Mortalité des poissons en turbines hydroélectriques : limites des protocoles expérimentaux face aux conditions réelles de dévalaison

La mortalité piscicole dans les turbines hydroélectriques fait l'objet de nombreuses études expérimentales, utilisées notamment pour définir les obligations de protection des poissons migrateurs. Mais ces études ne mesurent pas toutes la même réalité. Les protocoles classiques, fondés sur l'injection artificielle de poissons dans les turbines et leur récupération à l'aval, présentent des limites de représentativité. Les suivis par télémétrie, qui permettent d'observer les poissons choisissant librement leur itinéraire, révèlent une réalité souvent différente. Les travaux scientifiques français et européens invitent à mieux distinguer le danger intrinsèque d'une turbine du risque effectivement encouru par les poissons dans une rivière.

Les études de mortalité piscicole dans les turbines hydroélectriques reposent historiquement sur des protocoles d'injection et de recapture. Des poissons sont introduits artificiellement à l'amont immédiat d'une turbine, parfois au moyen de conduites spécialement installées, puis récupérés à l'aval dans des filets ou dispositifs de collecte. L'examen des individus permet de déterminer les blessures et mortalités associées au passage.

Le passage forcé en turbine ne reproduit pas nécessairement la dévalaison naturelle

Ces expériences ont produit une documentation scientifique importante. Elles présentent toutefois une limite fondamentale : elles imposent aux poissons un passage que ceux-ci n'auraient pas nécessairement emprunté dans les conditions naturelles. Lorsqu'un poisson descend une rivière, il peut s'orienter vers différentes voies d'écoulement : prise d'eau, déversoir, exutoire de dévalaison, passe à poissons ou bras secondaire. Ses déplacements dépendent des vitesses, des profondeurs, des courants d'appel, de son comportement et de sa capacité à éviter certains obstacles.

L'injection forcée supprime cette phase de sélection. Le poisson est introduit dans une voie déterminée et ne peut plus modifier son itinéraire à l'approche de la machine. Ce protocole mesure donc essentiellement la mortalité conditionnelle au passage en turbine, non la mortalité réellement subie par l'ensemble des poissons arrivant à l'aménagement.

La distinction est importante. Si une turbine provoque 20 % de mortalité parmi les poissons qui la traversent, mais que seuls 5 % des poissons rencontrant l'ouvrage empruntent effectivement cette voie, la mortalité directe imputable à la turbine représente 1 % des individus arrivant à l'aménagement. Encore faut-il connaître la proportion réelle des poissons empruntant les différentes voies. Or celle-ci ne peut être déduite mécaniquement du débit turbiné. Les comportements piscicoles ne suivent pas nécessairement une répartition proportionnelle aux débits.

Ce problème de représentativité est souligné de longue date dans les travaux français consacrés à l'évaluation des dispositifs de dévalaison et des protocoles d'ichtyocompatibilité (Larinier et Travade, 1999 ; Baran et Courret, 2013 ; Tomanova et al., 2018). Il conduit à distinguer deux objets scientifiques différents : mesurer la dangerosité d'une voie de passage et mesurer l'impact réel d'un aménagement sur les populations qui le rencontrent.

Les autres biais des essais par injection et recapture

Le caractère imposé du passage n'est pas la seule difficulté des protocoles expérimentaux classiques. Plusieurs facteurs peuvent modifier les résultats obtenus.

Le stress préalable et les manipulations - Les poissons utilisés dans les expérimentations sont capturés ou issus de pisciculture, transportés, parfois anesthésiés, marqués et maintenus temporairement avant leur injection. Ces opérations peuvent entraîner un stress physiologique, des blessures ou une mortalité indépendante de celle provoquée par la turbine. Elles peuvent également modifier la résistance des individus aux contraintes ultérieures. Les guides méthodologiques historiques consacrés à la dévalaison soulignaient déjà la nécessité de distinguer la mortalité imputable à la machine de celle liée aux manipulations (Therrien, 1996 ; Therrien et Bourgeois, 2000). L'utilisation de groupes témoins constitue une précaution indispensable, mais elle ne résout pas tous les problèmes. Lorsque les manipulations fragilisent les poissons, leur effet peut interagir avec celui du passage dans la machine. Une correction statistique simple de la mortalité observée chez les témoins ne garantit donc pas toujours l'élimination du biais.

