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Le lac d’Alqueva auPortugal est la plus grande retenue d’eau artificielle en Europe avec 25 000 hectares.Vue satellitaire du réservoir d'Alqueva au Portugal.
Unlac de barrage,lac de retenue ouréservoir est unplan d'eau dont le niveau est contrôlé par un ou plusieursouvrages d'art et qui est utilisé à des fins utilitaires[1]. Un lac de barrage est alimenté par leruissellement des eaux et laconfluence decours d'eau situés en amont.
Les réservoirs ont divers usages qui peuvent être conjoints, notamment fournir de l'eau brute à un système d'assainissement des eaux/système de potabilisation et de distribution d'eau potable, ou à un système d'irrigation, réguler ledébit des cours d'eauaval, alimenter descanaux, alimenter les turbines d'unecentrale hydroélectrique.
Un réservoir est un emplacement naturel ou artificiel (de réalisation humaine partielle ou totale[2]) utilisé pour le stockage, la régularisation et le contrôle desressources en eau[3]. Terme polysémique « réservoir », peut aussi se définir comme un espace de stockage de fluides, de gaz, lubrifiants ouhydrocarbures[4]. Les réservoirs d'eau au niveau du sol, élevé ou enterrés sont également appelésciternes. La plupart des citernes souterraines sont utilisées pour stocker des liquides, principalement de l'eau ou dupétrole. Sont appelés « réservoir » également lesétangs,lac ou bassin, naturel ou artificiel, pour l'emmagasinement, la régulation et la maîtrise de l'eau[5].
Un bassin artificiel ou agrandi, un lac artificiel est créé pour lestockage des eaux, ou pour créer un plan d'eau, via unedigue en travers d'unevallée[6], ou unbarrage, ou via uneécluse. Les bassins artificiels, peuvent aussi être créés parexcavation ou en construisant un certain nombre de murs de soutènement.
Réservoir dulac Vyrnwy. Le barrage qui enjambe lavallée de Vyrnwy fut le premier grand barrage en pierre construit au Royaume-Uni.East Branch Reservoir, qui fait partie du système d'approvisionnement en eau de la ville de New York, est formé par la retenue de l'affluent oriental de la rivière Croton.Lac Cherokee auTennessee. Il a été formé après l'endiguement de la vallée de larivière Holston par laTennessee Valley Authority en 1941 dans le cadre des efforts duNew Deal pour amener l'électricité dans la vallée du Tennessee.
Unbarrage construit dans une vallée s'appuie sur latopographie naturelle pour fournir la majeure partie du bassin du réservoir. Les barrages sont généralement situés dans une partie étroite d'une vallée, en aval d'un bassin naturel. Les flancs de la vallée agissent comme des murs naturels, le barrage étant situé au point pratique le plus étroit pour fournir de la solidité et un coût de construction le plus bas possible. Dans de nombreux projets de construction de lacs de barrage, des personnes doivent être déplacées et relogées, des artefacts historiques ou des environnements rares déplacés.Abou Simbel[7], déplacés avant la construction dubarrage d'Assouan pour créer lelac Nasser à partir duNil enÉgypte, ou Borgo San Pietro duPetrella Salto pendant la construction duLago del Salto sont des exemples de déplacement d'infrastructures.
La construction d'un réservoir dans une vallée nécessitera généralement que la rivière soit détournée pendant une partie de la construction, souvent à travers un tunnel temporaire ou un canal de dérivation[8].
Dans les régions vallonnées, les lacs de barrage sont souvent construits en agrandissant les lacs existants. Parfois, dans de tels réservoirs, le nouveau niveau d'eau supérieur dépasse la hauteur dubassin versant sur un ou plusieurs des cours d'eau d'alimentation, comme à Llyn Clywedog enGalles centrales[9]. Dans de tels cas, des barrages latéraux supplémentaires sont nécessaires pour contenir le réservoir.
Lorsque la topographie est mal adaptée à un seul grand réservoir, un certain nombre de réservoirs plus petits peuvent être construits en chaîne, comme dans la vallée de larivière Taff aupays de Galles où les réservoirs Llwyn-on, Cantref et Beacons forment une chaîne[10].
Lesréservoirs côtiers sont des réservoirs de stockage d'eau douce situés sur lacôte près de l'embouchure de larivière et qui stockent l'eau de crue d'un cours d'eau[11]. Comme la construction du réservoir terrestre est consommatrice importante de terres, le réservoir côtier est préféré économiquement et techniquement car il n'empiète pas sur les terres[12]. De nombreux réservoirs côtiers furent construits en Asie et en Europe.Saemanguem en Corée du Sud,Marina Barrage à Singapour, Qingcaosha en Chine etPlover Cove à Hong Kong, sont quelques exemples de réservoirs côtiers existants[13].
