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Gouvernement du Canada / Government of Canada

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Rapport annuel de 2019 à 2020 sur la Loi sur les ressources en eau du Canada : chapitre 8

8 Recherche et développement

8.1 Recherche sur les effets des changements climatiques sur les systèmes aquatiques

Au cours de l’exercice 2019‑2020, ECCC a entrepris plusieurs activités de quantification et de prévision de la sensibilité locale, régionale et nationale des régimes hydrologiques et des écosystèmes aquatiques aux changements climatiques, y compris :

8.2 Développement technologique

L’initiative de renouvellement des Services hydrologiques nationaux et le volet innovation

L’initiative de renouvellement des SHN a été présentée au cours de l’été 2018. Elle représente un investissement de 89,7 M$ dans quatre domaines ou volets des SHN, soit les prévisions de la quantité d’eau, les infrastructures, le rétablissement de la capacité et l’innovation. L’objectif général du volet innovation est d’améliorer la surveillance et les services hydrologiques par l’évaluation et la mise à l’essai d’innovations en matière de technologies de mesure et de gestion de la qualité des données. Ce volet représente un investissement sur cinq ans (2018‑2023) de 15,5 M$ et 21 postes équivalents à temps plein.

Au cours de l’exercice 2019‑2020, le volet innovation s’est principalement concentré sur l’élaboration de plans de projet détaillés pour neuf projets prioritaires, ainsi que sur l’obtention de l’équipement et des technologies nécessaires pour effectuer les travaux et créer environ vingt nouvelles stations d’essai au cours de l’exercice 2020‑2021.

Instruments hydrométriques, collecte de données et production de données

Du point de vue opérationnel, le PHN a continué d’investir dans les technologies sur le terrain, notamment dans l’équipement hydroacoustique (qui représentait 85 % de tous les instruments de mesure du débit en 2018) et dans des plateformes avancées de déploiement telles que des téléphériques manœuvrés depuis la berge et des bateaux télécommandés, alors que les téléphériques manœuvrés par du personnel sont mis hors service partout au pays. Les essais réguliers d’assurance de la qualité des instruments hydroacoustiques se poursuivent, mais la nécessité d’avoir une base de données ou un système à l’échelle nationale pour suivre cette information devient de plus en plus évidente. La définition des exigences pour le suivi de ces immobilisations qui ne sont pas liées aux stations sera une priorité au cours de l’exercice 2020‑2021.

Il y a également eu une continuité des investissements dans l’utilisation de caméras de site pour surveiller les conditions des stations, y compris la période affectée par la glace. Le PHN exploite maintenant plus de trente appareils photographiques embarqués sur satellite (et quelques appareils sur modem cellulaire) dans des stations éloignées, qui transmettent généralement une image par jour, ainsi que plus de 200 appareils pour prises de vues à intervalle dont les images sont téléchargées périodiquement au moment des visites sur le terrain. Les images transmises par les appareils photographiques sont désormais mises à la disposition des partenaires en temps réel sur le site Web du Bureau de l’eau.

L’utilisation des notes électroniques de relevés hydrométriques pour décrire les visites sur le terrain et téléverser les renseignements et les données connexes est devenue courante. Elle améliore grandement la qualité et la normalisation de la description et de l’enregistrement des activités lors de visites sur le terrain. Le pourcentage de téléversements de notes électroniques de relevés hydrométriques est passé de 26 % de l’ensemble des visites sur le terrain téléversées en 2017 à 59 % en 2018, puis à 83 % en 2019.

Grâce aux travaux des projets d’innovation, le PHN étudie également la possibilité d’utiliser des technologies sans contact comme des radars et des appareils photographiques (au moyen d’images provenant de drones et d’appareils photographiques en station fixe), afin d’améliorer la surveillance des niveaux et des débits d’eau. Ces nouvelles technologies offrent des solutions remarquables dans des conditions difficiles, comme des conditions de crues importantes ou sur des rivières et fleuves éloignés ou torrentiels, et lorsque la disponibilité et l’obtention en temps réel de données sur le débit sont essentielles. Au moyen d’essais et d’évaluations systématiques du matériel et des logiciels de radars et d’appareils photographiques (et des algorithmes connexes) pour la mesure optique des niveaux et des débits d’eau, le PHN travaille à déterminer si ces nouvelles techniques et méthodes sont viables et adaptées aux opérations et, le cas échéant, de quelle manière. Cela accélérera les efforts visant à étudier et à adapter les innovations dans les domaines de la surveillance hydrométrique, de l’hydrologie et de l’hydraulique, sur le terrain et au bureau.

