Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Le projet de recherche est réalisé dans le cadre d'une bourse en milieu de pratique, soit la bourse BMP Innovation, dont les partenaires financiers sont le Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FRQNT), le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et Rio Tinto Alcan (RTA), division Énergie Électrique. Ce projet de recherche porte sur l'amélioration des prévisions pour la partie amont du bassin versant du lac St-Jean, qui est le bassin hydrographique géré par Rio Tinto Alcan (RTA) pour la production hydroélectrique dans la région du Saguenay-Lac-St-Jean au Québec. Sur ce territoire, RTA possède six centrales hydroélectriques pour fournir l'énergie à ses alumineries. Les bassins versants de l'amont sont Lac Manouane et Passes-Dangereuses, qui possèdent chacun un important réservoir. De plus, le canal Bonnard permet de transférer du débit du lac Manouane vers le réservoir Passes-Dangereuses. La prévision des apports aux réservoirs est essentielle à une gestion optimale des ressources en eau. Il est donc important de minimiser l'incertitude attribuable à la modélisation hydrologique de ces bassins versants ainsi que l'incertitude liée au calcul des apports noncontrôlés. Les apports non-contrôlés ne sont pas directement mesurés, mais sont plutôt calculés par bilan hydrique. Ce calcul tient compte des niveaux de lacs (réservoirs), du débit évacué au déversoir Bonnard et du débit turbiné à la centrale Chute-des-Passes. Ainsi, on s'intéresse aux composantes de ce calcul susceptibles d'entraîner les plus grandes incertitudes dans la prévision des apports, à savoir la courbe d'évacuation du déversoir Bonnard et la fonction de transfert de débit entre Lac Manouane et Passes-Dangereuses, qui est présentement à délai fixe de deux jours.

Le premier volet de ce projet s'intéresse à l'incertitude sur la paramétrisation des modèles hydro logiques. Ainsi, une analyse de l'incertitude attribuable à la méthode d'optimisation utilisée par RTA, appelée Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (CMA-ES), a permis de constater la présence du problème d'équifinalité (Beven et Freer,2001; Beven, 2006). De plus, la correction des débits hivernaux a dû être réalisée au cours de ce projet puisque cette correction, nécessaire en présence de glace en raison de la relation niveau-débit invalidée par le couvert de glace, n'était effectuée que pour 5 des 18 années de la période d'étude. La méthodologie employée sur 7 bassins versants a démontré que la méthode la plus efficace consiste à utiliser un facteur de correction moyen, établi en faisant la proportion du débit corrigé sur le débit non corrigé pour les années dont la correction est disponible, et d'appliquer ce facteur aux années suivantes. De plus, une analyse sur la segmentation des bassins versants pour la calibration des paramètres a été réalisée. Cette étude a permis de démontrer que l'optimisation du débit du sous-bassin amont et du débit du sous-bassin aval (exutoire) permet d'obtenir une meilleure performance globale et que les paramètres ainsi déterminés représentent mieux les phénomènes d'échanges et d'écoulement de l'eau à l'intérieur du bassin versant.

Pour le deuxième volet du projet, qui se concentre sur la prévision des apports aux réservoirs, l'analyse des apports non-contrôlés a montré que la valeur du débit évacué à Bonnard semble erronée. Cette valeur de débit provient de courbes d'évacuation qui permettent de déterminer le débit évacué en fonction du niveau du lac et de la hauteur d'ouverture des vannes du déversoir Bonnard. Ainsi, il est possible de corriger le débit évacué à Bonnard par la modélisation hydrologique. En effet, de nouvelles valeurs pour le débit évacué à Bonnard ont été déterminées par modélisation hydrologique à Lac Manouane avec le modèle CEQUEAU, ce qui a permis de réduire considérablement les erreurs dans les valeurs des apports non-contrôlés. Le transfert de débit entre Lac Manouane et Passes-Dangereuses a pu être modélisé par le modèle CEQUEAU. Cela a permis de conclure que la fonction de transfert à délai fixe de deux jours demeure la meilleure option pour la prévision des apports non-contrôlés. Ce projet de recherche a donc permis de réduire l'incertitude sur la prévision des apports de même que d'optimiser la modélisation hydrologique. Il a été possible de constater que les courbes d'évacuation établies pour le déversoir Bonnard semblent erronées, principalement pour les forts débits. Il est donc recommandé de corriger les valeurs de débits obtenues par ces courbes. Il serait même justifié de refaire ces courbes par des mesures terrain afin d'avoir une meilleure estimation des apports. De plus, il est recommandé de calibrer les paramètres du modèle CEQUEAU sur le débit du sous-bassin amont et du sous-bassin aval pour optimiser la performance de la modélisation.