Lorsque l'eau est pompée ousiphonnée d'une rivière de qualité ou de taille variable, des réservoirs peuvent être construits sur lesberges pour stocker l'eau. Ces réservoirs sont généralement formés en partie par excavation et en partie en construisant une digue de ceinture ou berge encerclante complète, qui peut dépasser 6 km de circonférence[14]. Le fond du réservoir et la digue doivent avoir un revêtement ou un noyau imperméable: au départ, ils étaient souventen argile (béton de terre,puddled clay), mais ce système a généralement été remplacé par l'utilisation moderne noyau central en argile compactée (rolled clay). L'eau stockée dans de tels réservoirs peut y rester plusieurs mois, période pendant laquelle les processus biologiques normaux peuvent réduire considérablement de nombreuxcontaminants et éliminer presque touteturbidité. L'utilisation de réservoirs sur les berges permet également d'arrêter le captage d'eau pendant un certain temps, lorsque la rivière est polluée de manière inacceptable ou lorsque les conditions de débit sont très faibles en raison de lasécheresse. Le système d'approvisionnement en eau de Londres est un exemple d'utilisation du stockage sur les berges: l'eau provient de laTamise et de larivière Lee; plusieurs grands réservoirs de berge de la Tamise tels que leréservoir Queen Mary peuvent être vus à l'approche de l'aéroport deLondres Heathrow.
Les réservoirs de service[15],[16] stockent l'eau potable entièrement traitée à proximité du point de distribution. De nombreux réservoirs de service sont construits comme deschâteaux d'eau, des structures surélevées sur des piliers en béton là où le paysage est relativement plat. D'autres réservoirs de service peuvent être presque entièrement souterrains, en particulier dans les contrées vallonnées ou montagneuses. Au Royaume-Uni,Thames Water possède de nombreux réservoirs souterrains (parfois également appeléscistern) construits dans les années 1800, dont la plupart sont revêtus en briques. Le réservoir Honor Oak à Londres par exemple, construit entre 1901 et 1909, quand il fut achevé, le plus grand réservoir souterrain construit en brique au monde[17], demeure toujours l'un des plus grands d'Europe[18],[19].
Les réservoirs de service remplissent plusieurs fonctions, notamment d'assurer une hauteur d'eau suffisante dans le système dedistribution d'eau et fournir une capacité en eau pour égaliser la demande de pointe des consommateurs, permettant à la station de traitement de fonctionner avec une efficacité optimale. Les grands réservoirs de service peuvent également être gérés pour réduire le coût du pompage, en remplissant le réservoir à des moments de la journée où les coûts énergétiques sont faibles.
Leroyaume de Koush inventa leHafir, un type de réservoir, pendant lapériode méroïtique. 800 hafirs anciens et modernes sont enregistrés dans la ville méroïtique deButana[24]. Les Hafirs captent l'eau pendant la saison des pluies afin de s'assurer que l'eau est disponible pendant plusieurs mois pendant la saison sèche, pour fournir de l'eau potable, irriguer les champs et abreuver le bétail. Le Grand Réservoir près du Temple du Lion àMusawwarat es-Sufra est un hafir notable à Kush[25].
AuSri Lanka, de grands réservoirs furent créés par lesanciens rois cinghalais afin d'économiser l'eau pour l'irrigation. Le célèbre roi sri-lankaisParākramabāhu I du Sri Lanka déclara qu'il ne fallait laisser aucune goutte d'eau s'infiltrer dans l'océan sans qu'elle profite à l'humanité. Il créa le réservoirParakrama Samudra (mer du roi Parakrama). De vastes réservoirs artificiels furent également construits par divers royaumes anciens du Bengale, de l'Assam et du Cambodge.
De nombreux réservoirs fluviaux endigués et la plupart des réservoirs de rive sont utilisés pour alimenter eneau brute une usine de traitement des eaux qui fournit del'eau potable par un réseau de distribution. Le réservoir ne retient pas simplement l'eau jusqu'à ce qu'elle soit nécessaire: il peut également être la première partie du processus de traitement de l'eau. Le temps derétention de l'eau avant sa libération est appelédurée de rétention[26]. Il s'agit d'une caractéristique de conception qui permet aux particules et auxlimons de se déposer, ainsi que du temps pour un traitement biologique naturel à l'aide d'algues, debactéries et dezooplancton qui vivent naturellement dans l'eau. Cependant, les processuslimnologiques naturels dans les lacs à climat tempéré produisent unestratification de la température dans l'eau, ce qui tend à répartir certains éléments tels que lemanganèse et lephosphore dans de l'eau anoxique profonde et froide, pendant les mois d'été. En automne et en hiver, le lac redevient totalement mélangé. En période de sécheresse, il est parfois nécessaire de puiser les eaux froides du fond du réservoir, et les niveaux élevés de manganèse en particulier peuvent causer des problèmes dans les usines de traitement des eaux.
