1 Olivier Ledouble – Technicien Appui Technique – DIR Bretagne

Office français de la biodiversité

Direction Régionale Bretagne

Petits ouvrages hydrauliques et

continuités écologiques

© O

FB

2

Les activités de nage

Les capacités de franchissement

Evaluation de la franchissabilité d’un obstacle – protocole

ICE (un aperçu…)

Création d’un ouvrage

Equipement d’un ouvrage existant

Traitement d’une chute aval – les dispositifs de

franchissement piscicole

Une nécessité : l’entretien des dispositifs.

Sommaire

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La faune piscicole

Les possibilités de franchissement sont liées :

au

Comportement migratoire des espèces

aux capacités de nage et saut des espèces conditionnées par :

leur morphologie et leurs capacités biomécaniques,

la physiologie de l’individu (état de maturité sexuelle, état de santé)

et les différents facteurs mésologiques (Physico-chimie, thermie).

Seules quelques espèces sont capables de franchir en

sautant, ou en se déplaçant par reptation

4

Notions théoriques sur les capacités de

franchissement des espèces

En d’autres termes…

© Julien Bouchard

On n’est pas tous égaux devant un obstacle !

5

L’activité de croisière

Peut être maintenue pendant des heures sans engendrer de modification

physiologique profonde de l’organisme du poisson

L’activité de sprint ou

de pointe

Effort intense qui ne peut être maintenu que peu de temps (selon l’espèce et l’individu)

Vitesse de nage maximale Umax

Les activités de nage

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Notions théoriques sur les capacités de

franchissement des espèces

L’activité soutenue

Se situe entre le sprint et l’activité de croisière. Peut être maintenue

plusieurs minutes, mais entraine à terme la fatigue du poisson

L’endurance (t)

Temps (t) pendant lequel un poisson peut nager à une certaine vitesse (U)

Endurance à vitesse maximale = 10 à 20 secondes

Les activités de nage

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© Julien Bouchard

Le rôle de la taille du poisson dans l’activité de nage : (Videler, 1993)

compilation de résultats expérimentaux

différentes espèces

différentes conditions expérimentales

U max = 0,4 + 7,4 Lp

U cr = 0,15 + 2,4 Lp ≈ 0,33 U max

Les activités de nage

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Le tirant d’eau

• Pour assurer ses capacités de nage, propulsion du corps par ondulations, le

poisson a besoin d’une lame d’eau suffisante

• Le rapport de hauteur d’eau par rapport à la forme du poisson varie de 0.17

(salmonidés) à 0.30 (brèmes carpes…)

• Différentes estimations selon les auteurs : 1 à 2 fois la hauteur du poisson,

2.5 fois la hauteur de la nageoire caudale

Pour la restauration de la continuité écologique :

Valeurs optimales correspondent aux valeurs définies pour une rampe à macro-rugosité

Les activités de nage

9

P P 179 du guide ICE

10

Notions théoriques sur les capacités de

franchissement des espèces

Chaque groupe d’espèces => capacité de nage

différentes

Vitesse d’écoulement et distance franchissable

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Notions théoriques sur les capacités de

franchissement des espèces

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La majorité des poissons ne sautent pas

(sauf les salmonidés…)

En cas de chute => Nécessité d’un jet de surface

Tirant d’eau sur l’obstacle au mois égale à deux fois la hauteur de chute

Pour l’anguille

Se contente d’un très faible tirant d’eau

Vitesse des écoulements très réduits (1 à 1,5 m/s au maximum pour une anguille

adulte)

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Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage

Utilisation du protocole ICE

Différentes configurations

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Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage

Utilisation du protocole ICE

15

Valeurs permettant d’utiliser l’arbre de décisions

Il existe un tableau similaire avec les vitesses d’écoulement

Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage

Utilisation du protocole ICE

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• Pour une première approximation

• Outil Cassiopée (maintenant en ligne !)

• https://cassiopee.g-eau.fr/#/calculator/MGhxMG

Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage

17

Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage

• Outil Cassiopée

18

Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage

• Outil Cassiopée

19

Evaluer la franchissabilité d’un ouvrage

• Par le calcul

• Relation Débit / Vitesse / Hauteur sur une rampe par la

formule de Manning-Strickler

𝑞 = 𝐾 x ℎ53 x 𝑖 𝑥 𝐿

ℎ = 𝑞

𝐾 x 𝑖 x 𝐿

3

5 Et 𝑉 =

𝑞

ℎ 𝑋 𝐿

• q : Débit (m/s)

• K : Coefficient de Strickler

• h : hauteur d’eau (m)

• L : largeur (m)

• V : vitesse (m/s)

• i : pente (m/m)

