5.4.1 Plateforme SOS Hydro
La plateforme SOS Hydro est opérée par Hydro Météo, une entreprise de conseil spécialisée en génie des eaux. Celle-ci propose divers services aux municipalités du Québec, dont notamment l’instrumentation des cours d’eau.
Le 20 janvier 2015, une station hydrométrique a été installée suite à la volonté de la ville de mieux maitriser l’hydrologie du ruisseau Pratt. Celle-ci est placée sous le pont du chemin Morgan, tel que montré à la figure 5.1.
Figure 5.1 – Emplacement de la sonde hydrométrique
Cette station hydrométrique est composée d’une sonde de pression accompagnée d’une sonde barométrique qui mesure le niveau du cours d’eau et diffuse l’information par télémétrie en temps réel. Elle est couplée à un pluviomètre, ce qui permet de voir la quantité de pluie réelle tombée au même endroit. Ces données sont utiles pour le SAP car elles peuvent servir de données historiques pour diminuer l’incertitude liée aux simulations à partir de données de prévisions. Elles permettent également de comparer les débits simulés avec les débits observés
à posteriori afin de pouvoir réaliser une rétroaction et possiblement une meilleure calibration du modèle hydrologique.
La plateforme SOS Hydro relaie les données captées par la station en temps réel. Il est ainsi possible d’obtenir les données de hauteur d’eau et de précipitations aux 5 minutes dans un fichier de type tableur, qui sera récupéré et exploité par le programme informatique du SAP.
5.4.2 WindGuru
La plateforme WindGuru est utilisée comme source des données de prévision météorologiques dans la première version du SAP car elle est considérée comme une source fiable et stable dans le temps. Il s’agit d’une plateforme entièrement automatisée qui relaie et exploite les prévisions réalisées par différents modèles météorologiques en adaptant leur affichage en fonc- tion d’un lieu en particulier, choisi par l’utilisateur. Si celle-ci est principalement conçue pour les prévisions météorologiques côtières, elle peut également être utilisée pour de la prévision hydrologique à court terme.
Ces prévisions reposent sur des modèles météorologiques, qui sont en fait des modèles mathé- matiques numériques conçus pour prévoir, à l’aide d’un système d’équations, les interactions se produisant dans l’atmosphère avec des incertitudes non négligeables. WindGuru propose 4 modèles météorologiques différents pour la municipalité de Coaticook dont les spécificités sont détaillées dans le tableau 5.1. Il existe en effet différents critères qui amènent les modèles hydrologiques à se différencier les uns des autres :
— Le type de modèle correspond à la zone spatiale que le modèle météorologique va cher- cher à traiter. Ainsi, un modèle global (ici, le modèle GFS) est appliqué sur la totalité de la surface de la Terre, tandis que trois autres modèles considérés (Modèles HRW, ICON et NAM) sont des modèles régionaux, c’est-à-dire appliqués spécifiquement sur une partie de la Terre, soit ici l’est de l’Amérique du Nord ;
— La résolution caractérise la précision spatiale du modèle météorologique. En effet, ces modèles ne peuvent simuler le déplacement de chaque particule d’air dans l’atmosphère car les calculs seraient alors trop complexes. Il est ainsi nécessaire d’effectuer une ap- proximation par éléments finis et de recouvrir la zone étudiée d’un maillage carré dont la résolution du modèle correspond à la longueur de chaque côté des mailles. Les mailles peuvent être considérées comme fines, soit avec une résolution faible, ou comme larges, avec une résolution élevée. Plus la résolution est élevée, plus le temps de calcul est réduit mais plus la précision du modèle est réduite également ;
— Le pas de temps caractérise quant à lui la précision temporelle du modèle. Pour les mêmes raisons de complexité et d’incertitude des calculs, il est nécessaire d’imposer un pas de temps pour lequel la quantité de précipitations totale va être déterminée. Plus
le pas de temps est réduit, plus le temps de calcul augmente mais plus la précision du modèle augmente également ;
— L’horizon de prévision correspond à la durée dans le futur sur laquelle le modèle météo- rologique va émettre des prévisions.
