Examining the Impacts of Dam Removal and Its Techniques, A Sustainability Perspective/Analyse des impacts du démantèlement de barrages et des techniques associées, dans une perspective de développement durable

Les barrages sont conçus pour être installés à des endroits où ils profitent durablement aux populations environnantes, avec un impact environnemental minimal. De nos jours, ils servent à diverses fins, notamment la production d'hydroélectricité, la navigation intérieure, la protection contre les inondations, les loisirs, l'approvisionnement en eau et l'irrigation. Cependant, leur démantèlement peut s'avérer nécessaire en raison de l'obstruction du cours d'eau, des effets néfastes sur les populations de poissons et autres espèces aquatiques, et des dommages causés aux écosystèmes naturels, tels que les zones humides, qui contribuent au maintien de l'équilibre. Quatre méthodes courantes de démantèlement sont utilisées : la méthode de l'encoche, la méthode de l'encoche rapide, la méthode de l'excavation et de l'assèchement, et la méthode de la rétention des sédiments. Cet article examine, d'un point de vue quantitatif et qualitatif, les impacts immédiats à court terme et les effets à long terme de la mise en œuvre des deux techniques de démantèlement, en se concentrant sur les méthodes de l'encoche et de l'encoche rapide. L'approche par paliers utilisée pour la démolition des barrages d'Elwha et de Glines Canyon dans le cadre du projet de restauration de la rivière Elwha (ERRP), et l'approche par libération rapide employée pour la démolition du barrage de Condit dans le cadre du projet hydroélectrique de Condit (CHP), servent d'illustration des techniques mises en œuvre et de base de comparaison. Une analyse d'évaluation des risques et une analyse coûts-avantages simplifiée, fondées sur l'action proposée dans l'ERRP et l'option de reddition dans le CHP, ont porté sur des variables de durabilité comparables pour chaque projet de démolition de barrage, notamment la qualité de l'eau, les populations de poissons, l'impact sur la faune sauvage, la végétation et les zones humides. Ces analyses, ainsi qu'un tableau de classement subjectif établi par l'auteur et les résultats concrets des projets, ont confirmé que l'approche par paliers est plus favorable en termes de durabilité, compte tenu de ses effets immédiats et à long terme sur les variables de durabilité comparables, que la méthode de démolition par libération rapide.

Des méthodes qualitatives et quantitatives sont utilisées pour comparer la technique d'entaillement et de relâchement employée pour la démolition du barrage de Glines Canyon et la technique de relâchement rapide employée pour la démolition du barrage de Condit. Les méthodes qualitatives comprennent une analyse documentaire approfondie des articles et documents scientifiques relatifs à chaque méthode. Les méthodes quantitatives comprennent une analyse coûts-avantages basée sur les coûts estimés de chaque technique et une évaluation des risques liés aux effets sur l'environnement et la population après la démolition du barrage.

Les barrages d'Elwha et de Glines Canyon étaient situés sur la rivière Elwha, dans le parc national olympique, comté de Clallam, État de Washington, et ont été intégrés au projet de restauration de l'écosystème de la rivière Elwha. Ce projet visait à supprimer deux barrages qui nuisaient gravement à l'habitat de la rivière et de sa vallée. Les raisons et la nécessité de la suppression des barrages étaient les suivantes (NPS, s.d.) :

• Migration perturbée des poissons anadromes indigènes dans toute la rivière Elwha et ses affluents
• Les sédiments piégés et autres particules nécessaires au développement et au maintien de l'habitat des poissons anadromes et d'autres écosystèmes
• Les nutriments nécessaires à une source de nourriture limitée sont essentiels à de nombreuses espèces aquatiques et terrestres.
• L'augmentation de la température de l'eau entraîne des modifications de l'habitat pour différentes espèces.
• Habitats fluviaux et terrestres inondés, et terres d'importance culturelle et religieuse
• En conflit avec la politique du parc national olympique visant à restaurer les ressources halieutiques et les habitats aquatiques
• Incompatible avec la responsabilité fédérale envers les différentes tribus de la région
• Cela a entraîné une érosion des plages à différents endroits du parc.