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Retour d’expérience => Etude sur les 3 départements Lorrains => 71 à 91 % des ouvrages sur les cours d’eau de 1ere catégorie (Salmonidés) sont infranchissables pour les poissons

Une multitudes de petits ouvrages => Un fort impact cumulé

Constat 1. Document du SETRA

Problèmes relevés :

- Problèmes de dimensionnement

- Sous dimensionner => Accélération

des écoulements

- Sur dimensionner => Etalement de

l’écoulement et baisse du tirant

d’eau

- Calage / positionnement => Chute amont

ou aval pénalisante

21 Office français de la biodiversité

Direction régionale Auvergne-Rhône-Alpes

1. Arrêté de prescriptions générales –

Rubrique 3.1.2.0 (2°) de la loi sur l’eau

Concerne les nouveaux projets

Eviter ou limiter autant que possible les perturbations

sur les zones du milieu, terrestre et aquatique

Pas de modification du régime hydraulique, de la

granulométrie

Hauteur d’eau et vitesses d’écoulement compatibles

avec les capacités des espèces piscicoles

Maintien du lit d’étiage

Radier : 30 cm en dessous du fond du lit et recouvert

d’un substrat de même nature que celui du cours

d’eau

Création d’un ouvrage – La réglementation

22 Office français de la biodiversité

Direction régionale Auvergne-Rhône-Alpes

1. Document du SETRA

Concerne les nouveaux projets

=> Différentes étapes :

o Choix du type d’ouvrage

o Dimensionnement de l’ouvrage

o Positionnement

o Equipement (vitesse du courant /

hauteur d’eau / Luminosité)

Création d’un ouvrage – Document de référence

23

Choix du type d’ouvrage

Valeurs guide pour les autres fonctions

Positionnement

Le plus favorable => Ouvrage sans emprise sur le lit mineur (Dans ce cas, éloigné le plus possible du lit mineur)

(L’ONEMA avait réalisé un recueil de différents dispositifs)

Arase supérieur du radier à 30 cm sous la cote du fond naturel du cours

d’eau = Respect de la granulométrie du cours d’eau

1. Document du SETRA Création d’un ouvrage – Le dimensionnement

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La Luminosité => Pas toujours pris en compte ou insuffisamment

- Puits de lumière / Eclairage artificiel => Retour d’expérience peu concluent

- Nécessité d’une transition progressive « Lumière / Obscurité »

- Deux aspects à prendre en compte :

o Ratio section / longueur

o Longueur de couverture => murs en ailes ou murs de soutènement de

remblais verticaux

Création d’un ouvrage – Le dimensionnement

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Création d’un ouvrage – Prise en compte de l’hydrologie

1 – Estimation de la surface du bassin versant

Utilisation d’un SIG, QGIS => Outil Calcul d’un bassin versant

Pour la Bretagne : outil en ligne

http://geowww.agrocampus-ouest.fr/mapfishapp/

2 – Utilisation de la Banque hydro

o Repérer la station hydrométrique la plus proche du site

o Utilisation de la banque hydro

Menu « Recherche d’une station »

Accès au données => « Synthèse »

Utilisation de l’outil Excel « Extraction banque hydro » Banque hydro

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Création d’un ouvrage – Prise en compte de l’hydrologie

3 – Estimation des débits

Formule de Myer :

Ou simple « règle de 3 »…

QMNA5 0.420

Module 4.310

Débit réservé 0.431

2 X module 8.619

Janv. Fév. Mars Avr. Mai Juin

9.209 8.982 6.408 4.627 3.062 1.849

Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

1.338 0.896 0.907 2.087 4.718 7.961

Q2 24.950

Q10 41.962

Q20 48.767

Fréquence 0.99 0.98 0.95 0.9 0.8 0.7

Débit (m³/s) 22.682 18.940 13.609 10.026 6.861 5.126

Fréquence 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

Débit (m³/s) 3.754 2.677 1.860 1.259 0.885 0.635

Fréquence 0.05 0.02 0.01

Débit (m³/s) 0.465 0.306 0.261

Débits classés

Débits mensuels moyens

(m³/s)

Débits mensuels moyens

(m³/s)

Débits caractéristiques

(m³/s)

Débits caractéristiques

(m³/s)

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Création d’un ouvrage – Respect du profil en long

Mesure de la pente moyenne du tronçon

Calage de l’ouvrage selon la pente calculée

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Création d’un ouvrage – Prendre en compte la petite faune….

De nombreuses espèces sont susceptibles d’utiliser ces ouvrages

Nécessité de créer un cheminement à « pied sec »

Création de banquette au dessus des plus

hauts débits (crues décennales ?)

