Cours d'eau régulés et provision de services écosystémiques : contrôle d'ouvrages pour la migrations d'espèces piscicoles

Regulated river and provision of ecosystem services : water contyrol structure management for fish migration

• Auteur / Autrice : Léo Guiot de la Rochère
• Direction : Ludovic Cassan, Gilles Belaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Surfaces Interfaces Continentales Hydrologie
• Date : Soutenance le 30/09/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique des fluides de Toulouse (1930-....)
• Jury : Président / Présidente : Denis Dartus
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Cassan, Gilles Belaud, Nicolas Rivière, Nicolas Lamouroux, Didier Bousmar, Agnès Bardonnet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Rivière, Nicolas Lamouroux, Didier Bousmar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cours d'eau -- France

Génie fluvial

Modélisation CFD

Mots clés libres

Hydraulique fluvial

Ouvrage hydraulique

Migration piscicole

Régulation

Modélisation numérique

Mesure de terrain

River hydraulic

Field measurement.

Régulation

Numerical modeling

Fish migration

Hydraulic structure

Résumé

Mon travail de thèse s’intéresse au rétablissement de la continuité de la migration piscicole dans des réseaux d'irrigations, et plus particulièrement le cas des marais littoraux fortement régulés. Nous traitons le cas particulier du marais de Charras (estuaire de La Charente), et comme espèce cible nous nous intéressons à l’Anguille (a son stade de développement communément appelé civelle). Il s’agit d’un marais où l’écoulement est fortement régulé par des ouvrages de régulations: portes à flots, clapets, vannes. Or ces ouvrages sont des obstacles à la libre circulation des civelles. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la description du fonctionnement des ouvrages spécifiques à la gestion de l’eau dans les réseaux côtiers (portes à flots et clapet), et des solutions hydromécaniques permettant leurs franchissements (cale, raidisseur, et flotteur). Nous avons développé un modèle de fonctionnement de ces ouvrages permettant de dimensionner et comparer les solutions hydromécaniques existantes. Puis dans un second temps, nous avons étudié le comportement de la civelle au niveau des vannes. Nous avons vérifié, in-situ, la limite de vitesse de nage des civelles établie en laboratoire. Et nous avons mis en évidence que des modifications d’écoulement locales à l’aide de rugosités ne permettaient pas d’améliorer le franchissement des civelles. La troisièmes partie est consacrée à l’amélioration du passage des civelles aux niveaux d'ouvrage d’étagement (vannes et seuils) par modification de leurs gestions. Un modèle hydraulique basé sur les équations de Saint-Venant 1D du marais de Charras a été réalisé. Il permet d’évaluer l’impact des modifications de gestions des ouvrages de contrôle (porte à flot, clapet, vanne,…) sur les paramètres hydrauliques contraints par les besoins d’exploitation (ici les hauteurs d’eau, et les débit) et les grandeurs physiques de l’écoulement contrôlant le passage des civelles au niveau des ouvrages d’étagement (ici la vitesse de l’écoulement). Une quatrième partie présente plusieurs campagnes de suivi de conductimétrie dans le marais de Charras. Ils ont été mis en place pour évaluer l’impact du rétablissement de la continuité de la migration piscicole sur un réseaux hydrographique d’eau douce. Ils mettent en évidence que les solutions de franchissement piscicole permettent des intrusions salines qui complexifient l’écoulement: il est alors fortement stratifié.

This PhD thesis investigates the fish migration continuity restoration in irrigation network, more specifically the highly regulated coastal marshes. We consider the study case of the Charras marsh (Charent estuary), and we focus on the eel migration (in particular on its lifestage part called glass eel). It is a highly regulated marsh where the flow regulate whiwh hydraulics structures: tide gates, flap gates, sluices gates. These structures are obstacles to glass eel migration. We start by studing specific structures for water management in coastal networks (flood gates and flap gates), and hydromechanical solutions for fish passage (blocks, stiffeners and floats). We propose an operating model for these specific structures that takes these hydromechanical solutions for fish passage into account. The model makes it possible to evaluate the impact of these solutions on the passabilities for fish, and on their performance in terms of hydraulic regulation. Then we studied the glass eel behaviour in front of a sluice gate. We verified, in situ, the swimming speed limit of the glass eel established by laboratory studies. And we showed that local flow modifications using roughnesses did not improve glass eel passage at sluice gate. The third part is devoted to the improvement of the glass eel passage at sluice gates (or weirs) by modifying their management rules. To evaluate the impact of these adaptations, a model of the marsh was built, based on the one-dimensional Saint-Venant equations and appropriate gate equations. It allows to evaluate the impact of the modifications of the control structures management (gate, flap gate, sluice gate,...) on: the key hydraulic parameters for the exploitation needs (water levels and flow rates), and the physical quantities of the flow controlling the passage of the elvers at the level of the structures (Flow velocities at the hydraulic structures). A fourth part presents several conductivity monitoring campaigns in the Charras marsh. They were made to assess the impact of restoring the fish migration continuity at coastal water control structures, on a freshwater hydrographic network. They show that the fish passage solutions allow saline intrusions that modify the flow: it becomes highly stratified.