La suppression de ces barrages contribuerait à la réalisation des objectifs du Département de l'Intérieur des États-Unis (DOI), qui comprenaient (NPS, s.d.) :

• Rétablir intégralement toutes les voies de migration des poissons anadromes indigènes dans la rivière
• Restaurer l'écosystème fluvial dans le respect du temps

Pour atteindre les objectifs du projet, quatre principales alternatives ont été proposées :

Au vu des solutions de rechange proposées et de l’étude d’impact environnemental finale (EIEF), il a été décidé que la mesure proposée par le ministère de l’Intérieur, consistant à démanteler les barrages d’Elwha et de Glines Canyon et à supprimer toutes les structures nécessaires à la réalisation de ses objectifs, constituerait la meilleure solution à mettre en œuvre (NPS, s.d.). Avant le démantèlement des barrages d’Elwha et de Glines Canyon, deux stations de traitement des eaux ont été construites afin de protéger les approvisionnements en eau potable et industriels, notamment contre les sédiments et autres particules susceptibles d’altérer la qualité de l’eau (NPS, 2019).

Les étapes suivantes ont été suivies pour démanteler le barrage d'Elwha (NPS, 2019) :

1. En utilisant les prises d'eau et les déversoirs existants construits avec le barrage, le niveau d'eau du réservoir a été abaissé d'environ 4,5 mètres. Un canal de dérivation a été creusé pour permettre au lac de se vider jusqu'à un niveau exploitable.
2. Des batardeaux, structures temporaires faisant office de barrages, ont été installés pour diriger le débit du réservoir vers le canal de dérivation. L'eau située immédiatement derrière le batardeau a ainsi pu être extraite et pompée. Les matériaux de remblai situés derrière le batardeau ont ensuite été retirés une fois l'eau restante pompée.
3. Le barrage a été démantelé, toutes les structures restantes ont été démolies et le canal de dérivation a été remblayé. Dès lors, des efforts ont été entrepris pour réhabiliter et restaurer la zone afin de lui redonner son aspect d'avant la construction du barrage.

Les étapes suivantes ont été suivies pour démanteler le barrage de Glines Canyon (NPS, 2019) :

1. En utilisant les déversoirs existants, le niveau d'eau du réservoir a été abaissé jusqu'au bas des vannes de décharge. Des marteaux hydrauliques montés sur des barges ont été utilisés pour retirer 5,2 mètres du barrage, afin de l'aligner avec la ligne de flottaison.
2. Les 52,7 mètres restants ont été enlevés par la méthode de démolition par entailles. Cette technique consiste à entailler progressivement les flancs du barrage, créant ainsi des déversoirs temporaires qui contribuent à vider davantage le réservoir. Cette méthode permet une baisse progressive et contrôlée du niveau d'eau.
3. Entre les entailles, les structures associées au barrage ont été démantelées, ce qui a permis de réduire la charge sédimentaire en aval.
4. La taille des encoches variait en fonction des débits nécessaires pour maintenir ou abaisser le niveau d'eau du réservoir. Chaque nouvelle encoche permettait de retirer les couches supplémentaires du barrage. L'ouverture des encoches et le déversement d'eau et de sédiments se poursuivaient jusqu'à ce que les sédiments du delta en amont reposent contre les parois du barrage.
5. Une fois ce niveau stabilisé, les parties restantes du barrage ont été démantelées. Des efforts ont été déployés pour restaurer le lit de la rivière à son état antérieur à la construction du barrage.

Le barrage de Condit était situé sur la rivière White Salmon, dans les comtés de Klickitat et de Skamania, dans l'État de Washington, et faisait partie du réseau de la centrale hydroélectrique de Condit (CHP). Ce projet visait à fournir de l'électricité aux industries locales. Son abandon a finalement été envisagé car le barrage affectait négativement plusieurs espèces de poissons dans les rivières et les écosystèmes environnants. Les raisons et la nécessité de la suppression du barrage sont les suivantes (Oey, 2015 ; Wallace, 2014 ; Wellner, 2007) :

• Populations affectées et migration de différentes espèces de poissons dans la rivière White Salmon
• Les sédiments piégés derrière les barrages sont nécessaires au maintien naturel des écosystèmes de la rivière.
• Limité la quantité de nutriments disponibles dans la rivière
• Changements significatifs des conditions environnementales des habitats aquatiques et terrestres

