sous-chapitre
OBSERVATIONS SUR LE TERRAIN
SECTION 3
Dans les observations rapportées par Hydro-Québec10, les données ne semblent pas homogènes.
Ainsi, les appellations relatives à l’épaisseur de glace mesurée sont les suivantes.
• Épaisseur radiale équivalente
• Dépôt radial
• Dépôt presque radial
• Dépôt non radial
Pour leur analyse, les spécialistes de la Commission ont regroupé les catégories dépôt radial et dépôt presque radial de façon à obtenir trois groupes, et des comparaisons ont été faites entre les données des points d’observation et celles des glacimètres de Saint-Hubert et de Fleury.
Cas d’épaisseur radiale équivalente
Afin de produire les données de pluie et d’accumulation au glacimètre à toutes les heures, une interpolation entre les données du matin et du soir a été faite en fonction de l’heure à laquelle les mesures ont été prises en se servant des données horaires de la station Saint-Hubert. La donnée brute du glacimètre représente l’épaisseur totale de la glace moins le diamètre du cylindre sur lequel elle se trouve. Si l’accumulation était parfaitement cylindrique, en divisant cette valeur par 2 on obtiendrait l’épaisseur radiale équivalente. Dans la réalité, la glace accumulée sur les cylindres du glacimètre devrait être plus forte sur le sommet du cylindre, dans la direction d’où souffle le vent. Si les températures se rapprochent de 0 °C ou que la pluie est forte, du ruissellement peut se produire et causer la formation d’une couche de glace plus épaisse dans le bas du cylindre et même produire des glaçons. L’épaisseur de la glace sur le cylindre du glacimètre devrait donc entraîner une surestimation de l’épaisseur radiale équivalente. Par ailleurs, le fait qu’aucun des côtés du glacimètre ne soit en tout temps perpendiculaire à la direction du vent peut causer une sous-estimation des quantités de glace.
Des variations locales dans les quantités de pluie verglaçante peuvent affecter les accumulations sur le terrain par rapport à ce qui est mesuré à Saint-Hubert. Malgré tout, l’accord est assez bon entre les données sur le terrain et les accumulations de verglas sur le glacimètre.
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10. Hydro-Québec, Points d’observations sur le terrain (tempête de verglas du 5 au 9 janvier 1998), 1998, 3 pages.
Tableau 6
Épaisseurs radiales équivalentes rapportées sur le terrain*
et observations effectuées à Saint-Hubert
Date Mesures sur le terrain Saint-Hubert Rapports
Heure Ligne Pylône Élément M Pluie G2 (M-G2) 0,9 G2 π 0,9 M π
(mm) (mm) (mm) /G2 P P
06 13h00 2319 28 Conducteur 17 29,3 18,9 –10 % 1,82 1,64
06 16h00 7034 309 Conducteur 13 31,2 19,5 –33 % 1,77 1,18
en faisceau
07 10h30 7034 310 Câble de 20 31,2 19,5 3 % 1,77 1,81
garde
07 11h00 2319 103 Conducteur 21 31,2 19,5 8 % 1,77 1,90
08 11h00 7009 15 Conducteur 26 44,5 24,4 7 % 1,55 1,65
en faisceau
08 14h00 7006 508 Conducteur 22 49,9 25,9 –15 % 1,47 1,25
en faisceau
08 14h00 7036 19 Conducteur 26 49,9 25,9 0 % 1,47 1,47
en faisceau
08 15h00 7006 418 Conducteur 48 50,5 26,1 84 %
en faisceau
09 09h00 7009 15 Conducteur 32 60,0 43,5 –26 % 2,05 1,51
en faisceau
09 12h30 7038 56 Conducteur 42 70,1 45,6 –8 % 1,84 1,69
en faisceau
09 13h00 7099 1 Conducteur
en faisceau 35 70,7 45,8 –24 % 1,83 1,40
09 13h00 7099 1 Câble de 41 70,7 45,8 –10 % 1,83 1,64
garde
09 14h00 3086 8 Conducteur 35 70,7 45,8 –24 % 1,83 1,40
09 14h30 7042 214 Conducteur 39 70,7 45,8 –15 % 1,83 1,56
en faisceau
Moyenne –11 % 1,76 1,55
Écart-type 13 % 0,17 0,21
* Valeur non considérée.
