Continuité écologique

Depuis décembre 2006, l'État français a mis en place un classement des cours d'eau. Deux classes ont alors été définies dans l'article L214-17 du Code de l'Environnement [3.1] :

  • Les cours d'eau de classe I

Cette classe désigne les cours d'eau « en très bon état écologique » ou « jouant un rôle de réservoir biologique ». Sur ceux-ci, « le renouvellement de la concession ou de l'autorisation des ouvrages existants [...] est subordonné à des prescriptions permettant de maintenir le très bon état écologique des eaux [...] ou d'assurer la protection des poissons migrateurs ».

  • Les cours d'eau de classe II

Cette classe rassemble les cours d'eau soumis aux obligations de la classe I mais devant également « assurer le transport suffisant des sédiments ».

Le Salat est référencé comme étant une rivière de classe II. Le propriétaire souhaitant réhabiliter un aménagement sur ce cours d'eau est donc tenu d'assurer la continuité écologique et sédimentaire.

 

Dans cette section, nous allons nous intéresser plus précisément à la continuité écologique. Cette notion suggère la libre circulation des poissons migrateurs visant à garantir leur pérennité. Pour ce faire, il est nécessaire de mettre en place un ouvrage de franchissement piscicole pour la montaison et la dévalaison lorsque le cours de la rivière se trouve être bloqué.

Suite à l'arrêté signé par le propriétaire en 2015, le seuil est à reconstruire dans sa totalité. Cette reconstruction entraîne la nécessité de mettre en place un ouvrage de franchissement piscicole afin d'assurer la continuité écologique. L'objectif dans cette partie sera donc de positionner, de dimensionner et de valider cet ouvrage de franchissement.

 

Espèces concernées

Les espèces cibles

Le dispositif de franchissement piscicole doit être adapté aux espèces cibles. La première étape consiste donc à déterminer les espèces présentes au niveau de l'aménagement et dont il est important de permettre le passage.

Pour cela, les espèces piscicoles recensées sur le Salat depuis 1990 ont été listées à partir de la base de données de l'Inventaire National du Patrimoine Naturel. Elles sont regroupées dans le tableau suivant.

- Espèces piscicoles du Salat -

Néanmoins, bien que ces espèces soient présentes dans le Salat, la plupart ne sont pas présentes au Pont de la Taule puisque la portion du Salat concernée par l'aménagement se trouve très en amont du bassin versant. 

Parmi ces espèces, seule la truite fario est présente au niveau de notre aménagement. Or, pour cette espèce, la migration bien qu'effectuée sur de faible distance est indispensable.

Les espèces cibles de l'ouvrage de franchissement piscicole sont donc réduits à la Truite Fario seule. Ainsi, la passe à poissons devra être adaptée aux caractéristiques biologiques de la truite fario.

 

 

Les caractéristiques biologiques de la truite fario

La truite fario est un poisson évoluant en eaux vives, froides (de l'ordre de 5 à 12°C) et bien oxygénées. Sa taille adulte varie entre 25 et 35 centimètres.

- Truite Fario -

[source : parcnational ]

Plus que sa taille, c'est la vitesse de sprint de la truite qui constitue le paramètre primordial pour la franchissabilité du seuil. Cette vitesse correspond à la vitesse maximale du poisson lors de la traversée d'un obstacle par exemple.

En 1993, JJ. Videler propose une expression permettant de relier vitesse de sprint $U_{sprint}$ (en $m/s$) et longueur du poisson $L$ (en $m$) lorsque cette dernière est inférieure à 50 centimètres [3.5].

$$U_{sprint}=0.4+7.4 \times L$$

Le graphe suivant donne les vitesses de sprint de la truite fario obtenues à l'aide de cette expression.

- Vitesse de sprint de la truite fario en fonction de sa taille -

Par conséquent, la passe à poissons sera faite de manière à satisfaire $V_{débitante} < U_{max}$ où $U_{max}$ est la vitesse de sprint minimale que l'on considèrera égale à $2   m/s$  et à laquelle on appliquera une marge d'erreur de 25%. On veillera donc à garantir une zone de vitesse débitante inférieure à $1.5  m/s$ environ afin de permettre à la truite fario de progresser dans le cas de la montaison.

