2. Vaincre le courant et les obstacles : les performances des poissons
2.1 Notions sur la propulsion
2.2 Vitesse de nage et franchissement des poissons
Comportement des poissons au pied des obstacles 2.3 Activités de saut
3. Qu'est-ce qu'un obstacle à la migration
3.1 Migration de l'aval vers l'amont
a) La continuité hydraulique de la rivière
b) Les courants d'appels des canaux de fuite
3.1.1 Obstacle d'un barrage
a.l'energie hydraulique et sa dissipation
3.1.2 Obstacle total ou partiel
a) En fonction du debit
b) En fonction de l'espèce:
3.2 Migations de l'amont vers l'aval
3.2.1 Chute au seiul
3.2.2 Obstacle de 1'usine hydroélectrique
3.2.3 Effets à la traversée des turbines
La nécessité d'aménager certains obstacles
1.Changer de milieu, atteindre les bons endroits au bon moment
Comme nous l'avons vu précédemment, les migrations piscicoles correspondent à une nécessité biologique pour de nombreuses espèces et se traduisent par un comportement "déterminé" du poisson à la montée, parfois plus "Passif" à la descente.
On fixe souvent comme objectif idéal la libre circulation des poissons. Ce concept recouvre deux notions distinctes mais tout aussi importantes vis-à-vis de 1 efficacité biologique des migrations :
- les poissons ne doivent pas trouver d'obstacle infranchissable dans les périodes de migration
- le parcours ne doit pas être "encombré" de culs de sac pouvant causer soit une interruption définitive des migrations pour une part des individus, soit des retards trop importants dans les migrations.
Un Aménagement écologique des cours d'eau doit répondre à cette double contrainte:
- aménager les obstacles infranchissables ou très difficilement franchissables par des ouvrages spécifiques appelés "passes à poissons",
- assurer une bonne orientation des poissons dans la rivière afin qu'ils arrivent facilement vers les systèmes aménagés pour leur circulation. Ce dernier point est sans doute le plus complexe.
2. Vaincre le courant et les obstacles : les performances des poissons
2.1 Notions sur la propulsion
La propulsion du poisson est assurée par ondulation du corps et battement de la nageoire caudale.
La vitesse du poisson dépend donc de la longueur du poisson (plus le poisson est long, plus la distance parcourue au cours d'une ondulation sera grande) et de la fréquence d'ondulation du poisson.
La vitesse du poisson varie donc suivant l'espèce considérée et pour une espèce donnée suivant la taille.
Ainsi, pour rendre compte de la vitesse caractéristique d'une espèce , on retient la vitesse divisée par la longueur du poisson [V(vitesse instantanée)/L(longueur du poisson)].
La fréquence d'ondulation est fonction de la morphologie du poisson. Il existe pour chaque espèce des conditions biologiques standard propres à des performances natatoires optimales.
Lorsque l'un des paramètres de ces conditions change, le principal étant la température, les performances s'en trouvent sensiblement modifiées.
Le poisson étant un animal à sang froid, le fonctionnement de son métabolisme est intimement lié à la température extérieure, celle dans laquelle il évolue. Chaque espèce dispose d'une température préférentielle -pour la truite arc-en-ciel celle-ci est de 1 6'C- pour laquelle le fonctionnement de son métabolisme et par conséquent ses dispositions physiques sont optimales. Toute élévation de température par rapport au preferendum thermique de l'espèce, en engendrant une baisse de la quantité d'oxygène dissous dans le milieu, provoque une diminution des performances (comme un coureur de fond en altitude). De même, une baisse de la température au-dessous du preferendum engendrera une baisse des performances natatoires du poisson.
La température influe donc de façon significative sur les vitesses de nage du poisson. Ainsi, un saumon de 0,90 m de long peut nager à 2,S m/s à 2'C, à 9,6 m/s à 25'C.
L'endurance du poisson est fonction de sa réserve en sucres énergétiques ( glycogène ) qui s'épuise d'autant plus vite que la vitesse augmente et la température diminue, ceci lorsque sa vitesse est supérieure à sa vitesse de croisière.