Il est essentiel de renforcer la résilience en matière de télémesure des données. Au cours de l’exercice 2019‑2020, le PHN s’est engagé à continuer de travailler sur deux grands axes d’intervention en matière de modernisation de la télémesure : 1) continuer la transition de tous les systèmes de télécommunication terrestre restants vers des services de communication cellulaire et satellite, qui réduiront la dépendance au matériel vieillissant et aux lignes terrestres de moins en moins fiables; 2) inviter à soumettre des propositions pour l’installation de deux stations terriennes de lecture directe (STLD) afin de recevoir des messages du système de collecte de données (DCS) des GOES directement de GOES de l’Est et de l’Ouest. Actuellement, les SHN dépendent entièrement des liaisons Internet terrestres aux sites des STLD aux États‑Unis, et ce, pour plus de 1 400 stations hydrométriques. Ces travaux diversifieront les moyens d’accès aux données et accroîtront la résilience globale du système.

Un jalon important a été atteint au cours de l’exercice 2019‑2020 grâce à l’installation du logiciel Aquarius de prochaine génération, qui a été mis à niveau pour les séries chronologiques des stations de travail hydrométriques. Cette mise à niveau permet de moderniser la production de données quotidiennes par les technologues en hydrométrie. De plus, elle a considérablement accru la rapidité d’obtention de données en temps réel sur le site Web du Bureau de l’eau. Au cours de l’exercice 2019‑2020, la norme de service du Service météorologique du Canada (SMC), qui consiste à publier des données hydrométriques sur le Web dans les six heures suivant un événement, a été respectée en tout temps.

Projet de surveillance des eaux de surface depuis l’espace

ECCC a continué de collaborer au développement de technologies de surveillance spatiale pour la surveillance hydrologique au Canada avec l’Agence spatiale canadienne (ASC), la National Aeronautics and Space Administration (NASA), l’Université de Sherbrooke, l’Université de la Californie à Los Angeles et d’autres organisations aux États‑Unis. Les travaux se sont concentrés sur la mission de topographie SWOT (Surface Water & Ocean Topography), dont le lancement est prévu par la NASA en 2022. ECCC a poursuivi l’élaboration de la maquette hydrographique du delta des rivières de la Paix et Athabasca, dans le cadre de la stratégie globale du plan d’hydrologie. ECCC a également développé des images SWOT synthétiques comme produit opérationnel pour le fleuve Saint‑Laurent et étudie des techniques d’assimilation de données utilisant la topographie des surfaces d’eau océaniques dans des modèles opérationnels. ECCC a également présenté une séance plénière lors du Symposium canadien de télédétection et a continué de travailler avec l’équipe internationale SWOT sur les questions d’étalonnage et de validation des données satellites.

Cette année, ECCC a continué de contribuer à l’élaboration de modèles visant à améliorer les perspectives de la mission satellite SWOT pour ce qui est de la mesure des montées des eaux de surface et de l’étendue des eaux depuis l’espace, afin d’améliorer la recherche, de renforcer la capacité de surveillance et de réaliser la toute première évaluation quantitative pancanadienne des changements observés dans les milieux humides et le stockage des lacs au fil des ans.

En collaboration avec la Direction des sciences et de la technologie de l’eau d’ECCC et l’Université de la Saskatchewan, les SHN ont terminé le développement d’une nouvelle installation, conçue pour développer et mettre à l’essai de nouveaux drones et capteurs d’eau pour améliorer la surveillance des ressources en eau du Canada. Au cours de l’exercice 2019‑2020, un site d’essai a été créé dans la rivière Saskatchewan Nord avec l’aide de l’Université de la Saskatchewan, afin de mettre à l’essai et d’évaluer les nouveaux capteurs sans contact liés à un sonar dans le cadre de la stratégie d’innovation.

Programme Global Water Futures (L’avenir de l’eau dans le monde)

Au cours de l’exercice 2019‑2020, ECCC a continué de participer activement aux activités de l’Université de la Saskatchewan, de l’Université de Waterloo, de l’Université Wilfrid‑Laurier et de l’Université McMaster dans le cadre du programme L’avenir de l’eau dans le monde. Ce programme permet d’explorer des façons d’améliorer la prestation du programme hydrométrique grâce à des technologies novatrices comme les drones et les appareils photographiques. Ces travaux sont également axés sur l’amélioration de la modélisation hydrologique à mesure qu’un cadre national pour les prévisions des débits est élaboré. Cette année, l’application mobile (L’application sur les éléments nutritifs [en anglais seulement]) a été développée grâce à une collaboration entre ECCC et L’avenir de l’eau dans le monde pour la promotion de l’acceptation de pratiques de gestion bénéfiques par l’échantillonnage communautaire instantané des éléments nutritifs dans les exploitations agricoles.