Banquette en « dur » pour garantir la solidité

29

Les ouvrages existants

Les principaux problèmes rencontrés

Pour le franchissement piscicole

Des tirants d’eau trop faibles / Des vitesses d’écoulement trop importants

Des chutes aval infranchissables

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1. Document du SETRA

Si vitesse pas compatible avec : granulométrie du cours d’eau et/ou espèces

piscicoles

Et/ou tirant d’eau pas compatible avec franchissement piscicole

Implantation de seuils / barrettes / Déflecteurs / macro-rugosités

Equipement des ouvrages existant

31

32

Equipement

Avec creusement ou non du radier de pont….macro-rugosités

33

Une simulation parfois délicate….

Quand implantation de seuils, barrettes….

- Formation de « pseudo bassins » avec des chutes intermédiaires

Nécessité de calculer ces hauteurs de chutes

- De caractériser la nature des jets

- D’estimer la puissance dissipée

Selon la gamme de débit ciblée…

Si cela semble pertinent => Cassiopée

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« Traitement de la chute aval »

Quand existence d’une chute aval infranchissable

DISPOSITIF DE FRANCHISSEMENT PISCICOLE

fractionner une hauteur de chute infranchissable en plusieurs chutes

franchissables (passe à bassins, pré barrages,…)

« Remplacer une chute » par un linéaire franchissable (Passe à

ralentisseurs, rampe à macro-rugosités,…)

Trouver la zone de compromis entre deux groupes de variables

antagonistes : le tirant d’eau / vitesse d’écoulement et puissance

dissipée

35

Succession de chutes

Dimensionnement

similaire à une « passe à

bassins classique »

Trouver la zone de compromis

entre deux groupes de variables

antagonistes : le tirant d’eau /

vitesse d’écoulement et puissance

dissipée

36

La hauteur de chute entre les bassins

Les passes à bassins - Les principaux critères de dimensionnement

37

Les passes à bassins - Les principaux critères de dimensionnement

* : Pour obtenir un jet de surface

Espèces Largeur minimale

des fentes (m)

Tirant d’eau minimale *

(m)

SAT / TRM

0,30

- jet plongeant : Fosse

d’appel => 2XDH

- Jet de surface : 0,60

LPM

0,15

0,50

ALO

0,40

0,50

TRF

0,20

0,50

BRO

0,30

0,50

Les passes à bassins - Les principaux critères de dimensionnement

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La puissance dissipée (rapport entre la hauteur de chute et le volume des bassins)

=> Indicateur de l’agitation dans les bassins

Les passes à bassins - Les principaux critères de dimensionnement

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o Espèce non sauteuse

o Capacité de déplacement particulière : reptation

o Dans un écoulement : Vitesses maximales :

o Civelles (6 – 12 cm) : 50 cm/s

o Anguilles – anguillettes : 1 à 1,5 m / s

Le franchissement de l’anguille

40

o Pour les individus < 20 cm => Brosses

o Espacement entre les brins

7 mm pour les civelles

14 mm pour les anguillettes (> 12 cm)

o Pente max de 45° et si hauteur supérieur à 5 m => bassin de repos

o Critère important => alimentation en eau doit être très faible : < 1cm

o Possibilité de créer un pendage latéral, de 27° (50%) à 45° (100%)

Le franchissement de l’anguille

41

o Pour les individus > 20 cm => Plots

o Ecartement et densité => fonction de la taille des individus :

o Critère important => alimentation en eau doit être très faible : quelques cm sur une zone

o Possibilité de créer un pendage latéral

o Pente maximale de 70% (35°)

Le franchissement de l’anguille

42

o Respect des critères selon les classes de tailles présentes

o choix des supports

o espacement

o pente et pendage

o Pendage :

o cote haute => cote de la ligne d’eau du débit max recherché

o cote basse => cote de la ligne d’eau du débit mini

Le franchissement de l’anguille

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Construction d’une rampe

Différents type de rampe

- Rampe jointive

Débits faibles => problèmes de tirant d’eau

Débits plus fort => vitesses rapidement

importantes et problème d’endurance

Généralement pas adaptée

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Construction d’une rampe

Différents type de rampe

- Rampe à macro-rugosité

régulièrement réparties

- Généralement pas adaptée aux petits

cours d’eau

Nécessite des débits voisins de 200 l/m/s

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Pas adaptée au petits cours d’eau :

nécessite des débits de 200l/m/s.

Critères piscicole pour une rampe à macro-rugosités

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Une nécessité : l’entretien des ouvrages et des dispositifs

47

Déroulement d’un projet – Intervention de l’AFB

48

Merci pour

votre attention !