La soutenabilité environnementale de l'hydro-électricité au fil de l'eau (Briones-Hidrovo et al 2021)

Comment apprécier la valeur d'une source d'énergie au regard de la soutenabilité environnementale? Cette estimation doit intégrer de nombreuses données comme le bilan carbone, l'empreinte matières premières, le retour sur investissement énergétique, les services écosystémiques associés. Trois chercheurs ont mené cette analyse sur l'hydro-électricité, concluant que des centrales hydro-électriques au fil de l'eau peuvent avoir de meilleurs bilans de soutenabilité que des grands barrages. Ces chercheurs insistent surtout sur la nécessité de prendre un panel large d'indicateurs : toutes les énergies ont des impacts sur les ressources et les milieux, la notion de soutenabilité environnementale ne se limite pas à un seul critère. Leçon à retenir en France, où la politique publique des rivières est biaisée et mal informée depuis des décennies.

Trois chercheurs ont estimé la soutenabilité environnementale de l'hydro-électricité, en observant que ce sujet, non consensuel dans la recherche scientifique, donne lieu à des assertions contradictoires. Ils ont utilisé huit indicateurs biophysiques : empreinte carbone, énergie retournée sur l'énergie investie, coût de remplacement exergétique, empreinte eau, lien eau-carbone, indice de durabilité environnementale, efficacité des services écosystémiques et impact sur la biocapacité.

Voici le résumé de leurs travaux :

"Avec d'autres sources d'énergie sans combustion et à faible émission de carbone, l'hydroélectricité est considérée comme un outil précieux pour atténuer la crise climatique et écologique actuelle, et atteindre la soutenabilité environnementale. Cependant, on ne sait toujours pas dans quelle mesure l'hydroélectricité est ou non durable sur le plan environnemental. La littérature révèle i) qu'aucune évaluation véritablement holistique n'a été réalisée et ii) qu'il existe des résultats et des conclusions contradictoires. 

La présente étude comble cette lacune en effectuant une évaluation holistique, en utilisant huit indicateurs biophysiques de différentes approches, et en prenant deux projets de centrales hydroélectriques différents comme cas d'étude. Les résultats de l'évaluation montrent que le cas d'étude de centrale hydroélectrique au fil de l'eau est de loin plus durable sur le plan environnemental que le projet de centrale hydroélectrique de barrage. 

Étant donné que les projets hydroélectriques et leurs tailles varient, il est souligné qu'il est important d'inclure autant d'indicateurs que possible pour garantir des évaluations plus larges et complètes et éviter les biais dans les conclusions et faciliter la comparaison avec d'autres sources d'énergie sans combustion à faible émission de carbone et leurs technologies. De plus, la présente étude examine comment et dans quels paramètres la durabilité environnementale de l'hydroélectricité est généralement déterminée. L'ensemble complémentaire d'indicateurs fournis ici, qui ont une portée et une complexité différentes, pourraient être adoptés pour améliorer la prise de décision future dans les politiques énergétiques et en particulier pour l'hydroélectricité."

Discussion

Cette étude ne clôt pas le débat, car on peut varier les indicateurs (le choix de ce que l'on mesure est en partie politique) et, selon la zone où est implantée un projet-hydro-électrique, le résultat des indicateurs peut varier. Un exemple connu : le bilan carbone de la retenue est souvent moins bon en zone tropicale (émission de méthane) mais bon en zone tempérée et très bon en zone d'altitude ou de haute latitude. 

Le premier intérêt de ce travail est évident : rappeler que l'énergie hydro-électrique, comme les autres énergies, ne s'apprécie pas uniquement par rapport à la biodiversité (prisme dominant choisi par exemple en France par les autorités publiques), aussi par rapport à sa soutenabilité environnementale globale dans les limites biophysiques de la planète Terre. De nombreux travaux ont déjà souligné que l'énergie hydraulique a un bon bilan carbone, un bon bilan matière première / cycle de vie et un bon retour sur investissement énergie dépensée / énergie produite (EROEI). En outre, c'est une énergie souvent très populaire, comme l'a rappelé une récente enquête d'opinion en France. 