La modification du barrage contribuerait à la réalisation des objectifs de PacifiCorp, une entreprise de production d'électricité qui fournit des services publics à des territoires de l'Oregon et à des parties de la Californie et de Washington, notamment (Wellner, 2007) :

• Permettre à la rivière White Salmon et à son bassin versant de retrouver les conditions naturelles d'une rivière à écoulement libre
• Rétablir la connectivité des habitats piscicoles et accroître le potentiel de production de poissons
• Restaurer les écosystèmes naturels et les processus de mouvement des sédiments dans la rivière

Pour atteindre les objectifs du projet, les solutions alternatives suivantes ont été proposées :

À partir de ces alternatives proposées et de l'Étude finale d'impact environnemental (FEIS), la démolition du barrage de Condit a commencé en octobre 2011 après que la FERC a accepté la demande de PacifiCorp de renoncer à sa licence d'exploitation du barrage en 2010 (Wallace, 2014 ; Wellner 2007).

Les étapes suivantes ont été suivies pour démanteler le barrage de Condit (PacifiCorp, 2021) :

1. Avant le début des travaux de démantèlement du barrage, la FERC et PacifiCorp ont proposé deux plans de démantèlement concernant l'élimination des sédiments en amont du barrage. La FERC suggérait de draguer ou de contourner les sédiments, tandis que PacifiCorp proposait de les évacuer rapidement par ruissellement afin de minimiser l'impact du panache de sédiments sur la vie aquatique en aval du barrage.
2. Il a finalement été décidé d'utiliser une méthode de démantèlement rapide pour le barrage, conformément au plan de démantèlement de PacifiCorp. Un large tunnel de 30 mètres de profondeur (12 pi x 18 pi x 100 pi) a été creusé à la base du barrage, permettant ainsi de relier cette dernière au fond du réservoir.
3. Les derniers 4,6 mètres du tunnel ont été forés et remplis d'explosifs. Les sédiments seraient ensuite retirés à l'aide d'une drague.
4. La totalité du volume d'eau retenu par le barrage a été vidée en une trentaine de minutes au lieu des six heures estimées.
5. Les sections restantes du barrage ont été découpées en blocs et enlevées pour être éliminées ou recyclées.

Les analyses et résultats suivants sont basés respectivement sur l'étude d'impact environnemental finale (FEIS) du programme ERRP et sur la déclaration d'impact environnemental supplémentaire finale (FSEIS) de la loi SEPA (Final State Environmental Policy Act).

Les évaluations des risques liés aux actions proposées pour la suppression des barrages d'Elwha et de Glines Canyon ( tableau 1 ) et du barrage de Condit ( tableau 2 ) présentent les impacts respectifs des méthodes de libération progressive et de libération rapide sur les variables comparables des projets ERRP et CHP, en termes de durabilité à court et à long terme. Le transport et le dépôt de sédiments, la qualité de l'eau, les populations de poissons, ainsi que la faune et la flore ont tous été affectés par ces méthodes de suppression. La principale différence entre les méthodes de libération progressive et de libération rapide réside dans leurs impacts sur les organismes aquatiques et les populations de poissons, les impacts les plus dévastateurs étant imputables à la méthode de libération rapide et à la suppression du barrage de Condit.

L'analyse coûts-avantages ( tableau 3 ) s'est appuyée sur deux facteurs clés : le coût du démantèlement du barrage et le temps total nécessaire à sa réalisation. La méthode de démantèlement rapide s'est avérée plus économique et plus rapide pour le démantèlement du barrage de Condit, tout en générant des bénéfices significatifs pour l'environnement. Elle a notamment permis d'atteindre les objectifs principaux du projet de cogénération : rétablir la connectivité des habitats piscicoles, accroître le potentiel de production de poissons et restaurer les écosystèmes naturels et les processus de transport des sédiments dans la rivière.