La récupération des poissons à l'aval - Les filets et dispositifs de récupération peuvent eux-mêmes provoquer des lésions. Les poissons peuvent subir des chocs, des frottements ou des contraintes hydrauliques supplémentaires. Il devient alors difficile de déterminer si certaines blessures résultent du passage en turbine, de la capture à l'aval ou de l'effet cumulé des deux opérations. Cette difficulté est particulièrement importante lorsque les taux de mortalité mesurés sont faibles : quelques poissons blessés ou morts pendant la récupération peuvent modifier sensiblement le résultat final.

La représentativité des poissons testés - Les expérimentations mobilisent fréquemment des poissons d'élevage, dont la taille, la condition physiologique ou le comportement peuvent différer de ceux des poissons sauvages. Il ne faut pas présumer que ce biais conduit toujours à surestimer les dommages. Il peut agir dans des sens différents selon les espèces et les conditions expérimentales. La revue systématique d'Algera et al. (2020) montre précisément que la provenance des poissons, le dispositif expérimental et les méthodes de suivi influencent les estimations. Dans leur corpus quantitatif, 77 % des jeux de données concernaient des poissons issus de pisciculture.

La trajectoire artificielle à l'intérieur de la machine - L'injection peut également déterminer la position initiale des poissons dans l'écoulement, leur orientation et la zone de la turbine qu'ils traversent. Or toutes les trajectoires ne présentent pas nécessairement les mêmes risques. Une distribution artificielle des individus dans les différentes parties de la machine peut produire une estimation différente de celle qui résulterait de leurs trajectoires naturelles. Ce problème est distinct du choix de la voie de dévalaison : même lorsqu'un poisson emprunte effectivement une turbine, les conditions de son entrée peuvent différer de celles d'un poisson introduit par une conduite expérimentale. Ainsi, les protocoles d'injection et de recapture comportent plusieurs sources d'incertitude. Ils restent utiles pour des essais comparatifs, mais leur interprétation doit être limitée à ce qu'ils permettent réellement de mesurer.

Les revues scientifiques constatent des écarts entre les méthodes d'évaluation

La revue systématique d'Algera et al. (2020), publiée dans Environmental Evidence, constitue une référence importante pour apprécier la diversité des protocoles expérimentaux. Les auteurs ont recensé 264 études issues de 87 publications, dont 222 ont été retenues pour l'analyse quantitative. Leur travail confirme que le passage dans les infrastructures hydroélectriques, particulièrement les turbines, augmente les risques de blessures et de mortalité. Il met aussi en évidence une forte hétérogénéité méthodologique.

Les expériences réalisées en laboratoire produisent généralement des estimations de blessures et de mortalité plus élevées que les observations de terrain. Surtout, les études fondées sur la récupération directe des poissons et celles utilisant la télémétrie ne conduisent pas aux mêmes estimations.

Dans leur analyse de sensibilité, les auteurs constatent que les études déduisant la mortalité des historiques de détection télémétrique produisent des estimations de risque relatif plus faibles que les études mesurant directement les mortalités après injection et recapture. Cette observation est essentielle, mais son interprétation exige de la prudence. L'écart peut refléter les conditions différentes des essais, les comportements des poissons, mais également les limites propres aux méthodes de mesure. Il ne démontre pas, à lui seul, que tous les protocoles de recapture surestiment la mortalité biologique. La revue souligne d'ailleurs que les disparitions de signaux télémétriques doivent être interprétées avec précaution : elles ne permettent pas toujours de conclure à la mort du poisson.

