Mémoire de Fin d Etudes Ingénieur ENGEES

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1 Ecole Nationale du Génie de l Eau et de l Environnement de Strasbourg ANALYSE DES IMPACTS DES ETIAGES DE LA RIVIERE MONTMORENCY SUR LES USAGES DE LA RESSOURCE EN EAU Mémoire de Fin d Etudes Ingénieur ENGEES Ambroise PERCHERON Juillet 2004 Promotion Lozère

2 Résumé Analyse des impacts des étiages de la rivière Montmorency sur les usages de la ressource en eau La rivière Montmorency est un affluent en rive gauche du fleuve Saint-Laurent. Si ce cours d eau est renommé pour ses chutes remarquables, il l est également du fait des nombreuses inondations dont il est responsable. Cependant, la combinaison des particularités du climat québécois à celles du bassin versant crée également des conditions favorables aux étiages tant estivaux qu hivernaux. La présente étude caractérise les étiages de la rivière Montmorency au regard des besoins des différentes exploitations de la ressource en eau du bassin versant que sont l alimentation en eau potable, la production hydroélectrique et le potentiel récréo-touristique de la chute Montmorency. L utilisation de méthodes adaptées a favorisé la caractérisation de ces besoins. Entre autres, le développement d une méthodologie hydro-informatique d analyse visuelle des débits a permis la détermination d un débit esthétique de la chute Montmorency, l un des sites touristiques les plus fréquentés des environs de Québec. Enfin, différentes solutions techniques sont envisagées pour la garantie des débits minimaux pour lesquels les activités d exploitation de la ressource en eau ne sont pas affectées. Le colmatage des infiltrations karstiques ou le soutien par le lac des Neiges, un lac de tête important du bassin versant, constituent deux solutions répondant au mieux aux objectifs initiaux. 2

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4 Remerciements étude. Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont participé à la réalisation de la présente J'adresse en particulier mes sincères remerciements à : - Jean Landry, Directeur du CBRM, mon maître de stage - Michel Leclerc, Président du CBRM et professeur-chercheur à l'inrs-ete, pour la supervision scientifique du projet - André Saint-Hilaire, hydrologue-statisticien à l'inrs-ete, pour son aide lors de la phase d'analyse statistique Enfin, je souhaite également remercier celles et ceux qui ont pu m'apporter de nombreuses informations utiles et sans qui l'achèvement de ce projet aurait été compromis. 4

5 TABLE DES MATIERES 1 ETUDE STATISTIQUE DES DEBITS D ETIAGE DE LA RIVIERE MONTMORENCY ACQUISITION DES DONNÉES Les stations hydrométriques n et n du MENV Représentativité des observations Intérêt de l étude comparative des stations et PRÉTRAITEMENT STATISTIQUE Caractéristiques des phénomènes d étiage Répartition saisonnière des débits Calcul des moyennes mobiles ANALYSE FRÉQUENTIELLE DES DÉBITS MINIMAUX Méthode statistique Interprétation des résultats CONCLUSIONS SUR LES DÉBITS MINIMAUX DE LA RIVIÈRE MONTMORENCY La variabilité saisonnière Les débits de référence LES USAGES DE LA RESSOURCE EN EAU SUR LE BASSIN VERSANT LES PRÉLÈVEMENTS DESTINÉS À L ALIMENTATION EN EAU POTABLE Le réseau d approvisionnement en eau potable Les volumes distribués Comparaison des débits prélevés aux débits d étiage LA PRODUCTION HYDROÉLECTRIQUE La centrale des Marches Naturelles Les débits réservés LA PROBLÉMATIQUE DES INFILTRATIONS KARSTIQUES Origine et localisation des infiltrations Estimation des débits infiltrés Les conséquences prévisibles des infiltrations LA CHUTE MONTMORENCY Histoire et intérêt du site La notion de débit esthétique Procédure de détermination du débit esthétique DÉBITS MINIMAUX ET MAINTIEN DE LA VIE AQUATIQUE Méthode de détermination L omble de fontaine, espèce cible RELATIONS ENTRE USAGES DE LA RESSOURCE EN EAU ET DÉBITS D ÉTIAGE METHODES DE REDUCTION DES IMPACTS DES ETIAGES PRINCIPAUX OBJECTIFS LA RÉDUCTION DES INFILTRATIONS KARSTIQUES Principe Impacts de la réduction des infiltrations Conclusion sur les impacts d une réduction des infiltrations karstiques LE SOUTIEN DES ÉTIAGES PAR UN OUVRAGE RÉGULATEUR Les réservoirs naturels potentiellement utilisables Quantification des apports nécessaires Cas d un soutien par le lac des Neiges : identification des impacts Variante : utilisation du lac English BIBLIOGRAPHIE ANNEXES

6 LISTE DES FIGURES Figure 1 : Débits moyens de la rivière Montmorency...9 Figure 2 : Hydrographie du bassin versant de la rivière Montmorency (Extrait modifié de CAGEB, 2001)...10 Figure 3 : Localisation des sources d'approvisionnement en eau potable sur le bassin versant (CAGEB, 2001)...23 Figure 4 : Localisation de la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles sur le bassin versant (Extrait modifié de CAGEB, 2001)...28 Figure 5 : Comparaison des débits observés et estimés à la station Figure 6 : Comparaison des débits moyens mensuels à la station aux valeurs de débit écologique...38 Figure 7 : Comparaison des débits moyens mensuels à la station aux valeurs de débit écologique...39 Figure 8 : Moyennes mensuelles du niveau du lac des Neiges de 1992 à LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Caractéristiques des bassins versants associés aux stations et (Belzile et al., 1997)...11 Tableau 2 : Moyenne interannuelle des débits moyens journaliers minimaux à la station Tableau 3 : Ajustement par la loi de Gumbel des débits minimaux moyens sur 7 jours consécutifs à la station Tableau 4 : Caractéristiques des estimations de débits minimaux à la station Tableau 5 : Caractéristiques des estimations de débits minimaux à la station Tableau 6 : Caractéristiques de production à la station des Îlets...25 Tableau 7 : Comparaison des prélèvements destinés à la consommation en eau potable au 7Q Tableau 8 : Identification du débit écologique en fonction des phases critiques du cycle vital de l'omble de fontaine (Belzile et al., 1997)...38 Tableau 9 : Tableau récapitulatif des débits minimaux des exploitations principales de la ressource en eau...42 Tableau 10 : Évaluation des impacts de la réduction des infiltrations karstiques sur les débits minimaux sur 7 jours consécutifs (en m 3 /s)...45 Tableau 11 : Récapitulatif des impacts de la réduction des infiltrations karstiques en fonction des activités concernées...48 Tableau 12 : Estimation des volumes de soutien de débits minimaux sur 7 jours consécutifs de différentes périodes de retour...51 Tableau 13 : Prévision des baisses en cm du niveau du lac des Neiges après le soutien d'un épisode d'étiage d'une durée de 7 jours...52 Tableau 14 : Récapitulatif des impacts d'un soutien des étiages par le lac des Neiges

7 LISTE DES ANNEXES Annexe 1 : Localisation du bassin versant de la rivière Montmorency (CAGEB, 2001)...62 Annexe 2 : Débits moyens mensuels à la station ( )...63 Annexe 3 : Débits moyens mensuels à la station ( )...64 Annexe 4 : Débits minimaux journaliers à la station ( )...65 Annexe 5 : Débits minimaux journaliers à la station ( )...66 Annexe 6 : Débits moyens mensuels à la station ( )...67 Annexe 7 : Ajustements statistiques des débits minimaux journaliers selon différentes répartitions saisonnières à la station Annexe 8 : Ajustements statistiques des débits minimaux sur une base saisonnière à la station Annexe 9 : Ajustements statistiques des débits minimaux sur une base annuelle à la station Annexe 10: Ajustements statistiques des débits minimaux sur une base saisonnière à la station Annexe 11 : Alimentation en eau potable de Beauport et Charlesbourg...72 Annexe 12 : Schéma récapitulatif de l approvisionnement en eau potable à partir de la rivière Montmorency...73 Annexe 13 : Inventaire des habitats potentiels pour salmonidés...74 Annexe 14 : Données de la méthode de détermination des débits infiltrés...75 Annexe 15 : Comparaison des débits de la Dame Blanche et de la chute Montmorency le 17 mars Annexe 16 : Pistes de réflexion sur la communication autour de la problématique du réseau des cavernes de Beauport...77 Annexe 17 : Note explicative de la procédure vidéo d analyse visuelle du débit esthétique de la chute Montmorency...78 Annexe 18 : Procédure vidéo d analyse visuelle du débit esthétique de la chute Montmorency..85 Annexe 19 : Méthode écohydrologique de détermination des débits réservés pour la protection des habitats du poisson dans les rivières du Québec...86 Annexe 20 : Estimation de la production énergétique à la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles - Etat Initial...87 Annexe 21 : Estimation de la production énergétique à la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles - Impacts de la réduction des infiltrations karstiques...88 Annexe 22 : Valeurs du marnage au lac des Neiges (données )...89 Annexe 23 : Estimation de la production énergétique à la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles - Impacts du soutien des étiages

8 Introduction Après l adhésion en 1996 du gouvernement du Québec à la charte du Réseau international des organismes de bassin, la gestion de l eau par bassin versant fut intégrée aux nouvelles orientations gouvernementales. En offrant une solution adaptée à une gestion sectorielle de l eau, elle constitue un axe d intervention majeur de la Politique nationale de l eau, adoptée en 2003 par le gouvernement du Québec. Ce mode de gestion se caractérise d abord par une approche territoriale, soit le bassin versant des cours d eau, des lacs ou des baies. Il vise aussi une prise en compte globale de l eau des écosystèmes ainsi que des usages qu en font l ensemble des acteurs, pour une efficience accrue des politiques, des programmes et des projets divers. La gestion par bassin versant vise la concertation de l ensemble des acteurs de l eau concernés. Elle permet d assurer une meilleure intégration des multiples intérêts, usages, préoccupations et moyens d action des forces vives du milieu, dans une perspective de développement durable. Ce type de gestion devrait conduire à la mise en oeuvre de solutions plus efficaces et, par conséquent, à une amélioration de la santé des cours d eau, des lacs et des écosystèmes qui y sont associés. Préalablement à la mise en place du Conseil de Bassin de la Rivière Montmorency (CBRM) en 2001 et dans le but de justifier la pertinence de sa constitution, un premier portrait du bassin versant de la rivière Montmorency fut élaboré. La rivière Montmorency est un affluent en rive gauche du fleuve Saint-Laurent. Leur confluence est localisée à l aval de la ville de Québec. Si la renommée de ce cours d eau s est bâtie autour de ses chutes remarquables (d une hauteur de 83 mètres), les fréquentes inondations dont il est responsable y ont également contribué. De nombreuses recherches portent d ailleurs sur ce sujet, comprenant diverses analyses, simulations et recommandations. Cependant, du fait de la particularité du climat, le fonctionnement hydrologique de la rivière Montmorency présente également des périodes d étiages estivaux ainsi qu hivernaux. Les étiages peuvent représenter une phase hydrologique difficile et par conséquent une contrainte de l exploitation de la ressource en eau. Cette analyse de leurs impacts sur les différents usages de cette ressource s inscrira dans la caractérisation du bassin versant. Le portrait détaillé de ce dernier regroupant ses caractéristiques naturelles et anthropiques sera par la suite mis à jour puis intégré au Plan Directeur de l Eau, l une des applications concrètes de la Politique nationale de l eau. Cette étude des étiages de la rivière Montmorency comprend également l élaboration de différentes solutions techniques permettant de réduire les impacts des périodes d'étiage. La particularité du climat nécessite l utilisation de méthodes adaptées au contexte pour la détermination des débits minimaux. La comparaison selon les méthodes et les usages concernés permettra ensuite de caractériser l état actuel de l hydrologie du cours d eau, particulièrement durant les épisodes d étiage. Les différentes solutions proposées ont pour objectif de garantir les valeurs des débits écologiques, esthétiques et réservés à l aval des ouvrages hydroélectriques adéquats pendant les périodes d'étiage de la rivière Montmorency. 8

9 1 ETUDE STATISTIQUE DES DEBITS D ETIAGE DE LA RIVIERE MONTMORENCY 1.1 Acquisition des données Les stations hydrométriques n et n du MENV 1 Comme toutes les rivières se jetant en rive gauche du fleuve Saint-Laurent, la rivière Montmorency possède un régime hydrologique dont la représentation graphique des débits moyens journaliers reportés sur une base mensuelle présente un maximum en avril-mai {figure 1}. Le temps de réponse du bassin versant est relativement court : une douzaine d heures en moyenne. Cela se justifie par la forte pente moyenne du bassin versant, sa forme allongée {annexe 1} et surtout sa faible capacité de rétention. En effet, malgré un couvert végétal important, les profils pédologiques montrent des horizons peu profonds et la présence de nombreux affleurements rocheux (Les Consultants BPR, 1994). 140 Débit moyen journalier station Débit moyen journalier station Débits en m 3 /s j f m a m j j a s o n d Mois Figure 1 : Débits moyens de la rivière Montmorency 1 Ministère de l Environnement du Québec 9

10 Figure 2 : Hydrographie du bassin versant de la rivière Montmorency (Extrait modifié de CAGEB, 2001) La station hydrométrique est située sur la rivière Montmorency à 0,6 km en aval des Marches Naturelles, près de l embouchure de la rivière au fleuve Saint-Laurent {figure 2}. Cette station peut-être assimilée à l exutoire d un bassin versant d une superficie de 1100 km 2. La série temporelle utilisée par la suite regroupe les débits moyens journaliers corrigés (par opposition aux débits bruts où les effets de glace et de refoulement n ont pas été pris en compte) de 1925 à 1939 sur la base de deux relevés quotidiens, puis depuis 1964 sur la base de relevés aux quinze minutes en continu. A noter que la série de 1980 est incomplète. En ce qui concerne la station , cette dernière est localisée plus en tête de bassin, à 0,3 km en amont de la confluence entre la rivière Montmorency et la rivière Blanche {figure 2}. La station fut mise en fonctionnement en 1966 et fermée en La remise en service eut lieu en La série temporelle regroupe donc les débits moyens journaliers sur 23 années en discontinu. Les séries de 1982 et 1996 sont incomplètes et les données postérieures au 30 octobre 2001 sont préliminaires et nécessitent une validation du Centre d expertise hydrique du Québec 2. 2 Centre d expertise hydrique du Québec, Service de la connaissance et de l expertise hydrique 1685 Boul. Wilfrid-Hamel, Edifice 2, 1 er étage, Québec (Québec) G1N 3Y7, (418) #264 10

11 Les caractéristiques physiques et climatiques des bassins versants associés à chacune des stations de la rivière Montmorency sont récapitulées dans le tableau 1 : Tableau 1 : Caractéristiques des bassins versants associés aux stations et (Belzile et al., 1997) Stations Superficie (km 2 ) Cours d eau Forêt Eau et marais Longueur (km) Pente moyenne (m/km) (%) (km 2 ) (%) (km 2 ) ,2 8,49 96,0 1056,0 2,0 22, ,8 7,10 97,0 273,5 3,0 8,5 Le sous-bassin versant associé à la station représente donc environ 25 % du bassin versant total de la rivière Montmorency. La division en sous-bassins versants permettra par la d affiner l étude des débits Représentativité des observations Avant l exploitation des relevés de débits, il convient de s assurer d une part de l homogénéité des conditions de mesures et d autre part de leur éventuelle dépendance à certains facteurs extérieurs autres que purement hydrologiques, anthropiques en particulier. Les vérifications portent dans un premier temps sur la constance des appareils de mesure, les modifications apportées au régime d écoulement de la rivière et de ses tributaires par la construction et la démolition d ouvrages ainsi que les volumes soutirés à la rivière pour différents usages. Les débits sont déterminés aux deux stations par une relation niveau-débit. Les imprécisions dues à la lecture sont de 1 % à pleine échelle et la relation niveau-débit génère des imprécisions à 5 %. A cela s ajoutent les effets de refoulement dus à la présence d'un couvert de glace en hiver. La vérification et le calibrage par jaugeage, si nécessaire, s effectuent environ trois fois par année. Les mesures erronées sont corrigées et celles qui sont manquantes sont estimées lorsque c est possible. Plusieurs infrastructures ont été installées, modifiées et démantelées sur la rivière Montmorency et ses tributaires. Une vieille écluse de 1900 a été transformée en barrage en terre dans les années Un barrage temporaire pour retenir l eau aux prises d eau, construit juste au nord du secteur aval de mesure de débit dans les années 1970, a été démantelé quelques années plus tard. Il semblerait que les différentes modifications ayant pu avoir lieu depuis le début des relevés sont sans influence significative sur les mesures de la station hydrométrique à l exutoire de la rivière Montmorency, les opérations étant au fil de l'eau (Les consultants BPR, 1994). 11

12 La localisation de la station est particulière puisque à l aval : du barrage des Marches Naturelles des points d approvisionnement en eau de consommation destinée aux arrondissements de Beauport et Charlesbourg ainsi qu'à certaines municipalités de la Côte de Beaupré puisant dans la rivière Ferrée, un tributaire de la rivière Montmorency Le fonctionnement hydrologique naturel du cours d eau peut sensiblement être influencé par l exploitation de la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles. L ouvrage régulateur est un barrage au fil de l eau construit en Si les impacts à son aval sur les débits moyens et supérieurs sont faibles, ils peuvent être non négligeables sur les débits minimaux. De plus, par le principe de conception de l ouvrage en lui-même, le niveau d eau est maintenu au-delà de sa limite naturelle. L augmentation du niveau d eau créé par la retenue (et par conséquent de la pression hydrostatique s exerçant sur les berges et le fond) peut provoquer une augmentation des écoulements dans les interstices calcaires (Les Consultants BPR, 1994). Suivant les auteurs (Bouillon et al., 1994 ; Les Consultants BPR, 1994), les pertes associées aux infiltrations karstiques sont comprises entre 1 et 6 m 3 /s et ne sont pas compilées à l exutoire. Les débits infiltrés constituent donc une part non négligeable des débits minimaux de la rivière et peuvent influencer les observations à la station Comme nous le développerons plus loin, les volumes d eau prélevés dans le cours d eau et destinés à la consommation représentent un débit moyen journalier de 0,55 m 3 /s et un volume de pointe de 1,0 m 3 /s (Villeneuve et al., 2001). Ce débit correspond donc à moins de 2 % du débit module (34,9 m 3 /s) des débits enregistrés à la station {annexes 2-3}. En revanche, durant les épisodes d étiage, la part des débits prélevés destinés à la consommation humaine peut atteindre 20 % du débit moyen journalier. Le prélèvement en eau sera donc un autre facteur influençant potentiellement les données statistiques des débits d étiage de la rivière. Les impacts des différentes activités précitées sont à prendre en compte lors de l exploitation des débits et la détermination des quantiles caractéristiques des débits. Les débits enregistrés à la station sont donc minorés par le prélèvement destiné à la consommation en eau potable et par les infiltrations karstiques. Durant les périodes de fonctionnement des deux stations, aucune modification majeure n a été observée sur le bassin versant, sauf peut-être l'exploitation forestière qui s'est poursuivie de façon continue sur toute la période. L homogénéité des conditions de relevés de débit n a vraisemblablement pas été affectée. 12