En 2005, environ 25 % des 33 105 grands barrages du monde (de plus de quinze mètres de hauteur) étaient utilisés pour l'hydroélectricité[27]. Les États-Unis produisent 3 % de leur électricité à partir de 33 105 barrages de toutes tailles. Une initiative est en cours pour rénover davantage de barrages afin de bien utiliser l'infrastructure existante, et afin de fournir à de nombreuses petites collectivités avec une source d'énergie fiable[28]. Un réservoir produisant de l'hydroélectricité comprend desturbines reliées au réservoir par des tuyaux de grand diamètre. Ces groupes électrogènes peuvent être à la base du barrage ou à une certaine distance. Dans une vallée fluviale plate, un réservoir doit être suffisamment profond pour créer unecharge hydraulique au niveau des turbines; et s'il y a des périodes de sécheresse, le réservoir doit contenir suffisamment d'eau pour atteindre le débit moyen de la rivière tout au long de l'année ou des années. L'hydroélectricité au fil de l'eau dans une vallée escarpée à débit constant n'a pas besoin de réservoir.
Certains réservoirs produisant de l'hydroélectricité utilisent la recharge par pompage: un réservoir de niveau haut est rempli d'eau à l'aide de pompes électriques haute performance, à des moments où la demande d'électricité est faible, puis il utilise cette eau stockée pour produire de l'électricité en libérant l'eau dans un réservoir de niveau bas lorsque la demande d’électricité est élevée. Ces systèmes sont appeléspompage-turbinage[29].
Réservoir de Bankstown à Sydney.Réservoir de Kupferbach, réservé aux loisirs, près d'Aix -la-Chapelle / Allemagne.
Les réservoirs peuvent être utilisés de différentes manières pour contrôler le débit de l'eau dans les cours d'eau en aval.
Approvisionnement en eau en aval - l'eau peut être rejetée d'un réservoir en altitude afin qu'elle puisse être prélevée pour l'eau potable plus bas dans le système, parfois à des centaines de kilomètres plus en aval.
Irrigation - l'eau contenue dans un réservoir d'irrigation peut être rejetée dans des réseaux decanaux pour être utilisée sur lesterres agricoles ou les systèmes d'eau secondaires. L'irrigation peut également être soutenue par des réservoirs qui maintiennent le débit de la rivière, permettant à l'eau d'être prélevée pour l'irrigation plus bas en aval de la rivière[30].
Contrôle des crues - également connu sous le nom de réservoirs d'équilibre ou de bassins de compensation, les réservoirs de contrôle des crues collectent l'eau en période de très fortes précipitations, puis la libèrent lentement au cours des semaines ou des mois qui suivent. Certains de ces réservoirs sont construits de l'autre côté de la ligne du fleuve, le débit continu étant contrôlé par uneplaque à orifice. Lorsque le débit de la rivière dépasse la capacité de la plaque à orifice, l'eau s'accumule derrière le barrage; mais dès que le débit diminue, l'eau derrière le barrage est lentement libérée jusqu'à ce que le réservoir soit à nouveau vide.
Dans certains cas, ces réservoirs ne fonctionnent que quelques fois en une décennie, et les terres derrière le réservoir peuvent être aménagées en tant que terres communautaires ou récréatives. Une nouvelle génération de barrages d'équilibrage est en cours de développement pour lutter contre les conséquences possibles duchangement climatique. Ils sont appelés «réservoir d'écrêtement des crues» (enanglais :Flood Detention Reservoir). Parce que ces réservoirs resteront secs pendant de longues périodes, il peut y avoir un risque de dessèchement du noyau d'argile, réduisant sa stabilité structurelle. Les développements récents incluent l'utilisation d'un noyau de remplissage composite fabriqué à partir de matériaux recyclés comme alternative à l'argile.
Canaux - Là où l'eau d'un cours d'eau naturel n'est pas disponible pour être détournée dans uncanal, un réservoir peut être construit pour garantir le niveau d'eau dans le canal: par exemple, lorsqu'un canal monte à travers desécluses pour traverser une chaîne de collines[31] (exemple : lelac de Saint Ferréol alimentant le Canal du Midi au seuil de Naurouze).
