ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE ET …

SYNDICAT MIXTE DE BASSIN VERSANT ARLY

Hôtel de Ville – BP 2 73401 UGINE Cedex

Prise d’eau du biel de Saint-Férréol

Rapport de phase 3 – Propositions de gestion

Novembre 2016

IDEES EAUX 20 rue Paul Gauguin

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ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE DE LA CHAISE, DE LA NAPPE

ALLUVIALE ET INTERACTIONS AVEC LES BIELS

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Etude du fonctionnnement hydrologique et hydrogéologique de la Chaise, de la nappe alluviale et interactions avec les biels – Phase 3 : Proposition de gestion

Maître d’ouvrage :

Syndicat Mixte du Bassin Versant Arly

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Sommaire

1. PREAMBULE ............................................................................................................................................ 2

1.1. CONTEXTE ET OBJECTIFS DE L’ETUDE ............................................................................................................. 4

1.2. RAPPEL DES RESULTATS PRECEDENTS ............................................................................................................. 5

1.3. DEFINITION DES SEUILS DE DEBITS ................................................................................................................. 7

2. DEFINITION DES PROPOSITIONS DE GESTION ........................................................................................ 10

2.1. SOLUTION N°1 : GESTION MANUELLE DES VANNES ........................................................................................ 11

2.1.1. Description .................................................................................................................................... 11

2.1.2. Chiffrage estimatif des coûts ......................................................................................................... 14

2.2. SOLUTION N°2 : AUTOMATISATION DES VANNES AVEC CAPTEUR EN AMONT DE LA PRISE D’EAU .............................. 18

2.2.1. Station de mesure.......................................................................................................................... 19

2.2.2. Remplacement des Vannes ........................................................................................................... 20

2.2.3. Alimentation, automatisation et télégestion ................................................................................ 23

2.2.4. Échelle limnimétrique « vanne du cimetière »............................................................................... 24


2.3. SOLUTION N°3 : AUTOMATISATION DES VANNES AVEC UNE STATION DE MESURE EN AVAL DE LA PRISE D’EAU ............ 28

2.3.1. Description de la solution proposée .............................................................................................. 28


3. MESURES DE SURVEILLANCE DES ASSECS DE LA CHAISE ........................................................................ 32

4. CONCLUSIONS ....................................................................................................................................... 34




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Liste des Figures FIGURE 1 : CARTE RECAPITULANT LES RESULTATS OBTENUS AVEC LES DONNEES DE NIVEAU .......................................................... 5 FIGURE 2 : SCHEMATISATION DU SCENRIO N°5 - SCENARIO RETENU ....................................................................................... 6 FIGURE 3 : POSITION DE LA STATION DE MESURE SUR LA CHAISE .......................................................................................... 12 FIGURE 4 : POSITION DE LA STATION DE MESURE SUR LA BIEL .............................................................................................. 12 FIGURE 5 : LOCALISATION DES STATIONS DE MESURES ET DES OUVRAGES ............................................................................... 15 FIGURE 6 : PLANCHE PHOTO - OUVRAGES DE PRISE D’EAU ET DE REGULATION DU BIEL DE ST FERREOL ........................................ 17 FIGURE 7 : SCHEMA DE PRINCIPE DES AMENAGEMENTS PREVUS AU NIVEAU DE LA PRISE D’EAU .................................................. 18 FIGURE 8 : EMPLACEMENT PRECONISE DE LA STATION DE MESURE ....................................................................................... 19 FIGURE 9 : PLANCHE PHOTOS DE LA VANNE DE LA CHAISE................................................................................................... 21 FIGURE 10 : PLANCHE PHOTOS DE LA VANNE DU BIEL AU NIVEAU DE LA PRISE D’EAU ............................................................... 22 FIGURE 11 : VANNE DE REGULATION DU CIMETIERE .......................................................................................................... 25 FIGURE 12 : ESQUISSE D'UN DISPOSITIF POSSIBLE A METTRE EN PLACE POUR L'AUTOMATISATION DES VANNES .............................. 29 FIGURE 13 : LOCALISATION DES STATIONS DE MESURES ET DES OUVRAGES ............................................................................. 31

Liste des Tableaux TABLEAU 1 : INDICATEURS PROPOSES POUR LE CHOIX DES DEBITS X ET Y ................................................................................. 8 TABLEAU 2 : COUT ESTIMATIF DE LA SOLUTION N°1 .......................................................................................................... 14 TABLEAU 3 : COUT ESTIMATIF DE LA SOLUTION N°2 .......................................................................................................... 26 TABLEAU 4 : PLUS-VALUE UN SYSTEME D'ALIMENTATION ELECTRIQUE AUTRE QUE PAR BATTERIE 12/24 V................................... 27 TABLEAU 5 : COUT ESTIMATIF DE LA MISE EN PLACE DE LA SOLUTION N°3 .............................................................................. 30 TABLEAU 6 : AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES SOLUTIONS PROPOSEES ............................................................................. 35




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1. Préambule 1.1. Contexte et objectifs de l’étude

Le Contrat de rivière Arly-Doron-Chaise a été signé lors du Comité d'agrément Rhône Méditerranée le 24 février 2012. Ce contrat mené sur la période 2012-2016 vise à :

améliorer la qualité des eaux ;

restaurer les milieux dégradés ;

préserver et valoriser les milieux aquatiques ;

informer et sensibiliser les acteurs locaux sur les enjeux de la préservation durable des ressources en eau du territoire.