13 1.1.3 Intérêt de l étude comparative des stations et Les différents éléments caractéristiques d un bassin versant sont de type morphométrique, géologique, pédologique et climatologique. La nature et l étendue du couvert végétal contribuent également à sa caractérisation. Le sous-bassin versant associé à la station est situé dans la partie supérieure du bassin de la rivière Montmorency. Globalement, le sous-bassin versant possède les mêmes caractéristiques que le bassin de la rivière Montmorency. En effet, 85 % du territoire drainé par la rivière Montmorency s inscrit dans le Bouclier canadien, c est-à-dire une roche cristalline, datant du précambrien (1 à 2 milliards d années). La répartition du couvert végétal sur les secteurs concernés est également très similaire. En effet, la forêt recouvre 96 % du bassin versant total et 97 % du sous-bassin versant. De même, les marais forment respectivement 2 et 3 % de la surface des bassins. Les principales différences rencontrées sont des pentes plus faibles dans le bassin inférieur, des précipitations plus abondantes en tête de bassin (320 cm/an contre 280 cm/an au sud de la faille Montmorency) et bien sûr une urbanisation concentrée dans la partie sud du bassin versant (CAGEB, 2001). Il pourra donc être judicieux de comparer les débits obtenus aux différentes stations étant donné que les caractéristiques des bassins versants sont proches. Les caractéristiques divergentes entre les bassins versants constitueront par la suite des éléments de justification des différences observées dans les variations ou les valeurs de débits. 1.2 Prétraitement statistique Préalablement à l étude statistique proprement dite des séries de débits, une phase de prétraitement est nécessaire afin d en extraire les données pertinentes en rapport avec le projet d étude des impacts des périodes d étiage sur la ressource en eau Caractéristiques des phénomènes d étiage Différentes définitions du débit d étiage La notion d étiage repose sur différentes définitions selon les optiques par lesquelles on l aborde. En effet, au moins deux approches permettent de définir une période d étiage. L approche statistique caractérise un débit minimal moyen sur n jours consécutifs par an avec une période de retour T, définissant la probabilité d observer un tel débit. Par l approche physique, une période d étiage est caractérisée par une période de ruissellement superficiel nul, où les eaux souterraines sont la seule source de débit (Boivert, 1969). Les facteurs naturels influençant l écoulement dans la formation du débit minimum sont cependant différents suivant les saisons, en particulier dans des régions qui, comme le Québec, sont soumises à des variations climatiques de forte amplitude. 13

14 Les étiages d été et les étiages d hiver Les rivières québécoises présentent deux types d étiage suivant les saisons : L étiage d été, lorsque le bassin ne reçoit pas de pluie significative durant une période prolongée. Ce type d étiage est essentiellement fonction de la répartition des précipitations et demeure en partie influencé par le ruissellement de surface. L étiage d hiver, lorsque les précipitations sont essentiellement neigeuses et ne contribuent pas à l hydrologie des cours d eau. Le débit d'étiage est alors majoritairement alimenté par les réserves souterraines accumulées durant les saisons d été et d automne. Plus basses sont ces réserves et plus long l hiver, plus bas sera le débit de la rivière à la fin de la période hivernale. Durant l hiver, l écoulement peut également être influencé par l effet de glace. La glace peut prendre trois formes différentes : La glace de surface qui constitue un couvert plus ou moins fermé sur le cours d eau Le frasil qui se forme lorsque la vitesse d écoulement est trop importante pour former la glace de surface (v > 0,8 m/s). Le frasil est transporté dans l eau et s agglomère dès que la vitesse d écoulement atteint le seuil critique. La glace de fond formée sur le fond de la rivière et sur les roches. La particularité du climat engendre donc des phénomènes identiques par les conséquences, mais dont les origines sont bien différentes selon les saisons (Boivert, 1969). L étude des débits minimaux doit donc prendre en compte cette répartition saisonnière des phénomènes d étiage Répartition saisonnière des débits La moyenne des débits enregistrés de 1925 à 2003 à l exutoire du bassin versant jusqu au 31 décembre 2003 avoisine 35 m 3 /s (34,9 m 3 /s) {annexes 2-3}. Concernant l étude des minima {annexes 4-5} observés, plusieurs séries ont pu être construites selon différentes hypothèses. Dans un premier temps, les données ont été traitées sur une base annuelle (du 1 er janvier au 31 décembre) comme référence pour la suite de l étude. La répartition saisonnière des débits enregistrés est effectuée à partir des moyennes mensuelles interannuelles des débits moyens journaliers minimaux {tableau 2}. Deux périodes, hivernale et estivale, ont donc pu être établies respectivement d Octobre à Mars et d Avril à Septembre. 14

15 Tableau 2 : Moyenne interannuelle des débits moyens journaliers minimaux à la station Mois Débits moyens journaliers minimaux (en m 3 /s) Janvier 7,06 Février 5,90 Mars 5,31 Avril 10,99 Mai 42,72 Juin 21,02 Juillet 15,17 Août 11,96 Septembre 12,93 Octobre 17,37 Novembre 13,28 Décembre 9,51 A partir d octobre, une diminution progressive des débits moyens est remarquable. Elle est le résultat de l état neigeux des précipitations combiné avec une atténuation du ruissellement par l existence du couvert de neige, et à plus long terme avec le tarissement des réserves souterraines. Les débits moyens hivernaux atteignent donc leur minimum au mois de mars. A partir d avril, la reprise du ruissellement par la fonte des neiges puis les précipitations (qui favorisent également la recharge des réserves souterraines) contribuent à l augmentation des débits moyens durant la période estivale Calcul des moyennes mobiles Contrairement à l étude des pointes de crues où seule l amplitude des débits est recherchée, l étude des étiages inclut la notion de durée du phénomène. En effet, les impacts seront d autant plus conséquents que la période d enregistrement des débits les plus faibles sera longue. Dans l exploitation des relevés de débits, cela se traduit par le calcul de moyennes mobiles à partir de débits moyens journaliers. Par exemple, la moyenne des débits q sur i jours consécutifs à la date t s exprime de la façon suivante : q i (t) = q(t) + q(t 1)... + q(t i +1) i En considérant la variabilité climatique des saisons, les moyennes mobiles des débits moyens journaliers minimaux sur 2, 3, 7 et 30 jours consécutifs sont calculées sur une base saisonnière. Il est nécessaire de garder à l esprit les mises en garde précédentes au sujet de la représentativité des observations, en particulier le fait qu une fraction du débit de la rivière ne transite pas à la station

16 1.3 Analyse fréquentielle des débits minimaux Méthode statistique On considère la variable Qe, associée au débit minimum annuel d étiage : A: ( Qe x p ) A :(Qe x p ) P( A) = q P(A ) = 1 q = p avec q la probabilité au non-dépassement de la valeur x p. Les évènements A :(Qe x p ) sont séparés en moyenne par une période de retour T = 1 q = 1 1 p. Nous disposons de plus, d échantillons non exhaustifs de débits moyens journaliers minimaux annuels tirés de la population totale des débits d étiage. A partir de cet échantillon, nous nous proposons de choisir la forme mathématique de la loi de probabilité et d en calculer le mieux possible les paramètres numériques. L ajustement statistique est réalisé par l intermédiaire du logiciel HYFRAN de la Chaire industrielle en hydrologie statistique de l INRS-ETE. Les différentes étapes de l ajustement de loi à un échantillon effectuées par le logiciel sont brièvement présentées ci-après Vérification des hypothèses L ajustement d une distribution à un échantillon nécessite que les observations soient : Indépendantes (test de Wald-Wolfowitz) L indépendance signifie qu il n y a aucun lien entre les observations successives (absence d autocorrélation). En général, les débits minimaux annuels ou saisonniers constituent des variables indépendantes. Identiquement distribuées (test de Wicoxon) L homogénéité des valeurs des observations permet d émettre l hypothèse qu elles sont toutes issues de la même population. Les causes d hétérogénéité peuvent être le déplacement d une station de mesure (exclu dans notre cas) ou la saisonnalité des étiages (d été ou d hiver). Stationnaire (test de stationnarité) La distribution des échantillons est dite stationnaire si les caractéristiques statistiques (moyenne, variance) sont invariantes dans le temps. La non-stationnarité est en particulier caractérisée par un changement (brusque ou graduel) dans la moyenne. Dans la suite du projet, tous les ajustements statistiques présentés ont satisfait les hypothèses précédentes (A. St Hilaire, communication personnelle, 2004). 16

17 Distributions et méthodes d ajustement Dans le cadre de l ajustement statistique des débits minimaux annuels, les lois les plus appropriées ont été choisies a priori (Audet et al., 2000). Elles ont ensuite été contrôlées a posteriori afin d écarter tout ajustement peu adapté à la série d observations. Les différentes lois appliquées par la suite aux séries de débits moyens journaliers minimaux, annuels et saisonniers sont donc : Loi de Gumbel 1 x u x u f ( x) = exp exp( ) α α α avec, u : paramètre de position (mode) α : paramètre d échelle positif différent de zéro Loi LogNormale à 3 paramètres f ( x) 1 ( x m) σ exp 2π 2 [ ln( x m) μ] = 2 2σ avec, m : paramètre de position μ : paramètre d échelle positif différent de zéro σ : paramètre de forme positif différent de zéro Loi de Pearson Type III 1 x m f ( x) = Γ( λ) α λ 1 exp x m α avec, et, m : paramètre de position α : paramètre d échelle positif différent de zéro λ : paramètre de forme positif différent de zéro Γ(λ) : fonction gamma complète Γ x m α λ 1 x m ( ) α λ = e 0 17

18 Loi Gamma f (x) = α λ Γ(λ) x λ 1 e ax avec, α : paramètre d échelle positif différent de zéro λ : paramètre de forme positif différent de zéro Γ(λ) : fonction gamma complète Différentes méthodes d estimation des paramètres peuvent être utilisées. Dans notre cas, selon les différentes lois, nous nous limiterons aux deux principales qui sont : La méthode des moments La méthode du maximum de vraisemblance La méthode des moments consiste à égaler les moments théoriques de la distribution (qui sont fonction des paramètres) et leur estimation obtenue à partir de l échantillon. La résolution du système permet ensuite d obtenir les différents paramètres de la loi. La méthode du maximum de vraisemblance fait intervenir une fonction de vraisemblance L définie par : N L = f (x i ;θ 1,... θ k ) i=1 [ ] f (x i )dx i = Px i X x i + dx i Elle consiste ensuite à trouver les paramètres θ = θ 1,...θ j,...θ k, qui maximisent la fonction de vraisemblance, soit la probabilité d observer l échantillon (x i,...x N ) qui représente la meilleure information disponible sur la population (Audet et al., 2000). Pour l ajustement statistique des débits minimaux de la rivière Montmorency, la méthode des moments est associée à la loi de Gumbel, tandis que la méthode du maximum de vraisemblance est appliquée aux lois de Pearson type III, LogNormale et Gamma. 18

19 Tests d ajustement Il convient ensuite de prendre connaissance de la probabilité pour que la loi retenue représente effectivement la population mère dont l échantillon est a priori représentatif. En testant cette hypothèse, on court deux risques : Un risque de première espèce qui consiste à rejeter à tort l hypothèse alors qu elle est vraie Un risque de deuxième espèce qui est d accepter à tort l hypothèse alors qu elle est fausse Les différents ajustements statistiques présentés plus loin ont tous satisfait aux tests d ajustements du χ 2 et de Shapiro-Wilk (N<50) Interprétation des résultats Les débits minimaux annuels, obtenus à partir des minima annuels de débits moyens journaliers sont ajustés par les différentes lois de probabilités. Les périodes de retour maximales encore significatives sont comprises entre 2n et 3n, n étant le nombre d observations. Étant donné que pour la station , une série temporelle de 38 valeurs de débits minimaux annuels a été établie, les périodes de retour associées aux différentes lois seront donc 2, 5, 10, 20, 50 et 100 ans, 100 ans étant la limite de représentativité. Les débits déterminés sur une base annuelle (1 er janvier - 31 décembre) permettent d établir une première évaluation des débits minimaux en fonction de leur période de retour. Le fractionnement en saisons hydrologiques (1 er octobre - 30 septembre et 1 er juillet - 30 juin) n offre que peu d informations supplémentaires {annexe 7}. Par contre, la distinction des saisons hivernales et estivales permet d affiner les données en extrayant des débits minimaux présentant une différence notable. Ainsi, sur la période du 1 er avril au 30 septembre, les débits moyens journaliers minimaux annuels sont de 7,2 m 3 /s pour une période de retour de 2 ans, et ce, quelle que soit la loi de probabilité utilisée. Avec la même probabilité d occurrence sur la période hivernale (1 er octobre au 31 mars), les débits minimaux ne sont plus que de 4,6 m 3 /s {annexe 8}. En revanche, pour des périodes de retour plus importantes (T=50 ans et T=100 ans), les débits d étiage sont plus faibles sur la saison estivale que sur la saison hivernale. Cela peut s expliquer par l accroissement de l influence climatique durant les mois d été (ensoleillement, température ) sur le régime hydrologique du cours d eau, caractérisé par ailleurs à cette époque par de plus faibles débits et vitesses d écoulement. De plus, la localisation de la station à l aval des points d alimentation en eau potable rend plus hypothétique l'interprétation exclusivement hydrologique de ces débits. Il est fort probable que les volumes prélevés en période de pointe de consommation estivale sur la rivière Montmorency contribuent aux faibles débits minimaux en général, et pour les grandes périodes de retour en particulier. Les variations saisonnières sont donc des facteurs importants à prendre en compte lors de la confrontation des débits minimaux annuels aux différents usages de la ressource en eau sur le territoire du bassin versant. 19

20 L étude des débits minimaux du mois de mars apporte de nombreuses informations. Les minima de mars sont également les minima hivernaux, lorsque à la fin de l hiver les réserves souterraines se tarissent. De plus, ils influencent les débits minimaux du mois d avril et donc les statistiques de la période dite estivale, ce qui les influence à la baisse en altérant donc leur représentativité. Les inondations ont principalement lieu aux mois d avril et mai, dans la période de fonte des neiges, de débâcle du couvert de glace pouvant être à l origine d embâcles, et de reprise des précipitations. L étude des débits minimaux sur ces deux mois n apportera donc aucune information supplémentaire au sujet des débits minimaux estivaux. En revanche, les débits des mois de juillet, août et septembre nécessitent une étude plus approfondie puisque les apports sont majoritairement assurés par les réserves souterraines et les faibles précipitations {tableau 3}. Tableau 3 : Ajustement par la loi de Gumbel des débits minimaux moyens sur 7 jours consécutifs à la station Débits exprimés Période de retour (années) en m 3 /s Mars 5,09 3,96 3,48 3,13 2,77 2,55 Juillet 17,43 12,75 10,75 9,29 7,81 6,90 Août 13,57 9,97 8,45 7,33 6,19 5,49 Septembre 13,91 9,50 7,62 6,24 4,84 3,99 Il convient de rappeler que les données initiales sont des moyennes journalières des débits dont ont été extraits les minima saisonniers ou annuels. Le fait de travailler sur des valeurs moyennes journalières majore les débits minimaux, étant donné que des débits instantanés inférieurs aux moyennes ont pu être observés. Les phénomènes d étiage sont certes caractérisés par la faible amplitude des valeurs, mais également par leur durée. L approximation due à l exploitation de valeurs journalières moyennes est donc atténuée par l étude de la répartition temporelle des débits minimaux. Suivant les périodes de retour considérées et les diverses utilisations de ces débits, il conviendra d émettre des hypothèses pertinentes permettant de déterminer un débit adapté, bien que les différents ajustements ne présentent pas de différence notoire. Il semble que la loi log-pearson III soit le meilleur ajustement aux débits réels d étiage pour l ensemble de toutes les stations de mesure de la province du Québec. Localement et selon les périodes de retour, les lois de Gumbel, Lognormale et Gamma peuvent également être des ajustements adaptés. 20

21 1.4 Conclusions sur les débits minimaux de la rivière Montmorency La variabilité saisonnière Cette étude statistique des débits enregistrés à l exutoire du bassin versant permet de confirmer dans un premier temps l existence de deux périodes distinctes pendant lesquelles les débits tendent à la baisse. Les étiages hivernaux sont cependant plus sévères que les étiages estivaux pour une même probabilité d occurrence. L hypothèse de la réduction du ruissellement combinée au tarissement progressif des réserves souterraines se vérifie puisque les minima hivernaux sont atteints au mois de mars, soit à la fin de l hiver. Les débits enregistrés à cette période sont donc pour une même probabilité de dépassement les plus faibles de la période hivernale mais également de toute l année. Les mêmes tendances sont également remarquables sur les débits enregistrés à la station {annexes 9 et 10}. Ces conclusions considèrent cependant l hypothèse d une répartition uniforme des perturbations du régime hydrologique. Or il semble évident que l intensité de l exploitation de la ressource en eau par les différents usagers n est pas distribuée uniformément sur une échelle temporelle. L existence de périodes de pointe de consommation en eau potable est un exemple. Puisque la station est située à l aval des principaux facteurs de dérivation (activités d'exploitation de la ressource en eau et infiltrations), les fluctuations des prélèvements sont obligatoirement compilées à la station. Il convient donc d être prudent dans l exploitation de ces valeurs puisqu elles incluent les soustractions dues à ces mêmes prélèvements Les débits de référence En conclusion de l étude statistique des débits minimaux de la rivière Montmorency, nous pouvons établir différents débits caractéristiques des étiages saisonniers à l exutoire du bassin versant (station hydrométrique ) et en tête de bassin (station hydrométrique ) {tableaux 4 et 5}. Le débit moyen annuel à l exutoire sur les différentes périodes d enregistrement des débits (1925 à 1939 et 1965 à 2003) est de 34,9 m 3 /s {annexes 2-3}. Le sous-bassin versant associé à la station génère sur les périodes d observations (1966 à 1982 et 1996 à 2001) un débit moyen annuel de 8,6 m 3 /s {annexe 6}. Les données suivantes complètent l étude statistique des débits moyens journaliers sur une base saisonnière présentée en annexe 8. 21

