REGiÔN REUNION

DIRECTION DE L'AGRICULTUREET DE LA FORET

REDETAR-Section HYDROLOGIE

R E G I O N R E U N I O N

DIRECTION DE L'AGRICULTURE ET DE LA FORET

REDETAR - SECTION HYDROLOGIE

HICROCENTRALE HYDROELECTRIQUE DU BRAS DES LIANES

HYDROMETRIE COMPLEMENTAIRE DU BRAS PITON

F. BOCQUEEDAF/REDETARDECEMBRE 1988

S O M M A I R E

0 - RESUME

1 - INTRODUCTION

2 - HYDROLOGIE GENERALE DU BRAS PITON

2-1 - Généralités2-2 - La pluviométrie2-3 - L'hydrogéologie2-4 - L'hydrologie - Crues et Etiages

3 - HYGROMETRIE COMPARATIVE (BRAS DES LIANES)

3-1 - Les débits jaugés au deux sites3-2 - Proposition d'un modèle linéaire simple3-3 - Extension des données3-4 - Estimation des débits caractéristiques et modules3-5 - Impact hydrologique

4 - PROPOSITION D'EQUIPEMENT

4-1 - Le débit d'équipement4-2 - Le dispositif de prise et de dérivation

5 - CONCLUSION

6 - BIBLIOGRAPHIE SOMMAIRE

7 - ANNEXES

R E S U M E

La Région Réunion, maître d'ouvrage du projet de la microcentralehydroélectrique du Bras des Lianes a confié à la REDETAR, Section Hydrologie,l'étude des potentialités hydrologiques du Bras Piton, principal affluentsusceptible d'être capté à moindre frais et donc à même de renforcersignificativement le potentiel turbinable initial.

Les 3 mesures de débit effectuées simultanément sur les 2 sites dontl'analogie climatologique, géologique et hydrologique est précisée, permettentd'estimer à partir de 3 modèles statistiques les débits caractéristiques duBras Piton.

Ceux-ci accroissent le potentiel turbinable du Bras des Lianesd'environ 40 %, principalement en période de besoins majeurs (moyennes etbasses eaux) d'où un gain de productibilité électrique de plus de 2 GWh.

Ce projet de renforcement paraît donc d'autant plus judicieux que sonimpact écologique reste faible et sa fiabilité relativement bonne compte tenud'une topographie et d'une géotechnique favorable.

1 - INTRODUCTION

La présente étude confiée à la REDETAR, Section Hydrologie par laRégion Réunion (Maître d'Ouvrage), a pour cadre le projet de microcentralehydroélectrique du Bras des Lianes (Commune de Bras Panon) et pour finalitél'approche des débits d'équipement du Bras Piton, affluent principalsusceptible d'être dérivé en vue de renforcer les potentialitéshydroélectriques du projet original.

Le bureau d'étude chargé de l'APS (CNABRL) avait en effet constaté quela proximité géographique des deux cours d'eau et la topographie favorable encas de transfert (passage gravitaire possible, linéaire de conduite minime)justifiait une approche des débits du Bras Piton, qui, à l'inverse du Bras desLianes, n'avait jamais fait l'objet de mesures (inaccessibilité terrestre).

C'est pourquoi 3 jaugeages simultanés des 2 cours d'eau aux fins decorrélation, ont été entrepris du 10.10.88 au 14.12.88, essentiellement enpériode de basses et moyennes eaux, la plus intéressante en termes de débitd'équipement.

Après une brève présentation de l'hydrologie générale du site et de satypologie locale, les résultats des mesures entreprises sont présentéscorrélativement à ceux du Bras des Lianes, "station longue".

Une esquisse du module au terme de débit spécifique rapporté auxrivières voisines mieux connues (Rivière des Roches...)* ainsi qu'une approchedu débit d'équipement complètent la présente étude.