La présente étude s’inscrit dans le cadre de ce contrat de rivière.

Le premier objectif de l’étude est de caractériser le fonctionnement hydrologique et hydrogéologique de la Chaise et de sa nappe alluviale, et les interactions de cet hydrosystème avec les dérivations des biels de St Ferréol et de Faverges. Il s’agira notamment d’identifier et de quantifier les causes des assecs constatés sur la Chaise en période d’étiage.

Le second objectif de l’étude consiste à déterminer les fonctionnalités de chacun des axes d’écoulement (Chaise et biels) vis-à-vis des milieux aquatiques en jeu, notamment en période d’étiage.

En fonction des résultats obtenus sur ces différents volets, et à l’issue d’une analyse croisée de ceux-ci, des préconisations seront formulées quant à la gestion de la Chaise et des biels pendant les périodes de basses eaux : estimation de débits réservés ; optimisation du fonctionnement des ouvrages de dérivation ; etc.

L’étude a été programmée selon les trois phases suivantes :

Phase 1 : Synthèse bibliographique. Cette phase préalable doit permettre de valoriser la connaissance existante sur la Chaise, sa nappe alluviale et les biels.

Phase 2 : Relevés de terrain. Cette phase d’instrumentation, de mesures et de suivi doit se dérouler sur une année hydrologique complète.

Phase 3 : Interprétation des données et propositions de gestion. Cette dernière phase d’analyse et de synthèse devra permettre de concourir aux objectifs présentés précédemment.

Ce rapport présente les propositions de gestion pour la mise en application du scénario choisi et validé par le comité de pilotage.




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1.2. Rappel des résultats précédents

Les campagnes de mesurer réalisées durant l’étude ont permis de mettre en évidence :

L’infiltration naturelle de la Chaise (Figure 1) dans le milieu souterrain entre la prise d’eau et la confluence avec le Biel de Saint-Férréol en aval ;

Une réalimentation de la Chaise par le milieu souterrain en aval de la confluence ;

Que le débit limite d’assèchement de la Chaise est de l’ordre de 130 l/s à l’entrée au niveau de la prise d’eau.

Figure 1 : Carte récapitulant les résultats obtenus avec les données de niveau

Ces résultats nous ont conduits à proposer 5 scénarii de gestion des eaux entre la Chaise et le Biel de Saint-Férreol. De ces 5 scénarii, le comité de pilotage a retenu le scénario n°5 dont le but était de pouvoir garder une continuité sur les deux cours d’eau et limiter au maximum l’impact piscicole.




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Le scénario de régulation retenu est le suivant (Figure 2) :

Débit amont > 500 l/s : le débit dans le biel doit être limité à 300 l/s ; le reste s’écoulant dans la Chaise.

Débit amont compris entre 220 et 500 l/s : le débit dans la Chaise doit être supérieur ou égal à 200 l/s ; et en conséquence le débit laissé au biel est compris entre 20 et 300 l/s ;

Débit amont < 220 l/s : le débit dans le biel est de 20 l/s ; le reste s’écoulant dans la Chaise.

Figure 2 : Schématisation du scénrio n°5 - Scénario retenu




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1.3. Définition des seuils de débits

Le scénario n°5 propose des seuils de débits par rapport aux éléments à disposition, c’est l’ONEMA en collaboration à la DDT qui précisera les seuils de débits dans le futur arrêté de gestion de la prise d’eau.

En effet, lors de la réunion du 14 octobre 2016 réalisée entre la FDPPMA74, l’ONEMA, la DDT et le SMBVA, les seuils de débits ont été discutés notamment par rapport à la présence de truites autochtones sur le Biel de Saint-Ferréol en amont avec le Biel de Saint-Ferréol (information apportée par la FDPPMA74), qui pourrait être impactées par les faibles débits distribué au Biel de Saint-Ferréol.

A l’issue de la réunion, les points suivants ont été validés :

l’ONEMA doit échanger avec la FDPPMA74 et la DDT sur les seuils de débits X et Y convenant à la réglementation et limitant l’impact sur le milieu piscicole du Biel de Saint-Ferréol et de la Chaise ;

Vis-à-vis des seuils de débits à définir :

- un débit « X » de la Chaise en amont de la prise d’eau est à déterminer sur la

base des données de l’étude. Ce débit doit être déterminé de façon à ne pas

doubler le nombre de jours d’assecs naturels de la Chaise (de 20j/an). La

valeur de débit entrant correspondant à 30 j/an d’assec pourrait

correspondre.

