Etude Hydraulique Tome 1

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique2 Données de base2.1 IntroductionLes données de base utilisées pour le présent projet sont multiples, proviennent de différentes sourcessous différents formats et couvrent plusieurs domaines. Leur présentation détaillée dépasse le cadre dece rapport.Dans la suite, seul un résumé des données les plus importantes, nécessaires pour la bonnecompréhension de ce rapport, est présenté. De plus amples détails peuvent être obtenus en consultantles références mentionnées à la fin du rapport.2.2 Zone sous étudeLa zone sous étude s’étend de la station de mesure (OFEG) au Bout du Monde dans l’Arve et en avaldu barrage du Seujet sur le Rhône en amont de Genève jusqu’au barrage de Chancy­Pougny sur leRhône en aval de Genève. Elle est illustrée à la Figure 1. Pour les modélisations, cette zone estdivisée en plusieurs tronçons :1. Tronçon Seujet – Jonction (Rhône)2. Tronçon Bout du Monde – Jonction (Arve)3. Tronçon Jonction – Verbois (Rhône)4. Tronçon Verbois­ Chancy­Pougny (Rhône)Dans un premier temps, l’étude s’est focalisée sur les tronçons 1 à 3, i.e. du Bout du Monde jusqu’àVerbois. Suite à l’analyse des résultats de ces tronçons, le tronçon 4 a également été calculé.Figure 1: Zone sous étude et division en 4 tronçons.­ 5 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique2.3 BathymétriePour chaque tronçon, des données bathymétriques et topographiques ont été récoltées et analysées.Un bref aperçu est donné ci­après.2.3.1 Tronçon 1 : Seujet ­ JonctionSur ce tronçon, relativement peu de données topographiques sont disponibles. Les sections àdisposition sont illustrées à la Figure 2 et datent d’avril 2002. Les changements morphologiques sur cetronçon sont considérés insignifiants, de par le faible transport sédimentaire provenant du Lac Léman.2.3.2 Tronçon 2 : Bout du Monde ­ JonctionFigure 2 Tronçon 1 : sections à travers.Figure 3 Tronçon 2 : sections à travers.­ 6 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique2.3.4 Tronçon 4 : Verbois – Chancy­PougnyLe dernier tronçon s’étend du barrage de Verbois au barrage de Chancy­Pougny. Ce tronçon a étérelativement bien décrit dans le passé, de par des sections relevées par le bureau de géomètres J.J.Duret, Genève, jusqu’en 2000 et par le bureau GEOS en 2002. Les sections correspondantes ont éténumérotées de 0 à 21 et couvrent la zone du Rhône sous influence de la courbe de remous du barragede Chancy­Pougny. Elles sont indiquées en rouge à la Figure 5.La zone en amont de cette courbe de remous, depuis le barrage de Verbois jusqu’au km 19.04, estmoins bien décrite. Des relevés existent néanmoins pour les années 1990 et 2000, basé sur desrapports du CNR [2001/2003]. Les sections à travers utilisées par la CNR sont indiquées en noir avecune numérotation correspondant au kilométrage de la retenue.Pour faciliter la compréhension des profiles à disposition, la numérotation appliquée pour la présentemodélisation utilise les bornes kilométriques utilisées par la CNR et non pas la numérotation du bureaude géomètres.Figure 5 Tronçon 4 : Sections à traversA part ces profils à travers, une bathymétrie 3D complète a été relevée par les SIG en 2003. Celle­ci aété utilisée comme topographie de référence pour les calculs numériques.2.4 HydrologieL’hydrologie du site est définie premièrement par le bassin versant alpin de l’Arve. Ce bassin a unesurface totale d’environ 2'000 km 2 à la Jonction et s’étend jusqu’au massif du Mont­Blanc (6 % deglaciers). Il est caractérisé par de fortes crues en été et des débits de base élevés lors de la fonte desneiges au printemps. La fréquence et la pointe des crues de l’Arve figurent au Tableau 1.­ 8 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueTemps de retour Q Arve Q Jonction Q Chancy­Pougny[ans] [m 3 /s] [m 3 /s] [m 3 /s]Moyenne annuelle 79 337 3401 400 850 8505 620 1’000 1’10010 700 1’050 1’200100 950 1’250 1’5001000 1’200 1’450 1’900déluge 1’800 2’100 2’400Tableau 1 : Débits de pointe de l’Arve et du RhôneA cela se rajoute les débits turbinés au barrage de Seujet et/ou des crues provenant du Lac Léman.L’exploitation de l’usine du Seujet est définie par les débits turbinables à Verbois et par la demandetemporaire en énergie locale. Ainsi, depuis 2003, une exploitation en double modulation a été installéeà Verbois et au Seujet. Celle­ci correspond à des débits plus élevés pendant les heures de pointe de laconsommation d’électricité de la région genevoise.Les crues provenant du Lac Léman sont limitées par les crues dans l’Arve : les niveaux d’eau élevés àla Jonction, générés par l’Arve en crue, empêchent des débits de sortie importants au Seujet. Ainsi,selon GEOS, la crue millénale à la Jonction (Arve + Rhône) serait de 1'450 m 3 /s plutôt que de 1'900m 3 /s, valeur admise par l’OFEG et par l’exploitant.En résumé, les crues à travers la retenue de Verbois sont constituées d’un débit naturel provenant del’Arve et d’un débit combiné naturel­modulaire provenant du Lac Léman. La plupart du temps, les cruesà Verbois sont dues à une crue sur l’Arve. Les combinaisons de débits les plus plausibles constituantles crues à Verbois sont données au Tableau 1.2.5 HydrauliqueLes données hydrauliques relèvent principalement de l’exploitation des usines du Seujet, de Verbois etde Chancy­pougny. Regroupées de l’aval vers l’amont, les données suivantes sont à disposition :2.5.1 Niveaux de la retenue de Chancy­PougnyLes niveaux appliqués à Chancy­Pougny ne sont disponibles que sous format papier. Une digitalisationde toutes ces valeurs n’était malheureusement pas possible pendant le présent projet. Ainsi, pour lescalculs de la retenue de Chancy­Pougny, les niveaux introduits dans le modèle numérique ont étédéfinis à l’aide de la consigne d’exploitation du Nant des Charmilles. Ceci fournit des valeurssuffisamment proches des valeurs réellement appliquées.2.5.2 Débits à Chancy­PougnyLes débits à Chancy­Pougny sont très semblables aux débits à Verbois. L’affluent principal entreVerbois et Chancy­Pougny est l’Allondon, avec un débit typique de quelques m 3 /s seulement. Sauf entemps de crue, l’Allondon peut générer des débits de quelques dizaines de m 3 /s.2.5.3 Niveaux de la retenue de VerboisLes niveaux d’eau appliqués au barrage de Verbois sont gérés par la consigne d’exploitation PK 8.2.Cette consigne figure à la Figure 6 et a pour objectif de maintenir un niveau d’eau stable de 369.10msm au point kilométrique km 8.2, situé en aval du Lac Léman (jusqu’à environ 1'200 m 3 /s). De ce fait,pour des débits très petits, le niveau au barrage est très proche de 369.10 msm. En augmentant cedébit, le niveau au barrage diminue progressivement pour atteindre un minimum de 367.70 msm en casde crue extrême.­ 9 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique371370.5370Altitude à Verbois [msm]369.5369368.5368369.10domaine d’exploitationconsigne actuelleconsigne actuelle367.70367.5ancienne consigne367366.53660 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000Débit à Verbois [m 3 /s]Figure 6 Consigne actuelle (PK 8.2) appliquée au barrage de Verbois2.5.4 Débits à VerboisLa retenue de Verbois est exploitée au fil de l’eau, i.e. sans stockage temporaire des eaux provenant del’Arve ou du Lac Léman. La présence du Lac Léman en tant que bassin de stockage évite ce stockagetemporaire des eaux dans la retenue même. Le débit équipé de Verbois est actuellement de 620 m 3 /s.Au­delà, les vannes de surface et/ou vannes de fond sont utilisées pour transférer les eauxexcédentaires en temps de crue.2.5.5 Niveaux d’eau à la JonctionLes niveaux d’eau horaires sont mesurés à la Jonction, au niveau du profil G57 dans le Rhône (Figure2) et du profil A0.196 dans l’Arve (Figure 3). Ainsi, l’ensemble des niveaux d’eau mesurés au barragede Verbois, au point PK 8.2 et à la Jonction permet de caler les modèles numériques au niveauhydraulique, i.e. la rugosité du fond et des berges.2.5.6 Débits au Bout du MondeLes débits de l’Arve sont mesurés à la station OFEG au Bout du Monde, avec un pas de temps 10 min.Depuis 1995, ces débits sont disponibles sous forme digitalisée.2.5.7 Débits mesurés au SeujetLes débits du Rhône sont mesurés au barrage de Seujet, avec un pas de temps 10 min. Depuis 1997,ces débits sont disponibles sous forme digitalisée. Avant la construction du barrage du Seujet, cesdébits étaient également quantifiés, mais seulement de manière approximative en utilisant les mesuresdu Bout du Monde sur l’Arve et les mesures à la station de Chancy­aux­Ripes sur le Rhône en aval.­ 10 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique2.5.8 Rugosité du fond et des bergesLa rugosité du fond et des berges dans les différents tronçons a été reprise des rapports d’étude àdisposition [CNR 2001]. Le Tableau 2 résume les valeurs Strickler issues de ces rapports.Tronçon Profils Valeur Strickler[­] [­] [m 1/3 /s]Seujet ­ Jonction G40 – G57 30Bout du Monde – Val d’Arve 30Val d’Arve ­ Roseraile 20­25Roseraile ­ Carouge 30­35Bout du Monde ­ JonctionCarouge ­ Reichlen 40Reichlen ­ Acacias 25­35Acacias – Ecole Médecine 23­25Ecole Médecine ­ Jonction 25­30R2 ­ R7 28­35Jonction ­ VerboisR8 – R14 30­35R15 – R34 3216.68 – 17.45 3817.45 – 18.04 37Verbois ­ Chancy­Pougny18.04 – 19.04 3519.04 – 19.84 3719.84 – 20.85 4020.85 – 23.76 35Tableau 2: Rugosité du fond et des berges des différents tronçons [CNR 2001].2.6 Transport solideLe transport solide dans la zone sous étude s’effectue principalement depuis l’Arve en amont de laJonction jusque dans la retenue de Verbois. Bien qu’une certaine concentration en sédiments puisseêtre présente dans les eaux turbinées au Seujet (dû à des conditions météorologiques particulières auLac Léman), l’influence de ces sédiments est considérée négligeable par rapport aux sédimentstransportés annuellement par l’Arve.Le transport solide provenant de l’Arve peut être décomposé en une partie de charriage et une partie ensuspension. Les matières en solution et les débris flottants ne sont pas considérés dans ce qui suit.La première partie concerne principalement des sédiments moyens à grossiers (d > 0.2 mm) qui sedéplacent proche du fond du cours d’eau par saltation et frottement le long du fond. La deuxième partieconcerne des particules fines (d < 0.2 mm) qui restent généralement en suspension dans l’eau. Lesprincipales caractéristiques de ces deux types de transports sont complètement différentes, nécessitantune approche séparée.Un bref résumé est donné ci­après des principales caractéristiques des modes de transport solideappliqués à la présente étude. Ce résumé s’appuie en grande partie sur des études antérieures [Peiry1988, GEOS 2000].2.6.1 Transport par charriageLe transport par charriage dans l’Arve est bien décrit dans les rapports d’études à disposition [GEOS2000, Peiry 1988]. Ce transport a été fortement influencé par l’extraction de graviers le long de l’Arve,en Suisse et en France. Ainsi, il y a un siècle environ, les quantités de matériaux charriés à Genève ont­ 11 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueété estimées à 150'000 m 3 /an. Des prélèvements en masse ont donc été effectués, avec des volumesprélevés de l’ordre de 80'000 m 3 /an entre 1896 et 1930, avec un maximum de 130'000 m 3 en 1933.Ensuite, le charriage annuel a diminué fortement et, en 1941, ferait entièrement défaut dans l’Arve.Les quantités de matériaux charriés à Genève dépendent fortement des opérations d’extractioneffectuées en France. Entre 1950 et 1985, environ 500'000 m 3 /an ont été prélevés dans tout le bassinversant. Aujourd’hui, les prélèvements semblent demeurer supérieures aux apports du bassin versant,résultant en un déficit global de matériaux graveleux estimé à 10 Mio. m 3 . Ceci conduit à constater quele charriage a pratiquement disparu dans la partie suisse de l’Arve, avec des volumes charriésannuellement de l’ordre de 60'000 m 3 .Malgré ce constat, il convient d’investiguer les influences potentielles de ce charriage « modeste » surles lignes d’eau et le risque d’inondation à Genève. La nécessité de ces investigations est appuyée parla Figure 7 et la Figure 8, qui illustrent l’évolution du fond de l’Arve à la Jonction depuis 1944 jusqu’en2004. Il s’avère indiscutablement que le fond se comble depuis 1988.2004(Source anciennes données: GEOS 1999)Figure 7 Evolution du fond de l’Arve depuis 1944 jusqu’à ce jour (source graphique : GEOS 2000 ; source valeurs2004 : OFEG)378376Entre Passerelle du Bois de la Bâtie et Jonction100 m en amont Jonction378376Passerelle du Bois de la Bâtie300 m en amont Jonction374374Elevation [msm]372370Elevation [msm]3723703683683663662004200419651965364­10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90364­60 ­40 ­20 0 20 40 60 80 100 120Distance [m]Distance [m]Figure 8 Evolution du fond de l’Arve en amont de la Jonction depuis 1965 jusqu’à ce jour (source donnéeshistoriques : SIG; source valeurs 2004 : OFEG)­ 12 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique2.6.2 Transport par suspensionLe transport par suspension constitue la majeure partie des matériaux transportés par l’Arve. Unemultitude de mesures de concentrations et de relevés bathymétriques existent depuis des années pourestimer les volumes annuels transportés. Ceux­ci sont estimés à 715'000 m 3 /an environ, soit un ordrede grandeur plus élevé que le charriage [GEOS 2000]. Les mesures bathymétriques avant et après lesvidanges indiquent qu’en moyenne 355'000 m 3 de ces matériaux sont déposés annuellement dans laretenue de Verbois, soit environ la moitié.Les prélèvements granulométriques de ces matériaux sont très inhomogènes, tant sur la méthode deprélèvement que sur les localisations. Malgré cela, un fuseau de diamètres peut être distingué à laFigure 9 pour l’Arve et à la Figure 10 pour les berges de la retenue de Verbois.Figure 9 Granulométries des dépôts sédimentaires dans l’ArveFigure 10Granulométries des dépôts sédimentaires le long des berges de la retenue de Verbois­ 13 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueAinsi, on remarque que les particules se déposant le long des berges de la retenue de Verbois ont desdiamètres entre 0.01 et 0.2 mm dans la partie aval de la retenue, correspondant principalement à deslimons sableux. Très peu de matériaux cohésifs ont été retrouvés et, par conséquent, la cohésiondevrait avoir un rôle négligeable dans la modélisation numérique des dépôts et de l’érosion desmatériaux. L’Arve en amont de la Jonction dépose principalement les sables, graviers et blocs. Entemps de crue, la retenue retient des diamètres de 0.2 mm à Verbois et de 0.7 mm à la Jonction.Les concentrations de matières en suspension (MES) dans l’Arve ont fait l’objet de beaucoup decampagnes de mesures très diverses. Parmi ces campagnes, on peut distinguer les mesures à lastation OFEG au Bout du Monde, effectuées deux fois par semaine. A cela se rajoute des mesuresponctuelles effectuées pendant les chasses ou les crues, comme dernièrement par les SIG durant lacrue du 4 juin 2005 (débit de l’Arve de 150 m 3 /s). Les résultats sont illustrés à la Figure 11.Figure 11Résumé des mesures de concentrations en MES dans l’Arve depuis 1965 jusqu’à ce jour.Peiry (1988) a étudié les valeurs mensuelles moyennes ainsi qu’instantanées de concentrationmesurées entre 1965 et 1988 par le Service Hydrologique National (SHN). La moyenne mensuelle sesitue entre 50 et 500 mg/l. Les valeurs instantanées vont jusqu’à 9 g/l et ont conduit à la « loi de Peiry »indiquée en bleu sur le graphique. Cette loi logarithmique est considérée comme représentant unebonne moyenne des concentrations, valable pour des simulations sur le long terme.Les données produites par la station OFEG au Bout du Monde entre 1992 et 2004 ont été découpléesen une partie estivale (Mai à Août) et une partie hivernale (Novembre à Avril). On peut constater ainsique les valeurs extrêmes de concentration apparaissent systématiquement en été. Ces valeurs OFEGconfirment la loi Peiry comme une « loi moyenne » et également conduisent à la définition d’une « loiexponentielle », qui exprime les pointes de concentrations pendant les crues mais qui a été limitée àdes concentrations maximum de 10 g/l pour des raisons de stabilité des calculs numériques.Sur la Figure 11, il est observé que les mesures ponctuelles des MES effectuée par les SIG pendant lacrue estivale du 4 juin 2005 suivent préférentiellement la loi exponentielle issues des valeurs OFEG.Finalement, la campagne de mesures effectuée par les SIG en juin 2005 a été comparée avec la loiexponentielle issues des valeurs OFEG. La Figure 12 montre les concentrations en MES mesurées àplusieurs endroits entre le Bout du Monde et le barrage de Verbois pendant la crue estivale du 4 juin2005. Avec 150 m 3 /s de débit, l’Arve a déposée seulement 4.5 % des MES entre le Bout du Monde et laJonction, 22.6 % entre la Jonction et le profil R14 (Loëx), 62.2 % entre le profil R14 et le profil R26­ 14 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique(Peney) et finalement environ 10 % à été déposé juste en amont du barrage de Verbois. La partie desMES transportée vers l’aval est quasi négligeable pour cet événement.Flux de sédiments [g/s]2.20E+062.00E+061.80E+061.60E+061.40E+061.20E+061.00E+068.00E+05Pont­SierneVessyJonctionLoëxPeneyprofil 57la plaineMES Loi PeiryMES Loi EXPDistribution adimensionnelle MESDébit Arve220200180160140Débit [m3/s]6.00E+054.00E+051202.00E+050.00E+001004.6.05 4:48 4.6.05 7:12 4.6.05 9:36 4.6.05 12:00 4.6.05 14:24 4.6.05 16:48 4.6.05 19:12 4.6.05 21:36 5.6.05 0:00Date & heureFigure 12MES mesurées lors de la crue du 4 juin 2005 et comparaison avec loi de Peiry etexponentielle.Une comparaison a été faite avec les valeurs MES calculées selon les lois de Peiry et exponentielle. Ils’avère que les MES mesurées se situent quelque part entre ces deux lois enveloppes. Unereprésentation adimensionnelle des valeurs MES calculées démontre que les lois théoriques exagèrentla quantité de MES au début de l’événement.Les valeurs mesurées sont donc plus élevées que celles définies par la loi de Peiry. Ceci ne veut pasdire pour autant que toutes les crues sont capables de générer de telles concentrations. Les valeursextrêmes ne peuvent pas être appliquées d’office sur de longues périodes. Les conditions de bordutilisées pour les calculs numériques montreront que ceci conduirait à des volumes annuels transportésbeaucoup trop importants. Néanmoins, pour des raisons de sécurité, certains calculs ont été effectuéesavec la loi exponentielle comme condition de bord amont dans l’Arve, afin de pouvoir analyserl’influence de la loi des concentrations sur le résultat final. Cela a notamment permis d’analyserl’influence de la loi des concentrations.2.7 Morphologie2.7.1 Retenue de VerboisL’évolution morphologique de la retenue de Verbois dépend de deux phases consécutives répétées surune base tri­annuelle :1. Période d’accumulation entre deux vidanges (durée normale de 3 ans)2. Vidange tri­annuelle de la retenue (durée normale environ une semaine)Les principales caractéristiques des vidanges ont été décrites de manière détaillée dans le rapport[GEOS 2000]. Un bref résumé est donné ci­après.Les volumes des dépôts accumulés entre deux vidanges consécutives diffèrent d’une période à l’autre.Ces volumes devraient dépendre notamment de l’occurrence d’événements de crue pendant la périodeen question, de la gestion de la crue à Verbois, notamment les niveaux d’eau appliqués au barrage et­ 15 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquefinalement également de la disponibilité de matériaux fins et le taux d’érosion sur le bassin versantamont. Le Tableau 3 résume les volumes pour les vidanges de 1987 à 2003.Tableau 3: Résumé des volumes de dépôts et de l’érosion locale maximale évacués lors des vidanges de 1987 à2003.Les volumes évacués pendant une vidange se situent entre 1.0 et 1.4 mio. m 3 . Les érosions les plusimportantes se font aux profils R11 à R32, c’est­à­dire dans la partie aval de la retenue. Autrement dit,les vidanges n’ont que très peu d’influence sur la partie amont de la retenue. La Figure 13 illustre lalocalisation des érosions les plus significatives.Les zones érodées les plus significatives se situent systématiquement à l’intérieur des courbes de laretenue. Ceci indique clairement la nécessité d’une modélisation numérique des effets 2D et 3D(écoulement secondaire) afin de pouvoir simuler les phénomènes en question de manière appropriée.Les volumes de dépôts accumulés entre deux vidanges sont résumés au Tableau 4. Ces volumes sesituent entre 0.98 et 1.37 mio. m 3 , c’est­à­dire du même ordre de grandeur que les volumes érodéspendant les vidanges. L’efficacité des vidanges est en moyenne de 89 %.Les hydrogrammes de crue observés pour chaque période tri­annuelle démontrent que ce ne sont pasles débits de pointe ni les débits moyens qui influencent les volumes déposés. En d’autres termes, c’estsurtout la disponibilité des matériaux fins sur le bassin versant qui joue un rôle prépondérant.­ 16 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 13Aperçu des principales zones érodées lors des vidanges.Tableau 4: Résumé des volumes de dépôts accumulés entre deux vidanges.La Figure 14 illustre que les principales zones de dépôts entre­vidanges se situent aux mêmes endroitsque les principales zones érodées lors des vidanges. Autrement dit, les vidanges semblent toutsimplement éroder les zones d’accumulation sur une base tri­annuelle et le volume d’eau de la retenuedevrait par conséquent rester plus ou moins stable sur le long terme.Or, ceci n’est que partiellement vrai. Ces 20­25 dernières années, le volume d’accumulation de laretenue est effectivement resté plus ou moins stable (­4 à ­5 % seulement), grâce notamment à uneoptimisation des opérations de vidange, tandis que depuis 1942, la retenue a quand même perduenviron 18 % de son volume initial.­ 17 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 14Aperçu des principales zones d’accumulation entre deux vidanges.Basé sur le rapport [GEOS 2000], il n’y a pas vraiment de concordance entre l’efficacité des vidanges etles volumes d’eau utilisés. Par exemple, la vidange de 1987 avait une durée et un volume totales d’eaudeux fois supérieures aux autres vidanges mais n’est pas parvenue à éroder des volumes de matériauxdéposés antérieurement à la vidange de 1984.Ces quelques constats permettent de tirer les conclusions suivantes sur le fonctionnementmorphologique actuel de la retenue de Verbois:1. Les dépôts de MES entre­vidanges se produisent dans la partie aval (à partir de R7) de laretenue, essentiellement à l’intérieur des courbes.2. Ces mêmes zones de dépôts sont érodées lors des vidanges tri­annuelles, qui atteignent unebonne efficacité.3. Les vidanges ne remettent que très peu en mouvement d’anciens dépôts de la retenue.4. La partie amont de la retenue (amont de R7) n’est quasiment pas influencée par les vidanges,et les dépôts y ont une granulométrie plus grossière, i.e. sables fins et moyens, voir grossiers.5. Un arrêt futur des vidanges ne modifierait pas en principe le fonctionnement morphologique dela partie amont de la retenue, partie plutôt gérée par le jeu des dépôts/érosions de sables finset graviers transportés par charriage.6. Le charriage ferait actuellement absent. Néanmoins, un rehaussement du fond à la Jonctionpeut être observé depuis 1988 jusqu’à ce jour.2.7.2 Retenue de Chancy­PougnyPour cette retenue, moins de données de base existent ou sont disponibles sous forme digitalisée. Lefonctionnement de la retenue de Chancy­Pougny est légèrement différent de celle de Verbois [CNR2001]. L’évolution morphologique dépend néanmoins des deux mêmes phases consécutives répétéessur une base tri­annuelle :1. Période d’accumulation entre deux vidanges (durée normale de 3 ans)2. Vidange tri­annuelle de la retenue (durée normale environ une semaine)Les principales caractéristiques morphologiques des vidanges ont fait l’objet d’un rapport bathymétriqueeffectué par le bureau de géologue J.J. Duret à Genève. Ces rapports ne sont malheureusement pas­ 18 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquedisponible sous forme digitalisée et les volumes de dépôts/érosions n’ont été communiqués que sousforme global et non pas par section à travers de la retenue, et ceci seulement à partir de 1993. Pour lesprincipales vidanges, les volumes suivants ont été mobilisés :Année Volumes érodés [m 3 ]1993 17’3001997 20’6002000 78’0002003 ­Tableau 5Volumes érodés lors des vidanges à Chancy­Pougny [J.J. Duret].La distribution spatiale des zones de dépôts/érosion à travers la retenue montre, par contre, de grandesdifférences avec celle de Verbois. Ceci a été démontré par la CNR (2001), qui a comparé les profilslevés en 1990 avec ceux levés en 2000 et en 2002. Cette comparaison montre que, globalement, laretenue est en équilibre, avec un bilan total de 32'000 m 3 de dépôts.Toutefois, ce bilan équilibré cache un secteur fortement engravé à la Gravière de Challex, où 212'000m 3 de matériaux se sont déposés en 10 ans, soit une augmentation moyenne du lit de l’ordre de 1.40m. Selon la CNR, ces dépôts sont en partie liées à l’arrêt d’extraction de graviers à cet endroit. Leurprovenance exacte, par contre, n’est pas très claire. Une partie au moins proviendrait de l’Allondon.De plus, le dernier kilomètre de la retenue en amont du barrage est en forte érosion avec un volumetotal érodé de 225'000 m 3 en 10 ans. L’incision moyenne du fond de la retenue est de l’ordre de 2 à 2.5m.Ainsi, la CNR (2003) a procédé à un calcul détaillé du bilan morphologique par section pour lespériodes entre­vidanges 1997­2000 et 2000­2002 et pour les vidanges de 1997 et 2000. Les constatssuivants ont été faits :­ les vidanges déposent des matériaux entre le point de consigne (20.820) et laGravière de Challex (21.478) mais érodent en aval du méandre d’Epeisses (22.518­.23.358).­ les périodes entre­vidanges érodent en amont de la Gravière de Challex et déposentà l’aval du méandre d’Epeisses.Autrement dit, ces deux périodes ont un fonctionnement en opposition. Les dépôts lors des vidangessont déplacés vers l’aval de la retenue par les crues se produisant entre deux vidanges.La formation de dépôts en amont du méandre d’Epeisses lors des vidanges est probablement dû au faitque des diamètres plus élevés que ceux typiques pour les MES de Verbois sont mobilisés en mêmetemps que les MES. A ces eaux chargées en sédiments s’ajoute éventuellement des dépôts formés à laconfluence avec l’Allondon, consistant principalement en des graviers.Or, ces matériaux ne sont apparemment pas capables de franchir le méandre d’Epeisses lors desvidanges. Par contre, des événements de crue entre­vidanges, avec des eaux beaucoup moinschargées en sédiments et donc une capacité de transport plus importante, sont capables de lesdéplacer vers l’aval du méandre, où ils seront évacués lors de la prochaine vidange.­ 19 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique2.8 GéomorphologieA part l’évolution morphologique du fond et des berges de la retenue, la géomorphologie des environsde la retenue joue également un rôle, de par les multiples glissements le long de la retenue. Plusieursétudes existent sur ces aspects [EPFL­LMS 1989, CSD 2003 et 2005], permettant de distinguer leszones instables suivantes :1. Glissement du Bois Carrien2. Glissement du Bois Carabot3. Glissement de Peney4. Glissement de Chancy5. Glissement de Chancy­PougnyComme décrit dans [Tullen 2002] et confirmé dans [CSD 2003], les abaissements brusques lors desvidanges de la retenue de Verbois peuvent générer d’importantes forces de percolation (augmentationdu gradient hydraulique) au pied des versants, forces qui sont directement responsables desréactivations des instabilités. Ce phénomène est particulièrement relevant pour les glissements N°1, 3et 5 (voir Figure 4). En d’autres termes, ce ne sont pas forcément les pluies naturelles mais plutôt lesinterventions anthropiques qui sont responsables des réactivations des instabilités.Ces zones instables peuvent donc générer des affaissements locaux, rajoutant ainsi un certain volumede matériaux aux volumes déjà disponibles pour le transport sédimentaire. Comme expliqué, lesaffaissements se réactivent principalement lors des vidanges, mais pourraient également se produirelors d’abaissements préventifs du niveau de la retenue lors de crues naturelles. Ceci a déjà étéremarqué lors des abaissements préventifs selon la consigne actuelle PK 8.2 lors des crues [CSD2005].Par conséquent, si une telle solution serait envisagée pour remplacer les vidanges (voir chapitre 6), lesforces de percolation ainsi générées devraient rester inférieures à la résistance mécanique desversants. Ceci pourrait être obtenue en adoptant un gradient d’abaissement limité à Verbois [CSD2005], ou encore par la solution proposée par [Tullen 2002], i.e. inverser la direction des forces depercolation par la création de puits de pompage à l’amont du glissement.Une étude a été effectuée en 1989 [EPFL­LMS] sur l’éventuelle influence d’une modification de laconsigne d’exploitation en vigueur à l’époque de la retenue de Verbois sur la stabilité des berges.L’étude a conclut que l’introduction de la consigne PK8.2 (= consigne actuellement en vigueur) nechangerait pratiquement pas les lignes d’eau pour le débit moyen annuel. Lors de crues, les lignesd’eau seraient légèrement plus élevées, conduisant ainsi à une meilleure stabilité des versants. Ilconvient de remarquer que la présente étude pourrait conduire au phénomène inverse, c’est­à­dire àune re­modification de la consigne PK8.2 par abaissements des niveaux lors des crues, pouvantaffecter la stabilité des berges sur le long terme.Dans la suite, les simulations numériques ne tiennent pas compte d’éventuels volumes additionnels dematériaux injectés dans la retenue et disponible pour le transport sédimentaire, puisqu’il est considéréque ces volumes sont négligeables par rapport aux autres volumes érodables lors des vidanges. Laplupart des simulations visent l’accumulation de matériaux sur le long terme dans la retenue, pourlaquelle le problème des affaissements ne se pose en principe pas dans l‘absence de futures vidanges.L’influence d’une éventuelle nouvelle consigne d’exploitation et les multiples abaissements du niveaude la retenue y relatifs sur les instabilités des versants devrait faire l’objet d’une étude détaillée et ne faitpas partie du présent rapport.­ 20 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique2.9 NavigationUn des aspects à vérifier sont les conditions de navigation pour les barques à ordures de la ville deGenève. Ces barques utilisent la retenue de Verbois entre la Jonction et le barrage pour amener lesordures vers l’usine d’incinération « Les Cheneviers ».Notamment les aspects suivants sont à vérifier sur le long terme :1. Accessibilité des garages à bateaux à la Jonction et à l’usine Les Cheneviers2. Navigabilité du Rhône entre ces deux endroits, même en cas d’accumulation de matériauxsuite à un arrêt des vidanges.Pour la navigabilité, les critères à prendre en compte sont la vitesse moyenne de l’écoulement, lalargeur et la profondeur du chenal à disposition ainsi que le rayon de courbure des courbes du Rhône.­ 21 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique3 Méthodes d’analyseDifférentes méthodes d’analyse existent pour décrire les phénomènes de sédimentation et d’érosiondans les retenues ou cours d’eau.Les méthodes analytiques utilisent des expressions qui reposent soit sur le principe d’une vitessecritique de dépôt ou de remise en mouvement soit sur le principe d’une contrainte de cisaillementcritique exercée par l’écoulement sur les particules du fond. Ainsi, à chaque condition hydraulique etgéométrique particulière correspond un diamètre de grain « critique ».Les méthodes numériques 1D et 2D utilisent des expressions pour la capacité du transport solide dansl’équation de continuité de la masse de sédiments. La capacité de transport solide dépend desconditions géométriques et hydrauliques, tandis que l’équation de continuité décrit le transport, dépôt etérosion sur le fond. A chaque pas de temps des calculs, la morphologie est mise à jour en fonction desérosions et des dépôts, résultant ainsi en de nouvelles conditions hydrauliques et géométriques.Les méthodes numériques permettent d’obtenir une vue relativement détaillée de la morphologie de laretenue. Ceci nécessite néanmoins une grande quantité de données de base ainsi que des temps decalcul onéreux pour des calculs sur le long terme. Les méthodes analytiques sont faciles d’applicationet fournissent une appréhension globale des phénomènes. Dans ce qui suit, une multituded’expressions analytiques sont appliquées et comparées avec deux modèles numériquesparticulièrement adaptée à la présente problématique, CCHE­1D et MIKE­21C. De plus, deux autresmodèles numériques appropriés, GSTARS 2.1 et CCHE­2D, ont également été appliqués à la retenuede Verbois dans le cadre d’un travail de diplôme postgrade à l’EPFL [Dulal 2005].3.1 Modélisation analytique3.1.1 Critères de mise en mouvement des particules sur le fondUne multitude d’expressions semi­empiriques existent dans la littérature pour estimer la vitesse et lacontrainte de cisaillement « critique », c’est­à­dire la vitesse ou la contrainte pour laquelle les particulesdéposées se remettent en mouvement sous l’influence de l’écoulement. Les paramètres principaux deces expressions sont le diamètre des grains sur le fond, la vitesse de chute des grains et la profondeurd’écoulement.Vitesse critiqueLes expressions appliquées sont:N° Auteurs Expressions Limitations Remarques1. Rooseboom (1975)2. Van Rijn (1984)V crV crV* , cr 16=wR e *, dV* , cr= 0.12w= 0.19d= 8.5d0.10.6⎛ 12h⎞log⎜⎟⎝ 3d90⎠⎛ 12hlog⎜⎝ 3d90⎟ ⎞⎠si R *, 13edSédimentsfins0.1

