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17/12/2020

Avec 1,2 million de barrières, les rivières européennes sont des écosystèmes massivement transformés par la société humaine (Belletti et al 2020)

Une recherche venant d'être publiée dans la revue Nature montre que les rivières de 36 pays européens sont fragmentées par au moins 1,2 million de barrières à l'écoulement, soit en moyenne 0,74 obstacle par kilomètre (ou un obstacle tous les 1350 mètres). Les auteurs en tirent la conclusion que l'on devrait supprimer le maximum de ces ouvrages, notamment les plus modestes ayant perdu leur fonction d'origine comme les moulins. On ne peut qu'exprimer notre désaccord total avec cette orientation, mal informée de nombreux autres travaux de recherche sur l'appropriation de ces ouvrages par les riverains et sur l'émergence de nouveaux écosystèmes anthropiques, outre les besoins massifs de transition énergétique bas-carbone en Europe. Mais surtout, cette recherche doit mener le législateur et le gestionnaire à sa conclusion la plus évidente: les rivières européennes sont des socio-écosystèmes co-construits par les humains au fil des siècles. Cette nouvelle nature est notre réalité, et l'action publique ne doit plus être guidée par l'idée naïve d'une sorte de retour en arrière. Ce qui ne signifie pas tout conserver en l'état, bien sûr, mais simplement ajuster les choix publics aux évolutions du vivant, aux attentes des riverains et aux besoins reconnus comme d'intérêt par la société.

Densités de barrières sur les rivières européennes, estimées par modèle, extrait de Belletti et al 2020, art.cit. 

Le programme Amber (Adaptive management of barriers in Europe ; "gestion adaptative des obstacles en Europe"), notamment financé la Commission européenne, vient de publier dans la revue Nature un résultat de son travail sous forme d'atlas estimant les barrières à l'écoulement en Europe. L'étude est signée par vingt chercheurs avec pour premier auteur Barbara Belletti, spécialiste en géomorphologie au CNRS et à l’université de Lyon.

Voici le résumé de leur recherche :

"Les rivières abritent une des plus riches biodiversité de la planète et fournissent des services écosystémiques essentiels à la société, mais elles sont souvent fragmentées par des obstacles à la libre circulation. En Europe, les tentatives de quantifier la connectivité fluviale ont été entravées par l'absence d'une base de données harmonisée sur les barrières. Nous montrons ici qu'il y a au moins 1,2 million de barrières sur les eaux intérieures de 36 pays européens (avec une densité moyenne de 0,74 barrières par kilomètre), dont 68% sont des structures de moins de deux mètres de hauteur, souvent négligées. Des enquêtes standardisées sur 2 715 kilomètres de longueur de cours d'eau pour 147 rivières indiquent que les registres existants sous-estiment le nombre d'obstacles d'environ 61%. Les densités de barrières les plus élevées se produisent dans les rivières fortement modifiées d'Europe centrale et les plus faibles densités de barrières se produisent dans les zones alpines les plus reculées et les moins peuplées. Dans toute l'Europe, les principaux prédicteurs de la densité des barrières sont la pression agricole, la densité des passages routiers de traversée de l'eau, l'étendue des eaux de surface et l'altitude. On trouve encore des rivières relativement non fragmentées dans les Balkans, les États baltes et certaines parties de la Scandinavie et du sud de l'Europe, mais elles nécessitent une protection urgente contre les projets de construction de barrages. Nos conclusions pourraient éclairer la mise en œuvre de la stratégie de l’UE pour la biodiversité, qui vise à reconnecter 25 000 kilomètres de rivières d’Europe d’ici à 2030, mais y parvenir nécessitera un changement de paradigme dans la restauration des rivières qui reconnaisse les impacts généralisés causés par les petits obstacles."

Il est à noter que la France et les Pays-Bas figurent comme les 2 pays dont les estimations d'obstacles sur les rivières sont les plus abouties (en France grâce au référentiel des obstacles à l'écoulement lancé dans les années 2000 par l'Onema). 

En France, sur 183 373 km de rivière (donc à l'exclusion du petit chevelu deux fois plus important), on compte 63932 obstacles dont 8744 barrages, 36855 seuils, 346 écluses, 5915 buses, 357 gués, 4512 rampes et 5231 autres ou inconnus.

