Trajectoires

Pour analyser les trajectoires, chaque passage d’un poisson dans une zone de repos a été noté dans l’ordre chronologique. Des statistiques ont ensuite été faites sur la destination des poissons en fonction de leur provenance pour les configurations radier lisse et avec seuils. Les résultats sont donnés sous forme de flèches indiquant la destination des poissons. Elles sont associées à un pourcentage indiquant la proportion d’individus ayant réalisé la trajectoire en question.

Lorsqu’il franchit la fente, le poisson est orienté dans la direction du jet. Quand il en ressort, l’élan donné par l’effort qu’il a fourni, le conduit quasi-inévitablement dans la zone 1 (Figure IV-41). Plus de 90% des individus passent par cette zone dès leur entrée dans le bassin que ce soit dans la configuration avec seuils ou sans seuil. La majorité du reste de la population (environ 7%) qui arrive à rentrer dans le bassin en ressort directement, éjectée par le jet.

Après un passage dans la zone 1, 28% des individus franchissent la fente amont dans la configuration avec des seuils contre 36,9% dans la configuration radier lisse (Figure IV-42). D’autre part, les individus se dirigent vers la zone 2 dans des proportions identiques pour les deux configurations (environ 40%). Le pourcentage de la population qui sort de la zone 1 par la fente aval est très similaire dans les deux configurations (en moyenne 15,5%). En revanche, les individus ont tendance à se diriger un peu plus souvent vers la zone 4 dans la configuration avec seuils (7% contre 0,6% sans seuil).

Après un passage dans la zone 2 (Figure IV-43), les individus privilégient plus largement la zone 1 dans la configuration avec seuils (56,4% contre 35,1% sans seuil). En compensation, la proportion d’individus franchissant la fente amont et celle passant par la zone 3 après la zone 2 est plus importante dans la configuration sans seuil que dans la configuration avec seuils.

Lorsque les individus sortent de la zone 3 dans la configuration radier lisse, leur destination est équitablement répartie entre la fente aval (fente D), la zone 2 et la zone 1 (Figure IV-44). Elle est plus déséquilibrée dans la configuration avec seuils avec un pourcentage plus important d’individus passant en zone 1 au détriment de la zone 2.

Avant de sortir du bassin par la fente amont en montaison (fente B), une grande majorité des individus se trouvait en zone 1 (environ 70%), le reste provenant de la zone 2 (Figure IV-45). Aucune différence n’est décelable entre les deux configurations.

La zone 1 est majoritairement la dernière zone de passage des individus avant le franchissement de la fente aval dans les deux configurations. En revanche, un pourcentage d’individus plus important provient de la zone 1 au détriment de la zone 2 dans la configuration avec seuils (Figure IV-46).

La majorité des individus passe par la zone 1 avant de sortir du bassin 3, que ce soit dans la configuration radier lisse (63,4%) ou dans la configuration avec seuils (68,3%) (Figure IV-47). Le franchissement de la fente amont (montaison) est largement privilégié par rapport à la fente aval (dévalaison) dans les deux cas. En revanche, aucun individu n’est sorti du bassin par la fente amont depuis la zone 3.

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Figure IV-41. Destination après franchissement de la fente aval (entrée dans le bassin) -- montaison.

Figure IV-42. Destination après un passage en zone 1 -- montaison.

Figure IV-43. Destination après un passage en zone 2 -- montaison

Figure IV-44. Destination après un passage en zone 3 -- montaison

RADIER LISSE nombre de passages : 269 SEUIL nombre de passages : 177

RADIER LISSE nombre de passages : 331 SEUIL nombre de passages : 271

RADIER LISSE nombre de passages : 151 SEUIL nombre de passages : 117

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Figure IV-45. Dernière zone de passage avant le franchissement de la fente amont -- montaison

Figure IV-46. Dernière zone de passage avant le franchissement de la fente aval -- montaison

Figure IV-47. Dernière zone de passage avant la sortie du bassin -- montaison

IV.6 Conclusion

Dans ce chapitre, l’influence des seuils insérés aux pieds des fentes des passes à poissons à fentes verticales, a été étudiée d’un point de vue hydraulique, cinématique et biologique. Tout d’abord, des cartographies de la topologie de l’écoulement pour plusieurs pentes, largeurs de bassin, débits et hauteurs de seuils ont été réalisées. Elles ont permis de montrer que l’ajout de seuils dans les fentes, forçait l’écoulement à adopter une topologie de type 2, dans laquelle le jet est orienté vers la paroi opposée à la fente. Cette caractéristique est d’autant plus marquée que la hauteur des seuils est importante. Contrairement à la configuration radier lisse, le débit a une influence significative sur la topologie de l’écoulement, notamment lorsque qu’un seuil de hauteur égale à une demi-largeur de fente est installé. Dans ce cas, l’augmentation du débit diminue l’influence relative de la hauteur du seuil par rapport à la colonne d’eau dans la fente, et

RADIER LISSE nombre de passages : 169 SEUIL nombre de passages : 106

RADIER LISSE nombre de passages : 100 SEUIL nombre de passages : 71

141 la zone de transition entre la topologie de type 1 et celle de type 2 s’opère sur des largeurs de bassins plus étendues.