* REMARQUE : il sera souvent fait état dans la suite du texte desconnaissances acquises sur le Bras des Lianes et la Rivière des Roches,stations à chronique d'observations plus étendues. (REDETAR/EDF/ORSTOM).

- 2 -

2 - HYDROLOGIE GENERALE DU BRAS PITON

2-1 - Généralités

Le bassin hydrographique du Bras Piton tel que présenté sur l'extraitde carte 1GN au 1/25 000 ci-joint, draine pour partie la forêt domaniale de laPlaine des Lianes, vestige du "quatrième cirque" rempli de laves par lesdernières manifestations d'ampleur du Piton des Neiges (entre 72 000 à 22 000ans).

Jusqu'à la section de contrôle située vers l'altitude 880 m à quelquescentaines de mètres à l'aval du confluent du grand et petit Bras Piton, lecours d'eau fortement ramifié draine en effet une planèze constituant lespentes externes de l'ancien volcan du Piton des Neiges au substratum fait delaves de comblement, globalement imperméables et faiblement entaillées par1'érosion.

Le bassin topographique présente une superficie de 3,8 km2, valeursensiblement moitié de son homologue voisin du Bras des Lianes au limnigraphe,avec une pente moyenne de 18 %.

Le couvert végétal est de type hydrophile dense à majorité constituéd'arbustes (brand, goyaviers) prenant racine dans un sol lourd (andosolsbruns) de faible puissance (quelques mètres), riches en matière organique etlocalement entrecoupés de poches de scories altérées (au droit des cascades),et de dépôts pyroclastiques.

2-2 - La pluviométrie

En l'absence de station météo sur le site, les précipitations sur lebassin versant du Bras Piton ne peuvent qu'être approchées à partir de lastation de Bélouve située sur le plateau du même nom, en bordure du Cirque deSalazie, ou de Bébourg plus au Sud ; station qui sera retenue avec unabattement de 20 % (selon les isohyètes intérannuels), compte tenu de tropnombreuses lacunes à Bélouve.

L'ajustement statistique des précipitations annuelles de Bébourg à uneloi Log Normale, fait apparaître les caractéristiques suivantes :

Précipitations décennales déficitaires = 3 600 mmPrécipitations médianes " =5 294 maPrécipitations décennales excédentaires = 7 784 on

(Données brutes d'origine Météorologie Nationale traitées par nos soins).

L'année 1988, sèche sur la quasi totalité de l'Ile, s'est traduite àBébourg par des précipitations inférieures à la décennale sèche (2 906 mm du01.01.88 au 30.11.88).

Sur un tel bassin à forte prédominance du ruissellement surl'infiltration ou l'écoulement retardé, la connaissance de la distributiontemporelle des pluies mensuelles est d'un grand intérêt.

Hydrograpniques

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C'est ainsi que la présence de quelques décades sèches épuiseeffectivement le faible ruissellement retardé, constitutif pour l'essentiel del'écoulement de base de ce cours d'eau.

Nous y reviendrons.

Mais il est également vrai que l'exposition du site aux précipitationsoragraphiques n'engendre que très rarement des périodes sèches de plus de15 jours, y compris pendant l'hiver austral.

2-3 - L1hydrogéologie

Le faible caractère érosif et l'absence de manifestations tectoniquesne favorisent pas l'existence de "nappes perchées" significatives, si ce n'estqu'au gré de l'apparition ponctuelle de petites poches de scories latéritiséesfermées latéralement par des intrusions et drainant les sols de décompositionsuperficielles de forte perméabilité.

C'est ainsi que sur le bassin de la Rivière des Roches, voisin, il apu être mis en évidence au cours des mois d'août à septembre 1983, une courbede tarissement qui montre qu'au delà d'une dizaine de jours se produit unchangement de pente (cf. diagramme ci-après) :

Ceci met en évidence 2 régimes d'alimentation différents quitraduisent l'épuisement successif de 2 types d'aquifères :

- le premier lié à l'existence des pluies récentes (moins de10 jours).

