Retenue d'eau

Une retenue d’eau ou réservoir d'eau est une surface en eau lentique, d'origine anthropique, et, par extension, toute installation ou ouvrage permettant de stocker de l'eau captée dans le milieu naturel avant sa distribution dans un réseau. Les citernes, châteaux d'eau, bassins de rétention, bassins d'orage, plans d'eau, étangs, retenues collinaires, retenue de substitution et lacs de barrage sont des retenues d'eau.

Le bassin de Champagney est une retenue d'eau crée par un barrage en France et servent de tampon au canal de la Haute-Saône.

Les différents impacts potentiels de l’implantation d'une retenue ou d'un ensemble de retenues sont de trois ordres : quantitatifs (modifications de l'hydrologie et des débits des cours d’eau ainsi que du bilan hydrique pouvant amener une augmentation des sécheresses), qualitatifs (modifications hydromorphologiques, impacts physico‐chimiques et biologiques) et économiques et sociétaux (conflits d'usage, guerre de l'eau). Des pistes de solution existent néanmoins pour limiter leur impact, voire pour avoir une approche différente de la gestion quantitative et qualitative de la ressource en eau.

Histoire

La Santhebennur Pushkarini (en), retenue d'eau en pierre (pushkarini ou tank) du XVI^e siècle, Karnataka, Inde.

Exemple de trop-plein de réservoir captant l'eau de surface et la réoxygénant.

Depuis l'Antiquité, on a cherché à stocker l'eau, notamment pour l'irrigation, en construisant des barrages sur les cours d'eau. Ces retenues ont souvent aussi joué un rôle de vivier et depuis le XX^e siècle de nombreux grands réservoirs ont fait l'objet d'aménagement ou de gestion piscicoles (dont en zone tropicale). Cette activité connexe a parfois contribué à l'introduction et à la dispersion d'espèces envahissantes. Lors des vidanges de réservoirs des opérations de récupération du poisson sont parfois organisées.

Vers 3000 av. J.-C., les cratères de volcans éteints en Arabie étaient utilisés comme réservoirs par les agriculteurs pour l'irrigation.

Le climat sec et la rareté de l'eau en Inde (en) conduisirent au développement précoce de puits étagés (Bâoli) et de techniques de gestion des ressources en eau, compris la construction d'un réservoir à Girnar en 3000 av. J.-C.. Des lacs artificiels datant du V^e siècle ont été découverts dans la Grèce antique. Le lac artificiel Bhojsagar dans l'actuel État indien du Madhya Pradesh, construit au XI^e siècle, couvrait 650 km² de surface.

Le royaume de Koush inventa le Hafir, un type de réservoir, pendant la période méroïtique. 800 hafirs anciens et modernes sont enregistrés dans la ville méroïtique de Butana. Les Hafirs captent l'eau pendant la saison des pluies afin de s'assurer que l'eau est disponible pendant plusieurs mois pendant la saison sèche, pour fournir de l'eau potable, irriguer les champs et abreuver le bétail. Le Grand Réservoir près du Temple du Lion à Musawwarat es-Sufra est un hafir notable à Kush.

Au Sri Lanka, de grands réservoirs furent créés par les anciens rois cinghalais afin d'économiser l'eau pour l'irrigation. Le célèbre roi sri-lankais Parākramabāhu I du Sri Lanka déclara qu'il ne fallait laisser aucune goutte d'eau s'infiltrer dans l'océan sans qu'elle profite à l'humanité. Il créa le réservoir Parakrama Samudra (mer du roi Parakrama). De vastes réservoirs artificiels furent également construits par divers royaumes anciens du Bengale, de l'Assam et du Cambodge.

Typologie selon alimentation et usages

Au-delà de ces cinq principaux modes d'alimentation issus de l'expertise scientifique collective animée par l'Office français de la biodiversité, il est apparu, en décembre 2016, postérieurement à la parution du premier rapport, nécessaire de prendre en compte d’autres modes d'alimentation (drainage, eaux usées épurées, pompage en canal…). Ceci conduit à un panel de 23 catégories de retenues.

