AquiSeuil, un outil pour évaluer l’impact de l’effacement des seuils sur les nappes

Mieux vaut tard que jamais : près de vingt ans après la loi sur l'eau de 2006, le gestionnaire public admet que l'effacement des seuils et barrages peut avoir des effets négatifs sur le stockage de l'eau dans le sol et les nappes. A la demande de l'Office français  de la biodiversité (OFB, le Bureau des ressources géologiques et minières (BRGM) a développé un outil analytique pour obtenir une première estimation de ces conséquences. 

L’effacement ou l’arasement d’un seuil en rivière entraîne une modification du niveau d’eau et des échanges entre la rivière et la nappe d’accompagnement. Ces transformations peuvent impacter les prélèvements en eau souterraine ainsi que la préservation des milieux aquatiques et humides. Face aux incertitudes liées à ces effets, le BRGM et l’OFB ont développé l’outil AquiSeuil, une solution de modélisation permettant d’anticiper les conséquences d’un arasement de seuil sur le niveau de la nappe phréatique.

Basé sur un modèle mathématique intégré à un macro Excel, AquiSeuil simule la distribution de la charge hydraulique dans l’aquifère avant et après l’effacement d’un seuil. Il permet ainsi une première évaluation des impacts hydrauliques, facilitant la prise de décision pour les gestionnaires de l’eau et les acteurs de la restauration des cours d’eau.

L’outil a été testé sur plusieurs cas d’étude, comme l’abaissement de seuils sur le Gardon d’Anduze ou encore la suppression du barrage de Milltown aux États-Unis. Ces simulations ont permis de mieux comprendre les dynamiques souterraines et d’évaluer les conséquences sur l’alimentation en eau potable et la gestion des ressources hydriques.

Référence : Dewandel B, Lanini S, Frissant N (2024). Impact hydraulique de l’effacement d’un seuil en rivière sur la nappe d’accompagnement. BRGM/OFB.

Extraits de l'introduction du manuel sur l'état de l'art

"L’édition la plus récente de la Commission Internationale des grands barrages (2023; https://www.icold-cigb.org) contient des informations sur 51 325 grands barrages (ouvrages supérieurs à 15 m de haut). Les références mondiales sur les petits barrages (<15 m) sont plus rares, les États-Unis (USACE, 2008) ont référencé 2,5 millions de petits barrages (moins de 1,8 m de haut) et 80 000 barrages moyens (plus de 1,8 m de haut). En Europe (sans la Russie), European Rivers Network estime le nombre de petits barrages (moins de 15 m de haut) à des centaines de milliers. Dans le monde, Lehner et al. (2011) estiment qu’il pourrait y avoir plus de 16 millions de ces petits barrages. Grands ou petits, les barrages et les seuils sont donc des structures omniprésentes des systèmes fluviaux.

Ces ouvrages assurent la régulation des crues, la production d’énergie hydroélectrique, une partie de l’approvisionnement en eau douce, des activités récréatives, etc., mais de nos jours, la suppression des barrages et des seuils suscite un intérêt croissant. Cet intérêt est motivé par les impacts écologiques et sociaux de tels ouvrages, les conditions de sécurité associées au vieillissement des barrages pour éviter leur rupture et l’appréciation des valeurs sociétales liées à des rivières saines et assurer leur continuité écologique (par exemple World Commission on Dams, 2000 ; Pejchar et Warner, 2001 ; Bednarek, 2001 ; Johnson et Graber, 2002 ; Collins et al., 2007 ; Graf, 2005). Ainsi, la suppression des barrages ou des seuils est souvent considérée comme un moyen de restaurer la continuité des cours d’eau et le transport des sédiments, d’améliorer leur état au sens de la continuité écologique, de faire revenir un cadre végétal plus pastoral, mais aussi de favoriser des activités récréatives comme la pêche ou le rafting. Cependant, la suppression des barrages peut avoir des impacts écologiques négatifs à court terme en raison de l’augmentation potentielle de la charge sédimentaire dans le cours d’eau (libération subite de sédiments accumulés dans le plan d’eau), qui peut provoquer l’étouffement et l’abrasion de divers biotes et habitats, la libération de sédiments contaminés ou augmenter le risque d’inondations à l’aval (Bednarek, 2001 ; Roberts et al., 2006).

