2. Proposition de dispositifs de franchissement piscicole

L'état des lieux a permis de mieux connaître le site d'étude et de recueillir des données nécessaires à la proposition d'ouvrages de franchissement.

Dans cette partie, il s'agit de proposer des solutions dans le but de choisir un ouvrage ainsi que son implantation.

2.1- Plage de fonctionnement

a) Plage de fonctionnement temporel

La plage de fonctionnement temporelle des dispositifs de franchissement a été déterminée en fonction des périodes de migration des espèces piscicoles d'intérêt. Ces périodes ont été présentées dans la Partie I-1.2 - Contexte piscicole. Nous avons donc choisi de nous intéresser à la période allant du 15 mars au 30 juin pour étudier nos aménagements.

 

b) Plage de fonctionnement en terme de débits

Afin de connaître les débits nécessaires au dimensionnement de notre passe, nous avons eu besoin du graphe des débits classés rencontrés sur le site d'Harchéchamp sur la période du 15 mars au 30 juin. Ce travail a été réalisé par le binôme 1 dans la partie Etude des débits à Harchéchamp et le graphe fournit par ce binôme est présenté figure 1.15. La figure 2.24 précise les débits intéressants pour le dimensionnement sur le graphe des débits classés sur la période de migration.

Figure 2.24 - Débits classés estimés au niveau du Vair à Harchéchamp

Les débits sont classés en fonction du pourcentage de temps pour lequel un débit est égal ou supérieur. Le débit médian Q50 constitue le débit de dimensionnement. C'est le débit qui va être considéré pour dimensionner l'ouvrage. La fonctionnalité de l'ouvrage sera vérifiée aux débits limites. Nous avons choisi d'assurer la fonctionnalité de l'ouvrage pendant 50% de la période de migration. L'ouvrage devra être fonctionnel sur la plage de débit entre Q25 et Q75 soit pour des débits allant de 1 à 4 m3/s.

 

c) Plage de fonctionnement en terme de niveau d'eau

Les hauteurs d'eau amont et aval en fonction du débit ont été déterminées par le binôme 3 et sont présentées sur la figure 2.25. Nous avons considéré les hauteurs d'eau seulement pour la plage de débits sélectionnée précédemment, soit entre 1 et 4 m3/s.

Figure 2.25 - Variation de la côte de la ligne d'eau en amont et en aval du seuil d'Harchéchamp en fonction du débit

La hauteur de chute (différence du niveau d'eau en amont et en aval du seuil) est de 1,1 m. Les côtes de lignes d'eau en amont et en aval seront nécessaires pour caler le dispositif de franchissement et le dimensionner. Il faudra en particulier prendre en considération les variations des hauteurs de lignes d'eau selon le débit pour que le dispositif soit fonctionnel sur ces plages de débits (ce qui correspond à une fonctionnalité de la passe pendant 50% du temps de la période de migration).

 

Bilan: Pour étudier les aménagements, on s'intéresse à la période comprise entre le 15 mars et le 30 Juin. L'ouvrage devra être fonctionnel pour des débits compris entre 1 et 4 m3/s. La hauteur de chute est de 1,1 m. Ces critères nous permettrons par la suite de dimensionner la passe à poisson.

2.2- Choix des débits dans la passe

D'après l'article L214-18 du Code de l'Environnement, l'installation d'ouvrages dans le lit d'un cours d'eau doit maintenir en permanence "un débit minimal garantissant le la vie, la circulation et la reproduction des espèces vivant dans les eaux". Ce débit minimal ne doit pas être inférieur à un dixième du module du cours d'eau en aval immédiat. De plus, les dispositifs de franchissement comportent également des instructions en terme de débits de fonctionnement.

En général, le débit à faire circuler dans une passe à poisson est égal à 5 à 10% du débit concurrent (il ne peut pas dépasser 20%). Dans notre cas, le débit médian de notre période est égal à 2 m3/s. Les débits qui serviront au dimensionnement des dispositifs de franchissement seront donc compris entre 0,10 et 0,20 m3/s

Ce paramètre rentrera en compte dans le choix des passes à poissons, certaines passes ne supportant pas des débits trop faibles pour leur fonctionnement.