- un débit « Y » est envoyé dans le biel.

- le débit « X-Y » est maintenu dans la Chaise.

Un protocole préconisant ces débits sera transcrit dans l’arrêté préfectoral.

Le protocole pourrait intégrer une période transitoire, jusqu’à 2018, date de fin des travaux d’aménagements de la prise d’eau, permettant de mettre en place le dispositif de régulation biel -Chaise.

Après la réalisation des travaux d’adaptation de la prise d’eau de 2018, le protocole d’adaptation des débits serait lancé.




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Suivi du protocole de débits et état initial

Chaque année, il est proposé de réunir un groupe de travail afin :

- de faire un bilan des valeurs de débits en vigueur,

- de faire évoluer le protocole.

Il est nécessaire, pour cela, de définir en amont les indicateurs qui permettront d’orienter les décisions à prendre. Plusieurs indicateurs sont ainsi proposés :

Indicateurs Moyens Opérateur

Suivi piscicole

Stations de pêches de références sur la Chaise et le biel

Emplacement des stations à définir

Etat des lieux initial prévu au printemps 2017

FDPPMA74

Suivi thermique Sondes thermiques

Emplacement des stations à définir FDPPMA74

Suivi hydrologique du biel de Saint

Ferréol à l’aval de la prise d’eau

Mise en place d’une station hydrométrique A déterminer

Suivi hydrologique sur la Chaise

amont Mise en place d’une station hydrométrique -

Assecs Suivi des linéaires et des durées ONEMA

Représentativité hydrologique

annuelle

La représentativité hydrologique de la période suivi sera caractérisée

Tableau 1 : Indicateurs proposés pour le choix des débits X et Y

Ce protocole de suivi pourrait être transcrit dans l’arrêté.




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La FDPPMA propose qu’un état des lieux soit fait au printemps 2017, sur le biel et la Chaise (stations de références) afin de mieux comprendre le fonctionnement des 2 axes.

Cet état des lieux sera fait par la FDPPMA dans le cadre du PDPG. Il se composera :

o de pêches électriques, sur plusieurs stations situées sur le biel de St Ferréol et sur la Chaise ;

o de suivi thermique, avec la mise en place de sondes sur le biel.

La FDPPMA demande que cet état des lieux initial, puisse être fait dans les conditions actuelles de gestion du biel, avant toute modification de gestion des débits.




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2. Définition des propositions de gestion

Suite au choix du scénario n°5, ce chapitre a but de présenter les actions qui pourraient être mises en place pour permettre la régulation et la gestion des débits entre la Chaise et le Biel de Saint-Ferréol.

Pour pouvoir appliquer ce scénario, nous proposons 3 solutions d’aménagement au niveau de la prise d’eau, dont le budget est progressif :

Solution n°1 (la moins onéreuse) : Régulation manuelle des débits entre la Chaise et le Biel ;

Solution n°2 : Automatisation des vannes avec mise en place d’un capteur à l’amont de la prise d’eau sur la Chaise ;

Solution n°3 : Automatisation des vannes avec mise en place d’un capteur à l’aval de la vanne de la Chaise.

Les paragraphes, ci-dessous, présentent en détail chacune de ces solutions.

A savoir, les propositions d’aménagement ne prennent pas en compte l’équipement du seuil de la prise d’eau avec un ouvrage de franchissement piscicole. En effet, lors du lancement de l’étude en 2012, ce point n’a pas été intégré à notre mission.

Les propositions formulées à ce jour, visent à évaluer la faisabilité technique et financière de l’équipement du seuil. Ces propositions permettront à la collectivité gestionnaire d’orienter son choix d’aménagement (manuel ou automatique) et de connaitre le budget prévisionnel.

Celles-ci seront ensuite reprises dans le cadre de la mission de maitrise d’œuvre de restauration de la continuité de la Chaise aux Bossons, lancée par la CCSLA, en 2017.




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2.1. Solution n°1 : Gestion manuelle des vannes

2.1.1. Description

La première solution proposée est la moins onéreuse à mettre en place, mais nécessite la mobilisation d’une personne pour le réglage des vannes de la prise d’eau et de la décharge tout au long de l’année. Une carte de localisation des ouvrages et des photos des ouvrages sont présentées à la Figure 5 et Figure 6

Modification à effectuer au niveau de la prise d’eau :

o Changement des deux vannes (celle de la Chaise et de du Biel de Saint-Ferréol) : Ceci consiste aux remplacements uniquement des pelles et du système de crémaillère, la structure en béton étant conservée. Ce changement permettra d’avoir un débit de fuite moins important et un système de crémaillère en bon état de fonctionnement et plus précis pour le réglage des vannes.

