Rôle des barrages dans la régulation des niveaux d'eau et des débits

Les débits et les niveaux des cours d’eau et des lacs varient naturellement en fonction de conditions hydrométéorologiques telles que :

• La pluie;
• La fonte de la neige;
• L’évapotranspiration ^{Lire le contenu de la note numéro 1} .

Lorsque l’eau de ruissellement générée par ces conditions s’écoule vers les cours d’eau, les débits et les niveaux augmentent.

Le relief du territoire autour des cours d’eau a aussi un impact important sur les niveaux d'eau et les débits. Selon les caractéristiques physiques du cours d’eau, le ruissellement peut provoquer l’augmentation plus ou moins importante du niveau et des vitesses d’écoulement, ce qui peut causer différents problèmes naturels (inondation, érosion, etc.).  

Les barrages peuvent parfois avoir un impact sur la variation des niveaux d’eau et des débits, mais de manière beaucoup moins importante que les conditions météorologiques. Ils ont toujours un réservoir adjacent. Un réservoir est un espace de stockage naturel (lac) ou artificiel qui permet d’emmagasiner de l’eau. Ainsi, lorsqu’un écoulement atteint un réservoir, son niveau d’eau varie. 
 

Lorsque le niveau d’eau augmente, le réservoir permet de limiter le débit qui en sort. C’est le laminage de la crue. Cela signifie que, lors d’une crue, le réservoir retient une partie de l’eau qui se serait écoulée naturellement en son absence. Le réservoir peut alors contribuer à réduire l’ampleur des inondations d’eau après le barrage. Cela permet de régulariser le débit de l’eau dans le temps.

La capacité d’un réservoir à retenir l’eau dépend principalement de sa superficie et de la possibilité de laisser monter le niveau sans impact. Lorsqu’un barrage muni d’appareils d’évacuation est présent à la sortie du réservoir, il est également possible de faire varier son niveau d’eau pour répondre à certains besoins ou contraintes. En voici quelques exemples :

• Si le réservoir est muni d’une prise d’eau potable, il faudra maintenir un niveau d’eau minimal en tout temps;
• S’il y a des infrastructures à proximité du réservoir, il faudra limiter la hausse du niveau de l’eau pour éviter les inondations.
   

Quand un barrage muni d’appareils permettant de modifier le débit est présent sur un cours d’eau ou à la sortie d’un réservoir, il permet d’exercer un certain contrôle sur les niveaux d’eau et les débits :

• Si le niveau d’eau dans le réservoir le permet, il est possible de limiter le débit sortant pour réduire les risques d’inondation et d’érosion;
• Si le niveau d’eau dans le réservoir est trop élevé, il est possible d’augmenter le débit sortant pour évacuer l’eau et sécuriser le barrage.

Pour mieux comprendre le rôle des barrages équipés d’un réservoir, visionnez la capsule Le rôle des barrages lors des crues printanières. 

L’effet des barrages sur les niveaux d’eau et les débits dépend du type et des fonctions du barrage. 

Barrages à déversoir fixe 

Les barrages à déversoir fixe agissent comme un mur qui permet uniquement le déversement de l’eau par le dessus. Le débit évacué augmente uniquement lorsque le niveau d’eau avant le barrage monte. Plus le déversoir est large, plus la quantité d’eau qu’il est en mesure d’évacuer est importante. Ce type de barrage ne permet pas de modifier le débit évacué pour retenir ou évacuer davantage d’eau.

Barrages munis d’appareils d’évacuation

Certains barrages sont munis d’ouvertures, appelées « pertuis », qui permettent l’évacuation de l’eau. Elles sont bloquées partiellement par des vannes ou des poutrelles. Il est possible de modifier le débit évacué ou le niveau d’eau retenu par le barrage : 

• En ouvrant ou en fermant les vannes; 
• En ajoutant ou en enlevant des poutrelles qui bloquent l’écoulement.

Selon la fréquence des opérations, on distingue deux types de barrages munis d’appareils d’évacuation.

Barrages saisonniers

Les barrages saisonniers visent principalement à maintenir le niveau désiré selon les saisons :

• En été, le niveau d’eau est augmenté pour la faune et les activités de villégiature; 
• En automne, le niveau d’eau est abaissé pour éviter d’atteindre des niveaux trop élevés lors des crues d’automne et de printemps.

Pour baisser le niveau du réservoir en automne, on augmente temporairement les débits évacués. Cela permet de limiter les risques d’inondation et de dommages liés au gel autour du réservoir. Le niveau d’eau demeure abaissé jusqu’au printemps pour garder de l’espace de stockage afin de retenir l’eau lors de la fonte de la neige. Cela permet de limiter le débit sortant au printemps. Lorsque la crue printanière tire à sa fin, les pertuis du barrage sont graduellement refermés pour maintenir le niveau d’eau souhaité en période estivale.

L’objectif principal demeure le maintien de la sécurité du barrage et des riverains. 

