ARCHIVÉE - Évaluation du potentiel hydrocinétique du Canada

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Centre d‘hydraulique canadien
Conseil national de recherche Canada

Numéro CTEC Canmet_March_2010 / 2010-09-16

Rapport portant sur l’étape 1 Méthode utilisée et examen des données

Résumé

Ressources naturelles Canada (RNCan) a établi la nécessité d’évaluer le potentiel hydrocinétique à titre de ressource renouvelable à l’échelle nationale. Dans l’optique d’atteindre cet objectif, on a sollicité la réalisation d’un projet en trois étapes, c’est-à-dire ce qui suit:

Étape I

Examen des méthodes et des données – un examen des méthodes, des techniques et des données disponibles permettant d’exécuter une évaluation régionale de l’énergie hydrocinétique, de même qu’une sélection des méthodes propos

Étape II

Validation des méthodes – la mise en œuvre d’une série recommandée de méthodes en fonction des ensembles de données de validation, notamment des analyses de sensibilité et d’incertitudes.

Étape III

Détermination de l’évaluation – l’application des méthodes recommandées afin de réaliser une évaluation à l’échelle nationale du potentiel hydrocinétique pour une extraction de l’énergie théorique.

Le Centre d’hydraulique canadien, un élément du Conseil national de recherches du Canada, a été sollicité pour contribuer à la réalisation des deux premières étapes du projet. Le présent rapport contient les résultats obtenus à la suite de l’étape I.

La section 1 contient l’introduction et expose les buts et la structure de l’étude menée au sujet du potentiel hydrocinétique, dont le présent document fait partie. Les buts visés par la réalisation du projet consistent, au bout du compte, à caractériser et à quantifier le potentiel en énergie hydrocinétique au Canada. À la section 2 du présent rapport, on indique la nécessité de faire l’évaluation d’un certain nombre de caractéristiques hydrologiques et physiques des passages de canaux sans point de jaugeage afin d’en arriver à une estimation du potentiel d’énergie hydrocinétique, c’est-à-dire :

• les caractéristiques du débit, les courbes de la durée du débit (FDC);
• la géométrie des canaux ;
• l’inclinaison des canaux ;
• la rugosité des canaux.

La section 3 présente les résultats obtenus à la suite de l’examen de la documentation disponible. Il s’agissait alors d’étudier les méthodes existantes pour l’estimation, à l’échelle régionale, des caractéristiques liées au débit, à l’inclinaison géométrique et à la rugosité des bassins sans point de jaugeage. Ces études ont permis de déterminer l’existence d’un grand nombre de techniques facilitant la régionalisation du débit de l’eau, mais surtout l’estimation des valeurs extrêmes. Le recours à des techniques de régionalisation pour déterminer les courbes de la durée du débit, comme le voulait la présente étude, était beaucoup moins courant. Néanmoins, il se trouvait quelques travaux en ce sens et on a récemment publié certains comptes rendus s’y rapportant avec des applications au Canada.

L’examen qui a été mené a permis de découvrir quelques études faisant appel à des techniques d’estimation de la géométrie des canaux utilisées à l’échelle régionale. Les études, dans la majorité des cas, portent sur les prévisions géométriques liées à un canal d’évacuation des eaux en voie de formation, ce qui ne constitue pas une situation souhaitable pour la présente étude dont le débit de l’eau demeure une des variables établies. Une autre façon de procéder, encore plus prometteuse, consiste à faire le lien entre les mesures géométriques des canaux et les caractéristiques physiographiques des bassins récepteurs ou entre les cartes numériques, ce qui englobe la largeur des canaux pour les grandes rivières. L’estimation à l’échelle régionale de l’inclinaison a démontré une prédominance dans l’utilisation des modèles d’élévation numériques pour les études prises en considération. Toutefois, d’aucuns ont signalé les restrictions et les précautions qu’il fallait appliquer dans le recours à ces éléments en vue d’établir l’inclinaison des canaux. Certaines de ces restrictions liées aux modèles d’élévation numériques, y compris les imprécisions relatives aux bassins à faible relief, se sont avérées insurmontables pour l’utilisation d’équations adéquates concernant l’inclinaison des canaux vers les zones de drainage des bassins capteurs. Aucune technique adéquate de régionalisation en vue de l’estimation de la rugosité des canaux n’a été établie.