Par ailleurs, afin de gravir une hauteur de chute, le poisson peut également être amené à sauter. Il est donc nécessaire de s'intéresser à la capacité de saut de la truite fario. D'après des observations faites sur cette espèce, il est généralement admis que la hauteur franchissable est de 30 centimètres avec une fosse d'appel de 30 centimètres.

L'endurance de la truite fario est aussi un facteur à prendre en compte afin de dimensionner correctement notre passe à poissons. En effet, celle ci ne peut atteindre sa vitesse de sprint que sur un temps très court appelé temps d'endurance.

- Relation entre l'endurance, la longueur des poissons et la température de l'eau -

[source : [3.2] ]

À l'aide du graphique ci-dessus nous avons déterminé une endurance de l'ordre de 30 secondes pour la truite fario. En utilisant la vitesse de sprint à laquelle on soustrait la vitesse de l'écoulement (qui ne doit pas excéder $1.5  m/s$) , nous pouvons dores et déjà dire que la passe à poissons ne devra pas excéder une longueur de 22,5 mètres sous peine d'être infranchissable par l'espèce migratrice.

Enfin, la période de migration de l'espèce cible est très importante puisque le régime hydraulique de la rivière varie au cours de l'année. Afin de se reproduire, les truites fario adultes remontent jusqu'à l'amont des cours d'eau (montaison) où ils rejoignent des zones de frai. Les femelles pondent alors leurs oeufs avant que le mâle n'y dépose sa semence. Très vite, ils quittent la zone de frai et redescendent le cours d'eau (dévalaison). Dans notre cas, la migration a lieu entre septembre et janvier.

Le dimensionnement de l'ouvrage de franchissement piscicole se fera donc à partir des données hydrauliques du Salat en période de migration de la truite fario.

 

Paramètres hydrauliques

L'ouvrage de franchissement doit être adapté aux débits circulant dans la rivière et plus particulièrement en période de migration de l'espèce cible, à savoir la truite fario.

 

Le débit de calage et la plage de fonctionnement

La plage de fonctionnement de la passe à poissons correspond aux débits $Q_{75}$ et $Q_{25}$ du tronçon court-circuité, c'est-à-dire des débits $Q_{75}$ et $Q_{25}$ de la rivière auxquels on soustrait le débit dérivé. L'étude hydrologique a permis de calculer ces débits pour la période de septembre à janvier uniquement. Les valeurs obtenues sont les suivantes :

$$ Q_{75}=3.95 m^3/s        et         Q_{25}=5.78 m^3/s $$

Cependant, elle est dimensionnée à partir d'un seul débit : le débit médian pour la période considérée qui vaut $Q_{50}=5.04 m^3/s$.

Le débit transitant dans la passe étant compris entre 10% et 15% de ce débit médian, la valeur de 12% a été choisie. Les débits caractéristiques pour cette étude sont présentés dans le tableau suivant.

- Débits utilisés pour le dimensionnement -

Par conséquent, la passe à poissons devra être fonctionnelle pour des débits du tronçon court-circuité compris entre $3.95$ et $5.78m^3/s$ mais le débit de calage dans la passe à poissons utilisé pour le dimensionnement est $Q_{calage}=0.605 m^3/s$.

 

La hauteur de chute

Un autre élément nécessaire pour dimensionner l'ouvrage est la détermination de la hauteur de chute d'eau au niveau du seuil. L'étude hydrologique a fourni, grâce à une simulation HEC-RAS, les cotes de la surface libre en amont et aval du seuil pour la période de migration de la truite fario. Ces cotes sont représentées en fonction du débit du tronçon court-circuité sur la figure suivante.

- Variation du niveau d'eau en amont et en aval du seuil -

La hauteur de chute correspond à la différence des cotes de surface libre amont et aval. Sur l'ensemble de la période considérée, elle est quasiment constante et vaut $58 cm$. D'autre part, la variation de niveau d'eau est très faible : elle n'excède pas 10 centimètres. Enfin, le calage de l'ouvrage se faisant sur le régime hydraulique médian, les cotes amont et aval seront respectivement prises égales à 617.03 mNGF et 616.45 mNGF.

