Les barrages

CAHIER TECHNIQUE DES ÉQUIPEMENTS CANOË-KAYAK

LES BARRAGES,

OBSTACLES À LA CIRCULATION SÉCURISÉE DES CANOËS

Document rédigé et publié par la Fédération Française de Canoë-Kayak - version janvier 2014

Cahier Technique des équipements de Canoë-Kayak

AVANT-PROPOS

La France offre un panel riche et diversifié de rivières et plans d’eau calme présentant un grand intérêt éducatif, sportif et touristique. Sur l’ensemble de ce réseau hydrographique, la possibilité de pratiquer le canoë-kayak est affirmée par le principe de libre circulation des engins nautiques non motorisés établi par la loi sur l’eau en 1992 .

Ce réseau hydrographique est multi usage. Et l’homme a depuis plusieurs siècles aménagé les cours d’eau pour ses différents besoins. C’est la raison pour laquelle on dénombre aujourd’hui plus de 60 000 ouvrages. Ils servent à produire de l’électricité, à maintenir une hauteur d’eau suffisante pour la navigation commerciale et la navigation de plaisance ou encore à prélever de l’eau.

La perte d’usage d’une partie de ces ouvrages combinée à une prise de conscience de l’impact écologique des obstacles à l’écoulement de l’eau amènent à une nouvelle perspective de gestion et de devenir de ces ouvrages.

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Or, ces ouvrages constituent à la fois un obstacle à nos pratiques, en particulier d’un point de vue sécuritaire, mais aussi dans certains cas une opportunité de naviguer en eau calme.

C’est pourquoi le monde du canoë-kayak ne peut être absent des débats relatifs au devenir et à la gestion des ouvrages. Ainsi, nombreux sont ses représentants et ce depuis plusieurs années, qui siègent, dans les différentes instances de gestion de l’eau.

Au contact de leurs interlocuteurs, les intervenants du canoë-kayak ont appris à échanger, à comprendre le fonctionnement d’un barrage et ont compris la nécessité de partager le même vocabulaire.

A l’heure où les préfectures mettent en œuvre les décrets de la Loi sur l’Eau et les milieux aquatiques relatifs à l’aménagement et à la signalisation des ouvrages faisant obstacles à la circulation sécurisée des embarcations, il a semblé utile de partager l’expérience des kayakistes et le vocabulaire adapté à travers ce cahier technique.

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Cahier Technique des équipements de Canoë-Kayak

SOMMAIRE AVANT-PROPOS...............................................................................................................................................................p.2 CONFIGURATION DES SEUILS ET BARRAGES.....................................................................................................................p.5 - Les éléments constitutifs des seuils et barrages.......................................................................................................p.6 - Typologie des éléments fixes....................................................................................................................................p.12 - Typologie des éléments mobiles...............................................................................................................................p.13 - Typologie des dispositifs de franchissement piscicole (passe à poissons)................................................................p.16 - Typologie des dispositifs de franchissement canoë-kayak (passe à kayak)...............................................................p.18 - Les différentes configurations topographiques d’un barrage................................................................................... p.21

SECURITE DE L’ACTIVITE CANOË KAYAK A PROXIMITE DES OUVRAGES p.29 - Les dangers pour la pratique du canoë kayak.............................................................................................................p.30 - Prévoir l’évolution des mouvements d’eau en fonction de la configuration topographique d’un ouvrage............... p.32 - Les dispositifs de sécurisation.....................................................................................................................................p.34 LES OUTILS PRATIQUES p.37 - Le Référentiel des Obstacles à l’Ecoulement (ROE).....................................................................................................p.38 - Le cadastre sur Géoportail..........................................................................................................................................p.39 LEXIQUE............................................................................................................................................................................ p.41

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

COMPRENDRE ET ANALYSER LES DEBITS AU DROIT D’UN BARRAGE..................................................................................p.23 - Débit et débitance.....................................................................................................................................................p.24 - Le module................................................................................................................................................................. p.25 - Débit réservé / débit turbinale / débit turbiné......................................................................................................... p.26 - Débits moyens / débits classés................................................................................................................................. p.27 - Débits médian........................................................................................................................................................... p.28

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

CONFIGURATION DES SEUILS ET BARRAGES

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Les éléments constitutifs d’un barrage La vocation initiale d’un barrage est de rehausser une lame d’eau afin d’en exploiter la hauteur de chute, de permettre la navigation, d’irriguer ou de maintenir le contact entre le cours d’eau et sa nappe alluviale. Ils peuvent également pallier à des désordres morphologiques consécutifs à l’enfoncement du lit mineur. Leur vocation n’est alors plus de retenir de l’eau, mais de maintenir des matériaux solides.

Cette diversité de paramètres explique que chaque ouvrage présente des caractéristiques qui lui sont propres.

Et pourtant, ils comprennent tous différents éléments que l’on retrouve en tout ou partie dans le schéma fonctionnel ci-contre.

Cette première partie descriptive, présente les dispositifs de réhausse de la lame d’eau, de régulation de la lame d’eau, de transit Du moulin féodal au barrage de haute chute, les techniques de solide ou vivant, et de dérivation. construction ont également évolué au cours des siècles.

La facture de l’ouvrage répond donc à sa vocation, à sa période de construction, mais aussi aux facteurs physiques locaux (hydrologie, topographie, géologie…).

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Seuil en rivière ou barrage ?

Les seuils en rivières et les barrages se ditinguent par la largeur de la retenue en fonction des dimensions du cours d’eau.

Un barrage barre plus que le lit mineur d’un cours d’eau alors qu’un seuil en rivière barre tout ou partie du lit mineur.

Dans les faits, il est difficile de savoir si un ouvrage barre plus que le lit mineur et cette distinction est peu utilisée. On parle volontier de barrage pour des petits ouvrages qui entrent dans la catégorie des seuils en rivière.