 

2.3- Choix des ouvrages

Les dispositifs de franchissement doivent être choisis en fonction de différents facteurs biologiques des poissons que l'on a sélectionnés: le chevaine, la vandoise, le hotu et le barbeau. 

Le premier facteur à prendre en compte est la capacité de nage du poisson. On distingue plusieurs niveaux d'activité de nage qui vont des vitesses de croisière, lente et que le poisson est capable de soutenir longtemps, aux vitesses de sprint, très exigentes en énergie et que le poisson ne peut soutenir que pendant une durée limitée. La vitesse maximale de nage dépend de la longueur du poisson et de la température de l'eau. Plus la température est élevée plus la vitesse maximale est élevée. Un autre paramètre important à prendre en compte est l'endurance . Elle dépend des réserves en glycogène disponibles dans les muscles mais aussi de sa taille, de sa morphologie et de la température de l'eau. Une augmentation de température se traduit par une diminution de l'endurance.

Connaissant la vitesse de nage maximale du poisson (V en m/s), on peut calculer la distance (D en mètre) qu'il pourra parcourir dans un courant de vitesse (U en m/s) à partir de la formule :

D = (V-U)*T

où T est l'endurance du poisson, c'est-à -dire la durée d'effort maximale provoquant l'épuisement du poisson. Plus le courant sera fort et moins la distance que le poisson peut parcourir est grande. Si la vitesse de courant est supérieure à la vitesse de nage du poisson, celui-ci recule (D<0). On a étudié l'évolution des facteurs biologiques sur la gamme de variation de taille des poissons présents à Harchéchamp (voir annexe en lien).

Dans le contexte d'Harchéchamp, on élimine les aménagements de type écluse ou ascenceur à poisson parce que ce sont des aménagements trop importants pour le contexte piscicole du site où nous travaillons. On  élimine également les passes à ralentisseurs parce que le courant est trop turbulent pour les espèces que nous avons choisies. On retiendra donc les passes à bassin et les passes naturelles de type enrochement.

 

Les passes à bassins

Le principe de la passe à bassins successifs est de diviser le dénivelé total du barrage en une série de chutes afin de former un escalier hydraulique compatible avec la capacité de nage du poisson. Les chutes sont contrôlées par des cloisons qui séparent les bassins. Ces derniers ont pour fonction de dissiper l'énergie de la chute et de fournir une zone de repos aux poissons. Les principaux paramètres de dimensionnement d'une passe sont les dimensions des bassins et les caractéristiques géométriques des cloisons. Pour les poissons à faible capacité de nage on retient une puissance dissipée de 150 W/m3Le volume et la forme des bassins, les altitudes et les largeurs des déversoirs, déterminent le débit, la chute entre bassin ainsi que la configuration des écoulements dans l'ouvrage.

Le passage des poissons est d'autant plus facile que la chute d'eau est faible. Pour les petites espèces à faible capacité de nage, on retient des hauteurs de chute entre 15 et 25 cm. Selon les caractéristiques géométriques de la section entre les bassins l'écoulement se fait soit "à jet plongeant" soit "à jet de surface". Comme l'écoulement à jet plongeant exige des poissons qu'ils puissent sauter et que les espèces que nous ciblons sont des cyprinidées, nous choisirons une géométrie de section qui permette un écoulement à jet de surface. Ainsi une passe à échancrure latérale et à orifice noyé semble la plus adaptée au contexte piscicole d'Harchéchamp. Une passe à fente verticale, en créant un jet plongeant, n'est pas adaptée aux espèces qui ne peuvent pas sauter. L'échancrure latérale permettra le passage des plus gros poissons tandis que l'orifice noyé permettra celui des plus petits. La position alternée des fentes évite les écoulements directs et optimise la dissipation de l'énergie du courant dans les bassins. La faible largeur des échancrures et leur profondeur permettra à l'ouvrage de supporter d'importantes variations de niveau d'eau. Ce type de passe est particulièrement adapté aux cyprinidés et aux salmonidés.

