Impact environnemental des réservoirs - Environmental impact of reservoirs

Le barrage Wachusett à Clinton, Massachusetts .

L' impact environnemental des réservoirs est de plus en plus surveillé à mesure que la demande mondiale d'eau et d'énergie augmente et que le nombre et la taille des réservoirs augmentent.

Les barrages et les réservoirs peuvent être utilisés pour fournir de l'eau potable , générer de l' énergie hydroélectrique , augmenter l'approvisionnement en eau pour l' irrigation , offrir des possibilités de loisirs et lutter contre les inondations . En 1960, la construction de Llyn Celyn et l'inondation de Capel Celyn ont provoqué un tollé politique qui continue à ce jour. Plus récemment, la construction du barrage des Trois Gorges et d'autres projets similaires à travers l' Asie , l' Afrique et l' Amérique latine ont suscité un débat environnemental et politique considérable. Actuellement, 48 pour cent des cours d'eau et de leurs systèmes hydro-écologiques sont affectés par des réservoirs et des barrages.

Impacts en amont

Lac Nasser derrière le barrage d'Assouan , Egypte, 5250 km 2 , déplacé 60 000 personnes

Fragmentation des écosystèmes fluviaux

Un barrage agit comme une barrière entre le mouvement en amont et en aval des animaux migrateurs des rivières, comme le saumon et la truite .

Certaines communautés ont également commencé à transporter des poissons migrateurs en amont pour frayer via une barge.

Sédimentation du réservoir

Les fleuves transportent les sédiments vers le bas de leurs lits de rivière, permettant la formation de fonctionnalités telles que dépositionnels deltas des rivières , des cônes de déjection , rivières tressées , méandre lacs , digues et rives côtières . La construction d'un barrage bloque l'écoulement des sédiments en aval, entraînant une érosion en aval de ces environnements de dépôt sédimentaire et une augmentation de l'accumulation de sédiments dans le réservoir. Alors que le taux de sédimentation varie pour chaque barrage et chaque rivière, tous les réservoirs finissent par développer une capacité de stockage d'eau réduite en raison de l'échange d'espace de "stockage vivant" contre des sédiments. Une capacité de stockage réduite entraîne une diminution de la capacité à produire de l'énergie hydroélectrique, une disponibilité réduite de l'eau pour l'irrigation et, si elle n'est pas traitée, peut finalement entraîner l'expiration du barrage et de la rivière.

Le piégeage des sédiments dans les réservoirs réduit l'apport de sédiments en aval, ce qui a un impact négatif sur la morphologie des canaux, les habitats aquatiques et le maintien de l' élévation des terres des deltas . Outre la suppression des barrages , il existe d'autres stratégies pour atténuer la sédimentation des réservoirs.

Méthode de flux de rinçage

La méthode du flux de chasse consiste à vider partiellement ou complètement le réservoir derrière un barrage pour éroder les sédiments stockés sur le fond et les transporter vers l'aval. Les débits de rinçage visent à restaurer les flux naturels d'eau et de sédiments dans la rivière en aval du barrage, mais la méthode du débit de rinçage est moins coûteuse que la suppression des barrages ou la construction de tunnels de dérivation.

Des débits de rinçage ont été mis en œuvre dans l' Èbre deux fois par an en automne et au printemps depuis 2003, à l'exception de deux années sèches en 2004 et 2005. La construction de plusieurs barrages sur l'Èbre a perturbé l' apport de sédiments en aval et, par conséquent, la Le delta de l'Èbre est confronté à un déficit sédimentaire . Le chenal de la rivière s'est également rétréci et l' érosion des berges a augmenté. Au cours des expériences, il a été constaté que la concentration de sédiments en suspension pendant les débits de rinçage est le double de celle des crues naturelles , bien que le débit total d' eau soit inférieur. Cela signifie que les débits de rinçage ont une capacité de transport de sédiments relativement élevée , ce qui suggère à son tour que les débits de rinçage ont un impact positif sur les écosystèmes fluviaux en aval , maximisant l'apport de sédiments aux tronçons les plus bas du fleuve. Au total, 340 000 t/an de sédiments pourraient être livrés dans le delta de l'Èbre, ce qui pourrait entraîner un taux d' accrétion net de 1 mm par an.

Contournements de sédiments

Les tunnels de dérivation des sédiments peuvent restaurer partiellement la dynamique des sédiments dans les rivières en aval des barrages et sont principalement utilisés au Japon et en Suisse . Les tunnels de dérivation détournent une partie de l' eau entrante et des sédiments pendant les crues dans un tunnel autour d'un réservoir et d'un barrage . L'eau et les sédiments n'entrent donc jamais dans le réservoir mais rejoignent à nouveau la rivière en aval du barrage. Les tunnels de contournement réduisent l' érosion du lit de la rivière et augmentent la variabilité morphologique en aval du barrage.