- le second plus lent de pente régulière traduit l'existence defaibles réserves pouvant aller jusqu'au tarissement sévère.

L'étiage record du 25.10.78 sur la Rivière des Roches (89 1/s), àpeine dépassé par celui du 27.09.88 (105 1/s) tendent à généraliser cesparticularités sur la Plaine des Lianes tout entière.

2-4 - L'hydrologie - Crues et Etiages

De ce qui a été présenté précédemment, nous retiendrons quel'hydrologie générale du bassin du Bras Piton/Lianes est fortementconditionnée :

- par une prédominance très nette du ruissellement, y comprisretardé, faute de réserves souterraines significatives.

- par un coefficient d'écoulement élevé (70 à 80 %) et un moduleprobablement bien corrélé aux précipitations (peu ou pas destocks).

- par une forte variation mensuelle des débits présentantgénéralement au • moins 2 maximums l'un pendant la saisoncyclonique, l'autre pendant les pluies d'alizé.

- par une grande irrégularité interannuelle démontrée implicitementpar l'ajustement des pluies à une loi dissymétrique hypergaussique(cf. 2-2).

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a - Les crues

Par analogie avec le Bras des Lianes, elles sont violentes, fugaceset très probablement "calquées" sur le hyétogramme des averses explicatives.

Pour information, le lecteur trouvera ci-joint le limnigramme de lacrue du 29.11.88 sur le Bras des Lianes à la nouvelle station limnigraphique(débit de pointe ,v 25 m3/s soit 3,5 m3/s/km2) sur lequel la quasiinstantanéité de la montée des eaux et la rapidité du retour au "régimepermanent" sont remarquables.

Pour le projeteur, l'ordre de grandeur des crues de projet peut êtredéfini à partir d'événements récents observés régionalement pendant le cycloneCLOT1LDA (crue cinquantennale) ou à partir de la distribution corrigée desdébits de pointe observés depuis 10 ans sur la Ravine du Bernica.

Ces bases de calcul régionales sont en tout état de causepréférables à l'application de formules Pluies-Débits calées en fonction deparamètres divers sous d'autre cieux '

Pour la crue centennale, nous retiendrons une pluie de 200 mm/h pourun temps de concentration d'environ 1/2 heure (rappel : le record absolurégional est de 150 mm en 1 heure à Casabois Grand llet pendant CLOT1LOA -12.02.87).

En résumé (Bras Piton) :

Crue centennale = 50 m3/s/km2 =190 «3/s" cinquantennale = 30 " =114 n3/s" décennale =16 " = 6 1 iu3/s" annuelle = 9 = 3 4 m3/s

La fréquence des petites crues dépassant 1 m3/s/km2 soit 3,8 m3/sest de 1 à 2 par mois en "saison sèche" d'août à octobre-novembre.

b - L'étiage

Nous avons vu qu'il pouvait être sévère en raison de l'absence denappes de soutien significatives.

Sans préjuger sur le chapitre 3 ou cet aspect sera largement évoqué,nous retiendrons que l'êtiage médian interannuel dépassé 335 jours sur 365( DCE 11/12) est de l'ordre de 90 1/s à l'altitude 880 m et qu'il se produitvers le mois de septembre.

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3 - HYDROMETRIE COMPARATIVE (BRAS DES LIANES)

3-1 - Les débits jaugés aux deux sites

Les prestations de terrain contractuelles consistaient en laréalisation de 3 jaugeages simultanés aux emplacements suivants :

. sur le Bras Piton, à l'altitude approximative 880 m reconnue d'uncommun accord avec la CNABRL et la DAF, conducteur d'opération.

. sur le Bras des Lianes, à la nouvelle station limnigraphiqueinstallée dans le cadre du programme départemental d'étude desressources en eau, 150 m à l'amont de la prise d'AEP communale.

(cf. photos des sites en annexe).