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique3. Yang (1972)4. Velikanov (1959)5. Bogardi (1955 ­1974)6. Levi & KnorozV cr 2.5=− 0.66w log Re*− 0.6= 2.w5VV crcr = 3V cr*0.1wgnm3h1/ 20.39 ⎛ h ⎞= 0.5d* ⎜ ⎟gh ⎝ d ⎠(1955 ­1958) V = a ( s −1)crV cr2( s −1)Vcr= 1.413.5gd0.08⎛ R ⎞gd ⎜ ⎟⎝ d ⎠mm⎛log⎜8.8⎝hd95⎞⎟⎠R e 70m=1/6a=1.3­1.4pourd

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique2. Krey (1925) τ = 0. 076( γ − γ )d3. Leliavsky (1955) τ cr = 166dm4. Indri (1934)5. Kraemer (1935)6. Tiffany & Bentzelττcrcrcrsd m( γ − γ ) 12. 16= 13 .30 s +Nd m( γ − γ ) 78. 48= 54.85s −Nτcr= 16. 67d m( γ s − γ ) Nγ − γd m(1935) cr ( s ) Nτ= 29d =400 R = ShearReynolds9. White (1940) τ = .18( γ − γ ) d tanθApplicable lit horiz.cr0 s mAvec :τ cr = contrainte de cisaillement critiqueγ s ,γ = poids volumique de sédiments et de l’eautan θ = angle de frottement entre deux particulesUne base de données très vaste issue des expériences faites avec la stabilité de canaux d’irrigation aété développée par Lane (1953) et a été comparé avec les expressions ci­dessus. Les résultats del’application de ces critères se trouvent dans le § 4.2.1.103.1.2 Critères de sédimentation des retenues sur le long termeA part les critères de mise en mouvement de particules sur le fond de la retenue, des critères plusdirects et simplifiés existent dans la littérature pour estimer le futur degré de sédimentation d’uneretenue. Ces critères ont été établis à partir d’un grand nombre d’expériences de sédimentation dans lemonde entier. Néanmoins, chaque retenue est différente et il est extrêmement difficile d’appliquer descritères très généraux sur la retenue de Verbois, qui est plutôt particulière de par sa géométrie et sonexploitation hydraulique. Afin d’offrir une palette complète de méthodes d’analyse des réservoirs, lesméthodes en question ont été appliquées sur la retenue de Verbois. Les résultats sont décrits dans[Dulal 2005] et ont conduit à conclure qu’aucun constat valable ne peut être fait sur l’évolutionmorphologique de la retenue sur le long terme en appliquant ces méthodes.3.1.3 Application des critères de mise en mouvement sur la retenue de VerboisLes critères de mise en mouvement ont également été appliqués sur la retenue de Verbois pour l’étattransitoire [Dulal 2005]. Ceci a été fait pour le d 50 et le d 90 et est décrit en détail dans le § 5.2.­ 24 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique3.2 Modélisation numérique 1D3.2.1 Modèle numérique CCHE­1DLe modèle numérique CCHE­1D a été développé par le « National Center for ComputationalHydroscience and Engineering » (NCCHE) à l’Université de Mississippi aux Etats­Unis pour modéliserl’écoulement et son transport solide non­stationnaires sur le court et le long terme dans des réseaux decanaux et de cours d’eau en approche unidimensionnelle. Le modèle utilise les équations de l’ondediffusive ou les équations dynamiques complètes de Barré de St. Venant, qui sont résolues par unschéma numérique implicite à différences finies (Preismann).Le transport solide est traité de manière uniforme ou non uniforme et est capable de simuler les effetsd’une sédimentation ou érosion non­équilibrée, de par l’application d’une longueur d’adaptation entreles états non­équilibré et équilibré. L’érosion des rives et l’élargissement correspondant du cours d’eaupeuvent également être simulés, y compris les phénomènes d’affaissement massif des berges.Le modèle contient plusieurs formules pour la capacité du transport solide par charriage et ensuspension. Plusieurs diamètres de grain peuvent être modélisés simultanément, y compris leséventuels phénomènes de pavage ou de tri granulométrique. Pour cela, le modèle fait usage d’unecouche intermédiaire stockant pour chaque diamètre de grain les volumes érodés et/ou déposés.Le modèle a été calibré basé sur une large gamme de situations réelles de transport solide, tant pourdes événements de courte durée que pour l’évolution morphologique de rivières et retenues sur desdizaines d’années. Il fonctionne sous l’environnement SIG ArcVIEW 3.2. Pour la présente application, lemodèle a été choisi principalement pour ces capacités de modélisation morphologique sur le long termede phénomènes de transport solide non­équilibré, tels qu’ils se produisent dans des retenues situéessur des cours d’eau fortement chargés en particules fines.3.2.2 Zone modéliséeLa Figure 15 illustre la zone modélisée dans le modèle CCHE­1D. Le réseau hydraulique a unelongueur totale d’environ 21 km et s’étend du Seujet et la station Bout du Monde au barrage de Verbois.Les conditions initiales sont introduites sous forme de profils à travers, de granulométrie et descaractéristiques des berges (granulométrie et rhéologie).Seujet­Jonction: 1.2 kmJonction­Verbois: 12 km##Aval Seujet##############Amont Verbois#########Pk 8.2##########Jonction############## ########Bout duMonde###Bout du Monde­Jonction: 8 km##### # ########Conditions amont• Débits au Bout du Monde• Débits à Pont sous Terre• MES au bout du Monde• MES à Pont sous TerreConditions aval• Niveau d’eau en amontdu barrage de VerboisConditions initiales• Profils en travers• Granulométrie du fond• Caractéristiques desbergesFigure 15Zone modélisée dans CCHE­1D et conditions de bord amont et aval­ 25 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLes conditions de bord amont consistent à fournir simultanément au modèle les débits ainsi que lesMES transportés par le Rhône en aval du barrage de Seujet et par l’Arve à la station du Bout du Monde.Le niveau d’eau en amont du barrage de Verbois, régulé selon la consigne PK 8.2 en fonction du débità Verbois, impose la condition aval des calculs hydrauliques.3.2.3 Hypothèses simplificatrices du modèleA part l’approche unidimensionnelle, les hypothèses simplificatrices suivantes ont été appliquées pourles simulations :1. Stations d’épuration : apports considérés négligeables2. Affluents : non modélisés, apports considérés négligeables3. Ponts : non modélisés, obstructions à l’écoulement sont considérées négligeables4. Seuils : les seuils sur le tronçon Bout du Monde – Jonction peuvent jouer un rôle nonnégligeable sur le transport sédimentaire (dépôt et/ou érosion) et sont donc modélisés3.2.4 Calage du modèleUn calage hydraulique a été effectué afin de déterminer les valeurs de rugosité du fond et des bergesde l’Arve et du Rhône. Il a consisté à comparer les niveaux d’eau aux profils au Pont sous Terre et G57dans le tronçon Seujet­Jonction, au Bout du Monde et A0.196 dans le tronçon de l’Arve ainsi qu’aupoint PK 8.2 et R14 et R34 pour le tronçon Jonction­Verbois. Ces nombreux points de calage ont ainsipermis de couvrir la totalité de la zone modélisée.Pour une gamme de débit à Verbois comprise entre 100 et 1300 m 3 /s, les valeurs Ks (Strickler) issuesde cette calibration sont les suivantes :Table 6 : Valeurs Ks (Strickler) utilisées pour le calage du modèle CCHE­1DUne comparaison des niveaux d’eau mesurés et simulés à la station Pont sous Terre est présentée à laFigure 16. Pour des débits allant de 200 à 1300 m 3 /s, la différence maximale de niveau est de 18 cm.­ 26 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 16Comparaison des niveaux d’eau mesurés et simulés à Pont sous Terre3.2.5 Paramètres de calculPour s’assurer de la fiabilité du modèle numérique et des calculs de transport sédimentaire, une sériede calculs de sensibilité a été menée sur les paramètres donnés ci­dessous. Les calculs ont alors étémenés :­ d’une part pour les évènements de purges connus, afin de calibrer les paramètres liés auxphénomènes d’érosion,­ d’autre part pour les périodes d’accumulation connues entre deux purges de 1997 à 2003,pour optimiser les paramètres influant le phénomène de déposition des sédiments.Pas de tempsLe pas de temps pour les calculs est fonction de l’événement modélisé. Pour les opérations de vidangemodélisées sur une période de 3 mois, le pas de temps est fixé à 10 min. Pour les périodes de calculplus longues (3 ans entre deux vidanges, 6 à 30 ans pour les calculs transitoires et 50 ans pourl’évolution à long terme) les calculs sont réalisés avec un pas de 1 h. Ceci permet d’obtenir desconditions de bord et des résultats de calcul suffisamment précis tout en préservant un temps de calculacceptable.Formule du transport solideDans le modèle CCHE­1D, les formules suivantes sont disponibles :1. Wu et al. (2000)2. SEDTRA module (1995) (Laursen, Yang and Meyer­Peter & Muller)3. Modified Ackers & White (1983)La formule SEDTRA combine les expressions de Laursen (1958) pour des diamètres entre 0.01 mmentre 0.25 mm, Yang (1973) pour des diamètres entre 0.25 mm et 2.0 mm et finalement Meyer­Peter &Muller (1948) pour des diamètres au­dessus de 2.0 mm. Appliqué à de nombreux cas réels, ce modulea montré quelques limitations lorsque les matériaux sont proches du début d’entraînement.La formule de Wu, Wang and Jia (2000) est basée sur la contrainte de cisaillement excédentaire parrapport à la contrainte critique de mise en mouvement. L’expression a été calibrée par des mesures insitupour des diamètres entre 0.062 mm et 128 mm pour le charriage et entre 0.01 mm et 2.36 mm pour­ 27 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquela suspension. Elle est donc particulièrement adaptée pour traiter une combinaison de charriage etsuspension et a fait ses preuves sur de nombreux cas réels.La formule de Ackers & White (1973) se base sur le principe de la puissance (= vitesse x contrainte) del’écoulement et traite le charriage et la suspension d’une manière globale. Selon les expériences,l’expression serait plus efficace pour des expériments en laboratoire que pour des cas réels. De plus,ce module s’applique difficilement pour le transport de sédiments fins (diamètre inférieur à 0.2 mm).Les calculs des volumes érodés et accumulés dans la zone d’étude ont donc été menés avec lesformules de SEDTRA et de Wu et al. pour les périodes entre les vidanges de 1997, 2000 et 2003. Lesrésultats montrent que la meilleures répartitions des zones d’accumulations et la quantité des matériauxaccumulés est obtenu avec la formule de Wu et al., comme illustré sur la Figure 17 pour la période2000­2003.Volumes d'accumulation/d'érosion [m3]200000150000100000500000­50000­100000Accumulation 2000­20031 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Volumes accumulés mesurés entre deux purges (2000­2003)Volumes calculés ­ Equations SEDTRAVolumes calculés ­ Equations Wu et al.Profils R de la retenue (Jonction à Verbois)Les équations de SEDTRA nefournissent pas une distribution desdépôts de sédiment réaliste⇒ Les calculs sont menés s avecles équations de Wu et alFigure 17Comparaison des résultats obtenus pour le transport sédimentaire calculé avec les formulesWu et al. et SEDTRA, pour la période 2000­2003 entre­vidanges.Type et granulométrie des sédiments provenant de l’ArveComme énoncé auparavant, deux types de transport de sédiments peuvent être distingués :­ matières fines en suspension (ci­après : MES) ; et­ matières plus grossières sous forme de sables et graviers en charriage (ci­après : GRAVIERS).Dans un premier temps, les courbes granulométriques telles que mesurées dans la retenue de Verboisà plusieurs endroits (voir § 2.6.2, Figure 9 et Figure 10) ont été introduites dans le modèle. Un calculmorphologique pour la période avril­juin 2003 (avec vidange) ainsi que pour 3 années sans vidangemais avec des crues de l’Arve (de 2000 à 2003) a démontré que plusieurs zones de fond étaientsoumises à une trop forte érosion (du Bout du Monde au pont du Val d’Arve, à la Jonction et juste enaval, autour des profils R7 et R14).Autrement dit, la granulométrie de fond devrait être plus grossière à ces endroits. Il convient de rajouterici qu’il y a peu de clarté sur les méthodes de prélèvement des échantillons disponibles dans la­ 28 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueVolumes annuels de sédiments provenant de l’ArveLe volume annuel moyen de sédiments provenant de l’Arve a été défini basé sur les estimations faitesdepuis de longue date, disponibles dans [Peiry 1988, GEOS 2000]. Plusieurs lois de concentrations enMES ont ainsi été définies au § 2.6. Le Tableau 7 résume les volumes correspondants de MES et/ouGRAVIERS injectés annuellement dans le modèle numérique. La loi de Peiry correspond à une bonneestimation moyenne des quantités de MES sur le long terme, tandis que la loi exponentielle exagèrefortement les quantités sur le long terme mais respecte mieux les valeurs ponctuelles lors des crues.SCENARIOS MES GRAVIERSVolume injecté par année m 3 m 3Loi Peiry 780’000 0Loi exponentielle 3'600’000 0Loi Peiry + graviers 780’000 60’000Loi exponentielle + graviers 3'600’000 60’000Tableau 7: Résumé des volumes annuels de sédiments provenant de l’Arve, tels qu’injectés dans les calculs 1D.Le poids volumique apparent des dépôts sédimentaires dépend largement de la porosité entre lesgrains et donc indirectement du diamètre des grains. Ainsi, en fonction du diamètre en question, despoids volumiques entre 800 et 1'900 kg/m 3 ont été utilisé pour la modélisation numérique.Concentration des sédiments en suspension (« sédimentogramme »)La concentration des sédiments en suspension dans l’eau (ou encore le « sédimentogramme ») a étédéfinie basée sur la loi de Peiry ou la loi exponentielle. Les concentrations sont introduites dans lemodèle numérique sous forme de valeurs en g/m 3 pour chaque pas de temps. Ces valeurs ont étéobtenues en calculant selon les lois mentionnées la concentration en fonction du débit de l’Arve àchaque pas de temps. La loi de Peiry correspond à une bonne estimation moyenne des quantités deMES sur le long terme, tandis que la loi exponentielle exagère fortement les quantités sur le long termemais respecte mieux les valeurs ponctuelles lors des crues. Elle a été représentée à la Figure 11.Transport solide non­équilibréeLe transport solide par suspension est de caractère « non­équilibrée ». Contrairement au transportsolide par charriage (sables + graviers), les particules fines en suspension ne sont pas érodées oudéposées de manière instantanée dans le temps ou dans l’espace.Autrement dit, tout changement des conditions géométriques, morphologiques ou hydrauliques ducours d’eau entraîne automatiquement une adaptation de la capacité de transport solide. Néanmoins, lecours d’eau nécessite un certain temps et/ou une certaine distance pour effectuer pleinement cetteadaptation.Par exemple, un élargissement brusque du cours d’eau résulte en une diminution des vitessesd’écoulement et donc de la capacité de transport solide. Une partie des particules fines en suspensionva donc se déposer. Ce dépôt sera caractérisé par le temps et la distance nécessaires aux particulesfines pour effectuer leur chute à travers la colonne d’eau locale. Ainsi, des particules très proches dufond vont se déposer relativement vite, tandis que des particules proche de la surface vont devoireffectuer leur chute à travers toute la colonne d’eau.Cette chute s’effectue théoriquement selon la vitesse de chute des grains en question, exprimée parexemple par la loi de Stokes pour les particules fines. En pratique, la turbulence de l’écoulement a uneinfluence significative sur la trajectoire et donc sur la vitesse de chute réelle des particules fines.­ 30 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueAinsi, un paramètre de turbulence α a été introduit dans le modèle numérique pour tenir compte de cephénomène turbulent. Le paramètre en question exprime le rapport de la vitesse de chute réelle parrapport à la vitesse de chute théorique des particules fines selon la formule suivante :α =vitesse de chute réellevitesse de chute théoriquePlus la turbulence de l’écoulement est capable de maintenir les particules fines à l’intérieur de lacolonne d’eau, plus le paramètre α sera petit. La calibration de ce paramètre s’avère en général trèsdélicate et nécessite de multiples détails sur les endroits et volumes de dépôts pour un certain débitliquide et solide donné. Les volumes de sédiments accumulés le long du tronçon Jonction­Verbois ontété calculés pour différents coefficients de turbulence et comparés avec les valeurs mesurées. Desvaleurs du coefficient α de 0.25 (pour des rivières caractérisées par de forts dépôts) à > 1 (pour desrivières avec une érosion importante) ont été introduites pour les calculs des périodes d’accumulationde 3 ans entre les vidanges de 1997, 2000 et 2003. Afin de représenter aux mieux la quantité et larépartition des volumes de sédiment cumulés, ces calculs de calage conduisent à une valeur α = 0.5.Comme décrit en détail au chapitre 5, les calculs montrent également que ce paramètre a une influencesignificative sur la vitesse de remplissage de la retenue de Verbois (tronçon Jonction­Verbois) pendantla phase transitoire. Par contre, il semble avoir un effet négligeable sur le long terme.Epaisseur active sur le fondPour le calcul du transport par charriage, le modèle calcule avec une épaisseur dite « active » du fondL mixt. Cette épaisseur représente les matériaux de fond susceptibles de pouvoir participés au charriage.Ce paramètre de calcul a été déterminé empiriquement pour différents types de fond. Il estgénéralement proportionnelle à la taille caractéristique des matériaux du fond: L mixt = 2·d 50. Différentesvaleurs de L mixt allant de 1 cm à 30 cm ont été testés pour les vidanges de 2000 et 2003. Les volumesd’érosion les plus réalistes ont été calculés pour L mixt = 0.05 m, comme l’illustre les résultats de l’érosiondue à la vidange 2003, Figure 20.20000Volumes d'accumulation/d'érosion [m3]0­20000­40000­60000­80000­100000­120000­140000­160000­180000Figure 201 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Volumes érodés pendant la purge 2003Volume calculés ­ Lmixt=0.1 mVolumes calculés ­ Lmixt=0.05mProfils R de la retenue (Jonction à Verbois)L mixt permet la calibration del’effet érosif des purges.Pour purge de type 2000, 2003⇒ L mixt =0.05 mEffet de l’épaisseur active sur les volumes érodés calculés dans le tronçon Jonction­Verbois.­ 31 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique3.2.6 Programme des calculs 1DBasé sur les paramètres de calculs, le programme suivant de calculs a été effectué :Etat actuel(consigne PK 8.2)Vidanges20002003Accumulationentres vidanges1997­20002000­2003Cycle avecvidanges1997­2003[6 ans]Cycle sansvidanges1997­2003[6 ans]8 x (1997­2003)[48 ans]8 x (1997­2003)[48 ans]Long terme(consigne PK 8.2) 8 x (1997­2003)avec une crue T50de l’Arve pendant 5jours après 45 ansTableau 8 Programme des calculs 1D.Transport sédimentaireComme énoncé au § 2.6.2, deux lois sont introduites dans le modèle numérique pour représenter laquantité de sédiments transportés soit en suspension, soit par charriage, par l’Arve :­ la loi moyenne de Peiry,­ la loi exponentielle basée sur les valeurs ponctuelles de crues.Pour représenter des scénarios de transport diverses, soit exclusivement des MES soit unecombinaison de MES et charriage de graviers, différentes combinaisons de classes granulométriquesont été testées pour les évènements de vidanges et d’accumulations connus.Les scénarios les plus réalistes sont résumés dans le Tableau 9 et ont été retenus pour les calculs surle long terme. Il est à noter que les couleurs relatives aux scénarios seront par la suite conservées pourl’ensemble des représentations graphiques des résultats des calculs 1D.L’ensemble des scénarios permet de couvrir :a. des situations où le transport de graviers par l’Arve est insignifiant, comme cela estconstaté actuellement à cause des extractions importantes de graviers dans l’Arve enFrance et en Suisse, scénarios 1a à 1c.b. des situations où le transport de graviers est supposé rétabli grâce au maintien desrestrictions de volumes de graviers extraits dans l’Arve, scénarios 2a à 2c.­ 32 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueScénario Loi Classes[%]1a PeiryC1=10% C2=35% C3=40% C4=15%C5=C6=C7=C8=C9=C10=C11=C12=01b ExpC1=10% C2=30% C3=45% C4=15%C5=C6=C7=C8=C9=C10=C11=C12=0QArve≤100 m 3 /sC1=10% C2=30% C3=45% C4=15%C5=C6=C7=C8=C9=C10=C11=C12=01c Peiry QArve>100 m 3 /sC1=10% C2=25% C3=42% C4=11%C5=8% C6=4%C7=C8=C9=C10=C11=C12=0QArve≤150 m 3 /sC1=10% C2=30% C3=45% C4=15%C5=C6=C7=C8=C9=C10=C11=C12=02a Peiry QArve>150 m 3 /sC1=5% C2=19% C3=42% C4=13%C5=4% C6=1% C7=9% C8=7%C9=C10=C11=C12=0QArve≤150 m 3 /sC1=10% C2=30% C3=45% C4=15%C5=C6=C7=C8=C9=C10=C11=C12=02b Peiry QArve>150 m 3 /sC1=10% C2=25% C3=42% C4=11%C5=C6=0 C7=7% C8=5%C9=C10=C11=C12=0QArve≤150 m 3 /sC1=10% C2=30% C3=45% C4=15%C5=C6=C7=C8=C9=C10=C11=C12=02c Peiry QArve>150 m 3 /sC1=10% C2=25% C3=42% C4=11%C5=3% C6=0 C7=14% C8=10%C9=C10=C11=C12=0Volume MES[m 3 /an]780’000(100 %)3.6 10 6(100 %)825’000(92.2 %)708’500(88.4%)819’500(94 %)819’500(87.4 %)Volume graviers[m 3 /an]0069’500(7.8 %)92’900(11.6 %)52’500(6 %)117’500(12.6 %)Tableau 9 Scénarios du transport sédimentaire testés (classes granulométriques suivant Figure 19).­ 33 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique3.3 Modélisation numérique 2D3.3.1 Modèle numérique MIKE­21CLa modélisation numérique 2D a été effectuée avec le modèle MIKE­21C du DHI (Danish HydraulicInstitute, Danemark). Le logiciel MIKE­21C est composé d’une suite de modules permettant de simulerles écoulements et le transport solide en quasi­3D. Le modèle tient compte d’une manière pragmatiqueet efficace des effets 3D des écoulements primaires et secondaires et de la morphologie de fond yrelative dans les courbes du cours d’eau (§ 3.3.2).Le modèle utilise un maillage orthogonal et curvilinéaire résolu selon un schéma numérique implicite àdifférences finies. Le module hydrodynamique résout les équations complètes de Barré de St. Venant(continuité et quantité de mouvement) dans les deux directions horizontales et intégrées sur la verticale.Les principales simplifications des équations sont l’approche pour des écoulements relativement peuprofondes, des pressions hydrostatiques et une surface d’écoulement parfaitement rigide et plane (pasde vagues).La turbulence de l’écoulement et les contraintes de Reynolds y relatives sont simulées à l’aide d’unmodèle basé sur la viscosité numérique, avec l’option de définir la viscosité numérique en fonction desgradients de vitesses et en fonction du temps (approche de Smagorinski).A cette approche à caractère 2D se rajoutent des effets quasi­3D, tels que le profil vertical des vitessesprimaires et la simulation de l’écoulement secondaire (hélicoïdale) dans les courbes du cours d’eau. Cetécoulement secondaire n’est pas très important pour les vitesses d’écoulement mêmes, par contre il aune influence significative sur la répartition spatiale et temporelle du transport solide. Ainsi, il estdirectement responsable pour la formation de bancs de dépôts à l’intérieur des courbes, ou encore pourde l’érosion locale des rives à l’extérieur des courbes.Les algorithmes à disposition pour résoudre les équations hydrodynamiques sont le système ADI(Alternate Direction Iteration), utilisé pour des écoulements dynamiques (conditions de bord vivaces), etun algorithme plutôt classique mais très efficace de prédiction­correction utilisé généralement pour desécoulements quasi­stationnaires (conditions de bord relativement peu variables).Le module de transport solide permet de simuler en 2D le transport solide par charriage et ensuspension. Différentes expressions pour la capacité du transport solide sont à disposition :1. Engelund & Hansen (1967)2. Meyer­Peter & Muller (1948)3. Engelund & Fredsoe (1976)4. Van Rijn (1984)La première formule traite le charriage et la suspension d’une manière globale, tandis que la deuxièmeformule ne traite que le charriage de sables grossiers et graviers. Les autres expressions font une nettedistinction entre les deux modes de transport. Dans ce qui suit, les expressions de Engelund & Hansen(1967) et de Van Rijn (1984) ont été appliquées. De plus amples détails se trouvent dans le § 3.3.4.Le transport solide non­équilibré, apparaissant typiquement pour le transfert de particules fines, estsimulé à l’aide d’un modèle de convection­dispersion (intégré sur la verticale) qui représente letransport et la distribution verticale des particules en suspension et de l’écoulement même.Plusieurs diamètres de grain peuvent être simulés simultanément, ainsi que les phénomènes y relatifstels que tri granulométrique et la formation de couches de pavage.­ 34 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique3.3.2 Ecoulement secondaire (hélicoïdale)Un écoulement secondaire (transversale) ou hélicoïdale apparaît généralement dans un écoulementincurvé, typiquement dans les courbes des cours d’eau. Le phénomène ne change que très peu lesvitesses principales de l’écoulement (5­10 % de l’écoulement principal), par contre il a une influencepotentiellement très importante sur la morphologie du cours d’eau.L’origine de l’écoulement secondaire se trouve dans le contre­balancement entre le gradient depression du à un rehaussement du niveau d’eau à l’extérieur de la courbe d’un côté et l’accélérationcentripétale agissant sur la masse d’eau se propageant sur une trajectoire incurvée. Ainsi, proche dufond, l’écoulement secondaire est dirigé vers le centre du lit, tandis qu’à la surface, l’écoulement estorienté vers la rive extérieure. Les principales caractéristiques sont illustrées à la Figure 21.Figure 21Ecoulement secondaire dans une courbe du cours d’eauLe modèle calcule l’intensité de l’écoulement secondaire à l’intermédiaire d’une équation différentielle lelong des lignes de courant, qui elles sont dérivées directement du champ d’écoulement 2D intégré surla verticale. L’intensité dépend du rayon de courbure des lignes de courant, de la profondeur d’eau etde la vitesse d’écoulement principal.L’écoulement secondaire influence le transport solide puisqu’elle modifie l’orientation de la contrainte decisaillement sur le fond. En effet, cette contrainte n’est plus orientée selon l’écoulement principal intégrésur la verticale (Figure 21). La tangente de l’angle de déviation entre les contraintes sur le fond etl’écoulement principal représente une mesure de l’intensité de l’écoulement secondaire.Cette approche simplifiée des écoulements secondaires ne tient pas compte des profils de vitesse nonlogarithmiqueou encore de phénomènes de turbulence. Néanmoins, elle s’est avérée efficace et fiabledans de nombreux projets de l’ingénierie pratique. A part l’écoulement secondaire, le modèlenumérique tient également compte du profil vertical de la vitesse principale pour déterminer lescontraintes de cisaillement sur le fond de manière détaillée.La mise en œ uvre dans le présent projet des profils de vitesses primaire et secondaire est essentiellepour exprimer les effets 3D (courbes) de la retenue de Verbois. Ainsi, les résultats attendus peuventêtre fondamentalement différents de ceux de la modélisation 1D.­ 35 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique3.3.3 Calage du modèleDans un premier temps, un calage hydraulique de la retenue de Verbois a été effectué. Pour cela, labathymétrie 3D de 2004 a été utilisée. Différentes valeurs de rugosité (Strickler) ont été essayées pourreproduire les lignes d’eau à travers la retenue de Verbois. Ces lignes d’eau ont été comparées avecles niveaux d’eau mesurés à la Jonction et avec les niveaux appliqués au point PK8.2. Les résultats ontconduits à une valeur Strickler de 35 m 1/3 /s. Cette valeur a été appliquée à toute la retenue de Verbois.Elle est proche des valeurs obtenues/utilisées pour la modélisation 1D, i.e. 28­35. Les modèles 2Dsimulent davantage de pertes de charge dues à l’écoulement turbulent lui­même, ainsi il est tout à faitlogique que les pertes de charge par frottement soient légèrement inférieures aux pertes simulées parun modèle 1D. Les pertes de charge turbulentes sont représentées par la viscosité numérique, qui a étédéfinie à 0.5 m 2 /s. Cette valeur est tout à fait normal pour la simulation de cours d’eau et garantit unebonne simulation des effets 2D de l’écoulement tout en préservant une bonne stabilité de calcul.La Figure 22 présente une comparaison des niveaux d’eau calculés et les niveaux d’eau réellementmesurés/appliqués à la Jonction, au point PK8.2, au profil R14 et finalement au barrage de Verbois.Une bonne concordance est constatée à ces différents endroits, sur toute la gamme des débits, sauf àla Jonction, où pour un débit de 200 m 3 /s un léger décalage de 0.20 m peut être observé.Elévation [msm]371370.8370.6370.4370.2370369.8369.6369.4369.2369200 m3/s mesuré200 m3/s calculé400 m3/s calculé400 m3/s mesuré600 m3/s mesuré600 m3/s calculé800 m3/s mesuré800 m3/s calculéPK 8.2368.8368.6368.4368.23680 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000Distance depuis barrage [m]Figure 22Calage hydraulique du modèle 2D MIKE­21C pour différentes valeurs de débits.Ensuite, un calage hydraulique a été effectué pour la retenue de Chancy­Pougny en s’appuyant sur lesvaleurs Strickler énumérées dans le Tableau 2. Ce calage s’est avéré beaucoup plus difficile, de parl’influence des dépôts de l’Allondon actuellement présent à sa confluence. Ainsi, la bathymétrie utiliséepour les calculs 2D repose sur la campagne de mesures bathymétriques en 2004, tandis que les lignesd’eau mesurées lors d’une crue ne sont disponibles que pour la crue de mars 2001, de l’ordre de 975m 3 /s. Il est donc très difficile de comparer les lignes d’eau de 2001 avec celles de 2004, étant donné lesdifférences du fond de la retenue entre ces deux périodes.La Figure 23 compare les lignes d’eau pour différents débits. Il s’avère que, entre l’Allondon et lebarrage de Chancy­Pougny, une concordance satisfaisante peut être observé, particulièrement pour le­ 36 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquedébit de 615 m 3 /s. Par contre, en amont, les lignes d’eau dans l’état 2004 sont passablement plusélevées que celles datant de 2001 pour les mêmes débits. Ceci est dû aux dépôts de l’Allondon, quigénèrent des pertes de charge locales très importantes.Néanmoins, cette partie de la retenue étant moins important pour l’équilibre morphologique sur le longterme, les valeurs Strickler du Tableau 2 ont été retenues pour les calculs 2D.352351Crue du 22 mars 2001 (975 m3/s)Débit 10 avril 2001 (615 m3/s)Ligne d'eau calculé avec bathy 2D de 2003 (615 m3/s)Ligne d'eau calculé avec bathy 2D de 2003 (975 m3/s)350Elevation [msm]34934834734616 17 18 19 20 21 22 23 24Distance [km]Figure 23Calage hydraulique du modèle 2D MIKE­21C pour différentes valeurs de débits.3.3.4 Paramètres de calculA part la rugosité du fond, les paramètres de calcul suivants ont été introduits dans le modèle:Pas de temps hydrodynamiqueLe pas de temps hydrodynamique est un paramètre essentielle puisqu’il doit permettre de simuler lesconditions de bord du système modélisé tout en minimisant les temps de calcul à des valeursacceptables. Dans un premier temps, un pas de temps de 1 h a été utilisé pour les calculs. Ce pas detemps a résulté en des temps de calcul de l’ordre de 24 h pour des simulations sur le long terme (48ans d’écoulement et du transport solide). Néanmoins, ce pas de temps n’est pas capable de générerpleinement les fluctuations des conditions de bord, particulièrement les niveaux d’eau au barrage deVerbois lors de crues ne sont pas simulés de manière détaillée.Ainsi, certains calculs ont été refaits avec un pas de temps de 10 min. seulement. Ce pas de temps apermis d’introduire toutes les conditions de bord réelles d’une manière fiable et suffisamment précise(Figure 24). Toutefois, il a conduit à des temps de calcul qui se situe entre 4 et 7 jours et est donc peupratique à mettre en œ uvre à grande échelle.