Loisirs - de l'eau peut être libérée d'un réservoir pour créer ou compléter des conditions d'eau vive pour lekayak et d'autressports d'eau vive[32]. Sur les rivières àsalmonidés, des lâchers spéciaux (appelésfreshets en Grande-Bretagne, courant d'eau douce(?)) sont faits pour encourager les comportements de migration naturelle chez les poissons et pour fournir une variété de conditions de pêche aux pêcheurs.
Les canaux sont des voies d'eau artificielles. Il est donc nécessaire de les alimenter en eau par des réservoirs qui stockent de l'eau permettant de régulariser le niveau d'eau. Dans les cas d'uncanal à bief de partage, un réservoir particulier est le plus souvent prévu pour alimenter cebief.
d'une digue pour clore une portion de vallée permettant de constituer le réservoir ;
d'un déversoir qui évacue les trop-pleins ;
de bondes, qui sont des aqueducs à travers la digue pour vider le réservoir. Pour les réservoirs de grande hauteur, il y a des bondes à différentes hauteurs. Quand il est nécessaire de vider le réservoir pour faire des travaux, la bonde particulière à cette opération est appelée bonde de fond ou aqueduc de vidange ;
de vannes de prise d'eau ;
de fosses d'enceinte, qui permettent d'éviter l'encombrement par le dépôt de terres et de sables apportés par les eaux remplissant le réservoir ;
de rigoles de prise d'eau, à l'amont pour remplir le réservoir, à l'aval pour alimenter le canal en eau.
Les réservoirs peuvent être utilisés pour équilibrer le débit dans les systèmes hautement gérés, en absorbant l'eau pendant les débits élevés et en la relâchant pendant les faibles débits. Pour que cela fonctionne sans pompage, il faut un contrôle minutieux des niveaux d'eau à l'aide dedéversoirs. À l'approche d'une tempête majeure, les exploitants du barrage calculent le volume d'eau que la tempête ajoutera au réservoir. Si les eaux pluviales prévues débordent du réservoir, l'eau est lentement évacuée du réservoir avant et pendant la tempête. Si cela se fait avec un délai suffisant, la tempête majeure ne remplira pas le réservoir et les zones en aval ne subiront pas de flux dommageables. Des prévisions météorologiques précises sont essentielles pour que les exploitants de barrages puissent planifier correctement les rabattements avant un événement de fortes pluies. Les exploitants de barrage ont attribué lesinondations de 2010-2011 dans le Queensland à une mauvaise prévision météorologique. Des exemples de réservoirs hautement gérés sont le Barrage Burrendong en Australie et lelac Bala (Llyn Tegid) dans le pays deGalles du Nord. Le lac Bala est un lac naturel dont le niveau a été élevé par un barrage bas et dans lequel larivière Dee s'écoule ou se décharge en fonction des conditions d'écoulement, dans le cadre du système de régulation de la rivière Dee. Ce mode de fonctionnement est une forme decapacité hydraulique dans le système fluvial.
Lelac Boissonneault est un lac de barrage à Saint-Claude, Québec, Canada.
De nombreux réservoirs permettent souvent certaines utilisationsrécréatives, comme lapêche et lanavigation de plaisance. Des règles spéciales peuvent s'appliquer pour la sécurité du public et pour protéger la qualité de l'eau et l'écologie des environs. De nombreux réservoirs soutiennent et encouragent maintenant des activités récréatives moins formelles et moins structurées telles que l'histoire naturelle, l'observation des oiseaux, lapeinture de paysage, la marche et larandonnée, et fournissent souvent des panneaux d'information et du matériel d'interprétation pour encourager une utilisation responsable.
L'eau qui tombe sous forme de pluie en amont du réservoir, ainsi que touteeau souterraine émergeant sous forme de sources, est stockée dans le réservoir. Tout excès d'eau peut être déversé via undéversoir spécialement conçu. L'eau stockée peut être acheminée pargravité pour être utilisée commeeau potable, pour produire de l'hydroélectricité ou pour maintenir le débit des rivières pour soutenir les utilisations en aval. Parfois, les réservoirs peuvent être gérés pour retenir l'eau lors d'événements de fortes pluies afin de prévenir ou de réduire lesinondations en aval. Certains réservoirs supportent plusieurs usages et les règles de fonctionnement peuvent être complexes.