Typologie selon le mode de restitution au milieu aquatique

On peut notamment distinguer les retenues selon :

• La restitution ou non d’un débit minimum ;
• Le dispositif de restitution au milieu : vanne de fond, surverse, moine, tour de prise d’eau étagée ;
• La périodicité de la vidange totale ou son absence.

Certains équipements peuvent venir nuancer l'influence que peut avoir la retenue : zone de décantation à l’amont, bassin de tranquillisation à l’aval, dispositif d’oxygénation de l’eau restituée au milieu.

Typologie selon les usages

Consommation ou pas d'eau	Usages	Influence sur les cours d'eau ou milieux aquatiques
Ne consomment pas d’eau.	Usages de loisirs (attrait paysager, baignade, loisirs nautiques, pêche, mares de chasse) - pisciculture	Les apports en eau sont restitués tout au long de l'année mais leur qualité peut varier[réf. nécessaire].
Ne consomment pas d'eau à l’échelle annuelle mais influencent les débits.	Hydroélectricité	Le régime des débits des cours d'eau peut significativement être influencé par le stockage et le déstockage des flux entrants.
Consomment effectivement de l'eau.	Eau potable, irrigation, réalimentation / restitution, abreuvement du bétail, neige de culture.	L'eau n'est pas restituée directement au cours d'eau.

Grandes retenues

Les lacs de barrage sont alimentés par le ruissellement des eaux et la confluence de cours d'eau situés en amont. Ils peuvent être répartis selon le volume des eaux maintenues et donc selon la classe de taille du barrage qui retient les eaux, selon leur usage ou selon le type de construction du barrage.

Grands barrages

Le lac de Vouglans est une retenue d'eau crée par un barrage hydroélectrique en France.

Selon la commission internationale des grands barrages (CIGB), est considéré comme grand barrage tout barrage d’une hauteur supérieure à 15 mètres, des fondations les plus basses à la crête, ou tout barrage dont la hauteur est comprise entre 5 et 15 mètres et qui retient plus de 3 millions de mètres cubes d’eau.

Typologie selon les usages

Sur les 58 713 grands barrages enregistrés dans la base mondiale de la CIGB en avril 2020, une ou plusieurs fonctions ont pu être affectées à 39 110 d’entre eux. 49 % avaient une fonction unique, 17,6 % étaient des barrages polyvalents. Les barrages avec une fonction unique se décomposaient comme suit :

• Irrigation (13 580 ouvrages) - 49,7 %
• Hydroélectricité (6 115) - 22,4 %
• Approvisionnement en eau (3 376) - 12,4 %
• Contrôle des crues (2 539) - 9,3 %
• Loisirs (1 361) - 5 %
• Pisciculture/navigation/stériles (241) - 0,9 %
• Navigation (96) - 0,4 %

Typologie selon le mode de construction du barrage

Le type d'ouvrage le plus répandu dans le monde entier est le barrage en terre ou en enrochements à noyau en terre, qui représentaient 78 p. 100 des grands barrages recensés en 2020. Leur champ d'application est immense, car ils s'adaptent facilement à l'utilisation des matériaux et des moyens locaux, ainsi qu'à une grande diversité de fondations. C'est le type d'ouvrages le plus ancien et on en trouve des traces dans les civilisations les plus reculées.

Grands lacs de barrage

Les cinq plus grandes retenues d'eau de types lacs de barrage, en termes de superficie, sont les suivantes :

	Nom	Pays	Superficie (km²)	Volume (millions de m³)	Cours d'eau	Mise en service
1	Lac Volta	Ghana	8 482	153 000	Volta	1966
2	Réservoir de Kouïbychev	Russie	6 450	58 000	Volga	1955
3	Réservoir Smallwood	Canada	5 698	28 500	Fleuve Churchill	1971
4	Lac Kariba	Zimbabwe Zambie	5 580	180 600	Zambèze	1959
5	Réservoir Boukhtarmal	Kazakhstan	5 490	49 800	Irtych	1959

Les cinq plus grandes retenues en termes de volumes sont les suivantes :

