The Kembs project: environmental integration of a large existing hydropower scheme

Le Projet Kembs : programme intégré pour l'amélioration de la performance environnementale d'une grande centrale hydroélectrique existante

¹ EDF UP Est, 54 av Robert Schuman, 68050 Mulhouse, France
e-mail : alain-1.garnier@edf.fr
² EDF CIH, Savoie Technolac, 73373 Le Bourget du lac Cedex, France
e-mail : agnes.barillier@edf.fr

Abstract

The environment was a major issue for the Kembs relicensing process on the upper Rhin River. Since 1932, Kembs dam derives water from the Rhine River to the "Grand Canal d'Alsace" (GCA) which is equipped with four hydropower plants (max. diverted flow: 1400 m3/s, 630 MW, 3760 GWh/y). The Old Rhine River downstream of the dam is 50 km long and has been strongly affected by works (dikes) since the 19th century for flood protection and navigation, and then by the construction of the dam. Successive engineering works induced morphological simplification and stabilization of the channel pattern from a formerly braided form to a single incised channel, generating ecological alterations. As the Kembs hydroelectric scheme concerns three countries (France, Germany and Switzerland) with various regulations and views on how to manage with environment, EDF undertook an integrated environmental approach instead of a strict "impact/mitigation" balance that took 10 years to develop. Therefore, the project simultaneously acts on complementary compartments of the aquatic, riparian and terrestrial environment, to benefit from the synergies that exist between them ; a new powerplant (8,5 MW, 28 GWh/y) is built to limit the energetic losses and to ensure various functions thereby increasing the overall environmental gain.

Résumé

L'environnement a été une question centrale du processus de renouvellement de la concession de l'aménagement hydro­électrique de Kembs sur le Rhin. Le barrage, situé au niveau des frontières suisse, allemande et française, dérive les eaux du Rhin dans le Grand Canal d'Alsace (GCA) d'environ 50 km de long. Celui-ci est équipé de 4 centrales successives (débit maximum 1400 m3/s, 630 MW, 3760 GWh/y). Le Vieux Rhin en aval du barrage de Kembs, a été fortement affecté depuis le milieu du 19e siècle par des grands travaux d'endiguement puis de rectification, destinés à la protection contre les crues et à favoriser la navigation. A partir des années 1930, l'aménagement hydroélectrique a entraîné la réduction du débit dans le Rhin. Ces travaux successifs ont provoqué la simplification morphologique du Rhin, transformant un lit en tresses en un chenal unique très incisé et au lit pavé. On a observé en parallèle de fortes modifications écologiques avec une réduction drastique des milieux typiques de la bande alluviale rhénane. Le projet Kembs concernant 3 pays aux réglementations et approches environnementales différentes, EDF a entrepris des réflexions sur près de 10 ans pour définir un projet intégré d'amélioration de l'environnement en lieu et place d'une stricte approche " impact/ compensation " de l'hydroélectricité.

Les diagnostics écologiques et l'identification des facteurs environnementaux limitant la biodiversité rhénane ont conduit à proposer un programme d'actions sur l'ensemble des compartiments aquatiques, rivulaires et terrestres, afin de bénéficier des synergies entre eux et accroître le gain environnemental. Ainsi, le débit réservé a été augmenté significativement et surtout a été modulé saisonnièrement, en intégrant une composante journalière de variabilité, fonction du débit naturel arrivant au barrage. Cette composante hydraulique n'étant pas suffisante seule pour améliorer les biocénoses aquatiques, il y a été adjoint une projet de diversification de la morphologie et des substrats via deux modalités : (i) l'érosion maitrisée de certaines berges du Vieux Rhin, via le déroctage des digues et la reconfiguration des épis et (ii) l'injection de matériaux alluvionnaires intéressants pour la faune aquatique issus des travaux d'excavation réalisés pour la construction d'une nouvelle centrale de turbinage du débit réservé. Ces actions permettent aux crues d'éroder les alluvions anciennes et de recréer des formes alluviales dans le lit du Vieux Rhin. En parallèle, l'amélioration des connexions biologiques se fait via l'aménagement de différentes passes à poissons ou à mammifères aquatiques, mais surtout par la re-création d'une rivière (7 m3/s, 8 km de long) utilisant un bras fossile du Rhin et permettant de reconnecter le Vieux Rhin à l'amont du barrage de Kembs, tout en offrant une diversité de milieux favorables à l'ensemble des biocénoses aquatiques. Ce " bras " traverse un ancien champ utilisé depuis une quarantaine d'années pour l'agriculture intensive, au sein de la Réserve Naturelle de la Petite Camargue Alsacienne. Cette nouvelle rivière a permis ainsi d'envisager la renaturation de l'ensemble de cet espace (100 ha) en recréant une mosaïque d'habitats humides et secs, prairiaux ou forestiers, favorables à l'accueil de flore et faune typiquement rhénanes. Une nouvelle centrale de turbinage du débit réservé a été conçue pour permettre d'assurer les différentes fonctions nécessaires à ces objectifs environnementaux : cette centrale (8,5 MW, 28 GWh/an) permet non seulement de réduire les pertes énergétiques liées à l'augmentation du débit réservé, mais elle permet aussi d'assurer la modulation journalière fine du débit et d'alimenter le bras renaturé, ainsi que différents organes de montaison et dévalaison piscicoles. Les travaux permettent également d'injecter des graviers dans le Vieux Rhin dès l'aval du barrage de Kembs dans un secteur où l'érosion des berges n'était pas envisageable. Ce projet de grande envergure démontre la capacité de l'aménagement hydroélectrique de Kembs à produire dans la durée une électricité à haute performance environnementale.