La plupart des réservoirs modernes ont unetour de soutirage spécialement conçue qui peut évacuer l'eau du réservoir à différents niveaux, à la fois pour accéder à l'eau lorsque le niveau d'eau baisse et pour permettre à l'eau d'une qualité spécifique d'être rejetée dans la rivière en aval à titre d' "eau de compensation " (débit réservé): les exploitants de nombreux réservoirs de montagne ou en rivière ont l'obligation de rejeter de l'eau dans la rivière en aval pour maintenir la qualité de la rivière, soutenir la pêche, maintenir les utilisations industrielles et récréatives en aval ou à d'autres fins. Ces rejets sont connus sous le nom d'eau de compensation .
Les unités utilisées pour mesurer les superficies et les volumes des réservoirs varient d'un pays à l'autre. Dans la plupart des pays du monde, les zones de réservoir sont exprimées en kilomètres carrés ; aux États-Unis, les acres sont couramment utilisées. Pour le volume, les mètres cubes ou les kilomètres cubes sont largement utilisés, lesacres-pieds étant utilisés aux États-Unis.
La capacité, le volume ou le stockage d'un réservoir sont généralement divisés en zones distinctes. La tranche morte ou tranche non vidangeable (anglais :dead or inactive storage) fait référence à l'eau dans un réservoir qui ne peut pas être drainée par gravité à travers lesouvrages de vidange d'un barrage, le déversoir ou la prise de la centrale électrique et ne peut être pompée. La tranche morte permet aux sédiments de se déposer, ce qui améliore la qualité de l'eau et crée également une zone pour les poissons pendant les bas niveaux. La capacité utile d'un réservoir ou sa réserve utile (enanglais :active storage or live storage) est la partie du réservoir qui peut être utilisée pour le contrôle des crues, la production d'énergie, la navigation et les rejets en aval. De plus, la « capacité de contrôle des crues » (enanglais :flood control capacity) d'un réservoir est la quantité d'eau qu'il peut réguler lors d'une crue. La « capacité supplémentaire » (enanglais :surcharge capacity) est la capacité du réservoir au-dessus du seuil de déversoir (enanglais :spillway crest) qui ne peut être régulée[34].
Aux États-Unis, l'eau en dessous du niveau maximum normal d'un réservoir est appelée « réserve d'eau » (enanglais :conservation pool)[35].
Au Royaume-Uni, le « niveau normal de retenue » (anglais :top water level) décrit l'état du réservoir plein, tandis que « fully drawn down » décrit le volume minimal retenu.
Il existe une grande variété de logiciels pour la modélisation des réservoirs, du très spécialisé Safety Program Management Tools (DSPMT) au relativement simpleWAFLEX(en), aux modèles intégrés comme leWater Evaluation And Planning system(en) (WEAP) qui place les opérations de réservoir dans le contexte du système élargi demandes et fournitures.
Apports de particules solides dans un lac de barrage
Un lac de barrage est une retenue qui reçoit dubassin versant, des apports en eau, mais aussi des apports solides issus de l'environnement du lac de barrage, appeléssédiment[36], dont les caractéristiques sont fortement liées à la géologie[37], à la morphologie du bassin versant[38] et du cours d'eau, à la conception du lac de barrage et à leur durée d'accumulation dans la retenue du barrage. Les sédiments sont de plusieurs origines et leurs transports se fait principalement sous deux formes, parcharriage oususpension.
L'accumulation de ces particules solides dans la retenue a plusieurscauses dont les principales tiennent aux conditions d'exploitation du barrage, la qualité de lacolonne d'eau, les obstructions de prise d'eau, de la manœuvre devanne et des ouvrages de sécurité, etc.
Les particules solides sont d'origines naturelles — endogènes c'est-à-dire qu'elles proviennent de la matière organique, ouexogènes, des particules minérales — ou anthropiques. Les particules naturelles sont issues de l'érosion éolienne des sols, de l'érosion hydrique du bassin et des feuilles d'arbres transportées par le vent et tombées dans les cours d'eau[39]. Les particules d'originesanthropiques sont de nature organique et proviennent des activités industrielles, urbaines et agricoles. Ces particules sont la source d'envasement et depollution des retenues d'eau car elles contiennent des polluants notamment des métaux lourds (éléments-traces métalliques)[40].
Le transport des sédiments dans les retenues d'eau se fait principalement par charriage ou par suspension[41]: Le transport parcharriage est un mouvement de fond par le cycle de roulement ousaltation qui concerne les matériaux grossiers (sable, gravier...). Le transport par suspension[42] est un transport qui se fait surtout en période de crue. Lesparticules en suspension dans l'eau se déplacent selon le sens et la vitesse d'écoulement. Selon les sources deEDF les matériaux en suspension constituent normalement 90 à 95 % de la totalité des matériaux transportés[43].
