Valeurs de la crue de conception tenant compte du climat aux fins de construction et de maintenance des barrages

Les barrages et les digues doivent pouvoir résister à des crues extrêmement importantes; l’ampleur des crues détermine l’étendue des inondations,  au cas où ces infrastructures viendraient à céder. Selon le potentiel de risque d’un barrage, les règlements peuvent exiger qu’une infrastructure soit capable de résister à la crue annuelle maximale ayant une probabilité sur mille ou sur dix mille d’être dépassée. 

Ces valeurs, utilisées dans la modélisation des crues, sont estimées en ajustant la distribution statistique de valeurs extrêmes aux débits fluviaux observés, puis en calculant les quantiles. Si cette brève explication paraît simple, elle cache toutefois un lot de difficultés auxquelles les ingénieurs font face dans la pratique, notamment des relevés d’observations sur de courtes durées, des données manquantes et des erreurs de mesure. De plus, les récentes observations historiques et les simulations des changements climatiques indiquent une intensification des phénomènes de précipitations extrêmes au Canada.

Ce projet examine comment les ingénieurs peuvent inclure les informations concernant les projections en matière de changements climatiques dans le calcul des valeurs de modélisation des crues, et comment cela contribue à alimenter les stratégies d’adaptation au climat.

Crédit photo : K. Koenig, Manitoba Hydro

• Proposer une approche pragmatique pour incorporer les projections en matière de changements climatiques dans les valeurs de modélisation des crues pour les évènements millénaux et décamillénaux.

• Proposer un cadre permettant de prendre en compte les multiples sources d’incertitude dans l’analyse de la fréquence des crues.

• Réfléchir à la manière d’adapter les infrastructures existantes à l’évolution des risques.

• Passer en revue les méthodes d’estimation les plus avancées à l’heure actuelle dans la modélisation des crues.
  Créer des groupes de travail constitués de propriétaires de barrages, de représentants des autorités de réglementation, de climatologues et de membres d’associations professionnelles.
  Concevoir conjointement une méthodologie relativement simple pour fournir une estimation haussière aux décideurs, peu enclins à prendre de risques;

• Concevoir conjointement une méthodologie plus complexe, incluant de nombreuses données, pour prendre en considération les différentes sources d’incertitude;

• Appliquer ces deux méthodologies à un certain nombre de bassins versants;

• Définir quelles sont les mesures d’adaptation et stratégies de décision appropriées pour apporter d’éventuelles modifications aux valeurs de modélisation des crues, compte tenu des changements climatiques.

Le premier groupe de travail (GT1) s’est réuni mensuellement durant la première année du projet pour concevoir une approche relativement simple afin d’inclure les projections hydroclimatiques dans le calcul des valeurs de modélisation des crues. Le GT1 a décidé de tirer parti des expériences du grand ensemble (GE) , dans lesquelles un modèle climatique est utilisé avec de multiples conditions initiales pour étudier l’influence de la variabilité naturelle du climat. Les simulations réalisées à partir de ce modèle hydrologique permettent d’obtenir ensuite les écoulements fluviaux quotidiens, dont sont extraits les débits annuels maximaux.

L’avantage de ces grands ensembles et que, pour chaque année de simulations, on obtient un échantillon de valeurs raisonnablement important pour calculer les fréquences de crues extrêmes et réduire les incertitudes liées à l’échantillonnage. La méthodologie, illustrée dans le schéma 1, utilise à la fois le CanESM2-GE (Modèle du système terrestre canadien) et le CESM1-GE (Modèle de système terrestre communautaire) pour alimenter le modèle hydrologique GR4J et calculer les crues annuelles maximales. Les maximums par périodes de cinq ans sont ajustés en fonction d’une distribution généralisée des valeurs extrêmes (GEV) pour estimer les crues millénales et décamillénales.

Les résultats de la méthodologie employée par le GT1 pour les évènements décamillénaux sont décrits dans le schéma 2. Pour les bassins versants où des données sont disponibles, la carte montre la variation relative dans l’estimation des valeurs de modélisation des crues en utilisant les projections du CanESM2-GE.

Figure 1: Methodology developed by WG1 to include climate change information in flood design values.

Le deuxième groupe de travail (GT2) s’est également réuni tous les mois durant la première année du projet pour élaborer un cadre permettant d’incorporer de multiples sources de données dans l’analyse de fréquence des crues, tout en prenant en considération l’incertitude affectant chaque source. Les résultats du GT2 ont alimenté l’approche du GT1 afin de pouvoir atteindre l’objectif visé, à savoir : fournir une estimation haussière aux décideurs réticents à prendre des risques.

Enfin, le troisième groupe de travail (GT3) a proposé une approche de l’adaptation aux changements climatiques en cinq étapes, et réalisé une étude de cas sur la rivière Winnipeg. Les résultats du GT3 ont consisté à examiner les répercussions des changements climatiques, analyser les mesures d’adaptation et leur efficacité/faisabilité et ont abouti à la définition d’une stratégie d’adaptation privilégiée.

Figure 2: Relative change in the 90th percentile of 1:10,000 flood events estimated using WG1's approach using climate projections from CanESM2-LE. Watersheds where the sign of change is the same for CESM1-LE are hatched.

• Hydro-Québec

• Ministère de l’Environnement et Lutte contre les changements climatiques (MELCC)

• Ontario Power Generation

• Rio Tinto