Impact sous le barrage

Ligne fluviale et érosion côtière

Comme tous les barrages entraînent une réduction de la charge sédimentaire en aval, une rivière endiguée est très exigeante en sédiments car elle n'en aura pas assez. En effet, le taux de dépôt de sédiments est considérablement réduit car il y en a moins à déposer, mais le taux d'érosion reste presque constant, le débit d'eau érode les rives et le lit de la rivière, menaçant les écosystèmes riverains, approfondissant le lit de la rivière et rétrécissant la rivière sur temps. Cela conduit à une nappe phréatique compromise, des niveaux d'eau réduits, une homogénéisation du débit de la rivière et donc une variabilité réduite de l'écosystème, un soutien réduit à la faune et une quantité réduite de sédiments atteignant les plaines côtières et les deltas. Cela provoque une érosion côtière , car les plages sont incapables de reconstituer les vagues érodées sans le dépôt de sédiments des systèmes fluviaux de soutien. L'érosion du chenal en aval des rivières endiguées est liée à la morphologie du lit de la rivière, qui est différente de l'étude directe des quantités de sédimentation car elle est soumise à des conditions spécifiques à long terme pour chaque système fluvial. Par exemple, le canal érodé pourrait créer un niveau inférieur de la nappe phréatique dans la zone touchée, ce qui aurait un impact sur les cultures des bas-fonds telles que la luzerne ou le maïs , et résultant en un approvisionnement plus petit. Dans le cas du barrage des Trois Gorges en Chine, les changements décrits ci-dessus semblent maintenant être arrivés à un nouvel équilibre de l'érosion et de la sédimentation sur une période de 10 ans dans le cours inférieur du fleuve. Les impacts sur la région des marées ont également été liés aux effets en amont du barrage.

Séquestration des nutriments

Une fois qu'un barrage est mis en place, il représente un obstacle au flux de nutriments tels que le carbone (C), l'azote (N), le phosphore (P) et le silicium (Si) en aval de la rivière, des plaines inondables et du delta. Le temps de séjour accru de ces éléments dans le système lentique d'un réservoir, par rapport au système lotique d'une rivière, favorise leur sédimentation ou leur élimination qui peut aller jusqu'à 40 %, 50 % et 60 % pour l'azote, le phosphore et la silice respectivement. et cela change finalement la stoechiométrie des nutriments dans l'écosystème aquatique en aval d'un barrage. Le déséquilibre stoechiométrique de l'azote, du phosphore et du silicium de l'écoulement peut avoir des répercussions sur les écosystèmes en aval en déplaçant la communauté phytoplanctonique à la base du réseau trophique avec des conséquences sur l'ensemble de la population aquatique. Un exemple est l'effet de la construction du haut barrage d'Assouan en Égypte, où la baisse de la concentration en nutriments dans le delta du Nil a entravé les proliférations de diatomées provoquant une diminution substantielle de la population de poissons de Sardinella aurita et Sardinella eba , tandis que la charge réduite de boue et le limon a affecté la faune microbenthique entraînant le déclin de la population de crevettes. La modification de la stoechiométrie des nutriments et l'épuisement du silicium dans un delta de rivière peuvent également provoquer des proliférations d'algues et de bactéries nocives au détriment de la croissance des diatomées pour lesquelles la disponibilité du silicium représente une étape importante pour la formation des coquilles.

Étant donné que les rivières endiguées stockent des éléments nutritifs pendant leur durée de vie, on peut s'attendre à ce que lorsqu'un barrage est supprimé, ces éléments nutritifs hérités soient remobilisés, provoquant l'eutrophisation des écosystèmes en aval et une perte probable de biodiversité, obtenant ainsi l'effet inverse souhaité par l'action de restauration de la rivière lors de la fermeture du barrage. .