En analysant le mécanisme de dépôt des sédiments selon lediagramme de Hjulstrom on constate que la vitesse de sédimentation et le transport des particules sédimentaires sont liés à leursgranulométries. Pour lessables fins et galets, plus la vitesse d'écoulement est grande, plus on peut mobiliser des grains de grande dimension. Le phénomène est contraire pour les particules degranulométrie plus petite qui sont caractérisées par leur force decohésion et un effet électrostatique.
Globalement, les sédiments sont constitués de plusieurs éléments qui peuvent être regroupés en plusieurs phases[39] : une phase organique, une phase inorganique ou minérale, des polluants et l'eau.
L'eau sature les sédiments au fond des barrages. Elle est présente dans toutes les composantes des sédiments. Une fois les sédiments dragués des barrages, l'eau occupe environ 100 à 300 % en masse, c'est-à-dire que les sédiments issus des retenues sont totalement saturés lors dudragage. Cependant il est bien de noter que le type lateneur en eau des sédiments dépend fortement du type de dragage utilisé.
La phaseorganique est composée principalement de la matière organique vivante, matière organique fraiche, l'humus, les composés en cours d'évolution. Cette phase, en termes de masse, est moins représentative par rapport à la phase minérale mais modifie énormément les caractéristiques physiques des particules.
La phaseinorganique ouminérale principalement composée de cailloux, gravillons,gravier,sable, de squelettes d'organismes, constitue la partie granulaire[44] des sédiments. C'est essentiellement cette partie qui est à la base de l'envasement des retenues d'eau. Ces particules sont pour la plupart d'origines terrigènes et proviennent de l'érosion des sols.
Lespolluants sont fixés aux particules solides et sont sources de pollution de la colonne d'eau de la retenue, du sol et de lanappe phréatique. Selon la littérature[45], les polluants sont essentiellement composés d'éléments-traces métalliques qui sont issus des activités humaines de stockage des déchets industriels et urbains, des pratiques agricoles, des pollutions atmosphériques. Il faut aussi signaler que les particules au fond des retenues d'eau sont de très fine dimension et sont susceptibles de contenir une quantité énorme de polluants.
À cause des pratiques agricoles exacerbant les phénomènes d'érosion des sols, et sources de pollutions par lespesticides et deseutrophisants, de nombreux réservoirs de barrages se sont envasés et leurssédiments peuvent être devenustoxiques ou impropres à une utilisation commeamendement agricole (ce qui était autrefois leur destination). L'artificialisation des cours d'eau qu'ils induisent a des impacts forts sur les débits saisonniers, la circulation des poissons migrateurs, les volumes d'eau réservés (débit réservé) pour l'aval, mais aussi sur le taux d'oxygène et la température de l'eau dans le réservoir mais aussi en aval. En comparant des cours d'eau très semblables, dont l'un possède un lac-réservoir de barrage et l'autre non, on a constaté qu'en été, la présence d'un lac de barrage modifiait de manière très complexe la température de l'eau en aval ; avec de fortes variations selon les conditions hydrométéorologiques, la façon dont le réservoir est utilisé pour réguler les flux en aval, la configuration du barrage et son volume d'eau (cf. l'inertie thermique), une éventuellestratification thermique du réservoir et la profondeur de la prise de l'eau libérée en aval. Certains barrages disposent d'équipements de déstratification (c'est le cas par exemple dulac de Mas Chaban (Charente, France)[46]).
L'effet sur la température varie selon l'heure, le jour, la saison et même selon les années[47]. Ceci a des conséquences sur la biologie de la rivière. Moins l'eau est fraiche, moins elle peut contenir d'oxygène dissous. Lessalmonidés ont par exemple besoin d'une eau très fraiche. De plus de nombreux pathogènes pullulent plus facilement dans les eaux chaudes et pauvres en oxygène.
Brushes Clough Reservoir, situé au-dessus deShaw et Crompton, en Angleterre.
Tous les réservoirs feront l'objet d'une évaluation des coûts /avantages monétaires avant la construction pour voir si le projet vaut la peine d'être poursuivi. Cependant, une telle analyse peut souvent omettre les impacts environnementaux des barrages et des réservoirs qu'ils contiennent. Certains impacts, comme la production de gaz à effet de serre associée à la fabrication du béton, sont relativement faciles à estimer. D'autres effets sur l'environnement naturel et les effets sociaux et culturels peuvent être plus difficiles à évaluer, mais l'identification et la quantification de ces problèmes sont désormais couramment requises dans les grands projets de construction par les pays développés.