Dans leur introduction, les chercheurs soulignent : "sans barrages, déversoirs, gués et autres structures dans le cours d'eau, il est difficile d'imaginer de prélever de l'eau, de produire de l'énergie hydroélectrique, de contrôler les inondations, de transporter des marchandises ou même simplement de traverser des cours d'eau."

Pourtant, ils ne se privent pas de donner en conclusion un point de vue plus politique sur ce qu'il faudrait faire de certains de ces ouvrages:

"Pour reconnecter les rivières, des informations sont nécessaires sur l'utilisation actuelle et le statut juridique des barrières, étant donné que beaucoup ne sont plus utilisées et pourraient être supprimées. Dans certaines régions d'Europe, par exemple, de nombreux déversoirs ont été construits pour desservir d'anciens moulins à eau, qui ont ensuite été abandonnés. Compte tenu de l'élan actuel vers l'élimination des obstacles et la restauration de la connectivité fluviale, il serait logique de commencer par des structures obsolètes et petites (<5 m), qui constituent la majorité des barrières en Europe. La suppression des petites barrières sera probablement plus facile et moins coûteuse que la suppression des infrastructures plus grandes, et probablement aussi mieux acceptée par les acteurs locaux, dont le soutien est essentiel pour restaurer la connectivité fluviale. Cependant, la suppression des anciennes barrières n'augmentera pas la connectivité si davantage de barrières sont construites ailleurs. Les taux actuels de fragmentation devraient être stoppés, ce qui peut nécessiter une réévaluation critique de la durabilité et la promotion des développements micro-hydroélectriques par rapport à l'alternative consistant à améliorer l'efficacité des barrages existants."

Discussion
Le premier enseignement de ce travail est que les rivières européennes sont une réalité massivement anthropisée. Ce ne sont plus dans la majorité des cas des systèmes "naturels", mais des systèmes "socio-naturels", c'est-à-dire des réalités physiques, chimiques et biologiques qui ont été lentement modifiées par des usages humains de l'espace. Il est alors très étonnant que le classement des masses d'eau souhaité par la directive cadre européenne (DCE 2000) n'ait pas conclu que 80 ou 90% des fleuves et rivières du continent sont des système "fortement modifiés", comme la nomenclature juridique de la DCE permet de le reconnaître. Nous devons en informer le législateur et le gestionnaire, afin qu'à l'issue du dernier cycle de la DCE (2021-2027), on acte enfin la réalité telle qu'elle est.

L'idée défendue par les auteurs en conclusion qu'il serait plus économique de supprimer 1,1 million de petites barrières est assez mal informée (en tout état de cause, elle n'est pas chiffrée). En fait, comme le montre l'expérience française en la matière, les effacements ou aménagements d'ouvrages sont rapidement coûteux lorsqu'ils ne sont pas bâclés. Il faut en effet tenir compte du droit des tiers dans les changements d'écoulement induits, mais aussi compenser diverses pertes hydrologiques et écologiques (mise à sec de retenues, canaux, puits, remobilisation sédimentaire problématique, fragilisation de bâtis et de berges, etc.). Du même coup, le bilan réel en gain et perte de ces opérations n'est pas fait. Un ouvrage n'ayant plus son usage ancien n'est pas forcément un ouvrage ayant perdu toute fonction ou tout service écosystémique 