Finalement, la truite doit franchir une hauteur de chute constante égale à $58$ centimètres ce qui est bien supérieur à sa capacité de saut, d'où la nécessité d'implanter un ouvrage de franchissement. Il reste maintenant à déterminer le type de passe à poissons et l'endroit le plus approprié pour l'installer.

 

Passes à poissons et implantation

Les passes à poissons peuvent être regroupées en plusieurs familles :

  • passes à bassin, prébarrages, rivières artificielles,
  • passes à ralentisseurs,
  • écluses et ascenseurs à poissons.

Après avoir fait l'inventaire de l'ensemble des passes à poissons existantes, leurs différentes caractéristiques ont été étudiées afin de choisir la passe à poissons la plus adaptée à l'aménagement du Pont de la Taule. La hauteur de chute d'eau étant faible (58 cm), les écluses et les ascenseurs à poissons ont immédiatement été écartés puisqu'ils sont adaptés à des aménagements plus importants et beaucoup plus coûteux. Au vu de la situation géographique de l'aménagement, il est également impossible d'implanter une rivière artificielle car la rivière actuelle se situe dans une cuvette.

Le dernier critère à prendre en compte était la circulation des canoës-kayaks puisque le Salat doit permette la circulation des embarcations. Étant donné les contraintes imposées par l'aménagement étudié, la passe à ralentisseurs à chevrons épais ou encore passe "mixte" semble donc la plus adaptée puisqu'elle permet à la fois le franchissement des poissons et celui des embarcations de type canoë-kayak.

 

Localisation de la passe à poissons

Dans le but de déterminer l'emplacement le plus attractif pour implanter la passe à poisson, l'écoulement dans le tronçon court-circuité au niveau du seuil a été modélisé à l'aide de Matisse en utilisant le débit médian $Q_{50}$ pour la période considéré et la bathymétrie du lit de la rivière. L'objectif est ici de déterminer les zones où les vitesses d'écoulement sont les plus importantes dans la mesure où les poissons sont attitrés par ces zones. La bathymétrie utilisée est présentée sur la figure ci-dessous.

- Bathymétrie de la rivière au niveau du seuil -

La rivière a été modélisée de manière assez large, autrement dit les berges ont également été prises en compte. Toutefois, il est possible de distinguer le seuil en travers du cours d'eau en cyan. Le profil des vitesses obtenu après modélisation sous Télémac2D est tracé ci-dessous.

- Profil de vitesse au niveau du seuil -

- Vecteurs vitesses au niveau du seuil -

On remarque la présence de deux zones où les vitesses sont plus importantes. Une première proche de la rive gauche où l'implantation d'une passe à poissons de types à ralentisseurs à chevrons épais serait idéal pour la montaison des truites fario. En effet, en remontant vers l'amont de la rivière elles seront aiguillées grâce au seuil et aux vitesses importantes vers la passe à ralentisseurs. La seconde proche de la rive droite au niveau de la jonction entre le seuil et le canal d'amené semble plus propice à la dévalaison car le seuil guiderait les poissons vers cette seconde zone lors de leur dévalaison. L'implantation d'une passe à poissons de type prébarrage au niveau de cette zone permettrait alors la dévalaison des poissons et serait également un second organe permettant la montaison des truites fario. Toutefois, dans le cas de la vis hydrodynamique, cette seconde passe pourra être omise puisqu'il s'agit d'une turbine ichtyocompatible et donc sans danger pour la dévalaison des poissons.

 

En utilisant notre modélisation du bras de la rivière au niveau du seuil, nous avons pu comparer la hauteur de chute d'eau avec celle fournie par l'étude hydrologique en utilisant cette fois le logiciel Telemac2D.

- Tracé de la surface libre et de la bathymétrie au niveau du seuil -

 

En observant le graphe ci-dessus on remarque bien une chute du niveau d'eau de l'ordre de 60 cm au niveau du seuil. Ces résultats confirment donc bien l'analyse effectuée précédemment à l'aide du logiciel HEC-RAS.