On peut distinguer trois vitesses pour le migrateur
- la vitesse de "croisière" :
c'est la vitesse susceptible d'être maintenue pendant des heures sans engendrer de modifications physiologiques profondes de l'organisme et faisant appel à des mécanismes d'activité musculaire aérobie .
-la vitesse "soutenue"
c'est la vitesse pouvant être maintenue pendant quelques minutes mais engendrant la fatigue du poisson. Cette activité de nage fera appel dans des proportions variables aux différents mécanismes aérobies et anaérobies , d'autant plus que l'intensité de l'effort sera plus importante. _ la vitesse "de pointe"
c'est la vitesse résultant d'un effort violent, ne pouvant être maintenue plus d'un certain temps (suivant certains auteurs une dizaine de secondes). La puissance musculaire nécessaire est pratiquement totalement assurée par des mécanismes anaérobies , par décomposition du glycogène en acide lactique.
Les réactions anaérobies permettent de générer très rapidement une grande puissance musculaire mais mettent en jeu une énergie limitée dans la mesure où les réserves en glycogène sont relativement faibles et où l'acide lactique a tendance à inhiber la contraction musculaire lorsqu'il atteint une certaine concentration (phénomène classique de la crampe ou des courbatures).
Les possibilités d'accélération des poissons sont remarquables : un poisson de 20 cm de long peut nager à 1,6 m/s et dispose d'une accélération pouvant atteindre 32 m/s2.
Un tableau des vitesses maximales de quelques espèces est donné ci-joint.
2.2 Vitesse de nage et franchissement des poissons
Dans le milieu dans lequel ils évoluent et qui est lui-même dynamique, il convient de rappeler : - que la plupart des poissons sont capables de percevoir de très faibles variations de vitesse du courant et cherchent généralement les zones les plus favorables à leur progression voisinage des parois ou du fond, zones de décollement
-que lorsque les fluctuations spatio-temporelles des vitesses du courant sont intenses (écoulements tourbillonnaires ) , énergie nécessaire au migrateur pour franchir une certaine distance peut devenir beaucoup plus importante que celle requise pour parcourir la même distance dans un écoulement régulier ayant une même vitesse moyenne , et cela d'autant plus que les vitesses maximales se rapprochent des vitesses de pointe du poisson
que les performances de nage du poisson approchant de sa maturité sexuelle sont réduites ; les migrateurs comme le saumon ou l'alose ne se nourrissent plus ou peu lorsqu'ils effectuent leur remontée vers les frayères. La distance parcourue depuis le départ de la migration et les difficultés rencontrées auparavant affaiblissent d'autant le poisson migrateur.
Ainsi, pour qu'un ouvrage soit franchissable, les vitesses de l'eau doivent être généralement maintenues bien en dessous des vitesses de pointe, dans le domaine des vitesses soutenues et ce pour les températures les plus faibles susceptibles d'être rencontrées en période de migration et sur les individus les moins vigoureux.
Lors de la conception d'une passe à poissons , il sera nécessaire d'étudier quelles seront les vitesses présentes dans la passe . Au moyen d'abaques tel que celui de la page suivante vitesses maximales de nage en fonction de la longueur et de la température - , ou de tableaux donnant les vitesses des poissons on vérifiera qu'elles ne dépassent pas les capacités du poisson
Il faudra aussi vérifier que le dispositif n'amène pas le poisson au delà de ses capacités d'endurance. Pour cela, on s'assurera que les distances à parcourir pour le migrateur sont dans ses possibilités . Les durées de nage à la vitesse maximale en fonction de la longueur de corps permettront aussi de confronter les caractéristiques de la passe à l'endurance du poisson. (cf. courbes pages suivantes).
On aura ainsi déterminé en théorie la franchissabilité de l'ouvrage en fonction de ses caractéristiques géométriques et des conditions hydrauliques.