La température de l'eau

L'eau d'un réservoir profond dans les climats tempérés se stratifie généralement avec un grand volume d'eau froide pauvre en oxygène dans l'hypolimnion. L'analyse des profils de température de 11 grands barrages dans le bassin Murray Darling (Australie) a indiqué des différences entre les températures de l'eau de surface et de l'eau de fond jusqu'à 16,7 degrés Celsius. Si cette eau est libérée pour maintenir le débit de la rivière, elle peut avoir des effets négatifs sur l'écosystème en aval, y compris les populations de poissons. Dans les pires conditions (par exemple, lorsque le réservoir est plein ou presque plein), l'eau stockée est fortement stratifiée et de grands volumes d'eau sont libérés dans le chenal de la rivière en aval via les sorties de fond, des températures basses peuvent être détectées à 250 - 350 kilomètres en aval. Les exploitants du barrage de Burrendong sur la rivière Macquarie (est de l'Australie) tentent de remédier à la suppression thermique en accrochant un rideau géotextile autour de la tour de sortie existante pour forcer la libération sélective des eaux de surface.

Des écosystèmes naturels détruits par l'agriculture

De nombreux barrages sont construits pour l'irrigation et bien qu'il existe un écosystème sec en aval, il est délibérément détruit au profit de l'agriculture irriguée. Après la construction du barrage d'Assouan en Égypte, il a protégé l'Égypte des sécheresses de 1972-1973 et 1983-1987 qui ont dévasté l'Afrique de l'Est et de l'Ouest. Le barrage a permis à l'Égypte de récupérer environ 840 000 hectares dans le delta du Nil et le long de la vallée du Nil, augmentant d'un tiers la superficie irriguée du pays . L'augmentation s'est faite à la fois par l'irrigation de ce qui était autrefois le désert et par la mise en culture de 385 000 hectares qui étaient des bassins naturels de rétention des crues. Environ un demi-million de familles se sont installées sur ces nouvelles terres.

Effets sur l'écologie et l'agriculture tributaires des inondations

Dans de nombreux pays en développement de faible altitude, la savane et l' écologie forestière adjacentes aux plaines inondables et aux deltas fluviaux sont irriguées par les crues annuelles de la saison des pluies. Les agriculteurs plantent chaque année des cultures de décrue, où la terre est cultivée après le retrait des inondations pour profiter du sol humide. Les barrages découragent généralement cette culture et empêchent les inondations annuelles, créant une écologie en aval plus sèche tout en fournissant un approvisionnement en eau constant pour l'irrigation.

L'eau devient rare pour les éleveurs nomades du Baloutchistan en raison du développement de nouveaux barrages pour l'irrigation.

Études de cas

  • Le réservoir du lac Manatali formé par le barrage de Manantali au Mali , en Afrique de l'Ouest, croise les routes migratoires des pasteurs nomades et retient l'eau de la savane en aval. L'absence du cycle saisonnier des crues entraîne l' épuisement des pâturages et assèche également les forêts de la plaine inondable en aval du barrage.
  • Après la construction du barrage de Kainji au Nigeria , 50 à 70 pour cent de la zone en aval des cultures de décrue s'est arrêtée.

Potentiel de catastrophe

Les barrages se brisent occasionnellement, causant des dommages catastrophiques aux communautés en aval. Les barrages se brisent en raison d'erreurs d'ingénierie, d'attaques ou de catastrophes naturelles. La plus grande catastrophe de rupture de barrage à ce jour s'est produite en Chine en 1975, tuant 200 000 citoyens chinois. D'autres ruptures majeures au cours du 20e siècle ont eu lieu à Morbi, en Inde (5 000 morts), à Vajont, en Italie (2000 morts), tandis que trois autres ruptures de barrage ont chacune causé au moins 1 000 morts .

Contrôle des flux

Le barrage controversé des Trois Gorges en Chine est capable de stocker 22 kilomètres cubes d'eaux de crue sur le fleuve Yangtze. Les inondations de 1954 du fleuve Yangtze ont tué 33 000 personnes et déplacé 18 millions de personnes de leurs foyers. En 1998, une inondation a tué 4000 personnes et 180 millions de personnes ont été touchées. L'inondation du réservoir a provoqué le déplacement de plus d'un million de personnes, puis une inondation en août 2009 a été complètement captée par le nouveau réservoir, protégeant des centaines de millions de personnes en aval.

Cycle du mercure et production de méthylmercure

La création de réservoirs peut altérer le cycle biogéochimique naturel du mercure . Des études menées sur la formation d'un réservoir expérimental par l'inondation d'un milieu humide boréal ont montré une augmentation de 39 fois de la production de méthylmercure toxique (MeHg) suite à l'inondation. L'augmentation de la production de MeHg n'a duré qu'environ 2 à 3 ans avant de revenir à des niveaux proches de la normale. Cependant, la concentration de MeHg dans les organismes de la chaîne alimentaire inférieure est restée élevée et n'a montré aucun signe de retour aux niveaux d'avant l'inondation. Le devenir du MeHg au cours de cette période est important si l'on considère son potentiel de bioaccumulation dans les poissons prédateurs.