Bien que la prévision des impacts suite à la mise en place ou la suppression de barrages ait historiquement suscité l’intérêt des chercheurs depuis plusieurs décennies dans des domaines variés : régime d’écoulement des rivières, écosystèmes, transport sédimentaire, processus géomorphologiques, dynamique des nutriments, végétation riveraine (ripisylve), impacts économiques et sociaux, peu d’attention a été portée à leur impact sur les eaux souterraines (Farinacci, 2009 ; Berthelote, 2013 ; Servière, 2021 ; Li et al., 2023).

Le plan d’eau créé par le barrage génère généralement un dôme piézométrique au droit du plan d’eau (Figure 1) qui peut s’étendre sur plusieurs kilomètres en amont et en aval de ce dernier (Berthelote, 2013). Par conséquent, la suppression du barrage peut créer une baisse du niveau des eaux souterraines, réduire la productivité des puits de pompage implantés dans la nappe d’accompagnement ou les assécher, ou encore assécher les zones humides créées par la hausse du niveau de la nappe (USDA, 2010 ; Learn, 2011 ; Berthelote, 2013).

Dès lors, l’arasement ou l’effacement d’un seuil en rivière entraîne l’abaissement du plan d’eau de surface (et sa vidange) et modifie les échanges entre la rivière et la nappe. Ces changements peuvent s’avérer problématiques pour la pérennité des prélèvements en eau souterraine et/ou la pérennité des écosystèmes dépendant de l’aquifère d’accompagnement. Les fortes incertitudes sur les impacts potentiels de l’arasement d’un seuil conduisent parfois à renoncer à son arasement ou son effacement.

L’influence des plans d’eau sur les eaux souterraines et sur les interactions nappe-rivière peut être évaluée à l’aide d’observations de terrain et de modélisations numériques pour quantifier les flux d’eau souterraine, le transport de contaminants ou les effets des barrages de surface pour repousser l’intrusion d’eau salée (Girard et al., 2003 ; Constantz et Essaid, 2007 ; Ashraf et al., 2007 ; Berthelote, 2013 ; Chang et al., 2019 ; Åberg, 2022 ; Fang et al., 2022 ; Li et al., 2023). Cependant, la modélisation numérique nécessite un grand nombre d’observations sur le terrain qui ne sont pas disponibles dans la plupart des contextes. Par conséquent, dans ces cas, une approche plus simple est nécessaire pour modéliser l’impact sur les eaux souterraines lié à la suppression des barrages, qui peut être basée sur des solutions analytiques. Bien qu’un modèle analytique ne puisse pas représenter les interactions du plan d’eau ou du cours d’eau avec l’aquifère avec le même degré de détail qu’un modèle numérique, il peut s’avérer être un outil utile pour examiner l’influence de divers facteurs et obtenir des estimations en adéquation avec la quantité et la qualité des données disponibles. De plus, comme sa mise en œuvre nécessite bien moins de données qu’un modèle numérique, son application en est largement facilitée.

L’impact des fluctuations du niveau d’eau d’une rivière, d’un lac ou d’une mer sur le niveau des eaux souterraines est un problème théorique bien connu. Sa formulation mathématique conduit à un ensemble d’équations différentielles pour lesquelles des solutions analytiques peuvent être trouvées dans divers ouvrages et autres publications scientifiques. Une partie de ces solutions sont présentées au § 3. Bien que ces solutions soient développées pour des situations hydrogéologiques variées : nappes infinies à chenalisées, cours d’eau de longueur infinie, plan d’eau rectangulaire isolé, lit du cours d’eau partiellement colmaté, etc., aucune solution analytique n’a été proposée pour évaluer la répartition spatiale de la charge hydraulique induite par un plan d’eau créé par un barrage ou un seuil, ou ses modifications dues à sa suppression ou son nivellement. Pour ressembler le plus possible aux conditions d’un cas réel (Figure 1), une telle solution doit pouvoir prendre en compte à la fois les interactions « plan d’eau-aquifère » et celles entre le cours d’eau et l’aquifère en amont et en aval du plan d’eau, et le fait que les échanges ne sont pas nécessairement parfaits et identiques au niveau du plan d’eau et du cours d’eau. De plus, la solution doit également tenir compte du fait que la hauteur du niveau d’eau dans le plan d’eau varie dans l’espace."