Le tableau récapitulatif des jaugeages (au moulinet hydrométrique -précision 5 à 10 %) est présenté ci-dessous :

Date

10.10.88

16.11.88

14.12.88

Bras Pitonait. 880 m

| 85 1/s

| 108 "

| 150 "II

Bras des Lianesait. 666 m

225 1/s

275 "

330 "

Contexte hydrologique

Etiage

Etiage

Petites cruesantérieures

3-2 - Proposition d'un modèle linéaire simple

Le principe est d'établir une équation de régression des débits duBras Piton (variable expliquée BP) à partir des débits du Bras des Lianes(variable explicative BL), sur les 3 couples (BL, BP) aux fins d'extension del'information à partir de valeurs remarquables observées sur la "stationlongue" BL pour des êtiages sévères ou des débits caractéristiques.

Le lecteur devra cependant garder à l'esprit que la faible taille del'échantillon commun, regroupant par ailleurs des valeurs de basses eaux,n'est pas susceptible d'extrapolation à l'extrême, cas dans lequel leraisonnement en termes de débits spécifiques est le mieux adapté.

Nous ne reviendrons pas sur la théorie du modèle linéaire simple,supposée acquise, et garderons comme paramètre significatif du bon ajustementl'écart type des résidus plutôt que le coefficient de corrélation fortementinfluencé par la taille de l'échantillon.

- 6 -

Les quatre modèles testés sont les suivants :

1 - modèle simple : BP = a BL + b (R = 0,990)

2 - " puissance : BP = a BLb (R = 0,993)

3 - " logarithmique : BP = a + b (In BL) (R = 0,981)

4 - " exponentiel : BP = a eb BL (R = 0,998)

L'étude des écarts types résiduels d'ajustement confirme la tendance àla meilleure représentation dans la gamme des débits jaugés, du modèlepuissance.

Toutefois comme l'on peut en douter, ce modèle diverge vite à partirde 800 1/s tout comme le modèle exponentiel dès 600 1/s, valeurs dans les deuxcas supérieures au débit d'équipement virtuel !

Les performances de ces modèles sont visualisées ci-joint.

3-3 - Extension des données

Les 3 modèles ci-dessus ont été retenus pour l'extension del'information en deçà et au delà de la gamme des débit jaugés.

Débit du Brasdes Lianes(ait. 666 m)

100 1/s200300400500600800

Débits correspondants

Simple

4,4 1/s67129191253315440

Puissance

25,5 1/s70128195272356544

du Bras Piton

Exponentiel

41 1/s67,5

111183,6303499

(1 357)

Hormis l'usage du modèle exponentiel pour les faibles débits ( < à100 1/s soit pratiquement l'êtiage absolu du Bras des Lianes), le modèlepuissance semble le plus adapté à l'estimation des débits du Bras Pitonjusqu'à 500 à 600 1/s.

3-4 - Estimation des débits caractéristiques et modules

. Les débits caractéristiques sont déduits des valeurs médianesestimées sur ïëBras desLianestransformés par le modèle de régressionprésenté auparavant.

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- 7 -

11 est rappelé qu'en l'absence de courbe de débit classé fondamentalepour l'étude complète d'un aménagement hydroélectrique au fil de l'eau (sanspossibilités pratiques de réserves), ces quantiles sont établis sur le Brasdes Lianes dans les conditions suivantes .

a -

b -

écrètement à 1,0 m3/s, valeur supérieure au débit d'équipementprévisionnel, correspondant approximativement au régime semipermanent de tarissement après la période des hautes eaux (1ertrimestre hydrologique, soit de décembre à février).

présentation trimestrielle simplifiée des 4 régimes hydrologiquesdifférents à partir •

- des débits jaugés sur site,- par analogie/transposition de la Rivière des Roches (étudesORSTOM-REDETAR - annuaire hydrologique 1987).

RESULTAT (diag. ci-joint)

NATURE !