Une autre synthèse, réalisée par des chercheurs allemands, a compilé les résultats d'évaluations portant sur plus de 275 000 poissons appartenant à 75 espèces (Radinger et al., 2022). Les auteurs ont notamment cherché à tenir compte des incertitudes liées aux manipulations et aux méthodes de capture. Ils constatent une forte variabilité des mortalités selon les protocoles, les espèces et les situations étudiées.

Ces deux synthèses convergent sur un point : les chiffres de mortalité expérimentale ne sont pas indépendants de la manière dont ils ont été obtenus.

La qualité des données, la représentativité des conditions de passage et la distinction entre mortalité directement observée et mortalité inférée constituent donc des éléments déterminants de leur interprétation.

La télémétrie révèle les itinéraires réellement empruntés par les poissons

Les suivis par radiotélémétrie, télémétrie acoustique ou identification électronique permettent d'examiner directement les déplacements des poissons à l'approche des ouvrages. Contrairement à l'injection forcée à l'entrée d'une turbine, les poissons sont généralement relâchés plus en amont, puis suivis dans leurs déplacements. Ils peuvent s'approcher d'une prise d'eau, s'en éloigner, rechercher une voie de passage ou emprunter un itinéraire alternatif. On parle alors de passage libre, ou "volitional passage". 

Cette approche permet de mesurer un paramètre décisif que les essais par injection ne peuvent établir : la probabilité réelle qu'un poisson choisisse, ou soit entraîné vers, une voie donnée.

En France, des taux de passage en turbine parfois très faibles

L'étude de Tomanova et al. (2018), conduite sur plusieurs installations du bassin de l'Adour, fournit des données particulièrement instructives. Les chercheurs ont évalué, par suivi électronique, l'efficacité de dispositifs de dévalaison associés à des grilles inclinées ou orientées, sur les centrales d'Auterrive, Trois-Villes, Gotein et Halsou. Les résultats montrent que les poissons n'empruntent pas nécessairement la voie des turbines, même lorsqu'une part importante de l'écoulement est dirigée vers l'installation hydroélectrique. 

À Auterrive, les auteurs estiment que 97,6 % des smolts empruntent la voie du barrage et 2,4 % celle de l'usine. Grâce au dispositif de dévalaison, la proportion estimée de poissons passant effectivement par la turbine n'est plus que de 0,37 % de l'ensemble des poissons arrivant à l'aménagement. En combinant ce dernier chiffre avec une mortalité théorique par passage en turbine de 5,2 %, les chercheurs obtiennent une mortalité globale estimée de 0,02 %, soit une efficacité totale de passage de 99,98 %. Il est indispensable de préciser que la proportion de 0,37 % est calculée à partir des poissons non détectés dans les voies de dévalaison, supposés avoir franchi la grille et la turbine. De même, la mortalité de 0,02 % n'est pas une mesure directe des décès, mais un calcul associant un itinéraire estimé à une mortalité théorique. Les résultats diffèrent sensiblement selon les sites, avec des mortalités globales estimées de 0,77 % à Trois-Villes, 1,28 % à Gotein et 1,76 % à Halsou. Ces écarts confirment que la probabilité de passage par les turbines dépend fortement de la configuration des ouvrages et des possibilités de dévalaison. 

Le principal enseignement est méthodologique : un taux de mortalité mesuré en injectant tous les poissons dans une turbine ne peut être appliqué à l'ensemble des poissons dévalants sans mesurer la proportion réelle qui emprunte cette voie.

