Stockage de l’eau : quelles différences entre retenue collinaire et réserve de substitution ?

Retenues collinaires et réserves de substitution recouvrent deux réalités techniques différentes, et même au sein de chacune des deux catégories, les ouvrages peuvent différer sur plusieurs points. Les principes de conception, les modes de remplissage et les interactions avec le milieu aquatique sont propres à chaque ouvrage et fortement liés au territoire pédologique et hydrologique dans lequel il se trouve.

Des types de stockage dépendant du relief

Dans sa définition hydraulique classique, « une retenue collinaire est un barrage en remblai, implanté en travers d’un talweg ou d’un cours d’eau, et retenant les écoulements naturels », explique Laurent Peyras, responsable du pôle expertise ouvrages hydrauliques à l’Inrae. Aujourd’hui, le terme de retenue collinaire est employé plus largement pour désigner des ouvrages implantés en zone vallonnée, y compris partiellement excavés. 

Il s’agit alors soit de retenues en dérivation, alimentées par prise d’eau sur la rivière en période de hautes eaux, soit de retenues implantées sur des talwegs sans cours d’eau permanent, remplies par ruissellement, drainage ou fossés. Dans ce dernier cas, le fonctionnement dépend directement des précipitations et des écoulements superficiels du bassin-versant immédiat. Qu’elle soit en remblai ou en partie creusée, la retenue collinaire prend souvent place dans des territoires où des sols argileux assurent naturellement stabilité et étanchéité.

La réserve de substitution est, a contrario, implantée le plus souvent en plaine. Elle ne s’appuie pas sur un vallon naturel, mais sur un système de pompage dans une ressource existante. Son alimentation en eau est très variable. Certaines réserves sont implantées en dehors du lit du cours d’eau, tout en étant connectées à celui-ci. Deux configurations sont possibles : soit une alimentation toute l’année, directement à partir du cours d’eau, ou via sa nappe alluviale, y compris par infiltration, soit un remplissage en dehors de la période d’étiage (période de plus basses eaux des cours d’eau et des nappes souterraines). 

L’eau est alors dérivée du cours d’eau ou pompée dans celui-ci, ou dans sa nappe d’accompagnement. D’autres réserves sont remplies par pompage dans une nappe souterraine distincte de la nappe d’accompagnement d’un cours d’eau. L’alimentation peut être autorisée toute l’année ou restreinte à la période hivernale.

Un rapport différent entre le volume d’eau stocké et le volume de terre déplacé

Sur le plan technique, « une retenue collinaire peut atteindre 15 à 20 mètres de haut, voire au-delà », indique Laurent Peyras. Sa hauteur permet de limiter l’emprise au sol au regard des volumes stockés, qui varient de quelques milliers à plusieurs centaines de milliers de mètres cubes. Un indicateur technique est déterminant : le rapport entre le volume d’eau stocké et le volume de terre déplacé. 

Dans un ouvrage en remblai, ce ratio peut dépasser 2 : un mètre cube de terre mis en œuvre permet de stocker plus de deux mètres cubes d’eau. Ce rendement volumique conditionne directement le coût du stockage, explique Jean-Paul Bordes, ex-directeur de l’Acta, qui a longtemps travaillé dans l’hydraulique agricole. « Tout l’enjeu est de déplacer peu de terre pour stocker beaucoup d’eau. »

Les réserves de substitution sont, elles, réalisées en excavation : le bassin est creusé puis ceinturé de digues périphériques. Laurent Peyras explique qu’elles sont « beaucoup moins hautes qu’une retenue collinaire, plutôt autour de 6 à 7 mètres maximum », et présentent en revanche des surfaces plus importantes, parfois de plusieurs hectares. 

Dans le cas d’une excavation, le ratio volume stocké/volume déplacé est proche de 1 : un mètre cube de terre extrait permet de stocker environ un mètre cube d’eau. Ce différentiel par rapport aux ouvrages en remblai pèse sur le coût par mètre cube stocké et sur l’emprise paysagère. Enfin, elles sont souvent implantées sur des sols perméables, et nécessitent une étanchéité artificielle par géomembrane, même s’il y a des exceptions.

Un suivi nécessaire de l’impact sur la ressource en eau

L’incidence principale des retenues collinaires concerne la dynamique des débits en aval. « Elles peuvent entraîner une diminution ponctuelle des écoulements hivernaux, modifier la circulation des sédiments et impacter les communautés aquatiques », explique Laurent Peyras. L’artificialisation liée aux digues et la création de plans d’eau peuvent également influencer la qualité de l’eau (réchauffement…). 

Pour limiter les impacts, la vigilance lors de la création d’une retenue porte sur le choix du site et le dimensionnement : implantation hors lit mineur, respect d’un débit réservé en cas de dérivation (pour garantir l’écoulement du cours d’eau), prise en compte des effets cumulés à l’échelle du bassin-versant, suivi de la qualité de l’eau stockée.

L’impact des réserves de substitution dépend, lui, de l’origine de l’eau prélevée. Lorsqu’elles sont alimentées par pompage dans les nappes, l’enjeu concerne principalement l’équilibre nappe-rivière. Un prélèvement hivernal trop important peut abaisser temporairement le niveau de la nappe et, selon les conditions de recharge, influencer les débits d’étiage ultérieurs, explique Laurent Peyras. « En puisant dans la nappe, on accélère le transfert d’eau depuis le cours d’eau vers celle-ci, ce qui peut conduire à un épuisement plus rapide des débits. Il s’agit d’un décalage dans le temps : à un moment donné, l’eau manquera malgré tout au cours d’eau, qui tend naturellement à réalimenter sa nappe d’accompagnement. »

Lorsque les réserves sont alimentées par pompage en rivière durant la période hivernale, l’impact porte davantage sur la dynamique des débits à court terme. Les prélèvements peuvent réduire ponctuellement les écoulements hivernaux, avec des effets variables selon le niveau du cours d’eau, la période de prélèvement et la capacité du bassin-versant à se recharger. 

Les analyses conduites notamment par l’Inrae montrent que l’enjeu central réside dans l’adéquation entre volumes prélevés et recharge effective. Ainsi, les autorisations sont conditionnées à des seuils hydrologiques (débit minimal, niveau de nappe), à un suivi piézométrique et à des arrêts automatiques en cas de franchissement de seuil.