Deux passes à poissons seront finalement envisagées : une passe à ralentisseurs "mixte" en rive gauche pour la montaison et un prébarrage en rive droite pour la dévalaison et la montaison.

 

Passe à ralentisseurs à chevrons épais ou passe "mixte"

Ce type de passe à poissons a le grand avantage de permettre à la fois le passage des embarcations et la montaison des poissons. Elle est adaptée pour des faibles chutes (moins de 2 mètres) et des débits faibles. Elle est donc idéale dans le cas de notre aménagement. La hauteur de tirant d'eau minimale est de 15 cm sur les ralentisseurs qui sont généralement en bois pour éviter d'abîmer les embarcations. Les ralentisseurs sont de section carré et disposés en chevrons afin de de créer des courants hélicoïdaux facilitant ainsi la montaison des poissons. Enfin, la variation du niveau d'eau amont ne doit pas excéder 30 cm. Cette condition, vérifiée dans notre cas, permet le bon fonctionnement de la passe à ralentisseurs.

- Passe à ralentisseurs à chevrons épais -

[source : [3.2] ]

 

Prébarrage

Les prébarrages sont adaptés pour les cas de faible hauteur de chute. Une illustration en est donnée sur les figures ci-dessous.

          

- Exemple de prébarrages -

[source : http://mon.univ-montp2.fr/courses/HYDRO/document/Cours/partie3d.html  

 http://www.migrateursrhonemediterranee.org/effacement-franchissement ]

Ils permettent de fractionner cette chute en plusieurs grands bassins communiquant entre eux par des échancrures et par des seuils déversants. Dans ce cas, c'est la capacité de saut des poissons qui est utilisée pour franchir ce type d'obstacles. La hauteur de chute de notre aménagement et l'installation existante permettent donc de faciliter l'implantation d'une passe à poissons de type prébarrage au niveau de la rive droite.

 

Entretien

Afin de limiter le coût d'entretien des passes à poissons, plusieurs solutions peuvent être alors envisagées : la mise en place de masques en maçonnerie, en béton ou de grilles à barreaux suffisamment espacés pour laisser passer les poissons, bétonner les radiers entre bassin ou prévoir des murs parafouilles pour éviter l'érosion. Enfin, le propriétaire étant chargé selon la loi d'assurer les missions de suivi et d'entretien des dispositifs de franchissement, un contrôle régulier devra être effectué. En période de migration, un contrôle hebdomadaire est nécessaire. Celui-ci sera réduit à un contrôle mensuel le reste de l'année. De même après chaque épisode de crue, les passes à poissons devront être vérifiées. Elles seront mises à sec avant chaque épisode de migration afin de s'assurer qu'elles ne sont pas trop engravées. Cependant, la largeur conséquente de notre passe à ralentisseurs permettra de limiter le colmatage.

 

Finalement, la solution retenue est l'implantation de deux passes à poissons, une de type à ralentisseurs mixte (en zone 1) permettant la montaison des truites fario et la navigation des embarcations et l'autre de type prébarrage (en zone 2) permettant la montaison et la dévalaison des poissons. L'installation de ces passes à poissons proche des rives permettra aussi de faciliter leur entretien. L'implantation de ces deux passes à poissons sera faite suivant le schéma ci-dessous.

- Implantation des passes à poissons -
 

Dimensionnement de la passe à ralentisseurs

A présent, il faut déterminer les dimensions des deux passes à poissons sélectionnées à partir de l'espèce cible et des paramètres hydrauliques étudiés précédemment. Tout d'abord, la passe à ralentisseurs mixte destinée aux poissons en montaison va être étudiée.

 

Calcul des dimensions

Un premier calcul des dimensions peut se faire à l'aide des formules et graphiques données dans l'ouvrage Passes à poissons : Expertise, conception des ouvrages de franchissement [3.2]. Une passe à ralentisseurs mixte se présente comme sur la figure suivante (vue de dessus).