En Belgique, des comportements complexes devant les centrales

Les recherches conduites sur la Meuse par Renardy et al. (2021) apportent une démonstration complémentaire de l'importance des comportements naturels. Les chercheurs ont suivi 72 smolts de saumon atlantique équipés d'émetteurs acoustiques, à l'approche d'une bifurcation entre une centrale hydroélectrique et un canal de navigation. Parmi les poissons migrants, 41,5 % ont effectué des mouvements d'aller-retour avant leur première approche du complexe. Certains déplacements ont entraîné des retards très importants, allant de quelques heures à plusieurs jours. Seulement 38,6 % des poissons relâchés ont franchi le complexe pendant le suivi. Parmi ceux-ci, 36,4 % ont emprunté le canal de navigation et 63,6 % sont passés par la centrale. Le temps médian de recherche avant franchissement atteignait 4 heures et 44 minutes. L'étude montre que les conditions hydrauliques influencent l'itinéraire des poissons et qu'un aménagement peut perturber fortement la dévalaison, même sans imposer immédiatement un passage dans une turbine. Elle montre également l'impossibilité de déduire ce comportement d'un essai par injection : les mouvements d'approche, les hésitations, les changements d'itinéraire et les absences de franchissement en sont, par construction, exclus. 

Une autre recherche belge a combiné un suivi télémétrique fin et l'analyse des écoulements pour étudier plusieurs voies de dévalaison dans une centrale équipée notamment de vis d'Archimède et d'une passe à poissons de type naturel (Renardy et al., 2023). Les poissons ont utilisé préférentiellement certaines voies en fonction de leurs caractéristiques hydrauliques. La passe naturelle n'a été empruntée que par 23 % des smolts étudiés, tandis que les vis constituaient les voies les plus utilisées. Ces observations rappellent qu'il ne suffit pas de connaître les débits ou l'existence d'un dispositif de franchissement pour en déduire le comportement des poissons. Le suivi des trajectoires réelles permet seul d'établir dans quelle mesure une voie est effectivement attractive et utilisée.

Pour des diagnostics fondés sur les conditions réelles de passage

Les connaissances disponibles conduisent à plusieurs exigences pour améliorer la fiabilité des évaluations de mortalité piscicole en turbine.

En premier lieu, les études doivent indiquer clairement si les poissons ont traversé la machine de manière forcée ou s'ils ont pu sélectionner librement leur voie de dévalaison. Cette différence conditionne la portée écologique des résultats.

En deuxième lieu, les protocoles d'injection devraient documenter précisément les effets des manipulations, de la provenance des poissons et des dispositifs de récupération. Les groupes témoins sont indispensables, mais leurs limites doivent également être discutées.

En troisième lieu, lorsqu'il s'agit d'évaluer l'impact réel d'un aménagement sur la dévalaison, la mesure des itinéraires effectivement empruntés doit devenir un élément central du diagnostic. Une mortalité conditionnelle en turbine ne saurait être assimilée à la mortalité de l'ensemble des poissons rencontrant l'ouvrage.

En quatrième lieu, les estimations doivent distinguer les résultats directement observés des valeurs calculées ou inférées. Cela concerne notamment les poissons non détectés par télémétrie, dont le devenir demeure parfois incertain.

Enfin, les conclusions doivent préciser les limites de représentativité des études : espèces, stades biologiques, origine des poissons, conditions hydrologiques, saison et configuration du site.

La rigueur méthodologique impose également de publier les données essentielles aux calculs et les incertitudes associées. Des pourcentages présentés sans information sur les effectifs, les groupes témoins ou les conditions de suivi ne permettent pas une évaluation critique satisfaisante. Ces exigences ne conduisent pas à abandonner les méthodes expérimentales classiques, mais à éviter leur utilisation hors de leur domaine de validité.

Enfin, il faut préciser que les conditions d'étude dépendent de la nature des barrages et canaux (un ancien moulin n'est pas un grand barrage), de la nature du dispositif hydromécanique (roue, vis, turbines n'ont pas les même vitesse, pressions, géomtéries), de la hauteur et du débit.

Conclusion

Les études de mortalité piscicole dans les turbines hydroélectriques apportent des informations indispensables, mais leur interprétation dépend fortement des conditions expérimentales.

Les protocoles classiques d'injection et de recapture imposent aux poissons une trajectoire et un passage qui ne correspondent pas aux conditions naturelles de dévalaison. Ils peuvent également être affectés par les manipulations préalables, la provenance des poissons et les dispositifs de récupération.