	Nom	Pays	Superficie (km²)	Volume (millions de m³)	Cours d'eau	Mise en service
1	Lac Kariba	Zimbabwe Zambie	5 580	180 600	Zambèze	1959
2	Réservoir de Bratsk	Russie	5 426	169 270	Angara	1960
3	Lac Nasser	Égypte Soudan	5 248	165 000	Nil	1964
4	Lac Volta	Ghana	8 482	153 000	Volta	1966
5	Réservoir Manicouagan	Canada	1 942	141 852	Rivière Manicouagan	1970

Moyennes et petites retenues

Il existe une grande variété des types de moyennes et petites retenues. Si on extrait les citernes, châteaux d'eau et autres bassins, les retenues collinaires et les réserves de substitution sont les principales, selon le « rapport préliminaire en vue de l'expertise collective sur l'impact cumulé des retenues », publié par l’IRSTEA et lONEMA en décembre 2015.

Type de retenue	Source d'alimentation	Période d'alimentation
Retenue de substitution	Cours d'eau ou nappe alluviale	Hors période d'étiage
	Pompage dans une nappe
Retenue collinaire	Eaux de ruissellement uniquement	Toute l'année

Cadre législatif et réglementaire

Réglementation liée à l'environnement

Le cadre législatif environnemental des retenues s’inscrit dans celui plus général de l’eau et est supra-national. En Europe, la Directive-cadre sur l'eau, adoptée le 23 octobre 2000, constitue la pièce législative centrale dans laquelle sont regroupées les principales obligations concernant la gestion de l’eau de l’Union européenne. Elle marque une évolution conceptuelle importante des textes européens : le passage d’une approche orientée « usages » à une approche axée sur la préservation des milieux. L’objectif initial était d’atteindre, à l’horizon 2015, un bon état de toutes ces eaux, ce qui signifie un bon état écologique et un bon état chimique des eaux de surface, ainsi qu’un bon état qualitatif et quantitatif des eaux souterraines. Elle a ensuite été complétée par diverses autres directives et l'échéance de 2015 a été repoussée.

Ces directives européennes sont déclinées dans chaque État membre notamment au travers lois transposant les directives et de dispositifs réglementaires spécifiques. En France, la Directive-cadre a été transposée en 2004. Un nouveau cadre règlementaire pour la gestion de l'eau a ainsi été mis en place en 2021 pour prendre en compte les changements climatiques. Le décret du 23 juin 2021 sur la gestion quantitative de la ressource en eau vise à mieux organiser la gestion des crises liées à la sécheresse. Il renforce notamment le cadre des projets territoriaux de gestion de l’eau (PTGE), actuellement au nombre de 43 (100 prévus d'ici à 2027). Ces derniers incluent notamment les économies d'eau, les pratiques agricoles ou encore le stockage de l'eau dans des retenues.

Réglementation liée à la sécurité des retenues

Les retenues d’eau servent à retenir temporairement une quantité plus ou moins grande d’eau pour différents usages et accumulent donc des quantités importantes, voire considérables d’énergie. La libération fortuite de cette énergie par rupture soit du barrage pour un lac de barrage, soit de la digue périphérique ou de la paroi extérieure pour toute autre retenue, est une source de risques importants. Chaque pays définit une classification des ouvrages en fonction de l’importance des risques et des enjeux, qui impose certaiunes actions de surveillance ou d'auscultations périodiques pour chque classe.

En France, un décret de 2007 prévoyait quatre classes de barrages, de A (pour les ouvrages les plus importants) à D. Il est remplacé par un décret de 2015 qui prévoit désormais trois classes de barrages, de A (pour les ouvrages les plus importants) à C.

Au Canada, la loi sur la sécurité des barrages, modifiée en 2022, définit les obligations de maintenir les barrages dans un état de fonctionnement tel qu’ils ne soient pas susceptibles de compromettre la sécurité des personnes ou des biens. Elle différencie trois types de barrages : à faible, moyenne et forte contenance.

Impacts sur les ressources en eau et les milieux aquatiques

Les différents impacts potentiels de l’implantation d'une retenue ou d'un ensemble de retenues sont de trois ordres : quantitatifs (modifications de l'hydrologie et des débits des cours d’eau ainsi que du bilan hydrique pouvant amener une augmentation des sécheresses), qualitatifs (modifications hydromorphologiques, impacts physico‐chimiques et biologiques) et économiques et sociétaux (conflits d'usage, guerre de l'eau).