ECCC recueille et traite actuellement des données de la Mission de la Constellation RADARSAT dans la région des Prairies aux fins d’utilisation pour la commande au sol de la mission SWOT et il élabore des méthodes pour la distribution publique des produits de l’étendue des eaux à l’échelle nationale. Il n’existe actuellement aucune méthode systématique pour estimer l’étendue des eaux de surface dans de nombreuses régions importantes du Canada, où ces étendues déterminent souvent le contrôle hydrologique. Avec l’appui de l’ASC, les SHN ont mis en place un programme en vue d’une évaluation à l’échelle du Canada de l’étendue des eaux de surface. Ces produits aideront également à déterminer avec un plus grand degré de précision l’eau du sol de la région, ce qui améliore les modèles nationaux de prévisions météorologiques et la gestion des ressources en eaux du Canada.

8.3 Élaboration de programmes

Assurance de la qualité

Des améliorations ont été apportées à la qualité des données en temps réel grâce au projet de production de données continues. Les résultats du projet pilote de l’exercice 2018‑2019 ont été examinés et des efforts ont été faits pour préparer la mise en œuvre des nouvelles procédures pour l’ensemble du Canada d’ici juin 2020. Cette approche novatrice fait également partie de l’investissement dans le PHN.

La mise à jour des procédures opérationnelles normalisées (PON) de la Division des relevés hydrologiques du Canada s’est poursuivie au cours de l’exercice 2019‑2020 dans le but de suivre le rythme des changements apportés aux méthodes et aux technologies. Cette année, la modernisation des procédures pour l’étape de la mesure (mesure du niveau de l’eau), l’étape de la correction (modifier ou réinitialiser les données de niveau pour améliorer la précision) et la sélection des pics et des extrêmes (l’identification annuelle des pics de niveau de l’eau) ont été complétées. Les travaux de recherche sur les méthodes d’estimation des données se sont poursuivis (comment calculer les données nécessaires lorsque les conditions ne permettent pas l’utilisation du modèle hydrométrique habituel).

Science et développement hydrométriques

La collaboration sur la modélisation hydrologique pour améliorer la capacité des SHN de prévoir les débits dans le cadre de ses obligations fédérales en matière de gestion de l’eau s’est poursuivie. ECCC a également poursuivi sa collaboration avec des collègues universitaires du Québec (l’Institut national de la recherche scientifique) pour mettre en œuvre des modèles hydrodynamiques et écohydrauliques dans les fleuves et rivières d’importance fédérale. La composante de prévision des investissements hydrométriques consiste à renforcer la capacité de prévoir la quantité d’eau dans cinq des principaux bassins hydrographiques du Canada : le bassin des Grands Lacs et du fleuve Saint‑Laurent, le bassin de la rivière Saskatchewan et du fleuve Nelson, le bassin du fleuve Mackenzie, le bassin du fleuve Columbia et le bassin de la rivière Churchill. Les SHN travaillent en partenariat avec les provinces et les territoires pour élaborer de nouveaux systèmes de prévision des débits.

Sensibilisation

Les SHN appuient l’ouverture et l’interopérabilité de l’accès à l’information et aux données entre les divers systèmes. Les SHN collaborent avec l’équipe des services Web géospatiaux d’ECCC pour rendre les données hydrométriques en temps réel disponibles en conformité avec les normes de l’Open Geospatial Consortium. Ces données devraient être publiées au cours du prochain exercice.

8.4 Modélisation et études hydrométéorologiques

Depuis plusieurs années, des chercheurs et des scientifiques d’ECCC et de nombreux organismes partenaires se servent des données atmosphériques et météorologiques pour alimenter les modèles de prévisions opérationnelles quotidiennes ainsi que des données hydrologiques, recueillies en vertu d’accords hydrométriques, pour alimenter les modèles hydrologiques. Ces modèles montrent la façon dont la modélisation hydrométéorologique régionale peut aider à améliorer la gestion des ressources en eau.

Grands Lacs

ECCC collabore avec la U.S. Army Corps of Engineers, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et le U.S. Geological Survey afin de mettre en œuvre divers systèmes de modélisation pour l’analyse historique du bilan hydrique dans les grands lacs supérieurs.