Table 5.1 – Comparaison des modèles météorologiques disponibles sur WindGuru
Modèle GFS HRW ICON NAM
Type Global Régional
Résolution (km) 27 4 13 12
Pas de temps (h) 3 1 3 3
Horizon de prévision (h) 240 48 180 84
Recalculs par jour 4 2 4 4
Les modèles GFS, HRW et ICON sont opérés par le National Centers for Environmental
Prediction (NCEP), département du NOAA spécialisé dans les prévisions météorologiques
aux États-Unis ; tandis que le modèle ICON est opéré par le service météorologique allemand, le Deutscher Wetterdienst (DWD). Ces points de différences entre les modèles permettent d’obtenir différentes sources de résultats ayant différentes utilités. Ainsi, le modèle GFS, de type global, avec ses mailles larges, son pas de temps de 3 h et son horizon de prévision de 240 h sera utilisé afin d’obtenir une idée de la tendance globale des conditions météorologiques à moyen terme tandis que le modèle HRW, de type régional, avec sa résolution fine, son pas de temps de 1 h et son horizon de prévision de 48 h sera utilisé afin de se faire une idée plus précise des conditions météorologiques qui auront lieu à court terme sur la ville de Coaticook. Il est ainsi utile de comparer les résultats obtenus par les différents modèles, dans une démarche d’approche probabiliste, afin de limiter les incertitudes liées à chaque modèle pour ultimement raffiner la prévision de l’aléa hydrologique auquel va être soumis le ruisseau Pratt.
5.4.3 Hypothèses prises et limites du SAP v1
Le but de la version 1 du SAP est d’être une maquette fonctionnelle de ce que le SAP définitif serait, c’est-à-dire une version où l’emphase est mise sur le fonctionnement du système dans sa globalité plutôt que son exactitude. Ainsi, des hypothèses majeures ont été faites afin d’être en mesure de réaliser les différentes parties de ce système de manière simplifiée, avant de venir chercher de la précision.
Tout d’abord, une décision a été prise pour la source de prévisions météorologiques. Bien qu’utilisant des intermédiaires, il a été considéré que le service WindGuru est une source d’informations fiable et stable dans le temps. La standardisation des données présentes sur le site et le fait d’avoir un code source en langage JSON, simplifiant l’extraction des données,
sont également des arguments de poids dans ce choix. Il s’agit donc d’un point susceptible d’être amélioré dans une future version du SAP.
Ainsi basé sur les prévisions du site WindGuru, le SAP obtient en données d’entrée des prévisions hydrologiques sur des pas de temps de 1 ou 3 heures. Dans la version 1 du SAP, ces données sont utilisées sans modification. Ceci a pour effet de laminer les précipitations réelles et donc, à l’ultime, la crue que va subir centre-ville de Coaticook via le ruisseau Pratt. Il s’agit d’un point principal d’amélioration future du SAP afin de venir chercher de la précision dans les prévisions de débit au centre-ville. Il serait intéressant d’obtenir des précipitations au pas de temps 5 minutes, comme les précipitations observées, afin de commencer à simuler les événements de crue dans le passé et ainsi pouvoir caler le début de la prévision à l’aide de l’historique à court terme des précipitations.
Cette imprécision sur les prévisions futures amène une autre hypothèse. Afin de maximiser les prévisions de débit et de se placer dans le pire des cas, il a été choisi de se baser sur les dernières valeurs de débit observées dans le cours d’eau afin de les additionner aux prévisions de débit pour prendre en compte l’historique hydrologique à court terme du bassin versant. Cette hypothèse représente peu la réalité et il s’agit d’un des points principaux d’amélioration pour une future version du SAP.
Il a été décidé que le SAP, dans sa première version, serait en mesure de prévoir uniquement les évènements estivaux de précipitation et donc uniquement les inondations susceptibles de se produire sans neige. Le modèle hydrologique estival de prévision des débits ayant en effet été particulièrement étudié, et compte tenu de la complexité de la gestion de la neige sans instrumentation sur le terrain, il a été choisi de n’utiliser que les précipitations liquides pour les prévisions réalisées par le SAP. Il s’agit d’un point qui peut être à retravailler pour une future version du SAP.
Enfin, les différents seuils d’alerte font également l’objet d’un choix de la part des concep- teurs du SAP, en concertation avec la ville. Le seuil d’alerte a été fixé à 18 m3/s et le seuil
d’inondation à 25 m3/s.