M : Épaisseur de glace mesurée, en mm
G2 : Épaisseur de glace maximale sur un cylindre du glacimètre moins le diamètre du cylindre et divisée par 2, en mm P : Précipitation verglaçante cumulée, exprimée en mm d’eau
La relation entre l’épaisseur radiale équivalente moyenne sur les conducteurs et l’épaisseur mesurée sur le glacimètre produit un facteur de conversion de 0,44±0,07. Ce facteur est, au maximum, de 0,5411. Il semble que les facteurs de conversion de 0,7 (sans glaçons) et de 1,1 (avec glaçons) ne s’appliquent pas ici. Ainsi, les isolignes de la carte d’Hydro-Québec pour la tempête de janvier 1998 pourraient être exagérées par plus de 35 %.
Le rapport 0,9 (G2)π/P, présente le rapport entre la précipitation recueillie par le cylindre du glacimètre (G2) par rapport à une interception de la pluie verglaçante en l’absence de vent avec répartition uniforme sur le cylindre (Pπ). Le facteur de 0,9 est dû au changement
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11. Ces relations ne sont valides que pour la tempête du 5 au 9 janvier 1998.
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de densité, passant d’eau liquide à glace. Le rapport supérieur à 1 est dû au vent horizontal qui augmente le flux d’eau vers le cylindre ainsi qu’au fait que la précipitation n’est probablement pas distribuée uniformément autour du cylindre du glacimètre. Le rapport moyen est de 1,76±0,17. Le même calcul a été fait pour le rapport entre l’accumulation de glace par les conducteurs par rapport à l’interception de la pluie sans vent ; ce rapport moyen est de 1,55±0,21 en moyenne.
Plusieurs raisons peuvent expliquer pourquoi les conducteurs recueillent en moyenne moins de glace que le cylindre du glacimètre mais il est probable que le fait que le cylindre du glacimètre soit fixe favorise une accumulation non radiale par rapport à un conducteur qui se tord et accumule plus uniformément le verglas. Cette accumulation non radiale produit une surestimation de l’épaisseur radiale équivalente sur le glacimètre.
Les valeurs du rapport 0,9(G2)π/P semblent dépendre du type de câble sur lequel le verglas se dépose, avec les moyennes suivantes :
1,46 ± 0,18 pour les conducteurs en faisceau 1,65 ± 0,25 pour les conducteurs simples 1,73 ± 0,12 pour les câbles de garde
Les valeurs moyennes des facteurs de conversion de l’épaisseur sur le cylindre du glacimètre à l’épaisseur sur les câbles sont :
0,43 ± 0,07, pour les conducteurs en faisceau 0,46 ± 0,08 pour les conducteurs simples 0,48 ± 0,05 pour les câbles de garde
Bien que les données permettant de déterminer ces rapports soient peu nombreuses, il semble que les câbles de garde accumulent relativement plus de verglas que les conducteurs.
Ceci est en accord avec les considérations théoriques d’une vitesse de vent plus élevée au niveau des câbles de garde à cause de leur plus grande élévation et de l’absence de l’effet Joule sur les câbles de garde12.
En l’absence de vent, l’épaisseur radiale équivalente (tc) de la glace sur le conducteur, lorsqu’une quantité P de pluie verglaçante est mesurée au sol, peut être calculée comme suit :
tc= P / (0,9 π)
Lorsqu’il y a du vent (de vitesse vH) et que les gouttes d’eau tombent à une vitesse verticale moyenne (vc), la précipitation frappe le conducteur avec une vitesse V définie par :
V = (vc2 + vH2)0,5
Le flux d’eau sur le conducteur est donc augmenté par un facteur F = V/vc: V/vc = F = (vc2 + vH2)0,5 / vc
Et donc :
vH= vc (F2 – 1)0,5
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12. Pierre McCOMBER, op. cit., note 4.