Barrages gérés en temps réel

Les barrages gérés en temps réel sont munis de stations hydrométriques. Ces stations sont équipées d’appareils qui recueillent et transmettent des données servant à estimer le niveau d’eau dans les réservoirs ainsi que les débits évacués par les barrages.

Les débits évacués par ces barrages sont modifiés lorsque cela est nécessaire pour répondre à certains besoins, comme :

• Des niveaux d’eau très précis souhaités par des riverains pour des activités de villégiature;
• Des débits nécessaires à la production d’hydroélectricité;
• Des débits à ne pas dépasser pour éviter des risques d’inondation. 
   

Les objectifs de gestion sont déterminés selon les différents niveaux d'eau et débits (plages cibles) à maintenir, selon la situation. Le non-respect des niveaux et débits demandés peut entraîner des impacts importants comme des inondations ou une perte d’approvisionnement en eau potable. Pour éviter les impacts les plus importants, il peut être nécessaire d’augmenter ou de limiter le niveau ou le débit sans respecter toutes les contraintes (ex. : ne pas respecter les niveaux d’eau souhaités pour les activités de villégiature pour éviter de perdre des prises d’eau potable).

Paramètres de gestion

La gestion des barrages doit être adaptée en fonction de différents paramètres. Certains de ces paramètres sont naturels (ex. : période de l’année, conditions hydrologiques). D’autres sont liés à des choix ou à des décisions (ex. : demandes ponctuelles des riverains). Il arrive que ces paramètres de gestion entrent en conflit et qu’ils ne puissent être tous respectés en même temps. 

Période de l’année 

Il s’agit d’un paramètre important car il faut s’adapter aux différentes périodes.

Par exemple, dans le cas d’un lac servant de réservoir pour la production hydroélectrique et la villégiature :

• En été, l’objectif est de maintenir un niveau d’eau relativement élevé pour les activités de villégiature et la protection de la faune et de garantir un débit minimal pour la production d’électricité.
• En automne, le niveau d’eau du réservoir est augmenté pour assurer une réserve d’eau pour la production d’électricité lors de la forte demande en hiver.
• Durant l’hiver, le réservoir est abaissé pour soutenir la production d’électricité et dégager l’espace disponible pour le stockage de la crue de printemps.
• Au printemps, le réservoir est rempli et le stockage réalisé permet de limiter les risques d’inondation sur le cours d’eau qui débute au barrage.

Conditions hydrologiques

Il existe différents risques liés aux conditions hydrologiques qu’il est important de prendre en compte :

• Lors des crues, il faut limiter, le plus possible, le niveau et le débit à des valeurs maximales ne provoquant pas d’inondations.
• Lorsque le cours d’eau est à son niveau le plus bas, il faut maintenir au minium le débit et le niveau afin de conserver un habitat viable pour la faune et pour les autres usages essentiels (ex. : prise d’eau potable).
• Lorsque les conditions sont normales, le niveau maintenu est celui souhaité par les riverains.

Besoins et demandes ponctuelles 

Les propriétaires de barrages reçoivent régulièrement des demandes ponctuelles. Ces demandes visent à maintenir un niveau spécifique dans un cours d’eau ou dans un réservoir pour une période précise. Voici quelques raisons pour lesquelles des demandes ponctuelles sont formulées :

• Organisation d’activités nautiques nécessitant des conditions particulières (canoë, kayak, pêche, etc.);
• Augmentation de la survie des œufs de poissons en favorisant la reproduction dans des zones plus profondes et à l’abri du gel;
• Réalisation de travaux d’entretien des barrages ou d’autres ouvrages à proximité de l’eau.

Exemples de contraintes de gestion

Voici quelques exemples de situations dans lesquelles les différents paramètres de gestion peuvent entrer en conflit :

• Lorsque des riverains souhaitent maintenir un niveau d’eau très stable dans un lac, il est nécessaire d’évacuer beaucoup d’eau en période de crue pour limiter la hausse du niveau du réservoir. En conséquence, cette action fait augmenter le débit à la sortie du barrage, ce qui risque de provoquer de l’érosion et des inondations;
• Lorsque le réservoir est à son niveau le plus bas, les riverains souhaitent que le débit évacué soit le plus faible possible pour éviter que cela nuise aux activités de villégiature. Une baisse de débit dans le cours d’eau après le barrage pourrait également provoquer des effets négatifs sur la faune;
• Lorsqu’un barrage sert à la production hydroélectrique, il faut assurer un débit optimal pour soutenir la capacité de production de la centrale hydroélectrique. Ce débit doit être maintenu durant les périodes de forte consommation d’hydroélectricité (les périodes froides au Québec). Comme les débits sont naturellement faibles en hiver, il est nécessaire d’utiliser le volume d’eau stocké antérieurement dans le réservoir pour soutenir le débit désiré. Pour que cette eau soit disponible, il faut la retenir à l’automne, ce qui fait augmenter le niveau du réservoir. Cette situation peut déplaire à certains riverains.