Certains biologistes et écologues nous ont habitués à l'expression d'une sorte d'"impérialisme disciplinaire" en matière de conservation des espèces et des habitats : dès lors qu'un phénomène représente un "impact sur la nature", sa suppression serait souhaitable sans qu'il soit nécessaire de trop problématiser cette position. Cet article s'y inscrit en partie, mais il est quand même ennuyeux d'avoir une cécité aux travaux des autres sciences et disciplines académiques. Si Barbara Belletti et ses collègues s'étaient enquis des recherches menées en géographie, sociologie, histoire, humanités, économie, ils auraient par exemple observé que loin d'être vus comme vestiges sans usage du passé ou barrières à migrateur ou pièges à sédiments, les ouvrages hydrauliques font l'objet de diverses formes d'appropriation. Plus largement, ils auraient observé que la nature perçue et vécue du riverain n'est pas forcément la nature fonctionnelle ou idéale de l'écologue et du biologiste. Ou bien encore qu'au sein de l'écologie (comme discipline scientifique), les avis peuvent diverger sur les nouveaux écosystèmes créés par les humains — dans le cas aquatique, beaucoup de ces nouveaux écosystèmes (lacs, étangs, plans d'eau, canaux, biefs) sont justement créés par des ouvrages hydrauliques. Une synthèse de plus de 100 recherches scientifiques récentes sur ces sujets a récemment été faite, et un livre collectif d'universitaires nuançant beaucoup le concept de la continuité / discontinuité écologique est paru en 2020. 

La notion de barrière ou obstacle à l'écoulement a certainement du sens pour le géomorphologue (à condition de ne pas oublier les nombreuses barrières naturelles des embâcles, castors, chutes ou cascades), mais elle est par elle-même assez pauvre, au sens où elle réduit son objet à un seul angle de spécialité disciplinaire: chaque rivière n'est pas représentée par tous les humains comme ce qu'elle devrait être dans un idéal géomorphologique de naturalité, chaque ouvrage n'est pas davantage réductible à sa dimension d'obstacle à un écoulement, un sédiment ou un poisson. Nous espérons donc que des approches un peu plus complexes et pluridisciplinaires vont continuer à progresser dans la discussion académique et le débat démocratique. 

Référence : Belletti B et al (2020), More than one million barriers fragment Europe’s rivers, Nature, 588, 436–441

12/09/2012

Réflexion sur le référentiel des obstacles à l'écoulement (ROE)

La loi sur l'eau et les milieux aquatiques (LEMA) de 2006, modifiant le Code de l'environnement, les lois Grenelles 1 et 2 (Trame verte et bleue), le Plan de gestion de l'anguille sont autant de textes ayant introduit en droit français la notion de continuité écologique. Celle-ci implique que les rivières françaises connaissent :

  • un bon transit sédimentaire (transport des particules en suspension et des charges solides de type sables, graviers, etc.)
  • un bon franchissement piscicole (libre circulation des poissons migrateurs, évitement de l'isolement génétique des poissons non migrateurs, possibilité de fuite en cas de pollution locale, etc.).

Le ROE : une base de données produite par l'Onema
L'Office national de l'eau et des milieux aquatiques (Onema) a produit un outil de recherche et d'aide à la décision : le référentiel des obstacles à l'écoulement (ROE). Il s'agit d'un recensement systématiques des seuils de moulins, barrages, ponts, écluses, digues et autres ouvrages hydrauliques.

Au total, pour la dernière version en date de ce recensement, on compterait près de 80.000 «obstacles à l'écoulement» sur les rivières françaises (carte ci-contre). Et le recensement n'étant pas achevé, il est probable que l'on dépassera les 100.000. Rien d'étonnant à cela puisque l'homme a presque toujours développé ses cités et ses civilisations autour de la ressource en eau. En Côte d'Or, on compte par exemple 1351 obstacles recensés dans la dernière version en ligne du ROE. A l'échelle de la France, environ la moitié des obstacles sont formés par des seuils en rivières et des barrages (un barrage commence à partir d'une hauteur de 2 mètres).

Vous pouvez consulter le ROE sous forme de carte des rivières, à cette adresse. (Attention, le rafraîchissement est très lent et demande un bon débit de connexion). Ou bien sous forme de tableur Excel, à cette adresse (télécharger le ROE, en bas. Attention cette fois, comme il y a des dizaines de milliers d'entrées dans le tableur de type Excel, ce n'est pas facile de s'y retrouver).

Le ROE, une certaine vision des ouvrages hydrauliques
Les concepteurs du ROE sont généralement des chercheurs, ingénieurs ou techniciens en hydrophysique, hydrobiologie et hydro-écologie. La notion même d' « obstacle à l'écoulement » pour désigner des ouvrages hydrauliques témoigne de cette vision issue de leurs disciplines scientifiques. Mais cette vision est forcément réductrice, au sens où elle n'envisage qu'une seule dimension des ouvrages en question. Pour le comprendre, on peut dire que la ville de Paris est un obstacle à l'écoulement aérodynamique sur le Bassin Parisien ; mais personne n'aura évidemment l'idée de qualifier ainsi la capitale française (même si de fait, certains chercheurs en sciences du climat s'intéressent beaucoup aux changements de rugosité sous la couche limite!).