En supposant une vitesse de chute des gouttes d’eau vc= 4 m/s, la vitesse horizontale du vent nécessaire pour générer le facteur moyen de 1,55 observé sur les conducteurs est de 4,7 m/s, soit de 17 km/h. Si l’angle moyen d’attaque du conducteur par le vent est de 45°, le vent horizontal moyen sera de 17 / sin(45°) = 24 km/h.
Selon les relevés d’Environnement Canada, la vitesse moyenne du vent, à Saint-Hubert, lorsqu’il y a eu de la précipitation, a été de 18,6 km/h. Si la vitesse moyenne du vent est calculée en pondérant les données de vents horaires selon les quantités de précipitation recueillies, deux fois par jour, la vitesse pondérée moyenne devient alors de 20,3 km/h. Ces vitesses correspondent à des angles d’attaque moyens du vent de 57° à 65° pour produire un facteur d’augmentation du flux d’eau sur les conducteurs de F= 1,55. Il y a donc une bonne concordance entre les valeurs théoriques calculées à partir des précipitations liquides mesurées à Saint-Hubert et celles qui ont été recueillies sur les conducteurs.
Cas de dépôt radial et presque radial
L’examen des cas où le dépôt a été appelé « radial » et « presque radial » conduit sensiblement aux mêmes résultats numériques que ceux exprimés précédemment, ce qui porte à croire que les données sur le terrain ne semblent pas supporter l’utilisation des facteurs de conversion de 0,7 et 1,1 pour convertir de l’épaisseur mesurée sur l’un des cylindres du glacimètre en épaisseur de glace radiale équivalente sur un conducteur électrique.
Constats
• Avec la mise en service des glacimètres, en 1974, Hydro-Québec a constitué une base de données sur le verglas, ce qui lui a permis d’identifier des zones à haut risque, notamment le long de la vallée du Saint-Laurent et de la vallée du Richelieu.
• Il s’agit toutefois d’un instrument de mesure pour lequel certaines lacunes ont été constatées, notamment :
– Le dessus du glacimètre perd une partie de la précipitation qu’il devrait recevoir à cause de l’interception par les autres sections du glacimètre, notamment les cylindres de 25 mm de diamètre. Cette perte semble avoir atteint environ 20 % du 5 au 9 janvier 1998.
– Les cylindres de 25 mm qui sont du côté opposé au vent durant le verglas démontrent également une accumulation moindre due à l’interception de la précipitation par d’autres sections du glacimètre. Les épaisseurs mesurées du 5 au 9 janvier 1998 sur les cylindres des côtés opposés au vent ont rapporté des épaisseurs de glace d’environ 15 % inférieures à celles des côtés faisant face au vent. Les tiges supérieures semblent peu affectées par ce phénomène qui ne devrait se produire là que lorsque les vents sont très forts.
– Lors de fortes accumulations de glace, la glace des tiges supérieures et des cylindres inférieurs peut se rejoindre, ce qui rend très difficile la prise de mesures significatives. La distance entre les tiges supérieures et les cylindres inférieures est insuffisante.
– Les tiges et cylindres sont fixes et ne peuvent effectuer de rotation. Ceci diminue les probabilités d’accumulation radiale de glace sur ces collecteurs.
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La technique d’observation utilisée comporte également certains désavantages:
– Un poinçon gradué aux 5mm sert à déterminer l’épaisseur de glace sur le dessus et les côtés du boîtier du glacimètre. Même dans les cas où l’observateur interpole les épaisseurs au millimètre près, les données obtenues sont environ 10 fois moins précises que celles obtenues avec un pluviomètre (0.1 mm).
– L’épaisseur de glace sur chacune des faces du boîtier est mesurée au point où se trouve l’accumulation maximale de glace. Les épaisseurs mesurées ne sont donc pas représentatives de l’épaisseur moyenne de glace sur chacune des faces du boîtier.