­ 37 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 24Comparaison des niveaux d’eau simulés au barrage de Verbois avec un pas de temps ducalcul de 1h respectivement 10 min.Pas de temps morphologiqueA part le pas de temps hydrodynamique, les calculs morphologiques ont un pas de temps du calcul quiéquivaut au minimum le pas de temps hydrodynamique. Les calculs morphologiques sont effectués demanières explicites et non­couplées avec les calculs hydrauliques. De ce fait, un pas de tempsraisonnable doit être choisi afin de permettre au modèle de converger vers une solution.Les calculs morphologiques sur le long terme ont été effectués avec des pas de temps morphologiquesentre 4 et 8 fois les pas de temps hydrauliques pour les pas de temps hydrauliques de 10 min., i.e. despas de temps de 40 à 80 min. Pour des pas de temps hydrodynamiques de 1h, un pas de tempsmorphologique de 120 min. a été retenu.Ces pas de temps ont permis la convergence vers une solution fiable tout en minimisant les temps decalcul.Facteur de vitesse de chute des particulesComme pour les calculs 1D, ce paramètre permet de tenir compte d’effets non­équilibrés du transportde particules fines. Ce facteur se situe entre 0 et 1 et doit être multiplié avec la vitesse de chutethéorique des particules fines. Autrement dit, plus ce facteur est petit, plus les particules fines resterontdans la colonne d’eau et auront des chances d’être transférés vers l’aval sans déposition. La dépositionet le transfert aval de particules fines dépendent d’une multitude de paramètres, comme par exemple laturbulence de l’écoulement, la concentration en sédiments, la distribution verticale de la concentrationen sédiments, la granulométrie, la géométrie du cours d’eau, etc.Par exemple, des effets quasi­3D sont inclus dans le modèle basé sur la formulation mathématiquedéveloppée par Galapatti (1983) pour les profils verticaux de vitesse (écoulements principal etsecondaire) et de concentration en suspension.­ 38 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueA cela se rajoute les effets non­équilibrés du transport solide par suspension. Comme déjà mentionné,la suspension est souvent caractérisée par un décalage significatif dans le temps et dans l’espace entreles modifications soudaines de la capacité de transport de l’écoulement et la sédimentation effective yrelative. Par exemple, pour un diamètre de grain de seulement 0.2 mm, la vitesse de chute w peut êtrecalculée par la loi de Stokes et est d’environ 0.02 m/s pour un grain parfaitement sphérique à unetempérature de 10° C.Une échelle de temps appropriée pour le décalage temporaire est la durée de décantation de laparticule, t = h/w, avec h la profondeur d’eau. L’échelle correspondante dans l’espace est de L = T· u,avec u la vitesse moyenne de l’écoulement principal. Ainsi, pour h = 8 m, w = 0.02 m/s et u = 2 m/s, leséchelles de temps et d’espace sont respectivement 400 sec et 800 m. Ceci démontre clairementl’importance du transport non­équilibré pour les particules fines.Le facteur de vitesse de chute est donc un paramètre de calibration du modèle 2D afin de permettred’inclure les effets de turbulence et du transport non­équilibré. Son application correcte nécessite unemultitude de données de base sur les endroits des volumes de dépôts et les conditions hydrauliques etgéométriques y relatives. Pour la présente étude, ses données sont largement disponibles et utilisables.Ainsi, et suite à des simulations de calage de ce paramètre, les calculs numériques 2D ont été effectuésavec des valeurs du facteur situées entre 0.05 et 0.5.Constitution du fond de la retenuePour les simulations 2D, un fond initial non­érodable a été admis. Ceci est pleinement justifié poursimuler des accumulations sur le court ou long terme, ou encore pour simuler les érosions lors desvidanges suite à une accumulation préalable, étant donné que les vidanges n’ont jamais été capablesd’éroder d’autres volumes que ceux accumulés durant les 3 années auparavant.Type et granulométrie des sédiments introduitsLa plupart des calculs ont été effectués pour des MES allant de 0.02 à 0.10 mm de diamètre, tandis quequelques calculs de MES ont été faits pour des diamètres allant de 0.02 à 0.55 m de diamètre.Un calcul combiné MES + graviers a également été effectué afin d’estimer l’évolution morphologique dela Jonction sous l’arrivée potentielle de matériaux plus grossiers.Toutefois, la plupart des calculs sont faits pour des MES seules, c’est­à­dire sans injection de graviersdans le modèle. Ces calculs permettent de juger de l’évolution morphologique de la retenue et seslignes d’eau sous l’effet des MES seules. Les concentrations en MES injectées au Bout du Monde dansl’Arve sont calculées selon la loi de Peiry (§ 2.6.2). Les porosités des volumes déposés sont définiesentre 0.35 et 0.65, en fonction des diamètres de grains, et conduisent à des volumes de MES injectésqui se situent entre 800'000 et 980'000 m 3 par an, i.e. légèrement supérieurs à la moyenne des volumesestimés basé sur les mesures bathymétriques et les mesures de concentration en particules au Bout duMonde.Le nombre de diamètres de grain modélisé est un facteur important tant pour le temps de calcul quepour la fiabilité des résultats. Ainsi, la plupart de ces calculs ont été effectués pour 2 diamètres de MESinjectés, c’est­à­dire 0.02 mm et 0.10 mm. Ceux­ci correspondent à la partie fine des MES provenant del’Arve. Quelques calculs ont également été faits avec 4 diamètres de MES injectés, i.e. 0.002 mm, 0.03mm, 0.15 mm et finalement 0.55 mm. Ces 4 diamètres couvrent entièrement les MES qui proviennentde l’Arve. Les résultats des calculs seront présentés séparément pour les calculs à 2 et à 4 diamètresde MES.Un calcul a également été fait avec une combinaison de MES et graviers. A part les entrées de MES, cecalcul injecte également 60'000 m 3 de graviers par an dans le modèle. Ce chiffre correspond àl’estimation faite par [GEOS 2000] sur le charriage annuel à la Jonction. En partant de l’idée que­ 39 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquel’arrivée de graviers à la Jonction ferait indiscutablement l’objet d’extractions immédiates, afin de libérerle gabarit d’écoulement et éviter des débordements locaux, une telle injection annuelle n’est pas réalistesur le long terme. Ainsi, les résultats de ces calculs devraient plutôt être considérés comme qualitativeet permettront notamment de détecter les futures zones potentielles de dépôts de graviers à la Jonction.Les diamètres considérés dans le calcul MES + graviers sont de 0.02 mm et de 0.10 mm pour les MESet de 15 et 50 mm pour les graviers. Ceci couvre de manière fiable la frange granulométrique quipourrait être transportée de l’Arve vers la Jonction.Trois calculs ont été effectués avec des vidanges tri­annuelles telles qu’elles ont été effectuées dans lepassé, afin de pouvoir comparer l’évolution morphologique future avec et sans vidanges. Ces calculsont été faits pour 2 respectivement 4 diamètres de MES.Finalement, deux calculs effectués représentent de possibles solutions pour remédier aux futuresvidanges de la retenue. Ces calculs se basent sur une nouvelle consigne d’exploitation de la retenue deVerbois, permettant d’abaisser systématiquement les niveaux d’eau au barrage en cas de crue ou deforte charge en sédiments dans l’Arve.De plus amples explications et analyses des résultats des différents calculs se trouvent dans chaquechapitre correspondant à un état donné de la retenue (état actuel, états transitoires, état final). Leprogramme détaillé des calculs 2D se trouve au § 3.3.5.Expressions pour la capacité de transport solideComme expliqué, les formules suivantes sont disponibles dans le modèle 2D pour exprimer la capacitéthéorique de transport solide:1. Van Rijn (1984)2. Engelund & Hansen (1967)3. Engelund & Fredsoe (1976)4. Meyer­Peter & Muller (1948)Elles expriment la capacité de transport de sédiments sous des conditions hydrauliques etgéométriques uniformes, également appelée la « concentration d’équilibre ». Pas toutes lesexpressions ne traitent le transport en suspension et par charriage de manière séparée. L’expressionde Meyer­Peter & Muller (1948), par exemple, ne traite que le charriage de sables grossiers et degraviers et n’est donc pas adaptée à la présente problématique. Dans la suite, les formules de Van Rijn(1984) et de Engelund & Hansen (1967) ont été utilisées pour les calculs.Van Rijn (1984)La formule de Van Rijn (1984) traite la suspension et le charriage de manière séparée. Seules lesgrandes lignes de la théorie de Van Rijn (1984) sont exposées ci­après. Pour de plus amples détails, lalittérature spécialisée est à disposition.Van Rijn (1984) exprime le débit unitaire du transport solide par charriage q bed en fonction d’unparamètre de transport T, qui dépend du rapport de la vitesse de frottement réelle à la vitesse defrottement critique :q bed2.1T= 0.053⋅⋅ dD0.3*⎛⎜uT =⎜ u⎝'ff , crit3( s −1) ⋅ g ⋅ 50⎞⎟⎟⎠2−1­ 40 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueAvec la vitesse de frottement réelle exprimée comme suit :'u fg= u ⋅'CLes pertes de charge par frottement sont exprimées par le nombre de Chézy C’, qui est basée sur unprofil de vitesse logarithmique. La vitesse de frottement critique est fonction du paramètreadimensionnelle critique de Shields θ c :( s − ) ⋅ g ⋅ 50u f , crit = θ c ⋅ 1 dCe paramètre critique se situe autour de 0.06 et est souvent considéré constant. Ici ce paramètredépend du diamètre adimensionnel des grains. Le diamètre des grains est introduit de manièreadimensionnelle dans l’expression de Van Rijn (1984) sous la forme suivante :D*= d50⎛⋅⎜⎝1( s −1) ⋅ g ⎞3Avec ν la viscosité cinématique de l’eau.Le transport sédimentaire par suspension se produit si une des conditions suivantes est satisfaite :ν2⎟⎠uf4⋅ws< ou u f > 0. 4⋅wsD*La concentration en sédiments sur le fond est définie à une distance de 1 % de la hauteur totale ou à 2fois le diamètre moyen depuis le fond selon la formule suivante :c fond1.5d 50 ⋅T= 0.015⋅⋅ s ⋅10a ⋅ D*−6En utilisant des coefficients de correction, un paramètre Z (basé sur Rouse) est utilisé pour décrire laforme du profil de concentration en sédiments sur la verticale, représentée par la fonction f (a, h, Z).Ceci est esquissé à la Figure 25.Figure 25Esquisse de la fonction f (a,h,Z) définissant le profil vertical de concentration en suspension.­ 41 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueAinsi, le transport sédimentaire total en suspension est obtenu en intégrant sur la verticale :qsus=f ⋅cfond⋅V⋅hDans l’expression de Van Rijn (1984), la concentration d’équilibre des sédiments en suspension et leuréchelle de temps d’adaptation sont déterminées à partir de fonctions polynomiales dépendant de Z.Engelund & Hansen (1967)L’expression d’Engelund & Hansen (1967) traite le charriage et la suspension d’une manière combinée.En appliquent des facteurs de pourcentage de chaque mode de transport, une estimation du transportpour chaque mode peut néanmoins être obtenue. Elle a été appliquée ici afin de permettre unecomparaison directe avec les calculs 1D, pour lesquels cette expression a également été appliquée. Letransport solide total est exprimé ici de la manière suivante :q total252C= 0.05⋅⋅θ⋅ dg3( s −1) ⋅ g ⋅ 50Contrairement à l’expression de Van Rijn (1984), la concentration d’équilibre et l’échelle de tempsd’adaptation du transport en suspension sont simplement définies comme la quantité de sédimentsdivisé par le flux d’écoulement respectivement la profondeur d’eau moyenne divisée par la vitesse dechute théorique des grains, de la manière suivante :cequilqsusp=V ⋅hhtemps = 2⋅w sCeci conduit à priori à un traitement de la quantité de transport en suspension qui est principalementdifférent. Une autre différence fondamentale entre les deux formules de transport solide est la définitiondu frottement responsable pour la remise en mouvement des particules. Chez Van Rijn (1984), lenombre de Chézy (ou de Manning­Strickler) est basé sur un profil vertical de vitesse qui estlogarithmique. Ce nombre est ensuite introduit dans un paramètre de transport T. Chez Engelund &Hansen (1967), le frottement est défini de manière plus simple, à l’aide d’une expression approximativepour le paramètre de Shields. Il en résulte que des résultats passablement différents pourraient êtreattendus en appliquant et comparant les méthodes de Van Rijn (1984) et Engelund & Hansen (1967).De manière globale, l’expression de Van Rijn (1984) semble à priori préférable, de par ses basesphysiques mieux développées et intégrées dans le modèle de transport.3.3.5 Programme des calculs 2D (Verbois et Chancy­Pougny)En fonction de la multitude de paramètres de calculs énumérés sous § 3.3.4, le Tableau 10 résume lesprincipaux calculs 2D effectués. Le pas de temps indiqué correspond au pas de tempshydrodynamique. Un niveau d’eau à Verbois variable signifie que les niveaux tels que mesurés aubarrage ont été appliqués dans le modèle numérique. Un niveau d’eau constant signifie un niveau àVerbois de 368.90 msm, i.e. une moyenne. L’influence de la turbulence est représentée par le facteurde vitesse de chute des grains. Un facteur de 1.0 indique une vitesse de chute des grains égale à lavitesse théorique. Plus le facteur diminue, plus la turbulence joue un rôle en maintenant les particulesfines dans la colonne d’eau. Ce facteur a été calé afin de tenir compte des décalages dans le temps etdans l’espace des dépôts et érosions du transport par suspension. Ceci permet notamment d’obtenir­ 42 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueune distribution spatiale des dépôts à travers la retenue proche des dépôts mesurés in­situ. Les autresparamètres utilisés sont auto explicatifs.RETENUE DE VERBOISN° runPas detempscalculsHYDRAULIQUENiveaud'eau àVerboisInfluenceturbulenceTypeSEDIMENTSDiamètresVOLUME (m3)injecté/anEtat deréférence(1997­2000)1h varie 0.5 MES, valeurs mesurées par bathymétrie­715'000 (moyenne sur25 ans)45q10 min. 368.9 0.5 MES, Van Rijn formulad1 = 0.002 mm d2 =0.03 mm d3 = 0.15 mmd4 = 0.55 mm798'00045q 10 min. 368.9 0.05MES, Van Rijn formulad1 = 0.002 mm d2 =0.03 mm d3 = 0.15 mmd4 = 0.55 mm798'00045j1h 368.9 0.5MES, Van Rijn formulad1 = 0.02 mm d2 = 0.10mm980'00045j10 min. varie 0.5MES, Van Rijn formulad1 = 0.02 mm d2 = 0.10mm980'00045j 10 min. varie 0.05 MES, Van Rijn formulad1 = 0.02 mm d2 = 0.10mm980'00045k1h 368.9 0.5MES, Engelund & Hansen formulad1 = 0.02 mm d2 = 0.10mm980'00045h1h 368.9 0.5MES, Van Rijn formulad1 = 0.02 mm d2 = 0.06mm980'00045i1h 368.9 0.5MES, Engelund & Hansen formulad1 = 0.02 mm d2 = 0.06mm980'00045i 10 min. varie 0.5MES, Engelund & Hansen formulad1 = 0.02 mm d2 = 0.06mm980'00041 1h 368.9 0.5 MES, Engelund & Hansen formula, CONSTANT COND.d = 0.05 mm3'600'000 (1 g/lpour Q =cte= 400 m3/s)45n 1h 368.9 0.5MES & GRAVIERS, Van Rijn formulad1 = 0.10 mm d2 = 15mm980'000 + 75'00045j 10 min. varie 0.05MES, Van Rijn AVEC PURGE tous les 3 ansd1 = 0.02 mm d2 = 0.10mm980'00045q 10 min. varie 0.05 MES, Van Rijn AVEC PURGE tous les 3 ansd1 = 0.002 mm d2 =0.03 mm d3 = 0.15 mmd4 = 0.55 mm798'000RETENUE DE CHANCY­POUGNYSans vidangesfutures10 min. varie 0.05MES, Van Rijn SANS PURGE tous les 3 ansd1 = 0.02 mm d2 = 0.10mmvariable en fonction deVerboisVidange dutype 110 min. varie 0.05 MES, Van Rijn AVEC PURGE tous les 3 ansd1 = 0.02 mm d2 = 0.10mmvariable en fonction deVerboisVidange dutype 210 min. varie 0.05 MES, Van Rijn AVEC PURGE tous les 3 ansd1 = 0.02 mm d2 = 0.10mmpic de 15 g/l selonvaleurs mesuréesSOLUTIONS à VERBOIS et CHANCY­POUGNY45j­367(367 msm)10 min.varie 0.5MES, Van Rijn formula, NOUVEAU à 367 msmd1 = 0.02 mm d2 = 0.10mm980'000CyPy­345(345 msm)10 min. varie 0.05 MES, Van Rijn formula, NOUVEAU à 345 msmd1 = 0.02 mm d2 = 0.10mmvariable en fonction deVerbois (nouvelleconsigne)Tableau 10 : Résumé des principaux calculs 2D effectués.­ 43 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique4 Etat actuel4.1 IntroductionL’étude de l’évolution hydraulique et morphologique sur le long terme des retenues de Verbois et deChancy­Pougny, avec ou sans vidanges, passe dans un premier temps par la compréhension de l’étatactuel de sédimentation entre deux opérations de vidange. Ainsi, le modèle numérique se doit d’êtrevalidé pour les périodes de trois ans connues entre les vidanges.De plus, pour répondre sur l’efficacité ou l’incapacité des vidanges tri­annuelles à éviter l’ensablementsur le long terme des retenues, les calculs numériques sont conduits pour des périodes d’environ 50ans. Les opérations de vidanges doivent donc être validées pour les évènements actuels.Pour couvrir des phénomènes d’érosion/accumulation moyens, intégrant ponctuellement desévènements sévères, la période de 1997 à 2003 a été choisie comme état actuel de référence.L’état actuel hydraulique et morphologique des retenues de Verbois et de Chancy­Pougny est décrit ciaprèssous forme des paramètres et scénarios de calcul suivants :­ Lignes d’eau actuels : reprise des résultats de calculs numériques du calage des modèlesnumériques pour différents débits.­ Vitesses d’écoulement et contraintes de cisaillement critiques : calculs analytiques desvitesses critiques et contraintes critiques selon les méthodes exposées sous § 3.1.1.­ Diamètres stables actuels : calculs analytiques des diamètres de grain stables à travers laretenue en fonction du débit.­ Accumulation entre deux vidanges : calculs des périodes 1997­2000 et 2000­2003 etcomparaison avec les volumes de dépôts mesurés pendant ces périodes.­ Erosion pendant une vidange : calcul de la vidange de 2000 et comparaison avec les volumesérodés tels que mesurés de suite après l’événement.A noter que tous les calculs de l’évolution des retenues présentés dans ce chapitre sont basés sur lesconsignes actuelles d’exploitation des barrages, notamment la consigne PK 8.2 pour le barrage deVerbois et la consigne PK20.82 (Nant des Charmilles) pour la retenue de Chancy­Pougny.4.2 Modélisation analytique (Verbois)4.2.1 Vitesses et contraintes critiquesBasé sur les méthodes analytiques présentées sous § 3.1.1, et en fonction de la granulométrie locale,les vitesses et contraintes de cisaillement critiques ont été calculées pour chaque section à travers de laretenue de Verbois. Les vitesses critiques d’entraînement des particules calculées selon cesexpressions et en utilisant le d 50 à chaque section à travers figurent à la Figure 26 ci­dessous.­ 44 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueVitesse critique [m/s]2.001.801.601.401.201.000.80Valeurs moyennesVan Rijn (1984)Rooseboom (1975)Yang (1972)Velikanov (1959)Bogardi (1955­1974)Levi & Knoroz (1955­1958)Mavis & LausheyGonchearov (1938)Hjulström (1935)0.600.400.200.001210010890968084707260605048403630242012100Distance du barrage de Verbois [m]Figure 26Vitesses critiques le long de la retenue en fonction du d50Les vitesses nécessaires pour éroder les particules de la retenue de Verbois se situent entre 0.20 et0.60 m/s. La moyenne de toutes les valeurs des expressions semi­empiriques se situe entre 0.15 et0.70 m/s, en fonction du diamètre des grains. A noter que, en appliquant le critère de Hjulström, lavitesse critique descend de l’amont vers l’aval et puis remonte soudainement vers le barrage deVerbois, due à des effets légèrement cohésifs des particules très fines à cet endroit. Les contraintes decisaillement critiques d’entraînement des particules calculées selon ces expressions et en utilisant le d 50à chaque section à travers figurent à la Figure 27 ci­dessous.5Schoklitsch(1934)Leliavsky(1934)Indri(1934)4Kramer(1935)Tiffany & Bentzel(1935)Contrainte critique [N/m 2 ]32Egiazaroff(1965)Lane(1953)Zeller(1963)Shields basé sur Yalin(1979)White(1940)Valeurs moyennes101210010890968084707260605048403630242012100Distance du barrage de Verbois [m]Figure 27Contraintes critiques le long de la retenue en fonction du d50­ 45 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueOn constate que les contraintes critiques se situent entre quelques dixièmes de N/m 2 seulement pourdes particules fines, dans la partie aval de la retenue, jusqu’à quelques N/m 2 pour les particules plusgrossières, présentes principalement dans la partie amont de la retenue.4.2.2 Diamètres stablesAu lieu de calculer les vitesses et contraintes critiques en fonction de la granulométrie du fond pour undébit donné, il est également possible d’estimer quels diamètres de grain se déposeront ou s’éroderontpour un débit donné. De cette manière, les diamètres critiques ou stables ont été calculés et présentésà la Figure 28 en fonction du débit à travers la retenue et pour le fond dans son état actuel (=bathymétrie 2003). Le critère critique utilisé est la contrainte adimensionnelle critique selon Shields(1936).Ainsi, le diamètre stable dans la partie aval de la retenue (= entre les profils 34 et 24) se situe entre0.12 et 0.22 mm pour un débit de 400 m 3 /s (~ moyenne annuelle) et entre 0.34 et 1.20 mm pour undébit de 800 m 3 /s (~ crue annuelle à la Jonction). Or, la Figure 18 résumant les courbesgranulométriques de la retenue de Verbois indique des diamètres inférieurs à 0.1 mm proche dubarrage et inférieur à 0.8 mm autour du profil R24.Autrement dit, les dépôts à diamètres très fins constatés sur place entre les profils 24 et 34 restent surplace probablement puisque dans une zone à plus faible vitesse (écoulement de retour) ou encore parde légers effets de cohésion. Lors de crues et même pour des débits moyen annuels, les particules trèsfines qui se situent plein au milieu de l’écoulement principal devraient pouvoir être remis en mouvementet transférées vers l’aval.201816Profil R3Profil R7Profil R11Profil R16Profil R24Profil R3314diamètre des grains [mm]121086420100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000débit [m 3 /s]Figure 28Diamètres critiques ou stables dans la retenue de Verbois en fonction du débit et pour le fonddans son état actuel (2003). Critère de contrainte critique selon Shields (1936).­ 46 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique4.3 Modélisation numérique 1D (Verbois)La modélisation numérique 1D de l’état actuel a permis non seulement de calibrer la rugosité du fond etde berges (§ 3.2.4) mais aussi les paramètres de calcul (§ 3.2.5). Basés sur ces valeurs, les résultatsci­dessous des calculs 1D de l’état actuel permettent de mettre en évidence l’évolution globale del’ensablement/érosion du tronçon Jonction­Verbois et de détecter les sections les plus sensibles.Les résultats des calculs énumérés sous § 3.2.6 ont été présentés de la manière suivante :Volumes des dépôts/érosions pour une section donnéePour chaque calcul, les volumes des dépôts/érosions sont calculés pour chaque section à travers et àdifférents pas de temps. Ces volumes sont représentés graphiquement sous forme de barres (en m 3 ).Volume total de dépôtsLa somme des bilans dépôt/érosion par section résulte en le volume total des dépôts/érosions pourtoute la retenue. Ce volume sera comparé avec les volumes mesurés par bathymétrie avant et aprèsles chasses tri­annuelles et permet donc de juger de la plausibilité globale du calcul en question.Profil en longUn profil en long permet de suivre l’évolution du thalweg pendant les calculs. Néanmoins, il convient derajouter ici que les phénomènes physiques en question sont de caractère 2D voir 3D et ne peuvent êtrereprésentés de manière entièrement plausible et fiable par des résultats 1D. Autrement dit, les thalwegsissus des calculs 1D ne représentent pas forcément le rehaussement du thalweg réel mais plutôt unrehaussement moyen.Par la suite, il sera distingué les résultats concernant :­ le delta de la Jonction, c’est à dire des profils A1.285 dans l’Arve jusqu’au pointPK8.2 (entre les profils R7 et R8),­ la retenue en aval du profil R8 et jusqu’au barrage de Verbois.Il est considéré que les résultats obtenus avec ce modèle 1D représentent fiablement les volumesglobaux de sédiments érodés ou accumulés sur l’ensemble de la zone d’étude ainsi que les zonespréférentielles de déposition ou d’érosion. Par contre, dans le détail, ce modèle 1D ne permet pasd’obtenir localement les effets des courbes (érosion dans la courbe extérieure) ou les glissementslocaux des rives pour les profils en travers de géométrie complexe. Les volumes par profils sont érodésou déposés homogènement sur toute la largeur des rives et du fond. Prudence est donc de vigueurquant à l’analyse des résultats sur le long terme !La comparaison des volumes d’accumulations dans les sections en travers du tronçon Jonction­Verboismontre que :4.3.1 Transport MES­ Les calculs menés avec la loi de Peiry fournissent un ordre de grandeur réaliste duvolume global de sédiments cumulés dans le tronçon (la différence maximale avecle volume mesuré est de l’ordre de 20 %).­ Dans le détail (Figure 29), le transport de MES seules (diamètre maximal dessédiments de 1 mm), gouverné par la loi de Peiry, aboutit à une répartition desvolumes cumulés réalistes en aval du point PK8.2 mais sous­estimée dans le deltade la Jonction (des profils A0.196 dans l’Arve jusqu’à R8).­ La loi exponentielle conduit à une accumulation très sévère et surestimée parrapport aux mesures pendant le cycle 1997­2003. Elle représente un scénarioextrême au niveau des volumes de MES injectées. Dans le détail (Figure 29), lesquantités importantes de MES injectées dans le modèle ne permettent pasd’obtenir les dépôts de sédiments dans le delta de la Jonction, contrairement à­ 47 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueceux qui ont été mesurés pendant ces périodes d’accumulation. Par contre, ellesconduisent à une surélévation du fond beaucoup trop importante en aval du profilR12, avec des volumes de dépôts de sédiments jusqu’à 20'000 m 3 supérieurs dansl’élargissement (R24 à R22).D’après ces résultats, le transport de MES seules par l’Arve ne peut pas expliquer l’état actuel desprofils en travers à la Jonction.4.3.2 Transport MES et GRAVIERS­ Les sables grossiers et graviers fins (diamètres entre 1 et 8 mm) qui se déposentprincipalement en aval du profil R6 conduisent à une accumulation surestiméeentre les profils R6 et R16. Leur présence dans le modèle ne conduit donc pas àdes résultats réalistes.­ Ce sont les graviers moyens à grossiers, de diamètres supérieurs à 8 mm, qui sedéposent dans le delta de la Jonction, comme observé lors des périodesd’accumulation de 1997 à 2003.­ Les résultats les plus réalistes correspondent au scénario 2b (Tableau 9) avec uneinjection selon la loi de Peiry de 94 % de MES et 6 % de graviers, sans particules àdiamètre intermédiaire (C5=C6=0). En effet, comme illustré à la Figure 29, lesquantités de sédiments accumulées entre deux vidanges, érodées pendant lesvidanges, ainsi que la distribution des dépôts dans le delta de la Jonction et dans laretenue, sont comparables avec les mesures pendant cette période.D’après ces résultats, dans l’état actuel, l’Arve ne transporte pas uniquement des MES. Le charriage degraviers semblent toujours d’actualité même s’il est faible par rapport aux MES.Volumes d'accumulation/d'érosion [m3]a) Amont du point pk 8.2260000Volumes mesurés entre 1997 (après la purge) et 2003 (après la purge)240000 Volumes calculés ­ Loi LOG MES 1aVolumes calculés ­ Loi EXP MES 1b220000 Volumes calculés ­ Loi LOG MES/Intermédiaires 1cVolumes calculés ­ Loi LOG MES/graviers 2a200000 Volumes calculés ­ Loi LOG MES/graviers 2bVolumes calculés ­ Loi LOG MES/Graviers 2c180000160000140000120000100000800006000040000200000­20000­400001 2 3 4 5 6 7 8­60000Profils R de la retenue (Jonction à Verbois)­ 48 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueVolumes d'accumulation/d'érosion [m3]b) Aval du point pk 8.2260000Volumes mesurés entre 1997 (après la purge) et 2003 (après la purge)240000 Volumes calculés ­ Loi LOG MES 1aVolumes calculés ­ Loi EXP MES 1b220000 Volumes calculés ­ Loi LOG MES/Intermédiaires 1cVolumes calculés ­ Loi LOG MES/graviers 2a200000 Volumes calculés ­ Loi LOG MES/graviers 2bVolumes calculés ­ Loi LOG MES/Graviers 2c180000160000140000120000100000800006000040000200000­20000­400008 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34­60000Profils R de la retenue (Jonction à Verbois)Figure 29 Récapitulatif des volumes de sédiments érodés/déposés pendant un cycle complet de 1997 à2003 (incluant les vidanges de 2000 et 2003) : a) en amont du point PK 8.2. ; b) en aval du point PK 8.2.­ 49 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique4.4 Modélisation numérique 2D (Verbois et Chancy­Pougny)4.4.1 Lignes d’eau à VerboisLe calage du modèle MIKE­21C a permis de déterminer les lignes d’eau entre la Jonction et le barragede Verbois pour différents débits. La Figure 22 a déjà montré les niveaux d’eau calculés à plusieursendroits, afin de permettre un calage approprié du modèle numérique. LaFigure 30 ci­dessous compare les lignes d’eau calculées complètes avec les niveaux d’eau mesurés àplusieurs endroits le long de la retenue.Elevation [msm]372.00400 m3/s état actuel mesuré371.80400 m3/s état actuel calculé371.60800 m3/s état actuel mesuré371.40800 m3/s état actuel calculé371.20371.00370.80370.60370.40370.20370.00369.80369.60369.40369.20369.00368.80368.60368.40368.20VerboisPK8.2Jonction368.000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance au barrage [m]Figure 30Lignes d’eau calculées par le modèle numérique 2D et comparaison avec les niveauxmesurés ponctuellement le long de la retenue.4.4.2 Calculs d’accumulation entre deux vidanges à VerboisLes calculs ont premièrement été effectués pour un pas de temps de 1h. Après analyse des résultats deces calculs, certains calculs ont été refaits avec un pas de temps de 10 min. seulement, afin de pouvoirappliquer les conditions de bord de manière plus précise et adéquate et de pouvoir juger de l’influencede ces paramètres sur les résultats finaux.Calculs à pas de temps 1hL’accumulation entre deux vidanges a été calculée pour la période 1997­2000. Elle est présentée sousforme de volumes accumulés par profil de la retenue dans le diagramme barres à la Figure 31 et à laFigure 33. Ces Figures comparent les volumes mesurés indiqués en barres jaunes avec les volumescalculés selon différentes hypothèses pour le transport solide :1. Transport solide selon Van Rijn (1984) avec 2 diamètres de grain de 0.02 mm et 0.10 mm.Seules des MES ont été considérées (loi de Peiry).2. Transport solide selon Engelund & Hansen (1967) avec 2 diamètres de grain de 0.02 mm et0.06 mm. Seules des MES ont été considérées (loi de Peiry).3. Transport solide selon Van Rijn (1984) avec 2 diamètres de grain de 0.10 mm et 15 mm. MESet GRAVIERS ont été considérées (loi de Peiry et 75'000 m 3 de graviers par an).