Impacts quantitatifs

Impacts sur l'hydrologie

De façon générale, le bilan hydrique d'une retenue est influencé par des flux en entrée (écoulements en entrée de la retenue, précipitations directes, apports par la nappe ou par fluxe de condensation) et en sortie (liées à des pertes par infiltration, par évaporation, des prélèvements dans la retenue ou des débits en sortie de la retenue).

L'étude de 2013 de L. Roger fait une synthèse des connaissances sur les retenues collinaires.

L’intensité des impacts est assez variable, d'une part sur un même bassin, en fonction des conditions climatiques de chaque année, les diminutions des débits étant systématiquement plus importantes les années sèches que les années humides, et d’autre part, d’un bassin à l’autre. La variabilité entre deux bassins peut s’expliquer par la différence d’équipement en retenues des bassins, leur situation dans le bassin, et/ou par leur utilisation.

Les retenues, dont la durée de vie est en général de plusieurs décennies, constituent des capacités de stockages conséquentes, et leur volume à l’échelle planétaire est du même ordre de grandeur que celles des grands barrages. Ainsi dans les régions où les projections climatiques conduisent à une augmentation des sécheresses, il faut s’attendre à ce que l’impact des retenues existantes sur l'hydrologie augmente.

Impacts sur le bilan hydrique

Pendant l'été 2026, qui connaît plusieurs épisodes de canicules, plusieurs mégabassines sont vides, notamment à cause de l'évaporation. C'est par exemple le cas de la méga-bassine de Sainte-Soline, qui perd 1 300 m3 d'eau en moyenne chaque jour.

Impacts qualitatifs

Impacts hydromorphologiques

La présence de barrages de toutes tailles au sein d'un bassin versant perturbe le mouvement des sédiments, dénommé transport solide, par piégeage dans des réservoirs, réduisant ainsi le flux total de sédiments à l’exutoire d’un bassin. Le volume total des sédiments déposés dans un réservoir dépend de l'érosion brute en amont du bassin, de la proportion de sédiments arrivant au réservoir et des caractéristiques de sédimentation des sédiments à l'intérieur du réservoir.

Dans la mesure où les retenues modifient les débits liquides et stockent des sédiments, il est logique qu’elles modifient le fonctionnement morphologique des tronçons fluviaux situés en aval. Selon les scénarios liés au volume de sédiments stockés et aux débits, les impacts consisteront en une incision du chenal aval, la sédimentation latérale contribuant à la construction de nouvelles terrasses dont l’altitude est inférieure aux précédentes, réduisant ainsi la largeur du chenal.

Aux États-Unis, l’effet cumulé des millions de petites retenues artificielles, ainsi que des dizaines de milliers de grands barrages installés sur les petits et grands cours d’eau, a profondément modifié le paysage hydrologique du pays ainsi que les conditions de transport de sédiments. Cette altération n’a fait que s’accroître sur la période 1950-2000. Ainsi, les réservoirs ont continué à piéger les sédiments, bien que certains aient vu leur capacité de stockage se réduire par sédimentation.

En France, une étude a été réalisée en 2000 sur l’envasement des retenues sur l'ensemble du département de la Haute-Garonne afin de préconiser des solutions touchant la gestion des retenues collinaires en les intégrant dans le bassin versant concerné. Près de 70 % des 240 retenues inventoriées présentaient des problèmes d’envasement et il est apparu qu'à l'origine, les aménageurs n'avaient pas prévu cet envasement des ouvrages, ni dans la conception (absence de bassin de décantation, développement des cultures de printemps qui favorisent l’érosion en climat à orages de printemps), ni dans le choix du site (en aval des zones à risque d'érosion).