Un ingénieur des Ponts et Chaussées ayant compris l’intérêt des retenues d’eau (Belgrand 1846)

En 1846, M. Belgrand, ingénieur des Ponts et Chaussées, publie une étude détaillée de l’infiltration et de l’écoulement des eaux pluviales dans les terrains granitiques et jurassiques du bassin supérieur de la Seine. Il note l’intérêt des étangs et retenues de moulins pour réguler le débit des rivières en période de crue ou de sécheresse, déplorant que l’administration de son époque soit (déjà) frileuse quand il s’agit de créer de tels aménagements. Qu’aurait dit M. Belgrand s’il avait assisté à l'actuelle et aberrante politique de destruction massive des retenues humaines, cela alors même que le changement climatique devrait renforcer notre vigilance sur la régulation de l’eau  ? 

L’ objectif de l’auteur est d’établir le degré de perméabilité des formations géologiques du bassin de Seine amont et leurs effets sur le régime des cours d’eau, la conception des ouvrages hydrauliques et l’aménagement des vallées. Il s’oppose aux méthodes alors utilisées par certains ingénieurs et plaide pour une approche fondée sur des observations rigoureuses.

Belgrand distingue trois grands groupes de terrains selon leur perméabilité :

• Les granites et le lias sont globalement imperméables, entraînant un ruissellement rapide des eaux de pluie. Les crues sont intenses, et les cours d’eau sont bien alimentés en période humide, mais connaissent de fortes variations saisonnières.
• Les terrains oolithiques inférieurs (calcaire à entroques, grande oolithe, forest marble) sont très perméables. L’eau s’infiltre massivement et n’atteint presque pas le réseau hydrographique en surface, ce qui provoque la disparition estivale de ruisseaux et rivières.
• L’Oxford-clay présente une perméabilité intermédiaire : l’eau s’infiltre partiellement, et l’alimentation des rivières dépend des caractéristiques locales des formations argileuses.

Il note que ces différences ont des implications majeures sur le tracé et l’alimentation des canaux de navigation, la gestion des crues et l’irrigation, l’urbanisme et les ouvrages d’art, avec nécessité d'approches adaptées aux caractéristiques hydrologiques locales.

Belgrand recommande plusieurs mesures pour améliorer la gestion des eaux :

• Construire des réservoirs et des barrages dans les terrains imperméables (granite, lias) pour retenir les eaux de crue et mieux répartir les débits.
• Éviter les canaux sur terrains oolithiques où l’eau s’infiltre trop rapidement.
• Privilégier les prairies naturelles plutôt que le reboisement (jugé peu efficace) dans le lias pour stabiliser les sols et limiter les pertes par évaporation.
• Maintenir ou restaurer les étangs et retenues d’eau dans le Morvan, qui jouent un rôle clé dans la régulation hydrologique.

Extrait : 

« Autrefois les petites vallées granitiques du Morvan étaient toutes preservee5 par une multitude d’étangs où les crues venaient s’emmagasiner ; dans la partie supérieure des vallées ; où le terrain a peu de valeur, il existe encore un grand nombre de ces étangs.

Les plus importants servent presque toujours de biefs à des moulins qui marchent d’une manière continue pendant les sécheresses, et alimentent ainsi les petits cours d’eau situés en Aval qui, sans cela, seraient promptement mis à sec; mais, depuis quelques années, la conversion des étangs en prairies a pris beaucoup d’extension, et on en a desséché un grand nombre.