Dans un souci de simplification, nous utiliserons «barrage» comme terme générique désignant à la foi les barrages et les seuils en rivière.

Néanmoins, pour connaître la catégorie exacte d’un ouvrage, il convient de se reporter au Référenciel des Obstables à l’Ecoulement de l’eau (ROE) (Cf. p 38) -6-

es di érents élé ents constituti s d un barrage

1

Élément de retenue fixe

Bief amont

2

Élément de retenue mobile

3

Ouvrage d’amenée

4

Vannage ouvrier

5

Bras de décharge

6

Grille

7

Usine hydraulique

8

Ouvrage de restitution

9

Dispositif franchissement piscicole (passe à poisson)

10

Déversoir d’attrait

11

Dispositif franchissement canoë (passe à kayak)

12

Ecluse

4

11

2

1

10

9

3

4

12

5 Cours d’eau court circuité

6

7

8 Bief aval (ou sous bief)

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Les éléments constitutifs d’un barrage N°

Composant

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

1

lé ent

e

onction

llustration

Il s’agit d’un ouvrage de retenue de l’eau qui permet d’élever la hauteur d’eau du bief*amont.

Il s’agit d’un déversoir, d’un radier ou d’enrochements (cf. partie sur les éléments de retenue fixe).

2

Élément mobile

Il s’agit d’un ouvrage de retenue de l’eau qui permet d’élever la hauteur d’eau et de la maintenir à une cote* cible. La mobilité lui permet en outre de réguler le débit réservé* et d’évacuer les eaux des crues.

Il existe différents types de dispositifs de régulation (cf. typologie des éléments de retenue mobile).

Un ouvrage peut être équipé par plusieurs éléments mobiles de différents types.

3

u rage d a enée

Il amène l’eau à l’usine hydraulique. Il s’agit d’un canal ou d’une galerie.

*

voir lexique p.41

-8-

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Composant

onction

4

annage ou rier

Il permet de réguler le débit entrant dans l’ouvrage d’amenée.

Bras de déc arge

Sur de nombreux ouvrages d’amenée, le débit entrant n’est pas régulé. Pour limiter le débit usinier, un bras de décharge contrôlé par un vannage (en général vanne levante) dérivent les eaux vers le bief aval.

Grille

Elle permet d’éviter l’entrée d’objets dans l’ouvrage d’amenée. Une grille est parfois associée avec un bras mécanique qui permet d’enlever les encombres bloqués devant.

5

6

llustration

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

N°

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Les éléments constitutifs d’un barrage

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N°

Composant

onction

llustration

7

Elle abrite les mécanismes ou la turbine qui perUsine hydraulique mettent de transformer l’énergie hydraulique en énergie mécanique ou en hydroélectricité.

8

Il restitue l’eau dérivée dans le bief* aval du cours d’eau.

Il s’agit d’un canal ou d’une conduite.

Ces ouvrages peuvent constituer un danger pour la pratique du canoë-kayak en augmentant de manière brutale le début de la rivière.

u rage de restitution

Il permet la montaison* et/ou la dévalaison* des poissons.

is ositi de franchissement On distingue plusieurs types de dispositifs (cf typologie des dispositifs de franchissement piscicole). Ils piscicole (passe à poissons) sont étudiés pour permettre la remontée d’espèces clibles. Un ouvrage peut être équipé par plusieurs dispositifs de différents types.

9

*

voir lexique p.41

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N°

10

Composant

onction

llustration

Il permet de créer un courant afin d’attirer les poissons vers l’entrée du dispositif de franchissement piscicole. On parle alors de «débit d’attrait».

Dans certains cas une passe à kayak peut venir en concurence avec le débit d’attrait vers la passe à é ersoir d a rait poisson. Des solutions techniques permettent de corriger ce problème. La meilleure solution consiste cependant à prendre en considération les contraintes des deux usages dès la conception. Lorsque cela est possible, la réalisation d’une passe mixte* résout ce problème.

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12

*

is ositi de franchissement canoë-kayak

Écluse

voir lexique p.41

On distingue plusieurs types : - glissière à fond lisse - passe à ralentisseurs - passe à bassins successifs - rivière de contournement - pré-barrage - rampe Il permet le franchissement des ouvrages par les bateaux de plaisance et commerciaux.

L’utilisation d’une écluse n’est en règle générale pas interdite pour les embarcations légères. Le règlement général de police de la navigation intérieure (RGP) spécifie dans l’article 6-29 les règles de passage aux écluses.

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Il permet le franchissement sécurisé des ouvrages par les canoës, les kayaks et autres embarcations assimilées.

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Typologies des éléments fixes Schéma

llustration

Bief amont déversoir radier

Déversoir

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Un déversoir est une structure le plus souvent verticale et généralement plus haute que large, augmentant le niveau d’eau de la rivière qui s’écoule par surverse sur sa crête.

Bief amont

déversoir radier

Radier Dalle en béton ou en maçonnerie stabilisant le lit d’une rivière et pouvant constituer les fondations d’un ouvrage (exemple : radier de pont).

Enrochements

radier Bief amont

Bief amont

Seuil construit par accumulation de blocs rocheux directement dans le lit du cours d’eau. La partie aval peut être stabilisée par un rideau de palplanche*. *

voir lexique p.41

palplanche

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Typologies des éléments mobiles Schéma

llustration

Clapet basculant

verrin hydraulique clapet longrine radier

Bief amont

Vanne toit Constitué de deux éléments se refermant l’un sur l’autre. Le volet aval permet d’orienter les jets de façon plus horizontale. Cet effet est recherché pour diminuer l’occurrence du rappel ; selon les configurations, il ne garantit pas l’absence de rappel, en particulier lorsque le bief aval est plein. Des déflecteurs métalliques peuvent accompagner les flux.

Sur une pelle d’un clapet basculant, la pose d’un volet aval surversant aboutit à une situation hydraulique similaire à la vanne toit.