Les lacs naturels reçoivent des sédiments organiques qui se désintègrent dans un environnementanaérobie libérant duméthane et dudioxyde de carbone. Le méthane rejeté est environ 8 fois plus puissant commegaz à effet de serre que le dioxyde de carbone[48].
Au fur et à mesure qu'un réservoir artificiel se remplit, les plantes existantes sont submergées et, pendant les années qu'il faut pour que cette matière se décompose, vont dégager beaucoup plus de gaz à effet de serre que les lacs ne le font. Un réservoir situé dans une vallée ou un canyon étroit peut recouvrir relativement peu de végétation, tandis qu'un réservoir situé dans une plaine peut inonder une grande quantité de végétation. Le site peut être d'abord débarrassé de la végétation ou simplement inondé. Les inondations tropicales peuvent produire beaucoup plus de gaz à effet de serre que dans les régions tempérées.
Le tableau suivant indique les émissions des réservoirs en milligrammes par mètre carré et par jour pour différents plans d'eau[49].
Selon la zone inondée par rapport à l'énergie produite, un réservoir construit pour la production d'hydroélectricité peut réduire ou augmenter la production nette de gaz à effet de serre par rapport à d'autres sources d'énergie.
Une étude de l'Institut national de recherche en Amazonie a révélé que les réservoirs hydroélectriques libèrent une grande impulsion de dioxyde de carbone à partir de la décomposition des arbres laissés debout dans les réservoirs, en particulier pendant la première décennie après les inondations[50]. Cela élève l'impact des barrages sur le réchauffement planétaire à des niveaux beaucoup plus élevés que ce qui se produirait en produisant la même énergie à partir de combustibles fossiles. Selon le rapport de laCommission mondiale sur les barrages (Dams And Development), lorsque le réservoir est relativement grand et qu'aucun défrichement préalable de la forêt dans la zone inondée n'a été entrepris, les émissions de gaz à effet de serre du réservoir pourraient être plus élevées que celles d'un combustible pétrolier conventionnel. centrale thermique[51]. Par exemple, en 1990, la retenue derrière lebarrage de Balbina au Brésil (inauguré en 1987) a eu plus de 20 fois plus d'impact sur le réchauffement climatique que la production de la même énergie à partir de combustibles fossiles, en raison de la grande superficie inondée par unité d'électricité produite.
Lebarrage de Tucuruí au Brésil (achevé en 1984) n'a eu que 0,4 fois l'impact sur le réchauffement climatique que la production de la même énergie à partir de combustibles fossiles[50].
Une étude de deux ans sur les rejets de dioxyde de carbone et de méthane au Canada a conclu que même si les réservoirs hydroélectriques émettent des gaz à effet de serre, c'est à une échelle beaucoup plus petite que les centrales thermiques de capacité similaire[52]. L'hydroélectricité émet généralement 35 à 70 fois moins de gaz à effet de serre par TWh d'électricité que les centrales thermiques[53].
Une diminution de la pollution atmosphérique se produit lorsqu'un barrage est utilisé en place d'une production d'énergie thermique, car l'électricité produite à partir de la production hydroélectrique ne donne lieu à aucune émission de gaz de combustion provenant de la combustion de combustibles fossiles (y compris ledioxyde de soufre,l'oxyde nitrique etle monoxyde decarbone ducharbon) .
Les barrages peuvent produire un obstacle pour les poissons migrateurs, les piéger dans une zone, produire de la nourriture et un habitat pour divers oiseaux aquatiques. Ils peuvent également inonder diversécosystèmes terrestres et provoquer des extinctions.
La création de réservoirs peut modifier lecycle biogéochimique naturel dumercure. Après la formation initiale d'un réservoir, il y a une forte augmentation de la production deméthylmercure toxique (MeHg) parméthylation microbienne dans les sols inondés et la tourbe. Les niveaux de MeHg augmentent également dans lezooplancton et les poissons[54],[55].
Les barrages peuvent réduire considérablement la quantité d'eau atteignant les pays en aval, provoquant unstress hydrique entre pays, par exemple leSoudan et l'Égypte, qui endommage les entreprises agricoles des pays en aval et réduit l'eau potable.
Fermes et villages, par exempleAshopton, peuvent être inondés par la création de réservoirs, ruinant de nombreux moyens de subsistance. Pour cette raison même, 80 millions de personnes dans le monde (chiffre en 2009, d'après le Edexcel GCSE Geography textbook) ont dû être déplacées de force en raison de la construction de barrages.