Hormis les techniques régionales d’estimation se rapportant aux caractéristiques du débit de l’eau et des canaux dans les bassins sans point de jaugeage, on s’est penché sur les techniques d’incertitudes et de propagation des erreurs.

La section 4 présente les résultats obtenus à la suite de l’examen des sources de données et des ressources disponibles. On y définit plusieurs bases de données à l’échelle nationale pouvant servir d’éléments d’introduction des données et de validation des ensembles de données en vue de l’exécution des routines de régionalisation faisant l’objet de la présente étude. Les ensembles de données englobent les propriétés mesurées ou calculées à l’échelle nationale, et notamment les données régionales sur le climat, les données hydrométriques, les cartes numériques portant sur l’aménagement des sols et des terres, les cartes relatives aux réseaux hydrauliques et les données numériques concernant les élévations de terrain. La base de données de la Division des relevés hydrologiques du Canada, qui inclut des mesures prises sur place de la vitesse des cours d’eau et des groupes représentatifs de milliers de relevés hydrologiques en provenance de stations hydrométriques réparties sur le territoire canadien, est particulièrement intéressante à ce chapitre. Cette base de données est considérée comme un outil inestimable pour la validation des techniques de régionalisation appliquées aux diverses géométries du débit des cours d’eau et des canaux. On n’a trouvé aucune base de données contenant des informations utilisables pour la validation de la rugosité ou de l’inclinaison.

La section 5 présente les résultats d’un examen des études réalisées précédemment à l’échelle régionale ou à l’échelle nationale concernant l’évaluation des ressources hydrocinétiques et des petites centrales hydrauliques. On a découvert plusieurs études visant à évaluer les ressources en hydro-électricité, lesquelles exigent habituellement l’établissement du débit moyen des cours d’eau durant une année et de la hauteur estimée des canaux d’amenée sans pour autant exiger celui de la géométrie, de l’inclinaison ou de la rugosité. D’autre part, seules quelques études ont permis de déterminer le potentiel énergétique hydrocinétique à l’échelle régionale, mais aucune n’a été réalisée à l’échelle de la présente étude ou en englobant tous les éléments qui y étaient prévus. La validation des méthodes utilisées pour la régionalisation ne faisait que rarement l’objet des études examinées.

Les sections 6 et 7 décrivent, respectivement, la façon de faire recommandée pour l’étape II et les tâches connexes. Il est recommandé, dans la présente étude, d’utiliser et de valider un certain nombre de techniques de régionalisation du débit de l’eau. Il s’agit, entre autres, de certaines méthodes simples sur le plan conceptuel (comme Area-Ratio), de certaines méthodes couramment utilisées et reconnues (comme RETScreen), ainsi que certaines méthodes récemment élaborées et utilisées par la communauté universitaire (comme la CCA avec FDC graphique). La façon de faire recommandée pour l’estimation graphique comprend l’utilisation de cartes numériques indiquant, le cas échéant, les rives des cours d’eau, ainsi que les données physiographiques et climatiques pour orienter l’analyse de régression. Pour l’estimation de l’inclinaison des canaux, il est recommandé d’utiliser les données disponibles du modèle altimétrique numérique avec examen du lissage fonctionnel pour les éléments à faible gradient. En l’absence de données régionales ou de techniques de régionalisation, il faudra estimer la rugosité comme étant une gamme éventuelle de valeurs obtenues à partir des évaluations rendues publiques à ce sujet. On aura recours aux estimations de validation et d’incertitude en se tournant vers les techniques charnières et les techniques d’amorce lorsque celles-ci sont applicables.