IDébits médians écrétés clas-|ses du Bras des Lianes (ait.)666 m) |

Débits correspondants du |Bras Piton (ait. 880 m) j

I

DCE 3/12

600 1/s

356

DCE 6/12

400*

195

! DCE 9/12

I

I| 300*

I| 128I

! DCE 11/12

I

Ij 220

| 82

* Ces valeurs remplacent celles présentées dans la note (1) citée enbibliographie.

. Le module ou débit moyen annuel écoulé peut être approché à partirdes précipitations de Bébourg avec abattement de 20 % (cf § 2-2) dû à lasituation géographique de la station, multipliées par le coefficient régionalde pluie efficace (78 % selon l'atlas hydrogéologique) soit :

5,29 m x 0,8 x 0,78 x 3,8 10e

soit 400 1/s.= 12,5 millions de m3

EN RESUME

I II !| Modules d'écoulement)j estimé du Bras Piton j| à l'ait. 880 m |I I

Décennal sec

271 1/s8,5 M m3

Médian

| 400 1/s|12,5 M m3I

Décennal humide

585 1/s18,4 M m3

Ces résultats ne constituent qu'un potentiel théorique turbinablequ'il convient "d'écrémer" par les débits supérieurs au débit d'équipement.

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Trim 1

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Trim 2 Trim 3"Trimestres Hydrologiques"

m B.LIANES m B.PITON

Trim 4

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3-5 - Impact hydrologique

Le ruissellement retardé constituant comme précisé l'essentiel del'écoulement de base, celui-ci a été mesuré le 10.10.88 en situation d'étiagevers l'altitude 720 m sur le Bras Piton (130 1/s), d'où un apport du bief de130 - 85 = 45 1/s.

De même, des apports diffus mais non quantifiés sont visibles sur leBras des Lianes entre le captage d'AEP et la cascade du Chien.

Les 2 magnifiques cascades (cf. photo) de la confluence des 2 brasresteront dans ces conditions toujours pérennes et il n'est donc pasnécessaire de garder un débit réservé au droit des prises.

Enfin la Rivière du Mât, réceptacle naturel du Bras des Lianes nedevrait pas perdre au change car la totalité de l'eau turbinée (en 1 ou 2niveaux) diminuée du débit capté pour l'AEP du Bras Panon (70 à 100 1/s), yserait restituée.

- 9 -

4 - PROPOSITIONS D'EQUIPEMENT

4-1 - Le débit d'équipement

II ne nous appartient pas dans le cadre de cette étude de définir ledébit d'équipement du Bras Piton et encore moins de justifier cettedérivation, car le calcul de ce paramètre fait appel à des critères techniqueset économiques que nous ne connaissons pas '

Signalons simplement les apports énergétiques dus au transfert du BrasPiton dans l'hypothèse d'un débit d'équipement du site principal de prise(Lianes) de 600 1/s (400 + 195) correspondant sensiblement au DC 6/12.

Le calcul se limite à l'étape 1 du turbinage à l'altitude 335 m NGR(réservoir de Bellevue) avec les débits classés au § 3-4 et un fonctionnementde 9 mois/12 (moyenne métropole pour les microcentrales de montagne) répartiséquitablement sur les périodes DC 3, OC 3-DC 6 et DC 6-DC 12.

Avec un rendement de 80 %, la puissance moyenne installée est de :

. Bras des Lianes seul

P = 8 x 0,4 m3/s x 320 m = 1 MWProductibilité de l'ordre de 6,9 GWH

P = 8 x 0,52 m3/s x 320 = 1,3 MWProductibilité de l'ordre de 8,1 GWH

(rappel : étage 1 seul)

4-2 - Le dispositif de prise et de dérivation

La prise pourrait être implantée au droit de la section de mesure àl'amont immédiat d'une cascade d'une quinzaine de mètres marquée par laDAF/REDETAR de repères visuels.

Le lit majeur faiblement encaissé est constitué de bed rockvisiblement franc et peu diaclasé.

