Projet de recherche T4/DD/30 (Action de recherche T4)
Le but de cette étude est d’élaborer un modèle mathématique couplant hydrologie et hydraulique et permettant la simulation de la relation pluie - débit dans une zone de captage ainsi que l’impact de toute installation hydraulique sur les déversements. Ce modèle permettrait de prévenir et de gérer le débit d’une rivière et pourrait être appliqué à toute zone de captage, plus particulièrement aux bassins gérés par la Direction Générale des Ressources Naturelles et de l’Environnement (DGRNE - Région wallonne).
La formation de déversements dans un bassin dépend d’un nombre complexe de processus hydrauliques, variant en temps et espace suivant la distribution temporelle et spatiale des précipitations observées au sol, l’utilisation des sols observée par la télédétection, son taux d’humidité ainsi que sa topographie et la nature de son sous-sol.
La majorité des modèles utilisés actuellement sont des modèles globaux, qui utilisent des données moyennes pour les données météorologiques et pour les caractéristiques physiques des zones de captage. Par contre, le modèle que nous proposons est un modèle distributif. Les modèles distributifs tiennent compte des variations spatiales des caractéristiques particulières du bassin, des variations d’intensité des précipitations en temps et espace et permettent donc une représentation plus fondamentale des processus hydrologiques. De plus, ces modèles sont moins sujets aux problèmes de calibration et d’extrapolation rencontrés par les modèles globaux, ils peuvent donc plus facilement être appliqués à des bassins différents.
Le modèle devra être capable de simuler les débits sur les différents types de sol mais également les débits vers la rivière, ceci afin de pouvoir intégrer toute installation hydraulique comme instrument de pompage ou de stockage de l'eau sur la rivière. Le modèle développé ces dernières années dans notre laboratoire tient compte de la distribution spatiale des caractéristiques physiographiques des bassins, mais ne donne qu’une seule réponse du bassin total pour son système de déversement. Afin de tenir compte de toute installation hydraulique nécessaire pour une bonne gestion du bassin, le modèle sera amélioré et une nouvelle approche sera suivie, basée sur une représentation du bassin par un système interconnecté des composantes hydrologiques et hydrauliques.
La période de travail sera fixée à une heure (la majorité des modèles actuels travaillent sur une base journalière). Cette analyse sur base d’une heure est absolument nécessaire pour avoir une gestion réaliste de bassins de petite taille présentant une réponse rapide aux pluies, de tels captages étant précisément gérés par la DGRNE.
Le réseau hydrographique et les champs d’écoulement du bassin seront obtenus par le biais du traitement d’un modèle d’élévation numérique (DEM). L’utilisation des sols sera obtenue par la télédétection, après avoir été adaptée et complétée, elle sera intégrée dans les modèles numériques d’élévation et utilisée comme source de données dans le modèle.
De plus, en exprimant les paramètres hydrologiques en fonction de l’utilisation des sols, il sera possible d’évaluer rationnellement l’impact des changements de l’utilisation de ces sols sur le mode des rivières. Le modèle permettra également une délimitation facile des bassins et la détermination des zones de stockage possibles, de manière à aider le gestionnaire à proposer des solutions en cas de problème d’inondation
Un logiciel convivial sera développé en partenariat avec les ingénieurs de la DGRNE et d’Electrabel, qui suivront le projet. Ceci permettra le transfert optimal de la technologie développée en laboratoire. De plus, ces personnes pourront régulièrement actualiser les données obtenues par la télédétection pour une bonne utilisation des programmes.
Les gestionnaires de la centrale hydroélectrique de Coo planifient de faire tourner leur installation à bon marché pendant les périodes pluvieuses extrêmes en utilisant le volume d’eau de la centrale en guise de réserve d’inondation. Une application concrète d’un tel modèle permettrait de quantifier l’effet d’une telle installation sur le déversement dans les vallées de l’Ourthe et de l’Amblève.
Le développement d’un tel instrument permettrait d’identifier les problèmes-clé, d’évaluer l’effet de toute installation sur le déversement, de définir le travail le mieux adapté pour réduire ces effets et finalement d'aider les instances publiques pour une meilleure gestion intégrée des zones de captage. De plus, il est important de noter que ce modèle pourrait également être appliqué dans le cadre des contrats de rivière entrepris et suivis par la DGRNE. Il faut noter enfin qu’il serait également possible de transposer la méthode et le logiciel pour d’autres zones hydrographiques que les seuls bassins de la Région wallonne (par exemple en Amérique du Sud et en Asie et ce peut-être en partenariat avec Electrabel, qui gère toute une série d’installations hydrauliques dans cette zone).