Figure 2.26 - Passe technique à échancrure latérale et orifice noyé

Le débit à l'intérieur de la passe doit être supérieur à 0,15 m3/s et le débit de fonctionnement a été choisi précédemment et doit être compris entre 0,1 et 0,2 m3/s. On se trouve donc aux limites du fonctionnement de la passe. Ce type de passe est également adapté pour des obstacles de plus d'un mètre. 

 

Les passes naturelles

Elles sont constituées d'un chenal dans lequel l'énergie est dissipée et les vitesses sont réduites par la rugosité du fond et des parois et par une succession d'enrochements. Dans ce type d'aménagement, on distingue les rivières naturelles, chenal de faible pente creusé sur la berge. Toutefois, ce type d'aménagement a une emprise au sol importante et dans le cas d'Harchéchamp, cette surface n'est pas facilement disponible. Son installation nécessiterait l'achat de terrain sur la rive gauche.

Dans la catégorie des passes naturelles se trouvent également les rampes qu'on peut installer sur une partie du barrage ou contre les berges. Elles sont adaptées aux ouvrages d'une hauteur de chute modérée. De gros enrochements sont utilisés pour ralentir la vitesse du courant. Trois types d'organisation de ces enrochements existent : répartition régulière (en quinquonce), en rangée régulièrement espacées et les enrochements jointifs disposés de manière compacte et formant un tapis rugueux.

Les rampes à enrochements jointifs ne permettent vraiment le franchissement pour des petites espèces que pour des  pentes très faibles (< à 3%) ce qui implique des ouvrages très longs. Cette solution est peu réaliste pour le cas du seuil d'Harchéchamp. Les enrochements en rangée régulières et les enrochements régulièrement répartis sont compatibles avec le passage des petites espèces. Les enrochements en rangées régulières forment des seuils créant des jets plongeant. Les poissons d'intérêt ne présentant pas de capacité de saut intéressante, nous avons choisi de dimensionner une rampe à enrochements régulièrement répartis. 

Figure 2.27 - Les trois types de dispositions des enrochements dans une rampe.

 

Bilan: Le choix des dispositifs de franchissement doit prendre en compte les capacités de nage des poissons ainsi que leur endurance. On choisit de dimensionner une passe technique à échancrure latérale et à orifices noyés et une rampe à enrochements régulièrement répartis sur une partie de la longueur du lit.

2.4- Dimensionnement

Remarque : Ceci ne constitue qu'une étude préliminaire. Nous rappelons que les dimensions sont données à titre indicatif et qu'elles seront susceptibles d'évoluer lors de la phase d'avant-projet pour le dispositif sélectionné comme solution d'aménagement.

L'étude doit impérativement être complétée par un calage de la passe en fonction de la ligne d'eau en amont et en aval et de ses variations. Un logiciel spécifique tel que Cassiopée peut être utilisé pour réaliser le calage.

Nous suggérons également de compléter l'étude par une modélisation du fonctionnement des passes sur un logiciel tel que Telemac afin d'optimiser le dimensionnement et vérifier sa fonctionnalité sur la plage de débits Q25-Q75. Des dispositifs d'amélioration pourront être également étudiés si nécessaire (injection de débit d'appoint, section de régulation...).


 

a) Passe technique : passe à échancrure latérale et orifice noyé

L'ensemble des paramètres, formules et données de références ont été tirées de l'ouvrage de Larinier "Passes à Poissons - Expertise et conception des ouvrages de franchissement".

Contraintes techniques : paramètres à fixer

Les principaux paramètres d'une passe à bassin sont les dimensions des bassins et les caractéristiques géométriques de cloisons. Dans notre cas, les cloisons sont dotées d'une échancrure latérale complétée par un orifice noyé.