22 Tableau 4 : Caractéristiques des estimations de débits minimaux à la station Débit journalier moyen (m 3 /s) 7Q2 (m 3 /s) Débits 3 Loi d ajustement Paramètres Mars 9,75 5,10 Gumbel X 0 = 4,61 s = 1,35 Juillet 33,30 17,43 Gumbel Août 26,73 13,56 Gumbel Septembre 27,46 13,91 Gumbel X 0 = 15,39 s = 5,56 X 0 = 12,00 s = 4,26 X 0 = 11,99 s = 5,24 Tableau 5 : Caractéristiques des estimations de débits minimaux à la station Débit journalier moyen (m 3 /s) 7Q2 (m 3 /s) Débits 3 Loi d ajustement Paramètres Mars 1,74 1,27 Gumbel X 0 = 0,78 s = 1,34 Juillet 8,22 3,68 Gumbel Août 7,44 3,26 Gumbel Septembre 7,62 3,38 Gumbel X 0 = 3,36 s = 0,87 X 0 = 2,91 s = 0,95 X 0 = 2,95 s = 1,15 La détermination de ces débits sera d une grande utilité dans l étude des besoins des différents usages de la ressource en eau et de fait, de leurs impacts sur la ressource en eau elle-même. 3 7Q2 : Débit minimum moyen sur 7 jours consécutifs de récurrence 2 ans 22

23 2 LES USAGES DE LA RESSOURCE EN EAU SUR LE BASSIN VERSANT 2.1 Les prélèvements destinés à l alimentation en eau potable Le réseau d approvisionnement en eau potable Les prélèvements directs dans la rivière Montmorency La rivière Montmorency est l une des trois sources d'approvisionnement d eau de surface destinée à la consommation en eau potable dans la région de Québec avec le fleuve Saint-laurent et la rivière Saint-Charles. L arrondissement de Beauport assure la totalité de sa production en eau de consommation par la rivière Montmorency, contrairement à celui de Charlesbourg qui exploite également d autres sources de production (station de Québec et eau souterraine). La rivière Ferrée, affluent en rive gauche de la rivière Montmorency est également une source d approvisionnement pour les municipalités de Boischatel et l Ange-Gardien {figure 3} (CAGEB, 2001). Figure 3 : Localisation des sources d'approvisionnement en eau potable sur le bassin versant (CAGEB, 2001) 23

24 Le système de production de Beauport et Charlesbourg Les deux ouvrages majeurs de production d eau de consommation du bassin versant sont la station de traitement des Îlets et l Aqueduc régional. Le poste des Îlets n est pas une usine conventionnelle. La prise d eau est localisée dans la rivière Montmorency. L eau prélevée est ensuite distribuée dans des bassins aménagés sur un lit de sables et de graviers. L eau est ainsi filtrée puis drainée vers le poste de pompage. La filière de traitement comprend une ozonation, un ajustement du ph et enfin une chloration. La capacité théorique maximale de production est de m 3 /j, cependant la pointe de consommation annuelle survenant au début de l'été est assurée en court-circuitant une phase du traitement, ce qui porte alors la production maximale à m 3 /j. L Aqueduc régional est un ouvrage d adduction en eau potable qui assure l approvisionnement de Charlesbourg et d une partie de Beauport via le lac des Roches et la rivière des Sept-Ponts depuis la rivière Montmorency {annexes 11 et 12}. Une station de pompage, comprenant 4 pompes d une capacité nominale totale de m 3 /j, et une conduite de refoulement (φ 600) de 4,5 km assurent le prélèvement dans la rivière Montmorency puis son acheminement vers le lac des Roches. En parallèle, une fraction des débits transite par la rivière des Sept-Ponts via une station de pompage. Cette dernière se déverse dans le réservoir des Érables qui alimente le Vieux-Charlesbourg. Le traitement est assuré par une station de chloration localisée à la décharge du lac des Roches Les volumes distribués Les volumes distribués sont les volumes injectés en début de réseau, lesquels comprennent les volumes réellement consommés par les différents types d usagers (résidentiel, industriel, commercial et institutionnel) et les volumes perdus par les fuites sur la totalité du réseau Les prélèvements directs des eaux de surface de la Montmorency Pour l arrondissement de Beauport L approvisionnement annuel de la ville par l Aqueduc régional est passé durant les dernières années de m 3 en 1995 (soit en moyenne 7400 m 3 /j) à m 3 (soit en moyenne 820 m 3 /j) en Les causes principales sont une qualité moyenne des eaux du lac des Roches et les coûts supplémentaires engendrés par l approvisionnement du lac à partir de la Montmorency. En effet, les coûts de pompage vers le lac des Roches sont élevés, environ 0,06-0,07 $/m 3 comparativement à ceux de la station des Îlets estimés à 0,01-0,02 $/m 3. L entente avec Charlesbourg permet cependant à la ville de Beauport d utiliser une partie du volume du réservoir à hauteur de m 3 par jour (Villeneuve et al., 2002). 24

25 Les volumes maximaux théoriques à la station des Îlets sont de m 3 /j et peuvent atteindre m 3 /j en court-circuitant une partie de la filière de traitement {tableau 6}. Les consommations de pointe (pointe journalière de m 3 /j et pointe horaire de m 3 /h, données 2000) sont assurées par cette station. Tableau 6 : Caractéristiques de production à la station des Îlets Année 2000 (Villeneuve et al., 2002) Population desservie (habitants) Volumes (m 3 /j) Production moyenne Capacité de traitement Filtration Filière de traitement Ozonation Correction ph Chloration La production moyenne assurée par l Aqueduc régional et la station de traitement des Îlets est donc de m 3 /j (données 2000). La capacité maximale théorique des prises d eau de la rivière Montmorency, comprenant un prélèvement maximal à l Aqueduc régional de m 3 /s et un débit traité de m 3 /s au poste des Îlets, est de m 3 /s soit 1,15 m 3 /s. Aucune tendance particulière à l augmentation ou à la diminution n étant remarquée par les gestionnaires, les valeurs actuelles sont sensiblement les mêmes (Villeneuve et al., 2002). Cette production équivaut à la totalité des prélèvements directs dans la rivière Montmorency pour l arrondissement de Beauport. Pour l arrondissement de Charlesbourg La ville de Charlesbourg ne s approvisionne qu en partie des eaux de surface du bassin versant de la rivière Montmorency. Le quartier du Vieux-Charlesbourg est alimenté par le réservoir des Érables. Les volumes distribués en 2000 étaient de m 3 /j. L Aqueduc régional assure quant à lui l approvisionnement de m 3 /j. Toutefois, pour la détermination des prélèvements provenant de la rivière Montmorency, il est plus judicieux de raisonner à partir de la production totale, afin de ne pas comptabiliser les apports extérieurs au bassin versant. Ainsi, 40,4 % des eaux de consommation de la ville sont prélevés dans la rivière. En 2000, les volumes distribués sur la totalité du territoire de Charlesbourg étaient de m 3 /j ce qui représente donc un volume moyen prélevé dans la Montmorency de m 3 /j. 25

26 Les prélèvements sur les tributaires de la rivière Montmorency La rivière Ferrée est une source d approvisionnement pour Boischatel et l Ange-gardien. Les prélèvements s élèvent pour le total des deux villes à m 3 /j (CAGEB, 2001) Comparaison des débits prélevés aux débits d étiage Il convient en premier lieu de préciser que dans le cadre de cette comparaison des débits prélevés aux débits d étiage, seuls les débits moyens de prélèvement seront utilisés. En effet, il n y a pas lieu de considérer les débits de pointe puisque les périodes de pointe de consommation ont généralement lieu en mai, c est-à-dire dans les périodes largement favorables aux crues plutôt qu aux étiages de la rivière. D après les données de 2000, en considérant la tendance stable de la consommation en eau potable, les prélèvements moyens totaux sur la rivière Montmorency sont donc de m 3 /j, ce qui représente un débit moyen soustrait au cours d eau de 0,55 m 3 /s. Les débits moyens prélevés pour l alimentation en eau potable des municipalités du bassin versant représentent 1,5 % du débit moyen de la station , majoré de la valeur moyenne de prélèvement. Toutefois, en considérant les débits minimaux des mois de référence des périodes d étiage (à savoir mars, juillet, août et septembre), également majorés de la valeur de prélèvement, la part relative que représente la consommation augmente considérablement {tableau 7}. La part relative des débits de pointe est présentée à titre d'information. Tableau 7 : Comparaison des prélèvements destinés à la consommation en eau potable au 7Q2 Mois 7Q2 (m 3 /s) Part relative du débit moyen prélevé par rapport au 7Q2 majoré du prélèvement Part relative du débit maximal prélevé par rapport au 7Q2 majoré du prélèvement Etiage hivernal Mars 5,10 9,7 % 16,0 % Juillet 17,43 3,0 % 5,4 % Etiage estival Août 13,56 3,9 % 6,8 % Septembre 13,91 3,8 % 6,7 % 26

27 Les prélèvements destinés à l alimentation en eau potable deviennent en effet non négligeables en période d étiage, en particulier durant la saison hivernale où les débits d'étiage les plus faibles sont enregistrés. Par exemple, la consommation moyenne en eau potable représente 17,0 % du débit minimum moyen sur 7 jours consécutifs (minimum historique) de 2,7 m 3 /s (équivalent à un débit de récurrence 65 ans) enregistré depuis la mise en fonctionnement de la station hydrométrique et majoré de la valeur du prélèvement moyen. Dans le cas d un étiage plus sévère, avec un 7Q2 d une période de retour de 100 ans, les débits prélevés pour la consommation atteignent 22 % de ce dernier. Les prélèvements en eau potable effectués sur les eaux de surface ont donc des répercussions sur les débits, ceux d étiage en particulier, de la rivière Montmorency. Etant donné que la station hydrométrique est située à l aval des prises d eau, il est donc probable que les débits enregistrés soient influencés plus ou moins fortement par la consommation. S il est délicat d ajuster exactement les débits moyens journaliers avec la consommation moyenne journalière correspondante, il est plus aisé d assimiler les débits enregistrés aux débits de la rivière, mais minorés par les débits moyens journaliers distribués. L approximation est acceptable puisque les débits distribués en période de pointe ne représentent que 0,75 % des débits moyens de la rivière Montmorency à ce moment. En considérant la capacité maximale de prélèvement des deux prises d eau principales, la proportion des soustractions de débit atteindrait 20 % au maximum en mars. Sachant qu il ne s agit pas du mois où les besoins en eau sont particulièrement élevés, la rivière Montmorency possède encore dans l état actuel un potentiel d approvisionnement certain. La réglementation préconisant aux différentes activités de laisser transiter 70 % du débit naturel du cours d eau, les infrastructures de prélèvement en eau potable sont actuellement adaptées et peuvent faire face à l expansion de population prévisible. Les projections réalisées retiennent les hypothèses suivantes : Une augmentation de la consommation domestique de 3,5 % en raison du fractionnement des ménages Une augmentation des taux de fuites de 14 % en raison du vieillissement du réseau Une augmentation de la consommation des industries et commerces de 13 % en raison des espaces disponibles Ces considérations concluent en faveur d une augmentation de 10,6 % de la consommation en 2041 (Villeneuve et al., 2002). Cette évolution porterait donc les volumes prélevés dans la rivière Montmorency à m 3 /j, soit 0,60 m 3 /s. La rivière Montmorency peut potentiellement assurer une augmentation de prélèvements de cette ampleur, même en période d étiage. Si une modification des infrastructures d approvisionnement est prévue, une étude complémentaire évaluant précisément la ressource à long terme pourrait être judicieuse. 27

28 2.2 La production hydroélectrique La centrale des Marches Naturelles Une seule unité de production hydroélectrique est présente sur le cours de la rivière Montmorency. Il s agit de la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles, localisée sur le territoire de l arrondissement de Beauport {figure 4}. La construction du barrage remonte à 1908, et son exploitation a cessé en Réhabilité en 1992, le site fut remis en service en La compagnie Forces motrices Montmorency inc., une filiale de Boralex inc. faisant partie du groupe Cascade opère la centrale. Les droits de propriétés sont détenus par le Ministère des Ressources Naturelles (MRN) et par la compagnie exploitante (CAGEB, 2001). N m Figure 4: Localisation de la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles sur le bassin versant (Extrait modifié de CAGEB, 2001) L ouvrage, géré au fil de l eau, est composé d une turbine de type Kaplan à double réglage de 2 m de diamètre à axe vertical. Les pales mobiles de la turbine lui assurent un meilleur fonctionnement sur une grande gamme de débits. Le débit maximum d opération est alors de 26 m 3 /s pour une puissance installée de 4,16 MW. Par contre, un débit inférieur à 4 m 3 /s force l'arrêt de l'exploitation, ce qui met en évidence l'intérêt de mieux connaître les étiages. La production annuelle s élève à 21 GWh (Boralex Inc., 2004). Le barrage de type poids en béton nécessaire à l exploitation, créé par ailleurs un plan d eau d une superficie d approximativement m 2 correspondant au lac du Délaissé. 28

29 2.2.2 Les débits réservés Les intérêts à préserver à l aval de l ouvrage L intérêt prioritaire pris en compte lors de l établissement des valeurs de débits réservés est la qualité des habitats aquatiques et plus spécifiquement celui de l Omble de fontaine, un salmonidé dont les populations sont bien implantées sur la rivière Montmorency. Lors de la remise en opération du barrage des Marches Naturelles, différents habitats de l omble de fontaine avaient été identifiés (Pinard et al., 2001). La figure disponible en annexe 13 (Pinard et al., 2001) montre l inventaire ayant été dressé. Entre le barrage et le lac du Délaissé, des habitats de catégories II (bon) ou III (médiocre) sont présents. En amont du lac du Délaissé, jusqu à la prise d eau du poste des Îlets, une zone de rapides peu propices à l habitat du poisson est présente. En aval du barrage des Marches Naturelles, quatre frayères potentielles ont pu être identifiées, trois fosses et de bons habitats d élevage des juvéniles (Pinard et al., 2001). L exploitation de l énergie hydraulique par la centrale doit réduire au maximum les impacts sur le milieu, tant à l amont par la création du plan d eau qu à l aval, par la diminution possible des débits. L établissement de valeurs de débits réservés a donc pour objectif de garantir le maintien des conditions abiotiques du milieu à l aval de l ouvrage Les débits réservés à l aval de l ouvrage L autorisation ministérielle de 1994 conditionne le fonctionnement de la centrale. Elle fixe les valeurs de débits réservés à 4 m 3 /s ou au débit naturel de la rivière s il baisse en deçà durant la période hivernale, soit entre le 1 er décembre et le 31 mars. Entre le 1 er avril et le 30 novembre, le débit réservé est de 8 m 3 /s ou égal au débit naturel de la rivière s il est inférieur. Il semble que ces valeurs soit calculées sur la base du 7Q2 {annexe 8} ; une méthode de détermination de débits réservés sévère pour le maintien de conditions favorables à la faune ichthyenne (Belzile et al., 1997). 29

30 2.3 La problématique des infiltrations karstiques Origine et localisation des infiltrations Des témoignages du début du siècle ainsi que diverses études réalisées au cours des dernières décennies (Bouillon et al., 1994 ; Les Consultants BPR, 1994) démontrent que les infiltrations de la rivière Montmorency (dont une partie alimente la grotte de Courville) proviennent de la mise en service en 1908 du barrage des Marches Naturelles. En maintenant la ligne d eau amont au-delà de sa cote naturelle, le barrage a sollicité d anciennes galeries en favorisant ainsi l infiltration d une partie de l écoulement. Certaines études hydrogéologiques ont localisé plus précisément ces pertes entre 50 et 100 mètres en amont du barrage à moins de 1,5 m sous la surface du réservoir Estimation des débits infiltrés En ce qui concerne la quantification des débits infiltrés, les auteurs avancent des valeurs comprises entre 1 et 6 m 3 /s (Bouillon et al., 1994 ; Les Consultants BPR, 1994). La détermination précise de tels débits est délicate, mais certaines observations permettent de converger vers une valeur réaliste. La méthode employée ici est fondée sur une comparaison des débits enregistrés aux deux stations hydrométriques sur la rivière Montmorency. A partir des débits à la station , les débits à la station sont estimés en appliquant aux débits à l exutoire le ratio existant entre les superficies des bassins versants (associés aux stations). Toutefois, il convient de s assurer de la pertinence d une telle méthode par une étude préalable des corrélations existant entre les débits à l amont et à l exutoire du bassin versant. Certaines perturbations sont susceptibles d interagir avec les débits réels de la rivière, dans le bassin inférieur en particulier. Même si le temps moyen de transfert est relativement court, l exploitation des données moyennes mensuelles est délicate. Le coefficient de corrélation des débits mensuels moyens des stations et pour les mêmes dates d observations est de 0,97 {annexe 14}. Certains facteurs naturels ou anthropiques doivent donc influencer les débits entre la tête de bassin et l exutoire de ce dernier. Cependant, le taux de corrélation des variables représentatives des débits observés est suffisamment significatif pour justifier la méthode d extrapolation des bassins versants. Par la suite, on nommera Qest le débit estimé à la station , Qobs le débit enregistré à la station et Qaep le débit moyen distribué pour l alimentation en eau potable. Le débit «réel» du bassin versant associé à la station (en incluant Qaep) sera quant à lui noté Qobs* (= Qobs + Qaep). 30

31 Qest-Qobs Qest-Qobs* Mois Figure 5 : Comparaison des débits observés et estimés à la station Quatre périodes distinctes sont remarquables d après les variations présentées dans la figure 5. On peut supposer que les évolutions différentes trouvent leur origine dans des facteurs climatiques, hydrauliques ou humains différents. De janvier à mars, Qest - Qobs* est positif compris entre 0,44 m 3 /s et 0,84 m 3 /s. On peut justifier cet écart entre les valeurs par la méthode d estimation elle-même puisque les deux variables ne sont pas strictement dépendantes. Toutefois, ces différences observées peuvent confirmer l hypothèse de fuites par infiltrations, mais relativement réduites. La nature des conditions climatiques peut justifier ces faibles valeurs puisque la présence de couvert de glace, de glace de fond ou même de frasil tendrait à diminuer les infiltrations karstiques. D avril à mi-mai, Qest - Qobs* est négatif compris entre -1,81 m 3 /s et -7,39 m 3 /s. Les débits estimés sont donc inférieurs aux débits observés corrigés, et un apport extérieur au système est donc existant. L hypothèse la plus vraisemblable est relative à une fonte des neiges différentielle sur le bassin versant. Cette dernière ne semble pas suivre la loi de corrélation existant entre les débits. D autres facteurs de répartition géographique variable sur le bassin versant tels que le coefficient de ruissellement (lié à l occupation du sol) contribuent également aux différences constatées. De juin à septembre, Qest - Qobs* est positif compris entre 1,23 m 3 /s et 3,40 m 3 /s. Les débits estimés sont à nouveau supérieurs aux débits observés corrigés. Puisque cette période ne coïncide pas avec la période de pointe de consommation en eau potable, les variations des volumes distribués autour du débit moyen de consommation n influencent pas de façon significative les débits observés. Il reste cependant entre 2 et 3 m 3 /s de différence entre les estimations et les observations. De tels débits de fuite du système pourraient être dus directement aux infiltrations karstiques existant sur le linéaire du cours d eau, au niveau de la retenue du 31