Impacts physico-chimiques

La « qualité physico-chimique » d’une eau est une notion associée à la gestion environnementale des milieux aquatiques. Elle exprime les effets attendus de sa composition sur les divers usages de l’eau et le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Elle intervient en particulier dans l’évaluation de l’état écologique d’une masse d’eau de la Directive-cadre sur l'eau. Elle s’apprécie à travers un ensemble de paramètres physiques et chimiques divers (température, pH, turbidité, concentrations dissoutes et particulaires, minérales et organiques, macro ou micropolluants, etc.), plus ou moins interdépendants et comparés à des normes environnementales basées sur des exigences relatives aux usages ou des connaissances sur la réponse des écosystèmes aquatiques.

Un grand nombre de lacs dans le monde présentent une stratification thermique. La plupart des grands lacs, mais aussi des lacs de taille moyenne et des petits lacs, n’ont pas de recirculation suffisante pour permettre une homogénéisation de la colonne d’eau. Cette stratification permanente a un impact décisif sur la distribution des éléments dissous comme les nutriments et l’oxygène détermine donc la dynamique de la biocénose dans le lac.

Le fonctionnement de chaque retenue vis-à-vis des variables physico-chimiques dépend des caractéristiques des flux entrants. C’est par exemple le cas de la dénitrification qui dépend de la charge en nitrate dans l’eau d’alimentation. Or ces flux entrants peuvent être déjà influencés par le passage dans d’autres retenues.

Impacts économiques et sociétaux

Impacts sur les pratiques agricoles

Les effets indirects des retenues, en particulier, sur l’évolution de l’occupation des sols et des pratiques agricoles ne sont généralement pas pris en compte dans les études. Or ces effets peuvent être non négligeables et sources de conflits. Ainsi, l’irrigation se traduit généralement par une intensification des cultures qui peut alors potentiellement consommer plus d’eau pluviale et réduire ainsi la part des écoulements. A l’inverse, l’irrigation peut générer des pertes qui peuvent contribuer aux débits des sous-bassins. L’impact de la modification de l’occupation des sols varie donc certainement selon les bassins en fonction des pratiques et de l’occupation des sols avant et après la création des retenues.

Conflits d'usage

En France, pour compléter les SDAGE, outils d'analyse globale de la gestion de l'eau à l'échelon des grands bassins, et les SAGE, lorsqu'ils existent, qui permettent sur la base des grandes orientations du SDAGE de construire un programme global cohérent à l'échelle du bassin concerné et de coordonner cette mise en œuvre, les projets de territoires ont été créés en 2015 pour anticiper ces conflits d'usage. Le nombre de projets qui a pu aboutir est, en 2018, année de publication du rapport du préfet Bisch, relativement faible. L’un des principaux sujets de discorde sur le territoire tient aux critères qui permettent d’évaluer la ressource disponible et en particulier à la question de l'historique des 15 ans qui donne des références basées sur des pratiques anciennes et parfois moins documentées, et décalées par rapport aux évolutions liées au changement climatique.

Guerre de l'eau

A un échelon plus global, dépassant la question locale des retenues, l'eau peut devenir un enjeu géopolitique, les États cherchant à contrôler les ressources hydriques, ce qui entraîne des tensions internationales pouvant déclencher des « guerres de l'eau ». C'est le cas par exemple au Moyen-Orient où Israël et ses voisins, Syrie et Jordanie, se disputent les eaux du Jourdain (qui prend sa source au Liban), du Golan et des nappes aquifères profondes, ou de la Turquie, la Syrie et l'Irak qui se partagent l'eau d'un même fleuve, l'Euphrate. Des conflits similaires existent en Asie, en Afrique et en Amérique.

Risques liés aux retenues

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Retenue d'eau en France
• Barrage

Bibliographie

• Rapport préliminaire en vue de l’expertise collective sur l’impact cumulé des retenues., Paris, IRSTEA & ONEMA, décembre 2015, 125 p. (lire en ligne [PDF])
• Pierre-Étienne Bisch, Cellule d'expertise relative à la gestion quantitative de l'eau pour faire face aux épisodes de sécheresse., CGEDD & CGAAER, mai 2018, 247 p. (lire en ligne [PDF])
• Syndicat interdépartemental de gestion de l’Alagnon et ses affluents, Les retenues d’eau comme solution d’adaptation au changement climatique ? - Synthèse bibliographique et retours d’expériences., décembre 2020, 39 p. (lire en ligne [PDF])