Le fait que des schémas hydro-électriques de plus petite dimension aient moins d'impacts n'est pas forcément surprenant. Le coût capitalistique au MWh produit sur la durée de vie de ces schémas est souvent plus élevé que celui des grands barrages. Mais en même temps, la dimension joue en hydro-écologie et hydro-morphologie : de grands réservoirs signifient souvent une moindre connectivité piscicole et sédimentaire, une évaporation de surface plus importante, une modification substantielle des débits lors des éclusées, une mobilisation plus forte de matériaux très carbonés (béton), un impact majeur sur les riverains lors de la construction. Ces phénomènes sont cependant compensés par d'autres avantages dans certains usages (développement d'activités autour de la retenue, stockage stratégique d'eau, etc.). Il faut donc estimer au cas par cas.

Pour conclure, une chose est certainement aberrante et inacceptable dans la phase actuelle de transition bas carbone et bas impact de nos économies industrielles : dépenser de l'argent public à détruire des ouvrages en place qui produisent ou peuvent produire de l'énergie hydro-électrique décarbonée. De tels chantiers ont évidemment un bilan déplorable : la loi devrait les proscrire en dehors de cas de sécurité publique liée à des ouvrages vieillissants. La France avance heureusement dans cette direction, après quelques errements depuis deux ou trois décennies. Des efforts sont encore nécessaires pour libérer pleinement le potentiel hydro-électrique de notre pays, renforcer la contribution des rivières à la transition bas-carbone et bas-impact.

Référence : Briones-Hidrovo A et al, (2021), Hydropower and environmental sustainability: A holistic assessment using multiple biophysical indicators, Ecological Indicators, 127, 107748

Les poissons ne voient pas la différence après la destruction d'un déversoir (Muha et al 2021)

Des chercheurs ont étudié par l'ADN environnemental la composition des populations de poissons en amont et en aval d'un déversoir sur une rivière anglaise, avant et après l'effacement de l'ouvrage. Leur conclusion : pas de différence significative. Au moins cette mesure a-t-elle été faite avec un protocole rigoureux : dans bien des cas, on se contente de détruire en affirmant que cela procure des gains importants, mais sans démontrer l'importance ni la persistance de ces gains. Sans préciser non plus aux yeux de quels citoyens au juste cette dépense publique représente réellement des gains... Fort heureusement, la France a décidé de cesser cette politique délétère de destructions d'ouvrages en rivière qui rendent par ailleurs des services, qui sont appréciés des riverains, et qui ne posent manifestement pas de grands problèmes aux poissons quand ils sont de dimensions modestes.  

Une équipe de chercheurs a analysé la présence de poissons dans une rivière où un obstacle avait été effacé, en utilisant la technique de l'ADN environnemental. Cette dernière permet de déceler  dans l'eau des traces d'ADN de toutes les espèces présentes à l'amont du point de mesure. Elle est moins invasive et agressive que la pêche électrique, tout en étant moins soumise aux aléas des endroits choisis pour la mesure.

Le point intéressant est que les chercheurs n'ont en l'occurrence relevé aucune différence avant ou après l'effacement du seuil en rivière.

Voici la résumé de leur travail :

"Les barrières artificielles dans les cours d'eau sont une cause majeure de fragmentation de l'habitat qui réduisent la connectivité des populations et le flux génétique en limitant les déplacements des poissons. Pour atténuer leurs impacts, les barrières obsolètes sont de plus en plus supprimées dans le monde entier, mais peu de projets de suppression sont suivis. Nous avons utilisé une puissante approche Avant-Après-Aval-Amont (AAAA) utilisant le metabarcoding de l'ADN environnemental (ADNe) pour examiner les effets sur la composition de la communauté de poissons de la suppression d'un déversoir dans la rivière Lugg (Angleterre), qui avait été suggéré comme ayant un effet néfaste sur la migration des salmonidés. Nous n'avons trouvé aucun changement dans la diversité ou l'abondance relative des communautés de poissons après le retrait, au-dessus ou au-dessous du seuil, mais nous avons détecté un effet important de la saison d'échantillonnage, probablement lié aux cycles de vie de l'espèce. L'ADNe a détecté neuf espèces de poissons qui ont également été identifiées par échantillonnage par pêche électrique et une espèce supplémentaire (Anguilla anguilla) qui n'a pas été détectée par les enquêtes traditionnelles. Nos résultats suggèrent que la surveillance des projets d'élimination des barrières devrait être effectuée pour s'assurer que tous les avantages écologiques sont correctement documentés et que le méta-barcoding par ADNe est une technique sensible à cette surveillance des effets de l'élimination des obstacles."