o Modification de la largeur de la vanne du Biel-de-Saint-Férreol : La vanne actuelle de prise d’eau du biel a les dimensions suivantes : largeur de 1,5 m ; hauteur de 1,0 m. La largeur de l’ouverture actuelle est importante au regard de la gamme de débits à faire transiter dans le biel (entre 20 et 300 l/s), et la sensibilité à l’ouverture apparaît trop forte pour assurer une régulation satisfaisante. Nous préconisons de réduire l’ouverture actuelle (de 1,5 m à 0,75 m) pour améliorer la sensibilité des débits à la hauteur d’ouverture de la vanne. La fermeture partielle de la section d’ouverture actuelle sera réalisée en génie civil.

o Mise en place d’un système de mesure : En amont de la prise d’eau, mise en place d’un capteur de pression dans un tubage acier ancré solidement au lit de la rivière. Ce capteur mesurera une hauteur d’eau. Une courbe de calibration devra être effectuée, afin de pouvoir assimiler un débit à une hauteur. Nous conseillons également de mettre une échelle limnimétrique pour avoir une lecture instantanée et repérer d’éventuelles anomalies, notamment après une période de crue.

Ce capteur sera équipé d’un module GSM permettant l’envoie des hauteurs d’eau enregistrées par le capteur au gestionnaire du biel. Pour faciliter l’intervention du gestionnaire pour la manipulation les vannes, des systèmes d’alerte seront programmés sur le capteur : quand le niveau d’eau dépassera les seuils de débits déterminés (X et Y), un sms sera envoyé au gestionnaire.




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Figure 3 : Position de la station de mesure sur la Chaise

Modification à effectuer au niveau de l’ouvrage de décharge du biel en amont du cimetière :

o Mise en place d’un capteur de pression : Ce capteur sera mis en place comme celui de la prise d’eau amont et sera du même type. Il permettra de réguler la vanne de décharge du biel en fonction des apports du Nant-de-la-Reine et du ruisseau de la Cote, afin que le débit du biel ne dépasse pas 300 l/s et inonde Saint-Férreol. Une échelle limnimétrique sera également installée. La vanne étant manipulée très régulièrement et n’étant pas l’élément principale pour la régulation des débits, son changement n’est obligation.

Figure 4 : Position de la station de mesure sur la Biel




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A savoir, le Syndicat du Nant d’Arcier a un projet d’ultrafiltration sur le réseau AEP de l’eau provenant de la source du Nant d’Arcier. Cet aménagement va induire une réduction des prélèvements pour le réseau AEP (passage de 1,2 millions à 600 000 m3 d’eau par an).

Les prélèvements pour le réseau AEP au niveau de la résurgence du Nant d’Arcier seront adaptés aux besoins et réduits de moitié.

Ainsi, les volumes d’eau prélevés à la résurgence du Nant d’Arcier s’écouleront directement dans le Nant d’Arcier, qui rejoint la Chaise en amont de la prise d’eau. Cette économie d’eau permettra d’avoir un soutien du débit de la Chaise en période d’étiage.

En parallèle, le trop plein du réservoir du Nant d’Archex (alimenté par la résurgence du Nant d’Arcier et celle de la Duy), qui se fait actuellement par le Nant de la Reine (eau traitée) sera supprimé.

Les travaux sont prévus en 2018.

Ces éléments induisent que le débit du Nant de la Reine sera plus faible, voir nul en période d’étiage. Le capteur au niveau de la vanne au niveau du Biel permettra de connaitre le débit partant dans le Biel et d’ouvrir la vanne de décharge en cas d’apport trop important du Nant de la Reine et de la Cote en période surtout de hautes eaux.

Pour une bonne manipulation des vannes, une étude de calage hydraulique basée sur un levé topographique précis de tous les ouvrages en place devra permettre de dimensionner précisément l’organe de prise d’eau (seuil d’entrée, largeur et hauteur d’ouverture) et les hauteurs d’ouverture de vannes pour chaque débit seuil.

Pour ouvrir les vannes correctement une échelle graduée sera disposée au niveau de chaque vanne.

La station de mesure en amont de la prise est l’élément, qui demandera le plus d’attention. La Chaise, du fait de son régime torrentiel, subit de grosses périodes de crues, qui modifient fortement le lit de la Chaise avec le transport important de matériaux. Ceci implique qu’il va falloir vérifier après chaque période de crue la courbe de calibration de la station de mesure. Cette station de mesure est l’élément essentiel à la bonne régulation des débits.

Pour le changement des vannes et la calibration des stations de mesures, les méthodes seront les mêmes que celles présentées dans la solution n°2.




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2.1.2. Chiffrage estimatif des coûts

Un estimatif des coûts des différents postes envisagés pour la mise en place du dispositif de régulation des débits entre la Chaise et le biel est proposé ci-après. Les montants sont affichés hors taxes. Il convient de préciser qu’ils ne sont donnés qu’à titre indicatif.