COMPORTEMENT DES POISSONS AU PIED DES OBSTACLES
A partir d'observations en conditions naturelles, par la bio-télémétrie et par modélisation, on a pu tirer les renseignements suivants sur la distribution et le comportement des poissons au pied des barrages:
- les poissons se dirigent là où le déversement de l'eau est le plus fort
- les poissons se regroupent près du barrage, à des distances de 0 à 500 m, en fonction de la vitesse du courant, (plus la vitesse est faible, plus ils viennent près de l'ouvrage)
une "zone de recherche" s'établit près du barrage, dans laquelle le poisson se déplace autant vers l'aval et vers l'arrière que sur toute la largeur de l'écoulement principal
les limites de la "zone de recherche" correspond à toute la largeur de l'écoulement, mais en cas de gradient de courant, ils choisissent des zones spécifiques
quand les vitesses du courant dépassent les vitesses critiques des poissons, ils se redistribuent pour ensuite se regrouper dans des zones d'eaux calmes situées dans les limites de l'écoulement ou le long des berges;
quand les poissons entrent dans des tourbillons, ils sont désorientés et peuvent y rester pendant de longues périodes;
- quand les poissons sont fatigués, ils se regroupent dans des zones d'eaux stagnantes par exemple, sous des barrages faiblement déversants, et dans ce cas, la distribution n'est pas déterminée par le courant mais par les autres facteurs environnementaux
- la distribution horizontale des poissons est la même que la distribution horizontale habituelle pendant la migration
- pendant une période de 24 heures, les poissons traversent en long et en large la "zone de recherche" à l'aval du barrage. Dans les périodes de haute activité locomotrice, ils montent, mais pendant les périodes de faible activité locomotrice, ils se laissent emporter par le courant ou vont nager le long des berges.
in" Structures assisting the migrations of non-saimonid fish' : USSR
D.S.Pavlov Severtsov's Institute
2.3 Activités de saut
Les salmonidés ont des possibilités de saut remarquables. Peu d'auteurs se sont attachés à étudier précisément les modalités du comportement de saut. Dans le cas d'une chute d'eau, STUART (1 962) a précisé la grande importance de "l'orientation" , comme première phase du processus de franchissement. Selon cet auteur, les poissons en "pseudo-repos" à plusieurs mètres à l'aval d'une chute s'orientent vers le lieu d'impact de l'eau déversante. Cette orientation à moyenne distance serait de plus influencée par la quantité d'air incorporée à l'eau et par le bruit provoqué par la chute.
Par contre , à proximité immédiate de la chute , la stimulation des salmonidés pour réaliser un saut orienté - vers l'origine de la veiné liquide - est liée à la présence d'un ressaut hydraulique consécutif à la chute ( REISER et PEACOCK , 1 985 ). La hauteur de chute , la vitesse de flux et la profondeur de la fosse d'appel constituent alors les trois paramètres essentiels déterminant les conditions de saut. STUART (1 962) a préconisé une profondeur idéale de la fosse de 1,25 fois la hauteur à franchir .
Toutefois l'orientation finale d'un saut dépend en grande partie de la direction des courants ascendants dans le ressaut hydraulique - un ressaut est une nappe de courant qui se développe en surface d'un écoulement et composé de courants ascendants - qui sont utilisés par les poissons pour leur prise d'appel ( STUART, 1962 ; REISER et PEACOCK, 1985 ). C'est pourquoi la présence de nombreux blocs dans les fosses au pied des chutes d'eau peut être à l'origine d'échecs de nombreux sauts mai orientés ne permettant pas au migrateur de franchir l'obstacle en dépit d'une profondeur suffisante .
Mais à supposer que les profondeurs des fosses d'appel soient adéquates , il existe une hauteur limite que les poissons ne peuvent pas franchir . Le calcul de cette limite peut être obtenu grâce à la formule de REISER et PEACOCK (1 985):
h=V2 /2g
avec: V=Vitesse du poisson lors de sa sortie de l'eau (m.s-1) g=accélération de la pesanteur (9,81 m.s-1) h=hauteur de saut (en m)
Cette formule est théorique et s'applique essentiellement aux chutes d'eau quasiverticales .