Abondance relative des espèce de poissons de la rivière Lugg, identifiée à l'aide du méta-barcoding à ADN environnemental, en amont et en aval de l'emplacement du déversoir, avant et après sa destruction. A, B et C correspondent à des réplicats de terrain. Image extraite de Muha et al 2021, art cit.

Voici leurs observations en conclusion :

"Les barrières sont connues pour interférer avec les migrations des poissons (McLaughlin et al., 2013; Jones et al., 2020b) et réduire la connectivité de la population et le flux génique (Meldgaard et al., 2003, Wofford et al., 2005), menaçant la persistance de populations à long terme (Valenzuela-Aguayo et al., 2020). Les obstacles de faible chute (<5 m) sont particulièrement répandues(Jones et al., 2019), étant les plus abondantes (Belletti et al., 2020) et les plus faciles à enlever. Cependant, l'élimination des obstacles doit tenir compte des coûts-avantages, car les barrages et les déversoirs fournissent une variété de services économiques, tels que l'hydroélectricité, l'approvisionnement en eau et les possibilités de loisirs (Whitelaw et MacMullan, 2002), qui doivent être considérés par rapport à leurs impacts écologiques (Poff et Hart, 2002). Nous n'avons pas observé de changement dans la richesse taxonomique à court terme après le retrait du seuil, peut-être en raison de la lenteur de la recolonisation des poissons mais très probablement parce que le seuil ne causait pas de perturbations importantes pour la communauté de poissons, suggérant un bénéfice potentiellement faible (pour les poissons) de l'effaecment."

Discussion

La politique de destruction des ouvrages en rivière à des fins de restauration de continuité et de naturalité est l'une des plus controversées dans le domaine de l'ingénierie écologique. En effet, les ouvrages sont souvent l'objet d'un attachement des populations locales pour leurs dimensions paysagères, patrimoniales ou récréatives. De surcroît, ces ouvrages jouent aussi des rôles de régulation de l'eau ou de production énergétique qui sont potentiellement précieux en période de changement climatique et de transition bas-carbone. Le projet de retrouver une rivière plus "naturelle" ou plus "sauvage", s'il peut être soutenu par une partie des citoyens, des experts ou des chercheurs, ne fait pas pour autant l'objet d'un consensus car cette vision de la rivière (de la nature plus généralement) ré-ensauvagée n'est pas partagée par tout le corps social. Elle relève davantage d'un choix politique sur le type de rivière et d'usage de la rivière que l'on désire. 

Pour ces raisons, et compte-tenu également du coût économique significatif de ces chantiers payés sur argent public, la destruction des ouvrages hydrauliques ne pourrait se justifier que par des arguments convaincants sur l'enjeu écologique attaché à l'opération. Or, dans bien des cas, les petits ouvrages de type seuils, déversoirs, gués, chaussées ont peu d'effet biologique et sédimentaire en raison de leur dimension permettant la circulation des charges solides et le passage des espèces à différentes périodes de l'année. Cette recherche de Teja P. Muha et des ses collègues montre le manque de résultat du chantier dans ces cas.  

Références : Muha TP et al (2021), Using eDNA metabarcoding to monitor changes in fish community composition after barrier removal, Front. Ecol. Evol., doi : 10.3389/fevo.2021.629217

Effarant, l'administration de l'écologie discute de la destruction de 20 grands barrages hydro-électriques en France d'ici 2030