Au cours de l’exercice 2019‑2020, ECCC a continué d’améliorer les méthodes de modélisation et de prévisions hydrométéorologiques associées dans un cadre élargi de prévisions environnementales. Le modèle permet d’améliorer la compréhension des interactions entre l’atmosphère et la surface terrestre. Il appuie également une gestion améliorée de l’eau dans la région. Après des années d’élaboration par la NOAA, en concertation avec ECCC, un modèle statistique qui détermine les valeurs les plus probables des composantes du bilan hydrique est maintenant exécuté chaque mois à l’aide des données fournies par le SMC d’ECCC et d’autres organismes du Canada et des États‑Unis. Cette technique devrait mener à une amélioration des valeurs coordonnées des composantes de l’approvisionnement net du bassin des Grands Lacs, permettre de mieux comprendre les fonctions hydrologiques et améliorer les prévisions quant au niveau d’eau des Grands Lacs.

Des experts en modélisation hydrologique et atmosphérique d’ECCC ont continué d’élaborer des modèles afin d’estimer des scénarios possibles de débit fluvial grâce à la prévision d’ensemble du débit. Ce modèle de prévisions opérationnelles est communiqué aux organismes provinciaux de prévision des crues et la première mise à l’essai du modèle dans les Grands Lacs s’est poursuivie, alors que les chercheurs s’efforcent d’établir un modèle de prévision sur dix jours. Un projet pilote qui fournit les débits prévus au personnel de la Division des relevés hydrologiques du Canada s’est poursuivi au cours de l’exercice 2019‑2020. Les débits prévus devraient fournir de l’information à l’avance pour une planification efficace des travaux sur le terrain afin de prendre en compte des données importantes pour des événements de débit élevé.

Dans le cadre du Comité de coordination des données hydrauliques et hydrologiques de base des Grands Lacs, un plan complet de mise à jour du Système de référence international des Grands Lacs de 1985 (références verticales) pour le réseau des Grands Lacs et du fleuve Saint‑Laurent a été élaboré, et la deuxième année des travaux a été achevée avec le déploiement de stations hydrométriques saisonnières par le Service hydrographique du Canada et la NOAA des États‑Unis. Ce projet durera jusqu’en 2025. Le Comité de coordination a également mis à jour sa méthode de calcul du débit des rivières Sainte‑Claire et Détroit et a adopté l’approche d’indice de vitesse comme méthode officielle pour déterminer les débits dans ces chenaux, qui est rétroactive à l’année 2009 où des moulinets hydrométriques acoustiques étaient installés dans les rivières et fleuves.

Rivières et fleuves internationaux

En collaboration avec le district de Détroit du U.S. Army Corps of Engineers, ECCC a travaillé sur un modèle intégré de réaction des écosystèmes pour les rapides de la rivière Sainte‑Marie. Le modèle écohydraulique bidimensionnel est utilisé pour améliorer le taux de réussite de la fraye de plusieurs espèces de poissons qui utilisent les eaux vives des rapides pour se reproduire. Ce prototype sera étendu à toute la rivière Sainte‑Marie.

ECCC a joué un rôle de premier plan dans l’étude sur le lac Champlain et la rivière Richelieu, en examinant la cause des problèmes d’inondation et les mesures d’atténuation possibles de ceux‑ci dans le bassin du lac Champlain et de la rivière Richelieu. Au cours de l’exercice 2019‑2020, ECCC a créé un modèle numérique intégré d’élévation et un modèle de bilan hydrique, qui ont permis de quantifier les solutions d’atténuation portant sur le niveau d’eau du lac et le débit de la rivière à partir de statistiques sur l’approvisionnement net du bassin. À la lumière de ces réalisations, les activités d’ECCC au cours de l’exercice 2019‑2020 étaient axées sur l’élaboration de modèles hydrodynamiques bidimensionnels à haute résolution du lac Champlain et de l’ensemble de la rivière Richelieu. Ces modèles comprennent l’intégration de l’effet du vent sur le niveau d’eau du lac et sur le débit de la rivière ainsi que l’élaboration de solutions d’atténuation en vue de réduire les débits de pointe de crue. De grands efforts ont été faits pour élaborer un outil intégré de modélisation (ISEE-Integrated Socio-Economic and Environmental system [système intégré socioéconomique et environnemental]) qui permettra une analyse quantitative fiable de solutions d’atténuation pour les deux côtés de la frontière entre les États‑Unis et le Canada. Ce système intègre des outils à titre d’indicateurs bidimensionnels du rendement afin d’évaluer les courbes de la relation entre le niveau d’eau et les dommages pour toutes les maisons de la plaine inondable (plusieurs milliers de maisons), la vulnérabilité de la population, les dommages agricoles et plusieurs indicateurs écosystémiques.

