Un cadre méthodologique pour l'appréciation des vulnérabilités des modes de gestion des réserves sous changement global - Application au lac de l'Oule (Pyrénées)

par Peng Huang

Projet de thèse en Océan, Atmosphère, Hydrologie

Sous la direction de Éric Sauquet et de Jean-Philippe Vidal.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec IRSTEA Lyon (laboratoire) depuis le 01-01-2019 .


  • Résumé

    Les questions concernant la gestion durable de l'eau requièrent le développement d'outils capables de représenter les actions de l'homme sur la ressource en eau et de méthodes susceptibles d'évaluer la durabilité des modes actuels de gestion dans un contexte évolutif, celui du changement global. Les hydrologues ont porté leurs efforts sur la représentation de la partie superficielle du cycle de l'eau ; pour aller plus loin, la communauté hydrologique mobilisée par l'initiative PANTA RHEI de l'International Association of Hydrological Sciences est encouragée à intégrer la composante anthropique dans les outils numériques. Ces représentations sont indispensables pour examiner l'impact du changement global sur la gestion de l'eau (disponibilité de la ressource, satisfaction des besoins, etc. sous évolutions climatique et socio-économique) et pour esquisser des stratégies d'adaptation. Au-delà de l'élaboration d'outils numériques, c'est un cadre d'analyse adaptée à la question du partage de la ressource à l'échelle du bassin et de son devenir qu'il faut construire. Caractériser l'impact de modifications de débits sur les usages requiert l'identification des composantes du climat et/ou du régime hydrologique auxquelles chaque usage est le plus sensible (ex. sévérité des étiages pour les prélèvements estivaux, saisonnalité des crues pour la reproduction des poissons, épaisseur du manteau neigeux pour les stations de ski, etc.), le degré de tolérance des usages à des perturbations des débits courants ou à des événements extrêmes, etc. et donc expliciter les liens entre hydrologie, mode de gestion et besoin. Pour conclure, l'ultime étape consiste à estimer la probabilité que le seuil de tolérance soit atteint à différentes échéances temporelles (début, milieu ou fin de XXIe siècle). Cette thèse est une contribution au projet Interreg PIRAGUA (2018-2020) et les développements seront réalisés sur le lac de l'Oule, réservoir situé en la vallée d'Aure dans les Pyrénées françaises. Ce bassin versant de montagne (altitude du lac : 1819 m) présente des enjeux pour l'hydro-électricité et pour l'irrigation car il contribue au système Neste en aval. Ce travail de thèse sera réalisé en collaboration étroite avec la SHEM (Société Hydroélectrique du Midi, http://www.shem.fr/fr/) – filiale du groupe ENGIE – qui gère plusieurs aménagements hydroélectriques dans les Pyrénées. Les deux objectifs principaux de la thèse sont : 1- Le développement et amélioration des modules de représentation des usages dans une modélisation hydrologique : compte tenu du bassin versant étudié, la thèse est une opportunité d'approfondir la représentation de la gestion des barrages réservoirs pour la production hydro-électrique et pour le soutien d'étiage. On cherchera à modéliser les opérations de stockage/déstockage de l'eau en explicitant leur déterminant et les règles de placement de l'eau. La structure développée sera greffée à différents modèles hydrologiques qui représentent le cycle de l'eau naturel. Elle devra être suffisamment générique pour être transposable à un type étendu d'ouvrages. Les aspects règlementaires seront également simulés – notamment la notion de débit réservé et les autorisations de prélèvements régies par les arrêtés cadres « sécheresse » départementaux. 2- La caractérisation de la vulnérabilité du mode de gestion de barrages réservoirs : Les réservoirs sont des enjeux de gestion du fait des volumes mobilisables pour des prélèvements différés. L'approche retenue (Sauquet et al., 2018) nécessitera d'identifier les défaillances de ces systèmes notamment en termes d'objectif de remplissage, de capacité à fournir de l'électricité en période de pic de consommation, etc., de relier leur intensité ou fréquence à celles d'aléas hydrométéorologiques (crue non anticipée, étiage extrême, etc.). Ces défaillances seront réinterprétées en contexte hydrologiques ou climatiques critiques et leur probabilité d'occurrence sous climat modifié qualifiera la vulnérabilité du système. La chaine de modélisation précédente va être appliquée pour estimer cette probabilité en considérant le mode de gestion actuel et des stratégies d'adaptation pouvant réduire la vulnérabilité.

  • Titre traduit

    Towards a general framework for assessing the vulnerability of reservoir water management under global change - Application to Lac de l'Oule (French Pyrenees)


  • Résumé

    Issues related to water management require new models able to represent human influence on water resources and relevant methods to address the vulnerability of current management rules to global change. Hydrologists have long been focusing on modelling of the natural component of the water cycle. In order to go beyond the sole natural component, the PANTA RHEI initiative of the International Association of Hydrological Sciences is now promoting the integration of the human interactions with water resources within hydrological models. Simulating human interventions is essential for examining the impact of global change on water management (availability of natural resources, satisfaction of needs, etc. under both climate and socio-economic changes) before outlining efficient adaptation strategies. Understanding the impact of a changing water cycle on water uses is needed. This implies identifying the facets of climate and/or river flow regime each user is most sensitive to (e.g. severity of drought for abstraction in summer, flood seasonality for fish reproduction, snow cover extension for ski resorts...) and the tolerance level to changes in average flows or in extreme values, etc. Research is required to identify these continually evolving links between hydrology, management rules and water demand. Thereafter vulnerability can be assessed based on the likelihood of critical changes for different future time slices (beginning, middle or end of the 21st century). This thesis is a scientific contribution to the Interreg PIRAGUA project (2018-2020) and new developments will be illustrated on the Lake Oule, a reservoir located in the Aure Valley in the French Pyrenees (lake elevation: 1819 m.a.s.l.). The sustainability of the current water management optimised for hydropower production and downstream irrigation will be investigated on this small mountain catchment. This work will be carried out in close collaboration with SHEM (Société Hydroélectrique du Midi, http://www.shem.fr/fr/) – a subsidiary of ENGIE – which manages this reservoir along many others in the Pyrenees. The two main objectives of the thesis are: 1- Developing and improving water use models as pieces of an integrated hydrological modelling framework: the thesis is an opportunity to implement models that may reproduce reservoir operations to produce hydroelectricity and to moderate low flows. An analysis will be carried out to identify drivers that control water releases and storages. The developed structure will be flexible enough to be combined with different hydrological models that simulate water resources, and to be transposable to a wide range of water management contexts. The regulatory aspects will also be included, in particular the compliance of environmental flows and the decision making process that leads to water restriction orders included in drought management plans. 2- Characterizing the vulnerability of the management mode of reservoirs: there is a growing concern on the ability of reservoirs to cope with altered climates. The thesis will investigate their vulnerability based on the approach adopted by Sauquet et al. (2018). This method will require identifying the water management failures, particularly in terms of storage objectives, ability to meet high peak demands for energy, and correlating the respective intensity or frequency of failures to those of hydro-meteorological hazards (unanticipated flooding, severe low flow, etc.). These failures will be interpreted within a critical hydrological or climatic context and their likelihood under perturbed climate conditions will characterize the vulnerability of the system. The developed models will be forced by perturbed climates to estimate the likelihood considering current management rules and adaptation strategies, in order to assess the efficiency of adapted rules able to reduce the vulnerability.