­ 50 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueIl s’avère que les deux expressions de transport solide fournissent des accumulations de sédimentsavec une distribution spatiale qui n’est certes pas parfaite mais qui reflète relativement bien la situationtelle que mesurée par bathymétrie. Les sections les plus larges reçoivent ainsi le plus d’accumulations,tandis que dans la partie amont de la retenue, peu ou pas d’accumulations se produisent. Dans cettepartie amont, l’expression de Van Rijn (1984) semble un peu plus concordante que celle d’Engelund &Hansen (1967).De la même façon, un calcul des MES et GRAVIERS combinés démontre que ces derniers n’arriventprobablement pas à la Jonction dans l’état actuel. Le calcul 2D avec graviers résulte en des dépôtsconsidérables entre la Jonction et le point PK8.2, ce qui n’a jamais été constaté par les mesuresbathymétriques.Figure 31Volumes accumulés entre les vidanges de 1997 et de 2000: comparaison entre mesures etcalculs 2D pour MES seules.Figure 32Comparaison pour deux profils à travers des accumulations mesurées et calculées.­ 51 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 33Volumes accumulés entre les vidanges de 1997 et de 2000: comparaison entre mesures etcalculs 2D pour MES + GRAVIERS.La Figure 32 montre les résultats des calculs d’accumulation dans deux profils à travers et fait lacomparaison avec les accumulations mesurées. Une bonne concordance peut être constatée, malgré lefait que la bathymétrie 3D utilisée pour les simulations numériques ne correspond pas tout à fait à labathymétrie réellement mesurée en 1997. Ceci est du au fait que les simulations numériques ont étéeffectuées avec la seule bathymétrie précise 3D à disposition, i.e. celle relevée en 2003.Figure 34Vue en plan des accumulations calculées numériquement pour la période 1997­2000 (pas detemps du calcul de 1h).­ 52 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFinalement, la Figure 34 présente une vue en plan entre la Jonction et le barrage de Verbois avec lesprincipales accumulations calculées. Il s’avère indiscutablement que ces accumulations se produisent àl’intérieur des courbes du Rhône ainsi que dans les zones d’élargissement.Calculs à pas de temps 10 min.De la même façon, des calculs à pas de 10 min. ont été effectués pour les scénarios suivants :1. Transport solide selon Van Rijn (1984) avec 2 diamètres de grain de 0.02 mm et 0.10 mm.Seules des MES ont été considérées (loi de Peiry), facteur de turbulence FV = 0.05.2. Transport solide selon Van Rijn (1984) avec 2 diamètres de grain de 0.02 mm et 0.10 mm.Seules des MES ont été considérées (loi de Peiry), facteur de turbulence FV = 0.50.3. Transport solide selon Van Rijn (1984) avec 4 diamètres de grain de 0.002 mm, 0.03 mm, 0.15mm et 0.50 mm. Seules des MES ont été considérées (loi de Peiry), facteur de turbulence FV= 0.05.4. Transport solide selon Van Rijn (1984) avec 4 diamètres de grain de 0.002 mm, 0.03 mm, 0.15mm et 0.50 mm. Seules des MES ont été considérées (loi de Peiry), facteur de turbulence FV= 0.50.a) b)Figure 35 Volumes accumulés entre les vidanges de 1997 et de 2000: comparaison entre mesures etcalculs 2D pour MES avec l’expression de Van Rijn (1984) : a) 2 diamètres de grain et FV = 0.05 ; b) 2 diamètresde grain et FV = 0.50.a) b)Figure 36 Volumes accumulés entre les vidanges de 1997 et de 2000: comparaison entre mesures etcalculs 2D pour MES avec l’expression de Van Rijn (1984) : a) 4 diamètres de grain et FV = 0.05 ; b) 4 diamètresde grain et FV = 0.50.­ 53 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLes résultats démontrent que les modèles granulométriques à 4 diamètres de MES ne permettent pasd’obtenir une bonne distribution spatiale des accumulations, et ceci malgré la bonne concordance duvolume total déposé. Seules les modèles granulométriques à 2 diamètres de MES sont capables dereproduire cette répartition spatiale. Pour un facteur de turbulence de FV = 0.50, par contre, ceciconduit clairement à des volumes de dépôts trop élevés par profil. Ainsi, le calcul avec un facteur deturbulence de FV = 0.05, présenté à la Figure 36, s’avère le plus proche de la réalité et a été retenupour effectuer les calculs de l’évolution morphologique de la retenue sur le long terme.La Figure 37 présente une vue en plan des accumulations calculées pour la période 1997­2000 avec 2diamètres de MES et un FV = 0.05. Comme pour les résultats avec un pas de temps de 1h, lesaccumulations se produisent principalement à l’intérieur des courbes du Rhône. Ces dépôts se font surles berges et peuvent atteindre des hauteurs de plusieurs mètres. Peu ou pratiquement pas de dépôtssont observés en amont du point PK 8.2. Par rapport aux résultats avec un pas de 1h, plus de dépôtssont constatés ici dans la partie aval de la retenue, i.e. du profil R19 jusqu’au barrage de Verbois.Figure 37Vue en plan des accumulations calculées numériquement pour la période 1997­2000 (pas detemps du calcul de 10 min., MES, 2 diamètres).4.4.3 Calculs d’érosion lors d’une vidange à VerboisUn pas de temps de 1h n’étant pas capable de générer des fluctuations importantes des conditions debord, tous les calculs de vidange ont été faits pour un pas de temps de 10 min. La vidange de 2000 aété choisie pour la simulation. Les scénarios suivants ont été mis en œ uvre et comparés:1. Transport solide selon Van Rijn (1984) avec 2 diamètres de grain de 0.02 mm et 0.10 mm.Seules des MES ont été considérées (loi de Peiry), facteur de turbulence FV = 0.05.2. Transport solide selon Van Rijn (1984) avec 2 diamètres de grain de 0.02 mm et 0.10 mm.Seules des MES ont été considérées (loi de Peiry), facteur de turbulence FV = 0.5.3. Transport solide selon Van Rijn (1984) avec 4 diamètres de 0.002 mm, 0.03 mm, 0.15 mmet 0.50 mm. Seules des MES ont été considérées (loi de Peiry), FV = 0.05.La simulation numérique 2D d’une opération de vidange s’avère particulièrement délicate et difficile àmettre en œ uvre de manière satisfaisante. Pour des raisons de temps de calcul, seul le modèle quasistationnairepeut être raisonnablement envisagé, un modèle dynamique sur le long terme résultant endes temps de calcul du même ordre de grandeur que la période sous étude même, i.e. 3 ans de calcul !­ 54 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueOr, le pas de temps de 10 min. s’est avéré encore trop importante pour permettre une simulation fiabledes opérations d’abaissement et de remontée brusque du niveau de la retenue lors d’une vidange. Del’autre côté, diminuer le pas de temps résulterait en des temps de calcul qui deviennent excessifs, letemps de calcul pour un pas de temps de 10 min. étant déjà autour de 4 à 7 jours (sur le long terme).Ainsi, une solution de compromis a été recherchée en modifiant les conditions de bord de l’opération devidange. Des conditions de durée et d’abaissement des niveaux « équivalentes » aux conditions réellesde la vidange ont été recherchée, c’est­à­dire des conditions fictives mais qui permettent une simulationnumérique stable dans un laps de temps acceptable et générant des volumes et zones érodéesproches de la situation mesurée sur place. Les conditions de bord de cette « vidange équivalente » sontprésentées à la Figure 38. La durée totale a été augmentée de quelques jours à presque 3 mois, avecun abaissement du niveau d’eau jusqu’à 358 msm seulement au lieu de 353 msm en réalité.Figure 38Conditions de bord d’une vidange numérique « équivalente » à la vidange réelle et utiliséepour les simulations numériques.Cette vidange numérique équivalente s’est avérée bien efficace et proche de la vidange réelle. Lesrésultats des volumes érodés obtenus par calcul numérique sont comparés avec les volumes érodésmesurés sur place pour la vidange 2000 à la Figure 39. Il s’avère que le volume total érodé est de945'000 m 3 calculé contre 1'143'000 m 3 mesuré, ce qui signifie un résultat très satisfaisant. De plus, larépartition spatiale des érosions à travers la retenue est également très concordante, avec néanmoinslégèrement trop d’érosion vers la Jonction et un manque d’érosion juste en amont du barrage. Ceci estprobablement dû au niveau abaissé plus élevé dans les calculs.Les différents scénarios de vidange calculés sont comparés à la Figure 40. Il s’avère que le modèle à 4diamètres de MES de nouveau ne donnent pas de résultats très satisfaisants, avec beaucoup trop dedépôts dans la partie aval de la retenue suite à la vidange. La meilleure concordance avec la pratiqueest obtenue avec le modèle à 2 diamètres et un facteur de turbulence de 0.05, tel que présenté à laFigure 39. Ce dernier scénario a donc été retenu pour effectuer les simulations de l’évolutionmorphologique de la retenue sur le long terme, décrites dans le chapitre 5.­ 55 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 39 Volumes érodés lors de la vidange 2000 : comparaison entre mesures et calcul 2D à 2diamètres pour MES seules.Figure 40Volumes érodés lors de la vidange 2000 : comparaison paramétrique entre mesures etdifférents calculs 2D pour MES seules.­ 56 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique4.4.4 Bilan des opérations accumulation + vidange à VerboisFinalement, le bilan d’un cycle complet de 3 ans d’accumulation suivi par une vidange a été calculé etcomparé avec les mesures in­situ pour la période 1997­2000. Les résultats sont présentés à la Figure41.400000Accumulation + Vidange ­ CALCULS 2D350000Accumulation + Vidange ­ MESURES IN­SITU300000Volumes accumulés [m 3 ]250000200000150000100000500000­500001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profils [­]Figure 41Volumes d’accumulation suite à un cycle complet de 3 ans d’accumulation + vidange pour lapériode 1997­2000. Comparaison entre calculs 2D et mesures in­situ.Le résultats des calculs est globalement très satisfaisant. Néanmoins, les volumes restants après lavidange sont légèrement trop importants. Ceci ne veut pour autant dire que la vidange calculée n’estpas représentative de la réalité. La vidange a été calculée avec un fond initial (= avant les 3 ansd’accumulations préalable à la vidange) correspondant à celui de 2003 (seule bathymétrie 3Ddisponible), et pas toutes les vidanges effectuées dans le passé ont la même efficacité. Ainsi, pourjuger pleinement de la représentativité de la vidange numérique « équivalent », il est nécessaired’effectuer des simulations de cycles de vidange sur le long terme et de comparer avec les cyclesmesurés depuis 1942. Ceci a été fait et est décrit en détail dans le chapitre 5.4.4.5 Calculs d’accumulation entre deux vidanges à Chancy­PougnyLes calculs ont été effectués pour un pas de temps de 10 min. La période 1997­2000 a servie commeréférence pour comparer avec les résultats des calculs. Or, il s’avère que le modèle numérique n’estpas capable de générer le déplacement des volumes déposés lors des vidanges antérieures dans lapartie amont de la retenue. En réalité, ces volumes sont érodés mais directement redéposés dans lapartie aval de la retenue lors des crues entre deux vidanges.Le modèle numérique n’a pas tenu compte de dépôts préalables présents sur le fond de la retenue etdatant de l’histoire morphologique d’avant 1997. Ainsi, il est quasi impossible de comparer sans plus dedétails sur la constitution morphologique de la retenue en 1997.­ 57 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique80000Calculs 2D 1997­200060000Mesures 1997­2000Volumes [m 3 ]40000200000­20000­40000­6000018.8618.90318.96319.04319.08319.21519.36819.49619.65319.73619.84319.953Profils de la retenue [en km]20.15320.32320.60320.8221.47821.79321.99122.1122.29722.51822.89623.35823.45823.55823.65823.758Figure 42 Comparaison des volumes érodés/déposés calculés et mesurés pour la période 1997­2000.4.4.6 Calculs d’érosion lors d’une vidange à Chancy­PougnyLes calculs ont été faits pour la vidange de 1997 et sont comparés avec les mesures. L’état et lefonctionnement morphologiques actuels de la retenue de Chancy­Pougny se caractérisent par uneérosion en aval de la Gravière de Challex lors des vidanges, combiné avec des dépôts entre la Gravièreet le Nant des Charmilles, dépôts des sédiments qui ont été chassés de la retenue de Verbois. De plus,lors des périodes entre­vidanges, ces dépôts sont systématiquement déplacés par les crues naturellesvers la partie aval de la retenue, où ils attendent d’être évacués lors de la prochaine vidange.Il est évident que ce fonctionnement particulier est extrêmement difficile à reproduire numériquement.De plus, le comblement de la retenue dépend également des apports provenant de l’Allondon. Cesapports se déplacent également depuis la confluence vers l’aval (Gravière de Challex).La Figure 43 présente la condition de bord aval appliquée pour simuler les vidanges. Comme pour laretenue de Verbois, une vidange « équivalente » a été recherchée, combinant efficacité d’érosion etstabilité du calcul numérique. La durée totale de la vidange numérique est de 3 mois, tandis quel’abaissement du niveau se fait jusqu’à un niveau de 339.5 msm, similaire à la vidange réelle.Deux types de vidanges ont ainsi été calculés :1. Vidanges utilisant les concentrations en sédiments fins comme calculés numériquement à lasortie du barrage de Verbois lors des vidanges (type 1).2. Vidanges utilisant des concentrations en sédiments fins selon les mesures effectuées en avaldu barrage de Verbois lors des vidanges (type 2).L’évolution des concentrations en sédiments fins lors d’une purge est comparée à la Figure 44.­ 58 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 43Condition de bord aval : niveaux d’eau appliqués au barrage de Chancy­Pougny avec vidange« équivalente ».16000Valeurs constituant une simplification des valeurs mesurées lors des vidanges (type 2)14000Valeurs calculées numériquement à la sortie du barrage de Verbois (type 1)12000Concentration [g/l]10000800060004000200000 5 10 15 20 25 30 35 40Durée [jours]Figure 44Comparaison des conditions de bord amont des deux types de vidanges calculésnumériquement (types 1 et 2).­ 59 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueDe par la durée totale de la vidange numérique à Verbois de l’ordre de 3 mois, les concentrations ensédiments fins sont dispersées sur toute cette période. Dans la suite, ceci est appelé la vidange « type1 ». Par contre, pour la vidange « type 2 », qui est conforme les valeurs généralement mesurées enaval du barrage de Verbois lors des vidanges, un pic apparaît pour une courte durée. Les mêmesparamètres de calcul que pour les vidanges à Verbois ont été réutilisés ici, à part un diamètre de grainlors des vidanges du « type 2 » de 0.10 mm au lieu de 0.02 mm en temps normal.8000060000Mesures vidange 2000Calcul vidange du type 1Calcul vidange du type 24000020000Volumes [m 3 ]0­2000027.0025.0023.0021.0019.0017.0015.0013.0011.009.007.005.003.001.00­40000­60000­80000­100000­120000Profils de la retenue [en km]Figure 45 Comparaison des volumes calculés et mesurés pour la vidange de 2000.Comme pour la période entre­vidanges, les volumes déplacés ne correspondent pas entièrement auxvolumes mesurés par bathymétrie. Néanmoins, quelques dépôts de sédiments dans la partie amont dela retenue sont reproduits par le modèle en utilisant la vidange du type 1 (sur 3 mois).4.4.7 Bilan des opérations accumulation + vidange à Chancy­PougnyFinalement, le bilan d’un cycle complet de 3 ans d’accumulation suivi par une vidange a été calculé etcomparé avec les mesures in­situ pour la période 1997­2000. Les résultats sont présentés à la Figure46.­ 60 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique200000Mesures 1997­2000 + vidangeCalcul 1997­2000 + vidange type 2150000Calcul 1997­2000 + vidange type 1Volumes [m 3 ]100000500000­50000­10000018.8618.90318.96319.04319.08319.21519.36819.49619.65319.73619.84319.95320.153Profils de la retenue [en km]20.32320.60320.8221.47821.79321.99122.1122.29722.51822.89623.35823.45823.55823.65823.758Figure 46Comparaison du bilan accumulation + vidange pour la période 1997­2000 mesuré et calculé.Il s’avère que les deux types de vidanges calculés produisent un bilan accumulation + érosionrelativement proche du bilan mesuré. Ainsi, en considérant les bilans plutôt que les opérationsmorphologiques ponctuelles, le modèle numérique est considéré adéquat pour calculer l’évolutionmorphologique de la retenue sur le long terme.4.5 Analyse des résultats des modélisations4.5.1 Accumulations entre deux vidangesPour la retenue de Verbois, les simulations effectuées et présentées dans le § 4.4 montrentpremièrement que les modèles granulométriques à 4 diamètres de MES fonctionnent passablementmoins bien que les modèles à 2 diamètres seulement. De plus, il s’avère que le facteur de turbulencejoue un rôle important dans la distribution spatiale des accumulations à travers la retenue. La valeur deFV = 0.05 s’avère la plus appropriée. Il convient également de noter qu’une comparaison des volumesglobaux d’accumulation peut induire en erreur, les calculs avec 4 diamètres ayant un volume total dedépôts très proche du volume mesuré mais avec une distribution spatiale complètement différente.En utilisant un pas de temps de 1h, les deux expressions de transport solide donnent pratiquement lesmêmes résultats. Finalement, la simulation d’arrivée de graviers à la Jonction conduit à desaccumulations très importantes entre la Jonction et le point PK8.2, accumulations qui n’ont jamais étémesurées in­situ.Pour la retenue de Chancy­Pougny, les simulations ne sont pas capables de reproduire les mesuresbathymétriques. Ceci peut être du au fonctionnement morphologique particulier de cette retenue.­ 61 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique4.5.2 Erosions pendant une vidangePour la retenue de Verbois, les simulations effectuées et présentées dans le § 4.4 montrent que,similaire aux accumulations, les granulométriques à 4 diamètres de MES fonctionnent passablementmoins bien que les modèles à 2 diamètres. De plus, le facteur de turbulence de FV = 0.05 s’avère denouveau le plus réaliste.Les érosions calculées sont du même ordre de grandeur que celles mesurées, avec néanmoinslégèrement trop de volumes restants proche du barrage. Globalement, la vidange numérique« équivalente » est considérée comme suffisamment représentative de la réalité. Ceci sera confirméultérieurement par les résultats des simulations de plusieurs cycles d’accumulations et de vidanges.Pour la retenue de Chancy­Pougny, les simulations ne sont pas capables de reproduire les mesuresbathymétriques. Ceci peut être du au fonctionnement morphologique particulier de cette retenue.4.5.3 Cycle d’accumulation + vidangeDe la même manière, la simulation d’un cycle complet de 3 ans d’accumulation plus vidange estconsidéré suffisamment proche de la réalité pour les deux retenues de manière à utiliser la période1997­2003 comme référence pour les calculs sur le long terme (48 ans sans vidanges).4.6 Conclusions sur l’état actuelBasé sur la période 1997­2003, l’état actuel des retenues de Verbois et de Chancy­Pougny a été simulénumériquement de manière suffisamment représentative et adéquate pour permettre d’utiliser cesrésultats pour des simulations de l’évolution morphologique de la retenue sur le long terme (48 ans),avec ou sans vidanges. Les résultats de ces simulations sur le long terme sont décrits en détail dans lechapitre suivant.­ 62 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique5 Etats transitoires et d’équilibre5.1 IntroductionUn des objectifs principaux de la présente étude est la simulation des changements futurs de lamorphologie de la retenue de Verbois et de Chancy­Pougny sur le long terme, avec et sans vidanges.Toute évolution morphologique significative du fond de la retenue est définie ci­après comme faisantpartie de l’état transitoire de la retenue.Comme déjà expliqué au chapitre 4, cette évolution morphologique devrait tôt ou tard retrouver unnouvel équilibre, appelé généralement un équilibre « dynamique ». Le terme dynamique signifie quedes modifications du fond de la retenue sont toujours probables, par contre ces modificationsn’interviennent plus qu’après des événements de crue importants ou suite à une manipulationanthropique importante au barrage de Verbois. De plus, ces modifications ne sont plus à caractèreprogressif et unidirectionnel dans le temps et dans l’espace, comme cela peut être observé typiquementlors de la phase de comblement d’une retenue. Au contraire, des périodes de comblement et d’érosionpeuvent s’alterner et oscillent en général autour d’une situation de fond moyenne, appelée lamorphologie « d’équilibre » de la retenue.Comme pour les cours d’eau, chaque retenue a forcément une morphologie d’équilibre. Cet équilibredépend largement des conditions d’exploitation de la retenue. Par exemple, les retenues alpines trèsprofondes se comblent de sédiments tout au long de leur vie afin de retrouver leur état d’équilibre. Lasituation à Verbois est néanmoins différente, la retenue étant relativement peu profonde et étroite. Ainsi,tout changement de l’exploitation au barrage de Verbois génère obligatoirement une nouvelle situationd’équilibre. Les questions prépondérantes formulées comme objectifs au début de ce rapport peuventdonc être re­formulées comme suit :1. Quelle serait la nouvelle morphologie d’équilibre des retenues sans futures vidanges ?2. Dans combien de temps risque­t­on de retrouver ce nouvel équilibre dynamique ?3. Ce nouvel équilibre permet­t­il de continuer l’exploitation des retenues ?4. Quelles sont les nouvelles lignes d’eau à Genève pour cet état d’équilibre ? Y aura­t­il unrisque d’inondation ailleurs ?5. Pourrait­on intervenir lors de la phase transitoire afin de retrouver un état d’équilibre sansvidanges acceptable sur le long terme et si oui comment ?Le présent chapitre présente les simulations analytiques et numériques effectuées dans le but derépondre à ces questions.5.2 Modélisation analytique (Verbois)Les modélisations analytiques ont été effectuées pour la retenue de Verbois seulement. Les résultatsse concentrent principalement sur les contraintes de cisaillement actuelles et les diamètres stables yrelatifs. Ces variables ont été calculés de manière numérique et non pas analytique pour les différentsdébits, mais leur analyse conduit à une estimation analytique de l’état d’équilibre sur le long terme dufond de la retenue. De ce fait, ces résultats ont été regroupés sous modélisation analytique et non pasnumérique.Une partie des modélisations analytiques a déjà été présentée dans le § 3.1, notamment les vitessescritiques et les contraintes de cisaillement critiques le long de la retenue de Verbois, calculées à partird’une multitude de critères analytiques à disposition dans la littérature spécialisée.­ 63 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueIci, dans un premier temps les vitesses d’écoulement et les contraintes de cisaillement telles qu’ellessont exercées par l’écoulement lors d’un débit de 400 m 3 /s ont été calculées numériquement. Cescalculs ont été effectués d’abord pour le fond actuel de la retenue et ensuite pour des fonds de retenuepurement fictifs, positionnés à différents niveaux absolus (entre 350 et 368 msm). Ainsi, ces calculspermettent de manière très simple de mettre en évidence l’influence du niveau du fond de la retenuesur les vitesses et contraintes de cisaillement pour un débit donné. Les résultats sont illustrés à laFigure 47 pour les vitesses et à la Figure 48 pour les contraintes.La Figure 47 montre une augmentation brusque des vitesses d’écoulement à partir de niveaux de fondde 360 msm pour la partie amont de la retenue (profil R12) et à partir de 365 msm pour la partie aval dela retenue (proche du barrage, profil R30). Les vitesses critiques correspondantes, responsables pour laremise en mouvement des matériaux de fond, dépendent de la granulométrie et avaient déjà étécalculées et présentées à la Figure 26. Elles se situent entre 0.60 m/s pour la partie amont de laretenue et 0.20 m/s seulement pour la partie aval (valeurs moyennes).Ceci indique que l’état d’équilibre du fond de la retenue pourrait se situer autour d’un niveau de 363msm dans la partie amont, tandis que la partie aval devrait actuellement déjà se trouver dans un étatd’équilibre. En appliquant le critère de Hjulström dans la partie aval, par contre, la vitesse critique monteà 0.40­0.50 m/s. Ceci résulterait en un niveau d’équilibre du fond à cet endroit autour de 364 msm, cequi semble plus proche de la réalité.De la même manière, la Figure 48 illustre une augmentation brusque des contraintes de cisaillementidentique à celle observée pour les vitesses d’écoulement. L’augmentation se produit pour des niveauxallant de 361 à 364 msm. Dans la partie amont de la retenue, les contraintes critiques de remise enmouvement des particules sont de l’ordre de plusieurs N/m 2 , résultant en un niveau d’équilibre du fondautour de 362 msm. Dans la partie aval de la retenue, les contraintes critiques sont seulement del’ordre de 0.5 N/m 2 , ce qui résulte en un niveau d’équilibre du fond qui est très bas à priori, doncsimilaire à l’analyse effectuée en utilisant les vitesses.1.601.401.20Vitesse d'écoulement au profil R30_calcul 1DVitesse d'écoulement au profil R30_calcul 2DVitesse d'écoulement au profil R19_calcul 1DVitesse d'écoulement au profil R19_calcul 2DVitesse d'écoulement au profil R12_calcul 1DVitesse d'écoulement au profil R12_calcul 2D1.00Vitesse [m/s]0.800.60max. vitesses critiquesaugmentationdes vitesses0.400.20min. vitesses critiques0.00351 354 357 360 363 366 369Niveau du fond de la retenue [msm]Figure 47Comparaison des vitesses d’écoulement à 3 profils de la retenue pour différents niveaux dufond de la retenue.­ 64 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique35Contrainte de cisaillement au profil R30_calcul 1DContrainte de cisaillement au profil R30_calcul 2D30Contrainte de cisaillement au profil R19_ calcul 1DContrainte de cisaillement au profil R19_calcul 2DContrainte de cisaillement au profil R12_calcul 1D25Contrainte de cisaillement au profil R12_calcul 2DContrainte de cisaillement [N/m 2 ]201510augmentationdes contraintes5max. contraintes critiquesmin. contraintes critiques0351 354 357 360 363 366 369Niveau du fond de la retenue [m]Figure 48Comparaison des vitesses d’écoulement à 3 profils de la retenue pour différents niveaux dufond de la retenue.L’application de ces critères sur toutes les sections à travers de la retenue conduit à la Figure 100présenté au § 5.5, où le fond analytique d’équilibre de la retenue est présenté basé sur les critères devitesses et de contraintes critiques et en utilisant un d 50 et un d 90 comme diamètre de base, pour undébit moyen de 400 m 3 /s.En résumé, l’application des critères analytiques de remise en mouvement pour un débit proche dudébit moyen de la retenue (400 m 3 /s) laisse augurer que la retenue ne devrait à priori pas se comblercomplètement suite à un arrêt des vidanges, mais plutôt retrouver un état d’équilibre avec un fond sesituant entre 360 et 365 msm.Dans la suite, ceci sera vérifié par des modélisations numériques 1D et 2D.­ 65 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique5.3 Modélisation numérique 1D (Verbois)La modélisation numérique 1D a été effectuée pour la retenue de Verbois.Transport de MESLa comparaison des volumes érodés/accumulés calculés pendant 48 ans avec ou sans opérations triannuellesde vidanges pour les scénarios 1a et 1b (selon Tableau 9) montrent que :­ Quelque soit la loi d’injection des MES, après une période de 48 ans avec ou sansvidanges, il n’y a pas de formation d’un delta à la Jonction. Les calculs conduisent àune surestimation de l’érosion en amont pu point PK 8.2 (Figure 49).­ Les vidanges n’ont pas d’effet significatif en amont du profil R6, ce qui a été observéin­situ pendant les vidanges de 2000 et 2003.­ Avec la loi exponentielle (scénario 1b), la majorité des sédiments se déposent en avalde Loëx, entre les profils R14 et R26, similairement à ce qui a été observé pendant lacrue de juin 2004.­ Les vidanges n’ont pas d’effet significatif sur la réduction des dépôts au pied mêmedu barrage, dans l’élargissement du Rhône en aval de Peney.Volumes d'accumulation/d'érosion [m3]400000350000300000250000200000150000100000500000­50000Volumes mesurés pendant 3 ans d'accumulation (2000­2003)Volumes calculés après 48 ans sans purge ­ Loi Exp MES 1bVolumes calculés après 48 ans avec purges ­ Loi Exp MES 1bJ 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031323334­100000­150000Profils R de la retenue (Jonction à Verbois)Figure 49 Evolution de la retenue sur le long terme avec et sans opérations de vidanges – scénario 1b.Les volumes globaux des sédiments retenus dans le tronçon Jonction­Verbois sont donnés dans leTableau 11. Il en ressort que :­ La loi moyenne de Peiry illustre le cas le plus favorable de l’évolution de la retenue deVerbois avec une réduction de seulement 29 % de la retenue après 48 ans sansvidanges. Cependant cette loi surestime l’érosion en amont du point PK 8.2. Lesrésultats après 48 ans sont donc à interpréter avec prudence.­ Dans le cas d’apport massif de MES (scénario 1b), les opérations de vidanges nepermettent pas de maintenir le thalweg actuel de la retenue. En effet, la réduction dela retenue reste importante, de 22 %, soit seulement 10 % de moins que l’état après48 ans sans vidanges.­ 66 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueTransports MES + GRAVIERSVolumes d'accumulation/d'érosion [m3]5000004000003000002000001000000­100000a) Tronçon Jonction ­ VerboisVolumes mesurés pendant 3 ans d'accumulation (2000­2003)Volumes calculés après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier2bVolumes calculés après 48 ans avec purges ­ Loi MES/gravier 2bJ 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031323334­200000Profils R de la retenue (Jonction à Verbois)Volumes d'accumulation/d'érosion [m3]250000200000150000100000500000b) Delta de la JonctionVolumes mesurés pendant 3 ans d'accumulation (2000­2003)Volumes calculés après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier 2bVolumes calculés après 48 avec purges ­ Loi MES/gravier 2bA1.285 A0.754 A0.529 A0.196 J 2 3 4 5 6 7 8­50000Delta de la Jonction (de l'Arve au Rhône)Figure 50 Evolution de la retenue sur le long terme avec et sans opérations de vidanges – scénario 2b.Comme indiqué au paragraphe ci­dessus, c’est avec le scénario 2b que le transport sédimentaire actuelest le mieux représenté. Dans cette situation, les résultats de la répartition des volumes déposés après48 ans sans ou avec vidanges sont représentés à la Figure 50. Il en ressort que :­ 67 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique­ les graviers de diamètres supérieurs à 8 mm viennent préférentiellement se déposerdans la zone de la Jonction, où la pente de fond s’adoucit. Avec le temps, il se formeun delta depuis la passerelle de médecine (A1.285) jusqu’au profil R10 environ.­ Les opérations de vidanges n’ont pas un effet suffisant pour remettre en mouvementles dépôts à la Jonction et son voisinage.­ Comme observé in­situ, c’est entre les profils R14 et R26 que les dépôts de sédimentsont les plus importants.­ Sans les opérations de vidanges, au bout de 48 années basées sur des évènementsmoyens tels qu’observés de 1997 à 2003, la retenue est comblée d’environ 42 %(Tableau 11). Avec les vidanges, le thalweg du tronçon ne retrouve pas son élévationactuelle. En effet, malgré les contraintes d’entraînement pendant les vidanges, celane suffit pas à remettre en mouvement les matériaux déposés.Les dépôts dans la retenue après 48 ans sans vidanges sont donnés à la Figure 51 pour l’ensembledes scénarios. Il ressort de ces calculs à long terme, avec la suspension des opérations de vidange,que :­ Les risques de dépôts dans le delta de la Jonction et donc de surélévation du thalweget de la ligne d’eau interviennent lorsque l’Arve est capable d’y transporter desgraviers d’un diamètre supérieur à 8 mm. Cette situation est probable depuis lasuppression des extractions de gravier dans l’Arve et pour des débits moyens del’Arve de 70 à 100 m 3 /s.