- Vue de dessus d'une passe à ralentisseurs mixte -

[source : [3.2] ]

Sur cette figure, 6 rangées de deux chevrons d'ouverture 90° sont représentées. Néanmoins, afin de faciliter le centrage des embarcations (canoës-kayaks) dans l'ouvrage, la disposition des chevrons est inversée de manière à avoir la pointe d'un chevron à l'amont sur l'axe de symétrie.

Pour une truite, la dimension recommandée pour les ralentisseurs est $a=10$ centimètres. Ainsi, d'après l'ouvrage  la largeur de la passe B et la longueur d'une rangée de ralentisseurs p sont respectivement $B=14 \times a=1.4 m$ et $p=4 \times a=0.4m$. De plus, les trois bandes intérieures sont de largeur $l_1=0.5 \times a = 5cm$ tandis que les bandes extérieures font $l_2=0.25 \times a = 2.5cm$.

La pente $I$, quant à elle, est à choisir arbitrairement. Toutefois, dans le cas de la truite, il faut adopter une pente inférieure à 15-16%. Dans notre cas, nous choisirons une pente de 10%.

Il est ensuite possible de déterminer le débit adimensionnel $q$, la charge amont par rapport au 1er chevron $h_a$, la charge amont par rapport au radier $h_r$ et le tirant d'eau moyen $h$ définis sur la figure ci-dessous.

- Hauteurs d'eau en amont et dans la passe -

[source : [3.2] ]

Le débit adimensionnel est calculé grâce à la formule suivante : $$q=\frac{Q_{calage}}{B \times \sqrt{2g} a^{1.5}}=3.1$$.

Les deux hauteurs d'eau $h_a$ et $h$ sont ensuite déduites du graphique suivant correspondant à une pente de 10%.

- Relation entre le débit, la charge amont et le tirant d'eau -

[source : [3.2] ]

Ainsi, $\frac{h_a}{a}=4.1$ et $\frac{h}{a}=2.8$ soit $h_a=41cm$ et $h=28cm$ environ.

Ensuite, la charge amont par rapport au radier $h_r$ est calculée grâce à l'équation suivante : $$h_r=h_a+a-3\times a \times I       d'où        h_r=48 cm$$

Étant donné que la cote de la surface d'eau amont pour le débit de calage est de 617.03mNGF, la cote du radier au niveau du premier chevron $C_1$ et la cote de déversement du ralentisseur amont $C_2$ sont respectivement $C_1$=617.03-$h_r$=616.55 mNGF et $C_2$=617.03-$h_a$=616.62 mNGF.

Enfin, il n'existe pas de formule afin de déterminer la cote du radier à la base du ralentisseur aval $C_3$ et ensuite la longueur $L$ de la passe. En effet, ceci est généralement déterminé d'après d'autres passes ayant démontré leur efficacité. Une première estimation de la cote est alors faite en approximant le dénivelé de la passe par la hauteur de chute d'eau soit 58cm. Ainsi, $C_3$=$C_1-0.58=615.97mNGF$. Sachant que la pente est de 10%, la longueur de la passe sera d'environ $L$=5.83m, d'où 15 rangées de ralentisseurs puisque $\frac{L}{p}=14.58$ or le nombre de ralentisseurs doit être entier. Finalement, on choisira $L$=$15 \times p $= 6 m et $C_3$=$C_1-0.6=615.95~mNGF$ où 0.6 m est le dénivelé de la passe recalculé.

Comparons à présent ces dimensions avec celles calculées par un logiciel dédié au dimensionnement des passes à poissons.

 

Comparaison avec les dimensions fournies par CASSIOPEE

CASSIOPEE est un logiciel permettant de dimensionner les passes à bassins, les passes à ralentisseurs et les prébarrages. Nous allons ici l'utiliser afin de vérifier les dimensions calculées ci-dessus et si le respect des limites biologiques de la truite est bien respecté au sein de la passe à poissons. L'interface propose de définir la pente $I$, la dimension des ralentisseurs $a$, le débit de calage $Q_{calage}$ et les niveaux d'eau amont et aval associés. Les différentes caractéristiques calculées par le logiciel sont présentées sur l'image ci-dessous.

