Gestion des risques d'inondation pour les centrales hydroélectriques en France

Libérer de l'eau en toute sécurité des barrages lors d'inondations ou de fortes précipitations représente un défi opérationnel critique. Les tendances passées montrent une augmentation des précipitations quotidiennes extrêmes dans le sud de la France, ce qui peut entraîner des inondations soudaines. Cette tendance devrait se poursuivre à l'avenir. La fonte des neiges et des glaciers devrait également avoir un impact sur l'entrée et la sortie des barrages à plus long terme. La perte de masse des glaciers montre déjà une accélération constante à travers les Alpes.

Le défi pour la gestion des inondations dans les installations hydroélectriques est de prévenir ou de minimiser les impacts du débordement des barrages sur les communautés en aval, les biens, l'agriculture et les écosystèmes, tout en protégeant les barrages eux-mêmes contre les défaillances opérationnelles et d'autres dommages. Chaque barrage hydroélectrique présente des niveaux de risque différents et l'efficacité des systèmes PKW doit être évaluée séparément dans chaque cas.

Le système PKW a été développé en réponse à des études hydrologiques mises à jour par EDF, qui ont montré que les inondations extrêmes affectant les barrages hydroélectriques devenaient de plus en plus fréquentes et intenses. Les PKW aident à adapter la capacité des barrages pour faire face aux impacts du changement climatique tels que l'augmentation des précipitations et des inondations. L'objectif des systèmes PKW est de fournir une surface accrue pour le (débordement) de l'eau. Cela augmente la capacité de décharge du barrage sans modifier le niveau maximal du réservoir. Le principal avantage de cette technologie est de protéger les actifs hydroélectriques contre les dommages, tout en réduisant les coûts d'exploitation par rapport aux systèmes de portes alternatifs. D'autres avantages comprennent la réduction des impacts en aval lors d'événements de fortes précipitations, ainsi que la garantie de la sécurité de l'approvisionnement énergétique lors de tels événements grâce à la réduction des défaillances opérationnelles.

La vallée du Chassezac dans le département de l'Ardèche en région Auvergne-Rhône-Alpes a été identifiée comme un bassin hydrologique à fort potentiel dans les années 1950. Cela a conduit au développement de cinq barrages hydroélectriques et de quatre centrales hydroélectriques, qui ont tous été construits entre 1961 et 1970. L’un d’eux, le barrage de Malarce, a une hauteur de 28,4 m, une longueur de 111 m et une capacité de retenue de 2,3 hm³ (soit 2,3 millions de m³). Il est devenu opérationnel en 1968 et a une capacité de puissance de 16 MW.

Le PKW du barrage de Malarce a été mis en service afin d’augmenter sa capacité maximale de rejet d’environ 600 m^3/spour atteindre un total de 4600 m^3/s.Lorsque les niveaux d’eau du barrage dépassent le niveau des réservoirs d’entrée, l’eau s’écoule automatiquement au-dessus du PKW dans des réservoirs de sortie qui s’écoulent directement dans le déversoir et en aval. Cette technologie permet d'adapter les barrages aux risques croissants d'inondation attendus dans le contexte du changement climatique. Le PKW dans le barrage de Malarce contribue à réduire le risque de dommages coûteux à l'infrastructure du barrage et aux communautés en aval.

Il existe plusieurs options d'ingénierie disponibles pour gérer les déversements de barrage. Les déversoirs de labyrinthe ne peuvent être installés que dans certains types de barrages et doivent généralement être installés au stade de conception du barrage le plus précoce. Des systèmes fermés sont en place dans de nombreux barrages existants pour la gestion du débit. Cependant, les systèmes fermés peuvent échouer en cas de saturation due à une inondation excessive. Les PKW représentent souvent l'option la plus efficace pour la gestion des risques d'inondation dans les barrages existants. Les PKW n'ont pas une capacité maximale, mais fournissent plutôt un déversoir à écoulement libre. Les PKW peuvent donc gérer des niveaux de débit beaucoup plus élevés et fournir une solution plus sûre que les systèmes fermés, avec un risque minimal de dysfonctionnement et une évacuation plus facile des débris flottants. Contrairement à d'autres techniques de gestion des flux, les PKW évitent également les erreurs humaines, car ils ne nécessitent pas d'opérateurs humains. Cela est utile dans les situations d'urgence, y compris les inondations soudaines et les glissements de terrain, au cours desquels les travailleurs ne peuvent pas accéder au site.

Les principaux acteurs européens de la technologie PKW sont la France, la Suisse et la Belgique. EDF n'a pas breveté le système PKW. Au lieu de cela, il a travaillé en collaboration pour partager la technologie et les idées de PKW avec d'autres acteurs de la communauté hydroélectrique internationale. En effet, signe de reconnaissance internationale de la technologie innovante, plusieurs développeurs à travers le monde (par exemple en Algérie, aux États-Unis et en Afrique du Sud) installent également des PKW. En 2015, EDF a reçu un Climate Solutions Award de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques sur le thème de l'adaptation.