C'est là un grand mal bien autrement désastreux que le déboisement et qu’il faudrait arrêter promptement, en donnant à l’administration les pouvoirs nécessaires (note).

Il faudrait aussi encourager le rétablissement des anciens étangs, dont les digues existent toutes encore, et la création de nouvelles retenues , surtout en amont de riches prairies. C’est la seule méthode certaine de régulariser les petits cours d’eau dans les terrains granitiques.

Mais dans le lias et les marnes supra-liasiques , sans doute par suite du prix élevé des terrains, il existe peu d’étangs, et il ne serait pas prudent d’en établir un grand nombre, en raison de la grande quantité de vase qui s’y rassemblerait et de l’insalubrité qui pourrait en résulter pour le pays (voir la note L).

Cependant ces terrains, par cela même qu’ils sont très fertiles, ont besoin plus que les autres d’un préservatif. Combien n’y voit-on pas de riches prairies qu’un faible ruisseau couvre tous les deux ou trois ans , au moment des récoltes , d’un torrent d’eau et de boue! Le moyen d’arrêter ce fléau serait bien simple. Il suffirait en effet de construire en amont de la prairie une digue d’étang avec des moyens de décharge tels que dans les saisons où les crues n’ont aucun inconvénient, l’eau s’écoulât sans difficultés et sans former d'amas; mais au printemps et jusqu’au moment des récoltes , toutes les issues seraient fermées, à l’exception d’une vanne de fond assez grande pour laisser échapper les eaux ordinaires , mais insuffisante pour l’écoulement des crues dès qu’elles deviendraient dangereuses. On perdrait sans doute les récoltes sur une certaine étendue en amonts mais en établissant la digue avec intelligence, cette perte serait infiniment moindre que celle d’aval qui aurait eu lieu sans cela.

Dans l’état actuel de notre législation sur les cours d’eau, la réalisation des améliorations que je signale serait sans doute bien difficile et rencontrerait de nombreux obstacles même de la part des propriétaires intéressés. .

Chacun reconnaît aujourd’hui l’insuffisance et les inconvénients de cette législation , et nous ne voyons pas pourquoi, lorsque par une étude consciencieuse , des enquêtes, etc., on aurait reconnu qu’un ruisseau dangereux peut être maîtrisé par l’établissement de deux ou trois barrages, on ne pourrait pas forcer par un règlement d'administration publique, les propriétaires intéressés à faire les dépenses d’établissement de digues et les acquisitions de terrains nécessaires, dût-on recourir à l’expropriation.

(note) Il est vraiment singulier que l'administration qui, avec raison, empêche l'établissement d'une retenue d'eau lorsqu’elle peut nuire au moindre des riverains , ne puisse s'opposer à la destruction d'un étang ; qui, dans certains cas, préserve les récoltes d'immenses prairies, d'une ruine certaine.  »

Source : Conseil général des Ponts et Chaussées (1846), Annales des Ponts et Chaussées. Mémoires et documents relatifs à l'art des constructions et au service de l'ingénieur. N°153, « Études hydrologiques dans les granites et les terrains jurassiques formant la zone supérieure du bassin de la Seine », par M. Belgrand, ingénieur des ponts et chaussées.

Référence Gallica, notice 

L'hydro-électricité est présumée d'intérêt public majeur, confirme le Conseil d'Etat

Dans son arrêt du 20 décembre 2024, le Conseil d'État a rejeté les recours visant l’annulation du décret du 28 décembre 2023 relatif à l’application de la présomption de raison impérative d’intérêt public majeur pour certaines installations d’énergies renouvelables, en particulier l'hydro-électricité. Les associations requérantes (pêcheurs, écologistes) soulevaient plusieurs moyens tenant à la légalité interne du texte, à sa compatibilité avec le droit de l’Union, à la méconnaissance du principe de non-régression et à d’autres irrégularités substantielles. Retour détaillé sur les points de droit examinés.