32 barrage des Marches Naturelles en particulier. On ne peut cependant exclure une plus grande marge d erreur intrinsèque à la méthode d estimation des débits, augmentée en parallèle de l augmentation des débits traités. D octobre à décembre, Qest - Qobs* est positif compris entre 0,82 m 3 /s et 3,36 m 3 /s. La diminution constatée est consécutive au caractère neigeux des précipitations et la formation du couvert de neige sur le bassin versant, qui réduit le ruissellement. Selon différentes études hydrogéologiques déjà réalisées (Bouillon et al., 1994 ; Speltech inc., 1998) les infiltrations au niveau de la retenue du barrage empruntent un réseau de galerie en se joignant aux infiltrations du plateau de Courville pour former le ruisseau de la Dame Blanche. Ce dernier se jette dans le fleuve Saint-Laurent par la chute de la Dame Blanche aussi appelée Voile de la Mariée. Des observations au mois de mars 2004 (lorsque théoriquement les réserves souterraines sont diminuées ou proches du tarissement) montrent que malgré un débit relativement faible de la chute principale (environ 5 m 3 /s), la chute de la Dame Blanche était relativement conséquente. Puisque la majorité des points d infiltrations sont localisés au-dessus de la cote moyenne du cours d eau, l hypothèse des infiltrations entretenues par le maintien du niveau au barrage semble se confirmer. L épisode du 17 mars nécessite également d être souligné. Des manipulations au barrage des Marches Naturelles ont réduit le débit de la rivière Montmorency à 0,5 m 3 /s environ. Des observations sur la Dame Blanche montrent cependant un débit important comparativement à celui de la chute {annexe 15}. Cette différence démontre que la Dame Blanche n est pas dépendante du débit de la rivière mais du niveau dans la retenue du barrage. La thèse de l entretien des infiltrations par la retenue des Marches Naturelles est donc confirmée. Cette méthode simple tend à démontrer que des réductions de débits existent effectivement, et vraisemblablement du fait des infiltrations karstiques. Il est certain que celles-ci existent puisque la vidange de la retenue du barrage entraîne directement le tarissement des différentes résurgences connues à l aval (observations du 13 juillet 1982) (Bouillon et al.,1994). La quantification de ces débits infiltrés est cependant plus problématique. La présente étude semble montrer des débits de fuite compris entre 1 et 3 m 3 /s. Ces valeurs correspondent par ailleurs aux débits du ruisseau de la Dame Blanche. Ce dernier n étant pas exclusivement alimenté par les infiltrations de la Montmorency, les débits infiltrés sont nécessairement inférieurs. Des observations dans la grotte de Courville, alimentée majoritairement par la Montmorency, confirment également un débit proche de 2 m 3 /s (Bouillon et al., 1994). La mise en commun de ces différentes observations, directes ou indirectes, permet donc d évaluer les débits moyens infiltrés sur le bassin inférieur à 2 m 3 /s. Ces débits ont une tendance nette à l augmentation (Bouillon et al.,1994 ; Les Consultants BPR, 1994). En effet, les parois des galeries sont continuellement érodées et altérées par les phénomènes de dissolution des calcaires et de cryoclastie. A moyen terme, les volumes des vides souterrains et par conséquent les débits d infiltration risquent d être supérieurs. 32

33 2.3.3 Les conséquences prévisibles des infiltrations Une diminution des débits de la rivière Montmorency Les infiltrations karstiques génèrent directement une diminution des débits sur le cours d eau. Estimées en moyenne à 2 m 3 /s, elles réduisent de plus de 5 % le débit moyen annuel à l exutoire. Il est fort probable qu en période d étiage, les débits infiltrés sont moindres mais qu un minimum d infiltration est toujours existant. À cause du maintien du niveau de la retenue, ces débits infiltrés représentent au maximum 30 % du 7Q2 de mars (après majoration) et 15 % du 7Q2 d août (après majoration). Les impacts sont conséquents, puisque complétés au prélèvement destiné à l alimentation en eau potable. Les débits d étiage sont donc réellement affectés. Il s agit toutefois d un phénomène naturel, certes entretenu indirectement par une activité humaine (l exploitation de l énergie hydroélectrique), mais dont certaines conséquences annexes pourraient générer des impacts plus préjudiciables, notamment à la chute Montmorency Le problème de sécurité publique Un premier risque concerne le réseau souterrain en lui-même. En effet, les nombreuses galeries sont partiellement inondées et certainement localisées très près de la surface. Ce type de galeries peut poser des problèmes de sécurité lors de travaux de terrassement par exemple. La présence de dolines 4 constitue également un risque potentiel. En s enfonçant dans le plateau calcaire, les eaux ont cessé d emprunter les galeries. La construction du barrage des Marches Naturelles a remonté le niveau de la rivière dans le bief amont et alimenté à nouveau ces galeries. L inondation réactivée du réseau souterrain a dû alors provoquer des phénomènes de soutirage importants à l origine d effondrements. Rien ne permet de croire qu il n y en aura pas d autres à l avenir. Avec l urbanisation, les effondrements ont été comblés, mais il est difficile de connaître la nature des matériaux de remblai utilisés. Cela pourrait créer localement des instabilités de terrain (Bouillon et al., 1994). On peut également noter les risques liés à l infiltration de substances polluantes. Il a en effet été démontré que le réseau d égout sanitaire subit des ruptures et qu il déverse des eaux usées dans la grotte de Courville 5. Sans intervention sur le réseau, les eaux de résurgences et les ruisseaux localisés sur les terrains de la Société des Établissements de Plein Air du Québec (SEPAQ) seraient ainsi pollués. Sans être alarmiste, il est important de prendre conscience de l existence du phénomène. Cette brève étude des débits infiltrés semble confirmer les nombreuses observations faisant part de ces infiltrations. A l avenir, il pourrait être souhaitable que le Conseil de bassin mette en place une stratégie de communication spécifique autour de cette problématique en concertation avec les autorités municipales {annexe 16}. 4 Dépression elliptique ou circulaire résultant de l effondrement d une partie d une cavité souterraine 5 Analyse de l eau des résurgences près de la rue Côte du Moulin du 13 décembre 1994 (Bouillon et al., 1994) 33

34 2.4 La chute Montmorency Histoire et intérêt du site La présence de nombreuses failles séparant le Bouclier canadien des basses-terres du Saint-Laurent a permis la formation de nombreuses chutes. Au nord-est de Québec se localisent trois failles importantes, à savoir celles de Montmorency, celle de Château-Richer ainsi que celle du Cap-Tourmente (CAGEB, 2001). La chute Montmorency, localisée en bordure de la faille du même nom (43 km de long), est avec ses 83 mètres de haut la plus imposante {Photographie 1}. Photographie 1 : La chute Montmorency, débit de 348,7 m 3 /s, le 20 avril

35 Sa formation résulte d un basculement et d un glissement des roches le long de cette faille sur au moins 230 m puis d une inclinaison, sous la friction, de 40 à 45 vers le sud. Le dernier mouvement d envergure enregistré le long de cette faille date de la formation des Appalaches, c est-à-dire il y a 400 à 450 millions d années. Les roches sédimentaires ont en partie été érodées par la rivière dans le secteur inférieur de la faille, tandis que dans le supérieur, la rivière a atteint le socle précambrien sans toutefois l avoir érodé. L hypothèse émise pour expliquer le phénomène est le comblement de la partie sud de la rivière par des sédiments marins lors de la dernière glaciation. Le retrait de la mer aurait contraint la rivière à dévier de son lit préglaciaire qui se dirigeait vers l'actuelle rivière Beauport. Les nombreuses sablières entre la rivière Montmorency et la rivière Beauport tendent à confirmer cette hypothèse. En effet, il semble difficile d expliquer le phénomène autrement que par l existence d un ancien lit de cours d eau (CAGEB, 2001). Le caractère exceptionnel du site de la chute a entraîné la mise en place de nombreuses infrastructures récréo-touristiques favorisant l accueil des visiteurs et multipliant les points de vue. Près d un million de personnes sont accueillies annuellement sur le parc Montmorency, ce qui en fait le deuxième lieu le plus fréquenté de la région de Québec La notion de débit esthétique La chute Montmorency constitue une singularité géographique de la région de Québec et, en cette qualité, les autorités de la SEPAQ souhaitent que soit maintenu un débit minimal dans la chute, pour lequel son potentiel récréo-touristique n est pas altéré. Toutefois, la limite inférieure du débit pour assurer une qualité visuelle n'a jamais vraiment été définie. La seule étude connue ayant abordé le sujet traitait des impacts sur l'environnement d'une éventuelle prise d'eau régionale dans la rivière Montmorency et fut réalisé en 1980 (Pinard et al., 2001). Le projet prévoyait une augmentation de la capacité annuelle de prélèvement à la rivière jusqu à m 3 (soit 1,31 m 3 /s) alors que la capacité de l ensemble des prises d eau était de m 3 (soit 1,18 m 3 /s). Des essais in situ avaient alors été réalisés en relâchant des débits de 9 à 7 m 3 /s à partir du barrage des Marches Naturelles. Le débit d impact était alors évalué à 8,2 m 3 /s. Cette notion de débit esthétique à respecter est plutôt caractéristique de la saison estivale puisque l intérêt de la chute en hiver réside plus dans la formation du «pain de sucre 6» que dans la chute elle-même. Cette structure de glace serait formée par l'accumulation sous-jacente de frasil produit par la chute et la superposition des embruns congelés dans l'air. Quoi qu il en soit, la formation de ce dernier reste dépendante du débit et un minimum de débit est toujours souhaitable pour éveiller l intérêt des visiteurs. Avec les enjeux touristiques et économiques que génère l apparence de la chute, la mise en place d une méthode fiable de détermination du débit esthétique est particulièrement suggérée. 6 "La poussière qui se dégage de la chute prend en glace et forme, à son pied même, un cône régulier qui atteint quelquefois cent pieds de hauteur. On assure que certaines personnes ont l audace d escalader cette tour de glace." Benjamin Silliman, A tour of Quebec,

36 2.4.3 Procédure de détermination du débit esthétique Il convient tout d abord de préciser que seul un débit esthétique d hiver sera abordé par cette méthode dans le cadre de la présente étude. En effet, la période d exécution des travaux ne permet l observation que des débits d étiage hivernaux. Toutefois, la méthode présentée plus loin est directement applicable à la saison estivale. Selon les priorités d action du conseil de bassin, un débit esthétique estival pourra donc également être déterminé. Un détail de la procédure est disponible en annexe 17, afin qu elle puisse à nouveau être applicable par la suite. Il convient de mentionner que la qualité de la procédure pourrait être très significativement améliorée par les compétences techniques de personnel qualifié en infographie. Le principe de cette méthode d analyse hydro-informatique du ou des débits esthétiques de la chute Montmorency est fondé sur une analyse visuelle. A chaque cliché photographique est associé le débit enregistré au même instant à la station Il est toutefois possible qu il ne s agisse pas du débit réel de la chute, puisqu un léger temps de transfert est nécessaire pour que le débit mesuré ne transite dans la chute. Toutefois, le faible éloignement des deux sites permet de faire l hypothèse d une correspondance directe entre les débits. La disponibilité en temps réel de l'information hydrologique crée par la même occasion un système de références dans lequel les comparaisons sont par la suite facilitées (Centre d'expertise hydrique, 2004). La difficulté de jugement de l impact visuel du débit de la chute sans point de comparaison nécessite le développement en séquence animée (par ordre de débits croissants ou décroissants) des photographies. Une interpolation visuelle est effectuée entre chaque cliché de référence, afin de générer une dynamique dans l évolution et faciliter ainsi l analyse. La séquence vidéo en annexe 18 présente donc une évolution des débits de la chute Montmorency observés durant le mois de mars 2004, pour des débits variant de 0,5 m 3 /s à 10,0 m 3 /s. L'hypothèse de travail est un jugement de valeur par un observateur unique. On peut considérer qu à partir de 4,5 m 3 /s, la chute présente un débit suffisant pour assurer l intérêt touristique du site. En considérant une marge d erreur de 0,5 m 3 /s sur l appréciation des débits, la valeur de 5 m 3 /s semble refléter le débit esthétique. Pour être rigoureux, ce jugement devrait cependant être fondé sur un échantillon d'observateurs, afin de réduire la subjectivité évidente d'un observateur unique. 36

37 2.5 Débits minimaux et maintien de la vie aquatique Méthode de détermination La détermination des impacts des périodes d étiage sur la vie aquatique nécessite l emploi de méthodes adaptées. Ces dernières utilisent en priorité la notion de débit réservé écologique, que chaque activité exploitant la ressource en eau doit laisser transiter dans le cours d eau. Dans notre cas, l estimation du débit réservé sera plus considérée comme un indicateur de la sévérité des périodes d étiage par exemple, que de limite d exploitation de la ressource en eau. La connaissance de la valeur d un tel débit peut apporter certaines indications sur le fonctionnement hydrologique du cours d eau et par extension sur l impact des étiages sur la vie aquatique. Les différentes méthodes de débits réservés des cours d eau sont fondées sur des caractéristiques hydrologiques, hydrauliques ou d habitat préférentiel. Par exemple, le 7Q2 est une statistique hydrologique qui décrit les conditions d étiage. Elle correspond au débit minimum moyen journalier calculé sur sept jours consécutifs ayant une récurrence de deux ans. Le 7Q2 est utilisé au Québec dans le cadre des autorisations réglementaires accordées par le Ministère de l'environnement du Québec (MENV). De fait, la valeur minimale du débit à maintenir dans le lit du cours d eau doit être équivalent à 70 % du 7Q2. L'idée sous-jacente à l'utilisation du 7Q2 était le maintien d'un débit de dilution des contaminants rejetés dans les eaux usées. Ce débit de référence était parfois utilisé par les gestionnaires de la faune à des fins de protection des habitats du poisson, tout en sachant qu il s agit d une méthode approximative n ayant pas fait l objet de validation et le plus souvent très réductrice (Belzile et al., 1997). Avec la mise en place de la nouvelle politique énergétique de 1996, favorisant le développement de la production hydroélectrique privée, la Société de la Faune et des Parcs du Québec (FAPAQ) a mis au point une méthode écohydrologique de détermination de débits minimaux des cours d eau (FAPAQ, 1999). La connaissance d un tel débit permettra de mesurer la sévérité des étiages de la rivière Montmorency et d'évaluer les impacts des différents usages de la ressource en eau en période de basses-eaux. Cette méthode de détermination des débits écologiques est la conclusion d une étude à partir des différentes connues, qu elles soient nord-américaines ou européennes, en tenant compte des facteurs écologiques, hydrologiques et géographiques propres aux cours d eau de la province. Les débits caractéristiques sont établis en fonction des enjeux identifiés sur le cours d eau (ex : espèces cibles), et généralement propres au secteur géographique auquel il appartient L omble de fontaine, espèce cible Les habitats aquatiques et la faune ichthyenne associée constituent des enjeux principaux de la rivière Montmorency. Les espèces de poisson d intérêt récréatif et sportif retrouvées dans le bassin versant sont l omble de fontaine (Salvelinus fontinalis), la truite arc-en-ciel (Oncorhychus mykiss), le touladi ou truite grise (Salvelinus namycush), l éperlan arc-en-ciel (Osmerus mordax) et le poulamon atlantique (Microgadus tomcad). Ces deux dernières espèces se retrouvent seulement à l embouchure de la rivière étant donné l obstacle naturel infranchissable que constitue la chute Montmorency aux espèces provenant du fleuve Saint-Laurent (CAGEB, 2001). L omble de fontaine est l espèce la plus importante en terme d abondance et d efforts de gestion de la ressource, principalement dans la Réserve Faunique des Laurentides. Elle constitue également l espèce d intérêt prioritaire dans la région écologique dont dépend le bassin. L omble de fontaine sera donc l espèce de référence utilisée dans la détermination du débit minimal écologique du cours d eau. 37

38 La méthode préconisée par la FAPAQ associe un débit caractéristique à chaque phase critique de l espèce à savoir {tableau 8} : Tableau 8 : Identification du débit écologique en fonction des phases critiques du cycle vital de l'omble de fontaine (Belzile et al., 1997) Période Phase critique Débit écologique 7 A : 15 avril au 30 juin Émergence des alevins 0,5 QMP B : 1 er juin au 30 septembre Alimentation Q 50 août C : 15 septembre au 15 novembre Fraie Q 50 sept D : 15 octobre au 30 mai Incubation des oeufs 0,25 QMA Les débits caractéristiques de chaque période reportés sur une base mensuelle sont ensuite comparés aux débits mensuels observés à la station hydrométrique {figure 6, annexe 19}: 130,00 120,00 110,00 100,00 90,00 Débit écologique Moyenne interannuelle des débits mensuels Moyenne interannuelle des débits minimaux journaliers Moyenne interannuelle des Q min moy sur 30j Débits en m3/s 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 j f m a m m j j a s o n d Mois Figure 6 : Comparaison des débits moyens mensuels à la station aux valeurs de débit écologique 7 QMA = débit moyen annuel ; QMP = débit moyen pour la période ; Q 50 août = débit médian du mois d août ; Q 50 sept = débit moyen du mois de septembre 38

39 En moyenne, les valeurs de débits mensuels sont supérieures au débit écologique préconisé par la méthode écohydrologique de la FAPAQ. En revanche, les débits moyens journaliers minimaux sont, à l exception des périodes de crues, toujours inférieurs au débit écologique. En réalité, la différence est plus réduite étant donné que les débits auxquels nous faisons référence incluent le prélèvement en eau potable (équivalent en moyenne à 0,55 m 3 /s) ainsi que les infiltrations karstiques. En considérant la durée des phénomènes et donc les débits minimaux sur 30 jours consécutifs, une plus grande proportion des débits est supérieure à la valeur critique. Une analyse plus poussée des mois d août, le mois le plus favorable aux épisodes d étiage estivaux, montre que seulement 10 % des débits journaliers sont supérieurs au débit écologique. Cette proportion atteint par contre 75 % lorsqu on s intéresse aux débits minimaux sur 30 jours consécutifs (Pinard et al., 2001). Ce débit écologique est donc plus ou moins respecté selon la durée des épisodes d étiage. La valeur se situe donc dans une zone statistiquement sensible à la durée, de façon variable selon la période de l année considérée. 35,00 30,00 25,00 Débit écologique Moyenne interannuelle des débits mensuels Moyenne interannuelle des débits minimaux journaliers Débits en m3/s 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 j f m a m m j j a s o n d Mois Figure 7 : Comparaison des débits moyens mensuels à la station aux valeurs de débit écologique Les mêmes observations peuvent être effectuées sur les enregistrements de la station {figure 7}, en tête de bassin versant et à l aval d un territoire dépourvu de toute activité d exploitation de la ressource en eau. Les moyennes mensuelles des débits moyens journaliers sont proches et parfois même inférieures aux valeurs du débit écologique. En revanche, les moyennes mensuelles des débits minimaux y sont toujours inférieures. Le phénomène d étiage existe donc sur la totalité du bassin versant, sans être une conséquence directe de l utilisation de la ressource en eau. Les épisodes d étiage sont donc des manifestations visibles des caractéristiques hydrologiques naturelles de la rivière Montmorency. 39