­ Ces graviers moyens à gros (diamètre supérieur à 8 mm) n’ont plus d’effet en aval duprofil R15 car déposés en amont.­ Les sables grossiers et graviers fins (< 8mm) se déposent en particulier dansl’élargissement entre les profils R27 à R30.­ La zone la plus sensible à l’ensablement est située entre les profils R22 à R32.Cependant, il y a peu de dépôt au pied même du barrage (R33 et R34).Volumes d'accumulation/d'érosion [m3]a) Amont du point pk 8.2300000Loi Log MES 1aLoi Exp MES 1bLoi Log MES/Intermédiaire 1c250000 Loi Log MES/Gravier 2aLoi Log MES/Gravier 2bLoi Log MES/Gravier 2c200000150000100000500000A1.285 A0.754 A0.529 A0.196 J 2 3 4 5 6 7 8­50000­100000Delta de la Jonction (de l'Arve au Rhône)­ 68 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueVolumes d'accumulation/d'érosion [m3]16000001400000120000010000008000006000004000002000000­200000b) Aval du point pk 8.2Loi Log MES 1aLoi Exp MES 1bLoi Log MES/Intermédiaire 1cLoi Log MES/Gravier 2aLoi Log MES/Gravier 2bLoi Log MES/Gravier 2c8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profils R de la retenue en aval du point pk 8.2Figure 51Evolutions morphologiques de la retenue après 48 ans sans vidanges.Il ressort de ces résultats, qu’à long terme et sans opération de vidange, avec la consigne actuelle, laprésence du transport de graviers est :­ d’une part responsable d’un rehaussement conséquent du thalweg à la Jonction avecla formation progressive d’un delta qui s’étend vers l’amont et atteint le point deconsigne actuel au kilomètre 8.2,­ d’autre part provoque une réduction importante de la retenue par rapport auxscénarios avec MES seules (1a et 1b), de 42.5 % pour le cas le plus favorable(scénario 2b) à 67 % pour le cas le plus sévère.Scénario1a1b2a2b2cVolumes injectés(m 3 /an)MES: 778’350GRAVIER: 0MES: 3'607’00GRAVIER: 0MES: 708’500GRAVIER: 92’850MES: 819’500GRAVIER: 52’500MES: 715’00GRAVIER: 117’350Taux derétention (%)V 48c/V 3mes11.5 4.82.8 5.326.5 1.315.5 7.217.0 8.5Réduction retenue(%)Avec purges : 7.0Sans purges : ­28.5Avec purges : ­21.9Sans purges : ­31.8Avec purges : ­23.5Sans purges : ­67.5Avec purges : ­15.5Sans purges : ­42.5Avec purges : ­22.0Sans purges : ­50.5Tableau 11 Récapitulatif de l’évolution de la retenue de Verbois (Tronçon Jonction­Verbois) pourl’ensemble des scénarios (avec V48c, volume total déposé calculé pendant 48 ans sans vidanges et V3mes, volumetotal déposé mesuré pendant 3 ans sans vidanges dans le tronçon Jonction­Verbois ; taux de rétention = volumedéposé par rapport au volume injecté ; réduction retenue = ­[Volume totale de la retenue – volume déposé/volumetotal de la retenue]).­ 69 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueEffet des vidanges sur le thalweg sur le long termeComme montré ci­dessus, les résultats concernant les volumes de sédiments érodés/déposés montrentque les vidanges ne sont efficaces qu’en aval du profil R6. Elles ne permettent pas une réduction de laprogression du delta à la Jonction. De plus, à la fréquence tri­annuelle et suivant le protocole actuel,elles sont peu efficaces pour désensabler le pied amont du barrage.Après la période testée de 48 ans, ces vidanges aboutissent à un comblement moins important de laretenue, mais ne permettent pas d’assurer un curage total de tout le volume de rétention d’eau. Eneffet, excepté pour le scénario 1a qui surestime l’érosion, le volume total de sédiments déposés parl’Arve est plus important que le volume mobilisé et évacué à Verbois lors des vidanges.L’analyse du thalweg montre également ce rehaussement progressif du fond de la retenue de Verbois.Excepté pour le scénario sévère 1b (loi exponentielle MES), la période de 48 ans avec vidanges n’estpas suffisante pour que le fond atteigne un état d’équilibre. Un exemple de l’élévation moyenneprogressive du thalweg au profil R17 est donné à la Figure 52 pour l’ensemble des scénarios, sur lapériode de 48 ans avec vidanges. Il peut être constaté l’érosion marquée du thalweg après chaqueopération de vidange et son augmentation significative entre deux vidanges. En moyenne, la tendanced’élévation du fond est nette, excepté pour le scénario 1a où l’érosion est surestimée.Figure 52Evolution du thalweg au profil R17 durant 48 ans avec vidanges.Calcul sur 48 ANS avec une crue cinquentennale de l’Arve après 45 ansLes calculs montrent que, quelque soit le scénario de transport sédimentaire, sous la consigne actuellePK 8.2, la crue cinquentennale n’a aucun effet significatif sur les volumes déposés ou érodés le long dutronçon Jonction­Verbois. Comme observé à la Figure 53a sur l’évolution du thalweg pour le scénario1b, une telle crue n’est pas assez efficace pour éroder significativement le delta de la Jonction.Par contre, selon la consigne PK 8.2, le passage de la crue impose un abaissement drastique duniveau de la retenue, avec un niveau d’eau qui atteint 367.8 msm. Localement, au pied du barrage (R33­ 70 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueet R34), cet abaissement du plan d’eau provoque une augmentation brusque des contraintes decissaillement sur le fond et les rives et donc une érosion locale significative du thalweg (Figure 53b).364.4a) Evolution du Talweg à la Jonction364.3Passage de Q50 dans l’Arve364.2364.1Niveau (msm)364.0363.9363.8363.7363.6363.5Loi Exp MES 1bLoi Exp MES 1b ­ Avec Q50 dans l'Arve363.443 44 45 46 47 48 49 50Temps (années)362.0b) Evolution du Talweg du profil 34361.8361.6361.4Passage de Q50 dans l’Arve, abaissement du niveau àVerbois(minimum à 367.8 msm)Niveau (msm)361.2361.0360.8360.6360.4360.2Loi Exp MES 1bLoi Exp MES 1b ­ Avec Q50 dans l'Arve360.043.0 44.0 45.0 46.0 47.0 48.0 49.0Temps (années)Figure 53Influence sur le thalweg d’une crue cinquentennale de l’Arve après 45 ans sans vidanges.Tous ces résultats montrent que :­ Pendant une phase transitoire de 5 à 30 ans selon les scénarios, les sédiments sedéposent rapidement dans les sections travers. Le thalweg se rehausse rapidement,jusqu’à une élévation de 12 m au profil 34 pour le scénario 1b ou 2a.­ Pour les profils avals de R21 à R34, c’est la loi extrême exponentielle MES (scénario1b) qui ensable le plus rapidement la retenue.­ Pour les profils amont, de la Jonction à R21, c’est la loi moyenne MES+Gravier avecsable grossier (scénario 2a) qui remplie le plus la retenue.­ Un état d’équilibre s’installe après cette phase de 30 ans maximum. Le thalweg et lesvolumes de déposition n’évoluent quasiment plus pour les conditions de crue testées.­ 71 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLignes d’eau après 48 ans sans vidangesLa courbe de remous a été calculée dans la retenue à son état d’équilibre après 48 années sansvidanges, pour des débits de 400 m 3 /s à 1000 m 3 /s à Verbois. La consigne d’exploitation appliquée àVerbois était celle actuellement en vigueur (consigne PK 8.2). Les hauteurs d’eau obtenues sont dansun ordre de grandeur de plus ou moins 20 cm.Conditions hydrologiques moyennesLa Figure 54 illustre la courbe de remous pour des conditions hydrologiques moyennes :Q Verbois=400 m 3 /s ±10 m 3 /s (Q Arve=50 m 3 /s). Il ressort que l’ensablement de la retenue n’a pas d’effetsignificatif sur la ligne d’eau en aval du profil R17. Par contre, à la Jonction il faut s’attendre à unesurélévation du niveau d’eau de l’ordre de :­ 20 cm pour un transport sévère de MES uniquement (scénario 1b)­ 90 cm pour un transport moyen de MES, (94 %) et de graviers (6%) commeactuellement (scénario 2b)­ 1.3 m pour un transport important de graviers (87% MES et 13 % graviers, scénario2c).Par contre, dans ces conditions, un transport de MES tel que prédit par la loi de Peiry ne conduirait pasà un changement significatif de la courbe de remous.372.0371.8371.6371.4371.2371.0370.8Elevation (msm)370.6370.4370.2370.0369.8369.6Arve Jonctionpk8.2 VerboisLigne d'eau actuelle selon consigne pk 8.2Ligne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi Log MES 1aLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi Exp MES 1bLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier 1cLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier 2aLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier 2bLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier 2c369.4369.2369.0368.8Exhaussement ≅ 0.2 m si368.6MES 1b et jusqu’à 1.3 m si368.4graviers 2c368.2368.0­2000 ­1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance depuis la Jonction (m)Figure 54Courbe de remous pour QVerbois=400 m 3 /s ±10 m 3 /s (QArve=50 m 3 /s) dans le tronçon Jonction­Verbois.Crue temps de retour 2 ans dans l’ArveLa Figure 55 illustre la courbe de remous pour une situation de crue bi­annuelle de l’Arve :Q Verbois=1000 m 3 /s ±10 m 3 /s (Q Arve=520 m 3 /s). Dans ces conditions, l’état d’ensablement de la retenue aune effet significatif sur l’ensemble de la courbe de remous, excepté en aval du profil R30. En effet, lesvitesses étant quasi­nulle au pied du barrage, ce « lac » se maintient au niveau imposé par le barragede Verbois. Dans ce cas, le scénario 1a ne conduit également pas à des changements significatifs de lacourbe de remous. Pour les autres scénarios, le rehaussement de la ligne d’eau est important :­ 72 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique­ de 1 m (scénario 1b) à 2.2 m (scénario 2c) au point PK 8.2,­ de 80 cm (scénario 1b) à 2.2 m (scénario 2c) à la Jonction.Elevation (msm)374.0373.8373.6373.4373.2373.0372.8372.6372.4372.2372.0371.8371.6371.4371.2371.0370.8370.6370.4370.2370.0369.8369.6369.4369.2369.0368.8368.6368.4368.2368.0367.8VerboisLigne d'eau actuelle selon consigne pk 8.2Ligne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi Log MES 1aLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi Exp MES 1bLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier 1cLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier 2aLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier 2bLigne d'eau après 48 ans sans purge ­ Loi MES/Gravier 2cExhaussement de 0.8 m siMES 1b et jusqu’à 2.2 m sigraviers 2cArveJonctionpk8.2R12R21R26­2000 ­1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance depuis la Jonction (m)Figure 55Courbe de remous pour QVerbois=1000 m 3 /s ±10 m 3 /s (QArve=520 m 3 /s) dans le tronçonJonction­Verbois.Localisation du point PK 8.2Comme observé pour le scénario 1b et pour le scénario 2b, la modification de la courbe de remous dueà l’ensablement de la retenue entraîne une modification du point de basculement du plan d’eau situéactuellement au kilomètre 8.2 (entre le profil R7 et R8).Avec la consigne actuelle du barrage de Verbois, le niveau d’eau au point PK 8.2 devrait rester stable à369.1 msm, sauf pour des débits de crue extrêmes. Dans les conditions testées, après 48 annéesd’ensablement, le point de basculement serait déplacé d’environ 4.5 km en aval du point PK 8.2 et sonaltitude varierait entre 368.9 msm et 369.1 msm.­ 73 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique371.9Loi Exponentielle MES 1b371.7QV=200 m3/sQV=400 m3/s371.5371.3QV=650 m3/sQV=1000 m3/s371.1370.9370.7Elevation (msm)370.5370.3370.1369.9369.7369.5Futur point debasculement369.3369.1368.9Point de368.7basculement368.5actuel368.3368.1ArveJonctionpk8.2Verbois367.9­2000 ­1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance depuis la Jonction (m)Figure 56 Déplacement du point de basculement après 48 années d’ensablement selon le scénario 1b.Elevation (msm)371.9371.7371.5371.3371.1370.9370.7370.5370.3370.1369.9369.7369.5369.3369.1368.9368.7368.5368.3Loi Logarithmique MES/Gravier 2bPoint debasculementactuel368.1 Arve Jonctionpk8.2 Verbois367.9­2000 ­1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance depuis la Jonction (m)QV=200 m3/sQV=650 m3/sFutur point debasculementR17R21QV=400 m3/sQV=1000 m3/sFigure 57 Déplacement du point de basculement après 48 années d’ensablement selon le scénario 1b.Risque d’inondationsAprès 48 années de comblement sans vidanges, les risques d’inondation pourraient être d’actualité. Cetexhaussement éventuel de la ligne d’eau à la Jonction vient principalement de la formation du delta à laJonction lorsqu’il y a charriage de graviers dans l’Arve. En effet, comme indiqué sur la Figure 58, pourdes conditions de transport du type des scénarios 2b et 2c:­ 74 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique­ le débit de débordement à la plate forme de bus au profil A0.196 correspondrait àQ Verbois = 800 m 3 /s au lieu de 1300 m 3 /s actuellement,­ le débit de débordement au quai de chargement de la Jonction correspondrait àQ Verbois = 700 m 3 /s au lieu de 1350 m 3 /s actuellement,­ à la plate forme aval du barrage de Seujet (profil G40), les risques d’inondationarriveraient pour des débits à Verbois de 350 m 3 /s avec des débits à Seujetsupérieurs à 300 m 3 /s,­ le sentier des Saules, vers le profil G57 serait inondé pour des débits à Verboissupérieurs à 250 m 3 /s avec Q Seujet > 100 m 3 /s, au lieu de Q Verbois = 800 m 3 /sactuellement.Niveau d'eau (msm)Niveau d'eau (msm)373.2373.2373.0Consigne pk 8.2373.0Consigne pk 8.2Arve (A 0.196)372.8 Loi Exp MES 1bJonction (Profil J)372.8Loi Exp MES 1b372.6Loi Log Gravier 2b372.6Loi Log Gravier 2b372.4Loi Log Gravier 2cPlate forme bus372.4Loi Log Gravier 2c372.2372.2372.0372.0Quai de chargement des ordures371.8371.8371.6371.6HEE371.4371.4371.2371.2371.0371.0370.8370.8370.6370.6370.4370.4370.2370.2370.0370.0369.8369.8369.6369.6369.4369.4Si graviers charriés, risque d’inondation dès369.2369.2Si graviers charriés, risque d’inondation dèsQ 369.0368.8369.0Verbois=700 m 3 /s au lieu deQ Verbois =800 m 3 /s avec Q Arve >200 m 3 /s368.8Q Verbois =1350 m 3 /s actuellement368.6368.60 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100Niveau d'eau (msm)Débit à Verbois (m 3 /s)Débit à Verbois (m 3 /s)373.2373.2373.0Consigne pk 8.2373.0Consigne pk 8.2Rhône aval Seujet (G40)372.8 Loi Exp MES 1b372.8Loi Exp MES 1bRhône Jonction (G57)372.6Loi Log Gravier 2b372.6Loi Log Gravier 2b372.4Loi Log Gravier 2c372.4Loi Log Gravier 2c372.2372.2372.0372.0371.8371.8371.6371.6371.4371.4371.2Plate forme aval usine Seujet371.2371.0371.0370.8370.8370.6370.6Sentier des Saules370.4370.4370.2370.2370.0370.0369.8369.8Si graviers charriés, risque d’inondation dès369.6369.6Si graviers charriés, risque d’inondation dès369.4Q Verbois =350 m 3 /s avec Q Seujet >300 m 3 /s369.4Q Verbois =250 m 3 /s avec Q Seujet >100 m 3 /s369.2369.2Si MES, risque d’inondation dès369.0369.0368.8Q Verbois =650 m 3 /s avec Q Seujet >500 m 3 /s368.8Si MES, dès Q Verbois=650 m 3 /s avec Q Seujet>500 m 3 /sAu lieu de Q Verbois =800 m 3 /s actuellement368.6368.60 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100Débit à Verbois (m 3 /s)Débit à Verbois (m 3 /s)Niveau d'eau (msm)Figure 58Niveaux d’eau après 48 années sans vidanges.Il convient de noter ici que le niveau du Lac Léman fluctue entre 371.50 et 372.30 msm, avec unevaleur moyenne autour de 371.75 msm. Ainsi, tout calcul présentant un niveau d’eau à la Jonctionsupérieur au niveau du Lac Léman doit être interprété avec prudence.­ 75 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique5.4 Modélisation numérique 2D (Verbois et Chancy­Pougny)5.4.1 Scénarios de calcul sur le long terme de la retenue de VerboisLes scénarios de calcul sur le long terme et les paramètres prépondérants sont résumés dans leTableau 12. Dans un premier temps, ces calculs sur le long terme ont été effectués avec des conditionsde bord constantes dans le temps, i.e. avec un débit moyen de 400 m 3 /s, un niveau moyen à Verbois de368.90 msm et pour une concentration moyenne de 0.2 ou de 1.0 g/l. Ensuite, des calculs ont étéeffectués avec un pas de temps de 1h, permettant de faire fluctuer les débits et les concentrations enMES à l’entrée du modèle (Arve et Rhône). Finalement, des calculs avec un pas de temps de 10 min.ont été faits. Les calculs avec des conditions de bord constantes prennent moins de temps de calcul etont ainsi permis de faire des simulations sur 96 ans au lieu de 48 ans pour les autres calculs.Base de données période 1997­2003N° runEtat de référence(1997­2000)Pas detempscalculsDébitsamontHYDRAULIQUENiveauxd'eau àVerboisInfluenceturbulenceType1h variable variable ­ MES, valeurs mesurées par bathymétrieSEDIMENTSConcentrationVolume injectémm mm mm mm g/l m3/an­­Diamètres­­mesuré715'000(moyenne sur 25ans de mesures)411h 400 m 3 /s 368.9 0.5MES, Engelund & Hansen formula, CONSTANTCOND.0.05 ­ ­­1 g/l3'600'00045j1h variable 368.9 0.5MES, Van Rijn formula0.02 0.1 ­­Loi Peiry980'00045h1h variable 368.9 0.5MES, Van Rijn formula0.02 0.06 ­­Loi Peiry980'00045k1h variable 368.9 0.5MES, Engelund & Hansen formula0.02 0.1 ­­Loi Peiry980'00045i1h variable 368.9 0.5MES, Engelund & Hansen formula0.02 0.06 ­­ Loi Peiry 980'00045q10 min. variable 368.9 0.5 MES, Van Rijn formula0.0020.03 0.150.55Loi Peiry798'00045q 10 min. variable 368.9 0.05MES, Van Rijn formula 0.002 0.03 0.15 0.55Loi Peiry798'00045j 10 min. variable variable 0.5MES, Van Rijn formula 0.02 0.1­­ Loi Peiry 980'00045j 10 min. variable variable 0.05 MES, Van Rijn formula0.020.1 ­­ Loi Peiry 980'00045i 10 min. variable variable 0.5MES, Engelund & Hansen formula 0.02 0.06 ­­Loi Peiry980'00045n 1h variable 368.9 0.5MES & GRAVIERS, Van Rijn formula 0.02 0.1 ­­Loi Peiry +graviers980'000 + 60'00045j 10 min. variable variable 0.05 MES, Van Rijn AVEC PURGE tous les 3 ans 0.02 0.1 ­ ­ Loi Peiry 980'00045q 10 min. variable variable 0.05MES, Van Rijn AVEC PURGE tous les 3 ans 0.002 0.03 0.15 0.55 Loi Peiry 798'000Base de données période 2000­2003Etat Actuel(2000­2003)1h variable variable ­MES, valeurs mesurées par bathymétrie ­ ­­­Loi Peiry715'000(moyenne sur 25ans de mesures)23 & 23b 1h 400 m 3 /s 368.9 0.5MES, Engelund & Hansen formula0.05 ­­­ 0.2 g/l725'000Tableau 12. Résumé des calculs numériques 2D de la morphologie sur le long terme (48 ou 96 ans) pour laretenue de Verbois.­ 76 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique5.4.2 Conditions de bord utilisées à Verbois sur le long termePour les calculs effectués avec des conditions de bord fluctuantes, les données de base sont issues dela période 1997­2003 ou de 2000­2003 (pour un calcul seulement). Autrement dit, pour obtenir desconditions de bord sur une période de 48 ans, les conditions de bord à disposition durant 6 ans(mesures in­situ de 1997 à 2003) ont été répétées 8 fois.La période 1997­2003 est considérée comme pleinement représentative des conditions hydraulique,hydrologique et morphologique de la retenue de Verbois. De plus, une éventuelle extension de lapériode de base utilisée pour les calculs sur le long terme s’est avérée compliquée de par le manque dedonnées digitalisées.La Figure 59 illustre les niveaux d’eau appliqués de cette manière au barrage de Verbois sur unepériode de calcul couvrant 48 ans. Le caractère répétitif à base de 6 ans est clairement visible.Figure 59Niveaux d’eau à Verbois utilisés pour les simulations numériques sur le long terme et baséssur les niveaux mesurés sur place pour la période 1997­2003.La Figure 60 compare les niveaux d’eau à la Jonction calculés par le modèle pour des conditions debord constantes et fluctuantes avec les débits réellement appliqués à cet endroit. Pour un pas de tempsde 10 min., les niveaux calculés par le modèle sont en très bonne concordance avec les niveauxmesurés. Pour un pas de temps de 1h, après une période initiale de stabilisation, les niveaux d’eaucalculés tendent vers une valeur moyenne de l’ordre de 369.40 msm. Des fluctuations importantes duniveau d’eau ne sont pas absorbées par le modèle.­ 77 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 60Niveaux d’eau à Verbois utilisés pour les simulations numériques sur le long terme et baséssur les niveaux mesurés sur place pour la période 1997­2003.5.4.3 Calculs d’accumulation à Verbois sur le long terme (48 à 132 ans) et SANS vidangesConditions de bord constantes.A la Figure 61, les volumes accumulés sur 3, 48 et 96 ans d’exploitation SANS vidanges sontprésentés. Le calcul est effectués pour des MES d’un diamètre de 0.05 mm et pour un débit constantmoyen de 400 m 3 /s. La concentration en sédiments injectés dans l’Arve au Bout du Monde est de 0.2g/l. Il s’avère que, pour la période de base 2000­2003, une très bonne concordance peut être observéeentre les dépôts calculés et mesurés (620'000 m 3 calculés contre 880'000 m 3 mesurés et une répartitionspatiale très similaire). D’importants dépôts se forment sur le long terme, particulièrement dans la partieaval de la retenue. Néanmoins, les dépôts sur 48 ans ne représentent pas un simple multiple de 16 foisles dépôts observés pour la période de base de 3 ans. Egalement, les dépôts accumulés après 96 ansne sont guère supérieurs aux dépôts après 48 ans (+ 20 %). Ceci indique que la retenue doit se trouverproche d’un état d’équilibre pour les conditions de bord en question. Le Tableau 13 résume les volumesde dépôts calculés et mesurés pour différentes concentrations:Période sans vidanges Concentration Dépôts calculés Dépôts mesurés[­] [g/l] [m 3 ] [m 3 ]3 ans 0.2 (cte) 620’000 880’00048 ans 0.2 (cte) 4'250’000 ­96 ans 0.2 (cte) 5'160’000 ­3 ans 1.0 (cte) 2'510’000 880’00048 ans 1.0 (cte) 6'450’000 ­96 ans 1.0 (cte) 6'450’000 ­132 ans 1.0 (cte) 7'200’000 ­Tableau 13. Volumes de dépôts calculés et mesurés à partir de la période 2000­2003.­ 78 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique450000400000Mesuré 2000­2003Calculé 2000­2048Calculé 2000­2096Calculé 2000­2003350000Volumes accumulés [m3]3000002500002000001500001000005000001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profils retenue [­]Figure 61Comparaison entre volumes d’accumulation calculés et mesurés en appliquant des conditionsde bord constantes sur 48 ou 96 ans.Ce constat est confirmé par des calculs avec une concentration constante qui dépasse largement lesvaleurs mesurées, c’est­à­dire en utilisant 1 g/l pour un débit constant de 400 m 3 /s. Ceci correspond àune injection de 3'600'000 m 3 de matériaux par an, soit 5 fois la moyenne des valeurs mesurées.500000450000400000Mesuré 2000­2003Calculé 2000­2048Calculé 2000­2096Calculé 2000­2132350000Volumes accumulés [m3]300000250000200000150000100000500000Figure 621 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profils de la retenue [­]Comparaison entre volumes d’accumulation calculés et mesurés en appliquant des conditionsde bord constantes sur 48, 96 ou 132 ans.­ 79 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueDans la partie aval de la retenue (R19­R34), les dépôts sont du même ordre de grandeur que pour laconcentration moyenne et constante de seulement 0.2 g/l. Apparemment, cette partie de la retenue atrouvé un état d’équilibre, indépendamment de la quantité de MES injectée. Dans la partie amont de laretenue (R1­R19), par contre, les volumes déposés sont passablement plus importants que pour laconcentration de 0.2 g/l.Les calculs ont été effectués sur 132 ans sans vidanges. Il s’avère indiscutablement qu’il n’y a que trèspeu de différences de volumes déposés entre l’état après 48 ans et l’état après 132 ans. Ceci indiquede nouveau l’état d’équilibre de la retenue. Cette évolution morphologique volumique a été présentéesous forme de profil en long du thalweg de la retenue à la Figure 63 et pour différents profils à travers àla Figure 64.380378376374372370368366364362360358356354352350348346Elévation [msm]344Thalweg après 3 ans sans purgesThalweg après 48 ans sans purgesThalweg après 96 sans purgesLigne d'eau 2003 pour 400 m3/s34234033833633412000Ligne d'eau après 48 ans sans purges pour 400 m3/s11000 10000 9000 8000 7000 6000500040003000200010003323300Distance vers l'amont [m]Figure 63Evolution du thalweg de la retenue après 48 et 96 ans SANS vidanges pour un débit constantde 400 m 3 /s et une concentration moyenne constante de 0.2 g/l.Le thalweg après 48 ans sans vidanges est très proche de celui après 96 ans sans vidanges etcorrespond donc à un état d’équilibre dynamique. Les niveaux du fond de la retenue se situent entre359 et 364 msm, c’est­à­dire comme estimé par modélisation analytique dans le § 5.2.Les niveaux de fond les plus élevés se trouvent aux endroits les plus larges, là où les vitessesmoyennes d’écoulement sont théoriquement les plus faibles.A noter que, comme cela sera démontré plus tard, l’évolution morphologique n’a aucune influencenotable sur la courbe de remous pour le débit de 400 m 3 /s.­ 80 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique364362360Niveau du thalweg [msm]358356354352Thalweg R7Thalweg R12Thalweg R22Thalweg R27Thalweg R333500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Années sans purges [­]Figure 64Evolution de différents profils à travers après 48 et 96 ans SANS vidanges pour un débitconstant de 400 m 3 /s et une concentration moyenne constante dans l’Arve de 0.2 g/l.La Figure 64 présente la même information mais sous forme d’évolution temporelle du niveau duthalweg par profil à travers. Tous les profils tendent clairement vers un état d’équilibre. L’équilibre estgénéralement atteint après 80­90 ans seulement.Conditions de bord fluctuantes – pas de temps 1hLes calculs avec conditions de bord constantes ne donnent qu’un aperçu très moyenné dans le tempset dans l’espace du problème en question. Elles ont été complétées avec des calculs effectués avecdes conditions de bord fluctuantes, mais pour un pas de temps du calcul de 1h. Ce pas de temps plutôtélevé n’a pas permis aux équations quasi­stationnaires utilisées dans le modèle numérique d’introduireles fluctuations du niveau d’eau appliquées à Verbois, ni de respecter pleinement les fluctuations dedébit à travers la retenue lors des événements de crue. Par contre, les concentrations en MES injectéesdans l’Arve sont reproduites de manière exacte.Le Tableau 14 résume les volumes de dépôts calculés et mesurés pour les expressions selon Van Rijnet Engelund & Hansen et pour différentes combinaisons de diamètres de grain. La quantité de MESinjectée dans l’Arve en amont est conforme la loi de Peiry.Dans ce qui suit, les résultats des calculs suivants sont présentés en détail :1. Van Rijn, 0.02 mm et 0.10 mm de diamètres, loi de Peiry2. Engelund & Hansen, 0.02 mm et 0.06 mm de diamètres, loi de PeiryCes résultats ont été choisis puisqu’ils englobent la gamme des volumes de dépôts calculés avec unpas de temps de 1h. et représentent donc en quelque sorte des extrêmes numériques.Ensuite, une comparaison détaillée a été faite des futures lignes d’eau sans vidanges pour ces 2calculs.­ 81 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquePériode sansDépôts DépôtsExpression DiamètresConcentrationvidangescalculés mesurés[­] [mm] [­] [g/l] [m 3 ] [m 3 ]3 ans Loi de Peiry 1'200’000 1'200’0000.02 et 0.1048 ans Loi de Peiry 5'900’000 ­Van Rijn3 ans Loi de Peiry 1'350’000 1'200’0000.02 et 0.0648 ans Loi de Peiry 5'800’000 ­3 ans Loi de Peiry 1'100’000 1'200’0000.02 et 0.10Engelund &48 ans Loi de Peiry 4'700’000 ­Hansen3 ans Loi de Peiry 1'150’000 1'200’0000.02 et 0.0648 ans Loi de Peiry 4'100’000 ­Tableau 14. Volumes de dépôts calculés et mesurés à partir de la période 1997­2003 avec des conditions de bordfluctuantes pour un pas de temps de calcul de 1h.Van RijnLa Figure 65 présente les volumes déposés selon l’expression de Van Rijn. Il s’avère que d’importantesquantités de MES se déposent entre les profils R7 et le barrage. En amont du profil R7, les dépôts sontnégligeables.450000400000Calculé 2000­2048Mesuré 2000­2003350000Volumes accumulés [m3]3000002500002000001500001000005000001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profils de la retenue [­]Figure 65Volumes déposés selon calcul numérique avec l’expression de Van Rijn et pour un pas detemps du calcul de 1h.La Figure 66 illustre le profil en long correspondent avec l’évolution du thalweg sur le court (3 ans) et lelong (48 ans) terme et l’évolution des lignes d’eau sur le long terme pour des débits de 400 et 800 m 3 /s.­ 82 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 66Evolution du thalweg et des lignes d’eau sur le long terme selon Van Rijn et avec un pas detemps du calcul de 1hFigure 67Evolution de différents profils à travers après 48 ans SANS vidanges selon l’expression deVan Rijn et avec un pas de temps du calcul de 1h.Le fond de la retenue tend vers des niveaux sur le long terme autour de 361 à 365 msm, avec toutefoisdes profils où quasi aucun dépôt de sédiments n’est constaté. Ces profils correspondent à desétranglements locaux de la retenue. La Figure 67 présente l’évolution morphologique de différents­ 83 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueprofils à travers. Comme pour les calculs à conditions de bord entièrement constantes, un étatd’équilibre sur le long terme peut être distingué. Toutefois, cet état d’équilibre semble être atteintpassablement plus vite, i.e. après 15 à 25 ans selon le profil en question. Finalement, la Figure 68précise l’évolution morphologique sur 48 ans sans vidanges de plusieurs profils à travers de la retenuede Verbois.Profil R33Profil R27372371370370369368368366367366364365Elévation [msm]3623602448Elévation [msm]3643633623614824358360356354352350123R330 50 100 150 200 250 300Distance [m]Start3 ans12 ans18 ans24 ans48 ans359Start3583 ans35712 ans35618 ans24 ans35548 ans354123R270 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210Distance [m]371Profil R22369367Elévation [msm]365363R273613593573554824123R22Start3 ans12 ans18 ans24 ans48 ansR33R220 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180Distance [m]371Profil R12371Profil R7370369369367368367365483662436336512StartStart3643 ans33 ans12 ans36112 ans18 ans18 ans36324 ans24 ansR12 R7 3,12,24,4848 ans48 ans3593620 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 1800 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150Distance [m]Jonction371Elévation [msm]370369R12Elévation [msm]368367Jonction366365364Jonction3,12,24,480 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distance [m]Start3 ans12 ans18 ans24 ans48 ansR7Figure 68Evolution morphologique sur 48 ans des profils à travers de la retenue selon l’expression deVan Rijn et pour un pas de temps du calcul de 1h.­ 84 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquea) b)c) d)Figure 69Zones de dépôt dans la retenue de Verbois selon Van Rijn et avec un pas de temps du calculde 1h. Echelle des profondeurs d’accumulation de 0 m (bleu foncé) à 10 m (rouge).Finalement, la Figure 69 montre les zones de dépôt le long de la retenue. Après 3 ans sans vidanges, cesont principalement l’intérieur des courbes qui accumulent des sédiments. Après 12 ans sans vidanges,la partie aval de la retenue commence à se combler de manière significative. Cette tendance continuesur le long terme.­ 85 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueEngelund & Hansen (1967)La Figure 70 présente les volumes déposés selon l’expression de Engelund & Hansen. D’importantesquantités de MES se déposent entre les profils R11 et le barrage. En amont du profil R11, les dépôtssont faibles à négligeables. Comparé avec les dépôts selon l’expression de Van Rijn, les dépôts sontconcentrés ici vers le barrage et moins dans la partie amont de la retenue. Ceci aura des répercussionssur les nouvelles lignes d’eau après 48 ans.400000Calculé 2000­2048Mesuré 2000­2003350000300000Volumes accumulés [m3]2500002000001500001000005000001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profils de la retenue [­]Figure 70Volumes déposés selon calcul numérique avec l’expression de Engelund & Hansen et pour unpas de temps du calcul de 1h.La Figure 70 illustre le profil en long correspondent avec l’évolution du thalweg sur le court (3 ans) et lelong (48 ans) terme et l’évolution des lignes d’eau sur le long terme pour des débits de 400 et 800 m 3 /s.Le fond de la retenue tend vers des niveaux sur le long terme autour de 357 à 362 msm, avec toutefoisdes profils où quasi aucun dépôt de sédiments n’est constaté. Ces profils correspondent à desétranglements locaux de la retenue. La Figure 72 présente l’évolution morphologique de différentsprofils à travers. Comme pour les calculs à conditions de bord entièrement constantes, un étatd’équilibre sur le long terme peut être distingué. Toutefois, cet état d’équilibre semble être atteintpassablement plus vite, i.e. après 12 à 20 ans selon le profil en question. Finalement, la Figure 72précise l’évolution morphologique sur 48 ans sans vidanges de plusieurs profils à travers de la retenuede Verbois.