Le Conseil d'Etat a examiné un contentieux  portant sur l'annulation pour excès de pouvoir du décret du 28 décembre 2023 relatif à la production d'énergies renouvelables, notamment hydroélectriques et éoliennes, en raison de son impact sur la biodiversité et la continuité écologique des cours d'eau.

L'affaire regroupe trois requêtes déposées par plusieurs associations halieutique (pêche de loisir), environnementales et de protection des milieux aquatiques. Elles contestaient ce décret en invoquant des irrégularités procédurales (consultation du public insuffisante, absence d'évaluation environnementale, méconnaissance du principe de non-régression) et des vices de fond (incompatibilité avec le droit de l'Union, notamment la directive "habitats", et atteinte à la préservation des cours d’eau).

Le Conseil d'État a rejeté les irrégularité procédurales alléguées et, de manière plus intéressante, a examiné le fond.  

Concernant la légalité interne du décret attaqué, le Conseil d’État rappelle que l’article L. 411-2 du code de l’environnement impose trois conditions cumulatives pour qu’une dérogation à l’interdiction de destruction d’espèces protégées soit accordée :

• Absence d’autre solution satisfaisante
• Absence de nuisance au maintien des populations dans un état de conservation favorable
• Justification par une raison impérative d’intérêt public majeur

Le décret attaqué fixe les critères selon lesquels certaines installations d’énergies renouvelables sont réputées répondre à cette raison impérative d’intérêt public majeur, sur le fondement de l’article L. 211-2-1 du code de l’énergie. Le Conseil d’État confirme que cette présomption est irréfragable, mais qu’elle ne dispense pas du respect des deux autres conditions relatives aux espèces protégées.

En conséquence, l’argument selon lequel le décret méconnaîtrait le 4° du I de l’article L. 411-2 du code de l’environnement est écarté comme inopérant, car la procédure de dérogation reste applicable dans son ensemble.

Concernant la compatibilité avec le droit de l’Union européenne, le Conseil d'Etat examine d'abord la directive 92/43/CEE (directive Habitats, faune, flore). L’article 16 de cette directive autorise des dérogations aux interdictions de destruction d’espèces protégées sous trois conditions (absence de solution alternative, absence d’impact négatif sur les populations d’espèces, justification par une raison impérative d’intérêt public majeur).

Le Conseil d’État juge que la présomption de raison impérative d’intérêt public majeur instituée par l’article L. 211-2-1 du code de l’énergie et mise en œuvre par le décret n’est pas contraire à cette directive, car elle ne remet pas en cause les autres conditions nécessaires à l’octroi d’une dérogation.

Le conseil d'Etat examine ensuite le règlement 2022/2577 du Conseil du 22 décembre 2022. Ce règlement établit une présomption d’intérêt public supérieur pour les projets d’énergies renouvelables. Il permet même aux États membres de restreindre son application à certaines zones ou technologies spécifiques.

Le décret attaqué s’inscrit pleinement dans cette logique en instaurant une présomption pour certains projets, mais sans supprimer l’obligation de respecter les autres critères environnementaux.Le Conseil d’État considère donc que les requérants ne peuvent utilement soutenir que le décret méconnaît l’article 3 du règlement 2022/2577.

Concernant la directive 2000/60/CE (directive-cadre sur l’eau) et le règlement 1100/2007 sur la reconstitution du stock d’anguilles européennes, le Conseil d’État écarte ces arguments en rappelant que les projets hydroélectriques restent soumis aux exigences de protection écologique des cours d’eau et que le décret ne dispense en rien du respect des règles de continuité écologique ou de préservation des populations d’anguilles.

Ainsi, le décret ne contrevient pas aux objectifs fixés par ces textes européens.

S'agissant du principe français de non-régression du droit de l'environnement, le moyen n'est pas jugé davantage recevable. L’article L. 110-1 du code de l’environnement pose un principe de non-régression, selon lequel la protection de l’environnement ne peut être affaiblie par des mesures législatives ou réglementaires.

Cependant, ce principe ne s’applique pas lorsque le législateur a expressément prévu une dérogation. Or, la présomption de raison impérative d’intérêt public majeur découle d’une loi, et le décret attaqué se contente de préciser ses modalités d’application. Le Conseil d’État juge donc que ce principe ne peut pas être invoqué contre le décret.