L’évolution du coefficient de débit en fonction de la pente, de la largeur des bassins, du débit et de la hauteur des seuils, a ensuite été étudiée. La présence des seuils ne modifie pas significativement l’évolution du coefficient de débit en fonction de la pente ou de la largeur des bassins. Sa diminution est du même ordre de grandeur que dans la configuration radier lisse. De même, la variation du débit n’a pas d’influence sur le Cd. L’analyse conjointe de l’évolution du coefficient de débit et de la topologie de l’écoulement a permis de montrer que, pour une même topologie, plus la hauteur des seuils est grande, plus le Cd est faible. En revanche, lorsque l’augmentation de la hauteur des seuils entraine une modification de la topologie de l’écoulement du type 1 vers le type 2, le coefficient de débit subit une augmentation. Pour la topologie de type 1, le jet est soumis à un battement important au cours duquel il alimente la zone de recirculation supérieure et ressort par « bouffées de vitesses » du bassin par la fente aval. Cette configuration génère une hauteur d’eau plus importante dans les bassins que dans le cas de la topologie de type 2 dans laquelle, certes, le jet impacte la paroi opposée à la fente, mais a une trajectoire en moyenne plus « stable » au cours du temps, en réduisant les occurrences du type « bouffées de vitesses ».

Des profils de vitesses ont été réalisées pour différentes hauteurs de seuils, deux largeurs de bassins (B/b=6,67 et B/b=9) et une pente s=7,5%. L’étude des grandeurs cinématiques révèle que l’écoulement passe progressivement du type 1 vers le type 2 lorsque la hauteur des seuils augmente. Certains profils présentent par ailleurs une diminution d’énergie cinétique turbulente, due à la fois à un changement de topologie et à un accroissement du volume de dissipation (élévation de la hauteur d’eau). Les variations de vitesses importantes le long de la colonne d’eau indiquent par ailleurs que la présence d’un seuil tend à amplifier la tridimensionnalité de l’écoulement.

L’écoulement dans une passe à poissons munie de seuils d’une hauteur égale à une largeur de fente (hs/b=1) a ensuite été analysé à partir de simulations numériques et comparé à une configuration avec un radier lisse, et ce pour deux largeurs de bassins (B/b=6,67 et 9). Des simulations URANS et LES ont ainsi été étudiées, le choix d’utiliser l’une ou l’autre de ces deux méthodes s’étant basé sur des comparaisons avec des résultats expérimentaux. En configuration

radier lisse pour B/b=6,67 et 9 (simulation LES), le caractère bidimensionnel de l’écoulement est

retrouvé, conformément aux résultats issus de la littérature. En revanche dans la configuration

hs/b=1, la création d’une large zone de recirculation à l’aval des seuils, génère un écoulement plus tridimensionnel pour les deux largeurs de bassins. En grande largeur (B/b=9), la structure topologique de l’écoulement est particulièrement impactée et varie, de manière alternative et répétée, d’un bassin à un autre. Les régions des bassins potentiellement les plus favorables pour les poissons ont ensuite été définies à partir du calcul des grandeurs clés de l’écoulement (vorticité, vitesse moyenne, énergie cinétique turbulente), considérées dans la littérature comme ayant un impact fort sur le comportement des poissons. Des expérimentations avec des truites

fario ont été menées au laboratoire pour évaluer l’impact de la présence des seuils sur le

comportement des poissons. L’analyse des vidéos issues de ces manipulations a révélé que les régions identifiées comme potentiellement favorables correspondent à celles utilisées par les poissons en situation de nage stationnaire (zones de repos). Des tests statistiques ont été réalisés à partir de la quantification des mouvements des poissons entre bassins et ont permis de montrer qu’il existait une diminution significative de l’efficacité (dans les conditions expérimentales du laboratoire) lorsque la passe à poissons était munie de seuils. En revanche, en ce qui concerne le franchissement total, l’indice de dévalaison et l’indice d’activité, des tendances ont été remarquées mais aucune différence significative n’a pu être établie. Aucune différence n’a été remarquée au niveau du temps de séjour des individus dans le bassin 3 entre les configurations étudiées. La présence de seuils ne semble donc ni ralentir ni accélérer le passage des truites d’une fente à l’autre du bassin. Les truites n’utilisent pas non plus davantage les zones de stabulation. Les trajectoires des poissons sont globalement identiques dans les deux configurations.

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