Le document que s'est procuré Hydrauxois est hallucinant à lire : le groupe de travail sur la Stratégie nationale biodiversité 2030 de la France propose d'engager la destruction de 20 grands barrages hydro-électriques et l'effacement de milliers d'autres petits ouvrages sur 50 000 km de rivière. Le ministère de l'écologie et sa haute administration accueillent ces délires sectaires sans rappeler que de telles mesures sont parfaitement contraires à la loi Energie & climat de 2019 et à la loi Climat & résilience de 2021. Outre qu'elles sont évidemment impensables à l'heure où l'Etat français est condamné en justice pour son retard dans l'action climatique, où l'argent manque pour les enjeux essentiels de l'écologie comme pour  l'accompagnement social de la transition. Les lobbies de la "nature sauvage" à l'oeuvre dans les coursives de ce ministère doivent être recadrés par les représentants de la République, et non pas encouragés dans leur dérive de destruction du patrimoine hydraulique du pays! Nous demandons aux députés et sénateurs d'interpeller Barbara Pompili sur ce nouveau scandale. 

La stratégie nationale pour la biodiversité 2030 est en cours d'élaboration et d'arbitrage au ministère de la transition écologique, sous l'égide de la direction administrative aménagement, logement, nature. Notre association s'est procuré le dernier document du groupe de travail, en date d'octobre 2021. 

Le document comporte un axe 1 "Des écosystèmes protégés, restaurés et résilients" et une solution 5 "Remise en bon état des continuités écologiques". Au sein de cette solution 5, des mesures sont préconisées. L'une d'elle s'appelle "Nouvel élan pour la trame bleue".

Voici la description de cette mesure sur la continuité écologique de l'eau : 

"Le rétablissement de l’écoulement libre des cours d’eau est une priorité pour la bonne santé des écosystèmes aquatiques de l’amont jusqu’à la mer. A cette continuité écologique longitudinale dans l’axe des cours d’eau, s’ajoute l’importance de préserver et restaurer la continuité latérale, au niveau des berges, des ripisylves et des zones humides alluviales, tous ces éléments contribuent à préserver et restaurer l’hydromorphologie et la dynamique fluviale, soutenant les habitats des espèces aquatiques..

-Poursuite de l’objectif de restauration de la continuité écologique de 50 000 km de cours d’eau, ceci par :

- l’effacement des obstacles à l’écoulement prioritairement,

-et, le cas échéant, la mise en place des dispositifs de franchissement piscicole en montaison et en dévalaison adaptés pour les infrastructures hydroélectriques,  conservées

- Poursuivre le recensement des ouvrages hydrauliques pouvant perturber les continuités écologiques et le continuum terre-mer (notamment pour les migrations des espèces amphihalines dans les marais des lagunes et des estuaires) et la définition des unités hydrauliques cohérentes, en cohérence avec les actions 49 et 9 du plan national d’action en faveur des zones humides et en accord avec ceux du Plan national en faveur des migrateurs amphihalins et du plan national de gestion de l’anguille européenne. 

- Accompagner les gestionnaires dans l’effacement des obstacles prioritaires. 

Le développement de l’hydroélectricité se fait souvent en contradiction avec les objectifs de restauration de la continuité écologique, y compris pour des petites installations à faible rentabilité. Comme pour d’autres infrastructures énergétiques, il est temps de ne plus prioriser les besoins en énergie au détriment de la santé des écosystèmes. Pour répondre à cela : 

- Il sera obligatoire, en amont des travaux, de mener une analyse des impacts  écologiques sur les milieux aquatiques, à mettre en rapport avec le bénéfice énergétique. Les projets à impact significatif ou à faible bénéfice énergétique et/ou à coûts d’investissement élevés  par rapport au gain énergétique ne pourront pas être réalisés et les projets qui seront menés à terme devront appliquer des mesures de réduction des impacts écologiques et de compensation.

- Restaurer écologiquement au moins une rivière dans chaque département à l’horizon 2030 par la suppression de tous les obstacles, des digues et des enrochements, etc.

- Effacer d’ici 2030 vingt grands barrages hydroélectriques (sur 550 barrages de plus de 15 m en France) dont l’impact sur la biodiversité et l’écoulement des sédiments sont jugés le plus fort."