En utilisant les données de BELL (1 973) in REISER et PEACOCK (1 98S) et de OSBORN (1982) concernant la vitesse de nage du Saumon atlantique (soit 8 m.s-1 ) la hauteur maximale franchissable serait de 3,3 mètres.
STUART (1 962) puis OSBORN (1 982) signalent que les "eaux blanches" résultant d'une émulsion avec l'air , réduisent les vitesses de pointe car la densité du mélange air/eau est moindre que celle de l'eau seule. Le poisson se retrouve donc dans un milieu moins porteur dans lequel il doit fournir un effort pour se trouver en équilibre avec l'eau; de plus sa force propulsive s'exerçant sur un milieu offrant moins de résistance est moins efficace.
Les,eaux blanches perturbent en outre la prise de repères visuels du poisson .
3. Qu'est-ce qu'un obstacle à la migration
Des éléments précédents, on peut déduire que tout "accident dans l'écoulement" dépassant les capacités physiologiques des poissons constitue un obstacle.
Deux cas distincts sont abordés
- les migrations de l'aval vers l'amont,
- les migrations de l'amont vers l'aval.
3.1 Migration de l'aval vers l'amont
a) La continuité hydraulique de la rivière
Pour permettre la migration, il faut assurer la continuité hydraulique de la rivière. En effet, l'accès au pied des seuils de prise d'eau ou des ouvrages de franchissement doit être assuré à toute période de l'année. Cet objectif peut être atteint en particulier grâce au débit réservé à la rivière.
b) Les courants d'appels des canaux de fuite
Un poisson en migration de l'aval vers l'amont est caractérisé par un comportement d'attraction vis-à-vis du courant principal. En période d'étiage, le débit turbiné et restitué à la rivière est souvent supérieur au débit déversant sur le seuil de prise d'eau. Les canaux de fuite ou les pieds des turbines constituent donc des zones d'attraction pour le poisson.
En période de hautes eaux, le phénomène inverse peut être constaté lorsque le débit déversant sur le seuil de prise d'eau est supérieur au débit turbiné. Le poisson migrateur arrive alors au pied du seuil.
Des observations réalisées sur des saumons en migration montrent que les poissons effectuent fréquemment un va-et-vient entre des zones profondes appelées fosses de repos et l'obstacle, jusqu'à son franchissement.
L'impact d'un ouvrage de dérivation s'apprécie donc non seulement du simple point de vue des possibilités de franchissement d'un seuil, mais aussi vis-à-vis du temps passé par les migrateurs pour s'engager dans l'ouvrage de franchissement. Les retards cumulés obstacle après obstacle peuvent avoir des conséquences sensibles dans le cas des longs cours d'eau (Loire, Garonne, Rhône, Rhin).
Les différences d'attractivité des principaux courants d'eau tels que canaux de fuite, déversement au barrage, fuite dans le corps du barrage, vanne, etc ... constituent autant de facteurs pouvant influer sur les déplacements du poisson et donc sur la capacité à franchir rapidement l'obstacle global constitué par l'aménagement hydraulique.
3. 1.1 Obstacle d'un barrage
a.l'energie hydraulique et sa dissipation
L'energie hydraulique est formée d'energie potentielle c'est à dire d'energie accumulée sous une certaine hauteur d'eau et d'energie cinétique.
Lors de tout écoulement d'eau dans une rivière comme dans tout ouvrage hydraulique construit, il y a dissipation d'énergie. Dans la masse d'eau , la dissipation d'énergie résulte du frottement des particules fluides - volumes élémentaires de fluide - entre elles et de ces particules contre les parois qui guident l'écoulement.
Dans les deux cas, ces pertes sont dues à la viscosité de l'eau (viscosité - imperfection à la fluidité).
Par frottement, cette viscosité entraîne un échauffement les pertes se font sous forme de chaleur.