Removal of the Elwha and Glines Canyon dams has resulted in more than five miles of stream habitat and 70 miles of useable river has been restored (NPS, n.d.). Temperatures have also reduced downstream allowing for the natural adaptation of aquatic species in the river. The restoration potential of nearly all fish population is expected to increase especially in the five Pacific salmon species which include the pink, chum, chinook, coho, and sockeye. Recovery of the pacific salmon and other anadromous fish is important in restoring fisheries and cultures of tribes who depend on the Elwha river (Wallace, L). The 108-year lifespan of the Elwha Dam and 94-year lifespan of the Glines Canyon Dam destroyed ecosystems including wetlands which were vital for aquatic plants and organisms who depends on it for survival. Removal of these dams has allowed for these critical ecosystems and other vegetated areas to rebuild overtime.

Removal of the Condit dam has resulted in different fish species being able to migrate to approximately 18 miles of previously inaccessible habitat. Supporting efforts by volunteers involved in the project have conducted restoration actions which include replanting 34 different species of plants and roughly 3 acres of native vegetation, important to native tribe cultural and tradition (Oey, 2015). These tribes have also regained access to recovering fish populations that are important to their culture. Vegetated area and wetlands lost to the dam and during explosion of the dam, have been revegetated in an effort to minimized long-term erosion of the surrounding area (Wellner, 2007). Removal of this dam has allowed for the restoration of ecosystems such as wetlands.

The sustainability of the Elwha River and White Salmon River ecosystems are directly dependent upon the relationship between key sustainability variables including water quality, fish population, wildlife impact, vegetation, and wetlands, listed in Table 4. Water quality is important in providing and maintaining diverse plants and aquatic organisms. Excess sediments in riverbeds can potentially disrupt the natural food changing by damaging habitats that fish depend on for food, resulting in reduced fish populations. Decline in fish populations directly impacts terrestrial animals including humans that may rely on fishing as a source of food or income. Riparian and aquatic vegetation play a key role in river hydromorphology. Plant biomass directly affect sediment transport in the river by changing flow resistance causing sediment deposition. Generally, plants can interact with the structure of the river by changing its topography and bed sediment composition (REFORM, 2018). Wetlands are important ecosystems as they act as natural absorption barriers, capturing and releasing surface water at a controlled rate. Wetland vegetation can potentially slow the speed of flood waters, allowing for gentler distribution over floodplains, resulting in reduced flood heights and erosion (USDEP, 2018). Having a natural sponge as a flood protection measure is valuable as it assists in preventing damages to the surrounding environment and developments further downstream such as crops or made-man structures.

Using variables that could easily be compared, the variables of the risk assessment supported the notion that the notch-release approach would have less adverse impacts on the environment. The most undesirable impact that the rapid-release approach had on the White Salmon River was the mass amount of sediment loads released during the removal of the Condit dam, which severely impacted aquatic species and more than likely caused the death of many fish. On the contrary, the most desirable outcomes of the Condit Dam was the expenses and time required for decommission. The most undesirable impact that the notch-release approach had on the Elwha River were the expenses and time required for decommission of the Elwha and Glines Canyon Dams. The most desirable impacts of utilizing the notch-release approach was the control the workers had relative to the rate at which the water and sediments could be released from behind the dam. Moreover, this likely minimized the impact on aquatic species and fish.

The immediate aftermath of the implementation of the notch release approach and the rapid release approach to the removal of the Elwha and Glines Canyon Dams and the Condit Dam, respectively, is evident through the impacts on these sustainability. Through the notch release approach, the sediments behind the Elwha and Glines Canyon Dams were released at a fix rate that could be controlled, therefore, minimizing the impacts of the river system, aquatic species, and other ecosystems already established. Though this was a more time-consuming method, it ultimately reduced the impacts on water quality, fish population, the wildlife, and vegetation. Comparison of the notch release approach and rapid release approach through the ERRP and CHP has shown that the notch release approach had less harmful impacts on the river.

The rapid release approach will definitively result in more consequences on the environment and public resources. While the river and its environment has been able to recover from the removal of these dams, the notch release approach is a more favorable dam removal method in terms of sustainability, relative to its immediate and long-term effects on the comparable sustainable variables than the rapid release dam removal method.

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2. Burkhardt, J. (2020). Rewilding the White Salmon River: The view from nine years after the removal of Condit Dam. The International Journal of Salmon and Steelhead Conservation, (97). The Osprey.
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