Bief Bief amont amont

vanne toit longrine radier

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Permet de réguler le débit grâce à un système de bascule. Les clapets basculants sont soit manuels (fonctionnement à la manivelle), soit semi-automatiques (la descente se fait automatiquement dès qu’un dispositif de mesure de la cote du plan d’eau amont perçoit une montée des eaux, la remontée demande une intervention), soit automatique (descente et remontée se font en fonction du niveau d’eau amont, nécessité d’un branchement électrique).

En pied de clapet, se trouve en général un radier qui évite les affouillements et création d’une fosse.

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Typologies des éléments mobiles Schéma

llustration

Vanne levante

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Vanne coulissante pouvant être soulevée manuellement ou automatiquement afin de réguler le débit.

Les plus anciens et rustiques sont des pelles à crémaillères. Elles sont manœuvrées en général avec une manivelle.

Du fait de l’écoulement de fond, les vannes levantes créent des siphons mais sont plus transparentes au transit sédimentaire ce qui peut leur donner une certaine préférence dans le cadre de la continuité écologique.

anne seg ent ou anne secteur

Bief amont

vanne segment bajoyer radier

Bief amont

Il permet de réguler le débit grâce à un système de bascule.

Batardeau Construction étanche souvent provisoire qui permet notamment de mettre hors d’eau un vannage pour son entretien ou une zone de chantier.

Dans le premier cas, les ouvrages sont souvent équipés de rainure dans laquelle on enfile les batardeaux (poutres de bois ou de métal).

rainure batardeau bajoyer radier

Bief amont

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Typologies des éléments mobiles Schéma

llustration

iguilles

aiguille ferme radier

Bief amont

Hausses Les hausses sont des plaques disposées sur une structure (fermes ou dispositif d’accroche sur le radier). Le barragiste installe les hausses selon une configuration adaptée au débit entrant. Il peut laisser une ouverture ou faire varier la hauteur de chaque hausse.

grue hausse radier Bief amont

Vanne papillon Système de vannage à l’intérieur d’une canalisation pouvant délester des débits à forte pression. Ce dispositif est particulièrement présent sur des barrages à forte hauteur de chute.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

C’est un dispositif de régulation de cote amont inventé au XIXème siècle et très utilisé sur les ouvrages de navigation de cette époque. Lorsqu’il est inutile d’élever la cote amont ou en cas de fort débit, les fermes sont abaissées sur le radier, le barrage est escamoté et la continuité de navigation est en général assurée (sauf effet de radier). Lorsque les fermes sont remontées, l’ouvrage n’est pas adapté au passage sécurisé des embarcations. Les aiguilles sont des planches ou des chevrons de bois que le barragiste dispose en nombre adapté pour diminuer la débitance de l’ouvrage à égalité avec le débit tout en créant la charge nécessaire pour atteindre la cote objectif du bief amont.

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Typologies des dispositifs de franchissement piscicole (passe à poissons) llustration asse à ralentisseurs Les ralentisseurs diminuent la vitesse d’écoulement de l’eau pour la rendre compatible avec les capacités de nage des poissons. Il peut s’agir d’ostacles de fond qui peuvent être complétés avec des obstacles latéraux. Les ralentisseurs suractifs métalliques sont inadaptés au passage des kayaks. Les ralentisseurs épais en chevron de bois orientent les flux vers le centre de la passe (améliore le confort de franchissement en kayak).

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Passe à bassins successifs La dénivelée est répartie entre plusieurs bassins séparés par des seuils. La dimension des bassins est variable (de moins d’1m2 à plus de 100 m2). Pour favoriser la remontée des poissons, les caractéristiques des bassins (volume et rugosité) doivent permettre de dissiper l’énergie. Selon la configuration des bassins et des seuils, ces passes sont compatibles avec le franchissement des canoës.

Ascenseur à poissons Les poissons sont piégés dans une cage qui est remontée mécaniquement à l’amont du barrage. Ce dispositif est plutôt utilisé pour les barrages à forte dénivelée.

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Typologies des dispositifs de franchissement piscicole (passe à poissons) llustration utoire de dé alaison Permet le franchissement des poissons de l’amont vers l’aval. Il est utilisé pour éviter aux poissons de passer dans une turbine. Il devient indispensable lorsque le barrage n’est pas conçu pour surverser. asse à nguilles

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Dispositif de montaison adapté à la nage par reptation de l’anguille. Il s’agit d’une surface rugueuse composé d’un tapis brosse (en vert sur la photo si contre) ou une dalle en béton en forme de «boite à oeuf». Les passes à anguilles peuvent être disposées à l’intérieur d’une passe mixte ou d’un stade d’eau vive.

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Typologies des dispositifs de franchissement canoë-kayak (passe à kayak) llustration ré barrage Un ou plusieurs seuils disposés à l’aval du barrage afin de répartir la dénivelée. Ils peuvent compléter un autre dispositif de franchissement. Dans un tel cas le pré barrage assure une lame d’eau assez épaisse dans le bassin aval (bassin de réception d’une passe à kayak).

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Rampe La pente du seuil est suffisament faible et rugueuse pour permettre la montaison des poissons. Pour les fortes dénivelées, la longueur du seuil est importante. Une rampe peut être disposée sur la totalité de la largeur de la rivière ou sur une partie. Lorsque la lame d’eau est suffisament épaisse, le franchissement des canoës peut devenir possible.

Rivière de contournement Bras artificiel qui permet de contourner un barrage qui réparti la dénivelée sur un linéaire important. La rivière de coutournement reproduit le fonctionnement hydraulique d’une rivière «normale» (courant et contre-courant). Certaines rivières de contournement sont utilisables pour la pratique sportive du canoë-kayak (stade d’eau vive).

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Typologies des dispositifs de franchissement canoë-kayak (passe à kayak) Schéma

llustration

Glissière La glissière est une sorte de toboggan aquatique, à fond lisse, en général de section semi circulaire ou en anse de panier.