Dans le premier cas le phénomène est engendré par le régime tourbillonnaire de l'écoulement. Dans le deuxième cas il résulte de la rugosité des parois (béton lisse - peu de pertes ; fond naturel à forte rugosité - grandes pertes)
L'énergie hydraulique convertie en hauteur de chute d'eau et exprimée en mètres d'eau représente la charge hydraulique.
Les obstacles et ouvrages construits en rivière permettent de transformer l'énergie potentielle et cinétique de l'eau en énergie mécanique. Ces aménagements qui permettent d'utiliser au mieux la force de l'eau disponible sur le site, doivent offrir le moins de résistance possible , c'est à dire être conçus de telle manière que la perte de charge soit la plus faible possible.
Les barrages permettent d'accumuler l'énergie potentielle de l'eau (hauteur de chute et débit) afin de la dévier pour ensuite l'utiliser. Bien souvent déversants, ces barrages entraînent des effets hydrauliques différents suivant la forme du parement aval.
Si celui-ci est vertical, la chute d'eau forme un jet libre engendrant une zone de forte turbulence et creusant le lit au pied du barrage .
S'il est incliné - de forme concave ou non - on aura une lame d'eau de faible épaisseur s'accélérant sur le coursier et qui atteindra une vitesse maximale au pied du barrage.
Ces barrages modifient souvent profondément les lignes de courant. Ils peuvent créer des zones inaccessibles pour le poisson.
Pour toutes les espèces de poisson les critères de franchissabilité d'un obstacle sont généralement les mêmes ; il faut que le poisson ait des performances de nage suffisantes pour pouvoir s'approcher de l'obstacle (exemple : seuil engendrant une accélération de la lame d'eau), avant de tenter par un moyen ou un autre - saut ou nage - de le franchir.
Le bruit peut être un critère également ; les bruits d'écoulement et les vibrations des structures dans les ouvrages peuvent provoquer des réticences chez le poisson.
Remarque : Les moyens de quantification de l'énergie: mesures de vitesse
Le poisson est sensible aux diverses composantes de la vitesse de l'écoulement et pas seulement à sa vitesse moyenne; il faut tenir compte de la diversité des vitesses présentes dans l'écoulement.
Pour mesurer la vitesse, on sera amené à utiliser des micro-moulinets ou des courantomètres électromagnétiques ceux-ci deviennent inutilisables dès que la turbulence devient trop forte.
3.1.2 Obstacle total ou partiel
a) En fonction du debit
Les deux principaux paramètres que sont la hauteur de chute et la vitesse de l'eau évoluent en fonction du débit déversant sur le seuil de prise d'eau.
Les seuils sont conçus pour limiter la remontée de la ligne d'eau amont en période de crue afin d'éviter la submersion des terrains avoisinants. Parfois, les seuils sont équipés de vannes ou de clapets qui permettent un effacement partiel ou total de l'ouvrage. Dans les deux cas, on note en période de crue une augmentation plus rapide du niveau d'eau aval que du niveau d'eau amont. On constate donc une diminution de la hauteur de chute pouvant aller jusqu'à une suppression totale de la chute (effacement apparent du barrage).
Dans le cas d'obstacles de faible hauteur, de 1 à 2 mètres, l'effacement intervient pour des débits relativement modérés, donc assez fréquents, et peut se traduire par des vitesses compatibles avec la capacité de nage des poissons. L'obstacle peut alors être considéré comme occasionnel.
Pour les obstacles supérieurs à 2 mètres, l'effacement de chute peut nécessiter des débits relativement importants, donc rares, et se traduire par des conditions d'écoulements peu compatibles avec les capacités de nage ou de saut des poissons. L'obstacle peut alors être considéré comme total.
La hauteur d'un ouvrage, la profondeur du bief aval (fosse d'appel), la forme et la nature du parement aval et les conditions de débit au moment des migrations permettent de définir l'importance d'un obstacle pour les poissons.
b) En fonction de l'espèce:
Les espèces de poissons se distinguent par leurs capacités de nage ou de saut. Un même ouvrage ou accident hydraulique peut donc être un obstacle total ou très important vis-à-vis de certaines espèces et être "transparent" aux migrations d'autres espèces.