Cette mesure est totalement effarante, et nous ne comprenons pas comment une haute administration de la République peut couvrir de telles élucubrations. Rappelons en effet que :

• La destruction des ouvrages hydrauliques au nom de la continuité écologique est illégale depuis le vote de la Loi climat et résilience en 2021.
• L'Etat français a été condamné à deux reprises déjà par la justice en raison de son inaction climatique et du retard pris dans la réduction des émissions de CO2.
• L'hydro-électricité, y compris la petite hydro-électricité, est soutenue par la loi française (loi Energie et climat 2019) au titre de l'urgence écologique et climatique, de même qu'elle est inscrite dans la programmation pluri-annuelle de l'énergie.
• Le conseil d'Etat a déjà précisé que l'administration n'était en rien fondée à juger qu'une production d'un moulin (a fortiori celle d'un grand barrage hydroélectrique!) est insuffisante au regard de l'enjeu de transition bas-carbone (arrêt moulin du Boeuf 2019)
• Enfin, en 2021, les Français soutiennent à 90% l'énergie hydraulique, la plus populaire et de loin des énergies en France. 

Certes, il est précisé que "ce document n’engage pas l’Etat ou ses opérateurs". Mais enfin, le rôle de l'Etat est de ne plus inviter n'importe quel groupe intégriste dans une construction de politique publique et, surtout, d'éliminer clairement dès le départ des propositions contraires aux lois nationales et contradictoires avec les engagements internationaux de la France !

La ministre de l'écologie Barbara Pompili doit s'expliquer devant les parlementaires de cette nouvelle dérive: les services de son ministère n'ont-ils pas vocation à exécuter les lois de la République, et d'abord à les rappeler aux lobbies? La France a-t-elle encore de l'argent à dilapider dans des délires illégaux de retour à la nature sauvage, alors que tant de dossiers importants de l'écologie sont en retard, sans parler des difficultés économiques et sociales du pays? L'Etat se rend-il compte du niveau de confusion de son action publique, qui dépense pour une chose et son contraire sans obtenir de résultats? 

La destruction d'ouvrage hydraulique est interdite, signalez-nous les actions illégales

Afin d'accélérer la mise en oeuvre de la loi Climat et résilience, nous avons mis en place avec la CNERH un formulaire en ligne de signalement des destructions illégales d'ouvrage hydraulique. La justice doit faire son travail, aidez-nous à la saisir dans tous les cas litigieux.

Depuis 10 ans, la politique française de continuité écologique des rivières est contestée avec virulence dans tous les bassins versants. La raison en est que plusieurs acteurs de l'eau, y compris parfois des représentants d'administrations publiques, avaient choisi de privilégier sinon d'imposer par chantage financier la seule solution de la destruction des ouvrages hydrauliques (barrages, chaussées de moulins, digues d'étangs, gués, etc.). Or, il existe des moyens non-destructeurs d'assurer la continuité piscicole et sédimentaire là où elle est réellement utile. Et les ouvrages en rivière ont de nombreuses qualités et assurent de nombreux services que leur destruction fait disparaître (patrimoine historique et culturel, agrément paysager, production d'énergie bas-carbone, régulation de l'eau, etc.). 

Les parlementaires n'avaient jamais inscrit le principe de destruction des ouvrages dans la loi sur l'eau de 2006. C'est une interprétation administrative du ministère de l'écologie qui a essayé d'en faire une règle de principe. Constatant les problèmes liés aux destructions, les parlementaires avaient déjà signifié lors de plusieurs réformes qu'il fallait trouver d'autres options. Mais rien n'y faisait. La loi climat et résilience de 2021 a donc clarifié une fois pour toutes les choses : la destruction des ouvrages de moulin, et plus largement la destruction de l'usage actuel et potentiel de tout ouvrage hydraulique, est désormais prohibée dans le cadre de la mise en oeuvre de la continuité écologique.

Nous espérions que les choses seraient enfin claires. Mais divers cas d'actualité et les retours de terrain ont montré que ce n'est pas encore tout à fait le cas : certains élus voire certains représentants d'administrations ou d'associations à agrément public pensent pouvoir continuer le programme de casse des ouvrages en mépris affiché des lois. De tels actes sont passibles de la justice pénale et administrative: nous allons donc le faire savoir aux contrevenants. Avec la CNERH, nous avons créé un formulaire en ligne de signalement des chantiers illégaux ou d'incitation à engager des chantiers illégaux. Nous appelons tous nos lecteurs qui sont victimes ou témoins de ces agissements à nous en informer, afin que la justice fasse son travail si le trouble ne cesse pas. Signalons au demeurant que même si un chantier est exécuté, son illégalité au moment des faits peut être constatée ultérieurement par le juge, et le maître d'ouvrage alors condamné à la reconstruction et remise en état antérieur du site. 