Les recommandations de Larinier dans son document "Passes à Poissons - Expertise et conception des ouvrages de franchissement" - nous ont permis de fixer les paramètres nécessaires au dimensionnement de ce type de passe. Les paramètres que nous avons fixés sont présentés dans le tableau 2.7 et nous allons expliquer le choix des valeurs que nous avons sélectionnées.

Tableau 2.7 - Choix des paramètres à fixer et valeurs sélectionnées pour le dimensionnement de la passe

- La taille des poissons à faire passer en priorité dans les passes sont les reproducteurs des quatre espèces cibles. Ce choix a été effectué dans le raisonnement Partie I.1.2 - Contexte piscicole. Nous avons donc choisi de nous intéresser prioritairement aux poissons dont la taille est supérieure à 200 mm. Ceci correspond à des vitesses de nage maximale proche de 2 m/s. La hauteur de chute DH entre bassin est calculée par la formule suivante, présentée dans le tableau 2.8. 

Tableau 2.8 - Calcul de DH

Le calcul donne, pour une vitesse de 2 m/s, une hauteur de chute de 0,20 m. Or, nous avons une hauteur de chute du seuil égale à 1,10 m. Donc, pour franchir cette hauteur, deux options sont possibles : 6 chutes de 0,18 m (soit 5 bassins) ou 5 chutes de 0,22 m (soit 4 bassins).  Pour des cyprinidés, la hauteur de chute entre bassin DH est comprise généralement entre 0,15 et 0,25 m donc les deux options sont compatibles avec ces références. Nous choisissons la valeur DH = 0,22 m car il faut éviter de sous dimensionner la hauteur de chute qui risque de rendre la passe moins attractive pour les poissons. Cette dimension servira comme valeur de base pour le dimensionnement général de la passe à poissons.

- La puissance dissipée volumique (Pv) est un indicateur du niveau d'agitation dans les bassins. Pour des petites passes, il est recommandé d'avoir Pv < 150 W/m3. Nous avons choisi de sélectionner la valeur Pv = 150 W/m3 pour conserver une agitation favorable et ce qui permet de ne pas surdimensionner les bassins. En effet, plus la puissance choisie est faible, moins il y aura d'agitation et plus la taille d'un bassin sera grande. 

- Les débits choisis (Q) dans la Partie 1.2.2 - Choix des débits dans la passe -  étaient compris entre 0,10 et 0,20 m3/s. Or, pour une passe à échancrure latérale avec orifices noyés, il est conseillé de faire circuler des débits supérieurs à 0,15 m3/s. Nous avons donc choisi de dimensionner la passe pour un débit de 0,15 m3/s. Ceci correspond au débit moyen de la plage de débit 0,10 - 0,20 m3/s et est valable pour le dimensionnement de ce type de passe.

- La largeur de l'échancrure (b) doit être supérieure à 0,20 m. En effet, elle ne doit pas être trop fine pour limiter la vulnérabilité au colmatage. Elle dépend de la taille des poissons : pour les grands salmonidés, la largeur doit être supérieure à 0,30 - 0,40 m. Dans notre cas, nous avons à faire à des poissons de petite taille ce qui justifie le choix d'une largeur de l'échancrure égale à 0,2 m.

- La surface de l'orifice (c*d) doit être supérieur à 0,04 m². Cet orifice a pour objectif de faire passer les plus petits poissons, ceux qui ne seront pas capable de traverser au niveau de l'échancrure où l'agitation et la vitesse de l'eau sont trop importants. Nous avons donc sélectionné la valeur 0,04 m².

- Le coefficient de débit Cd est une donnée fournie. Nous nous sommes placées dans le cas moyen soit Cd = 0,4 pour l'échancrure et Cd = 0,75 pour l'orifice. 

 

Dimensionnement de la passe

Dimensionnement d'un bassin

A partir des paramètres fixés précédemment, nous avons pu calculer les différentes caractéristiques d'un bassin. Les formules de calculs utilisées ainsi que les valeurs obtenues des différents paramètres sont présentés tableau 2.9.