40 On peut trouver l explication de ce phénomène dans le bassin versant de la rivière. En effet, celui-ci est étroit, pentu et pratiquement dépourvu de lacs. Le temps de transfert est donc très court ce qui provoque des fluctuations de débits rapides. La sévérité du débit réservé écologique peut être associée à la méthode elle-même puisqu elle ne réfère ni aux lois physiques de l écoulement, ni aux spécificités du cours d eau. La présence d une population d ombles de fontaine indigène tend à prouver que la faune ichthyenne de la rivière Montmorency s est ajustée aux conditions hydrologiques du cours d eau, et ce même si la valeur de débit écologique n est pas toujours respectée. 2.6 Relations entre usages de la ressource en eau et débits d étiage La rivière Montmorency compte plusieurs usages de la ressource hydrique qu elle génère. L exploitation de la ressource en eau sur le bassin versant inférieur se résume à l alimentation en eau potable des arrondissements de Beauport et Charlesbourg, la production hydroélectrique par la centrale des Marches Naturelles et enfin le récréo-tourisme du Parc de la chute Montmorency. Dans la partie moyenne et supérieure du bassin, l'exploitation récréo-touristique de la faune par la pêche sportive constitue un usage important et très prisé. En aval, cette pêche est plutôt extensive et est le propre des riverains surtout. Lorsque le régime hydrologique le permet, la descente de la rivière en canot/kayak forme aussi une utilisation récréative très courue. En parallèle, et sur l ensemble du cours d eau, le potentiel d habitats favorables au développement des salmonidés, et de l omble de fontaine en particulier est un élément à prendre en compte avant toute intervention. A chaque activité d exploitation pourra être associée une valeur de débit optimal pour lequel le rendement est maximum. La nature intrinsèque des épisodes d étiage, dont l une des manifestations visibles est leur répartition saisonnière est un élément important à prendre en compte. Les périodes d étiage habituelles de la rivière Montmorency sont : La fin de l hiver, plus spécifiquement le mois de mars, lorsque les apports au cours d eau par le ruissellement sont quasi-nuls et les réserves faibles par un défaut de recharge prolongé. L été, en particulier les mois de juillet, août et septembre du fait des épisodes aléatoires de faibles précipitations. Les différents usages de la ressource présentent également une répartition différentielle d'intensité selon la période de l année. Les besoins considérés sont donc en priorité ceux des périodes critiques. L étude de ces besoins durant les mois d avril et mai est peu pertinente puisque les débits sont soutenus par le ruissellement de fonte nivale et la reprise des précipitations. Il en est de même pour les mois d octobre et novembre qui présentent un comportement similaire (fonte hâtive des premières couches nivales, fortes précipitations). On considère donc les besoins durant les périodes de débits les plus faibles. Ces mêmes besoins seront étendus au reste de la saison correspondante, dans l éventualité de débits à très faible probabilité d occurrence. Ainsi, les besoins des différentes activités durant les mois les plus sensibles aux étiages sont récapitulés ci-après. 40

41 - L alimentation en eau potable : Les projections de prélèvements moyens sur le cours d eau l'estiment à 0,60 m 3 /s. Les pointes de consommation, correspondant aux périodes où les débits sont en moyenne très largement supérieurs au débit module, ne sont pas considérées. La consommation en eau potable n excédant pas 30 % du 7Q2, le débit minimal de la rivière Montmorency qui permet le prélèvement destiné à l eau potable est donc de 2 m 3 /s. Ce débit est inférieur au débit minimum moyen de récurrence 100 ans calculé sur 7 jours consécutifs pour le mois de mars. Pour les débits inférieurs, l alimentation en eau potable peut être compromise. Toutefois, les probabilités d occurrence d un tel débit et donc d une telle situation sont très faibles. Le caractère exceptionnel du phénomène permet cependant d envisager de façon temporaire des prélèvements supérieurs à la limite, associés à une campagne d économie d eau auprès de la population. - La production hydroélectrique : Le cadre de référence est l autorisation ministérielle de 1994 par la centrale des Marches Naturelles arrêtant les débits réservés à 4 m 3 /s du 1 er décembre au 31 mars et à 8 m 3 /s du 1 er avril au 30 novembre. Pour des valeurs inférieures, le débit réservé correspond à celui de la rivière. Puisque la production hydroélectrique de ce type d installation au fil de l eau est directement liée au débit dans le cours d eau, les débits minimaux d exploitation seront donc ceux déterminés par l'autorisation mentionnée. Ils correspondent au débit minimum de période de récurrence 2 ans calculé sur 7 jours consécutifs. - La chute Montmorency : L analyse visuelle par la procédure vidéo a permis d estimer à 5 m 3 /s le débit esthétique hivernal 8, c'est-à-dire le débit minimal pour lequel la chute conserve son potentiel visuel. Le débit esthétique estival pourra également, selon la même méthodologie hydro-informatique être estimé. En se fondant sur une étude antérieure, le débit estival est fixé à 8,2 m 3 /s. Il pourrait à l avenir être envisageable d effectuer un sondage sur un échantillon de population représentatif de l ensemble des visiteurs. Ces derniers pourraient alors évaluer, selon leur préférence, la valeur du débit esthétique saisonnier. Il pourrait donc être estimé par une moyenne appliquée à l ensemble des réponses. Étant donné la nature subjective de l'information traitée, cela nécessite donc la constitution d un échantillon d'observateurs suffisamment important et représentatif pour obtenir des données pertinentes et objectiver la valeur obtenue. 8 Remarque : Cette hypothèse de travail est un jugement de valeur par un observateur unique. Elle n'engage que l'auteur. 41

42 Tableau 9 : Tableau récapitulatif des débits minimaux des exploitations principales de la ressource en eau Activités Mois Débit caractéristique J F M A M J J A S O N D Alimentation en eau potable Production hydroélectrique Débit minimal de prélèvement (m 3 /s) Débit réservé (m 3 /s) Chute Montmorency Débit esthétique (m 3 /s) 5 8,2 5 Habitats aquatiques Débit écologique 9 (m 3 /s) 8,7 36,3 25,3 27,5 8,7 Les besoins spécifiques de chaque activité ont globalement une même répartition saisonnière {tableau 9}. Dans la plupart des activités identifiées, les besoins sont maximaux durant la période estivale. Les valeurs de débits écologiques sont mentionnées à titre d information puisque même sans atteindre les valeurs déterminées par la méthode préconisée par la FAPAQ, le cours d eau présente un bon potentiel d habitats aquatiques en général et pour l omble de fontaine en particulier. Cependant, l hydrologie du cours d eau ne permet pas de garantir un débit minimum d exploitation pour chaque site. Les enjeux que peut générer le débit de la rivière Montmorency sont réels, tant sur le plan économique que social. Il peut donc être souhaitable d envisager différentes solutions permettant d assurer un débit minimum pour l exercice des exploitations principales tout en préservant, voire maximisant, la qualité et la disponibilité des habitats aquatiques salmonicoles sur la rivière Montmorency. 9 d après la méthode proposée par la FAPAQ 42

43 3 METHODES DE REDUCTION DES IMPACTS DES ETIAGES 3.1 Principaux objectifs Les différentes méthodes potentielles de réduction des impacts proposées dans cette partie ont toutes pour objectif principal de contribuer à une gestion adaptée de la ressource en eau. Les débits minimaux déterminés dans la partie 2.6., qui correspondent par ailleurs en toute saison au débit esthétique de la chute Montmorency sont utilisés comme référence des débits à garantir. Ainsi, les différents moyens mis en oeuvre pour le soutien des étiages ou tout au moins la réduction de leurs impacts auront pour objectifs principaux de : Assurer le débit saisonnier minimal (5 m 3 /s d octobre à mars et 8,2 m 3 /s d avril à septembre) permettant l exercice des différentes activités d exploitation de la ressource sur le bassin versant Améliorer la qualité et la disponibilité des habitats aquatiques et en particulier celui de l omble de fontaine, en réduisant la sévérité des épisodes d étiage Et suivant les solutions techniques : Créer un contrôle ou une réduction des débits déclencheurs d embâcles Permettre à long terme une augmentation de la capacité de production des infrastructures de prélèvement en eau potable dans le futur, sous réserve d études complémentaires et de l'application de politiques d'économie d'eau En considérant la répartition géographique des activités utilisatrices de la ressource en eau sur le bassin versant de la rivière Montmorency, différentes méthodes réductrices des impacts des étiages peuvent être envisagées. Dans l état actuel des connaissances sur les caractéristiques du bassin versant et la rivière, les solutions envisageables sont les suivantes : Une réduction des infiltrations karstiques L utilisation d un ouvrage de retenue au lac des Neiges Une variante de la méthode précédente formée par la réhabilitation de la retenue du lac English, immédiatement en aval du lac des Neiges Une combinaison de ces méthodes 43

44 3.2 La réduction des infiltrations karstiques Principe Les infiltrations karstiques présentes le long du cours d eau sont localisées dans le bassin inférieur, principalement au niveau de l affleurement de roches sédimentaires. Localisées à l amont de deux principales activités d exploitation sur le cours d eau (à savoir la production hydroélectrique et la chute Montmorency), leur réduction pourrait donc contribuer à une augmentation tangible et perceptible des débits «utilisables» à l aval. Dans la partie , les débits «perdus» par le système dans les cavités souterraines ont été estimés à 2 m 3 /s. La réduction des infiltrations karstiques nécessite la localisation exacte des zones de pertes. Il semble que les principales soient situées à 75 m sur la rive ouest en amont du barrage des Marches Naturelles. Cependant, aucune information ne démontre que les infiltrations se réduisent à ce secteur. Certes, une fraction majoritaire des débits infiltrés y transite, mais une infiltration plus diffuse n est pas à exclure. La difficulté de réalisation d un relevé exhaustif des points d infiltrations rend quasi-impossible la réduction totale des infiltrations karstiques. Toutefois, la localisation exacte des principaux interstices de la retenue du barrage des Marches Naturelles étant connue, il est possible d envisager un colmatage de ces derniers. La majorité des points d infiltration connus étant situés directement dans la retenue du barrage, les interventions de génie civil pourront être facilitées par des manipulations sur l ouvrage de retenue Impacts de la réduction des infiltrations Nature des impacts et des risques Le principe de colmatage des interstices calcaires aura des impacts tant sur la fraction de débit de la rivière Montmorency y transitant que sur la structure du réseau de galeries souterraines. En réduisant l écoulement, il semble que le processus d altération des parois puisse être ralenti, ce qui tendrait à stabiliser le milieu. Il ne faut cependant pas oublier que la majorité des effondrements ayant eu lieu dans le passé ont été successifs à une mise en eau soudaine de ces mêmes galeries. Depuis, un certain équilibre s est créé et il est possible que des modifications aux points d infiltration puissent affecter la stabilité mécanique du milieu. Leur réduction partielle pourrait vraisemblablement être sans conséquence majeure, mais un arrêt instantané des infiltrations ou pire, une rupture au niveau du système de réduction des pertes risquerait d avoir à plus ou moins long terme des conséquences plus dommageables. Une étude hydrogéologique précise du système de galeries souterraines et du phénomène d infiltration karstique semblerait pertinente avant toute intervention, d autant plus que la sécurité publique pourrait ici encore être affectée. Cependant, une réduction des infiltrations pourrait selon le degré d efficacité rabattre significativement l augmentation progressive des volumes infiltrés. Le développement des vides souterrains par le biais de l altération des parois des galeries serait ainsi atténué. Les risques liés directement à l étendue du réseau de galeries seraient par la même occasion réduits. 44

45 La chute de la Dame Blanche est une des manifestations visibles des infiltrations. Il convient cependant de s assurer que l impact visuel sur la chute de la Dame Blanche n est pas trop important. En effet, bien que de moindre importance que la chute Montmorency, elle présente un intérêt touristique du parc de la chute. Il n est pas concevable de provoquer une réduction excessive du débit puisque cette chute est baptisée, donc reconnue. La quantification des débits infiltrés étant elle-même délicate, il sera difficile de prévoir a priori l impact du comblement sur la réduction des débits. Une chose est certaine : la réduction ne sera que partielle. En considérant que les infiltrations s élèvent à 2 m 3 /s en moyenne, une réduction de moitié des débits infiltrés semble a priori réalisable. En se basant sur ces données, les débits moyens seraient donc augmentés en moyenne de 1 m 3 /s {tableau 10}. Il ne s agit cependant que d une estimation des réductions, d autant plus difficiles à déterminer que les volumes infiltrés sont eux-mêmes incertains. Tableau 10 : Évaluation des impacts de la réduction des infiltrations karstiques sur les débits minimaux sur 7 jours consécutifs (en m 3 /s) Mois Mars Période de retour (années) ,1 4,0 3,5 3, ,0 4,5 4,1 3,8 3,5 Juillet 17,4 12,7 10,7 9,3 7,8 6,9 8,8 7,9 Août 13,5 10,0 8,4 7,3 6,2 5,5 8,3 7,2 6,5 Septembre 13,9 9,5 7,6 6,2 4,8 4,0 8,6 7,2 5,8 5,0 Légende Débit inférieur au débit saisonnier minimal Avant réduction des infiltrations Après réduction des infiltrations Puisque l augmentation des débits serait directement due à des travaux réalisés dans la partie inférieure du bassin versant, les répercussions positives pourront vraisemblablement être constatées au niveau de la production hydroélectrique et au niveau de l apparence de la chute Montmorency. 45

46 Influence sur le débit esthétique de la chute Avec une augmentation moyenne annuelle de 1 m 3 /s, l impact visuel sur la chute est tout de même perceptible en période d étiage. En hiver, le gain que cela peut engendrer permettrait de répondre au débit minimum sur 7 jours consécutifs d une période de retour de 5 ans {tableau 10}. Pour les étiages plus sévères, cela porterait le débit minimum sur 7 jours consécutifs de période de retour 100 ans à 3,55 m 3 /s. Le potentiel visuel de la chute demeure certes affecté par un tel débit, mais cette valeur reste extrême et dans une période où les visiteurs sont moins nombreux. Pour la saison estivale, une partie des débits d étiage serait augmentée au-delà de la valeur limite de 8,2 m 3 /s. Seuls les débits de grande période de retour (50 ou 100 ans) pour les mois de juillet, août et septembre y sont inférieurs. Le mois de septembre semble plus sensible, puisque les interventions de réduction des infiltrations pourraient engendrer une augmentation du débit minimal sur 7 jours consécutifs de récurrence 20 ans à la valeur de 7,24 m 3 /s. Même en étant inférieure au débit esthétique optimal, une telle valeur reste supérieure à 7 m 3 /s, pour laquelle la chute change considérablement d aspect (Pinard et al., 2001). Par une augmentation moyenne de 1 m 3 /s, la réduction partielle des infiltrations permettrait donc de se rapprocher la plupart du temps des débits esthétiques de la chute. Certes, la valeur limite de 8,2 m 3 /s n est pas garantie, mais les valeurs obtenues en sont très proches. Seuls les épisodes d étiage de faible probabilité d occurrence (p < 0,02) affecteraient la qualité visuelle de la chute Montmorency Influences sur la production hydroélectrique Les impacts des différents aménagements sur l hydroélectricité seront évalués en termes de production énergétique par la centrale des Marches Naturelles. A cet effet, le modèle énergétique RETScreen est utilisé (Ministère des Ressources Naturelles du Canada, 2004). Le principe de calcul de l énergie renouvelable fournie par la centrale prend en compte différents paramètres tels que la hauteur de chute, le type de turbine etc... Dans le cadre de cette étude, l unique variable utilisée pour la simulation des différents impacts des aménagements sera le débit moyen transitant par le barrage des Marches Naturelles. Il convient alors de considérer l hypothèse suivante : le débit typiquement estimé à 1 m 3 /s résultant directement de la réduction des infiltrations karstiques crée à son aval une augmentation du débit moyen du cours d eau de 1 m 3 /s, perceptible à la station A partir des caractéristiques de la centrale des Marches Naturelles et des données existantes sur la production énergétique, un calage du modèle correspondant à l état initial a donc pu être effectué. Il permettra par la suite d évaluer les variations de production annuelle, en fonction de la variable débit moyen du cours d eau. L état initial du modèle RETScreen est présenté en annexe 20. Le débit moyen annuel du cours d eau utilisé a été calculé à partir de la série temporelle de débits depuis la remise en fonctionnement de la centrale, en

47 L augmentation du débit moyen du cours d eau crée donc une augmentation de production de 650 MWh à la centrale hydroélectrique, soit près de 3% de la production annuelle actuelle {annexe 21}. Même s il ne s agit que d une estimation, le gain de production énergétique à la centrale des Marches Naturelles est relativement faible. Une telle augmentation pourra toutefois permettre de réduire le déficit, s il existe, lors des pointes de consommation Influence sur la qualité des habitats aquatiques Même si les étiages peuvent être qualifiés de sévères en comparaison avec les débits écologiques, la population d omble de fontaine semble trouver des habitats aquatiques permettant la réalisation de chaque phase de son cycle biologique. Une augmentation du débit d étiage tendra donc à réduire la sévérité des étiages au regard des exigences de l omble de fontaine. La hausse du niveau moyen du cours d eau augmentera la quantité des habitats aquatiques. En rapprochant le débit d étiage du débit écologique, la réduction des infiltrations karstiques contribuerait au maintien de la bonne qualité générale des habitats aquatiques de la rivière Montmorency, et ce, même dans le cas d une augmentation des activités d exploitation de la ressource en eau. Toutefois, seule la partie à l aval du barrage des Marches Naturelles serait concernée par l amélioration éventuelle des habitats, ce qui représente une fraction minime de l ensemble du cours d eau. Les impacts sur la dynamique de population à l échelle du bassin versant seraient nuls, à cause de l'infranchissabilité de l'ouvrage. 47

48 3.2.3 Conclusion sur les impacts d une réduction des infiltrations karstiques Cette méthode semble apporter une solution simple dans divers domaines sensibles aux périodes d étiage. Toutefois, le caractère ponctuel dans la partie inférieure du bassin rend très localisées les améliorations perceptibles. Il s agit cependant d un moyen pouvant offrir les résultats escomptés, en particulier si une étude hydrogéologique préalable du secteur a permis la caractérisation précise de ce phénomène d infiltration. Une comparaison des différents impacts identifiés de la réduction des infiltrations karstiques par colmatage des interstices est présentée dans le tableau suivant {tableau 11} : Tableau 11 : Récapitulatif des impacts de la réduction des infiltrations karstiques en fonction des activités concernées Réseau souterrain Hydroélectricité Points positifs (+) + Rabattement de l augmentation constatée des vides souterrains + Gain sensible de production (amélioration du service en période de pointe) +Production plus soutenue en étiage sévère Points négatifs ( ) -Perturbation possible de l équilibre souterrain établi -Risques en cas de rupture - Pas de possibilité d ajustement de la production en fonction des besoins Chute Montmorency + Amélioration de l aspect visuel + Débit esthétique assuré pour les débits d étiage de récurrence d au moins 5 ans en hiver et d au moins 10 ans en été - Pas de garantie du débit esthétique - Réduction possible du débit de la Dame Blanche Habitats aquatiques + Amélioration locale - Impacts bénéfiques réduits au secteur aval des Marches Naturelles Faisabilité + Accessibilité du site + Simplicité apparente du procédé - Étude hydrogéologique préalable - Suivi et contrôle régulier des aménagements 48