Coût estimatif d’investissement pour la mise en place du dispositif

Coût d’entretient annuel

Étude préalable de calage hydraulique (dont topographie)

5000 €

Actualisation/vérification chaque année de la courbe de calibration des capteurs (notamment après de grosse crues)

3 000 €

Installation des deux stations de mesure avec connexion GSM

5000 € Personnel disponible 24h/24h et 7j/7j pour le réglage des vannes

Coût à estimer par la collectivité

Changement des deux vannes de la prise d’eau

10 000 €

Remplacement d’une sonde en cas de dégradation de la station lors d’une crue (Lors de notre étude 2 sondes ont été endommagées en 2 ans)

2 500 €

Installation de l’échelle limnimétrique au droit de l’ouvrage régulateur du cimetière et trois au niveau de la prise d’eau

800 €

Forfait téléphonique Data pour la connexion GSM des capteurs

250 €

Piles alimentation capteur 200 €

Total H.T arrondi en € 21 000 € Total H.T arrondi en € 6 000 € sans le coût du personnel

Tableau 2 : Coût estimatif de la solution n°1




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Figure 5 : Localisation des stations de mesures et des ouvrages

Station Chaise

Station sur le Biel




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Barrage de la prise d’eau Vanne de vidange du barrage de prise d’eau

Vanne de prise d’eau du biel Section du biel au droit de l’ouvrage régulateur




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Vanne de régulation (cimetière) Exutoire de l’ouvrage régulateur dans la Chaise

Figure 6 : Planche photo - Ouvrages de prise d’eau et de régulation du biel de St Ferréol




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2.2. Solution n°2 : Automatisation des vannes avec capteur en amont de la prise d’eau

Afin de permettre d’assurer en tout temps la régulation des débits, telle que prévue dans le scénario retenu, nous préconisons la mise en place d’un système automatisé au droit de la prise d’eau du biel, ainsi qu’un contrôle du débit dans le biel au droit de l’ouvrage régulateur existant à l’amont du cimetière.

Les travaux préconisés sont les suivants :

Mise en place d’une station de mesure du niveau d’eau à environ 50 m à l’amont du seuil (comme la solution n°1) ;

Remplacement des vannes sur la Chaise et sur le biel par des vannes motorisées pour permettre leur automatisation ;

Alimentation, automatisation et télégestion du dispositif ;

Mise en place d’une échelle limnimétrique pour contrôle des débits dans le biel au droit de l’ouvrage régulateur du cimetière et trois au niveau de la prise d’eau. La manipulation de cette vanne resterait manuelle.

Figure 7 : Schéma de principe des aménagements prévus au niveau de la prise d’eau




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2.2.1. Station de mesure

Une station de mesure du niveau d’eau sera installée à une cinquantaine de mètres à l’amont du seuil de prise d’eau, soit aux environs de la station de mesure provisoire qui avait été implantée entre 2013 et 2015 dans le cadre de la présente mission. Etant donné la section d’écoulement, le capteur sera installé en rive gauche de la rivière.

Figure 8 : Emplacement préconisé de la station de mesure

Plusieurs types de capteurs de mesure existent : capteur de pression de type sonde piézométrique pour une mesure en fond de lit ; capteur à ultrasons ou radar pour une mesure du niveau en surface.

Au regard du contexte hydraulique en jeu, ainsi que du risque de vol ou dégradation, nous préconisons de privilégier d’installer le capteur de mesure dans un tube acier ancré dans le lit de la rivière avec un capot pour protéger le système d’acquisition. Les capteurs de surface nécessiteraient la mise en place d’une potence métallique qui risquerait d’être emportée lors d’une crue. Le risque de vol ou dégradation du capteur aérien est également important.

Nous préconisons également d’installer une échelle limnimétrique contre la berge au droit du capteur pour permettre un contrôle visuel des hauteurs d’eau mesurées.

Un calage hydraulique préalable de la relation hauteur débit devra être réalisé pour permettre d’asservir le fonctionnement des vannes à la hauteur d’eau mesurée. Des jaugeages réguliers devront être réalisés dans la gamme de débit souhaitée (entre 0 et 600 l/s) pour vérifier l’évolution de la relation hauteur/débit sur cette gamme et la valider (comme la solution n°1).

Seuil

Emplacement indicatif de la station




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Le caractère torrentiel de la Chaise est un élément important, car ce régime implique le transport de matériaux en période de crue et par conséquent des changements de lits de la Chaise important.

C’est pourquoi, il sera indispensable de réaliser au minimum 3 jaugeages ponctuels suite à la période de hautes eaux printanières (après fonte des neiges) et avant le début de la période de basses eaux (à partir des mois de mai ou juin selon les années). Ceci permettra de recaler la relation hauteur/débit avant chaque période critique de répartition des eaux de la Chaise.

Des jaugeages devront également être réalisés en cas de crue importante ayant modifié significativement la section de contrôle de l’écoulement.