On ne peut donc pas réduire un barrage, un seuil ou un bief de moulin à la seule notion d'obstacle. Cette vision serait très simplificatrice si elle prétendait résumer tous les regards possibles sur les ouvrages hydrauliques. Et très inquiétante si elle devenait le « mono-langage » de l'administration en charge de l'eau.

Les lois de l'hydrodynamique impliquent de toute évidence que nos seuils et barrages modifient le régime des écoulements, donc la circulation des sédiments et celle des poissons. Ce point n'est pas en question, il relève d'une physique élémentaire désormais bien établie. Ce qui est plus douteux en revanche, c'est l'assertion selon laquelle les obstacles à l'écoulement représenteraient la principale menace pour la qualité biologique des rivières françaises.

Une présence bientôt millénaire
Les seuils et petits barrages ont connu un grand développement à partir du Moyen Âge. Aux XIe-XIIIe siècles, les ouvrages hydrauliques profitent de l'invention de l'arbre à cames, qui permettait de transmettre l'énergie à toutes sortes d'instruments mécaniques. Le moulin devient l'usine du développement agricole et industriel de cette période. Cet usage de l'eau ne fera que croître jusqu'au XIXe siècle. Si l'obstacle à l'écoulement représentait la principale pression sur les espèces piscicoles, il est douteux que nos rivières possèdent encore le moindre poisson après plusieurs siècles de cette exploitation intensive de l'énergie hydraulique.

Cela fait bientôt un millénaire que le régime de l'écoulement des rivières françaises (et européennes) est soumis à une forte influence anthropique, de même que son peuplement piscicole. Cette pression adaptative lentement mise en place a impliqué des évolutions progressives des espèces présentes dans les cours d'eau. Certaines se sont raréfiées, d'autres ont prospéré selon qu'elles étaient adaptées ou non au régime modifié de l'eau (changements de température, vitesse, minéralisation, oxygénation, etc.). Faute d'archives d'observation sur une très longue période, il est difficile de statuer sur la mesure de biodiversité et biocomplexité des biefs et retenues, a fortiori de déterminer le poids relatif de chaque facteur d'influence quand on soupçonne un appauvrissement biologique du cours d'eau.

L'influence progressive des ouvrages hydrauliques paraît moins dommageable que des pressions plus récentes et plus brutales : la surexploitation de pêche (surtout en Occident pendant la phase d'ascension démographique 1750-1950), la pollution massive par les effluents industriels, agricoles et ménagers, l'introduction d'espèces invasives et parasites au détriment des espèces patrimoniales, la multiplication des usages de l'eau en milieu urbain comme rural. Dans un des articles les plus cités de la littérature sur la question, David Dudgeon et ses collègues citent la fragmentation de l'habitat induite par la modification du flux comme l'un des facteurs de perte de la biodiversité en eau douce, mais non comme le facteur dominant (Dugeon et al. 2006).

Hiérarchiser les risques, et ne pas se tromper d'urgence
De l'avis général des chercheurs, ces questions de fragmentation de l'habitat aquatique sont sans doute importantes, mais elle sont aussi sans commune mesure avec une menace qui se profile à l'horizon et qui forme un risque de premier ordre pour la biodiversité : le changement climatique, et ses conséquences hydrologiques en particulier (modification rapide du cycle de l'eau à échelle régionale, étiages ou crues plus sévères, acidification des eaux, etc.).

Encore tout récemment, 22 chercheurs ont publié dans Nature un article montrant que la menace n°1 sur la biodiversité résidait dans des changements brutaux à seuil critique, et que parmi ces changements figure notre modification actuelle du cycle du carbone (Barnosky et al 2012). Dans cette hypothèse, on ne parle pas de la raréfaction de quelques espèces sur des cours d'eau, mais bien de pertes en biodiversité qui seraient comparables aux cinq grandes extinctions de l'histoire de la Terre.