- Caractéristiques de la passe à poissons à ralentisseurs calculées par CASSIOPEE -

Les cotes amont correspondent bien à celles que nous avions calculées. Toutefois, les cotes aval et donc le nombre de rangées de ralentisseurs et la longueur de la passe diffèrent légèrement puisque cela résulte plus d'un retour d'expérience que de formules précises. Nous retiendrons donc les dimensions suivantes :

- Dimensions retenues pour la passe à ralentisseurs mixte -

Finalement, ce logiciel permet de connaître les limites biologiques pour la truite fario dans le cas de la passe à ralentisseurs mixte dimensionnée. Deux graphes sont présentés sur la figure ci-dessous pour la vitesse débitante et les hauteurs $h$ et $h_a$.

- Limites biologiques pour la truite fario -

La vitesse débitante devra être comprise entre $0.982$ et $2.137 m/s$. D'autre part, le tirant d'eau moyen devra évoluer entre 12 et 54 centimètres tandis que la charge amont devra rester 18 et 80 centimètres. Cependant, ces limites sont atteintes pour des débits inférieurs à $0.118m^3/s$ et des débits supérieurs à $1.608 m^3/s$ ce qui se trouve être en dehors de notre plage de fonctionnement, à savoir entre $0.549$ et $0.667m^3/s$. Les valeurs de cette plage de fonctionnement ont été obtenues à partir des dimensions de la passe à ralentisseurs et de la hauteur $h_a$ associée aux débits $Q_{25}$ et $Q_{75}$ du tronçon court-circuité.

Avec les dimensions retenues, la passe à ralentisseurs mixte semble donc convenir au passage de la truite fario. Néanmoins, il est nécessaire de modéliser l'écoulement dans l'ouvrage afin de vérifier la formation de recirculations et de vérifier la valeur des vitesses observées.

 

Validation de la passe dimensionnée

La passe à ralentisseurs a été modélisée à l'aide des logiciels ANSYS ICEM CFD et FLUENT. Compte tenu de la précision du maillage nécessaire, il a été impossible de modéliser la passe entière. Seuls deux rangées de chevrons ont été modélisés. 

- Passe modélisée sous ANSYS ICEM CFD -

Ce maillage a ensuite été exporté vers le logiciel FLUENT afin de mettre la passe en écoulement. Pour cela, une simplification a été faite : le milieu a été défini comme monophasique (uniquement de l'eau) en définissant une frontière supérieure située à une hauteur égale au tirant d'eau moyen $h$=28cm au-dessus des ralentisseurs. Pour cette frontière, la condition limite "symétrie" a été choisie.

En imposant le débit de calage en entrée, il est possible de visualiser les vitesses dans une section transversale. La section x=0.4m a tout d'abord été choisie, ce qui correspond à la section située entre les deux rangées de chevrons. Le résultat est donné sur la figure ci-dessous.

- Vitesse de l'écoulement en x=0.4m obtenue avec FLUENT -

On constate la présence de zones de faibles vitesses autour de l'axe de chacun des deux chevrons : la vitesse est alors inférieure à 1m/s et atteint jusqu'à 0,2m/s. Les ralentisseurs ont bien un impact sur l'écoulement et permettent de créer des zones de faible vitesse permettant au poisson en montaison de progresser à moindre effort.

Il est alors intéressant d'étudier l'origine de ces zones de faible vitesse. Pour cela, les vecteurs vitesses ont été tracés plutôt que les contours de vitesse. Afin de tester une autre section de la passe, le tracé suivant a cette fois été réalisé en x=0.6m ce qui correspond au milieu d'une rangée de chevrons.

- Vecteurs vitesse de l'écoulement au milieu d'un chevron -

On peut constater la présence de courants hélicoïdaux. Le principe de la passe à ralentisseurs est donc bien fonctionnel : les chevrons engendrent des courants hélicoïdaux qui permettent de créer des zones de faibles vitesses, les poissons en montaison peuvent alors progresser plus facilement afin de franchir la hauteur de chute.