Étant donné qu'un PKW représente une petite partie de l'ensemble du barrage, il n'a pas d'impact explicite visible ou critiqué par les parties prenantes et les ONG. Par conséquent, la participation des parties prenantes n'est pas systématiquement une partie importante de l'installation de PKW. Néanmoins, comme pour tous les grands projets de génie civil, tous les PKW suivent des procédures strictes d'évaluation de l'impact sur l'environnement et doivent recevoir l'approbation du gouvernement. Ces procédures et approbations d’analyse d’impact, par exemple par l’intermédiaire du CODERST, comprennent des consultations des ONG et des parties prenantes.

Le PKW a été mis en œuvre dans diverses installations hydroélectriques à l'échelle mondiale. Cette large diffusion a été facilitée par la décision d’EDF de ne pas breveter cette technologie. L'approche collaborative des développeurs originaux, qui ont partagé la technologie avec les parties prenantes de la communauté hydroélectrique, est l'un des facteurs de succès les plus importants de la technologie. PKW est une solution bon marché et facile à installer par rapport à d'autres technologies de gestion des débordements, telles que les systèmes fermés. En outre, la technologie PKW est fiable et résiliente car il n'y a pas besoin d'opérations habitées ou de maintenance à grande échelle. Enfin, le fait que le premier PKW ait été construit par EDF, une entreprise bien connue et respectée dans le secteur hydroélectrique, a contribué à convaincre d'autres propriétaires de barrages d'installer des PKW.

Les défis liés aux PKW comprennent l'adéquation et l'accessibilité de certains sites de barrages, en particulier dans les régions montagneuses. En outre, la longue durée de vie des infrastructures hydroélectriques et la durée des cycles de production signifient que la diffusion de nouvelles idées et solutions technologiques prend du temps dans cette industrie. Enfin, la construction sur les sites de barrage n'a généralement lieu que pendant les mois d'été, ce qui ajoute d'autres contraintes à l'installation des PKW.

Le coût du PKW dépend de la structure du barrage existant, de son emplacement ainsi que de l'étendue du débit d'eau. L'accessibilité de la structure du barrage et les besoins en équipements associés ont également un impact sur le coût. Selon le barrage, il peut être plus ou moins coûteux d'installer des modifications telles que PKW. L'installation de PKW peut coûter entre 200 000 et quelques millions d'euros. Dans tous les cas, le PKW peut être rentable, représentant une composante relativement faible du coût global du barrage. Des exemples d'installation de PKW sont régulièrement cités comme prenant jusqu'à 30% du coût total. Alors que la technologie actuelle du système fermé doit être utilisée manuellement et nécessite un entretien régulier coûteux, les PKW ne nécessitent pas de main-d'œuvre et seul un entretien faible ou nul est nécessaire.

Il n'y a pas d'obligation légale concernant PKW en France et la législation dans ce domaine n'est pas attendue. C'est aux propriétaires du barrage d'installer la technologie. Toutefois, l’amélioration de la gestion des inondations dans les installations hydroélectriques est conforme à certains des principes de la directive 2007/60/CE relative à l’évaluation et à la gestion des risques d’inondation.

EDF a développé le premier PKW de 2003 à 2005 au barrage des Goulours (montagnes des Pyrénées). Le temps de mise en œuvre de PKW varie au cas par cas. Les petits projets peuvent prendre quelques mois, tandis que les grands projets peuvent prendre quelques années. Dans les deux cas, des limitations surviennent en raison de la nature saisonnière des travaux de construction de barrages. Les délais d'approbation sont assez longs, impliquant une étude préliminaire, une conception détaillée, des appels d'offres, des études environnementales et l'approbation des autorités.

Il est difficile de commenter la durée de vie de ces investissements étant donné que la technologie PKW est relativement nouvelle et que la fin de vie n'a pas encore été atteinte. On s'attend à ce que les structures en béton telles que les PKW aient la même durée de vie que les barrages hydroélectriques ou d'autres grands projets de génie civil (c'est-à-dire 50 à 100 ans).

Francois Lemperiere
Initial innovator of the PKW system
E-mail: forms92@wanadoo.fr 
Tel.: +33 145344289

Ahmed Ouamane
Initial innovator of the PKW system
University of Biskra, Algeria
E-mail: a.ouamane@univ-biskra.dz 

Frederic Laugier
Dam Safety Engineer
Electricité de France (EDF)
E-mail: frederic.laugier@edf.fr  
Tel.: +33 479606245