Enfin, le Conseil d'Etat examine 6 autres moyens soulevés, pour les écarter.

• Compatibilité avec l’article L. 411-2 du code de l’environnement : le décret ne dispense pas les projets d’énergie renouvelable de l’ensemble des conditions de dérogation pour destruction d’espèces protégées. Moyen écarté.
• Atteinte à la continuité écologique des cours d’eau : le Conseil d’État souligne que le décret exclut expressément les installations situées sur des cours d’eau en très bon état écologique ou jouant un rôle de réservoir biologique. L’argument tiré d’une atteinte à la continuité écologique est donc inopérant.
• Seuil de puissance fixé pour la présomption de raison impérative d’intérêt public majeur 1 MW pour l’hydroélectricité : le Conseil d’État considère que ce seuil est cohérent avec les objectifs de développement de la petite hydroélectricité et la rénovation des centrales. Pas d’erreur manifeste d’appréciation.
• Référence aux objectifs nationaux plutôt que régionaux pour la programmation pluriannuelle de l’énergie: le décret se base sur les objectifs nationaux, et non régionaux, pour apprécier si un projet répond aux critères de la présomption de raison impérative d’intérêt public majeur. Le Conseil d’État juge que cela ne viole pas la loi et que cette approche est justifiée.
• Référence à la puissance installée plutôt qu’à la puissance autorisée : le décret prend en compte la puissance déjà raccordée plutôt que celle simplement autorisée pour évaluer si un projet d’énergie renouvelable répond aux objectifs de la programmation pluriannuelle de l’énergie. Le Conseil d’État considère que ce choix est rationnel et ne constitue pas une erreur manifeste d’appréciation.
• Clarté et intelligibilité des dispositions du décret : le décret fixe de manière claire et précise les critères de reconnaissance d’une raison impérative d’intérêt public majeur. Le Conseil d’État rejette donc l’argument selon lequel il serait insuffisamment précis.

Pour conclure, notons que le seuil de 1 MW pour la présomption d'intérêt public majeur d'un projet hydro-électrique n'est guère satisfaisante du point de vue des porteurs de projet, la plupart des projets étant inférieurs à ce seuil de puissance. Si la France et l'Europe veulent réellement accélérer la transition bas carbone et viser une autonomie énergétique stratégique, il faudra réviser le droit de l'eau et de la biodiversité de manière plus substantielle, afin de réellement libérer la petite hydro-électricité et multiplier les projets dans tous les territoires. 

Référence : Conseil d'Etat, arrêt n°492185, 20 décembre 2024 

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Comment les lobbies ont inventé la légende de l'épuisement du potentiel hydro-électrique français

Marais d'Andryes : quand la renaturation tourne à l’artificialisation

Et si renaturer signifiait parfois détruire ? Plongez dans l’histoire du marais d’Andryes, un projet controversé qui interroge notre rapport à l’écologie et à l’aménagement du territoire.

Le document, écrit par Sylvain Noël, ancien vice-président pour l’environnement de la communauté de communes Forterre Val d’Yonne, analyse de manière critique les travaux réalisés dans le marais d’Andryes. Il met en lumière les incohérences et les impacts négatifs d’un projet visant à renaturer ce site ayant déjà une forte valeur écologique et paysagère, tout en dénonçant l’absence de concertation avec les habitants et les naturalistes locaux. À travers des exemples précis, l’auteur montre comment une forêt humide a été détruite pour créer une roselière artificielle, au mépris des dynamiques naturelles. Ce texte met également en perspective les dimensions éthiques et esthétiques de la relation homme-nature, tout en soulignant l’importance d’un aménagement respectueux des paysages et des communautés locales. Une réflexion critique qui interpelle sur les dérives possibles des initiatives environnementales mal encadrées.

A télécharger (pdf)

De la restauration du marais d’Andryes a la création de l’espace naturel sensible du même nom