Développer l'énergie hydraulique sans épuiser l'environnement

Suite à la catastrophe de Fukushima, de nombreux pays projettent d’abandonner progressivement le nucléaire pour se tourner vers les énergies renouvelables, actuellement en plein essor. La Suisse espère ainsi augmenter de 10% sa capacité en énergie hydraulique d’ici 2050. Il s’agit de développer les installations existantes mais aussi d’avaliser la construction de nouvelles mini-centrales hydroélectriques sur l’ensemble des cours d’eau. Que signifie une telle décision pour l’écosystème de nos rivières? Paolo Perona, professeur en hydro-économie appliquée et en morphodynamique fluviale, affirme que les dangers sont grands pour la biodiversité si les pratiques actuelles demeurent inchangées. Dans deux publications récentes, il explique comment maintenir les variations naturelles du débit des cours d’eau nécessaires à tant de phénomènes écologiques, sans pour autant entraver la productivité économique des installations hydro-électriques déjà exploitées. Nous l’avons rencontré pour lui poser quelques questions.

Comment pensez-vous que l’énergie hydraulique suisse va évoluer dans un futur proche?
Vu la récente décision de nos autorités d’abandonner l’énergie atomique et de développer son équivalent hydraulique, la quasi-totalité des rivières helvétiques sera exploitée, ce qui peut être un atout, à condition de procéder avec bon sens. Il faut s’attendre à une prolifération de mini-centrales hydro-électriques avec des installations d’une capacité inférieure à 10 MW, d’autant que leur mise en place se révèle plus rapide et moins coûteuse. Depuis que le Conseil fédéral et les Offices fédéraux de l’environnement et de l’énergie ont décidé d’investir dans l’énergie hydraulique, on dénombre environ 800 nouveaux projets destinés à être placés dans des vallées disséminées sur l’ensemble du territoire suisse. Plusieurs d’entre eux ont déjà été approuvés et sont désormais en construction.

Détail d'une petite central hydro-electrique construite en 2011 sur la rivière Aurino, Valle Aurina, Bolzano, Italy.
Image mise à disposition par l'Agenzia Ambiente - Ufficio tutela Acque della Provincia di Bolzano

Ce qui n’est pas sans implication pour l’environnement.
En effet. Des mesures ont certes été prises afin de limiter l’impact environnemental et de s’assurer que les cours d’eau ne s’assèchent jamais. Pourtant, le problème est ailleurs, car nous supprimons ainsi la variabilité naturelle du réseau fluvial. Le défi est donc d’arriver à concilier tant une gestion écologique qu’économique des cours d’eau. En 1992, la population helvétique a adopté une loi de protection stipulant qu’un débit résiduel minimal devait couler dans toutes les rivières exploitées, par exemple pour générer de l’énergie hydraulique. Aujourd’hui, cette clause fixe un débit plancher. En de nombreux endroits, on impose même une double valeur limite ou plus en fonction des saisons.

Pourquoi est-ce si important de préserver la variabilité naturelle des cours d’eau?
La plupart et peut-être même tous les phénomènes fluviaux sont dictés par des variations de débit causées par les précipitations et la fonte des neiges ou des glaces au sein du bassin versant. Prenez le transport de sédiments. Des particules de différentes tailles sont charriées et déposées par des débits fluctuants qui créent et déplacent les zones d’habitat. Les crues permettent quant à elles de relier une rivière à ses plaines alluviales, ce qui garantit une bonne hydratation des sols, un apport adéquat en nutriments et le nettoyage des débris – autant de plus pour la flore et la faune.

Que se passe-t-il si cette variabilité disparaît?
Dans la Vallemaggia par exemple, on a observé et quantifié les effets de débits modifiés de façon artificielle sur un système fortement exploité et régulé au moyen d’une double valeur limite. Il est apparu qu’une telle technique entraînait une modification de la végétation et de ses processus de renouvellement. Le problème dans un tel cas est qu’il ne suffit pas de rétablir un débit normal pour déloger les nouveaux arbres et plantes qui se sont installés et ont développé de profondes racines. Les végétaux sont alors trop vieux. Il faut du temps pour que le système retrouve son état originel.