­ 86 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 71Evolution du thalweg et des lignes d’eau sur le long terme selon Engelund & Hansen et avecun pas de temps du calcul de 1h.Figure 72Evolution de différents profils à travers après 48 ans SANS vidanges selon l’expression deEngelund & Hansen et avec un pas de temps du calcul de 1h.­ 87 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique372Profil R33371Profil R27370370369368368366367366Elévation [msm]3643623604824Elévation [msm]365364363362361124824358360356354352350123R330 50 100 150 200 250 300Distance [m]Start3 ans12 ans18 ans24 ans48 ans359Start3583 ans35712 ans35618 ans24 ans35548 ans3543R270 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210Distance [m]371Profil R22369367Elévation [msm]365363R27361359964824Start3 ansR33R2212 ans357355R220 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 18018 ans24 ans48 ansDistance [m]371Profil R12371Profil R7370369369367368365Elévation [msm]3673663633613593R121224480 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180Jonction371Start3 ans12 ans18 ans24 ans48 ans3653643633623,12,24,48R70 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150Distance [m]Start3 ans12 ans18 ans24 ans48 ans370369R12Elévation [msm]368367Jonction3663653643,12,24,48Jonction0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distance [m]Start3 ans12 ans18 ans24 ans48 ansR7Figure 73Evolution morphologique sur 48 ans des profils à travers de la retenue selon l’expression deEngelund & Hansen et pour un pas de temps du calcul de 1h.­ 88 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueComparaison des futures lignes d’eau pour 400 et 800 m 3 /s.Les futures lignes d’eau dans la retenue pour 400 et 800 m 3 /s ont été calculées et comparées avec leslignes d’eau actuelles. Ceci a été fait pour chacun des expressions de transport solide. Les résultatssont résumés à la Figure 74.En appliquant l’expression de Engelund & Hansen pour un débit de 400 m 3 /s, les futures courbes deremous seront légèrement plus élevées le long de la retenue, par contre, elles aboutissent à quasimentles mêmes niveaux d’eau à la Jonction. Pour un débit de 800 m 3 /s, la différence à la Jonction est d’une30 de cm avec la courbe de remous actuelle. Ces résultats sont comparés avec les lignes d’eauobtenues pour le calcul avec une concentration constante en amont de 1 g/l. Le niveau à la Jonctionpour un débit de 800 m 3 /s est environ 1.30 m au­dessus du niveau actuel.En appliquant l’expression de Van Rijn, par contre, les lignes d’eau sont plus élevées. Ceci estprincipalement dû au fait que la répartition spatiale des dépôts se concentre davantage vers la partieamont de la retenue, là où ils peuvent facilement engendrer des pertes de charge (puisque les vitessesd’écoulement y sont plus élevées) et donc avoir une influence non négligeable sur les courbes deremous. Ainsi, pour un débit de 400 m 3 /s, le niveau d’eau à la Jonction est 40 cm plus élevéqu’aujourd’hui. Pour un débit de 800 m 3 /s, cette augmentation du niveau d’eau est de l’ordre de 1 m.Elevation [msm]372.40372.20372.00371.80371.60371.40371.20371.00370.80370.60370.40370.20370.00369.80369.60369.40369.20369.00368.80368.60368.40Verbois368.20400 m3/s état actuel mesuré400 m3/s état actuel calculé400 m3/s après 48 ans sans purges (MES, Van Rijn, V = + 5.7E+06 m3)400 m3/s après 48 ans sans purges (MES, Engelund & Hansen, V = + 4.1E+06 m3)400 m3/s après 48 ans sans purges ( MES = cte = 0.2 g/l, Engelund & Hansen, V = +4.2E+06 m3)800 m3/s état actuel mesuré800 m3/s état actuel calculé800 m3/s après 48 ans sans purges (MES, Van Rijn, V = + 5.7E+06 m3)800 m3/s après 48 ans sans purges (MES, Engelund & Hansen, V = + 4.1E+06 m3)800 m3/s après 48 ans sans purges (MES = cte = 1 g/l, Engelund & Hansen, V = + 6.5E+06 m3)PK8.2Jonction368.000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance au barrage [m]Figure 74 Comparaison des lignes d’eau dans la retenue sur le long terme sans vidanges pour desdébits de 400 et 800 m 3 /s et pour 2 expressions de transport solide. Les calculs numériques ont été effectuésavec un pas de temps de 1h.­ 89 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueConditions de bord fluctuantes – pas de temps de 10 min.Les calculs effectués avec des conditions de bord fluctuantes et un pas de temps du calcul de 1h ontrévélé que l’état d’équilibre de la retenue est atteint beaucoup plus vite que pour les calculs avec desconditions de bord constantes. Vu que ces calculs n’ont pas entièrement permis d’appliquer lesconditions de bord telles que mesurées au barrage de Verbois, principalement pour des raisons destabilité numérique et temps de calcul, un certain nombre de calcul ont été répétés avec un pas detemps de 10 min. seulement. Ces calculs ont permis de générer des conditions de bord très réalistes,mais ont l’inconvénient d’être très longues.Le Tableau 15 résume les niveaux d’eau à la Jonction et les volumes de dépôts calculés etmesurés pour les expressions selon Van Rijn et Engelund & Hansen et pour différentes combinaisonsde diamètres de grain. La quantité de MES injectée dans l’Arve en amont est conforme la loi de Peiry.Pour le calcul avec MES et graviers combinés, la quantité de graviers injectés par an est de 60'000 m 3 .Dans ce qui suit, les résultats des calculs suivants sont présentés en détail :1. Van Rijn, 0.002/0.03/0.15/0.55 mm, FV = 0.05, loi de Peiry2. Van Rijn, 0.02/0.10 mm, FV = 0.05, loi de Peiry3. Van Rijn, MES + Graviers, 0.02/0.10 mm, FV = 0.50, loi de PeiryEnsuite, une comparaison détaillée a été faite des futures lignes d’eau sans vidanges pour ces calculs.ExpressionPériodeNiveau NiveauDiamètresDépôts Dépôtssans ConcentrationJonction JonctionMEScalculés mesurésvidanges400 m 3 /s 800 m 3 /s[­] [mm] [­] [g/l] [m 3 ] [m 3 ] [msm] [msm]Van Rijn 0.002/0.03/ 3 ans Loi de Peiry 1'510’000 1'200’000 ­ ­FV = 0.50 0.15/0.55 48 ans Loi de Peiry 6'780’000 ­ 370.35 372.11Van Rijn 0.002/0.03/ 3 ans Loi de Peiry 1'540’000 1'200’000 ­ ­FV = 0.05 0.15/0.55 48 ans Loi de Peiry 6'370’000 ­ 370.27 371.33Van Rijn 0.02 et 3 ans Loi de Peiry 3'150’000 1'200’000 ­ ­FV = 0.50 0.10 48 ans Loi de Peiry 5'660’000 ­ 370 .08 371.07Van Rijn 0.02 et 3 ans Loi de Peiry 1'600’000 1'200’000 ­ ­FV = 0.05 0.10 48 ans Loi de Peiry 5'850’000 ­ 370.22 371.15Van Rijn 0.02 et 3 ans Loi de Peiry 3'950’000 1'200’000 ­ ­+GRAVIERSEng & HansFV = 0.500.10 48 ans Loi de Peiry 10'170’000 ­ 372.67 374.020.02 et 3 ans Loi de Peiry 2'850’000 1'200’000 ­ ­0.06 48 ans Loi de Peiry 4'300’000 ­ 369.78 370.70Tableau 15. Niveaux d’eau et volumes de dépôts calculés et mesurés à partir de la période 1997­2003 avec desconditions de bord fluctuantes pour un pas de temps de calcul de 10 min.Van Rijn / 4 diamètresLa Figure 75 présente les volumes déposés selon l’expression de Van Rijn en utilisant 4 diamètres degrain pour les MES. De nouveau, d’importantes quantités de MES se déposent entre les profils R7 et lebarrage. En amont du profil R7, les dépôts ne sont pas négligeables non plus. Le facteur de turbulence(FV) n’a que très peu d’influence sur l’évolution morphologique sur le long terme. Les volumes déposésen 48 ans tournent autour de 6'500'000 m 3 , ce qui est très élevé.­ 90 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique500000450000Calculé après 48 ans sans purges_FV = 0.5Calculé après 38 ans sans purges_FV = 0.05Mesuré 2000­2003400000350000Volume accumulé [m3]3000002500002000001500001000005000001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profil [­]Figure 75 Volumes déposés selon calcul numérique avec l’expression de Van Rijn en utilisant 4diamètres de grain et pour un pas de temps du calcul de 10 min.La Figure 76 illustre l’évolution correspondante des lignes d’eau sur le long terme pour des débits de400 et 800 m 3 /s.Figure 76 Comparaison des lignes d’eau dans la retenue sur le long terme sans vidanges pour un débitde 400 m 3 /s et pour l’expression de Van Rijn avec 4 diamètres. Les calculs numériques ont été effectués avec unpas de temps de 10 min.­ 91 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 77 Comparaison des lignes d’eau dans la retenue sur le long terme sans vidanges pour un débitde 800 m 3 /s et pour l’expression de Van Rijn avec 4 diamètres. Les calculs numériques ont été effectués avec unpas de temps de 10 min.Van Rijn / 2 diamètresLa Figure 78 présente les volumes déposés selon l’expression de Van Rijn en utilisant seulement 2diamètres de grain pour les MES. Les mêmes constats sont faits que pour 4 diamètres, avecnéanmoins légèrement moins de volumes déposés, tournant autour de 5'600'000 m 3 après 48 ans sansvidanges.500000450000Calculé après 48 ans sans purges_FV = 0.05Calculé après 48 ans sans purges_FV = 0.5Mesuré 2000­2003400000350000Volume accumulé [m3]300000250000200000150000100000500000Figure 781 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profil [­]Volumes déposés selon calcul numérique avec l’expression de Van Rijn utilisant 2 diamètresde grain et pour un pas de temps du calcul de 10 min..­ 92 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique371.60371.40371.20371.00370.80370.60400 m3/s état actuel mesuré400 m3/s état actuel calculé400 m3/s sans purges (MES, pas de temps 1h, NIV Verbois = 369 msm)400 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)400 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie, FV = 0.05)400 m3/s AVEC PURGES (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)400 m3/s sans purges AVEC NOUVELLE CONSIGNE à 367 msm pendant crues (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)370.40Elevation [msm]370.20370.00369.80369.60369.40369.20369.00368.80368.60368.40368.20VerboisPK8.2Jonction368.000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance au barrage [m]Figure 79 Comparaison des lignes d’eau dans la retenue sur le long terme sans vidanges pour un débitde 400 m 3 /s et pour l’expression de Van Rijn avec 2 diamètres. Les calculs numériques ont été effectués avec unpas de temps de 10 min.Elevation [msm]372371.8371.6371.4371.2371370.8370.6370.4370.2370369.8369.6369.4369.2369368.8368.6368.4368.2Verbois800 m3/s état actuel mesuré800 m3/s état actuel calculé800 m3/s sans purges (MES, pas de temps 1h)800 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)800 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie, FV = 0.05)800 m3/s AVEC PURGES (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)800 m3/s sans purges AVEC NOUVELLE CONSIGNE à 367 msm pendant crues (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)PK8.2Jonction3680 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance au barrage [m]Figure 80 Comparaison des lignes d’eau dans la retenue sur le long terme sans vidanges pour un débitde 800 m 3 /s et pour l’expression de Van Rijn avec 4 diamètres. Les calculs numériques ont été effectués avec unpas de temps de 10 min.­ 93 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquea) b)c) d)Figure 81 Evolution temporelle des zones de dépôt dans la retenue de Verbois selon Van Rijn et avecun pas de temps du calcul de 10 min : a) après 3 ans, b) après 12 ans ; c) après 24 ans ; d) après 48 ans. Echelledes profondeurs d’accumulation de 0 m (bleu foncé) à 10 m (rouge).Finalement, la Figure 81 montre les zones de dépôt le long de la retenue. Après 3 ans sans vidanges, cesont principalement l’intérieur des courbes qui accumulent des sédiments. Après 12 ans sans vidanges,la partie aval de la retenue commence à se combler de manière significative. Cette tendance continuesur le long terme. Quasi aucun dépôt ne se forme en amont du point PK 8.2.­ 94 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueEngelund & Hansen / 2 diamètresLa Figure 82 présente les volumes déposés selon l’expression de Engelund & Hansen en utilisant 2diamètres de grain pour les MES. Les volumes déposés tournent autour de 4'300'000 m 3 après 48 anssans vidanges et sont principalement concentrés dans la partie aval de la retenue. Néanmoins, lesvolumes déposés calculés après 3 ans d’accumulation sont beaucoup plus importants que les volumesmesurés.400000350000Calculé 2000­2003Calculé 2000­2048Mesuré 2000­2003300000Volumes accumulés [m3]2500002000001500001000005000001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profils de la retenue [­]Figure 82 Volumes déposés selon calcul numérique avec l’expression de Engelund & Hansen utilisant 2diamètres de grain et pour un pas de temps du calcul de 10 min.Van Rijn MES + GRAVIERS / 4 diamètresLa Figure 83 présente les volumes déposés selon l’expression de Van Rijn en utilisant 2 diamètres degrain pour les MES et 2 diamètres de grain pour les GRAVIERS. Les volumes déposés tournent autourde 10'200'000 m 3 après 48 ans sans vidanges.D’importants volumes se déposent dans la partie amont de la retenue et ceci déjà dans les 3 premièresannées suivant l’arrêt des vidanges. Il convient de mentionner que les vidanges n’ont quasi aucuneinfluence sur les graviers se déposant entre la Jonction et le point PK 8.2. Ainsi, la question des dépôtsde graviers à cet endroit et leur influence sur la courbe de remous et le risque d’inondations estindépendante d’un arrêt ou non des vidanges.­ 95 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique700000600000Mesuré 2000­2003Calculé 2000­2003Calculé 2000­2048500000Volumes accumulés [m3]40000030000020000010000001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profils de la retenue [­]Figure 83 Volumes déposés selon calcul numérique avec l’expression de Van Rijn pour MES +GRAVIERS en utilisant 4 diamètres de grain et pour un pas de temps du calcul de 10 min.5.4.4 Calculs d’accumulation à Verbois sur le long terme AVEC vidangesAfin de pouvoir comparer de manière correcte et référencée les volumes de dépôts calculés par lemodèle numérique sur le long terme sans vidanges, un calcul des volumes de dépôts AVEC vidanges aété effectué. Ce calcul permet notamment d’estimer l’évolution morphologique et hydraulique sur le longterme tout en maintenant les opérations de vidanges telles qu’aujourd’hui. Le Tableau 16 résume lescalculs effectués AVEC vidanges sur le long terme :ExpressionPériodeNiveau NiveauDiamètresDépôts DépôtsAVEC ConcentrationJonction JonctionMEScalculés mesurésvidanges400 m 3 /s 800 m 3 /s[­] [mm] [­] [g/l] [m 3 ] [m 3 ] [msm] [msm]Van Rijn 0.002/0.03/ 3 ans Loi de Peiry 1'150’000 1'200’000 ­ ­FV = 0.05Van RijnFV = 0.050.15/0.55 48 ans Loi de Peiry 2'070’000 ­ 369.67 370.570.02 et 3 ans Loi de Peiry 1'520’000 1'200’000 ­ ­0.10 48 ans Loi de Peiry 3'740’000 ­ 369.81 372.05Tableau 16. Niveaux d’eau et volumes de dépôts calculés et mesurés à partir de la période 1997­2003 avec desconditions de bord fluctuantes pour un pas de temps de calcul de 10 min et AVEC vidanges.­ 96 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueVan Rijn / 4 diamètresLa Figure 84 présente une comparaison des volumes déposés selon Van Rijn en utilisant 4 diamètresde grain AVEC ou SANS vidanges sur le long terme. En termes de volumes totaux déposés sur 48 ans,la différence est remarquable : ~ 2'100'000 m 3 avec vidanges et ~ 6'700'000 m 3 sans vidanges.Par contre, comme illustré à la Figure 86, les vidanges simulées par le modèle numérique ne sont pasentièrement conforme la réalité : les volumes évacués à chaque vidange ne correspond pas à lamoyenne des volumes mesurés depuis 1942 et l’accumulation de matériaux entre deux vidangesconsécutives ne correspond pas non plus à la réalité.Ainsi, comme cela a déjà été constaté pour les calculs sans vidanges sur le court et le long terme,l’utilisation de 4 diamètres de grain pour représenter les MES se déposant dans la retenue de Verboiss’avère peu utile et relativement éloignée des conditions observées sur site.Figure 84 Comparaison des volumes déposés selon calcul numérique avec l’expression de Van Rijnutilisant 4 diamètres de grain et pour un pas de temps du calcul de 10 min., AVEC ou SANS vidanges sur le longterme.Van Rijn / 2 diamètresLa Figure 75 présente une comparaison des volumes déposés selon Van Rijn en utilisant 2 diamètresde grain AVEC ou SANS vidanges sur le long terme. En termes de volumes totaux déposés sur 48 ans,la différence est moins remarquable que pour 4 diamètres : ~ 3'150'000 m 3 avec vidanges et ~5'700'000 m 3 sans vidanges.La Figure 86 montre également que les vidanges simulées par le modèle numérique sont plus conformela réalité que la vidange avec 4 diamètres: les volumes évacués à chaque vidange correspondent à lamoyenne des volumes mesurés depuis 1942 et l’accumulation de matériaux entre deux vidangesconsécutives correspond également.­ 97 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 85 Comparaison des volumes déposés selon calcul numérique avec l’expression de Van Rijnutilisant 4 diamètres de grain et pour un pas de temps du calcul de 10 min., AVEC ou SANS vidanges sur le longterme.6000000PURGES_Van Rijn_pas de temps 10 min._FV=0.05_2 diamètresPURGES_Van Rijn_pas de temps 10 min._FV=0.05_4 diameters5000000PURGES MESUREES 1942­2003Accumulation sédiments [m3]4000000300000020000001000000Figure 8600 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Années sans purge [­]Comparaison des calculs sur le long terme avec vidanges avec 4 ou 2 diamètres de MESselon Van Rijn.­ 98 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLignes d’eau pour calculs AVEC vidanges sur le long termeLes lignes d’eau obtenues lors des calculs sur le long terme AVEC vidanges sont présentées en mêmetemps que les lignes d’eau SANS vidanges, afin de pouvoir comparer proprement. Ainsi, la Figure 79 etla Figure 80 présentent les lignes d’eau pour 400 et 800 m 3 /s avec 2 ou 4 diamètres de MES selon VanRijn. Il s’avère que principalement le calcul avec 2 diamètres résulte en des différences de niveaux à laJonction notables par rapport aux niveaux actuels. Pour un débit de 800 m 3 /s, l’augmentation de niveauest de 40 cm.Les valeurs exactes calculées à la Jonction se trouvent au Tableau 16.5.4.5 Résumé des résultats à VerboisLes simulations numériques 2D effectuées couvrent une large palette de conditions et de paramètres,avec des résultats de calculs très divers. Afin d’y voir plus clair, le présent paragraphe résume etprésente les résultats prépondérants. Les paramètres de vigueur sont les volumes accumulés sur lelong terme dans la retenue et les lignes d’eau obtenues à la Jonction.La Figure 87 présente les volumes accumulés sur le long terme des principaux calculs effectués avecou sans vidanges. Il s’avère indéniablement que, indépendamment des conditions de calcul, chaquecalcul tend vers un état d’équilibre dynamique. De plus, des groupes d’équilibres dynamiques peuventêtre distinguées.Accumulation sédiments [m3]1200000010000000800000060000004000000Calibration 1997­2000 mesuré sur siteVan Rijn_pas de temps 10 min._FV = 0.05Van Rijn_pas de temps 10 min._FV = 0.5Van Rijn_pas de temps 10 min._FV = 0.5_NIV Verbois = constantVan Rijn_pas de temps 10 min._FV = 0.5_NIV Verbois = constant_4 diametersVan Rijn_pas de temps 10 min._FV = 0.05_NIV Verbois = constant_4 diametersVan Rijn_pas de temps 60 min._FV = 0.5_NIV Verbois = constantEngelund & Hansen_pas de temps 10 min._FV = 0.5_NIV Verbois = constantEngelund & Hansen_pas de temps 60 min._FV = 0.5_NIV Verbois = constantPURGES_Van Rijn_pas de temps 10 min._FV=0.05PURGES_Van Rijn_pas de temps 10 min._FV=0.05_4 diametersPURGES MESUREES 1942­2003200000000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Années sans purge [­]Figure 87Résumé des volumes accumulés sur le long terme pour les simulations numériques 2D avecou sans vidanges à Verbois.­ 99 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquePar exemple, tous les calculs effectués selon Van Rijn avec 2 diamètres de MES (lignes noires) tendentvers une accumulation d’équilibre de l’ordre de 5.5 à 6 mio. m 3 . Les mêmes calculs avec 4 diamètres deMES (lignes rouges) tendent vers un équilibre autour de 6.5 mio m 3 . Les calculs utilisant l’expressionde Engelund & Hansen (lignes brunes) indiquent un équilibre d’environ 4.2 mio m 3 seulement.Il est très intéressant de constater que, pour 2 diamètres de MES, les différences d’accumulation avecou sans vidanges sur le long terme sont bien moins importantes que pour 4 diamètres de MES. Ceconstat est très important puisque ces volumes ont une répercussion immédiate sur les lignes d’eau àla Jonction. Autrement dit, pour les calculs avec 2 diamètres de MES, l’augmentation du niveau d’eau àla Jonction avec ou sans vidange ne pourra pas être passablement différente.En guise de conclusion sur ces calculs, il s’est avéré lors de la présentation que les calculs avec 2diamètres de MES sont bien plus représentative de la réalité que les calculs avec 4 diamètres. Laraison pour ce constat n’est pas très claire. A priori, un calcul avec plus de précision sur les diamètresde grain devrait pouvoir résulter en un meilleur calage.Toutefois, la distribution spatiale exacte des diamètres de grain à travers la retenue n’est pas connueavec précision. Il se pourrait que seuls les diamètres les plus petits des MES sont présents dans lamajeure partie de la retenue. Egalement, la turbulence d’écoulement joue un rôle important dans lecalage. Calibrer de tels phénomènes sur 12 km de longueur et pour une large gamme de profondeurset de diamètres de grain devient une tâche quasi insurmontable. De ce fait, le calage pour 2 diamètresde grain seulement semble avoir mieux réussi que pour 4 diamètres.Ensuite, la Figure 88 présente les principales lignes d’eau calculées pour un débit de 400 m 3 /s. Lesrésultats les plus restrictifs indiquent une augmentation du niveau à la Jonction de 40­60 cm.371.00370.80370.60370.40370.20400 m3/s état actuel mesuré400 m3/s état actuel calculé400 m3/s sans purges (MES, pas de temps 1h)400 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)400 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie, FV = 0.05)400 m3/s AVEC PURGES (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)400 m3/s sans purges (MES 4 diamètres de grain, pas de temps 10 min)Elevation [msm]370.00369.80369.60369.40369.20369.00368.80368.60VerboisPK8.2Jonction368.400 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance au barrage [m]Figure 88Résumé des lignes d’eau simulées pour un débit de 400 m 3 /s et comparaison avec l’étatactuel.­ 100 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLes principales lignes d’eau pour un débit de 800 m 3 /s sont résumées à la Figure 89. De la mêmemanière, les résultats les plus pessimistes augmentent le niveau d’eau à la Jonction de 1.00 m.Elevation [msm]372.6372.4800 m3/s état actuel mesuré372.2800 m3/s état actuel calculé372800 m3/s sans purges (MES, pas de temps 1h)371.8800 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)371.6800 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie, FV = 0.05)371.4800 m3/s AVEC PURGES (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)371.2371800 m3/s sans purges (MES 4 diamètres de grain, pas de temps 10 min)370.8370.6370.4370.2370369.8369.6369.4369.2369368.8368.6368.4368.2VerboisPK8.2Jonction3680 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance au barrage [m]Figure 89Résumé des lignes d’eau simulées pour un débit de 400 m 3 /s et comparaison avec l’étatactuel.Comme cela à été fait pour les calculs 1D, la Figure 109 (au chapitre 6) montre l’influence de cetteaugmentation et le risque d’inondation à différents endroits à la Jonction. Il est constaté que, en aval dubarrage du Seujet, l’exhaussement du plan d’eau provoquerait des inondations à partir de 700 m 3 /s aulieu d’environ 1'000 m 3 /s actuellement. De plus, le sentier des Saules serait inondé à partir de 450 m 3 /sau lieu de 800 m 3 /s actuellement.5.4.6 Calculs des accumulations à Chancy­Pougny sur le long terme et SANS vidangesDe façon similaire, des calculs 2D de l’évolution morphologique sur le long terme ont été effectués pourla retenue de Chancy­Pougny. La problématique du comblement éventuel de la retenue de Chancy­Pougny étant considérée comme moins préoccupante que celle de la retenue de Verbois, seulsquelques calculs clés ont été effectués. La bathymétrie 3D de base est celle relevée en 2004 par lesSIG.Les conditions de bord pour ces calculs ont été reprises des calculs effectués pour la retenue deVerbois. Ainsi, la concentration en sédiments fins des eaux transférées par turbinage de Verbois àChancy­Pougny a été reprise des résultats calculés pour les 48 ans d’état futur de la retenue deVerbois sans vidanges. Les éventuels dépôts de graviers provenant de l’Allondon n’ont pas été pris encompte dans les présents calculs.Dans ce sens, le calcul sans vidanges à Chancy­Pougny considère implicitement qu’il n’y plus devidange à Verbois non plus et vice versa pour les calculs avec vidanges. Comme pour les calculs àVerbois, la période de référence des calculs sur le long terme est 1997­2003.­ 101 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique300000Calcul sur 3 ans SANS purgesCalcul sur 26 ans SANS purges250000Calcul sur 48 ans SANS purgesVolumes accumulés [m3]200000150000100000500000Figure 9018.8618.90318.96319.04319.08319.21519.36819.49619.65319.73619.84319.95320.15320.32320.603Profils de la retenue [en km]20.8221.47821.79321.99122.1122.29722.51822.89623.35823.45823.55823.65823.758Volumes accumulés dans la retenue de Chancy­Pougny sur le long terme SANS vidanges (nià Verbois ni à Chancy­Pougny).La Figure 91 montre l’évolution dans le temps des volumes totaux accumulés dans la retenue deChancy­Pougny.140000012000001000000Volumes accumulés [m3]800000600000400000200000Figure 9100 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Période sans vidanges [années]Volumes accumulés dans la retenue de Chancy­Pougny sur le long terme SANS vidanges (nià Verbois ni à Chancy­Pougny).­ 102 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueIl s’avère que l’influence de la rétention des sédiments dans la retenue de Verbois se fait sentir demanière prépondérante. Ainsi, durant les premières 10­15 ans, la retenue de Verbois fonctionne commeun grand dépotoir et relativement peu de sédiments fins sont transférés vers l’aval. La retenue deChancy­Pougny se stabilise à un volume accumulé autour de 200'000 m 3 seulement.Ensuite, la retenue de Verbois tend vers son nouvel état d’équilibre. Ceci entraîne automatiquementune augmentation de sédiments transférés vers l’aval et donc un comblement plus important de laretenue de Chancy­Pougny. Celle­ci retrouve son nouvel état d’équilibre après environ 35­40 ans, c’està­direenviron 15­20 plus tard que la retenue de Verbois. Les volumes accumulés représentent à peuprès 1'200'000 m 3 . Ils sont principalement concentrés entre le Gravière de Challex et le barrage même.La Figure 92 présente une vue en plan des dépôts de la retenue de Chancy­Pougny après 48 ans sansvidanges. Les dépôts formés proche du barrage ne devraient pas être pris en considération tels quels,puisque la condition de sortie utilisée lors des calculs ne correspond pas entièrement aufonctionnement du barrage et des turbines. Pour déterminer les dépôts dans cette zone, des calculsplus détaillés seraient nécessaires.Les principaux dépôts se forment à l’extérieur de la courbe à la Gravière de Challex et tout le long dudernier bout droit vers le barrage, en rive gauche. Quasiment aucun dépôt n’a été calculé en amont dela confluence avec l’Allondon.Figure 92 Dépôts accumulés dans la retenue de Chancy­Pougny après 48 ans sans vidanges.Les lignes d’eau correspondant à ce nouvel état sur le long terme sont présentées à la Figure 93 pourdes débits allant de 400 à 1’400 m 3 /s. Comparé avec l’état actuel, considéré équivalent à l’état sur lelong terme avec vidanges tri­annuelles, on peut apercevoir qu’il n’y a aucun effet notable en amont dela confluence avec l’Allondon. Ce dernier a actuellement généré tellement de dépôts à la confluenceque la courbe de remous amont n’est pas influencée par la sédimentation de la retenue en aval.­ 103 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueEn faisant l’hypothèse que ces dépôts de graviers font complètement absents, une légère influencepourrait se produire vers l’amont, mais ces influences ne devraient pas générer à priori uneaugmentation des niveaux d’eau à la sortie du barrage de Verbois.354353400 m3/s_après 48 ans SANS vidanges600 m3/s_après 48 ans SANS vidanges800 m3/s_après 48 ans SANS vidanges1400 m3/s_après 48 ans SANS vidanges352400 m3/s_après 48 ans AVEC vidanges600 m3/s_après 48 ans AVEC vidangesElévation [msm]351350349800 m3/s_après 48 ans AVEC vidanges1400 m3/s_après 48 ans AVEC vidangesNiveaux OBSERVES en 2001 pour 615 m3/s34834734634570006000500040003000200010000Distance depuis barrage [m]Figure 93Lignes d’eau actuelles et futures SANS vidanges sur 48 ans.Par contre, en aval de l’Allondon, les courbes de remous sont passablement plus élevées. Cetteélévation va de max. 25­30 cm pour un débit de 400 m 3 /s jusqu’à max. 2.0 m pour un débit de 1'400m 3 /s. Ce sont principalement les dépôts dans les quelques dernières centaines de mètres avant lebarrage qui font augmenter la courbe de remous.De ce fait, même si une exploitation de la centrale hydroélectrique demeure possible sur le long terme,les dépôts augmenteraient le risque d’inondations en aval de l’Allondon et une solution pour diminuerles dépôts s’impose donc.Comme pour la retenue de Verbois, celle­ci sera recherchée en modifiant la consigne d’exploitationactuelle de la retenue de Chancy­Pougny (Nant des Charmilles).Les calculs y relatifs sont explicités dans le chapitre 6.5.4.7 Calculs des accumulations à Chancy­Pougny sur le long terme et AVEC vidangesDes calculs 2D de l’évolution morphologique sur le long terme ont été effectués pour la retenue deChancy­Pougny AVEC vidanges.­ 104 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLa Figure 94 compare les volumes accumulés entre les vidanges et les volumes érodés lors desvidanges sur le long terme et pour les deux types de vidanges considérés. Un point de comparaison estfait également avec les volumes accumulés mesurés de 1997 à 2000 et les volumes érodés lors de lavidange de 2000.La vidange du type 2 apparemment reflète le mieux le fonctionnement actuel des volumes totauxaccumulés et érodés. La vidange du type 1 génère des changements de volumes beaucoup plusconsidérables. Ceci est probablement du à la réutilisation des valeurs calculées numériquement àVerbois. Certaines vidanges génèrent ainsi un jeu de valeurs de concentration très instables et variablelors des vidanges, ce qui influence les volumes déposés en aval. Néanmoins, les deux types devidanges arrivent à long terme au même volume total accumulé dans la retenue, c’est­à­dire de l’ordrede 400'000 m 3 . Ceci indique donc l’état d’équilibre dynamique vers lequel tendrait la retenue tout enmaintenant les vidanges tri­annuelles.La répartition spatiale des volumes déposés/érodés est représentée à la Figure 95 pour les deux typesde vidanges. Il s’avère que la vidange du type 1 produit une bien meilleure répartition spatiale que lavidange du type 2. Elle arrive même à reproduire les dépôts dans la partie amont de la retenue. En fait,la vidange du type 2 dépose ces mêmes volumes directement plus en aval dans la retenue, où ils sontchassés immédiatement lors des vidanges.1400000Vidange du type 1 (durée de 3 mois)Vidange du type 2 (durée de 4 jours)1200000Accumulation et érosion mesurées pour lapériode 1997­20001000000Volumes déposés CyPy [m 3 ]80000060000040000020000001990 2000 2010 2020 2030 2040 2050Période [années]Figure 94Comparaison des volumes accumulés entre­vidanges et érodés lors des vidanges pour lesdeux types de vidanges considérés.En d’autres termes, l’endroit exact où ces volumes se déposent lors des vidanges n’est pas trèsimportant. Ce qui importe est leur évacuation lors de la prochaine vidange tri­annuelle. Ces résultatstrès divers mènent au même résultat sur le long terme.­ 105 ­