Le volume du bassin est déterminé grâce à la puissance volumique fixée précédemment. Nous obtenons un volume de bassin de 1,96 m3. Les instructions quant à la longueur et la largeur du bassin ont été présentées dans l'ouvrage de Larinier. A partir des valeurs possibles, nous avons choisis L, B et Tmoy arbitrairement afin d'avoir des valeurs les plus arrondies pour faciliter la construction. Nous avons vérifié nos valeurs avec des exemples de dimensionnement dans le document de Larinier et nos valeurs sont concordantes.

Tableau 2.9 - Dimensionnement de l'un bassin

g (accélération de la pesanteur) = 9,81 m/s² ;  ρ (masse volumique de l'eau) = 1000 kg/m3

 

Dimensionnement général de la passe

A partir de la hauteur de chute (DH), nous pouvons déterminer le nombre de bassins de la passe. Cinq chutes sont nécessaires pour franchir les 1,10 m entre la ligne d'eau amont et aval, ce qui correspond à 4 bassins.

La longueur des bassins (L) est de 2,00 m et la hauteur de chute du seuil de 1,10 m. La pente de l'ouvrage doit donc être de 13,75% (7,83°). Et nous savons que pour une passe technique, la pente de l'ouvrage doit se situer entre 10 et 15% donc nous sommes en concordance avec les valeurs de référence.

 

Dimensionnement général de l'échancrure et de l'orifice

La surface de l'orifice a été fixée précédemment à 0,04 m². A partir de ce paramètre, nous pouvons évaluer le débit qui va circuler dedans. Il est égal à 0,062 m3/s. Le débit circulant dans la passe a été fixé à 0,15 m3/s. Il se partage entre l'orifice et l'échancrure donc nous en déduisons le débit dans l'échancrure, qui est égal à 0,088 m3/s.

Nous avons fixé la largeur de l'échancrure à 0,20 m. Avec le débit associé (0,088 m3/s), nous avons pu calculer la charge sur l'échancrure (H1) égale à 0,39 m.

Tableau 2.10 - Dimensionnement de l'échancrure et de l'orifice

Le dernier paramètre à calculer relatif à l'échancrure est la distance du bas de l'échancrure au fond, noté p. Le calcul est précisé dans l'annexe en lien et aboutit à une valeur de p = 0,73 m.

 

Bilan

Le tableau 2.11 présente la fiche récapitulative des valeurs des paramètres de la passe à échancrure à orifices noyés.

Tableau 2.11 - Paramètres de la passe à échancrure à orifices noyés

Vous trouverez dans les liens suivants : 

- une coupe longitudinale de l'ensemble du dispositif au 1/​50ème,

- une coupe longitudinale d'un bassin et une coupe transversale au niveau d'une cloison au 1/25ème.

 


 

b) Passe naturelle : rampe à enrochements régulièrement répartis

L'ensemble des paramètres, formules et données de références ont été tirées de l'ouvrage de Larinier et al. "Guide technique pour la conception des passes naturelles" (2006).

Contraintes techniques : paramètres à fixer

Les rampes peuvent être dimensionnées pour différents types de poissons allant des grands migrateurs (saumons, lamproies, aloses...) aux petites espèces. Le Vair étant peuplé principalement par de cyprinidés de petite taille (espèces cibles) et les débits étant assez faibles à Harchéchamp, nous avons choisi de nous baser sur les critères de dimensionnement relatifs aux petites espèces. 

Nous avons donc fixé les paramètres nécessaires au dimensionnement et ils sont présentés dans le tableau 2.12.

Tableau 2.12 - Choix des paramètres à fixer et valeurs sélectionnées pour le dimensionnement de la rampe

- La puissance dissipée volumique (Pv) doit être comprise entre 150 et 250 W/m3. Pour cette rampe, nous avons sélectionné une valeur intermédiaire égale à 180 W/m3

- Les débits choisis (Q) dans la Partie 1.2.2 - Choix des débits dans la passe -  étaient compris entre 0,10 et 0,20 m3/s​. Nous avons choisi de faire circuler les mêmes débits que dans la passe technique dimensionnée précédemment soit un débit égal à 0,15 m3/s.  