49 3.3 Le soutien des étiages par un ouvrage régulateur Une autre méthode pouvant assurer les débits minimaux d exploitation de la ressource durant les périodes d étiage est l utilisation d une retenue, déjà existante dans le cadre de ce projet. Un total de 81 lacs ont été inventoriés dans l ensemble du bassin versant. Malgré leur grand nombre, seulement deux lacs naturels sont susceptibles d être aménagés en conséquence Les réservoirs naturels potentiellement utilisables Le lac des Neiges Le lac des Neiges est situé dans la Réserve Faunique des Laurentides gérée par la Société des Établissements de Plein Air du Québec (SEPAQ). Il s agit du lac de tête de la rivière des Neiges, le principal affluent de la rivière Montmorency. Il est de loin le plus important des lacs en terme de volume, avec une superficie de 7,33 km 2, un périmètre de 31,06 km, une longueur maximale de 13,52 km et une largeur maximale de 0,96 km. Il représente à lui seul 52,5 % de la superficie totale des lacs du bassin versant (CAGEB, 2001). Localisé dans le bassin supérieur, son altitude moyenne est de 803 m. Une station de mesure en continu du niveau de la retenue (# ), opérationnelle depuis 1992, a été mise en place par le Centre d expertise hydrique du Québec. Le niveau arbitraire est basé sur une plaque verte du Ministère des Ressources Naturelles située sur le dessus du pilier en rive droite à l aval du déversoir, équipé par ailleurs de vannes à segment. Son élévation est de 28,044 m (repère local). A cet endroit, le niveau moyen annuel est de 26,98 m {figure 8}. 49

50 Hauteur moyenne Hauteur maximale Hauteur minimale Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Mois Figure 8 : Moyennes mensuelles du niveau du lac des Neiges de 1992 à 2003 (référentiel local) La SEPAQ exploite le lac des Neiges en proposant des services de pêche à la truite mouchetée (omble de fontaine) et à la truite grise (touladi). L intérêt sportif de ces deux espèces fait du lac des Neiges un des sites les plus prestigieux de la région de Québec pour la pêche sportive. De multiples aménagements ont par ailleurs été mis en place afin d accroître la qualité des habitats. Le lac en lui-même soulève donc divers enjeux, principalement récréo-touristiques Le lac English Un autre lac de tête, d une superficie plus réduite cependant, pourrait également présenter un intérêt comme ouvrage de retenue. Le lac English, situé à 3,5 km en aval du lac des Neiges s étend sur 1,1 km 2. Le barrage en aval a été récemment désaffecté. L utilisation du lac comme moyen de soutien nécessiterait donc la reconstruction d un barrage avec un système de modulation des débits. 50

51 3.3.2 Quantification des apports nécessaires Le soutien des étiages permettrait à partir d une retenue aménagée à cet effet de garantir un débit minimum dans le cours d eau pour l exercice des différentes activités. En se basant sur les débits déterminés dans la partie 2.6., à savoir 5 m 3 /s en hiver et 8,2 m 3 /s en été, il est possible de quantifier les volumes nécessaires au soutien {tableau 12}. Tableau 12 : Estimation des volumes de soutien de débits minimaux sur 7 jours consécutifs de différentes périodes de retour Mois Période de retour (années) Mars Débits (m 3 /s) Volume de soutien (m 3 ) 5,1 4,0 3,5 3,1 2,8 2, Juillet Débits (m 3 /s) Volume de soutien (m 3 ) 17,4 12,7 10,7 9,3 7,8 6, Août Débits (m 3 /s) Volume de soutien (m 3 ) 13,5 10,0 8,4 7,3 6,2 5, Septembre Débits (m 3 /s) Volume de soutien (m 3 ) 13,9 9,5 7,6 6,2 4,8 4,

52 3.3.3 Cas d un soutien par le lac des Neiges : identification des impacts Le soutien des étiages à partir d une retenue engendre des modifications directes sur le régime hydrologique du cours d eau, mais également sur les activités dépendantes de la ressource en eau. Ces impacts plus ou moins perceptibles selon la sévérité des épisodes d étiage existent aussi bien à l aval qu à l amont de l ouvrage A l amont Par l apport de volumes complémentaires au débit d étiage en aval, certaines conséquences à l amont sont prévisibles, d'abord sur le niveau du lac lui-même, et indirectement, sur les activités d exploitation. Evaluation des perturbations du niveau du lac Jusqu à présent, le niveau du lac restait très proche de sa moyenne annuelle. Le marnage annuel maximum enregistré jusqu ici est de 70 cm, pour une moyenne de 58 cm {annexe 22}. Le niveau du lac est donc très stable, ce qui semble être une conséquence directe du type d ouvrage créant la retenue, à savoir un déversoir. De plus, autre facteur important, le bassin versant de ce lac de tête est relativement petit et produit un ruissellement facile à laminer compte tenu de l'étendue du plan d'eau. L intérêt majeur que représente le lac des Neiges en tant que source de soutien des étiages réside dans sa grande capacité, et plus précisément dans sa grande superficie. Les impacts directs sur le niveau d eau seront donc relativement réduits. En l absence de profils exacts du lac, on suppose par la suite constante la superficie du lac avec la profondeur, au moins en ce qui concerne les cinquante premiers centimètres. Un apport par exemple de m 3 supplémentaires au cours d eau réparti sur 7 jours consécutifs ne provoquerait qu une diminution de 1,4 cm par jour, soit moins de 10 cm sur la totalité de la période. Le soutien d un étiage de septembre d une période de retour de 100 ans engendrerait quand à lui une diminution du niveau du lac d environ 33 cm {tableau 13}. Tableau 13 : Prévision des baisses en cm du niveau du lac des Neiges après le soutien d'un épisode d'étiage d'une durée de 7 jours Mois Période de retour (années) Mars - 8,5 12,5 15,5 18,0 20,5 Juillet ,5 9,0 Août ,0 15,0 20,5 Septembre - - 3,5 15,0 26,5 33,0 52

53 En considérant qu un soutien hivernal est réalisable, il pourrait engendrer plus d impacts étant donné qu il aurait lieu lorsque le niveau du lac atteint en moyenne son minimum annuel. La diminution consécutive serait toutefois faible comparativement à la profondeur du lac, et n excéderait pas 35 cm. Evaluation des perturbations des activités La principale activité présente sur le lac des Neiges est l exploitation récréo-touristique du lieu par la SEPAQ. L intérêt est concentré sur les activités de pêches à l omble de fontaine et au touladi. Si les variations de niveau d eau sont sans conséquence sur la pratique de la pêche ellemême, il convient de s en assurer au sujet de l'écologie des espèces mentionnées. Le touladi est une espèce semblant avoir beaucoup de difficultés à s adapter aux réservoirs gérés à des fins de production d hydroélectricité (Benoit, 1997). Le marnage succédant au soutien des étiages sera toutefois d une ampleur beaucoup plus réduite. Il s agit cependant d un facteur influençant l adaptation du touladi dans les réservoirs, en particulier les phases de reproduction et d alevinage. La fraie du touladi a lieu en automne, plus précisément de la fin de septembre au début de novembre. Les frayères sont majoritairement localisées dans les secteurs exposés au vent, sur des pentes abruptes composées de substrat sans particules fines et d une profondeur de 0,5 à 4,5 m. Si la profondeur des frayères pourrait en partie les rendre sensibles au soutien des étiages, la période de fraie tend à exclure tout impact négatif de ce dernier. Le début correspond à la fin des périodes prédisposées aux étiages. Les niveaux minimaux ont donc été atteints avant que les poissons ne commencent à frayer. Le soutien hivernal, au mois de mars principalement est relativement faible par rapport au volume du lac. La diminution engendrée au lac serait au maximum de 20 cm pour un débit moyen minimal sur 7 jours consécutifs de période de retour 100 ans. Les risques de voir les sites de reproduction exondés sont donc réduits. Une étude (Choquette, 1986) préconise par ailleurs des valeurs de marnage comprises entre 0,25 m et 3,50 m, ce qui est largement respecté dans notre cas. Les modulations des débits réservés pourraient également avoir des conséquences bénéfiques sur le déroulement du cycle biologique du touladi. Des variations estivales, correspondant à un soutien des étiages estivaux contribueraient au nettoyage des frayères par une exposition accrue des substrats au régime de vagues. Il pourrait donc être judicieux d utiliser l ouvrage pour améliorer la qualité des habitats aquatiques. Une diminution du niveau du lac avant la période de fraie suivie d'une augmentation pourraient donc lutter contre l assèchement des secteurs de ponte. Un soutien des étiages par le lac des Neiges ne semble pas avoir d impact négatif sur la pêche sportive étant donné que le cycle biologique de la principale espèce recherchée (le touladi) n est pas affecté. Bien au contraire, sa reproduction pourrait être favorisée par une gestion adaptée du niveau du lac. La satisfaction des intérêts à l aval de la retenue pourrait donc indirectement favoriser les activités à l amont. 53

54 La garantie des débits saisonniers minimaux à l aval Le soutien des étiages par le lac des Neiges a pour objectif initial la garantie d un débit saisonnier minimum déterminé en partie En plus d assurer le débit esthétique de la chute en toute saison, la production hydroélectrique peut être optimisée tout en conservant (voire même en améliorant) la qualité des habitats aquatiques. Les gains de production à la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles sont estimés par l augmentation du débit moyen de la rivière à la suite du soutien des étiages. La série complète des débits moyens journaliers enregistrés depuis la remise en service de la station en 1994 est utilisée comme référence de débits. Tous les débits inférieurs à 5 m 3 /s du 1 er décembre au 31 mars et inférieurs à 8,2 m 3 /s du 1 er avril au 30 novembre sont considérés comme nécessitant un soutien. Le débit moyen corrigé par un soutien des étiages sur ces dix années consécutives est donc intégré au modèle énergétique {Annexe 23}. La production hydroélectrique annuelle passerait donc de MWh à MWh. Elle est donc très peu affectée puisque l augmentation serait inférieure à 0,2 %. Les impacts sont donc a priori négligeables mais il ne s agit que d une modélisation à partir de l état initial. La gestion actuelle du barrage des Marches Naturelles permet déjà l optimisation de la production énergétique, pour les débits supérieurs à un minimum d exploitation. Même s il est délicat de prévoir exactement les gains de production, le soutien des étiages par le lac des Neiges ou tout autre réservoir n aura pas d impact négatif sur le rendement de la centrale des Marches Naturelles. Les conséquences sur l ensemble du cours d eau sont donc réduites, mais suffisantes pour assurer la continuité du service de production énergétique et du potentiel touristique de la chute Montmorency. Les habitats aquatiques étant d une bonne qualité en général, une augmentation sensible du débit durant les périodes critiques favoriserait le déroulement du cycle biologique des espèces aquatiques, et de l omble de fontaine en particulier. Les phases critiques de son développement, la reproduction et l alevinage, seraient donc facilitées, ce qui pourrait se répercuter à moyen terme sur la dynamique de population. Cette méthode de soutien des étiages par un ouvrage régulateur est cependant plus adaptée à la saison estivale. En effet, la présence de couvert de glace sur la totalité du cours d eau en hiver réduit les possibilités d opération au lac. En revanche durant la saison estivale, la présence de personnel sur le site et d un ouvrage fonctionnel rend cette méthode bien adaptée. 54

55 Conclusion sur les impacts d un soutien par le lac des Neiges Tableau 14: Récapitulatif des impacts d'un soutien des étiages par le lac des Neiges Points positifs (+) Points négatifs ( ) Chute Montmorency + Garantie du débit esthétique Aucun impact négatif Hydroélectricité Habitats aquatiques Faisabilité + Garantie du débit minimum d exploitation fixé par l autorisation ministérielle de Amélioration possible sur la totalité du linéaire + Possibilité d une gestion appropriée au lac des Neiges pour le touladi + Retenue de grande capacité + Ouvrage principal existant Aucun impact négatif - Selon la gestion, répercussions possibles sur le cycle biologique du touladi - Projet d envergure importante - Contrôle et suivi des installations - Suivi précis des épisodes d étiages La réalisation d un tel projet nécessite la mise en place d un ouvrage de retenue adéquat permettant une régularisation des débits via une opération télémétrique automatisée. Les coûts engendrés peuvent être résumés très sommairement ainsi (Pinard et al.,2001) : Intervention sur la structure $ Système d automatisation $ Télémétrie $ Total $ 55

56 3.3.4 Variante : utilisation du lac English L utilisation du lac English comme retenue d eau est très similaire au cas précédent, tout au moins en ce qui concerne les impacts à l aval. En effet, les objectifs principaux du soutien des étiages devront de la même façon être atteints. Les débits minimaux inférieurs aux valeurs critiques seront donc complétés par un apport du lac. Avec une superficie plus faible que le lac des Neiges (1,1 km 2 vs 7,33 km 2 ), le lac English sera plus prédisposé aux variations de niveau d eau. En effet, dans les cas extrêmes de soutien d un étiage de septembre correspondant au débit minimum sur 7 jours consécutifs de période de retour 100 ans, le niveau diminuerait de 2,2 mètres. Les variations sont donc beaucoup plus perceptibles ce qui nécessiterait la construction d un ouvrage relativement conséquent. Le manque d informations concernant le lac English avant la destruction de l ouvrage de retenue ne permet pas d évaluer la pertinence de ce projet. La remise en eau du lac English permettrait de limiter l impact direct des opérations de soutien d étiage sur les activités au lac des Neiges. Une gestion combinée des deux ouvrages pourrait également être un moyen efficace de réduction des impacts des étiages. 56

57 Conclusion En plus de représenter une phase hydrologique difficile pour la rivière Montmorency, les épisodes d'étiage sont également une contrainte de l'exploitation de la ressource en eau. L'un des objectifs de cette analyse est donc d'identifier les limites qu'ils pourraient imposer aux différents usagers de la ressource présents sur le bassin versant. L'étude statistique des débits minimaux a permis en premier lieu de caractériser les étiages par leur répartition saisonnière de débits de référence, selon différentes probabilités d'occurrence. Les valeurs de débit obtenues ont ainsi pu être confrontées aux besoins des différentes activités d'exploitation de la ressource en eau du bassin versant c'est-à-dire : l'alimentation en eau potable des arrondissements de Beauport et Charlesbourg et la production hydroélectrique aux Marches Naturelles. Le récréo-tourisme constitue également un usage majeur du cours d'eau, puisque avec près d'un million de visiteurs annuellement le parc de la chute Montmorency est l'un des sites les plus fréquentés de la région de Québec. Le développement d'une méthodologie d'analyse hydro-informatique (analyse visuelle) des débits a par ailleurs facilité la détermination d'un débit esthétique d'hiver (5 m 3 /s), valeur indicative qui devra cependant être validée auprès d'un échantillon plus étendu d'observateurs. Même si la ressource ne semble pas être surexploitée sur le bassin versant, il convient de ne pas sous-estimer la sévérité éventuelle des étiages lors de sa gestion future. Ainsi, dans la continuité de l'analyse des étiages proprement dite, différentes solutions techniques de réduction des impacts sont proposées. Le colmatage des points d'infiltrations karstiques ou le soutien des étiages par un ouvrage de contrôle des débits au lac des Neiges semblent répondre au mieux aux objectifs initiaux. Avec la mise en place de la Politique Nationale de l'eau, plusieurs éléments de ce document pourront être pris en considération lors de la réalisation du Plan Directeur de l'eau. En favorisant la concertation et la prise de décisions dans un cadre participatif, le PDE sera très certainement l'instrument qui permettra à l'avenir une gestion plus efficace de l'eau. Il deviendra ainsi l'expression de la vision et des priorités des usagers et des acteurs de l'eau quant au devenir de leur bassin versant. 57

58 4 BIBLIOGRAPHIE AUDET D., BOUCHER C., CAUMARTIN A., SKEENE C., Probabilités et statistiques 2 ème édition, Editions Gaétan Morin, 2000, 411 pages. BELZILE L., BERUBE P., HOANG V.D., LECLERC M., Méthode écohydrologique de détermination des débits réservés pour la protection des habitats du poisson dans les rivières du Québec, rapport présenté par l INRS-Eau et le Groupe-conseil Génivar inc. au Ministère de l Environnement et de la Faune du Québec et à Pêches et Océans Canada, 1997, 91 pages. BENOIT J., SCROSATI J. et DUMONT D., Situation du touladi (Salvelinus namaycush) des réservoirs Chateauvert, Kempt, Manouane et Mondonac, Ministère de l Environnement et de la Faune - Direction régionale Mauricie Bois Francs, Trois-Rivières, Rapport technique, 1997, 93 pages. BOIVERT R., Étude des débits d étiage en hiver et du comportement de la courbe de tarissement, septembre 1969, 91 pages. BORALEX INC., Description des sites, "en ligne", visité le 5 février 2004, < BOUILLON A., BOILY P., Grottes de Courville, Bilan des connaissances, document déposé à la Direction des Services Techniques de la Ville de Beauport, mai 1994, 66 pages. CENTRE D'EXPERTISE HYDRIQUE DU QUEBEC, Suivi hydrologique de la rivière Montmorency à la station , "en ligne", mise à jour quotidienne, 2004, < CORPORATION D ACTIONS ET DE GESTION ENVIRONNEMENTALES DE BEAUPORT (CAGEB), Projet d implantation d une gestion intégrée par bassin versant pour la rivière Montmorency, Volume 1 : le portrait du bassin versant, janvier 2001, 137 pages. CORPORATION D ACTIONS ET DE GESTION ENVIRONNEMENTALES DE BEAUPORT (CAGEB), Projet d implantation d une gestion intégrée par bassin versant pour la rivière Montmorency, Volume 2 : Le conseil de bassin : l outil par excellence de la concertation, janvier 2001, 26 pages. CHOQUETTE L., Rivière des Escoumins, évaluation environnementale du soutien des étiages estival et hivernal pour le saumon de l atlantique, MENVIQ - Direction de l Hydraulique, rapport n , juillet 1986, 30 pages. 58