2.2.2. Remplacement des Vannes

Vanne de régulation « Chaise »

La vanne de régulation existant actuellement en rive droite du seuil sur la Chaise a les dimensions suivantes : largeur de 1,55 m ; hauteur de 0,70 m. Le radier de fond est calé à environ 1 m au-dessous de la crête moyenne du seuil. La vanne actuelle est manoeuvrable manuellement par une crémaillère.

Au vu de son état et pour permettre son automatisation, il est nécessaire de remplacer la vanne existante par une vanne murale.

La vanne sera équipée d’un système de motorisation automatisé relié à la mesure de hauteur à la station limnimétrique amont.

Le vannage sur la Chaise permettra aussi d’assurer une meilleure transparence de l’ouvrage sur l’écoulement des crues et le transit sédimentaire.




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Vanne vue d’amont Vanne vue d’aval Exemple de vanne murale (Ramus, type

VMK)

Figure 9 : Planche photos de la vanne de la Chaise

Vanne de prise d’eau « biel »

La vanne actuelle de prise d’eau du biel a les dimensions suivantes : largeur de 1,5 m ; hauteur de 1,0 m. Le seuil d’entrée est calé à environ 0,45 m au-dessus du radier de fond de la vanne sur la Chaise. La vanne actuelle est manoeuvrable manuellement par une crémaillère.

La largeur de l’ouverture actuelle est importante au regard de la gamme de débits à faire transiter dans le biel (entre 20 et 300 l/s), et la sensibilité à l’ouverture apparaît trop forte pour assurer une régulation satisfaisante. Nous préconisons de réduire l’ouverture actuelle (de 1,5 m à 0,75 m) pour améliorer la sensibilité des débits à la hauteur d’ouverture de la vanne. La fermeture partielle de la section d’ouverture actuelle sera réalisée en génie civil.

Une étude de calage hydraulique basée sur un levé topographique précis de tous les ouvrages en place devra permettre de dimensionner précisément l’organe de prise d’eau (seuil d’entrée, largeur et hauteur d’ouverture).

Un remplacement de la vanne actuelle est donc nécessaire, mais il est également justifié par son automatisation.

La vanne sera équipée d’un système de motorisation automatisé relié à la mesure de hauteur à la station limnimétrique amont.




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Vanne vue d’amont Vanne vue d’aval

Figure 10 : Planche photos de la vanne du Biel au niveau de la prise d’eau

Un batardage du site pour travail à sec sera nécessaire pour la mise en place des vannes qui devrait se faire par grutage depuis la piste forestière en rive droite.




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2.2.3. Alimentation, automatisation et télégestion

Le capteur de la station de mesure sera raccordé à une centrale d’acquisition, soit par un câble protégé dans un fourreau de type PVC ; soit par liaison radio.

L’ensemble du système d’alimentation, d’automatisation et de télégestion sera intégré dans une armoire ou coffret fermant à clé, à positionner à proximité immédiate des vannes.

Cette armoire comprendra :

une alimentation électrique ;

une centrale d’acquisition des données de la station ;

un automate permettant de convertir la mesure de hauteur d’eau en consigne d’ouverture des vannes ;

un modem GSM pour transmission des données (télégestion).

Dans la mesure du possible, la solution d’alimentation par le réseau 220 V sera recherchée. Au cas où cela ne soit pas possible, une solution d’alimentation par batteries 12 V / 24 V sera retenue. Des solutions alternatives d’alimentation par panneaux solaires, voire par hydrolienne, pile à l’hydrogène pourront également être étudiées.

La télégestion des données sera assurée par un télétransmetteur de type modem GSM. Il conviendra de vérifier au préalable que le réseau GSM est satisfaisant. Le cas échéant, un raccordement au réseau France Télécom pourra être nécessaire.

La télégestion permettra au gestionnaire des ouvrages de disposer à distance des données de hauteur d’eau mesurées, mais aussi des informations utiles sur l’état d’alimentation électrique (état des batteries par exemple).




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2.2.4. Échelle limnimétrique « vanne du cimetière »

La présence de l’ouvrage de régulation bien plus en aval de la prise d’eau, à l’amont du cimetière de St Ferréol doit pouvoir permettre d’ajuster le débit entrant dans le biel, avec retour éventuel des eaux vers la Chaise à l’amont du pont des Bossons.

En effet, entre la prise d’eau et l’ouvrage de régulation, on a identifié deux apports d’eau : le ruisseau de la Côte et le Nant de la Reine. L’apport en période de basses eaux est faible, mais peut être plus élevé en période de hautes eaux.

Nous préconisons d’installer une échelle limnimétrique en rive droite du biel au niveau de la section amont du passage couvert sous un accès agricole (cf. photo ci-après).

Cette échelle permettra d’avoir un contrôle visuel du niveau d’eau, et le cas échéant un réglage de l’ouverture de la vanne de régulation :

soit dans le cas où le débit serait supérieur à 300 l/s, pour éviter un risque de débordements en aval ;

soit dans le cas où le débit dans le biel serait significativement supérieur à la consigne de débit réservé de la prise d’eau amont.