Toute décision publique est fondée sur une hiérarchie des risques, des bénéfices et des opportunités. Concernant les ouvrages hydrauliques, il apparaît que leur capacité à limiter l'usage des énergies fossiles (donc l'effet de serre) est un avantage plus important que l'inconvénient éventuel de leur influence (déjà multiséculaire pour la plupart) sur la sédimentation ou le peuplement piscicole. C'est du moins une position que l'on peut déduire logiquement d'un très nombre d'articles scientifiques publiés ces dix dernières années.

Cela ne signifie pas qu'il faut accepter de manière conservatrice le statu quo : bien des ouvrages ne sont pas correctement entretenus (présence du propriétaire et vannage régulier, ou automatisation), certains sont laissés à l'abandon. Et dans le cas des barrages, des aménagements peuvent aisément améliorer la qualité écologique de l'eau.

Se réapproprier le ROE
Le référentiel des obstacles à l'écoulement est incontestablement un travail utile de l'Onema, et sa mise à disposition du public est une heureuse initiative, qu'il faut saluer. Il serait souhaitable que toutes les données primaires de l'Onema (campagnes de mesures) soient également accessibles, afin de pouvoir évaluer localement l'évolution récente des espèces sur les cours d'eau.

Le ROE permettra de débattre de son usage initialement prévu, à savoir l'état du transit sédimentaire et de la circulation piscicole. Et des aménagements à fin de continuité écologique seront bien sûr nécessaires sur les sites présentant des altérations manifestes du cycle de vie de certains poissons, ou des processus d'érosion-sédimentation.

Mais pour les associations, dont Hydrauxois, ce ROE servira également à deux autres usages non prévus par ses concepteurs : dresser une cartographie du patrimoine hydraulique régional ; produire un atlas hydroélectrique détaillé, notamment pour les PCH (petites centrales de puissance inférieure à 500 kW).

Si ROE signifie aujourd'hui référentiel des obstacles à l'écoulement, cette base pourrait aussi bien s'appeler « référentiel des opportunités énergétiques » ou « référentiel des ouvrages en danger ». Car ce qu'elle décrit, ce sont parfois des ouvrages qui représentent un héritage patrimonial important, sans être entretenus ni valorisés ; ou des ouvrages qui, produisant une certaine hauteur de chute et/ou un débit d'eau dévié du lit mineur, permettent une exploitation hydro-électrique locale.

Estimer le productible en petite hydroélectricité
Pour ce dernier point, on peut en effet réaliser une première estimation de puissance hydraulique en connaissant la hauteur de chute et le débit moyen au droit d'un ouvrage. La formule est :

ρ.g.H.Q

ρ (rho) représente la masse volumique de l'eau (1000 kg/m3), g la force de gravité (9,81 N/kg), H la hauteur brute (en mètre) et Q le débit moyen interannuel (en m3), le résultat étant en watt (W). On peut supprimer la masse volumique de valeur 1000, ce qui donne un résultat directement en kilowatt (kW)

Le productible final en énergie électrique est bien sûr plus complexe (il dépend des pertes en charge, des rendements de chaque élément de production, etc.), mais la puissance hydraulique brute du débit d'équipement donne déjà une bonne approximation du potentiel.

Il existe des estimations disponibles, par exemple dans les Schémas régionaux climat air énergie (SRCAE ) ou dans le travail important réalisé en 2011 par l'Union française de l'électricité (UFE 2011). Mais la méthodologie est différente et un travail de terrain mené sur la base des ouvrages hydrauliques existants sera complémentaire. Elle est aussi pour les associations l'occasion de découvrir toutes les facettes de leur territoire, certaines étant encore méconnues.

Un objectif : l'équilibre
Le Code de l'environnement (article L211-1) précise la pensée du législateur en appelant à une «gestion équilibrée» de la ressource en eau. L'équilibre sera le maître-mot d'Hydrauxois et il suppose une prise en compte multidimensionnelle de la qualité et de la valeur de l'eau : physique, chimique, biologique et écologique, bien sûr ; mais aussi historique, patrimoniale, paysagère, sociétale et énergétique.