59 DERY J., DELUDE P., Étude sur l efficacité de la passe migratoire du lac des Neiges dans la réserve faunique des Laurentides durant la saison 1984, Ministère du Loisir, de la Chasse et de la Pêche, janvier 1985, 16 pages. DUCHESNE J.F., FORTIN C., Facteurs affectant le cycle vital de quelques espèces de poissons d intérêt sportif au Québec, Ministère de l Environnement et de la Faune, août 1994, 34 pages. ENVIRONNEMENT QUÉBEC, L eau. La vie. L avenir : Politique nationale de l eau, 2002, 91 pages. FACULTE DE SCIENCES, UNIVERSITE LAVAL, La rivière Jacques-Cartier avec un aménagement hydroélectrique : impact potentiel sur l environnement, mai 1973, 58 pages. FAPAQ (Société de la Faune et des Parcs du Québec), Politique de débits réservés écologiques pour la protection du poisson et de ses habitats, Direction de la faune et des habitats, 1999, 23 pages. FONDATION DE LA FAUNE DU QUEBEC, Habitat du poisson : le touladi, guide d aménagement d habitats, 1996, 20 pages. GAUVIN D., LACHANCE B., NADEAU A., Bilan de l approvisionnement en eau potable pour la région 03, Direction Régionale de la Santé Publique de Québec (DRSP) - Direction régionale du Ministère de l Environnement et de la Faune, 1993, 58 pages. GUIMONT F., GERMAIN D., Etude d impact : projet de reconstruction du barrage à l exutoire du lac Brome, Ministère des Ressources Naturelles (MRN) - Direction du domaine hydrique, Novembre 1979, 58 pages. INRS EAU - UNIVERSITÉ DE LAVAL DÉPARTEMENT GÉNIE CIVIL, Analyse des risques d inondations par embâcles de la rivière Montmorency et identification de solutions techniques innovatrices, janvier 2001, 108 pages. LECLERC M., DOYON B., HENICHE M., SECRETAN Y., LAPOINTE M., DRISCOLL S., MARION J., BOUDREAU P., Simulation hydrodynamique et analyse morphodynamique de la rivière Montmorency en crue dans le secteur des Îlets, Rapport INRS-Eau N R522. Travaux réalisés pour la Ville de Beauport, février 1998, 134 pages. LES CONSULTANTS BPR - INGÉNIEURS CONSEILS, Rivière Montmorency : recherche de solutions aux problèmes d inondations, 1994, 42 pages. MONFET J., Répercussions hydrauliques de la démolition ou de modifications au barrage Girouard sur la rivière Bulstrode, MENV - Direction des ouvrages hydrauliques, dossier : 701/1957, décembre 1983, 18 pages. 59

60 MINISTERE DU TOURISME, DE LA CHASSE ET DE LA PECHE - Service général de la recherche et du développement, Sondage auprès de la clientèle des parcs de Montmorency, Rawdon et Sainte Ursule, été 1974, 74 pages. PINARD D., DAIGLE A., ROCHETTE O., Scénarios d'alimentation en eau de la nouvelle Ville de Québec, Projet : , Génécor inc. - Experts-conseils, in Villeneuve et al, 2002, décembre 2001, 66 pages. SCOTT W.B., CROSSMAN E.J., Poissons d eau douce du Canada, Ministère de l Environnement - Service des pêches et sciences de la mer, Ottawa 1974, 1026 pages. SPELTECH INC., Approche suggérée concernant l'acquisition de données sur la totalité du réseau de cavernes de Beauport, mars 1998, 16 pages. VILLENEUVE J.P., MAILHOT A., SALVANO E., Problématique de l approvisionnement et de l utilisation de l eau potable dans la nouvelle Ville de Québec, Rapport INRS, janvier

61 5 ANNEXES 61

62 Annexe 1 : Localisation du bassin versant de la rivière Montmorency (CAGEB, 2001) 62

63 Annexe 2 : Débits moyens mensuels à la station ( ) Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Annuel ,14 21,23 13,70 19, ,35 6,00 4,67 5,18 102,99 97,09 33,93 15,60 22,52 40,29 47,67 11,62 32, ,33 4,84 4,87 36,17 64,22 45,01 37,90 13,30 11,45 37,74 100,76 21,67 32, ,65 6,88 6,54 27,66 223,74 86,19 52,17 28,10 18,14 31,27 17,24 13,20 43, ,98 8,83 7,34 23,99 195,41 76,25 51,06 33,49 20,70 27,84 26,20 9,82 41, ,43 8,73 7,50 28,44 172,69 74,97 52,66 37,41 35,47 19,77 23,55 10,55 40, ,04 5,29 5,11 39,61 80,25 50,27 46,38 32,33 38,38 32,93 36,02 13,24 32, ,34 8,64 6,85 32,91 87,85 24,42 45,58 37,61 38,62 40,95 17,82 12,49 30, ,63 6,46 5,36 19,30 153,26 34,00 14,11 14,81 10,97 17,03 13,07 6,63 25, ,53 3,81 3,81 39,66 150,88 46,00 17,45 15,29 18,53 18,95 39,35 27,83 32, ,91 6,49 6,59 41,93 71,93 66,02 33,32 22,39 28,42 35,95 29,45 10,00 30, ,65 5,34 61,97 35,62 135,11 47,58 31,18 17,85 33,74 59,20 26,81 13,63 39, ,32 12,41 7,56 33,62 133,22 55,60 31,87 44,99 28,18 58,25 37,03 11,14 39, ,89 8,27 13,48 100,10 84,10 32,16 26,17 53,20 59,89 19,73 17,02 10,51 36, ,19 5,58 4,39 14, ,07 50,51 29,11 25, ,12 23,27 23, ,45 7,87 6,05 14,82 94,36 29,93 20,28 26,20 38,43 53,66 20,01 8,99 27, ,85 7,29 8,09 29,06 125,75 69,48 19,34 37,10 28,04 42,26 84,88 28,88 40, ,42 7,55 5,85 11,66 59,20 91,98 31,94 31,55 19,60 50,69 22,72 13,77 29, ,06 8,00 6,91 88,57 58,74 33,67 24,22 13,97 11,90 19,83 9,32 5,57 24, ,56 4,25 3,84 24,05 142,62 65,32 33,87 44,05 32,56 23,35 44,65 18,60 36, ,67 8,20 3,98 28,46 130,88 60,89 29,94 26,38 45,48 49,76 25,28 11,99 35, ,72 4,82 4,47 19,07 146,59 33,96 21,94 48,48 46,77 34,31 17,16 9,72 32, ,53 4,69 5,23 11,26 160,25 90,55 57,25 41,71 22,36 56,29 21,59 18,71 41, ,53 23,19 19,22 80,21 144,35 55,71 66,29 39,55 40,71 33,54 19,66 28,05 46, ,22 8,33 8,06 34,99 161,25 126,59 47,27 38,20 31,39 36,14 34,35 31,60 47, ,38 5,98 16,55 23,69 156,84 59,56 20,77 17,63 31,09 22,82 27,54 19,25 34, ,87 12,84 16,20 95,26 155,32 38,68 67,17 49,72 28,48 29,45 15,39 9,17 44, ,42 5,47 10,22 63,24 120,88 41,15 31,56 30,92 32,20 48,95 27,06 13,72 35, ,08 8,91 5,52 16,34 144,47 35,88 15,44 11,91 13,20 30,50 18,16 9,80 27, ,19 4,17 28,53 85,09 108,54 39,94 13,41 23,28 65,18 37,04 37,18 21,57 39,18 63

64 Annexe 3 : Débits moyens mensuels à la station ( ) Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Annuel ,06 7,53 7,66 67,84 72,45 33,57 22,09 20,10 36,74 40,34 19,95 7,43 29, ,93 39, ,05 27,40 34,50 20,44 32,15 19,25 9,33 27, ,89 5,14 4,82 32,31 107,18 28,66 16,74 17,61 32,39 19,22 52,04 32,05 29, ,20 14,90 17,04 57,63 169,41 51,26 21,23 15,95 22,18 31,56 25,54 12,79 38, ,65 9,41 9,59 61,80 136,70 44,17 28,70 19,08 16,87 15,14 26,93 13,67 32, ,99 4,38 4,36 46,21 119,74 52,00 31,34 15,38 15,63 31,67 19,38 12,14 29, ,00 10,25 7,10 97,02 102,19 46,84 45,68 32,26 36,50 32,80 22,14 11,33 38, ,05 4,70 13,29 104,80 34,72 34,03 34,38 16,03 24,30 35,45 38,56 17,78 30, ,47 6,81 4,97 43,18 104,05 28,64 22,62 31,81 33,07 48,96 47,20 12,19 32, ,24 4,82 7,02 31,54 160,45 44,13 13,97 13,31 13,98 36,45 50,51 9,18 32, ,07 7,09 17,46 66,64 107,22 49,39 22,03 25,51 15,10 81,65 35,15 24,50 38, ,48 6,33 7,70 63,35 126,65 24,38 10,92 19,48 18,88 65,38 21,99 12,66 32, ,89 3,84 9,41 28,83 56,41 25,37 55,26 34,14 42,80 31,71 29,37 9,62 27, ,08 4,57 4,66 82,63 93,93 38,34 17,62 23,80 33,55 63,48 32,68 21,83 35, ,67 5,89 3,57 35,89 137,13 89,24 59,72 27,83 26,13 16,36 44,74 14,50 39, ,38 9,78 14,08 35,16 105,40 38,88 16,86 11,93 13,70 49,46 57,70 10,60 31, ,12 23,04 10,05 60,79 156,40 48,83 70,08 25,26 18,96 33,15 52,77 27,03 45, ,93 7,74 6,55 21,86 152,78 78,20 29,94 16,06 17,30 17,23 43,24 8,28 34, ,10 4,75 17,38 76,49 71,78 75,28 31,60 15,24 26,91 34,81 16,50 19,63 33, ,80 11,41 14,30 40,63 160,46 55,71 29,43 22,33 32,56 55,69 50,39 26,66 42, ,36 6,97 12,40 52,36 125,60 32,21 22,48 16,95 27,46 24,43 21,37 17,59 30, ,56 8,96 5,65 46,23 96,42 26,62 35,20 11,64 20,56 38,66 33,73 27,14 30, ,10 6,67 7,00 83,82 87,24 46,90 19,69 10,69 11,03 17,86 24,14 9,91 27, ,60 6,82 6,25 35,73 86,64 31,51 39,50 42,12 13,81 46,32 56,43 56,69 35,78 Mensuel interannuel 9,85 8,31 9,75 45,72 120,33 51,75 33,30 26,73 27,40 36,70 32,51 16,41 34,90 64

65 Annexe 4 : Débits minimaux journaliers à la station ( ) Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Annuel ,5 11,8 13,7 11, ,35 6 4,67 5,18 17,5 26,6 15 7,25 13,6 15,4 18,4 10,6 4, ,33 4,84 4,87 5,95 16,4 16,6 16,4 7, ,1 17,9 9,54 4, ,65 6,88 6,54 6,74 6,91 26,3 20,6 17,2 12,1 13,2 10,2 10,1 6, ,95 7,56 7,19 8,04 50,4 24,2 14,3 16,7 12,3 14,8 12,5 9,12 7, ,17 8,44 7,22 17,6 51,3 43,9 24,2 17,9 14,2 14,2 13 9,17 7, ,19 5,01 4, , ,5 15,9 23,6 22,7 10,3 4, ,32 7,9 6,54 14, ,1 13, ,4 18,2 10,9 9,34 6, ,64 5,89 5,27 7,39 32,8 34 9,91 8,58 7,28 9,91 8,47 6,2 5, ,22 3,71 3,71 5, ,6 12,3 9,17 12,2 12,5 15,2 9,91 3, ,04 5,97 5,64 7,08 35,7 32,8 20,4 11,7 17,3 23,2 11 5,1 5, ,89 4,81 4,47 18,1 38,8 19,4 12,2 9,17 16, ,04 4, ,1 6,43 13,1 62,9 20,2 13,3 10, ,6 16,2 7,22 6, ,83 6,65 6,09 17,9 39,6 19,7 19,7 18,9 26,8 15,2 4,96 8,92 4, ,06 5,58 4,39 3, ,6 21,7 18, , ,28 9,06 7, ,97 6,37 4,53 4,53 34,5 13,6 11,9 11, ,4 10,8 6,23 4, ,12 6,12 5,66 8,89 22,9 24,2 13,3 12,1 11,1 22,4 22,1 14,8 5, ,65 6,23 4,96 6,23 28,1 25, ,5 9, ,7 9,34 4, ,06 5,49 4,79 17,6 28,6 14,5 12,7 9,46 10,3 9,4 5,86 4,56 4, ,94 3,71 3,28 4,02 32,6 25,8 11, ,6 13,2 17,3 9,49 3, ,98 4,87 3,62 3,45 63,1 21, ,1 18,2 23,4 13,9 7,93 3, ,3 4,33 3,99 4,08 49, ,6 13,5 28,9 10,4 12,5 6,74 3, ,52 4,33 3,82 4,81 45,6 34,8 22,7 18,8 12, ,4 11,3 3, ,34 8,61 8, ,2 21,1 22,7 20,7 17,9 16,4 12,2 15,7 6, ,78 6,94 6,51 7,08 60,6 26,1 18,4 18,5 12,9 17,3 15,2 11,5 6, ,08 5,38 5,04 9,51 54,1 20,6 13,6 11,6 11,8 16,7 11,9 11,2 5, ,65 9,32 8,92 25,3 69,9 23,8 27,3 22,5 16, ,4 7,31 6, ,86 5,3 5,32 13,4 46,4 20,4 14,1 15,7 14,8 25,5 15,4 10,3 5, ,4 5,2 5,1 31,9 19,6 11 6,98 9,08 11,6 10,7 7,2 5, ,9 3,8 3,8 18,6 44,4 15,5 8,18 9,39 25,2 21,4 13,6 13,2 3,80 65

66 Annexe 5 : Débits minimaux journaliers à la station ( ) Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Annuel ,9 6,4 6,1 10,3 20,5 21, ,2 15,2 21 8,29 5,35 5, ,75 2, ,9 12,2 10,6 16,1 10,3 7,1 2, ,7 4,55 3,66 5,87 32,6 13 8,98 9,1 13,8 10,3 13,7 13 3, ,4 7,6 7,1 11,4 55, ,8 8,36 12,2 9, ,1 7, ,7 6,9 7,82 8,55 59,6 22,2 14,6 9,74 8,93 11,3 11,4 9,5 6, ,25 3,8 3,95 4,45 54, ,7 8,86 6,31 15,3 10,4 8,3 3, ,7 5,55 4,2 19,9 33,2 20,3 19,7 19,2 17,4 24,2 13,3 8,7 4, ,7 3,9 3 33,2 21,6 9,69 19,1 10,4 11,9 16,9 17,4 9,37 3, ,52 5,06 3,55 11,5 34,9 13,8 12,8 11,3 20,3 20,8 19,4 9,19 3, ,69 4,14 3,63 14,6 57,2 18,9 7,08 6,65 5, ,5 7,31 3, ,66 5,67 4,79 12,3 35,2 27,5 12,3 11,2 8,83 26,5 18,4 13,5 4, ,46 5,64 5,63 12,2 66,4 11 6,03 6, ,4 12,6 7,221 5, ,096 2,997 2,584 9,252 24,17 14,23 16,37 10,35 17,46 19,98 14,2 6,895 2, ,448 3,945 3,682 8,026 43,61 15,25 10,54 12,14 14,3 27,57 12,99 10,9 3, ,151 4,797 3,019 3,462 71,04 33,4 25,65 16,22 15,95 12,14 14,92 9,036 3, ,128 8,458 8,165 9,739 64,22 17,82 10,42 6,124 5,415 9,585 15,4 8,259 5, ,959 8,214 7,434 7,311 63,88 20,57 27,06 11,94 8,938 19,23 12,1 14 6, ,69 6,61 5,715 6,129 69,77 29,78 9,189 6,814 12,01 9, ,027 5, ,441 4,388 4,873 28,58 13,88 15,93 16,35 8,225 14,18 20,35 9,091 10,8 4, ,9 10,4 10,8 15,4 47,83 21,19 18,15 9,477 7,219 26,57 17, , ,67 6,439 7,911 31,9 46,86 19,24 9,904 9,267 6,68 14,39 12,5 5,982 5, ,36 6,959 5,22 5,222 22,78 12,12 17,04 6,897 6,852 16,95 19,46 10,65 5, ,377 5,574 5,39 6,977 37,86 19,55 9,484 4,865 3,644 10,38 7,002 6,913 3, ,884 5,337 2,758 7,245 38,12 10,29 14,84 5,179 1,379 20,19 19,66 19,33 1,38 Mensuel interannuel 2,75 2,75 2,584 3,45 6,91 9,69 6,03 4,865 1,379 9,2 4,96 4,56 66

67 Annexe 6 : Débits moyens mensuels à la station ( ) Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Annuel ,70 10,03 19,91 7,87 11, ,27 1,08 0,67 7,05 10,31 27,99 9,48 10,88 6,56 15,55 6,77 3,77 8, ,98 2,56 1,76 16,57 16,16 8,89 7,30 4,08 3,25 6,86 3,18 1,75 6, ,22 1,03 0,94 8,43 29,78 16,81 5,83 10,05 8,11 5,43 9,40 3,32 8, ,46 0,82 0,58 4,52 30,77 17,47 7,21 7,54 12,85 12,08 6,13 2,24 8, ,97 0,74 0,83 2,09 41,26 10,54 7,44 15,31 12,50 9,61 5,20 2,31 9, ,04 0,68 0,53 1,18 34,80 21,83 15,46 10,06 6,33 11,96 5,46 3,80 9, ,94 2,59 2,44 11,84 33,13 13,74 14,18 8,56 9,83 7,72 4,36 5,48 9, ,63 1,63 1,28 4,18 31,75 37,93 10,82 10,48 8,18 9,18 8,21 6,19 11, ,97 1,69 3,16 4,10 44,07 13,49 5,67 5,91 9,36 7,29 7,69 7,62 9, ,33 2,66 2,74 15,56 37,66 10,58 12,93 11,38 5,86 5,57 3,60 2,82 9, ,56 1,07 2,23 9,32 32,49 11,28 7,73 7,82 6,34 9,17 5,89 3,00 8, ,27 1,79 0,99 1,82 30,05 9,70 4,64 3,72 4,26 7,47 4,78 2,44 6, ,61 1,15 2,38 15,45 24,54 9,72 3,67 5,56 14,61 8,57 7,14 5,73 8, ,78 1,41 1,43 11,91 18,45 9,31 6,67 5,52 8,49 9,81 5,65 2,42 6, ,34 4,86 2,82 17,62 29,89 13,92 7,33 8,62 4,93 7,71 5,10 2,25 8, ,28 0,97 0,92 3,40 26,83 8,72 4,60 3, , ,79 21,94 4,29 11, ,03 1,25 1,20 5,21 42,89 22,78 7,69 4,22 4,91 4,79 8,24 1,82 8, ,37 1,11 4,09 17,54 18,24 17,55 7,92 3,81 6,26 7,97 4,02 6,59 8, ,28 2,66 3,54 3,20 51,89 14,09 6,84 4,94 8,50 11,80 9,59 2,50 10, ,27 0,25 0,36 0,87 37,52 7, ,79 4,50 6,81 7, ,09 3,38 1,75 9,44 25,70 5,37 10,91 2,85 3,74 7,52 7,22 13,57 7, ,39 7,26 13,76 30,25 21,78 11,77 5,35 3,57 3,66 4,27 7,67 6,44 10, ,58 3,92 8,76 17,17 19,72 6,61 10,87 8,00 2,71 9,15 Mensuel interannuel 2,18 1,68 1,74 8,16 30,87 15,09 8,22 7,44 7,62 8,87 7,46 4,05 8,61 67