Effets au-delà du réservoir

Effets sur les humains

Maladies
Si les réservoirs sont utiles aux humains, ils peuvent également être nocifs. Un effet négatif est que les réservoirs peuvent devenir des terrains fertiles pour les vecteurs de maladies. Cela est particulièrement vrai dans les zones tropicales où les moustiques (qui sont des vecteurs du paludisme ) et les escargots (qui sont des vecteurs de la schistosomiase ) peuvent profiter de cette eau à faible débit.

Le lac Manantali, 477 km 2 , a déplacé 12 000 personnes.

Les
barrages de réinstallation et la création de réservoirs nécessitent également le déplacement de populations humaines potentiellement importantes s'ils sont construits à proximité de zones résidentielles. Le record de la plus grande population relocalisée appartient au barrage des Trois Gorges construit en Chine . Son réservoir a submergé une grande surface de terre, forçant plus d'un million de personnes à se déplacer. « La délocalisation liée aux barrages affecte la société de trois manières : une catastrophe économique, un traumatisme humain et une catastrophe sociale », déclare le Dr Michael Cernea de la Banque mondiale et le Dr Thayer Scudder, professeur au California Institute of Technology . De même, tout comme la réinstallation des communautés, il faut également veiller à ne pas endommager de manière irréparable les sites de valeur historique ou culturelle. Le barrage d'Assouan a forcé le mouvement du temple à Assouan pour empêcher sa destruction par l'inondation du réservoir.

Gaz à effet de serre

Les réservoirs peuvent contribuer aux changements du climat de la Terre. Les réservoirs de climat chaud génèrent du méthane , un gaz à effet de serre lorsque les réservoirs sont stratifiés, dont les couches inférieures sont anoxiques (c'est-à-dire qu'elles manquent d'oxygène), entraînant une dégradation de la biomasse par des processus anaérobies. Dans un barrage au Brésil, où le bassin inondé est large et le volume de biomasse est élevé, le méthane produit entraîne un potentiel de pollution 3,5 fois supérieur à celui d'une centrale électrique au fioul. Une étude théorique a indiqué que les réservoirs hydroélectriques à l'échelle mondiale peuvent émettre 104 millions de tonnes métriques de gaz méthane par an. Le gaz méthane est un contributeur important au changement climatique mondial. Ce n'est pas un cas isolé, et il semble que les barrages hydroélectriques construits en particulier dans les zones de forêt tropicale de plaine (où l'inondation d'une partie de la forêt est nécessaire) produisent de grandes quantités de méthane. Bruce Forsberg et Alexandre Kemenes ont démontré que le barrage de Balbina par exemple émet 39 000 tonnes de méthane chaque année et que trois autres barrages en Amazonie produisent au moins 3 à 4 fois plus de CO
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comme une centrale électrique au charbon équivalente. Les raisons en sont que les forêts tropicales humides de plaine sont extrêmement productives et stockent donc beaucoup plus de carbone que les autres forêts. De plus, les microbes qui digèrent les matières en décomposition se développent mieux dans les climats chauds, produisant ainsi plus de gaz à effet de serre. Malgré cela, à partir de 2020, 150 autres barrages hydroélectriques devraient être construits dans le bassin amazonien. Certains éléments indiquent que les émissions de gaz à effet de serre diminuent au cours de la durée de vie du barrage. "Mais même en incluant les émissions de méthane , le total des GES [gaz à effet de serre] par kWh généré à partir de l'hydroélectricité est toujours au moins la moitié de celui des alternatives thermiques les moins polluantes. Ainsi, du point de vue de l'atténuation du réchauffement climatique, les barrages sont l'alternative la plus attrayante à sources d'énergie à base de combustibles fossiles.

Les recherches menées dans la région des lacs expérimentaux indiquent que la création de réservoirs par l'inondation des terres humides boréales, qui sont des puits de CO
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, convertit les zones humides en sources de carbone atmosphérique. Dans ces écosystèmes, la variation de la teneur en carbone organique s'est avérée avoir peu d'effet sur les taux d'émission de gaz à effet de serre. Cela signifie que d'autres facteurs tels que la labilité des composés carbonés et la température du sol inondé sont importants à prendre en compte.

Le tableau suivant indique les émissions du réservoir en milligrammes par mètre carré et par jour pour différents plans d'eau.

Emplacement Gaz carbonique Méthane
des lacs 700 9
Réservoirs tempérés 1500 20
Réservoirs tropicaux 3000 100

Voir également

Les références

Liens externes