En fait, plus qu'une vitesse maximale de nage, c'est la capacité de saut qui semble être le plus contraignant. Une chute d'eau de 1 mètre peut constituer un obstacle total pour le brochet, alors qu'il sera le plus souvent franchissable par les truites et le saumon.
Dans le cas d'une prise d'eau en dérivation alimentant une centrale hydroélectrique, une proportion plus ou moins importante des poissons migrants peut se laisser entraîner dans le canal d'amenée. L'autre fraction passe sur le seuil, s'il y a déversement ou, éventuellement, par les ouvrages de franchissement.
L'estimation de chacune de ces fractions est délicate niais en première approche, on peut considérer que le rapport des débits turbinés et déversants, ou des sections d'écoulement (sur le seuil et du canal d'amenée) permet une certaine approximation du risque. Il est donc évident que le facteur de risque d'entraînement vers les installations dépend du rapport entre débit d'équipement et débit de la rivière en période de migration qui correspondrait, dans la plupart des cas, à une période de montée des eaux.
3.2 Migations de l'amont vers l'aval
3.2.1 Chute au seiul
Le franchissement d'un seuil ne constitue pas un élément véritablement traumatisant dans la mesure où
- le poisson se laisse entraîner dans l'épaisseur d'une lame d'eau,
- la réception en pied de chute s'effectue dans une certaine épaisseur d'eau. A contrario, il est évident qu'une chute importante sur des roches ou un radier en ciment peut causer des dommages aux poissons.
3.2.2 Obstacle de 1'usine hydroélectrique
Lors de la dévalaison, les poissons peuvent, dans certains cas, être entraînés dans la veine hydraulique qui passe par les turbines.
Un poisson en bonne santé, avec un comportement non perturbé, ne traverse pas naturellement les turbines d'une, en raison :
- de la présence de grilles (pouvoir de coupure)
- de la production de bruits et vibrations ayant un effet répulsif,
- du comportement des poissons, qui ne deviennent dévalants que pour certaines conditions écophysiologiques (migrations catadromes).
Ce comportement d'attente devant les grilles d'une prise d'eau peut être mis à profit pour orienter le poisson dévalant vers une "issue de secours" aménagée spécifiquement (cf chapitre IV).
Si aucune échapatoire n'est possible, les poissons dévalants se laissent entraîner dans les chambres d'eau des turbines. Il semble en effet que le poisson en migration ne remonte pas le canal d'amenée pour "chercher" un autre passage.
3.2.3 Effets à la traversée des turbines
Pour appréhender les effets mécaniques et hydrauliques des turbines sur les poissons, il est important de bien connaître leur fonctionnement.
Les turbines les plus fréquemment rencontrées sur les PCH sont les turbines Pelton,
Une turbine Pelton est constituée d'une roue comprenant une série d'augets à échancrure médiane en forme de double cuillère. Ce type de turbine, assez bien adapté pour les chutes élevées (en principe supérieures à 200 m, jusqu'à 50 m en pratique, peut fonctionner avec un faible débit, mais des vitesses de rotation élevées (de l'ordre de 500 à 1 500 tr/mn). Pour cela l'eau, avant d'arriver sur la turbine est accélérée par l'intermédiaire d'un injecteur.
La turbine Pelton est appelée turbine à action par opposition aux turbines à réaction que sont les turbines Francis et Kaplan.
Ces deux dernières se distinguent par la forme de leurs roues ; les turbines Francis sont hélico-centripètes - l'eau arrive hélicoidalement et ressort parallèlement à l'axe ; les turbines Kaplan sont axiales.
Les turbines Francis sont choisies pour les moyennes chutes, 30 à plus de 300 m, pour des débits allant de quelques centaines de litres/s à plus de 200 m3/s . Les turbines Kaplan sont utilisées pour les basses chutes - de 2 à 30/40 m - pour des débits allant de quelques à plusieurs centaines de m3/s.