68 Annexe 7 : Ajustements statistiques des débits minimaux journaliers selon différentes répartitions saisonnières à la station Période de retour (ans) Débits minimaux journaliers (en m 3 /s) Loi de probabilité er Janvier - 31 décembre Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma er octobre - 31 septembre Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma er juillet - 30 juin Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma er avril - 31 septembre Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma er octobre - 31 mars Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma

69 Annexe 8 : Ajustements statistiques des débits minimaux sur une base saisonnière à la station Période de retour (années) Débits 10 Période Lois statistiques Q 1 Q 2 Q 7 Q 30 1 er Octobre - 31 Mars 1 er Avril - 30 Septembre 1 er Octobre - 31 Mars 1 er Avril - 30 Septembre 1 er Octobre - 31 Mars 1 er Avril - 30 Septembre 1 er Octobre - 31 Mars 1 er Avril - 30 Septembre Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Q i : débit minimum moyen sur i jours consécutifs exprimés en m 3 /s 69

70 Annexe 9 : Ajustements statistiques des débits minimaux sur une base annuelle à la station Période de retour (années) Débits 11 Loi de probabilité Q 1 Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Q 2 Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Q 3 Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Q 7 Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Q 30 Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma Q i : débit minimum moyen sur i jours consécutifs exprimés en m 3 /s 70

71 Annexe 10: Ajustements statistiques des débits minimaux sur une base saisonnière à la station Période de retour (ans) Débits minimaux journaliers (en m 3 /s) Loi de probabilité er Janvier - 31 décembre Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma er avril - 31 septembre Gumbel LogNormale (3 param) Pearson type III Gamma

72 Annexe 11 : Alimentation en eau potable de Beauport et Charlesbourg (Villeneuve et al, 2002) 72

73 Annexe 12 : Schéma récapitulatif de l approvisionnement en eau potable à partir de la rivière Montmorency Réservoir des Erables RIVIERE des 7 ponts RIVIERE MONTMORENCY Lac des Roches Aqueduc Régional Station de chloration Poste de traitement des Ilets CHARLESBOURG 2 Puits BEAUPORT Légende Usine de traitement de la ville de Québec RIVIERE St CHARLES Aqueducs Origine : Eaux de surface BV de la Montmorency exclusivement BV de la Montmorency partiellement Extérieures au BV de la Montmorency Eaux souterraines du Bassin Versant Poste de pompage * Une partie des eaux approvisionnant Beauport vient du sous-bassin versant de la rivière Duberger à travers l Aqueduc régional 73

74 Annexe 13 : Inventaire des habitats potentiels pour salmonidés dans le secteur du barrage des Marches Naturelles 74

75 Annexe 14 : Données de la méthode de détermination des débits infiltrés Comparaison des débits observés et estimés à la station Moyenne interannuelle des débits minimaux journaliers Moyenne interannuelle des débits minimaux journaliers estimés (Qest) Moyenne interannuelle des débits minimaux journaliers (Qobs) Variations entre Qobs et Qest Variations entre (Qobs + Qaep 12 ) et Qest Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre ,00 (Q051005, Q051001) Linéaire ((Q051005, Q051001)) 120,00 station ,00 80,00 60,00 y = x R 2 = ,00 20,00 0,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 station Corrélation des enregistrements des stations et Qaep est le débit prélevé sur la rivière Montmorency évalué à 0.55 m 3 /s (cf ) 75

76 Annexe 15 : Comparaison des débits de la Dame Blanche et de la chute Montmorency le 17 mars 2004 Photographie 2 : La chute Montmorency (Q = 0,5 m 3 /s) Photographie 3 : La Dame Blanche 76

77 Annexe 16 : Pistes de réflexion sur la communication autour de la problématique du réseau des cavernes de Beauport Extrait du rapport soumis à la ville de Beauport par SPELTECH INC. Intitulé «Approche suggérée concernant l acquisition de données sur la totalité du réseau des cavernes de Beauport» (mars pages 13 et 14) Chapitre 9 : Nécessité d une approche à caractère pédagogique (...) Une approche auprès des citoyens doit être élaborée sur le long terme et comporter les étapes suivantes : - Sensibilisation aux travaux exécutés par les autorités et les spécialistes pour identifier l ampleur des phénomènes souterrains et pour les contrôler au mieux. - Amener les citoyens à comprendre qu il leur faut vivre à l aplomb de ces vides naturels, et que cela se peut en toute sécurité. - Lorsque l ensemble du réseau souterrain sera sous contrôle, faire comprendre que ces cavernes, après avoir été une contrainte occulte, peuvent devenir des éléments spécifiques du patrimoine naturel régional. Élaborer un concept de mise en valeur de ce patrimoine basé sur l originalité de ce réseau souterrain (les plus grands vides connus d origine glacio-tectonique). Ce concept pourra intégrer des attractions récréo-touristiques diverses (...) 77

78 Annexe 17 : Note explicative de la procédure vidéo d analyse visuelle du débit esthétique de la chute Montmorency DÉTERMINATION DES DÉBITS ESTHÉTIQUES DE LA CHUTE MONTMORENCY PROTOCOLE DE LA PROCÉDURE VIDÉO Cette méthodologie d analyse hydro-informatique des débits esthétiques a été proposée dans le cadre de l étude des impacts des étiages de la rivière Montmorency sur les différents usages de la ressource en eau pour le Conseil de Bassin de la Rivière Montmorency. Afin de compléter ce mandat, l estimation du débit minimal de la chute Montmorency pour lequel elle conserve son potentiel touristique était nécessaire {Se reporter au rapport «Les impacts des étiages de la rivière Montmorency» pour plus de détails}. Une méthode simple consiste à s appuyer sur différents clichés photographiques du site en les associant aux débits correspondants. Cette méthode fut déjà utilisée pour la chute Montmorency à partir des données photographiques de la Société des Établissements de Plein Air du Québec (SEPAQ). On peut toutefois regretter que l évolution des débits ne soit pas prise en compte. La procédure vidéo possède donc l avantage de présenter une évolution progressive des débits durant les périodes d étiage permettant ensuite une évaluation plus fine du débit esthétique. Ce protocole a pour objectif principal de cadrer la réalisation de la procédure pour la détermination du débit esthétique de la chute Montmorency. L application à d autres cas similaires est tout à fait concevable. Pour cette raison, la présente note traitera du cas général, puis ensuite du cas particulier de la chute Montmorency. 78

79 1. Localisation du site de prises de vue CAS GÉNÉRAL : Les prises de vue doivent être effectuées du site principal d observation. Préférablement, ce dernier se situe sur la médiatrice du segment que représente la chute. Une distance suffisante pour obtenir une vue de la chute sur toute la largeur est nécessaire. Cela peut donc nécessiter une à plusieurs centaines de mètres de recul par rapport au site. Si aucun accès ne permet de répondre à ces critères, une étude à partir du site le plus fréquenté par les touristes peut être suffisante. CAS DE LA CHUTE MONTMORENCY : L accès au pied de la chute Montmorency est facilité par les infrastructures destinées aux visiteurs. Le site de prises de vue se situe sur le pont parallèle à la voie de chemin de fer, sur la perpendiculaire à la faille Montmorency passant approximativement par le centre la chute {figure 1}. Figure 1 : Localisation du site de prises de vue de la chute Montmorency Très précisément, l opérateur est placé dos à l Autoroute Dufferin-Montmorency, face à la rambarde de la passerelle au deuxième poteau à droite de la dernière lumière. Cela correspond au dixième poteau en partant de l extrémité Est de la passerelle. 79

80 2. Matériel CAS GÉNÉRAL : Le matériel est spécifique à chacun des cas. La seule recommandation d ordre général est l utilisation d une caméra numérique, puisqu un traitement informatique conséquent des données photographiques sera réalisé par la suite. CAS DE LA CHUTE MONTMORENCY : Les caractéristiques du matériel utilisé sont récapitulées dans le tableau 1 : Tableau 1 : Caractéristiques du matériel utilisé Caméra Prise de vues Accessoires Numérique SONY Modèle Cyber-shot 3.2 Mégapixels DSC-P52 Valeur d ouverture maxi F3.8 Focale obj. (mm) : 12.6 Vitesse d obturation (sec) : 1/400 Valeur d ouverture : F8.0 Valeur d exposition : ± OEV Programme d exposition : Paysage Balance des Blancs : Automatique Résolution : 3.1 Trépied OPTEX, modèle T265 80

81 3. Traitement des données photographiques Etape 1 : Prétraitement des images de références Une fois la base de données créée à partir des débits associés aux clichés, un traitement est préalable à l utilisation des différents logiciels de montage vidéo. Le principe est l interpolation des prises de vue par le principe de «morphing». Le sujet du morphing étant l écoulement de la chute, les variations sur l environnement extérieur doivent donc être réduites au minimum. A cet effet, le logiciel Adobe Photoshop est utilisé afin de référencer les différentes images de la chute sur une même base. A priori, en conservant pour chaque prise de vue les mêmes paramètres et un respect strict de l emplacement, l ajustement peut être réalisé très précisément ou tout au moins suffisamment pour ne pas être perceptible à l œil nu. Les points de référence peuvent être des points singuliers du paysage comme des sommets d arbres, roches, bâtiments ou tout autre singularité pourvue qu elle soit fixe et présente durant la totalité de la période de recueil de données. Une fois le cadrage effectué, il suffit d extraire une à une les photos centrées et cadrées avant l étape de morphing. Exemple : Photographie 1 Photographie 2 Figure 2 : Résultat après Etape 1 Image de référence 1 Image de référence 2 81

82 Etape 2 : Interpolation entre les images de référence par «morphing» Cette étape nécessite l utilisation d un logiciel adapté. Dans le cas de la chute Montmorency, le logiciel WinMorph a permis sa réalisation. Entre chaque photo de référence, une séquence vidéo est produite. Suivant les différences de débits entre les clichés, il est possible de modifier le nombre d images intermédiaires. Différents paramètres interviennent dans le choix du nombre d images d interpolation, en particulier l ordre de grandeur des débits, la valeur des débits par rapport à la valeur de débit esthétique présumée, les variations pouvant avoir eu lieu dans le reste du cadre etc... Il convient donc d adapter à la circonstance le mode d interpolation. Plusieurs essais sont parfois nécessaires. Associer le nombre d images d interpolation à la différence de débits entre les images de référence simplifiera par la suite les travaux. Dans le morphing, une étape clé est la saisie des points de contrôle, qui seront utilisés par le logiciel pour la transformation progressive. Une analyse préalable de l évolution présumée de l écoulement est nécessaire, afin de prendre en compte les secteurs pertinents de la chute, représentatifs de l évolution générale. Une légère translation vers le bas des points de contrôle sur l image d arrivée permettra par la même occasion de réduire l effet de «transformation statique» en donnant l illusion d un écoulement. Exemple : Figure 3 : Saisie des points de contrôle sur WinMorph Figure 4 : Correspondance entre les points de contrôle 82

83 Etape 3 : Association des interpolations aux débits correspondants L étape précédente engendre la création d un fichier vidéo.mpeg ou.avi. Il s agit cependant d une étape intermédiaire et la conversion de ce fichier en séquence de photos.jpeg est nécessaire. En effet, à chaque photo doit être associé le débit correspondant. Un travail image par image permet donc l incorporation d une fenêtre d affichage de sa valeur. D autres informations peuvent par la même occasion être intégrées à la vidéo (titres, logos...). L exportation de la séquence vidéo en suite d images.jpeg peut se faire directement à partir de WinMorph ou bien par l intermédiaire d un logiciel vidéo. Une fois l incorporation des débits effectués, un nouveau fichier vidéo peut alors être créé à partir de la séquence animée issue de la suite d image. Exemple : Figure 5 : Etape 3 réalisée sur la photographie 1 83

84 Etape 4 : Montage vidéo La dernière étape de la réalisation de la procédure vidéo consiste au montage des différentes séquences intermédiaires. Plusieurs logiciels de montage vidéo permettent d effectuer l ajustement entre les différentes séquences. Le logiciel employé dans le cas de la chute Montmorency est ImageMixer. Chacun pourra adapter cette dernière étape à sa façon et en fonction de l utilisation ultérieure de la vidéo. Séquence finale Séquences intermédiaires Organisation des séquences Figure 6 : Exemple de montage par ImageMixer Conseils d interprétation : L objectif initial d une telle procédure est la détermination d un débit minimal pour lequel le site conserve son potentiel visuel. La détermination de ce débit nécessite une part d objectivité certaine de l observateur. Afin de réduire sa subjectivité, il pourrait être envisageable d effectuer un sondage sur un échantillon de population représentatif constitué de visiteurs. Ces derniers pourront alors évaluer, selon leur préférence, la valeur du débit esthétique saisonnier de la chute. Il pourra donc être estimé par une moyenne appliquée à l ensemble des réponses. Cela nécessite en revanche la constitution d un échantillon de population suffisamment important et représentatif pour l obtention de données pertinentes. 84

85 Annexe 18 : Procédure vidéo d analyse visuelle du débit esthétique de la chute Montmorency 85

86 Annexe 19 : Méthode écohydrologique de détermination des débits réservés pour la protection des habitats du poisson dans les rivières du Québec 13 Mois Débit écologique Moyenne interannuelle des débits mensuels Moyenne interannuelle des débits minimaux journaliers Moyenne interannuelle des débits minimaux moyens sur 7j Moyenne interannuelle des débits minimaux moyens sur 30j Janvier 0.25 QMA Février 0.25 QMA Mars 0.25 QMA Avril 0.5 QMP Mai 0.5 QMP Juin 0.5 QMP Juillet Q 50 août Août Q 50 août Septembre Q 50 sept Octobre Q 50 sept Novembre Q 50 sept Décembre Q 50 sept Débits QMA Débit Moyen Annuel Q 50 aout Débit médian du mois d août QMP Débit Moyen pour la Période avril - mai - juin Q 50 sept Débit médian du mois de septembre 13 Les débits sont observés à la station et exprimés en m 3 /s 86

87 Annexe 20 : Estimation de la production énergétique à la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles - Etat Initial Modèle énergétique RETScreen MC - Projet de petite centrale hydroélectrique Caractéristiques du site Données Nom du projet ETAT INITIAL Bassin versant du site km Type de courbe de débits classés - C5 Débit spécifique (moyen par km de bassin) (m 3 /s)/km Débit moyen m 3 s 35.2 Rapport débit garanti / débit moyen Hauteur de chute brute m 18.8 Charge de pointe (électrique) kw Paramètres du système Données Rapport débit nominal / débit moyen Débit nominal d'équipement m 3 s Type de turbine - Kaplan Rendement de la turbine % 90% Rendement de la génératrice % 97% Pertes % 5% Production annuelle d'énergie Données Puissance installée (hydroélectrique) kw Puissance garantie (hydroélectrique) kw 698 Facteur d'utilisation non corrigé % 63% Facteur d'utilisation % 60% Énergie renouvelable disponible MWh Rapport puissance installée / charge de pointe Taux d'absorption de l'énergie hydroélectrique Énergie renouvelable fournie MWh Excédent disponible MWh Ministère des Ressources naturelles Canada

88 Annexe 21 : Estimation de la production énergétique à la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles - Impacts de la réduction des infiltrations karstiques Modèle énergétique RETScreen MC - Projet de petite centrale hydroélectrique Caractéristiques du site Données Nom du projet INFILTRATIONS Bassin versant du site km Type de courbe de débits classés - C5 Débit spécifique (moyen par km de bassin) (m 3 s)/km Débit moyen m 3 s 36.2 Rapport débit garanti / débit moyen Hauteur de chute brute m 18.8 Charge de pointe (électrique) kw Paramètres du système Données Rapport débit nominal / débit moyen Débit nominal d'équipement m 3 s Type de turbine - Kaplan Rendement de la turbine % 90% Rendement de la génératrice % 97% Pertes % 5% Production annuelle d'énergie Données Puissance installée (hydroélectrique) kw Puissance garantie (hydroélectrique) kw 719 Facteur d'utilisation non corrigé % 63% Facteur d'utilisation % 60% Énergie renouvelable disponible MWh Rapport puissance installée / charge de pointe Taux d'absorption de l'énergie hydroélectrique Énergie renouvelable fournie MWh Excédent disponible MWh Ministère des Ressources naturelles Canada

89 Annexe 22 : Valeurs du marnage au lac des Neiges (données ) Année Annuel (1 jan - 31 déc) en m Hivernal (1 oct - 30 sept) en m Hmin Hmax Marnage Hmin Hmax Marnage ,85 27,02 0, ,76 27,38 0,62 26,76 27,38 0, ,77 27,43 0,66 26,77 27,43 0, ,85 27,34 0,49 26,85 27,34 0, ,87 27,41 0,54 26,87 27,41 0, ,79 27,49 0,70 26,79 27,49 0, ,82 27,38 0,56 26,82 27,38 0, ,85 27,51 0,66 26,85 27,51 0, ,67 27,32 0,65 26,67 27,32 0, ,81 27,31 0,50 26,81 27,31 0, ,78 27,34 0,56 26,78 27,34 0, ,74 27,21 0,47 26,74 27,21 0,47 Moyen 0,58 Moyen 0,58 Min 0,47 Min 0,47 Max 0,70 Max 0,70 89

90 Annexe 23 : Estimation de la production énergétique à la centrale hydroélectrique des Marches Naturelles - Impacts du soutien des étiages Modèle énergétique RETScreen MC - Projet de petite centrale hydroélectrique Caractéristiques du site Données Nom du projet SOUTIEN Bassin versant du site km Type de courbe de débits classés - C5 Débit spécifique (moyen par km de bassin) (m 3 s)/km Débit moyen m 3 s 35.2 Rapport débit garanti / débit moyen Hauteur de chute brute m 18.8 Charge de pointe (électrique) kw Paramètres du système Données Rapport débit nominal / débit moyen Débit nominal d'équipement m 3 s Type de turbine - Kaplan Rendement de la turbine % 90% Rendement de la génératrice % 97% Pertes % 5% Production annuelle d'énergie Données Puissance installée (hydroélectrique) kw Puissance garantie (hydroélectrique) kw 700 Facteur d'utilisation non corrigé % 63% Facteur d'utilisation % 60% Énergie renouvelable disponible MWh Rapport puissance installée / charge de pointe Taux d'absorption de l'énergie hydroélectrique Énergie renouvelable fournie MWh Excédent disponible MWh Ministère des Ressources naturelles Canada