La réalisation de ce type d’équipement est assez complexe. Il est à noter qu’il existe une solution de glissière mobile.

La passe à ralentisseurs se différencie de la glissière principalement par la présence de chevrons sur le fond de la glissière. Les chevrons simplifient la maîtrise de l’épaisseur de la lame d’eau, particulièrement à faibles débits. Ils sont aussi destinés à permettre la remontée de certains poissons.

Rampe La rampe est un plan incliné constitué de grosse granulométrie permettant le passage entre deux biefs. La rampe est utilisée dans le cas de dénivelé modéré. Lorsqu’elle est mixte, elle permet aux poissons de remonter le cours d’eau et aux canoës et kayaks de descendre cette dénivelée.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

asse à ralentisseurs

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Typologies des dispositifs de franchissement canoë-kayak (passe à kayak) Schéma Passe à bassins successifs La dénivelée est répartie entre plusieurs bassins séparés par des seuils. La direction des flux et les mouvements d’eau permettent aux embarcations de suivre une trajectoire simple.

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Rivière de contournement Bras artificiel qui contourne un barrage et qui réparti la dénivelée sur un linéaire important. La rivière de coutournement reproduit le fonctionnement hydraulique d’une rivière d’eau vive (courant et contre-courant). La rivière a souvent un usage sportif. ré barrage Un ou plusieurs seuils disposés à l’aval du barrage divisent la dénivelée. A direction des flux et les mouvements d’eau permettent aux embarcations de suivre une trajectoire simple.

Ils peuvent compléter un autre dispositif de franchissement. Dans un tel cas le pré barrage assure une lame d’eau assez épaisse dans un bassin de réception.

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llustration

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Les différentes configurations topographiques d’un barrage a longueur du dé ersoir, re ier conce t de régulation de la cote a ont Un débit Q (m3/s) est le déplacement d’une surface S (m2) à une certaine vitesse V (m/s).

Q=SxV = Hxl x V h

H

l

S V

V

L

dé

ve

en à la en

Barrage er endiculaire La direction des flux ne varie pas en fonction du débit. La conception d’une passe à kayak s’en trouve simplifliée.

Sur ce type de seuil, le rappel est très rétentif et ne décale pas vers une berge.

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rso

déversoir perpendiculaire

ir e

né

ch

arp

e

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Aussi, pour éviter un marnage du bief amont trop important, l’absence de dispositif mobile, la solution technique consiste construire une chaussée la plus longue possible par rapport à largeur de la rivière. On arrive ainsi à des ouvrages en écharpe ou chevron, plus long que les ouvrages perpendiculaires.

Q=SxV = hxL x V

S

La surface est le produit de la largeur du déversoir par l’épaisseur de la lame d’eau.

Sur un barrage étroit de largeur l, la hauteur d’eau sera plus grande.

Sur un barrage long de largeur L, la hauteur d’eau sera plus petite.

Mais à débit égal, la surface sera la même : S = H x l et S = h x L (en considérant la vitesse constante) Ainsi, à surface égale S (une lame d’eau h sera moins épaisse sur un déversoir très long), et une augmentation de débit se traduira par une augmentation de surface, mais une moindre augmentation de hauteur h si la largeur L est grande.

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Les différentes configurations topographiques d’un barrage Barrage en éc ar e Le déversoir n’est pas perpendiculaire à la direction des flux. Le déversoir oriente l’eau vers la partie aval où se situe en général le secteur usinier.

L’écoulement en pied de seuil peut être un rappel hélicoïdal, la sortie étant vers le coté aval.

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Sur la pointe amont du barrage en écharpe, les écoulements sont dirigés en berge ce qui peut provoquer des érosions. Afin d’éviter ce phénomène, trois solutions existent : • une crête du barrage non horizontale et plus haute côté amont. Il faudra tenir compte de ce paramètre pour s’assurer qu’une passe à kayak disposée dans cet angle soit toujours alimentée en eau, y compris à l’étiage.

• un léger retour en pointe. La passe à kayak peut être située dans cette pointe si elle est à proximité immédiate de la berge.

• mettre une passe à kayak le long de la berge.

Barrage en c e ron Le déversoir n’est pas perpendiculaire à la direction des flux mais est disposé en V, pointe vers l’amont. Le déversoir oriente l’eau amont vers les cotés et permet une double utilisation (une usine de chaque coté, une usine d’un coté, un canal de l’autre…).

Au droit du déversoir, les flux sont recentrés vers le milieu du cours d’eau ce qui évite l’érosion des berges.

Des rappels hélicoïdaux peuvent se former sur chaque branche du V, la sortie étant vers le côté aval.

L’écoulement central en pointe du V est souvent rectiligne avec vague pyramidale, mais le passage en embarcation est délicat (difficulté à visualiser la passe) voire dangereux si les deux branches du V rappellent.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

COMPRENDRE ET ANALYSER LES DEBITS AU DROIT D’UN BARRAGE

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Débit et débitance Le débit est un volume d’eau qui traverse une section transversale d’un cours d’eau par unité de temps. Les débits des cours d’eau sont exprimés en m3/s avec au minimum trois chiffres significatifs (ex: 1,92 m3/s, 19,2 m3/s, 192 m3/s) ou, pour les petits cours d’eau, en l/s (0,5 m3/s = 500 l/s). source hydrofrance Un barrage répartit le débit entrant vers ses différents composants.

Selon la configuration du barrage, une partie du débit entrant transite donc par la turbine, la passe à poisson, la passe à kayak, le déversoir de crue, les dispositifs de régulation du débit...

L’augmentation de la cote du bief a potentiellement un impact significatif sur les activités canoë-kayak. Les mouvements d’eau évoluent de sorte qu’un rappel peut apparaître à partir d’un certain débit. (Cf. prévoir l’évolution des mouvements d’eau en fonction de la topographie d’un barrage). Avec l’augmentation de la cote amont, la passe à kayak peut alors ne plus être fonctionnelle.