Positionnée à proximité immédiate du bourg de St Ferréol, ce point de contrôle visuel permettra d’anticiper une intervention manuelle éventuelle d’ouverture des vannes à l’amont pour se conformer aux consignes de débit réservé, dans le cas d’un dysfonctionnement de la station de mesure par exemple. Il peut être également envisagé de mettre en place un capteur de pression avec envoie des données via le réseau GSM et envoyer des messages d’alerte.

Une étude hydraulique préalable sera nécessaire pour caler précisément les niveaux de référence par rapport aux débits. Les jaugeages réalisés dans le cadre de la présente étude seront valorisés pour établir une relation hauteur/débit fiable.




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Figure 11 : Vanne de régulation du cimetière


Un estimatif des coûts des différents postes envisagés pour la mise en place du dispositif de régulation des débits entre la Chaise et le biel est proposé ci-après. Les montants sont affichés hors taxes. Il convient de préciser qu’ils ne sont donnés qu’à titre indicatif et qu’ils dépendent notamment des choix et possibilités en termes d’alimentation électrique ou de liaison téléphonique.




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Étude préalable de calage hydraulique (dont topographie)

8000 €


3 000 €

Installation des deux stations de mesure (y compris centrale d’acquisition et câblage)

5000 €

Remplacement d’une sonde en cas de dégradation de la station lors d’une crue (Lors de notre étude 2 sondes ont été endommagées en 2 ans)

2 500 €

Installation des vannes sur la Chaise et le biel, comprenant batardage pour travail à sec, grutage et démontage des anciennes vannes, motorisation

20 000 € Forfait téléphonique Data pour la connexion GSM des capteurs

250 €

Installation du coffret ou armoire comprenant alimentation électrique par batterie 12/24 V, automatisation et système de télégestion

12 000 € Piles alimentation du capteur au niveau du Biel de Saint-Ferréol

100 €

Mise en place d’un capteur avec connexion GSM au niveau de l’ouvrage régulateur du cimetière

2 000 €


800 €

Total H.T arrondi en € 50 000 € Total H.T arrondi en € 6 000 €

Tableau 3 : Coût estimatif de la solution n°2




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Comme évoqué précédemment différent type d’alimentation sont possibles, les plus-values pour chacune des solutions sont les suivantes :

Type d’alimentation Plus- value en €

Pile hydrogène 7 000 €

Panneaux solaires 2 500 €

Hydroéolienne 10 000 €

Tableau 4 : Plus-value un système d'alimentation électrique autre que par batterie 12/24 V




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2.3. Solution n°3 : Automatisation des vannes avec une station de mesure en aval de la prise d’eau

2.3.1. Description de la solution proposée

La solution n°3 est identique à la solution n°2, si ce n’est pour la position des capteurs de mesure. En effet, comme évoqué précédemment, le caractère torrentiel de la Chaise rend difficile la mise en place d’une station de mesure pour la régulation des vannes.

La solution la plus adéquate, pour protéger la station et pour limiter la variation de la courbe de calibration hauteur/débit, est d’installer la station de mesure en aval immédiat de la vanne de la Chaise en retravaillant le tablier en béton en aval de la vanne.

Ceci consisterait à réaliser un seuil calibrer de type rectangulaire ou en V pour permettre la mesure des débits, mais aussi permettant l’évacuation des dépôts (Figure 12).

Cette configuration nécessite la mise en place d’un capteur au niveau du Biel de Saint-Férréol juste à l’arrière de la vanne ou encore au niveau de l’ouvrage régulateur du cimetière. Ce capteur sera également relié à l’automate pour la régulation des vannes de la prise d’eau.

Ce système permet d’avoir une meilleure précision pour la gestion des débits en période d’étiage, par contre elle ne permettra pas d’avoir la connaissance des débits de la Chaise en période de hautes-moyennes eaux (car passant le débit de l’eau passant au-dessus du barrage ne sera pas mesuré).

La mise en place de ce dispositif nécessitera une étude hydraulique pour le seuil, la calibration et l’automatisation. Cette étude sera plus importante que pour les deux autres solutions.




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Figure 12 : Esquisse d'un dispositif possible à mettre en place pour l'automatisation des vannes


Un estimatif des coûts des différents postes envisagés pour la mise en place du dispositif de régulation des débits entre la Chaise et le biel est proposé ci-après. Les montants sont affichés hors taxes. Il convient de préciser qu’ils ne sont donnés qu’à titre indicatif. L’alimentation électrique pourra être comme dans la solution n°2 être adaptée (Tableau 4).