 

Dimensionnement du prébarrage

Une fois le dimensionnement de la passe à ralentisseurs effectué nous allons déterminer les dimensions du prébarrage afin qu'il permette d'assurer à la fois la montaison et la dévalaison de l'espèce cible pour les caractéristiques hydrauliques étudiées précédemment.

 

Calcul des dimensions

Un prébarrage se présente de la manière suivante:

 
- Vue 3D d'un prébarrage -
[source : ONEMA ]
 
Plus la hauteur de chute entre les bassins est faible, plus le passage des poissons sera facilité. Pour dimensionner au mieux un prébarrage, il faut tenir compte des capacités de saut et de nage de la truite fario afin d'adapter le nombre de bassins en fonction de la hauteur de chute d'eau à franchir. En effet, un prébarrage étant un ouvrage déversant à jet plongeant, le poisson doit donc sauter dans la lame d'eau afin de remonter vers l'amont de la rivière. Les capacités de saut de la truite fario sont de l'ordre de 20 à 40 cm avec une fosse d'appel de 30 cm, la hauteur de chute d'eau entre les bassins ne doit donc pas excéder ces hauteurs. Notre hauteur de chute étant de 58 cm, nous allons essayer de diviser celle-ci en deux chutes d'une hauteur environ égale à une trentaine de centimètres.

Il est également nécessaire de prendre en compte les conditions hydrodynamiques de la rivière et notamment les débits et hauteur d'eau afin de déterminer les dimensions du bassins. Le principal critère à considérer dans notre étude est la puissance dissipée volumique à l'intérieur des basssins. Celle-ci doit être comprise entre 180 et 220 $W/m^3$ pour des poissons d'une taille allant de 25 à 35 cm. Elle s'exprime de la manière suivante:

 
$$P_V=\frac{ρ g Q D_H }{V} $$
 
où $D_H$ représente la chute entre les bassins, Q le débit dans l'ouvrage et V le volume du bassin. Le prébarrage sera dimensionné pour laisser passer un débit correspondant à 12% du débit médian comme pour le cas de la passe à ralentisseurs (soit un débit de 0.605 $m^3/s$). La largeur de l'échancrure $b$ sera donc calculée afin de laisser passer cette valeur de débit. Pour assurer la stabilité, les murs seront, quant à eux, d'une épaisseur de 25 cm.
 
 
De plus, grâce à la formule exprimant le débit transitant au dessus d'un seuil en fonction de sa largeur et de la hauteur d'eau au dessus de celui-ci, nous pouvons déterminer la largeur $b$. En effet,
 
$ Q = C \times b \times \sqrt{2g} \times h^{3/2}$
 
où $C$ est le coefficient de débits égal à 0.46 pour une paroi mince, $b$ la largeur de l'échancrure et $h$ la hauteur d'eau au dessus de la côte de l'échancrure.
 
Afin de réaliser ces différents calculs de la passe à poissons, nous disposons de plusieurs données : 
- les hauteurs d'eau amont et aval,
- la côte du lit de la rivière,
- le débit circulant dans la passe à poissons.
 
Pour dimensionner le prébarrage il est donc nécessaire de déterminer la côte et la largeur des échancrures amont et aval ainsi que la surface du bassin. On s'aperçoit alors qu'il faudra réaliser un processus itératif afin de déterminer les dimensions de la passe à poissons. Nous réaliserons ce processus à l'aide du logiciel CASSIOPEE.
 
 
La hauteur de chute d'eau n'étant que de 58 cm dans notre cas, la solution la plus simple est donc, comme énoncé plus haut, de créer un seul bassin qui communique avec l'amont et l'aval grâce à une échancrure et à des seuils déversants.

 

Dimensionnement avec CASSIOPEE

A l'aide du logiciel CASSIOPEE, nous pouvons réaliser les calculs dont les formules ont été énoncées plus haut afin d'effectuer le dimensionnement de notre prébarrage. En effet, ce logiciel permet de calculer le débit, la hauteur de chute entre les bassins ainsi que la puissance volumique dissipée. En comparant les valeurs obtenues avec les limites physiologiques de la truite fario, nous pourrons alors déterminer si le dimensionnement de la passe à poissons à été correctement effectué.