– La technique du poinçon implique que la surface de glace sera abîmée et possiblement amincie. Dans les cas où la glace persiste moins de 12 heures, cela n’a pas de conséquences. Toutefois, lorsque la pluie verglaçante persiste pendant plusieurs jours, la technique peut affecter la qualité des observations.
– La mesure des épaisseurs de glace sur les tiges et cylindres se fait au point d’épaisseur maximale de la glace. Ceci risque de fournir une valeur trop épaisse de glace.
• Les épaisseurs de glace sur le dessus et sur les côtés du glacimètre correspondent généralement aux épaisseurs de verglas mesurées sur les tiges et les cylindres du glacimètre. Puisque les accumulations de glace sur les côtés dépendent des composantes du vent, pour lequel on possède des relevés, il est possible d’évaluer les épaisseurs de glace sur les câbles et les fils électriques en utilisant un modèle mathématique simple.
• La seule donnée disponible sur la quantité de glace sur les tiges et cylindres est l’épaisseur maximale. Lors d’accumulation non radiale de la glace, cette donnée peut conduire à une surestimation de l’épaisseur radiale équivalente par un facteur dont la valeur pourrait être supérieure à 1,5. Ce facteur de surestimation dépend de la forme de la glace, qui varie d’une tempête à une autre ainsi que pendant une tempête. Ceci rend très difficile la détermination d’un facteur de conversion des épaisseurs de glace sur le glacimètre en épaisseurs radiales équivalentes de glace sur les conducteurs et câbles de garde.
• La méthode de conversion des épaisseurs de glace sur le glacimètre en épaisseurs de glace sur les conducteurs consiste à utiliser un facteur de 0,7 pour les cas sans glaçons et de 1,1 pour les cas avec glaçons. Cette méthode n’est pas satisfaisante.
– Elle ne tient pas compte de l’angle horizontal avec lequel la pluie verglaçante a frappé le glacimètre.
– Elle est appliquée sans considérer l’épaisseur radiale équivalente de glace sur le cylindre du glacimètre.
– Elle ne tient pas compte directement de l’angle que fait la ligne électrique avec le vent durant l’accumulation de verglas.
– Elle ne tient pas compte directement de l’augmentation de la vitesse de vent avec la hauteur.
– Elle ne tient pas compte de la rugosité du terrain qui peut influencer la vitesse des vents au site du glacimètre et celle aux endroits où se trouvent les lignes électriques.
– Elle introduit un saut brusque de 57 % dans les valeurs converties dès qu’apparaît un glaçon.
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• Par ailleurs, certains glacimètres sont installés dans des sites où on ne mesure pas les paramètres météorologiques, ce facteur limite grandement leur utilité.
• Hydro-Québec s’est aussi doté d’un système de gestion de l’information en temps réel lors de tempêtes de pluie verglaçante et de verglas. Ce système, désigné Sygivre, comporte une trentaine de givromètres dont les données sont transmises par satellite, par micro-ondes ou par téléphone.
• Comme dans le cas des glacimètres, certaines lacunes ont été constatées, notamment en ce qui concerne le cycle de dégivrage du givromètre, qui empêche la mesure continuelle de l’accumulation de verglas et réduit sa précision et l’angle vertical de la sonde qui fait que les valeurs mesurées dépendent de la direction du vent.
• On a aussi constaté que le givromètre ne prend pas en considération la croissance accrue de la glace par le grossissement du collecteur et que les très fortes accumulations de verglas peuvent nuire à son bon fonctionnement.
• Les données des givromètres semblent valables pour des accumulations légères de verglas. Lorsque celles-ci deviennent importantes, elles peuvent causer des problèmes qui exigent l’intervention d’un technicien. Pour les instruments situés dans des lieux facilement accessibles, ceci ne constitue pas une difficulté sérieuse.
Par contre, pour les givromètres installés dans des endroits isoléson peut perdre des données pour de longues périodes.
• Hydro-Québec possède aussi, en nombre limité, quelques instruments qui permettent de mesurer directement les charges climatiques ou la tension sur les lignes, dans ses sites de surveillance du verglas.
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