- Nous avons séléctionné le plus faible débit unitaire (q) pour avoir une largeur de la rampe suffisante pour pouvoir y disposer les enrochements. Pour dimensionner cette rampe, le débit unitaire a donc été de 0,10 m3/s/m.

- La pente (I) doit être au maximum égale à 4% pour pouvoir faire passer les petites espèces. Nous avons choisi une pente de 4 % qui d'une part est adaptée à ce type de passe et d'autre part permet de limiter la longueur de la passe.

- Enfin, pour rappel, la hauteur de chute au niveau du seuil d'Harchéchamp (H) est de 1,10 m et est nécessaire pour certains calculs à venir.

L'ensemble de ces paramètres n'a pas été fixé arbitrairement. Différentes valeurs ont été testées pour réaliser le dimensionnement. Les valeurs présentées ont été celles qui permettaient de respecter au mieux l'ensemble des contraintes exigées pour le bon fonctionnement de la passe. 

 

Dimensionnement de la rampe

L'ensemble des valeurs calculées a du répondre à des contraintes dimensionnelles précisées dans le "Guide technique pour la conception des passes naturelles" de Larinier et al. (2006). Toutes les valeurs ont dues être ajustées entre elles pour répondre à ces contraintes tout en étant cohérentes particulièrement avec les faibles débits du Vair. Les calculs présentés par la suite présentent les résultats obtenus qui répondent au mieux à l'ensemble des exigences relatives au dimensionnement d'une rampe à enrochements régulièrement répartis.

Dimensionnement général de la passe

A partir des paramètres fixés précédemment, nous avons pu calculer les paramètres généraux de la rampe. Les calculs réalisés sont présentés dans le tableau 2.13.

Tableau 2.13 - Dimensionnement de la rampe

g (accélération de la pesanteur) = 9,81 m/s² ;  ρ (masse volumique de l'eau) = 1000 kg/m3

La largeur de la rampe (L) est automatiquement déduite des débits fixés précédemment et est égale à 1,50 m. La longueur de la rampe (Long) dépend de la pente et de la hauteur de chute du seuil et a été évaluée à 27,50 m. 

A partir de la puissance dissipée volumique, nous avons pu calculer la vitesse débitante dans les sections libres qui est égale à 0,46 m/s. De cette valeur, nous avons ainsi pu trouver la hauteur d'eau présente dans la rampe pour le débit fixé, qui est égale à 0,22 m. Cette hauteur d'eau est compatible avec les poissons à faire transiter dans la passe. 

Enfin, la vitesse maximale d'écoulement a été choisie dans une gamme de valeurs comprises entre 1,5 et 2,5 fois la vitesse débitante. Elle a été choisie à 0,87 m/s. Cette vitesse est comprise entre la vitesse maximale soutenable par les poissons et leur vitesse de croisière. Il faudra toutefois s'assurer que les tronçons présentant ces vitesses ne soient pas trop longs pour assurer le passage des poissons. Nous nous baserons sur les graphes établis Partie I-2.3 - Choix des ouvrages - reliant la vitesse du courant, la vitesse des poissons et la distance maximale pouvant être parcourue.

Dimensionnement des enrochements

La disposition et la typologie des enrochements sont essentielles au dimensionnement de la rampe. La face des blocs opposée à l'écoulement peut être plane ou arrondie. Pour obtenir une même hauteur d'eau, il faut un débit supérieur pour la face arrondie que pour la face plane. Les débits de Vair à Harchéchamp étant assez faibles, nous avons choisi de sélectionner des enrochements à face plane, ce qui permet en outre de réduire les vitesses et les puissances dissipées dans la passe.

Pour des enrochements à face plane, nous trouvons que la largeur face à l'écoulement des blocs (D) doit être égale à 0,20 m. Cette valeur est faible comparée aux dimensions des blocs habituellement disposés dans les rampes. Notre rampe ayant des dimensions assez faibles, la valeur de D calculée reste cohérente.