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Étude préalable de calage hydraulique (dont topographie) ainsi que pour la mise en place du seuil calibré

15 000 €


1 500 €

Installation de la station de mesure (y compris centrale d’acquisition et câblage)

5000 € Forfait téléphonique Data pour la connexion GSM des capteurs

250 €

Installation des vannes sur la Chaise et le biel, comprenant batardage pour travail à sec, grutage et démontage des anciennes vannes, motorisation

20 000 € Piles alimentation du capteur au niveau du Biel de Saint-Ferréol

100 €

Installation du coffret ou armoire comprenant alimentation électrique par batterie 12/24 V, automatisation et système de télégestion

12 000 €

Génie civil pour la mise en place du seuil calibré

10 000 €

Mise en place d’un capteur avec connexion GSM au niveau de l’ouvrage régulateur du cimetière

2 000 €


800 €

Total H.T arrondi en € 70 000 € Total H.T arrondi en € 2 000 €

Tableau 5 : Coût estimatif de la mise en place de la solution n°3




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Figure 13 : Localisation des stations de mesures et des ouvrages

Station Chaise

Station sur le Biel




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3. Mesures de surveillance des assecs de la Chaise

Comment suivre le tronçon court-circuité de la Chaise pour vérifier que la répartition des débits entre la Chaise et le Biel de Saint-Ferréol soit efficace et atteigne les objectifs de continuité des cours du court d’eau ?

Il va être difficile de mettre en place un système de mesure permettant de savoir si oui ou non la Chaise est assèche.

Il pourrait être envisagé de :

mettre des stations de mesure de niveau d’eau avec envoi d’une alerte lors de l’absence d’eau.

Points positifs :

Mesures de hauteurs d’eau qui pourront être retranscrites en débit ;

Points négatifs :

Modification du lit de la rivière lors de chaque crue, le capteur pourrait se situé d’une année sur l’autre en-dehors du lit ;

Système peu précis si la hauteur d’eau est inférieur à 1 cm ;

Risque de dégradation de la station en cas de crue.

Mise en place d’une webcam au niveau du pont d’Ombre

Points positifs :

Appréciation visuelle de si ou non de l’eau s’écoule ;

Points négatifs :

Installer un système d’alimentation électrique (batterie, panneaux solaires, …) et liaison pour transmission des images en temps réél ;

Surveillance par le personnel de la collectivité.

Suivi visuel par une personne

Points positifs :

Utilisation du dispositif des mesures de débits de la Chaise. A partir d’un débit minimum atteint, le système envoi un message d’alerte pour qu’une personne puisse aller visualiser l’état de la Chaise et du Biel ;




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Description précise de la zone d’assec.

Points négatifs :

Mobilisation d’une personne plusieurs ½ journée par an.




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4. Conclusions Les trois solutions proposées avaient pour but de répondre au scénario n°5 en utilisant

au maximum les ouvrages existants et éviter de modifier complètement la structure de la prise d’eau.

Chacune des solutions présente des avantages et des inconvénients. Ceux-ci sont présentés dans le tableau ci-dessous.

Si la solution n°2 ou 3 (automatisation des vannes) sont choisies, il faudra toutefois que le gestionnaire se rende à la prise d’eau lors des périodes de crue, afin de vérifier que des matériaux ne sont pas venus bloquer les vannes. Un système d’alerte SMS pourra être mis en place pour prévenir le gestionnaire en cas d’anomalie ou de forts débits.

En effet, les crues peuvent être très fortes et charrier de nombreux dépôts sédimentaires, mais aussi autres tels que des troncs d’arbre, des vélos, des caddys de supermarché,…

Les vannes, même automatisées, pourront être ouvertes manuellement pour pouvoir évacuer les éventuels dépôts.

Fait à Saint-Lupicin, le 8 février 2017,

Jennifer BALESTIE Frédérique GRUFFAZ Anne DOS-SANTOS

Hydrogéologue Hydrologue Chef Projet M. Aquatique

IDEES EAUX EAUX ET TERRITOIRES TEREO




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Critères Solution n°1 – Réglage

manuel

Solution n°2 – Automatisation avec station de mesure en

amont de la prise d’eau

Solution n°3 – Automatisation avec station de mesure en aval de la prise d’eau

Coût estimatif de l’installation

22 000 € 50 000 € 70 000 €

Coût de la maintenance

par an

6 000 € avec mobilisation d’une personne 24h/24h et

7j/7j 6 000 € 2 000 €

Avantages

Solution la moins onéreuse

Personne mobilisée à la gestion des vannes de la prise

Automatisation des vannes

Enregistrement en continu des débits de la Chaise en amont de la prise d’eau = Meilleurs connaissances des débits

Automatisation des vannes

Système de régulation des vannes plus fiable en période de basses eaux.

Courbe de calibration plus stable dans le temps

Inconvénients

Réglage des vannes manuellement commandé par une alerte SMS envoyée au gestionnaire

Disponibilité du gestionnaire 24h/24h et 7j/7j

Moins de précision dans les réglages et dans la rapidité d’intervention

Vérification de la calibration de la station de mesure sur la Chaise chaque année et après chaque période de crue

Précision du réglage des débits moins bonne que la solution n°3

Pas de mesure de débits de la Chaise en amont de la prise d’eau

Coût plus important

Tableau 6 : Avantages et Inconvénients des solutions proposées

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