Pour cela, il est nécessaire de rentrer dans CASSIOPEE les dimensions telles que les niveaux d'eau amont et aval, la côte du fond de la rivière aval, les côtes du seuil et des l'échancrures amont et aval, ainsi que les largeurs du seuil et des l'échancrures. En outre, il faut compléter un coefficient de débit que nous prendrons égal à 0.46 car nous sommes en présence d'un seuil à paroi mince. Comme énoncé plus haut, un processus itératif sera utilisé afin d'obtenir un débit et une hauteur de chute valant respectivement 0.605 $m^3/s$ et une trentaine de centimètres. Nous ferons donc varier la largeur des deux échancrures afin de satisfaire les différentes conditions. Les résultats obtenus sont renseignés sur les figures suivantes.

- Dimensions de la communication amont → bassin n°1 -

- Dimmensions de la communication bassin n°1 → aval -

Le dernier paramètre à régler est la surface du bassin. Plus celle-ci augmente, plus la puissance volumique diminue, il faut donc déterminer une surface adéquate pour se situer dans la gamme 180-220 $W/m^3$. En choisissant un bassin de 10m², la puissance volumique sera alors de 205 $W/m^3$ et appartiendra, par conséquent, à la gamme permettant d'assurer la continuité écologique pour l'espèce piscicole.

Pour un seuil amont de 2 m de large composé d'une échancrure de 33 cm de hauteur et de 21 cm de large, la chute sera de 31 cm et le débit de 0.605 $m^3/s$. De même pour l'aval, si le seuil a une largeur de 1.50 m et est composé d'une échancrure de 34 cm de profondeur et de 29 cm de large le débit sortant sera le même et la chute sera alors de 27 cm. Ces paramètres correspondent donc bien aux capacités de saut de la truite fario, et la profondeur moyenne de l'eau, supérieure à 30 cm, permet d'avoir une fosse d'appel suffisante pour permettre la montaison de l'espèce. Afin d'illustrer le prébarrage situé à côté du canal d'amenée de manière plus claire, un schéma en 3 dimensions a été réalisé. Cette illustration est donnée ci-dessous.

 

- Schéma 3D du prébarrage -

Sur le schéma, seul le trajet des poissons en dévalaison a été indiqué. Néanmoins, la montaison est également possible avec le trajet inverse.

 

Les dimensions stipulées dans les figures précédentes, calculées grâce aux formules de débits et puissances volumiques intégrées à CASSIOPEE, permettent donc la montaison et la dévalaison des truites fario à travers la passe à poissons de type prébarrage.

Récapitulatif des scénarios proposés

Bien qu'une seule passe à poissons était initialement prévue pour assurer la continuité écologique, la configuration de l'aménagement nous a conduit à envisager deux passes différentes. Les deux passes à poissons proposées sont :

  • une passe à ralentisseurs à chevrons épais situé en rive gauche destiné à la montaison des truites fario et le passage des canoës-kayaks,
  • un prébarrage situé en rive droite pour la dévalaison et la montaison des truites fario.

Ainsi, suite à l'étude mécanique, deux scénarios de réhabilitation sont envisageables :

  1. Une turbine Banki-Mitchell avec les deux passes à poissons,
  2. Une vis hydrodynamique avec une passe à ralentisseurs à chevrons épais.

En effet, dans le second cas, la turbine est ichtyocompatible et permet donc la dévalaison des poissons via le canal d'amenée et la turbine. La construction d'un prébarrage pour dévier les poissons au niveau de la prise d'eau n'est alors plus nécessaire. Le choix entre ces deux scénarios se fera lors de l'étude économique afin de privilégier celui dont le temps de retour sur investissement est le plus court.

Ces ouvrages piscicoles ne sont cependant qu'un seul volet des mesures compensatoires à mettre en place. En effet, le Salat étant un cours d'eau de classe II, des mesures relatives à la continuité sédimentaire sont à étudier.