AquaVision Engineering SàrlVolumes [m 3 ]20000150001000050000­5000­10000­15000­20000­25000­30000­3500018.8618.90318.96319.04319.083Vidange du type 1 (sur 3 mois)Vidange du type 2 (sur 4 jours)Barrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique19.21519.36819.49619.65319.73619.84319.95320.15320.32320.60320.8221.47821.79321.99122.1122.29722.51822.89623.35823.45823.55823.65823.758Figure 95Profils de la retenue [en km]Comparaison de la répartition spatiale des volumes accumulés/érodés lors d’une vidange(pour les deux types de vidange).La Figure 96 compare cet état en termes d’augmentation du fond du lit après 48 ans avec vidanges. Lavidange du type 1 concentre davantage les dépôts vers la Gravière de Challex et à la sortie de ladouble courbe. La même information est présentée à la Figure 97 sous forme de volumes.a) Dépôts sur le long terme pour la vidange du type 1­ 106 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueb) Dépôts sur le long terme pour la vidange du type 2Figure 96Comparaison 2D de la répartition spatiale des volumes déposés sur le long terme pour lesdeux types de vidange.200000Vidange du type 1 (sur 3 mois)Vidange du type 2 (sur 4 jours)150000100000Volumes [m 3 ]500000­5000018.86Figure 9718.90318.96319.04319.08319.21519.36819.49619.65319.73619.84319.95320.153Profils de la retenue [en km]20.32320.60320.8221.47821.79321.99122.1122.29722.51822.89623.35823.45823.55823.65823.758Comparaison volumique de la répartition spatiale des volumes déposés sur le long terme pourles deux types de vidange.L’évolution des lignes d’eau est présentée à la Figure 93.­ 107 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique5.5 Analyse globale des résultats des modélisationsLe présent paragraphe présente une analyse globale des différentes modélisations analytiques etnumériques effectuées. L’analyse des résultats démontre une bonne concordance entre calculs etmesures et entre les différents calculs. Cette concordance a été obtenue en utilisant des méthodesd’analyse très diverses et ceci pour des projections tant sur le court que sur le long terme. Ainsi, lafiabilité et la plausibilité des résultats semblent à priori satisfaisants pour permettre de tirer desconclusions concernant la suite à donner aux vidanges.La Figure 98 présente une comparaison des fonds de retenue obtenus pour les calculs numériques 2Dsur le long terme. La Figure 99 présente les mêmes résultats mais en 1D, tandis que la Figure 100montre le fond d’équilibre sur le long terme suite à l’analyse analytique. La comparaison des 3graphiques est pour le moins frappante. Quelque soit la méthode d’analyse utilisée, le constat est lemême :sans futures vidanges, le fond de la retenue tendra vers un nouvel état d’équilibre dynamique,correspondant à des niveaux de fond allant du fond actuel jusqu’à 365 msm maximum, etjusqu’à 363 msm en moyenne.Dans l’absence de futures vidanges, la retenue va partiellement se combler relativement vite durant lespremières 10­15 ans, suivi par un ralentissement du degré de comblement pour finalement atteindre demanière asymptotique un nouvel état d’équilibre dynamique morphologique.Ce nouvel état d’équilibre du fond de la retenue correspondra en quelque sorte à un comblement deszones mortes, i.e. les parties extérieures des multiples courbes et les zones actuellement à largeurconsidérable. A cela se rajoute la formation d’un chenal d’écoulement bien établi et à sectionrelativement homogène sur toute la longueur de la retenue.La comparaison permet également de démontrer une différence essentielle entre les calculs 1D et 2D.Les calculs 1D remplissent les sections à travers de manière uniforme en utilisant des vitessesd’écoulement moyennées sur la section. Ceci conduit inévitablement à une sorte de homogénéisationdes dépôts sur le long terme et peu de disparition entre les différents profils.Les calculs 2D permettent de distinguer des vitesses d’écoulement différentes dans la même section àtravers selon l’importance de la bathymétrie locale et de l’écoulement secondaire. Ainsi, les dépôts seconcentrent plutôt à l’intérieur des courbes et ne sont pas redistribués sur toute la largeur de la sectionà travers. Ceci conduit à des sections avec des dépôts considérables mais pour lesquelles le thalwegsur le long terme reste pratiquement identique au thalweg actuel.Les lignes d’eau correspondant à tous ces nouveaux fonds de retenue démontrent clairement que, pourun débit moyen de 400 m 3 /s, l’augmentation des niveaux d’eau à la Jonction est négligeable etn’entraîne aucune augmentation du risque d’inondation par rapport à l’état actuel. Par contre, pour desdébits de 800 m 3 /s ou supérieurs, certains fonds de retenue calculés résultent en des niveaux d’eau à laJonction qui pourraient augmenter le risque d’inondation voir générer des inondations par endroit. Deplus, entre l’Allondon et le barrage de Chancy­Pougny, d’importants rehaussements de niveaux d’eauseraient générés sur le long terme sans vidanges.Ces calculs répondent donc à une des questions clés de ce projet. Dans la suite, des solutions serontrecherchées et proposées de manière provisoire et générale afin de remédier à tout risque d’inondationà la Jonction et entre l’Allondon et Chancy­Pougny lors des futures crues de l’Arve et du Rhône.­ 108 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique374372370368366364362360358356Elévation [msm]3542D (Eng. & Hansen, MES = 0.2 g/l constant, V = + 4.2E+06 m3)2D (Eng. & Hansen, MES = 1 g/l constant, V = + 6.5E+06 m3)3523502D (Eng. & Hansen, MES Peiry, V = + 4.1E+06 m3)2D (Van Rijn, MES Peiry, V = + 5.9E+06 m3)2D Ligne d'eau après 48 ans (Eng. & Hansen, MES Peiry, Q = 400 m3/s)348346120002D Ligne d'eau après 48 ans (Van Rijn, MES Peiry, Q = 400 m3/s)Reservoir bottom (2D modelling)11000 10000 9000 8000 7000 6000 500040003000200010003443420Distance vers l'amont [m]Figure 98Résumé des thalwegs calculés en 2D sur le long terme.374372370368366364362360358356Elévation [msm]3543521D (Wu et al. (2000)) MES3501D (Yang (1996)) MES1D (SEDTRA) MES1D Ligne d'eau 2000 (SEDTRA) pour Q = 458 m3/s et Hverbois = 368.51 msm348346120001D Ligne d'eau 2048 (SEDTRA) pour Q = 458 m3/s et Hverbois = 368.51 msmReservoir bottom (1D modelling)11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 40003000200010003443420Distance vers l'amont [m]Figure 99Résumé des thalwegs calculés en 1D sur le long terme.­ 109 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 100Résumé des thalwegs calculés analytiquement sur le long terme.Aux calculs analytiques et numériques effectués et présentés dans le présent chapitre s’ajoute unesérie de calculs numériques effectués avec les modèles GSTARS 2.1 et CCHE­2D dans le cadre d’untravail de diplôme [Dulal 2005]. Ces calculs ont mené à des résultats très comparables, confirmant ainsiles constats faits.­ 110 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique5.6 Conclusions sur les états transitoires et d’équilibreL’analyse analytique et numérique détaillée de l’état transitoire des retenues de Verbois et de Chancy­Pougny ont démontré l’existence et les principales caractéristiques du futur état d’équilibre dynamiquede la morphologie du fond des retenues en cas de suppression des vidanges. Cette analyse anotamment permis de répondre à une partie des questions formulées auparavant comme objectifsprincipaux de cette étude :1. Quelle serait la nouvelle morphologie d’équilibre de la retenue sans futures vidanges ?2. Dans combien de temps risque­t­on de retrouver ce nouvel équilibre dynamique ?3. Quelles sont les nouvelles lignes d’eau à Genève pour cet état d’équilibre ?A part ces questions, d’autres questions posées ne sont pas pour autant résolues :1. Ce nouvel équilibre permet­t­il de continuer l’exploitation de la retenue ?2. Pourrait­on intervenir lors de la phase transitoire afin de retrouver un état d’équilibreacceptable sur le long terme et si oui comment ?La première question a été partiellement résolue dans le sens que les calculs sur le long terme sansvidanges démontrent l’existence d’un chenal préférentiel et d’un volume libre de la retenue permettantle transfert des eaux du Lac Léman et donc l’exploitation des usines de Verbois et de Chancy­Pougny.Néanmoins, cette exploitation nécessite également le bon fonctionnement des organes annexessuivants :1. Vannes de fond2. Vannes de surface3. Prises d’eau au barrage et le long de la retenue4. Entrée des turbinesL’entrée des turbines pourra rester fonctionnelle de par sa mise en œ uvre quotidienne. Les vannes desurface restent opérationnelles de par leur emplacement favorable par rapport aux dépôts. Par contre,les prises d’eau au barrage de Verbois (notamment prise d’eau de l’usine Les Cheneviers) sontpositionnées tel que leur bon fonctionnement ne peut pas être garanti sur la base des calculs effectuésdans le cadre de cette étude.Des calculs plus précis de la zone autour du barrage, tenant compte de l’évacuation quotidienne deseaux par les turbines combiné avec une évacuation par les vannes de fond/surface lors des crues,s’avèrent nécessaires. Le même constat est valable pour le fonctionnement des vannes de fond,organe de sécurité indispensable.La deuxième question non résolue dans le présent chapitre demande des solutions pour influencer etmodifier l’état d’équilibre sur le long terme des retenues tel que le problème des inondations ne se poseplus, ou en tout cas beaucoup moins. Ceci sera traité séparément dans le chapitre suivant.Finalement, il convient de rappeler que les calculs ont démontré que les dépôts de matériaux grossiers(sables, graviers) à la Jonction ou juste en aval sont indépendants du mode opératoire actuel desvidanges. Autrement dit, l’arrivée et le dépôt de graviers à la Jonction ne peuvent pas être diminués pardes opérations de vidange. De ce fait, et étant donné le caractère préoccupant du risque d’inondationssuite à des dépôts de graviers, une solution doit être trouvée en amont de la Jonction. Ceci ne fait paspartie de la présente étude.­ 111 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique6 Solutions alternatives aux vidanges6.1 IntroductionChapitre 5 a présenté les principaux calculs analytiques et numériques effectués pour estimerl’évolution morphologique des retenues de Verbois et de Chancy­Pougny sur le long terme, dansl’absence de futures vidanges tri­annuelles.Ces calculs ont démontré une augmentation des niveaux d’eau à la Jonction et en aval de l’Allondonlors des crues, nécessitant de trouver une solution alternative aux vidanges. Le présent chapitre décritde manière générale les types de solutions proposés et calculés dans l’objectif de minimiser lesaugmentations de niveaux d’eau et le risque d’inondations.6.2 Modification des consignes d’exploitationL’idée de base est de diminuer les niveaux d’eau appliqués aux barrages de Verbois et de Chancy­Pougny lors des crues de l’Arve et/ou du Rhône. Actuellement, les niveaux d’eau sont déterminés par laconsigne PK 8.2 à Verbois et la consigne PK 20.82 à Chancy­Pougny. Le premier stipule un niveauconstant de 369.10 msm au point PK8.2 dans la partie amont de la retenue de Verbois, tandis que ledernier fixe le niveau de la retenue à 347.30 msm au Nant des Charmilles.Une diminution temporaire des niveaux aurait pour conséquence d’augmenter les vitesses moyennesde l’écoulement, ainsi que les contraintes sur le fond à certains endroits (par une pente de la surfaced’eau plus importante). Ceci devrait améliorer la capacité de transfert de particules fines vers l’aval,principalement dans les circonstances suivantes :1. Lors des événements de crues, particulièrement ceux dans l’Arve.2. Lors des situations d’eaux chargées en sédiments dans l’Arve, même en situation de débitsmodérés.Cette mesure aurait néanmoins des répercussions considérables sur les aspects suivants :1. Exploitation de la prise d’eau de l’usine Les Cheneviers, en fonction du niveau d’abaissement.2. Pertes de production hydroélectrique aux barrages de Verbois et de Chancy­Pougny.Dans ce qui suit, des calculs numériques 2D ont été effectués avec des abaissements ponctuels duniveau d’eau aux barrages de Verbois et de Chancy­Pougny et avec une consigne d’exploitationmodifiée.Ces calculs n’ont pas pour but de définir de manière définitive et précise l’abaissement nécessaire ou lanouvelle consigne d’exploitation des retenues. Ils visent simplement à démontrer la faisabilité de telstypes de solutions pour minimiser les risques d’inondations à la Jonction et en aval de l’Allondon, ainsique pour réduire les volumes déposés sur le long terme dans la retenue et proche du barrage.­ 112 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique6.3 Modélisation numérique 1D (Verbois)6.3.1 Nouvelle consigne d’exploitation à VerboisLes nouvelles consignes utilisées comme condition de bord aval des calculs 1D sont présentées à laFigure 104. La consigne A propose un abaissement très progressif pour des débits au­dessus de 200m 3 /s. Le niveau minimum possible est de 367.5 msm. La consigne C propose un abaissement plusprononcé, à partir de 400 m 3 /s. Le niveau minimum possible est de 366.5 msm.369.5Consigne pk 8.2Niveau en amont du barrage de Verbois (msm)369.0368.5368.0367.5367.0Q moyen (1997­2003)Nvelle Consigne ANvelle Consigne CQ 2Q 5Q 20366.5366.00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000Débit à Verbois (m 3 /s)Figure 101Nouvelles consignes A et C proposées pour les calculs 1D à Verbois.La Figure 102 présente une comparaison des niveaux d’eau à la Jonction avec la consigne actuelle etavec les deux nouvelles consignes proposées. La loi EXP signifie une loi exponentielle pour les MES,tandis que la loi LOG veut dire la loi de Peiry.La consigne A conduit à une augmentation du débit de débordement de l’ordre de 100 m 3 /s, tandis quela consigne C résulte en une augmentation de ce débit critique de 200 m 3 /s environ.6.3.2 Conclusions sur les nouvelles consignesBasé sur ces résultats, il s’avère que l’application d’une nouvelle consigne au barrage de Verbois peutamener une solution alternative aux vidanges, avec des augmentations sur le long terme des niveauxd’eau à la Jonction de l’ordre de quelques cm seulement pour un débit de 800 m 3 /s. Néanmoins, lesconsignes calculées ici représenteraient un impact non négligeable sur la production hydro­électriquepuisque modifiant la chute nette du barrage déjà pour des débits inférieurs au débit d’équipement de620 m 3 /s. Ainsi, pour la suite, des calculs 2D seront effectués avec une nouvelle consigne qui a unmoindre impact sur la production hydroélectrique.­ 113 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 102Comparaison des niveaux d’eau à la Jonction après 48 ans avec différentes consignesd’exploitation selon les calculs 1D.­ 114 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique6.4 Modélisation numérique 2D (Verbois et Chancy­Pougny)6.4.1 Abaissements du niveau au barrage de Verbois lors des cruesLa première variante consiste à abaisser le niveau d’eau au barrage de Verbois lors des crues et enutilisant le nouveau fond, i.e. la nouvelle situation d’équilibre de la retenue. A la Figure 103, desabaissements de ­ 0.50 m et de – 1.00 m sont présentés pour un débit de 800 m 3 /s. Ceci a été calculéavec un pas de temps du calcul de 1h.Elevation [msm]372.9372.7800 m3/s état actuel mesuré372.5800 m3/s état actuel calculé372.3372.1800 m3/s après 48 ans sans purges (MES, Van Rijn, V = + 5.7E+06 m3)371.9800 m3/s après 48 ans sans purges (MES, Engelund & Hansen, V = + 4.1E+06 m3)371.7800 m3/s ­ Consigne PK8.2 ­ 0.50 m371.5371.3800 m3/s ­ Consigne PK8.2 ­ 1.00 m371.1370.9370.7370.5370.3370.1369.9369.7369.5369.3369.1368.9368.7368.5368.3368.1367.9367.7Verbois367.5PK8.2Jonction0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Distance au barrage [m]Figure 103Lignes d’eau pour 800 m 3 /s en abaissant le niveau au barrage de 0.5 à 1 m lors des crues.Il convient de préciser que ces abaissements ont été effectués après la période de 48 ans sansvidanges et que, pendant ces 48 ans, aucun abaissement n’a été effectué. Le graphique montreclairement que le gain en termes d’abaissement à la Jonction est très minime, de l’ordre de 5 à 10 cmseulement.Ce type de solution s’avère donc très peu efficace pour diminuer le risque d’inondations à la Jonction.6.4.2 Nouvelle consigne d’exploitation à VerboisLa nouvelle consigne utilisée comme condition de bord aval des calculs 2D est présentée à la Figure104. La consigne est similaire à la consigne actuelle pour des débits allant jusqu’à environ 600 m 3 /s, i.e.proche du débit d’équipement du barrage de Verbois de 620 m 3 /s. A partir de ce débit, le niveau aubarrage baisse jusqu’à 367 msm, et ceci indépendamment des débits de crue.­ 115 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 104Consigne actuelle et nouvelle consigne d’exploitation de la retenue de Verbois utilisée pour lescalculs numériques 2D.Contrairement à la solution précédente, l’application de la nouvelle consigne d’exploitation a été miseen œ uvre pendant la période de 48 ans sans vidanges, c’est­à­dire en essayant d’intervenir sur le fondd’équilibre sur le long terme. Les résultats des calculs sont présentés de la Figure 105 à la Figure 117.Le volume total accumulé en 48 ans sans purges mais avec la nouvelle consigne à 367 msm lors descrues correspond à 4'180'000 m 3 . Ce volume est bien moins important que le volume correspondantmais avec la consigne actuelle (5'800'000 m 3 ). Il est même proche des volumes obtenus en maintenantles vidanges actuelles.La Figure 106 explicite l’évolution des volumes accumulés dans le temps et compare avec les résultatsdéjà discutés dans le chapitre précédent. L’équilibre dynamique est atteint après une dizaine d’années.Les répercussions positives sur les lignes d’eau sont présentées à la Figure 107 pour un débit de 400m 3 /s et à la Figure 108 pour un débit de 800 m 3 /s. Il convient de mentionner que, pour un débit de 400m 3 /s, aucun abaissement n’est appliqué, tandis que pour les débits au­dessus de 600 m 3 /s, le niveau àVerbois est de 367 msm.Même sans aucun abaissement, la courbe de remous pour 400 m 3 /s s’approche de la courbe actuelle.Egalement, pour 800 m 3 /s, la nouvelle courbe de remous revient quasiment au niveau de la courbeactuelle à la Jonction. Ceci est également visible à la Figure 109, où une comparaison a été faite entreles calculs 1D discutés auparavant et les résultats 2D.De ce fait, une modification de la consigne d’exploitation actuelle s’avère une solution alternativefaisable et efficace pour minimiser le risque d’inondations à la Jonction.­ 116 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique400000350000Mesuré après 3 ansCalculé après 48 ans d'abaissement lors des cruesVolume total = 4'180'000 m3300000Volumes accumulés [m 3 ]250000200000150000100000500000Figure 1051 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34Profils de la retenue [­]Volumes accumulés après 48 ans avec la NOUVELLE CONSIGNE à 367 msm lors des crues.1200000010000000Calibration 1997­2000 mesuré sur siteVan Rijn_pas de temps 10 min._FV = 0.5Van Rijn_pas de temps 10 min._FV = 0.05_NIV Verbois = constant_4 diametersEngelund & Hansen_pas de temps 10 min._FV = 0.5_NIV Verbois = constantPURGES_Van Rijn_pas de temps 10 min._FV=0.05PURGES_Van Rijn_pas de temps 10 min._FV=0.05_4 diametersVan Rijn_pas de temps 10 min._FV = 0.5_NOUVELLE CONSIGNE 367 msmAccumulation sédiments [m 3 ]800000060000004000000200000000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Années sans purge [­]Figure 106Evolution morphologique avec la nouvelle consigne et comparaison avec les calculsprécédents.­ 117 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique371.60371.40371.20371.00370.80370.60400 m3/s état actuel mesuré400 m3/s état actuel calculé400 m3/s sans purges (MES, pas de temps 1h, NIV Verbois = 369 msm)400 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)400 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie, FV = 0.05)400 m3/s AVEC PURGES (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)400 m3/s sans purges AVEC NOUVELLE CONSIGNE à 367 msm pendant crues (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)370.40Elevation [msm]370.20370.00369.80369.60369.40369.20369.00368.80368.60368.40368.20VerboisPK8.2Jonction368.000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000Figure 107Distance au barrage [m]Lignes d’eau pour un débit de 400 m 3 /s : comparaison entre la nouvelle consigne et les calculsprécédents.Elevation [msm]371.6371.4371.2371370.8370.6370.4370.2370369.8369.6369.4Jonction369.2369368.8PK8.2368.6368.4368.2800 m3/s état actuel mesuré368800 m3/s état actuel calculé367.8800 m3/s sans purges (MES, pas de temps 1h)800 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)367.6800 m3/s sans purges (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie, FV = 0.05)367.4800 m3/s AVEC PURGES (MES, pas de temps 10 min., NIV Verbois varie)367.2800 m3/s avec NOUVELLE CONSIGNE à 367 msm3670 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000VerboisDistance au barrage [m]Figure 108Lignes d’eau pour un débit de 800 m 3 /s : comparaison entre la nouvelle consigne et les calculsprécédents.­ 118 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueNiveau d'eau (msm)Niveau d'eau (msm)Niveau d'eau (msm)373.2373.0Consigne pk 8.2Jonction (Profil J)372.8 Loi Exp MES 1b1D372.6Loi Log Gravier 2b372.4Loi Log Gravier 2c372.2372.0Quai de chargement des ordures1D371.8371.6371.4HEE1D371.2371.0370.81D370.6370.4370.2370.0369.8369.6Calculs 2D:ETAT ACTUEL369.4SANS VIDANGES369.2369.0NOUVELLE CONSIGNE368.8AVEC VIDANGES368.60 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100Débit à Verbois (m 3 /s)373.2373.0Consigne pk 8.2Rhône Jonction (G57)372.8 Loi Exp MES 1b1D372.6Loi Log Gravier 2b372.4372.2Loi Log Gravier 2c1D372.0371.8371.61D371.4371.2371.0370.8370.6Sentier des Saules1D370.4370.2370.0369.8369.6Calculs 2D:ETAT ACTUEL369.4SANS VIDANGES369.2369.0NOUVELLE CONSIGNE368.8AVEC VIDANGES368.60 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100Débit à Verbois (m 3 /s)373.2373.0Consigne pk 8.2Rhône aval Seujet (G40)372.8 Loi Exp MES 1b372.6Loi Log Gravier 2b372.4Loi Log Gravier 2c1D1D372.2372.0371.81D371.61D371.4371.2Plate forme aval usine Seujet371.01D370.8370.6370.4370.2370.0369.8369.6Calculs 2D:ETAT ACTUEL369.4SANS VIDANGES369.2369.0NOUVELLE CONSIGNE368.8AVEC VIDANGES368.60 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100Débit à Verbois (m 3 /s)Figure 109 Comparaison des lignes d’eau sur le long terme calculées en 1D et 2D.­ 119 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique6.4.3 Nouvelle consigne d’exploitation à Chancy­PougnyLa nouvelle consigne proposée comme condition de bord aval des calculs 2D est présentée à la Figure110. Tout comme pour le barrage de Verbois, la consigne est similaire à la consigne actuelle pour desdébits allant jusqu’à environ 600 m 3 /s, i.e. proche du débit d’équipement de 620 m 3 /s. A partir de cedébit, le niveau au barrage baisse jusqu’à 345 msm, et ceci indépendamment des débits de crue.347.5347346.5Elévation [msm]346345.5345Nouvelle consigne proposée344.5344Consigne actuelle Nant des Charmilles343.50 200 400 600 800 1000 1200 1400Débit à Chancy­Pougny [m 3 /s]Figure 110Comparaison de la consigne actuelle et de la nouvelle consigne proposée.348.00347.50347.00Elévation [msm]346.50346.00345.50345.00344.50Niveaux d'eau appliqués à Chancy­Pougny avec intégration NOUVELLE CONSIGNE lors des cruesNiveaux d'eau calculés à Chancy­Pougny avec NOUVELLE CONSIGNE344.000 2000000 4000000 6000000 8000000 10000000 12000000 14000000 16000000 18000000 20000000Figure 111Temps [sec]Comparaison des niveaux appliqués et calculés au barrage de Chancy­Pougny.­ 120 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLa nouvelle consigne à Chancy­Pougny est utilisée exclusivement en combinaison avec la nouvelleconsigne à Verbois.La Figure 111 montre les niveaux d’eau réellement calculés par le modèle. Ils sont très proches desniveaux d’eau appliqués, malgré quelques instabilités à haute fréquence. Celles­ci sont engendrées parla présence des dépôts à l’Allondon, qui présentent une barrière « numérique » sur laquelle desfluctuations brusques du niveau aval reflètent en se propageant vers l’amont.300000250000Calcul sur 48 ans AVEC purgesCalcul sur 48 ans avec NOUVELLE CONSIGNE à Verbois et à CyPy_ NIV à 345 msmCalcul sur 48 ans SANS vidanges et avec consignes actuelles à Verbois et CyPyVolume total = 205'000 m 3Volume total = 645'000 m 3Volume total = 1'130'000 m 3Volumes accumulés [m 3 ]20000015000010000050000028272625242322212019181716151413121110987654321Profils de la retenue [­]Figure 112Volumes déposés après 48 ans en appliquant la nouvelle consigne à Verbois et à Chancy­Pougny simultanément. Comparaison avec les calculs précédents.Les volumes déposés après 48 ans d’application de la nouvelle consigne lors des crues sont présentésà la Figure 112. La nouvelle consigne diminue de presque la moitié (645'000 au lieu de 1'130'000 m 3 )les volumes par rapport à la consigne actuelle et s’avère donc efficace de ce point de vue. Ce volumeconstitue toujours le triple des volumes déposés sur le long terme en maintenant les vidanges actuelles.L’évolution morphologique en fonction du temps est illustré à la Figure 113. Comme pour l’état avecvidanges sur le long terme, l’équilibre dynamique de la retenue n’est atteint qu’après 40­45 ans.Finalement, les nouvelles lignes d’eau sur le long terme sont présentées et comparées avec les calculsprécédents de la Figure 117 à la Figure 119. Les nouvelles lignes d’eau sont très proches des lignesd’eau actuelles.Ainsi, la consigne d’exploitation proposée ici semble être efficace pour diminuer les niveaux d’eau lorsdes crues futures et de les ramener pratiquement aux niveaux d’eau actuellement en vigueur.­ 121 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique700000600000500000Volumes accumulés [m 3 ]40000030000020000010000000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Période [années]Figure 113Evolution morphologique dans le temps en appliquant la nouvelle consigne à Verbois et àChancy­Pougny.351.5351600 m3/s_après 48 ans SANS vidanges600 m3/s_après 48 ans AVEC vidanges350.5615 m3/s_ETAT ACTUEL_bathy 2004600 m3/s_après 48 ans NOUVELLE CONSIGNE350Elévation [msm]349.5349348.5348347.5347346.570006000500040003000200010000Distance depuis barrage [m]Figure 114Lignes d’eau pour 600 m 3 /s en appliquant la nouvelle consigne à Verbois et à Chancy­Pougny.­ 122 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique352800 m3/s_après 48 ans SANS vidanges800 m3/s_après 48 ans AVEC vidanges351800 m3/s_après 48 ans NOUVELLE CONSIGNE350Elévation [msm]34934834734670006000500040003000200010000Distance depuis barrage [m]Figure 115Lignes d’eau pour 800 m 3 /s en appliquant la nouvelle consigne à Verbois et à Chancy­Pougny.3543531400 m3/s_après 48 ans SANS vidanges1400 m3/s_après 48 ans AVEC vidanges1400 m3/s_après 48 ans NOUVELLE CONSIGNE352351Elévation [msm]35034934834734634570006000500040003000200010000Distance depuis barrage [m]Figure 116Lignes d’eau pour 1400 m 3 /s en appliquant la nouvelle consigne à Verbois et à Chancy­Pougny.­ 123 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique6.5 Pertes d’exploitation hydroélectriqueLes pertes de production hydroélectrique relatives à la modification des consignes d’exploitationdevraient rester modestes étant donné que les consignes actuelles resteraient en vigueur pratiquementjusqu’au débit d’équipement des barrages (620 m 3 /s).Une estimation simplifiée a été faite basée sur la période 1997­2003 en définissant la courbe des débitsclassés pour cette période. En appliquant la production des jours avec un débit moyen au­dessus de600 m 3 /s sur une chute nette de – 2 m, les pertes de production s’élèvent en moyenne à environ 5.5mio. de kWh par an, soit environ 1.3 % de la production annuelle.En appliquant un prix de revient moyen très approximatif (source : SIG) de l’ordre de 6 ct/kWh, cecicorrespondrait à un coût d’environ 330'000 CHF/an ou encore 1’0000000 CHF par période tri­annuelle.Basé sur le rapport [GEOS 2001], la vidange de 2000 aurait engendré un coût (perte de productionhydroélectrique + coûts internes + suivi vidange) de l’ordre de 1'200'000 CHF.Par conséquent, l’application d’une nouvelle consigne d’exploitation aurait un coût d’exploitation annuelcomparable au coût engendré par les vidanges.6.6 Conclusions sur les solutions alternativesLes paragraphes précédents ont démontrés la plausibilité et l’efficacité d’une modification desconsignes d’exploitation des retenues de Verbois et de Chancy­Pougny pour minimiser la futureaugmentation des lignes d’eau lors des crues en cas d’abandon des vidanges.Pour les deux consignes actuelles, les niveaux d’eau actuels restent en vigueur en temps normal. Parcontre, un abaissement brusque est proposé à partir du débit d’exploitation, i.e. 620 m 3 /s. Cetabaissement serait de 2 m environ et le niveau resterait constant le plus longtemps possible, enfonction de la capacité de débit des organes d’évacuation des barrages.A part ces calculs numériques, il est important de souligner que la nouvelle consigne pourrait êtreappliquée également pour des débits inférieurs à 620 m 3 /s, lors d’eaux très chargées en sédimentsdans l’Arve, afin de favoriser un maximum le transfert des particules fines vers l’aval.Finalement, il est évident que les présents calculs ne constituent qu’une approche très globale de lanouvelle consigne, afin d’en déterminer sa plausibilité. Ainsi, une optimisation numérique de cettenouvelle consigne s’imposerait en cas de son adoption comme alternative aux vidanges des retenues àVerbois et à Chancy­Pougny.­ 124 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique7 Fin d’exploitation du barrage de Verbois7.1 IntroductionCe chapitre décrit brièvement les différentes possibilités de fin d’exploitation du barrage de Verbois.Aucun calcul analytique ou numérique n’a été effectué. Le chapitre a pour vocation de souligner lesaspects qui pourraient être d’importance à la fin d’exploitation du barrage, notamment en ce quiconcerne les dépôts sédimentaires et la restitution d’un état naturel ou semi­naturel.7.2 Démantèlement ou décommisionnement ?Plusieurs termes existent pour décrire un barrage à la fin de sa vie. Les termes les plus usuels sont ledémantèlement et le décommissionnement.Démantèlement = destruction/enlèvement partielle ou totale du barrage et de ses ouvrages annexes,tels que centrale hydroélectrique, prises d’eau, canal de déviation, etc.Décommissionnement = élimination de partie ou tout des fonctions essentielles remplies par le barrage,telles que production d’énergie, retenir des sédiments, régulation des crues, alimenter en eau deszones riveraines, etc.Le démantèlement va donc passablement plus loin que le décommissionnement et changera doncdavantage l’état d’équilibre atteint par la retenue à ce moment­là.7.3 Possibilités de fin d’exploitationTableau 17 : Possibilités de fin d’exploitation du barrage de Verbois.