Q passe à kayak Q passe à poisson Q déversoir

Q tronçon court-circuité

Q entrant

La débitance

Q turbiné

Les composants d’un barrage ont un débit maximun qu’ils peuvent assimiler. On parle alors de débitance.

Q réservé > 1/10 du module (réglementairement, hors cas particuliers) Q turbinable = Q entrant - Q réservé

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Q tronçon court-circuité = Q entrant - Q turbiné

Prenons l’exemple d’un barrage équipé d’un déversoir et d’un clapet d’une débitance de 10 m3/s. Tant que le débit entrant est inférieur à la débitance du clapet, la cote du bief amont est régulée par l’abaissement du clapet. Au dela de 10 m3/s la cote en amont du déversoir augmente.

= Q passe à kayak + Q passe à poisson + Q déversoir

fig 1 : répartition du débit entrant sur un barrage

Comment accéder aux données relatives aux débits ?

Les pouvoirs publics ont installés des stations de mesures réparties sur le réseau hydrographique.

Ils mettent à disposition des usagers deux systèmes d’informations permettant d’accéder à ces données : • •

Le site Internet Vigicrue permet de consulter les débits des cours d’eau en temps réel.

Le site Internet Hydrofrance permet d’accéder aux données enregistrées sur de longues périodes d’observations.

Cf. Partie outils pratiques

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Le module Le module est la moyenne des débits annuels sur une période d’observations suffisament longue pour être représentative des débits mesurés ou reconstitués. On parle également de «débit moyen interannuel».

Pour être représentatif réglementairement, le module est évalué à partir des informations disponibles portant sur une période minimale de cinq années.

fig. 2 : le module mesuré sur cette station est de 38.20 m3/s. Il a été calculé sur une période d’observation de 53 ans

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Le module est utilisé pour définir le débit réservé (article L. 214-18 du code de l’environnement).

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Débit réservé / débit turbinable / débit turbiné Débit réservé

Débit turbinable

La réglementation impose au pétitionnaire d’un barrage à maintenir un débit minimun à l’aval immédiat du barrage. On parle alors de débit réservé.

Cela permet d’assurer la continuité écologique sur les tronçons de cours d’eau courts circuités. Une évolution récente de la réglementation a fixé le débit réservé à un miminum de 1/10ème du module. Un barrage situé sur un cours d’eau ayant un module de 40 m3/s aura donc un débit réservé fixé à 4 m3/s.

Le débit turbinable est le débit potentiellement utilisable pour être turbiné. Sur les barrages n’ayant aucune capacité de stockage de l’eau, il s’agit du débit entrant auquel on enlève le débit réservé. Si le débit entrant est de 10 m3/s et que le débit réservé est fixé à 4 m3/s, le débit turbinable sera alors de 6 m3/s.

Sur les barrages ayant des capacités de stockage de l’eau, le réglement d’exploitation peut autoriser d’avoir un débit turbinable supérieur au débit entrant tout en respectant le débit réservé.

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Débit turbiné Le débit utilisé pour actionner une turbine est appelé débit turbiné.

Le débit turbiné dépend des caractéristiques de la turbine et du débit turbinable.

Certaines turbines fonctionnent sur un mode «tout ou rien». Ce type de turbine fonctionne à un débit déterminé. Si le débit n’est pas suffisant la turbine est arrêtée.

Certaines turbines fonctionnent de manière progressive sur des plages de débit déterminées (par exemple de 2 à 10 m3/s).

Par ailleurs, une usine hydraulique peut être équipée par plusieurs turbines avec des caractéristiques différentes.

Exemple : l’usine hydraulique du barrage Y est équipée par deux turbines. La turbine n°1 fonctionne sur un débit unique de 10 m3/s, la turbine n°2 fonctionne sur une plage de débit de 5 à 10 m3/s.

Si le débit turbinable est de 14 m3/s, le débit turbiné sera de 10 m3/s.

Si le débit turbinable est de 30 m3/s, le débit turbiné sera de 20 m3/s. fig. 3 : extrait d’un arrêté prefectoral portant réglement d’eau. Le débit réservé est précisé à l’article 3

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B la ise en ser ice ou l arr t d une turbine a des ré ercutions sur le débit du tron on court circuité et le débit à la restitution des eau es odi cations du débit eu ent entra ner des robl es de sécurité c a itre es dangers des barrages sur les acti ités canoë-kayak»).

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Débit moyens / débits classés Débits moyens Le débit moyen est la moyenne des débits mesurés sur une journée, un mois ou une année. Il est difficile d’en déduire les variations de débits qui interviennent. Certains cours d’eau ont un débit stable alors que d’autres ont des débits très variables.

Le débit moyen ne nous permet pas de réaliser des prévisions fiables des débits possibles sur les périodes de fréquentation d’un cours d’eau.

Débits classés Les débits classés permettent de déterminer les fréquences de non dépassement d’un niveau de débit. Ils sont calculés sur des périodes d’observations suffisament longues pour obtenir des données statistiques fiables.

La fréquence de non dépassement d’un niveau de débit peut être exprimée en nombre de jours ou en pourcentage.

Exemple 1 : pour le mois de juillet 10 jours par mois le débit est inférieur à 6,87 m3/s (voir fig 5).

JOURS

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Débit

4,51

5,69

6,70

7,49

8,48

9,71

11,32

13,55

16,94

62,50

fig 4 : tableau débits classés du moi de juillet au droit du barrage de Jarménil-Pouxeux (88) calculés à partir des débits journaliers mesurés aux stations de mesures de la rivière Moselle à Saint-Nabord et de la rivière Vologne à Cheniménil sur la période 1990 à 1999.

Les débits classés annuels mesurés sur une station sont consultables sur le site Hydrofrance dans la fiche de synthèse de la station de mesure. (Cf. Les données sur les débits avec Hydro France et Vigicrue).