Dans les turbines à réaction, l'eau atteint la roue sur tout son pourtour après avoir circulé dans un conduit en colimaçon, la bache spirale, qui permet de répartir l'énergie de l'eau arrivant au distributeur de manière uniforme . A l'intérieur de la bâche spirale, il existe une couronne interne sur laquelle sont disposées des entretoises fixes, les prédirectrices, dont le rôle est d'orienter les filets fluides vers l'entrée des directrices du distributeur.
Au moyen de ces directrices réglables dont la fonction est d'orienter l'eau sur les pales de la turbine, il est possible de faire varier le débit admis dans la roue.
A la sortie des turbines on dispose un aspirateur ou diffuseur qui maintient en dépression l'eau à la sortie et provoque un phénomène d'aspiration. On récupère ainsi l'énergie de la hauteur d'eau située entre la sortie de la turbine et la sortie de l'aspirateur.
Il permet aussi par son évasement très progressif de limiter les tourbillons et les instabilités inhérentes au ralentissement de la veine liquide.
Le schéma joint permet de bien comprendre l'évolution des vitesses et des pressions à l'intérieur des turbines.
Dans une turbine à action - type Pelton - les vitesses sont importantes au passage de la roue; dans une turbine à réaction - type Kaplan, Francis - les vitesses sont de moindre importance et les variations de vitesse se font sur un laps de temps plus long : la vitesse est encore importante à la sortie de la turbine et décroit progressivement dans l'aspirateur.
Dans une turbine à action, la mise en pression se fait progressivement dans la conduite pour revenir à la pression atmosphérique en sortie de turbine, mais cette pression peut être importante puisque ce type de turbine est utilisé pour des hauteurs de chute importantes. Dans une turbine à réaction, suite à une mise en pression progressive, au passage de la roue on observe une dépression brutale à la sortie de la roue ; on atteint alors des pressions inférieures à la pression atmosphérique.
constate alors que dans ce cas la taille du poisson et la distance interpoles de la roue influent sur les risques encourus.
Les dommages peuvent être attribués à la pression, et principalement aux variations brusques de pressions, à la cavitation, observables sur une turbine à réaction . Pour des poissons de surface habitués à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, c'est moins la mise en pression dans la conduite forcée qui est progressive, que la dépression brutale au passage de la roue qui est dangereuse; on a constaté que tant que la réduction de pression restait inférieure à 50-60% de la pression d'adaptation initiale, les risques demeuraient limités.
L'effet du cisaillement a été vérifié en laboratoire; là encore ce sont les gradients de vitesse plus que la vitesse elle-même qui sont dangereux. On a noté qu'à partir d'une vitesse de 20m/s, ces gradients engendraient des dommages importants.
Il est à noter que les taux de mortalité donnés dans la littérature en fonction des conditions de fonctionnement de la turbine sont délicats à interpréter.
Des travaux de recherche ont abouti à des modèles prévisionnels permettant d'estimer la mortalité en fonction du type de poisson (salmonidé ou anguille), de sa taille et des caractéristiques de l'aménagement.
Les résultats s'expriment en pourcentage de mortalité et sont compris entre quelques pour cent (turbine Kaplan basse chute) à 1 00% (turbine Pelton haute chute).
Les prévisions de mortalité peuvent être établies à partir des modèles du CEMAGREF, au cas par cas, en fonction des caractéristiques et des sites d'implantation des turbines.
La nécessité d'aménager certains obstacles
Tous ces éléments permettent de définir les conditions de passage des poissons au niveau d'un obstacle non aménagé. Cette phase de l'expertise d'un site est importante, dans la mesure où elle permet de décider de l'opportunité d'équiper ou non un ouvrage d'un ou plusieurs dispositifs de franchissement ou d'évitement et d'en apprécier l'intérêt écologique (voire économique) attendu.