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OSUG - Terre Univers Environnement

Gestion optimale d’un réservoir hydraulique multiusages et changement climatique. Modèles, projections et incertitudes : Application à la réserve de Serre-Ponçon

Thèse soutenue par Baptiste FRANCOIS en 2013

12 avril 2018, par Brice Boudevillain

Thèse dirigée par Jean-Dominique Creutin
et codirigée par Benoit Hingray & Frédéric Hendrickx

Thèse de l’Université de Grenoble ;

Pouvoir évaluer l’impact du changement climatique sur la ressource en eau, et les systèmes de gestion qui lui sont associés, est une préoccupation majeure de nos sociétés. Une telle évaluation nécessite la mise en place d’une chaîne de simulation (Figure 1) qui permet, sur la base d’expériences climatiques futures, i) d’estimer à l’échelle régionale l’évolution possible de la ressource et de sa variabilité, ii) de simuler le comportement des systèmes utilisés pour leur gestion pour iii) estimer les éventuelles modifications de performance.


Figure 1 : Schéma de la chaine de modélisation mise en place pour l’évaluation de l’effet du changement climatique sur la gestion de l’ouvrage de Serre-Ponçon.

Cette thèse vise à tester la possibilité de mettre en place une chaîne de simulation de ce type pour un système de gestion réel et à identifier quelles sont les composantes à considérer dans ce cas. Pour ce faire, nous chercherons en particulier à apporter des éléments de réponse aux questions suivantes :
-  Quelles représentations peut-on faire d’un système de gestion opérationnel pour une application en climat modifié ?
-  Quels éléments d’évaluation peuvent permettre d’estimer l’impact du changement climatique sur ce système de gestion ?
-  Quelles sont les sources d’incertitudes influençant cette évaluation ? Quelles sont les contributions relatives à l’incertitude totale des différentes méthodes et modèles utilisés ?

Nous considérerons plus précisément le système de gestion du barrage de Serre-Ponçon, alimenté par le haut bassin versant de la Durance. Ce barrage, géré par EDF, est l’un des plus grands barrages artificiels européens. Il est multi-usages (irrigation, soutien d’étiage, production d’hydroélectricité, tourisme).

Dans un premier temps, nous présenterons le contexte du système de gestion actuel. Nous mettrons ensuite en place un modèle de gestion du barrage visant à reproduire – de façon réaliste du point de vue du gestionnaire actuel (EDF), mais simplifiée pour pouvoir être appliqué sous scénarios futurs - la gestion actuelle du barrage. Nous développerons pour cela i) des modèles permettant d’estimer les différentes demandes en eau et ii) un modèle d’optimisation de la gestion sous contraintes. Ce modèle permettra de simuler la gestion du système au pas de temps journalier sur plusieurs décennies du climat récent, ou de climats futurs modifiés.

Nous proposerons ensuite un ensemble d’indicateurs qui permettent de fournir une estimation de la performance d’un tel système à partir des sorties du modèle de gestion obtenues par simulation pour différentes périodes de 30 ans.

Nous explorerons la façon dont la performance estimée dépend du modèle choisi pour la représentation du système de gestion actuel, et plus précisément de la façon dont la stratégie utilisée pour l’optimisation de la gestion est élaborée. A ce titre, nous proposerons trois modèles de gestion basés sur trois types de stratégies, obtenues pour des degrés différents de prévisibilité des apports et sollicitations futurs à la retenue.

Pour ces simulations, les modèles d’impacts nécessitent des scénarios de forçages météorologiques à l’échelle de bassin versant (e.g. modèle hydrologique, modèle d’usages de l’eau, modèle de gestion de la ressource). Ces scénarios peuvent être obtenus par des méthodes de descente d’échelle statistique (MDES), sur la base des simulations grande échelle des modèles climatiques globaux. Enfin, nous évaluerons les incertitudes liées aux deux types de modèles et estimerons leurs contributions relatives à l’incertitude globale. Nous utiliserons pour cela les scénarios issus de différentes chaines de simulation GCM/MDES produits sur la période 1860-2011 dans le cadre du projet RIWER2030. Nous montrerons que ces deux sources d’incertitudes sont du même ordre de grandeur sur l’estimation des modifications de performance.

Cette thèse a été financée dans le cadre du projet RIWER2030 (http://www.lthe.fr/RIWER2030), financé par le programme VMCS de l’Agence Nationale de la Recherche. Elle a été réalisée sur la base d’un partenariat entre le Laboratoire d’Etude des Transferts en Hydrologie et Environnement et le Laboratoire National d’Hydraulique et Environnement d’EDF.