Les débits classés mensuels doivent être calculés à partir des débits moyens journaliers mesurés ou calculés sur une période d’au moins 10 années.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Exemple 2 : (voir fig. 4) pour le mois de juillet, le débit est : • inférieur à 5,69 m3/s pendant 20% du temps, • inférieur à 16,94 m3/s pendant 90% du temps.

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Débit médian Débit médian Le débit médian correspond au débit classé sur la moitié du temps de la période de référence. Statistiquement, le débit médian n’est donc pas dépassé un jour sur deux.

Exemple : Pour le mois de juillet, le débit médian est de 8,48 m3/s (voir fig. 4 et fig.5) 70

Débit (m3/s) 60

Au mois de juillet, le débit est inférieur à 8,47 m3/s la moitié du temps.

Il s’agit du débit médian.

50

Au mois de juillet, le débit est inférieur à 6,87 m3/s sur 10 journées

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

40

30

20

8,48 6,87

10

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

10 jours/mois

12

13

14

15

16

50% du mois

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

fig 5 : débits classés du mois de juillet au droit du barrage de Jarménil-Pouxeux (88) calculés à partir des débits journaliers mesurés aux stations de mesures de la rivière Moselle à saint-Nabord-et28de- la rivière Vologne à Cheniménil sur la période 1990 à 1999.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

SÉCURITE DE L’ACTIVITÉ CANOË-KAYAK À PROXIMITÉ DES OUVRAGES

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Les dangers des barrages sur les activités canoë-kayak A/ Rappels, siphons, coincements Rappel : Le phénomène de rappel est un mouvement d’eau qui bloque un individu à l’aval immédiat d’un barrage.

De plus certains rappels sont peu visibles depuis l’amont car pour un pagayeur dont le regard se situe à moins d’un mettre au dessus de l’eau, la ligne d’horizon se confond (voir photos ci-dessous).

Par ailleurs, le risque d’accident lié à un rappel ne concerne pas uniquement le franchissement de l’ouvrage. L’accidentologie montre A certains débits, l’eau qui sur verse par-dessus l’ouvrage tourne en qu’il est possible d’être ramené vers la zone de rappel depuis l’aval rond au pied de l’ouvrage et se mélange avec l’air. Ce courant circulaire de l’ouvrage. En effet, sur certains barrages la zone de rappel peut renvoie systématiquement un individu vers le pied de chute. Les capacités atteindre plusieurs dizaines de mètres et les contres courant amènent d’extraction de ces mouvements pour un nageur ou un pagayeur sont rapidement vers la zone de rappel. fortement altérées par : • une diminution de la densité de l’eau du fait de son mélange avec La présence d’objets flottants bloqués au pied de l’ouvrage constitue un bon signe indicateur de la présence du phénomène de rappel l’air, • la violence des mouvements d’eau qui s’entrechoquent et qui (voir photo ci-dessous). pérturbent l’orientation et peuvent blesser.

L

V

V'

h hauteur de chûte V''

h'

hauteur de rouleau

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

h''

lame d'évacuation

champignon

Exemple de barrage à rappel

RAPPEL

bassin amont

obstacle

Présence de flottants au pied de l’ouvrage

crête du barrage

bassin de réception

fig 6 : schéma de principe du phénomène de rappel

Nul besoin d’une hauteur de chute importante pour voir apparaître ce phénomène. Une rupture inférieure à un mètre suffit.

Le rappel est d’autant plus dangereux qu’il est peu connu et n’impressionne pas des personnes néophytes.

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Vue amont depuis l’eau du seuil de Yenne : la crêtre du barrage se confond avec le bief aval

Vue aval du seuil de Yenne : le rappel situé à l’aval n’était pas visible depuis l’amont.

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siphon

fig 7 : Schéma de principe du siphon

B

ariation brus ue et i

ré isible du débit

Lorsqu’une centrale hydroéléctrique se met en fonction ou lorsqu’elle s’arrête, le débit de la rivière s’en trouve modifié ce qui n’est pas sans conséquences pour la sécurité de nos pratiques. Ces modifications du débit sont difficilement prévisibles. Ce risque est généralement indiqué par la présence d’une signalétique avertissant de ce danger (circulaire de 1999).

Par ailleurs une restitution des eaux peut entraîner un jet d’eau puissant. Cette masse d’eau qui arrive presque instantanément présente un danger pour un pratiquant se trouvant dans la zone de restitution. Une signalétique adaptée permet d’avertir les pratiquants d’un danger.

fig 8 : Mouvements d’eau générés à l’amont d’un siphon. L’aspiration est bien visible.

Coincements : Les barrages peuvent présenter des risques de coincements pour les pratiquants. Ce risque peut résulter de la présence de branchages bloqués par le barrage. Des anciens barrages qui ne sont plus o orte ents des rati uants entretenus peuvent laisser apparaître des éléments de la structure tel que des pieux métaliques susceptibles de coincer des embarcations.

Pour des pratiquants néophytes, le danger n’est pas toujours là où ils Les seuils en enrochement sont également susceptibles de coincer une le pensent. Aussi certains pratiquants sont succeptibles de prendre des embarcation lors du franchissement. risques inconsidérés en raison de leur méconnaissance du milieu. En ce qui concerne les barrages, celui qui impressionne le plus n’est pas nécessairement le plus dangereux.

Certains pratiquants n’identifiant pas les risques peuvent être tentés par le franchissement intempestif d’un barrage. Ce comportement est amplifié par les difficultés liées au contournement d’un barrage et par la répartition des portages. Certains parcours comptent de nombreux barrages et le portage des embarcations peut être long avec du matériel lourd.

Un aménagement adapté pour le franchissement ou le contournement diminue fortement le risque de franchissement intempestif.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Siphon : Un siphon laisse passer l’eau par le fond. Cela crée une aspiration par l’amont susceptible de coincer sous l’eau un individu.

