
Menu « Recherche d’une station »
Accès au données => « Synthèse »
Utilisation de l’outil Excel « Extraction banque hydro » Banque hydro
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Création d’un ouvrage – Prise en compte de l’hydrologie
3 – Estimation des débits
Formule de Myer :
Ou simple « règle de 3 »…
QMNA5 0.420
Module 4.310
Débit réservé 0.431
2 X module 8.619
Janv. Fév. Mars Avr. Mai Juin
9.209 8.982 6.408 4.627 3.062 1.849
Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.
1.338 0.896 0.907 2.087 4.718 7.961
Q2 24.950
Q10 41.962
Q20 48.767
Fréquence 0.99 0.98 0.95 0.9 0.8 0.7
Débit (m³/s) 22.682 18.940 13.609 10.026 6.861 5.126
Fréquence 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
Débit (m³/s) 3.754 2.677 1.860 1.259 0.885 0.635
Fréquence 0.05 0.02 0.01
Débit (m³/s) 0.465 0.306 0.261
Débits classés
Débits mensuels moyens
(m³/s)
Débits mensuels moyens
(m³/s)
Débits caractéristiques
(m³/s)
Débits caractéristiques
(m³/s)
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Création d’un ouvrage – Respect du profil en long
Mesure de la pente moyenne du tronçon
Calage de l’ouvrage selon la pente calculée
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Création d’un ouvrage – Prendre en compte la petite faune….
De nombreuses espèces sont susceptibles d’utiliser ces ouvrages
Nécessité de créer un cheminement à « pied sec »
Création de banquette au dessus des plus
hauts débits (crues décennales ?)
Banquette en « dur » pour garantir la solidité
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Les ouvrages existants
Les principaux problèmes rencontrés
Pour le franchissement piscicole
Des tirants d’eau trop faibles / Des vitesses d’écoulement trop importants
Des chutes aval infranchissables
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1. Document du SETRA
Si vitesse pas compatible avec : granulométrie du cours d’eau et/ou espèces
piscicoles
Et/ou tirant d’eau pas compatible avec franchissement piscicole
Implantation de seuils / barrettes / Déflecteurs / macro-rugosités
Equipement des ouvrages existant
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Equipement
Avec creusement ou non du radier de pont….macro-rugosités
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Une simulation parfois délicate….
Quand implantation de seuils, barrettes….
- Formation de « pseudo bassins » avec des chutes intermédiaires
Nécessité de calculer ces hauteurs de chutes
- De caractériser la nature des jets
- D’estimer la puissance dissipée
Selon la gamme de débit ciblée…
Si cela semble pertinent => Cassiopée
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« Traitement de la chute aval »
Quand existence d’une chute aval infranchissable
DISPOSITIF DE FRANCHISSEMENT PISCICOLE
fractionner une hauteur de chute infranchissable en plusieurs chutes
franchissables (passe à bassins, pré barrages,…)
« Remplacer une chute » par un linéaire franchissable (Passe à
ralentisseurs, rampe à macro-rugosités,…)
Trouver la zone de compromis entre deux groupes de variables
antagonistes : le tirant d’eau / vitesse d’écoulement et puissance
dissipée
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Succession de chutes
Dimensionnement
similaire à une « passe à
bassins classique »
Trouver la zone de compromis
entre deux groupes de variables
antagonistes : le tirant d’eau /
vitesse d’écoulement et puissance
dissipée
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La hauteur de chute entre les bassins
Les passes à bassins - Les principaux critères de dimensionnement
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Les passes à bassins - Les principaux critères de dimensionnement
* : Pour obtenir un jet de surface
Espèces Largeur minimale
des fentes (m)
Tirant d’eau minimale *
(m)
SAT / TRM
0,30
- jet plongeant : Fosse
d’appel => 2XDH
- Jet de surface : 0,60
LPM
0,15
0,50
ALO
0,40
0,50
TRF
0,20
0,50
BRO
0,30
0,50
Les passes à bassins - Les principaux critères de dimensionnement
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La puissance dissipée (rapport entre la hauteur de chute et le volume des bassins)
=> Indicateur de l’agitation dans les bassins
Les passes à bassins - Les principaux critères de dimensionnement
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o Espèce non sauteuse
o Capacité de déplacement particulière : reptation
o Dans un écoulement : Vitesses maximales :
o Civelles (6 – 12 cm) : 50 cm/s
o Anguilles – anguillettes : 1 à 1,5 m / s
Le franchissement de l’anguille
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o Pour les individus < 20 cm => Brosses
o Espacement entre les brins
7 mm pour les civelles
14 mm pour les anguillettes (> 12 cm)
o Pente max de 45° et si hauteur supérieur à 5 m => bassin de repos
o Critère important => alimentation en eau doit être très faible : < 1cm
o Possibilité de créer un pendage latéral, de 27° (50%) à 45° (100%)
Le franchissement de l’anguille
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o Pour les individus > 20 cm => Plots
o Ecartement et densité => fonction de la taille des individus :
o Critère important => alimentation en eau doit être très faible : quelques cm sur une zone
o Possibilité de créer un pendage latéral
o Pente maximale de 70% (35°)
Le franchissement de l’anguille
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o Respect des critères selon les classes de tailles présentes
o choix des supports
o espacement
o pente et pendage
o Pendage :
o cote haute => cote de la ligne d’eau du débit max recherché
o cote basse => cote de la ligne d’eau du débit mini
Le franchissement de l’anguille
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Construction d’une rampe
Différents type de rampe
- Rampe jointive
Débits faibles => problèmes de tirant d’eau
Débits plus fort => vitesses rapidement
importantes et problème d’endurance
Généralement pas adaptée
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Construction d’une rampe
Différents type de rampe
- Rampe à macro-rugosité
régulièrement réparties
- Généralement pas adaptée aux petits
cours d’eau
Nécessite des débits voisins de 200 l/m/s
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Pas adaptée au petits cours d’eau :
nécessite des débits de 200l/m/s.
Critères piscicole pour une rampe à macro-rugosités
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Une nécessité : l’entretien des ouvrages et des dispositifs
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Déroulement d’un projet – Intervention de l’AFB
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Merci pour
votre attention !