ECCC continue de jouer un rôle de premier plan dans l’étude de la rivière Souris pour examiner les améliorations possibles à l’exploitation de plusieurs barrages en Saskatchewan et au Dakota du Nord à des fins de protection contre les inondations et d’approvisionnement en eau. L’étude a utilisé des données recueillies au cours de l’exercice 2018‑2019 pour élaborer un modèle de simulation HEC‑ResSim du bassin de la rivière Souris ainsi que des indicateurs de rendement. Des travaux ont été entamés pour créer et analyser d’autres simulations pour l’exploitation du réservoir afin d’optimiser la protection contre les inondations et l’approvisionnement en eau, tout en tenant compte des intérêts d’autres intervenants du bassin (p. ex. loisirs, qualité de l’eau, poissons et faune, culture). Au cours de l’exercice 2019‑2020, des travaux ont également été amorcés quant au volet des changements climatiques de l’étude, selon lequel la résilience d’une solution de rechange sélectionnée visant les changements climatiques a été mise à l’essai au moyen de modèles climatiques mondiaux, d’une analyse des tendances et d’une analyse de la non‑stationnarité. Un certain nombre d’ateliers et de réunions ont été organisés avec le public, des organismes de réglementation et des Premières Nations. L’étude a également mis en place, avec la CMI, un processus pour créer des relations à long terme avec les Premières Nations qui s’intéressent au bassin. La sécurité des barrages continue de représenter un problème majeur qui compliquera la gestion des réservoirs ainsi que la formulation de recommandations pour améliorer les opérations dans l’avenir.

Arctique

ECCC dirige l’initiative du système d’observation du cycle hydrologique de l’Arctique (Arctic‑HYCOS), qui est axée sur l’évaluation du flux d’eau douce vers l’océan Arctique. Les travaux se sont poursuivis au cours de l’exercice 2019‑2020 pour présenter sous sa forme définitive le portail Web public [en anglais seulement], afin de permettre aux utilisateurs d’afficher, de filtrer et de télécharger des données sur l’écoulement fluvial ainsi que d’autres données pour toutes les stations hydrométriques du réseau Arctic‑HYCOS selon des critères de métadonnées élargis. La première étape du projet Arctic‑HYCOS est presque terminée. La prochaine phase comprendra des mesures visant à rendre les ensembles de données et les outils de modélisation de la cryosphère plus accessibles et à s’assurer que des données hydrologiques de pointe soient intégrées dans des modèles mondiaux cryosphériques. Les membres du projet Arctic‑HYCOS et d’autres membres du personnel scientifique d’ECCC ont assisté cette année à l’atelier sur la modélisation du système terrestre de l’Arctique (Arctic Earth System Modelling Workshop) ainsi qu’aux réunions annuelles du comité directeur du projet Arctic‑HYCOS qui étaient organisés par l’Islande dans le cadre de son mandat de présidence du Conseil de l’Arctique (Arctic Council), qui s’étend de 2019 à 2021. L’objectif à long terme est de veiller à ce que les habitants de la région panboréale reçoivent des services cryosphériques, hydrologiques, météorologiques, océaniques et climatiques qui sont adaptés aux objectifs à des niveaux qui reconnaissent l’importance de l’Arctique à titre d’environnement en rapide évolution.

Dans le monde

ECCC a joué un rôle à l’échelle internationale à titre de conseiller canadien en matière d’hydrologie pour la Commission d’hydrologie de l’Organisation météorologique mondiale. Ce rôle consiste à donner une rétroaction et des conseils à cette Commission sur toutes les questions liées à la surveillance hydrométrique et à l’hydrométéorologie. Plus précisément, le Ministère a fourni une expertise pour l’élaboration de techniques d’analyse d’incertitude liée aux mesures hydrométriques et aux systèmes de base.

Programme de surveillance de la biodiversité circumpolaire (PSBC)

ECCC a codirigé le Groupe directeur sur l’eau douce du PSBC et a terminé la première évaluation circumpolaire de la biodiversité de l’eau douce [en anglais seulement]. Cette évaluation a permis la création d’une nouvelle base de données ouvertes qui comprend des renseignements sur plusieurs composantes centrales de l’écosystème (p. ex. algues, invertébrés et poissons) de lacs, de rivières et de fleuves de l’Arctique (plus de 9 000 sites).

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