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.