Le seuil épais rectangulaire de 1 à 1,50 m solidement ancré, d'unelargeur approximative de 20 m serait équipé en rive droite d'une priselatérale par en dessous de type petit Bras de Cilaos, seule à même de limiterles dégâts dus au transport solide, par ailleurs peu élevé comme le démontrele très lent remplissage de la cuvette du captage d'AEP des Lianes.

L'élévation du plan d'eau au droit du déversoir serait de l'ordre de1,3 m (crue décennale) et de 2,3 m (cinquantennale).

Enfin, le tracé de la canalisation de dérivation suivrait la courbe deniveau altimétrique 880 m 'jusqu'à un petit talweg immédiatement en rivedroite, puis rejoindrait à quelques 250 m le bras extrême gauche des Lianes.

- 10 -

5 - CONCLUSION

Quelques jaugeages réalisés en période opportune (étiage), couplésavec la station du Bras des Lianes suivie depuis 1976 par la SectionHydrologie de la REDETAR, ont permis dans un délai relativement courtd'apporter des précisions sur l'hydrologie du Bras Piton et sur le bien fondéde son captage afin, nous l'avons estimé, d'accroître la productibilité duprojet original de 1 à 2 GWH en 2 phases.

Au delà de ce "plus" que le maître d'oeuvre sera probablement à mêmede justifier selon les critères technico économiques de l'état de l'art, ilreste que ce projet de microcentrale du Bras des Lianes est judicieux.

. Judicieux en terme d'énergie locale renouvelable et non polluante.

. Judicieux car multi obj'ectifs (confortement de l'AEP communale).

. Judicieux enfin car pouvant servir de base de réflexion etd'expérimentation au développement de micro ou picocentrales end'autres lieux déjà recensés (Mafate, Grand Bassin etc).

Saint-Denis, le 27 décembre 1988

L'Ingénieur Hydrologue

F. BOCQUEE

6 - BIBLIOGRAPHIE SOMMAIRE

1 - Microcentrale hydroélectrique du Bras des Lianes - Notehydrologique interne - Mai 1988 - F. BOCQUEE

2 - Inventaire des sites de microcentrales à la REUNION - BCEOM/REG10NREUNION.

3 - Aménagement de TAKAMAKA AVAL - Etudes hydrométriquescomplémentaires - F. BOCQUEE/REDETAR - Février 1984.

4 - Le cycle de l'eau à la REUNION - L'écoulement R. ROBERT/REGIONREUNION.

5 - Atlas hydrogéologique et annuaires hydrologiques départementaux.

7 - A N N E X E S

- Débits jaugés du Bras des Lianes à l'altitude 666 m (1976-1988),

- Débits du Bras Piton à l'altitude 880 m (1988).

- Photos diverses par l'auteur.

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374

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BRAS DES LIANESAMONT CAP7ACE flEP

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OBSERVATIONS

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H. ECH =

H. ECH =

H. ECH =

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SURVERSE AU CAPTAGE

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SERVICE LIMNIGRAPHE

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TEMENT

STATION

ON

ALTITUDE (M)

J M A *0 O N >

10/13/33 t

15/11/33 +•-+•

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4

374

2. 5. 018

BPAS PITON(. AFFLUENT BRAS DES LIANES)

* 830

DEBITINSTANTANE

35.00 L/S

103. 30 L/S

150.00 L/S

* OBSERVAI IONSt4-*

f

*

l - t t t - t + t T t f

<- t 4 - + t t t V + i-

LE BRAS DES LIANES

LA STATION HYGROMETRIQUE(PREMIER PLAN) ET LE CAPTAGE

D'A.E.P.

ALT. 666 - 662 m

LES CASCADES DU BRAS DES LIANES (A GAUCHE)ET DE BRAS PITON (A DROITE) - ALT. 640 m

LE BRAS PITON

LA SITE DE MESURE EN RIVEDROITE A L'AMONT DE LA

CASCADE

(ALT. 880 m)