La concentration des blocs a été choisie en parallèle des dimensions ax (espacement longitudinal entre blocs) et ay (espacement latérale entre blocs). Nous avons choisi une longueur de ax proportionnelle à la longueur de la passe et compatible avec les capacités de nage des poissons. Les poissons pouvant soutenir leur vitesse maximale pendant quelques secondes, la distance maximale parcourue est environ de 2 m avec dans les conditions où vmax = 0,87 m. Nous avons choisi une valeur de ay permettant de disposer 1 à 2 blocs dans la largeur de la passe. L'optimisation de ces trois paramètres a donné les valeurs suivantes : C = 0,016 (respect des contraintes), ax = 1,96 m avec ß = 14 ce qui correspond à 15 rangées d'enrochements le long de la passe et ay = 1,25m. Les poissons auront la capacité de franchir la distance ax et trouverons des aires de repos derrière les blocs. Nous en avons déduit par la suite le valeur de b : largeur du passage libre entre les blocs égale à 1,05 m.

La hauteur utile des blocs (k) a été évaluée à 0,40 m et répond à la contrainte k/D compris entre 1 et 2.

Le résumé de l'ensemble de ces calculs est présenté dans le tableau 2.14.

Tableau 2.14 - Calcul des paramètres définissant les enrochements

 

Bilan

Le tableau 2.15 résume les caractéristiques de la rampe à enrochements régulièrement répartis dimensionnée précédemment.

Tableau 2.15 - Valeurs des paramètres de la rampe à enrochements régulièrement répartis

Vous trouverez dans les liens suivants :

- une coupe longitudinale partielle de la rampe au 1/20ème

- une vue du dessus partielle de la rampe au 1/50 ème

2.5- Implantation

Le dispositif choisi peut être complètement inefficace si le poisson ne trouve pas l'entrée. L'attractivité de la passe dépend de la configuration du barrage et des conditions hydrauliques. Ainsi, l'ouvrage doit être implanté là où le poisson va chercher à franchir naturellement l'obstacle. De façon générale, les poissons ont tendance à remonter le courant le plus en amont possible. A Harchéchamp, le seuil est grossièrement perpendiculaire aux lignes de courant. Les poissons migrateurs ont également tendance à se déplacer le long des rives. Le choix de la rive sera conditionné par les contraintes du site : l'accessibilité de la passe pour son entretien, la présence d'un débit suffisant même en période d'étiage.

Le seul stimulus capable de guider le poisson vers l'entrée de la passe est le champ de vitesse au pied de l'obstacle. Le poisson est guidé par les lignes de courant. L'attractivité est liée à l'orientation du jet de sortie de la passe ainsi qu'à sa vitesse et son débit. Ce courant de sortie de la passe ne doit pas être masqué par des écoulements connexes (zone recirculation, écoulements de surverse ou de sousverse des vannes du barrage) pour rester bien individualisé en aval. D'autre part, il faut également éviter les zones mortes et les zones de recirculation, car elles sont susceptibles de piéger les poissons (F. Aigoui, M. Dufour, 2008).

Néanmoins si la vitesse à la sortie de la passe doit être suffisante pour attirer les poissons, elle doit aussi être compatible avec leur capacité de nage.

Afin de déterminer le site d'implantation de la passe, on peut procéder en premier lieu à une observation du comportement des poissons au pied de l'obstacle pour repérer les routes de migration, les zones de stabulation et les points du seuil où s'effectuent les tentatives de franchissement. Tout ceci servira à choisir la position de l'entrée de la passe.

A Harchéchamp, les hauteurs d'eau fournit par le binôme 3, nous ont montré qu'il existait une veine de courant toujours en eau, même en période d'étiage, le long de la rive gauche, au niveau de la vanne. Selon le principe qu'une passe à poisson est souvent placée sur les rives à cause du mode de déplacement des migrateurs, on propose de l'installer sur la rive gauche, avec néanmoins certaines réserves. En effet, nous avons travaillé à partir d'images satellites (géoportail). Il se pourrait que l'amont de la passe soit gêné par la présence des vannes. D'autre part, ne disposant pas des champs de vitesse du courant, il serait possible que cette position n'offre pas un débit suffisant pour alimenter la passe. En plaçant la passe à l'autre bout de la vanne, on s'affranchit de ces deux contraintes. Le risque que les poissons ne trouvent pas l'entrée reste néanmoins présent. L'observation reste primordiale pour pouvoir trancher entre ces deux propositions. 