La présence de flottants bloqués à l’amont d’une vanne levante est un bon indicateur de ce phénomène.

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Prévoir l’évolution des mouvements d’eau en fonction de la topographie d’un barrage

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Barrage en c e ron, barrage en éc ar e et d’eau :

ou e ents

Sur les barrages en chevron et en écharpe, le fait que l’ouvrage soit en biais par rapport à l’axe du cours d’eau induit des conséquences sur la direction des flux : • A faible niveau d’eau : - les débits sont globalement dirigés vers la pointe aval (barrage en écharpe) ou les pointes aval (barrage en chevron) mais la direction des flux reste globalement parallèle à l’axe du cours d’eau - sur le déversoir, les flux changent brutalement de direction et sont perpendiculaire à l’ouvrage - à l’aval du déversoir, les flux se réorientent dans l’axe du cours d’eau. En pied de déversoir, on peut avoir un mouvement de rappel hélicoïdal.

• A très fort niveau d’eau, lorsque le seuil est recouvert d’une lame d’eau épaisse et que l’énergie cinétique du cours d’eau est élevée, le seuil perd de son influence sur la direction des flux qui demeurent dans l’axe du cours d’eau.

Q faible

Q moyen

Q fort

B e e ariation de direction des u est i ortante dans le c oi d un dis ositi de ranc isse ent i l ob ecti est de ou oir utiliser la asse à a a sur une large ga e de débit, alors il con iendra de trou er un e lace ent a ec la lus aible ariation de direction des u La conception de la passe devra prévoir ces contraintes mécaniques : il faudra prévoir des murets latéraux résistants et suffisamment élevés pour résister à des courants latéraux lors des forts niveaux d’eau. Dans certains cas, les dispositifs mobiles ne pourront pas résister aux forces, risqueront la rupture voire rompront leurs ancrages.

B

aractéristi ues d un seuil et

ou e ents d eau

Quatre paramètres permettent de caractériser le seuil au regard de l’usage canoë-kayak.

• La masse d’eau qui surverse : avec la hauteur, ce paramètre détermine l’énergie de l’eau en pied d’ouvrage.

• La hauteur de chute : l’ouvrage ne sera franchissable que si le matelas d’eau dans le bassin de réception est assez épais ; il convient donc de s’intéresser à la présence d’une fosse ou d’un radier.

• La profondeur de la zone de réception : une forte profondeur peut générer un rappel. Afin de mieux dissiper l’énergie hydraulique et éviter des phénomènes d’érosion à l’aval, il arrive que les concepteurs favorisent l’apparition d’un rappel en créant une auge de réception, en disposant une longrine parallèle au barrage (schéma). Inversement, certaines fosses sont comblées avec des enrochements de granulométrie proportionnelle à l’énergie du barrage, et la profondeur est faible.

• La pente : une pente forte crée un jet profond ou percutant le radier, une pente faible favorise un écoulement horizontal à l’aval.

En croisant ces paramètres, on décrit le fonctionnement d’un ouvrage (voir tableau)

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Faible

PENTE

Faible

PROFONDEUR

Faible

Fort

Fort

Faible

DÉBIT

Faible

Peu de risque de rappel, mais la lame d’eau peut être insuffisante pour le franchissement.

Fort

Peu de risque de rappel, possibilité de vagues à l’aval.

Faible

Possibilité de rappel en particulier si la masse d’eau aval est inerte.

Fort

Peu de risque de rappel, possibilité de vagues à l’aval.

Faible

Peu de risque de rappel, mais la lame d’eau peut être insuffisante pour le franchissement.

Fort Fort

Peu de risque de rappel, ondulation en surface.

Faible

Possibilité de rappel très court et profond.

Fort Fort

Faible

Faible

Possibilité de ressaut hydraulique.

Faible

Peu de risque de rappel, mais la lame d’eau peut être insuffisante surtout en partie aval du déversoir.

Fort Fort

Possibilité de ressaut hydraulique.

Faible

Peu de risque de rappel.

Fort Fort

Faible

Risque de rappel long.

Faible

Matelas d’eau pas assez épais pour sauter l’ouvrage.

Fort Fort

EFFET ATTENDU

Matelas d’eau pas assez épais pour sauter l’ouvrage.

Faible

Possibilité de franchissement.

Fort

Possibilité de rappel court et profond.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

HAUTEUR

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Les dispositifs de sécurisation rilles de rotection et barrages o ants

es dro es et barrages o ants

Pour protéger l’entrée d’un ouvrage d’amenée, il peut être installé un barrage flottant ou ponton flottant sur les ouvrages de grande ampleur.

Plus la grille est inclinée, mieux elle remontera les flottants vers la Ces équipements peuvent également servir à éviter l’obstruction de surface. Une inclinaison inférieure à 45° par rapport à l’horizontal favorise l’ouvrage d’amenée par des embacles et flottants. Ces dispositifs sont la remontée à la surface et donc la sécurité d’une personne tombée à intérressant pour limiter les erreur de visées à l’entrée des passes à l’eau. Cette inclinaison permet de limiter les risque de placage contre canoë ou pour protéger une zone de débarquement. la grille en raison du courant. es grilles de rotection des ou rages

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

L’espacement des barreaux doit éviter les coincements des membres.

Cependant, une grille trop fine peut provoquer une charge* déduite de la hauteur turbinée (donc perte de puissance et de rendement de la turbine).