Les synthèses scientifiques montrent que ces facteurs méthodologiques influencent les estimations de mortalité et que les résultats obtenus par suivi télémétrique diffèrent de ceux fondés sur la récupération directe des poissons. Les travaux français et belges consacrés aux trajectoires de dévalaison soulignent surtout une réalité fondamentale : les poissons ne s'engagent pas automatiquement dans les turbines. Leur itinéraire dépend du comportement individuel, des écoulements et des possibilités de franchissement offertes par chaque aménagement.

La mortalité mesurée en imposant un passage dans une turbine n'est donc pas équivalente à la mortalité réellement provoquée par l'aménagement sur les poissons qui le rencontrent. Cette distinction devrait être systématiquement prise en compte dans les expertises écologiques et les prescriptions administratives.

Une politique de protection piscicole fondée sur les données scientifiques doit s'appuyer sur des évaluations représentatives des conditions réelles, et non sur la généralisation de taux issus d'essais dont les conditions artificielles ne sont pas toujours suffisamment discutées.

Références citées

• Algera, D. A., Rytwinski, T., Taylor, J. J., Bennett, J. R., Smokorowski, K. E., Harrison, P. M., Clarke, K. D., Enders, E. C., Bevelhimer, M. S. & Cooke, S. J. (2020). What are the relative risks of mortality and injury for fish during downstream passage at hydroelectric dams in temperate regions? A systematic review. Environmental Evidence, 9, 3. 
• Baran, P. & Courret, D. (2013). Ichtyocompatibilité de turbines hydroélectriques : définition des attentes et des protocoles de tests nécessaires. Pôle Écohydraulique, ONEMA–IRSTEA–IMFT. Rapport technique.
• Larinier, M. & Travade, F. (1999). La dévalaison des migrateurs : problèmes et dispositifs. Bulletin français de la pêche et de la pisciculture, 353-354, 181–210.
• Radinger, J., van Treeck, R. & Wolter, C. (2022). Evident but context-dependent mortality of fish passing hydroelectric turbines. Conservation Biology, 36(3), e13870. 
• Renardy, S., Takriet, A., Benitez, J.-P., Dierckx, A., Baeyens, R., Coeck, J., Pauwels, I., Mouton, A., Archambeau, P., Dewals, B., Pirotton, M., Erpicum, S. & Ovidio, M. (2021). Trying to choose the less bad route: Individual migratory behaviour of Atlantic salmon smolts (Salmo salar L.) approaching a bifurcation between a hydropower station and a navigation canal. Ecological Engineering, 169, 106304. 
• Renardy, S., Colson, D., Benitez, J.-P., Dierckx, A., Goffaux, D., Sabbe, J., Rabouan, A., Detrait, O., Nzau Matondo, B., Sonny, D. & Ovidio, M. (2022). Migration behaviour of Atlantic salmon smolts (Salmo salar L.) in a short and highly fragmented gravel-bed river stretch. Ecology of Freshwater Fish, 31, 499–514. 
• Renardy, S., Ciraane, U. D., Benitez, J.-P., et al. (2023). Assessment of the Attractiveness and Passage Efficiency of Different Fish Passage Solutions at a Hydropower Plant by Combining Fine Scale 2D-Telemetry and Hydraulic Numerical Modelling. Environments, 10(7), 107. 
• Therrien, J. (1996). Guide d'évaluation de la problématique de la dévalaison des poissons en relation avec les petites centrales hydroélectriques. Groupe-conseil Génivar, rapport technique.
• Therrien, J. & Bourgeois, G. (2000). Fish Passage at Small Hydro Sites. IEA Hydropower Agreement, rapport technique.
• Tomanova, S., Courret, D., Alric, A., De Oliveira, E., Lagarrigue, T. & Tétard, S. (2018). Étude d'efficacité des exutoires associés à des grilles inclinées ou orientées pour la dévalaison des smolts de saumon atlantique. Études 2016 et synthèse des résultats 2015-2016. Agence française pour la biodiversité, EDF R&D, ECOGEA.