­ 125 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLe Tableau 17 présente les possibilités de fin d’exploitation du barrage de Verbois. Ces possibilités ontété énumérées par ordre décroissant du degré d’intervention sur le barrage.Ainsi, la première option consiste en un démantèlement complet du barrage. Ceci aurait commeavantages qu’une restitution complète de l’état d’origine du site et de son écosystème deviendrait(théoriquement) possible et que les éventuels problèmes d’inondations à Genève seraientdéfinitivement résolus. Néanmoins, cette variante aurait des répercussions financières très importantes.Egalement, une solution devrait être trouvée pour le transfert brusque et massif des dépôts de laretenue. Ceux­ci risqueraient d’être entraînés vers l’aval suite aux crues. Aux pertes de productionhydroélectrique s’ajouterait la suppression de la navigation et un impact sur la nappe souterraineconsidérable. Finalement, la stabilité des versants serait fortement compromise suite à l’abaissementdes niveaux d’eau du Rhône.Figure 117Option 1 : démantèlement complet du barrage de Verbois.La deuxième option consiste en un démantèlement partiel ou progressif du barrage. Par rapport à lapremière variante, celle­ci pourrait être imaginée en enlevant la partie vannes + mur de guidage tout enlaissant la partie centrale telle quelle. A part un transfert aval des dépôts moins élaboré, cette varianteprésente grosso modo les mêmes avantages et inconvénients que la première variante.La troisième variante représente un décommissionnement du barrage. Ceci peut se faire par unesuppression des vannes de surface et/ou des vannes de fond. Les avantages de cette variante sont lesmoindres coûts, la restauration au moins partielle de l’état d’origine, la possibilité de création d’unécosystème semi­naturel, le contrôle du transfert vers l’aval des dépôts de la retenue et finalementl’absence des risques d’inondation à Genève. Par contre, les pertes de production hydroélectrique,l’impact sur la nappe souterraine et la navigation et d’éventuels problèmes de stabilité des versantsrestent de vigueur.Figure 118 présente les différentes étapes pour arriver à un décommissionnement du barrage. Dansune première étape, les vannes de surface sont enlevées. Le niveau d’eau de la retenue devient ainsi365 msm. Ensuite, les vannes de fond sont rehaussées/enlevées définitivement. Ceci permet un librepassage de l’écoulement et du transport solide à travers le barrage. Néanmoins, ceci pourrait êtreeffectué de manière à contrôler le transfert sédimentaire vers l’aval. La troisième étape consiste en ledémantèlement du corps intermédiaire du barrage entre les vannes. Ceci conduit à l’étape finale, avecun écoulement libre à travers la structure.­ 126 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFigure 118Etapes successives du décommissionnement du barrage de Verbois­ 127 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLa quatrième option préconise tout simplement un arrêt de la centrale hydroélectrique, par exemple parune fermeture définitive aux batardeaux amont et aval. Ceci serait très peu coûteux par rapport auxautres options, sans compter les pertes de production hydroélectrique. L’écosystème actuel resterait enplace, et il n’y aurait aucune influence sur la nappe souterraine, la stabilité des versants ou encore surla navigation. Le transfert vers l’aval des dépôts de sédiments pourrait être contrôlé. Par contre, unesolution devrait être trouvée contre les risques d’inondations à Genève sur le très long terme et l’étatd’origine du site ne serait plus jamais retrouvé. Egalement, le barrage et ses structures annexesdevraient être entretenus régulièrement et sa sécurité structurale garantie en tout temps.Figure 119Option 4 : arrêt de la centrale du barrage de Verbois.Finalement, la dernière option se dessine comme l’obtention d’une nouvelle concession pourl’exploitation de la centrale hydroélectrique actuelle. Ceci impliquerait néanmoins une modernisation del’équipement de la centrale et aurait grosso modo les mêmes avantages et inconvénients que laquatrième option, à part les rentrées de la production hydroélectrique.7.4 Conclusions sur la fin d’exploitation du barrage de VerboisLe présent chapitre démontre les possibilités de fin d’exploitation du barrage de Verbois. A part lesaspects financiers, les problèmes majeurs à résoudre semblent être la gestion des dépôts de laretenue. Cette gestion est particulièrement importante étant donné les volumes en jeu sur le long termeainsi que la déstabilisation potentielle des versants de la retenue et de la nappe souterraine. Ainsi, lespossibilités consistant en une diminution brusque des niveaux de la retenue et l’ouverture partielleimmédiate du passage au barrage semblent à priori exclues. Ceci pourrait générer un transfert versl’aval des sédiments à grande échelle et non­contrôlables.Une solution pourrait donc consister en un abaissement progressif du niveau d’eau de la retenue,abaissement qui pourrait s’étaler sur plusieurs années. Ceci permettrait d’adapter la morphologie dufond à des états d’équilibre intermédiaires acceptables pour l’environnement et permettant de gérerl’influence sur la nappe phréatique et la stabilité des versants de la retenue.Les implications détaillées pour l’aval d’une telle opération, telles que volumes de sédiments déplacéset concentrations en MES lors des crues, ne font pas partie de la présente étude. Elles devraient fairel’objet de modélisations numériques appropriées dans une étape ultérieure du projet.­ 128 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique8 Analyse et réponses aux questions sur l’abandon éventuel desvidangesLes objectifs de la présente étude ont été clairement définis au § 1.2 sous forme d’une série dequestions. Ainsi, l’étude doit fournir tous les détails hydrauliques et morphologiques nécessaires pourrépondre aux questions suivantes :1. Quel serait le risque éventuel au niveau de la sécurité si les vidanges du barrage de Verboissont abandonnées ?2. Quel serait l’intérêt (ou les intérêts) de maintenir les vidanges ?3. En cas d’abandon des vidanges, quelles seraient les mesures d’accompagnement à mettre enœ uvre ?8.1 Question 1 : Quel serait le risque éventuel au niveau de la sécurité si les vidanges dubarrage de Verbois sont abandonnées ?Cette question comporte plusieurs aspects de sécurité, qui ont été énumérés ci­après :­ sécurité contre les inondations lors des crues,­ sécurité du barrage même et de ses ouvrages annexes (centrale, prises d’eau),­ sécurité de navigation entre la Jonction et Verbois.La sécurité contre les inondations lors des crues a été largement traitée dans les chapitres 5 et 6.S’appuyant sur toute la gamme des calculs effectués, il a été constaté que, en supprimant les vidangesà Verbois, les futures lignes d’eau pourraient générer un risque d’inondations réel à la Jonction lors decrues futures. Il en est de même pour la zone entre l’Allondon et le barrage de Chancy­Pougny. Parconséquent, une solution potentielle a été recherchée.Le chapitre 6 a traité de manière globale la plausibilité d’une solution alternative aux vidanges sous laforme d’une modification des consignes d’exploitation actuelles aux barrages de Verbois et de Chancy­Pougny. Ainsi, en abaissant systématiquement les niveaux d’eau de 2 m lors des débits supérieurs à600 m 3 /s, et en faisant de même lors des situations d’eaux chargées en sédiments, l’évolutionmorphologique sur le long terme a été estimée satisfaisante du point de vue du futur risqued’inondations.Les nouvelles consignes d’exploitation remplacent ainsi en quelque sorte les vidanges tri­annuelles enproposant un comportement morphologique sur le long terme qui se trouve relativement proche ducomportement avec vidanges. Ceci a été illustré à la Figure 120, où une comparaison a été faite desdifférents équilibres dynamiques sur le long terme de la retenue de Verbois. La Figure 121 présente lamême information mais pour la retenue de Chancy­PougnyIl s’avère que, en appliquant une nouvelle consigne d’exploitation telle qu’explicitée au chapitre 6, l’étatmorphologique futur des retenues se rapproche de l’état morphologique futur avec vidanges.Il en va de même pour les futures lignes d’eau et donc le risque d’inondations à la Jonction ou entrel’Allondon et Chancy­Pougny. Le Tableau 18 compare les niveaux d’eau à la Jonction dans l’état actuelet pour différents futurs états, notamment avec ou sans purges et en modifiant la consigne actuelle. Anoter que les niveaux ne tiennent pas compte du niveau du Lac Léman, situé entre 371.50 et 372.30msm.­ 129 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique1600000015000000140000001300000012000000Accumulation sédiments [m 3 ]110000001000000090000008000000700000060000005000000équilibre dynamiqueSANS vidangeséquilibre dynamique AVEC vidanges4000000300000020000001000000AVEC VIDANGES jusqu'à 2003 (valeurs mesurées)AVEC VIDANGES dans le futur (valeurs calculées)SANS VIDANGES et avec la consigne actuelle PK8.2SANS VIDANGES mais avec nouvelle consigne à 367 msmVolume utile initiale de la retenue01945 1955 1965 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035 2045 2055 2065 2075 2085 2095 2105 2115 2125 2135 2145 2155Période [­]Figure 120Evolution morphologique future avec et sans vidanges pour la retenue de Verbois.14000001200000équilibre dynamique SANS vidangesVolumes déposés CyPy [m 3 ]1000000800000600000équilibre dynamique SANS vidangesmais AVEC nouvelle consigne400000équilibre dynamique AVEC vidanges200000Accumulation et érosion mesurées pour la période 1997­2000AVEC vidanges et la consigne actuelleSANS vidanges et avec la consigne actuelleSANS vidanges et avec la nouvelle consigne à 345 msm01945 1955 1965 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035 2045 2055 2065 2075 2085 2095 2105 2115 2125 2135 2145 2155Période [années]Figure 121Evolution morphologique future avec et sans vidanges pour la retenue de Chancy­Pougny.­ 130 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueNIVEAUXEXHAUSSEMENTSSCENARIO LOCALISATION DIMNiveau d'eau actuelNiveau d'eau après 48ans SANS vidangesNiveau d'eau après 48ans AVEC vidangesNiveau d'eau après 48ans SANS vidanges maisAVEC nouvelle consignePlate forme busQuai orduresSentier SaulesAval SeujetPlate forme busQuai orduresSentier SaulesAval SeujetPlate forme busQuai orduresSentier SaulesAval SeujetPlate forme busQuai orduresSentier SaulesAval SeujetmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmmsmQ totalm 3 /s400369.71369.65369.91369.75Q totalm 3 /s800370.45370.24 371.14370.83369.72 370.70370.03 371.10369.82370.71370.4370.15 371.10370.34 371.34370.19 371.16369.80370.3370.78369.81 370.87369.76 370.77370.04 371.14369.83 370.82Q totalm 3 /s1'400371.74371.58372.11371.65373.08372.97373.29373.05372.10371.95372.40371.99372.21372.07372.51372.12Q total Q total Q totalm 3 /s m 3 /s m 3 /s400 800 1'400­ ­ ­­ ­ ­­ ­ ­­ ­ ­0.53 0.69 1.340.50 0.80 1.390.43 0.63 1.180.44 0.76 1.400.09 0.38 0.360.07 0.40 0.370.12 0.39 0.290.07 0.38 0.340.10 0.42 0.470.11 0.47 0.490.13 0.43 0.400.08 0.42 0.47Tableau 18Niveaux d’eau et exhaussements possibles à la Jonction avec ou sans vidanges tri­annuelles.Il s’avère que, en appliquant une nouvelle consigne, les futures lignes d’eau à la Jonction seraient trèsproches des lignes d’eau attendues sur le long terme tout en maintenant les vidanges actuelles. Mêmeen continuant les vidanges actuelles sur une base tri­annuelle, la retenue va se remplir progressivementet les lignes d’eau futures vont augmenter à la Jonction.Par rapport aux futures lignes d’eau sans vidanges et avec la consigne actuelle, le gain devient trèsimportant lors de crues extrêmes. Ainsi, pour un débit de 1'400 m 3 /s, le gain est d’environ 1 m.La sécurité du barrage même et de ses ouvrages annexes traite principalement de la question del’exploitation de la centrale hydroélectrique et des prises d’eau. Ainsi, il est important de pouvoir garantirun bon fonctionnement des turbines, sans risque de comblement de l’entrée des turbines ou encorerisque de dommage aux turbines par des charges solides trop importantes. Les modèles numériquesappliqués indiquent à priori un comblement de ces zones.De la même manière, les calculs indiquent que les prises d’eau de l’usine Les Cheneviers et de lapasse à poissons au barrage de Verbois sont directement menacées par un comblement partiel voirtotal sur le moyen terme déjà.Toutefois, ces modèles utilisent une condition de bord aval simplifiée, dans le sens qu’un simple niveaud’eau est défini sur toute la section aval du maillage du modèle. De cette façon, les conditionshydrauliques et morphologiques propres au passage dans les turbines ou encore au passage à traversles organes d’évacuation lors des crues ne sont pas du tout appliqués. Il en résulte que les présentscalculs ne permettent pas de vérifier le fonctionnement de ces organes sur le long terme. Pour cela, descalculs plus détaillés des zones en question sont nécessaires.Ensuite, la sécurité de la navigation dépend de l’évolution morphologique du chenal principal qui estformé au fil du temps à travers les dépôts. Ce qui importe ici sont la largeur et la profondeur du chenal,spécialement dans les courbes, puisqu’à ces endroits les manœ uvres des barques deviennent pluscritiques. La Figure 122 présente l’état actuel et l’état futur après 48 ans sans vidanges pour différentesparties de la retenue de Verbois et pour un débit de 400 m 3 /s. Les profondeurs d’eau de plus de 5 msont indiquées en rouge et les profondeurs entre 4 et 5 m en jaune.­ 131 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiquea)b)Figure 122Voies navigables après 48 ans : a) AVEC vidanges ; b) SANS vidanges.Il s’avère que la voie navigable après 48 ans sans vidanges maintient des profondeurs de l’ordre de 4­5m sur des largeurs de l’ordre de 50 m minimum.La faisabilité de navigation doit non seulement faire l’objet d’une vérification des profondeurs, maiségalement des vitesses d’écoulement maximum et des courants locaux acceptables. Ceci nécessitetoutefois une interaction avec le personnel de navigation concerné.8.2 Question 2 : Quel serait l’intérêt (ou les intérêts) de maintenir les vidanges ?Cette question a été partiellement répondue de par la première question, qui a démontré que dessolutions alternatives sont faisables pour éviter des problèmes d’inondations et de navigation. Ainsi, deces points de vue, il n’y plus d’intérêt à maintenir les vidanges, à part éventuellement les aspectsfinanciers.De l’autre côté, le bon fonctionnement des organes de sécurité (vannes de surface/vannes de fond),des prises d’eau et de la centrale hydroélectrique n’a pas pu être démontré par la présente étude.Comme énoncé auparavant, ceci ne veut pas forcément dire que des problèmes sont apparents. Lefonctionnement des vannes de surface et de fond pourrait être garanti par exemple par une opérationplus fréquente. Ceci va d’ailleurs dans le sens de la solution alternative de modification des consignesd’exploitation actuelle. De plus, le fonctionnement continu des turbines devrait éviter un comblement del’entrée de manière automatique. Finalement, les prises d’eau éventuellement menacées pourraientêtre déplacées vers un endroit plus propice, par exemple au­dessus d’une des vannes de fond.­ 132 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique8.3 Question 3 : En cas d’abandon des vidanges, quelles seraient les mesuresd’accompagnement à mettre en œ uvre ?Cette question a également été partiellement répondue déjà. Suite aux présents calculs, et de manièreprovisoire, les mesures d’accompagnement suivantes se dessinent à priori :­ modification de la consigne d’exploitation des retenues­ déplacement des prises d’eau­ fréquence d’opération plus élevée des organes de sécurité­ réalisation d’un piège à graviers en amont de la Jonction­ détection et suivi régulier de l’ensablement dans les courbes afin de garantir la navigation­ suivi régulier des dépôts à proximité de l’entrée des turbines­ suivi plus régulier de la bathymétrie de toute la retenue­ 133 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique9 Conclusions et recommandations9.1 ConclusionsLa présente étude résume les calculs effectués pour déterminer l’évolution morphologique des retenuesde Verbois et de Chancy­Pougny sur le long terme dans l’absence de vidanges tri­annuelles. Lesméthodes de calcul utilisés sont très diverses et couvrent notamment une gamme d’expressionsanalytiques, 2 modèles numériques 1D, un modèle numérique 2D et un modèle numérique quasi­3D.Basé sur les multiples données de base à disposition, notamment au niveau du transport solide, unemultitude de scénarios ont été calculés. Ainsi, plusieurs paramètres ont été variés, tels que la quantitéde matériaux en suspension, l’expression de capacité de transport sédimentaire, la turbulence del’écoulement, les conditions de bord, etc. Il est estimé que ces scénarios couvrent les principauxparamètres susceptibles de pouvoir influencer l’évolution morphologique des retenues.Les modèles numériques ont été calibrés basé sur les périodes 1997­2000 et 2000­2003. Les calagesont été effectués systématiquement pour les périodes d’accumulations entre­vidanges et pour lesvidanges mêmes. Les calculs sur le long terme ont été effectués pour 48 ans en répétant 8 fois lesdonnées disponibles sur la période 1997­2003. Cette période est considérée caractéristique auxniveaux hydrologique, hydraulique et morphologique pour le fonctionnement actuel de la retenue et dubassin versant en général.Etat actuelDans l’état actuel, les vidanges n’arrivent pas à évacuer des matériaux autres que ceux qui ont étédéposés lors des 3 ans d’accumulation précédents. Ainsi, le comblement des retenues progresse,toutefois à une cadence très modeste (18 % de pertes de volume à Verbois depuis 1942).Etat transitoire et d’équilibreLes résultats des calculs de l’évolution morphologique sur le long terme (48 ans) des retenues deVerbois et de Chancy­Pougny mènent tous au même constat :dans l’absence de futures vidanges, le comblement des retenues va progresser relativement vite durantles premières 10­15 ans, suivi par un ralentissement du comblement pour finalement atteindre demanière asymptotique un nouvel état d’équilibre dynamique morphologique.Ce nouvel état d’équilibre du fond de la retenue correspondra en quelque sorte à un comblement deszones mortes, i.e. les parties extérieures des multiples courbes et les zones actuellement à largeurconsidérable. Le volume total comblé à Verbois serait ainsi de l’ordre de 8 à 9 mio. m 3 , soit uncomblement de 55­60 % du volume initial total de la retenue. A cela se rajoute la formation d’un chenald’écoulement bien établi et à section relativement homogène sur toute la longueur de la retenue. Cechenal devrait permettre une navigation des barques sans trop de problèmes.Or, ce nouvel état d’équilibre permettrait de continuer l’exploitation hydroélectrique à Verbois, mais nepourra probablement pas exclure d’éventuels problèmes d’inondation à la Jonction lors de futurescrues. Ainsi, une solution alternative aux vidanges s’impose à priori de ce point de vue.Cette solution pourrait être trouvée dans une modification des consignes d’exploitation actuelles desretenues de Verbois et de Chancy­Pougny. A première vue et selon les calculs effectués, unabaissement du niveau d’eau de 2 m lors de débits supérieurs à 600 m 3 /s se révèle suffisammentefficace pour éviter de futurs problèmes d’inondations dus aux sédiments déposés dans les deuxretenues. De plus, à première vue, les coûts tri­annuels liés aux pertes de production hydroélectriqueseraient du même ordre de grandeur que le coût d’une vidange.­ 134 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueLe volume total comblé à Verbois après 48 ans avec nouvelle consigne mais sans vidanges serait del’ordre de 6.5­7 mio. m 3 seulement, i.e. environ 45 % du volume initial de la retenue. Il convient decomparer ce degré de comblement avec les calculs effectués sur le long terme tout en maintenant lesvidanges tri­annuelles actuelles. Ceux­ci ont révélé un volume total comblé de l’ordre de 5.5­6 mio. m 3 ,correspondant à 37­40 % du volume initial de la retenue. En d’autres termes, mêmes en continuant lesvidanges, le taux de comblement actuel de la retenue de Verbois doublerait d’ici 48 ans.A Chancy­Pougny, avec un volume total de la retenue entre Verbois et Chancy­Pougny d’environ 2.9mio. m 3 , les calculs sur le long terme sans vidanges conduisent à un degré de comblement de 41 %,tandis que la nouvelle consigne à Chancy­Pougny réduirait le degré de comblement à 24 % seulement.Le comblement sur le long terme en maintenant les vidanges et la consigne actuelles serait de l’ordrede 14 %.De plus, les calculs avec graviers ont démontré que, en cas d’un retour du transport solide parcharriage dans l’Arve à la Jonction, aucune mesure ne pourra être prise dans la retenue de Verboismême pour stopper ce phénomène ou au moins diminuer son impact sur les lignes d’eau. Autrementdit, la question des dépôts de matières fines dans la retenue sur le long terme est indépendante de laquestion de dépôts de graviers à la Jonction.Une solution adéquate et efficace devra donc être trouvée. Ceci ne fait pas partie du présent projet,mais un système de piège à graviers en amont de la Jonction pourra à priori être envisagé. Cecipermettrait d’évacuer au fur et à mesure d’éventuels futurs dépôts et d’éviter ainsi des inondations.Fin d’exploitationFinalement, plusieurs possibilités existeraient pour gérer la phase de fin d’exploitation des barrages deVerbois et de Chancy­Pougny, allant d’un renouvellement de la concession actuelle jusqu’àl’enlèvement total du barrage et ses ouvrages annexes. En cas d’enlèvement partiel ou total desbarrages, le transfert vers l’aval des volumes de sédiments déposés dans les deux retenues poseraindiscutablement un problème essentiel. Ces volumes sont bien trop importants pour être transférésdirectement vers l’aval. Une solution pourrait consister en un abaissement progressif du niveau d’eaude la retenue, abaissement qui pourrait s’étaler sur plusieurs années. Ceci permettrait d’adapter lamorphologie du fond à des états d’équilibre intermédiaires acceptables pour l’environnement etpermettant de gérer l’influence sur la nappe phréatique et la stabilité des versants de la retenue.Les implications détaillées pour l’aval d’une telle opération, telles que programme et duréed’abaissement, volumes de sédiments déplacés et concentrations en MES lors des crues, ne font paspartie de la présente étude. Elles devraient faire l’objet d’une optimisation par modélisationsnumériques appropriées dans une étape ultérieure du projet.9.2 RecommandationsEn guise de conclusion, des recommandations ont été résumées sous forme de mesuresd’accompagnement à mettre en œ uvre lors d’un l’abandon éventuel des vidanges :­ Modification de la consigne d’exploitation actuelle des retenues de Verbois et de Chancy­Pougny en abaissant de 2 m environ les niveaux actuels pour des débits supérieurs à 620m 3 /s.­ Déplacement des prises d’eau au barrage de Verbois si le besoin se révèle nécessaire. Uneétude numérique plus détaillée de l’ensablement potentiel des prises d’eau au barrage deVerbois est donc recommandée.­ Fréquence d’opération plus élevée des organes de sécurité des barrages, notamment desvidanges de fond.­ Réalisation d’un piège à graviers dans l’Arve en amont de la Jonction.­ Détection et suivi bathymétrique régulier de l’ensablement dans les courbes des retenues afinde contrôler l’évolution et de garantir la navigation.­ Suivi bathymétrique détaillé et régulier des dépôts à proximité de l’entrée des turbines.­ 135 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueFinalement, le Tableau 19 permet de repositionner les calculs de la présente étude dans le projet plusglobal et de définir les principales tâches restantes afin de pouvoir aboutir à une faisabilité hydrauliqueet morphologique complète du projet d’abandon des vidanges à Verbois.N° Sujet/Problème Avec/Sans purges Période Solution(s) Méthode d'analyseAvancement études mioctobre20051 Inondations Jonction sans moyen­long termeempêcher l'arrivée de graviers à la Jonction, nouvelle consignePK8.2 avec abaissement lors des crues dans l'Arveanalytique, numérique 1Det 2Dfaisabilité prouvée2Diminution du volume initial dela retenuesansmoyen­long termeestimer la diminution du volume libre de la retenue sur le moyenlongterme sans purges pour permettre exploitation HE /analytique, numérique 1Det 2Dnavigation / etc.faisabilité prouvée3Dépôts de graviers à laJonctionavec/sanscourt­moyen­longtermeempêcher l'arrivée de graviers/sables grossiers à la Jonctionpar une gestion amont appropriéeanalytique, numérique 2Dnécessité confirmée, problèmeà résoudre4Maintenir exploitation turbinesVerboissanscourt­moyen­longtermeempêcher le comblement de l'entrée des turbines, éviter desdégâts aux turbines suite aux passage des sédimentsanalytique, numérique 2Dà contrôler en détail5Maintenir exploitation usineSeujetsansmoyen­long termeminimiser niveaux aval du Seujet suite au comblement de laretenue de Verboisanalytique, numérique 1Det 2Dfaisabilité prouvée6Maintenir fonctionnementvannes de fond du barrage deVerboissanscourt­moyen termeéviter toute accumulation importante de dépôts devant lesvannes, par exemple par un fonctionnement régulier lors descruesanalytique, numérique 2Dà contrôler en détail7Fonctionnement prises d'eauusine Les Cheneviers et passeà poissonssanscourt­moyen termeéviter le comblement partiel/total de la prise d'eau,éventuellement déplacement des prises d'eauanalytique, numérique 2Dà résoudre8Fonctionnement vannes desurfacesansmoyen­long termeéviter le comblement partiel/total des vannes, ne devrait poserdes problèmes en cas de fonctionnement régulieranalytique, numérique 2Dfaisabilité prouvée9Glissement et instabilité desberges suite à une nouvelleconsignesansmoyen­long termeéviter des glissements/instabilités des berges suite auxchangements des niveaux d'eau lors des cruesanalytiqueà contrôler, lien avec lasituation avant la consigne PK8.210Navigabilité du Rhône enamont de Verboissansmoyen­long termegarantir un chenal/profondeur minimum permettant auxbarges de naviguer/manœ uvrer sans problèmesanalytique, numérique 2Dprofondeurs d'eau/vitessescalculés; à vérifier avecnavigateurs11 Etat final du barrage de Verbois avec/sans état finaléviter tout déséquilibre abrupte de la morphologie amont/aval dubarrage lors de l'ouverture du gabarit d'origine du Rhôneanalytique/numériqueplusieurs solutions possibles; àétudier plus en détail12Maintenir exploitationstructures hydrauliquesannexessansmoyen­long termemaintenir le bon fonctionnement des différentes structureshydrauliques le long du Rhône: piles de pont, STEPS, prisesd'eau, conduites de rejet, etc.analytique, numérique 1Det 2Dà étudier plus en détail enfonction des demandesproblème pour lequel une solution a été proposée, calculée et approuvéeproblème pour lequel une solution a été proposée mais qui n'a pas encore été entièrement calculée/approuvéeproblème pour lequel une solution constructive/importante devrait pouvoir être trouvéeTableau 19Aspects à traiter dans une étape ultérieure du présent projet.AquaVision engineering SàrlDesign and consultingin hydraulic, geotechnic and environmental engineeringAquaVision Engineering SàrlEcublens, 1er Décembre 2005­ 136 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologiqueRéférences[1] Dulal, K. 2005. Numerical modeling of hydraulics and morphology of the Rhone betweenGeneva and Chancy­Pougny. MsC Thesis in Advanced Studies, AquaVision Engineering,Ecublens.[2] Services Industriels de Genève (SIG). Janvier 1991. Usine hydro­électrique de Verbois,demande de modification de la concession. Document II, Exposé des motifs.[3] SOGREAH consultants. Janvier 2004. Plan de gestion des matériaux solides de l’Arve.Rappoert globla n° 2.81.4036 R1[4] Peiry, J.L. Janvier 1988. Approche géographique de la dynamique spatio­temporelle desdésiments d’un cours d’eau intra­Montagnard : l’exemple de la plaine alluviale de l’Arve(Hte­Savoie) Thèse présentée à l’université de Jean Moulin, Lyon 3, France.[5] Tullen, P. 2002. Méthodes d’analyse du fonctionnement hydrogéologique des versantsinstables. Thèse présentée à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse.[6] Géotechnique Appliquée Deriaz s.a. Août 2004. Concession de l’usine hydroélectrique deVerbois – Mesures de contrôles – Suivi de la nappe souterraine de Plainpalais – Jonction,période du 1 janvier au 31 décembre 2003. Dossiers 3156/18 et 4112/06.[7] Géotechnique Appliquée Deriaz s.a. Août 2004. Barrage de Verbois – Suivipiezometrique, période du 1 janvier au 31 décembre 2003. Dossier 3679/11.[8] Géotechnique Appliquée Deriaz s.a. Août 2004. Les rives du Rhône – Synthèse desmesures topographiques, période de mars 2002 à décembre 2003. Dossiers 3716/9.[9] CSD Ingénieurs Conseils SA. Novembre 2003. Glissements de Peney: Vidange de laretenue de Verbois – mai 2003. Suivi hydrogéologique et dynamique du site. Rapportn°GE571.[10] CSD Ingénieurs Conseils SA. Janvier 2005. Glissements des Berges du Rhône : BoisCarrien, Bois Carabot, Peney, Chancy et Chancy Pougny – Interprétation des mesures desuivi disponibles depuis 1993. Rapport n°GE624.[11] SAH AG, 2003. Barrage de Verbois – Recherche de procédures alternatives aux vidangesactuelles, Zurich.[12] GEOS2X. Décembre 2003. Barrage de Verbois : Expertise géologique.[13] GEOS Ingénieurs conseils s.a. Décembre 2000. Retenue de Verbois – Etude des lignesd’eau du Rhône en cas de suppression des vidanges­ Rapport n° 1092­502.[14] GEOS Ingénieurs conseils s.a. Mai 2001. Retenue de Verbois – Etude relative à lamodification de la périodicité et du mode opératoire des chasses. Rapport n° 1092­517.[15] GEOS Ingénieurs conseils s.a. Juillet 2001. Retenue de Verbois – Modification du modeopératoire des chasses – Note complémentaire au rapport GEOS n° 1092­517­ Rapportn° 1092­532.­ 137 ­

AquaVision Engineering SàrlBarrage de Verbois : Etude hydraulique et morphologique[16] GEOS Ingénieurs conseils s.a. Janvier 2002. Retenue de Verbois – Modification du modeopératoire des chasses – Note complémentaire n°2 au rapport GEOS n° 1092­517­Rapport n° 1092­549.[17] GEOS Ingénieurs conseils s.a. Juin 2001. Aménagement hydro­électrique de Verbois ­Vidange de la retenue ­ Rapport final du groupe technique. Rapport n° 1092­522.[18] EPFL, Institut des sols, roches et fondations, Laboratoire de mécanique des sols.Septembre 1989. Effets sur l’érosion des berges du Rhône, de la Jonction à l’usine deVerbois, de la modification de la concession d’exploitation de la retenue. Rapport S4829.[19] UNIL, Perroud, A. 2000. Etude sédimentologique et géochimique des sédiments de laretenue de Verbois (Genève). Mémoire de diplôme n° 49, Université de Genève,Université de Lausanne – Faculté des sciences.[20] Service Cantonale d’Ecotoxicologie, section d’hydrobiologie. Juin 1984. Vidange de laretenue de Verbois – Rapport concernant les examens physico­chimiques etbactériologiques des eaux du Rhône à Verbois.[21] Service Cantonale d’Ecotoxicologie, section d’hydrobiologie. Juin 1987. Vidange de laretenue de Verbois – Rapport concernant les examens physico­chimiques des eaux.[22] Service Cantonale d’Ecotoxicologie, section d’hydrobiologie. Juin 1990. Vidange de laretenue de Verbois – Rapport concernant les examens physico­chimiques des eaux.[23] Service Cantonale d’Ecotoxicologie, section d’hydrobiologie. Juin 1993. Vidange de laretenue de Verbois – Rapport concernant les examens physico­chimiques des eaux.[24] Service Cantonale d’Ecotoxicologie, section d’hydrobiologie. Juin 1997. Vidange de laretenue de Verbois – Tableaux et figures concernant les examens physico­chimiques deseaux.[25] Service Cantonale d’Ecotoxicologie, section d’hydrobiologie. Mai 2000. Vidange de laretenue de Verbois – Rapport concernant les examens physico­chimiques des eaux.[26] CEMAGREF, groupement de Lyon. Juin 1993. Vidange des retenues de Verbois etChancy­Pougny – Caractérisation des matières en suspension. Concentrationsmétalliques de l’eau et des matières en suspension.[27] Rapports SOGREAH, CERREP, Cabinet GAY (1991) : Contrat de Rivière Arve,Diagnostic de l’état actuel, études détaillées 2 – Hydrologie.[28] Rapports SOGREAH, CERREP, Cabinet GAY (1991) : Contrat de Rivière Arve,Diagnostic de l’état actuel, études détaillées 4 – Qualité des eaux et milieu naturel.[29] Rapport ECOTOX.[30] SIG, Centre de Gestion Hydraulique et Société des Forces Motrices de Chancy­Pougny(2003) : Campagne 2003 Protocole de Vidange, Tome I, Hydraulique.[31] SIG, Maintenance des Centrales et Société des Forces Motrices de Chancy­Pougny(2003) : Campagne 2003 Protocole de Vidange, Tome II, Maintenance des Centrales.­ 138 ­

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