*

voir lexique p.41

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ignaléti ue et signalisation

a signaléti ue canoë de la Dans le but d’harmoniser l’existance de différents pannotages à destination des pratiquants du canoë-kayak, la FFCK a créé une signalétique reconnue au niveau national. Cette signalétique a été conçue pour être facilement compréhensible par le grand public. La signalétique canoë de la FFCK poursuit deux objectifs : sécuriser la navigation et informer le public des possibilités de pratique du canoë sur un territoire.

a signalisation régle entaire A l’image du code de la route, il existe une réglementation spécifique à la navigation sur les voies d’eau qui s’applique sur les cours d’eau domaniaux et non domaniaux. Il s’agit du règlement général de police de la navigation intérieure (RGP). Ce texte prévoit notamment une signalisation réglementaire très codifiée qui s’adresse principalement à la navigation de plaisance et commerciale, mais concerne potentiellement tout les usagers nautiques.

Ces panneaux sont difficillement compréhensibles par le grand public non titulaire d’un permis de navigation. De plus cette signalisation a pour l’essentiel été conçue pour la navigation motorisée, c’est pourquoi autant les pratiquants d’activité nautique que les autorités administratives en charge de la police de la navigation pensent que ces panneaux ne Les panneaux permettant de sécuriser la navigation à proximité des les concernent pas. barrages : Le gain pour la sécurité des kayakistes est limité. Cependant, l’ajout de L’accidentologie observée sur les barrages montre que la meilleure panonceaux explicatifs ou le doublement avec une signalétique canoë façon de sécuriser la pratique du canoë consiste à indiquer la solution de la FFCK permet d’améliorer la compréhension des indications et par de franchissement ou de contournement d’un barrage, aux pratiquants. voie de conséquence d’améliorer la sécurité des pratiquants.

C’est pourquoi la signalétique FFCK permet d’indiquer : Au delà des panneaux prévus par le RGP, la signalisation prévoit la • la présence d’un barrage possibilité d’installer des bouées ou lignes de bouées pour matérialiser • un arrêt obligatoire un chemin à suivre, une zone de danger ou une zone interdite.

• le chemin à suivre avec des flèches directrices • l’endroit où débarquer pour contourner l’ouvrage ou vérifier si la passe à canoë est fonctionnelle • l’endroit où franchir l’ouvrage lorsqu’il est équipé d’une passe à canoë.

Les panneaux à vocation touristiques : Les panneaux Relais Information Service (RIS) sont utilisés pour dispenser de multiples informations aux pratiquants. Ils peuvent donc être utilisés pour préciser les dangers et les comportements à respecter pour naviguer en toute sécurité.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

B

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énage ents our le ranc isse ent ou le contour- Le contournement se compose de trois éléments distincts : • une aire de débarquement située à l’amont de l’ouvrage, nement • Pour sécuriser la navigation à proximité des barrages, il est nécessaire • de prévoir une solution de franchissement et de contournement.

une aire de réembarquement située à l’aval de l’ouvrage, un chemin de portage reliant ces deux aires.

Pour être efficace, cette solution doit : • être facilement détectable par les usagers (cf partie précédente sur la signalétique canoë de la FFCK), • être adaptée au niveau technique et physique des pratiquants qui fréquentent le parcours, • être fonctionnelle aux débits de fréquentation du parcours.

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

e ranc isse ent des ou rages

es ublications tec ni ues de la our la conce tion de solutions de ranc isse ent ou de contourne ent d ou rages

L’installation d’une passe à canoë sur un barrage infranchissable permet d’améliorer la sécurité des pratiquants. Cette solution permet d’éviter La FFCK a réalisé des publications techniques qui s’adressent : aux pratiquants le portage de leur embarcation. En effet les portages • à ses représentants chargés de vérifier si les dispositifs sont sont souvent pénibles compte tenu du poids des embarcations qui conformes aux exigences de sécurité, peut être important. L’accidentologie montre que les portages à répéti• aux bureaux d’études chargés de la conception d’un dispositif de tions sur des parcours nautiques incitent les pratiquants à prendre des franchissement, risques en décidant de franchir un ouvrage.

• aux services de l’Etat chargés d’autoriser la réalisation de travaux en rivière, e contourne ent des ou rages • aux services de l’Etat chargés de la pratique des activités physiques et sportives.

Pour plusieurs raisons, le franchissement d’un barrage peut s’avérer impossible : S’il est difficile d’établir des normes précises • l’absence de passe à canoë, en matière d’aménagements d’ouvrages, • une passe à canoë obstruée par des embacles ou des flottants, les cahiers techniques de la FFCK pro• un débit ne permettant pas à la passe à canoë d’être fonctionnelle. posent un recueil de conseils basés sur des expériences variées rencontrées sur le Lorsque le franchissement d’un ouvrage n’est pas possible, le contourterritoire national. Ils présentent notamnement reste alors l’unique solution. ment les différentes solutions techniques et leurs avantages et inconvénients.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

LES OUTILS PRATIQUES

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Référentiel des obstacles à l’écoulement (ROE) L’Office National de l’Eau et des Milieux Aquatiques (ONEMA) est chargée par le ministère en charge de l’environnement de la mise en oeuvre d’une base de données unique sur les ouvrages constituant un obstacle à l’écoulement de l’eau. Cette base de données permet d’attribuer à chaque ouvrage un code national unique.

Cet outil permet donc de partager les différentes informations dont disposent l’ensemble des acteurs concernés.

La FFCK gère une base de données sur les ouvrages en lien avec le ROE.

Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Pour connaître le numéro ROE d’un ouvrage, une cartographie est disponible sur Internet.

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Cadastre avec Géoportail Le site Internet Géoportail permet d’obtenir des informations utiles.

Les parcelles cadastrales peuvent être utilisée pour comprendre le schéma hydraulique d’un ouvrage notamment lorsque les cours d’eau sont peu visibles sur les photographies aériennes.

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Barrages, obstacles à la circulation sécurisée des canoës

Elles sont égAlement incontournables lorsqu’il s’agit de proposer une solution permettant de contourner à pied un ouvrage ou encore pour positionner un panneau de signalétique.

CAHIER TECHNIQUE DES ÉQUIPEMENTS CANOË-KAYAK

édération ran aise de anoë a a uai de la arne c org

ede