Alors comment fixer la quantité d’eau nécessaire à l’environnement?
Nous avons décidé de résoudre ce problème en appliquant une approche empruntée à l’économie, appelée « analyse marginale ». Prenons par exemple deux personnes assoiffées, avec seulement deux litres d’eau à leur offrir. L’une n’aura besoin que d’un litre pour étancher complètement sa soif et la seconde de trois. La théorie dite « marginale » part du principe qu’il existe un point où ces deux litres à disposition sont distribués de manière optimale, soit lorsque les deux individus atteignent un seuil où ils vont accorder la même valeur à la prochaine gorgée qui leur sera offerte.

Comment appliquer ce concept aux écosystèmes fluviaux?
En réfléchissant de la sorte, il est tout à fait possible de distribuer de l’eau aux consommateurs et à l’environnement de telle sorte que les parties impliquées en bénéficient à parts égales. En optant pour cette méthode que nous avons récemment publiée, le débit déversé en aval des points de prélèvement – c’est-à-dire le volume d’eau restitué à l’environnement – est très proche de celui d’un écosystème fluvial usuel, avec une variabilité similaire, mais une importance moindre.

Quel serait l’impact financier de débits variés approchant une situation naturelle?
Évidemment, les consommateurs se verraient privés d’une partie de l’eau. Pourtant, un prélèvement équivalent aux quantités autorisées par la loi actuelle, par exemple via un système à double valeur limite, mais ouvert aux variations, permettrait de préserver sa valeur commerciale. Dans le même temps, les bénéfices sur l’environnement en seraient grandement accrus. Nous procédons actuellement à des expériences en laboratoire et sur le terrain avec mon confrère Alexandre Buttler afin de définir cette plus-value environnementale avec une précision accrue.

Avez-vous pu effectuer des tests sur un vrai cours d’eau?
Il existe dans les Grisons des projets de développement de mini-centrales hydro-électriques visant à prélever de l’eau d’une rivière en utilisant une distribution proportionnelle – un sous-ensemble du modèle théorique développé par nos soins, qui a déjà été appliqué dans quelques pays voisins, comme l’Italie et l’Autriche. Lorenzo Golra, un de mes doctorants, a procédé à une étude de cas de l’un de ces projets et publié ses résultats. Il y a analysé quatre scénarios de distribution différents, la version dite « naturelle » et celle que nous considérons comme optimale. Les résultats obtenus démontrent que notre approche basée sur une redistribution dynamique est plus performante que celles prônant un débit minimum ou une distribution proportionnelle, et ce lorsque l’on compare un certain nombre d’indicateurs économiques et hydroécologiques.

La Suisse sera-t-elle capable d’accroître sa durabilité en matière d’énergie hydraulique?
Tout dépend de la gestion de l’eau dans nos écosystèmes. Il est certes possible d’exploiter une rivière pendant 40 à 50 ans, puis de décider de lui rendre son état naturel, mais nous ne savons pas comment l’écosystème va réagir. Est-ce que cela fait vraiment sens d’investir massivement dans une éventuelle reconstruction prévue dans un demi-siècle alors qu’il suffirait d’investir aujourd’hui une somme d’argent moindre tout en réduisant les perturbations environnementales subséquentes? Notre recherche montre que l’on pourrait sans autre troquer notre politique de « remise en état » contre une approche préservative. Exploitons les rivières économiquement parlant, mais réduisons notre impact afin d’éviter de futures grosses dépenses. Nos écosystèmes ne sont pas indéfiniment résilients. À partir d’un certain seuil, remettre une rivière en état ne suffit plus pour les reconstituer.

Sources

Perona, P., D. Dürrenmatt and G. Characklis (2013) Obtaining natural-like flow releases in diverted river reaches from simple riparian benefit economic models. Journal of Environmental Management, 118: 161-169, http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.01.010

Gorla, L. and P. Perona (2013) On quantifying ecologically sustainable flow releases in a diverted river reach. Journal of Hydrology, 489: 98-107, http://dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.02.043