Lalimnologie des réservoirs présente de nombreuses similitudes avec celle des lacs de taille équivalente. Il existe cependant des différences significatives[56]. De nombreux réservoirs connaissent des variations de niveau considérables, produisant des zones importantes qui sont par intermittence sous l'eau ou asséchées. Cela limite grandement la productivité ou les rives d'eau et limite également le nombre d'espèces capables de survivre dans ces conditions.
Les réservoirs des hautes terres ont tendance à avoir un temps de séjour (Durée pendant laquelle l'eau, ou une substance quelconque, demeure dans un compartiment donné du cycle hydrologique) beaucoup plus court que les lacs naturels, ce qui peut conduire à un cycle plus rapide desnutriments à travers le plan d'eau, de sorte qu'ils sont plus rapidement perdus dans le système. Cela peut être vu comme un décalage entre la chimie de l'eau et la biologie de l'eau avec une tendance pour les composants biologiques à être plusoligotrophes que la chimie ne le suggère. (lac oligotrophe est un lac présentant un déficit de nutriments pour les plantes et contenant généralement une grande quantité d'oxygène dissous sans stratification marquée.)
À l'inverse, les réservoirs de plaine puisant l'eau des rivières riches en nutriments peuvent présenter des caractéristiqueseutrophiques exagérées car le temps de séjour dans le réservoir est beaucoup plus long que dans la rivière et les systèmes biologiques ont une bien plus grande opportunité d'utiliser les nutriments disponibles.
Les réservoirs profonds avec des tours de soutirage à plusieurs niveaux peuvent rejeter de l'eau froide profonde dans la rivière en aval, ce qui réduit considérablement la taille de touthypolimnion. Cela peut à son tour réduire les concentrations de phosphore rejetées lors de tout événement annuel de mélange et peut donc réduire laproductivité.
Les réservoirs peuvent modifier le microclimat local en augmentant l'humidité et en réduisant les températures extrêmes, en particulier dans les zones sèches. Certainsétablissements vinicoles d'Australie du Sud prétendent également que ces effets augmentent la qualité de la production de vin.
Dans de nombreux pays, les grands réservoirs sont étroitement réglementés pour tenter de prévenir ou de minimiser les défaillances de confinement[58].
Une grande partie de l'effort est dirigée vers le barrage et ses structures considérés la partie la plus faible de la structure globale ; le but de ces contrôles est d'empêcher un rejet incontrôlé d'eau du réservoir. Les défaillances de réservoirs peuvent générer d'énormes augmentations du débit dans une vallée fluviale, avec le potentiel destructeur pour les villes et des villages en amont. La défaillance de confinement àLlyn Eigiau par exemple tua 17 personnes[59] (voir aussiRuptures de barrage).
Un cas notable de réservoirs utilisés comme instrument de guerre impliqua le raidDambusters de laRoyal Air Force sur l'Allemagne pendant la Seconde Guerre mondiale (nom de code « Operation Chastise »[60]), dans lequel trois barrages-réservoirs allemands furent sélectionnés pour être détruits.
Le lac peut aussi être utilisé à des fins de baignade ou d'activités nautiques. En ce cas, il existe en France un dispositif de surveillance sanitaire mis en œuvre par lesAgences Régionales de Santé, aux frais de l'exploitant.
↑Construction of Hoover Dam: a historic account prepared in cooperation with the Department of the Interior. KC Publications. 1976.(ISBN0-916122-51-4).
↑Claudia Näser; The Great Hafir at Musawwarat as-Sufra. Fieldwork of the Archaeological Mission of Humboldt University Berlin in 2005 and 2006. On: Between the Cataracts. Proceedings of the 11th Conference of Nubian Studies. Warsaw University, 27 August - 2 September 2006; In: Polish Centre of Mediterranean Aerchaeology University of Warsaw. PAM Supplement Series 2.2./1-2.
↑Louis-Léger Vallée,Mémoire sur les réservoirs d'alimentation des canaux, et notamment ceux ducanal du Centre, dansAnnales des ponts et chaussées. Mémoires et documents relatifs à l'art des constructions et au service de l'ingénieur,1er trimestre 1833,p. 261-324(lire en ligne), et planches XLI, XLII(voir).
↑a etbMaghnia AsmahaneBourabah,Comportement mécanique des sols fins : Application à la valorisation des sédiments de barrages en technique routière (thèse de doctorat en génie civil),(lire en ligne).
↑Webb B. & Walling D. E., 1997, “Complex summer water temperature behaviour below a UK regulating reservoir” Regulated Rivers : Research and Management, 13(5) : 463-477 (Résumé en anglais)