Les gestionnaires publics et privés de l'eau doivent donc acter l'évidence : les ouvrages hydrauliques sont partie intégrante des rivières et des bassins versants, leur gestion intelligente doit désormais être mise au service de la transition écologique et de l'intérêt du pays. 

Reconstitution d'un moulin à eau de l'époque romaine (Garcia-Leon et al 2021)

La recherche archéologique a démontré que les moulins à eau ont connu une forte expansion dans le monde romain, à partir de leur invention au Ier siècle avant notre ère. On a mis à jour en 2019 les deux premiers vestiges connus de la péninsule ibérique. Les chercheurs ont procédé à une reconstruction 3D virtuelle de ce site de mouture du grain à Caravaca de la Cruz (région de Murcie). L'énergie de l'eau est indissociable de l'histoire de l'Europe et de l'environnement de ses bassins versants depuis deux millénaires.

Extrait de Garcia-Leon et al, 2021, art cit.

Le mécanisme de la roue hydraulique verticale est décrit par l'architecte et ingénieur romain Vitruve entre les années 40 et 10 avant notre ère. Dans la seconde moitié du Ier siècle de notre ère, Pline l'Ancien a fait remarquer que les roues hydrauliques étaient utilisées dans une grande partie de l'Italie. Ces dernières années, des moulins à eau romains ont été découverts dans de nombreuses régions, contredisant l'idée ancienne qu'il aurait fallu attendre le début du Moyen Âge pour voir une expansion de ces systèmes énergétiques. Désormais, des moulins sont connus pour avoir existé dans tout le monde romain : au Proche-Orient (Israël, Caesarea Maritima), dans la péninsule italienne (moulins du Janicule, Aqua Traiana ; thermes de Caracalla ; S. Giovanni di Ruoti), dans le sud de la Gaule  (Barbegal ;  Matres-de-Veyre; Mesclans ; Laurons) et jusqu'en Angleterre (villa de Fullerton, Hampshire).

De toutes les roues hydrauliques verticales romaines trouvées à ce jour, aucune d'entre elles n'avait été découverte dans la péninsule ibérique, et ce jusqu'en 2019. Cette année-là, deux ont été mises à jour : le moulin objet de cette publication des chercheurs, à Caravaca de la Cruz (Murcie), et un autre moulin trouvé dans les environs de Jerez (Cadix), sur le site de La Corta, où a été excavé un complexe hydraulique de trois moulins avec trois roues hydrauliques, dont une d'époque romaine. Cette carence peut s'expliquer par la réutilisation et la modification ultérieures des moulins, ce qui a entraîné l'absence de vestiges de la période antique. C'est pourquoi cette découverte à Caravaca de la Cruz est si intéressante.

Extrait de Garcia-Leon et al, 2021, art cit.

Josefina García-León et ses collègues ont procédé à une reconstruction 3D de la configuration ancienne du site de Caravaca de la Cruz (images ci-dessus). Comme le décrivent les scientifiques : "Ce moulin à eau à roues verticales utilisait la force de l'eau pour moudre le grain. Deux canaux d'alimentation en eau presque parallèles datent de l'époque romaine, mais (...) un seul alimentait le complexe depuis une source connue sous le nom de Las Fuentes del Marqués, située au nord-ouest, à une distance approximative de 1,5 km et à 630 m d'altitude. Le débit moyen de cette source varie aujourd'hui de 350 à 500 l/s. Le canal romain atteint une hauteur de 608,84 m à son point d'arrivée, ce qui implique une pente de 21,59 m sur ces 1500 m. Ainsi, l'eau s'écoulait avec une pente de 1,4 % et s'écoulait dans un bâtiment contenant la roue hydraulique".

Référence : Garcia-León J et al (2021), Documentation and modelling of a hypothetical reconstruction of the first Roman watermill in Hispania, Virtual Archaeology Review, 12, 25, 114-123.