Cliquer ici pour voir la carte

Remarque : Nous suggérons de réaliser une modélisation Télémac 2D afin de déterminer les profils de vitesse et déterminer précisément la veine de courant pour placer la passe.

La passe technique dimensionnée a une longueur de 10 m tandis que la passe naturelle mesure 27,50 m. Les positions d'entrée et de sortie de la passe seront différentes. Pour favoriser la montaison, l'entrée devra se situer le plus proche possible du pied du barrage. 

2.6- Comparaison des dispositifs

La passe à poissons à échancrure latérale est adaptée à une large gamme de hauteur de chute (de 1 m à une dizaine de mètres) contrairement aux rampes qui ne conviennent qu'aux petites hauteurs de chutes. Par les différents tracés qu'il est possible de concevoir, ce type de passe est bien adaptable aux contraintes foncières et aux contraintes de génie civil. Contrairement aux rampes, l'intégration paysagère des passes à échancrures est limitée.

La conception d'un dispositif de franchissement nécessite de faire passer tous les poissons et pas seulement les plus forts. D'autre part, il faut minimiser les retards à la migration, les blessures et le stress. Dans ce sens, la rampe est plus efficace qu'une passe technique sur ce point des enjeux écologiques parce que les vitesses maximales de courant sont moins importantes, qu'elles offrent plus d'endroits de repos (derrière les rochers) et qu'elles sont plus attrayantes que les passes techniques de par leur côté plus "naturel" (pas de béton). Leur attractivité vis-à-vis des poissons est aussi meilleure. D'autre part, la passe à échancrure est particulièrement adaptée aux salmonidés et aux cyprinidés rhéophiles tandis que les rampes, conviennent à toutes les espèces. 

En ce qui concerne le débit à réserver à l'ouvrage, une rampe peut fonctionner avec moins d'eau (0,1 m3/s/m) que la passe technique (0,15 m3/s). Il faut que la hauteur dans la passe puisse permettre la nage des poissons.

Les fluctuations de niveaux d'eau amont et aval de part et d'autre d'un obstacle peuvent induire d'importantes modifications du fonctionnement hydraulique d'une passe à bassin. Par exemple, lorsque le débit augmente, le niveau aval remonte plus rapidement que le niveau amont ce qui provoque une diminution de la chute. Dans les rampes le niveau d'eau est moins affectée que dans une passe mais des comportements différents existent encore entre les types de passes. Les passes à orifices noyés sont très peu sensibles aux variations de débit.

En revanche, une passe technique est plus facile à implanter et prend moins de place qu'une rampe. Toutefois, les exigences d'entretien sont plus importantes pour la passe technique que pour la rampe. En effet, les passes à échancrures sont sensibles au colmatage par les sédiments mais aussi par les débris végétaux et pour cela nécessitent d'être régulièrement entretenues. ​

Le coût d'un dispositif de franchissement dépend de plusieurs paramètres comme du type de passe, des dimensions, de la topologie du site. L'ONEMA estime que le prix d'une rampe est compris entre 75 et 325 €/m3. Cette variabilité s'explique par l'accessibilité de la passe, par la nature et l'état de l'obstacle et par la mise en oeuvre d'une phase de démolition plus ou moins importante. Pour la création d'une passe technique sur un ouvrage de moins de 5 mètres, le prix des travaux est compris entre 15 000 et 30 000 €/m de chute. La chute d'Harchéchamp fait un 1,10 m. Mais des coûts d'entretien de la passe et de l'ouvrage viennent s'ajouter aux coûts de la passe à poisson.

Tableau 2.16 - Analyse comparative multicritère de la passe à échancrure latérale à orifices noyés et de la rampe.