212 - Génie civil et nouveaux défis pour les infrastructures urbaines

La variabilité et les changements climatiques ont des impacts importants sur le cycle hydrologique aux différentes échelles spatio-temporelles. Afin de construire des réseaux de drainage urbain durables les ingénieur doivent considérer les modifications probables du climat dans la conception des réseaux. Toutefois, si les Modèles de Circulation Globale (MCG) sont capables d’approximer les caractéristiques à grande échelle du climat, leurs résolutions sont indéquates pour la modélisation des  processus hydrologiques à l’échelle d’un bassin versant urbain.   La présente étude propose une approche basée sur les propriétés d’invariance d’échelle des pluies extrêmes, afin d’établir des liens entre les sorties du MCG et les caractéristiques de pluie en un point sélectionné. Ces liens permettent d’évaluer les effets des changements du climat sur les pluies extrêmes et sur les caractéristiques du processus de ruissellement provenant d’un bassin urbain.  L’approche proposée a été appliquée en utilisant les données de la station de l’aéroport Dorval ainsi que les prédicteurs climatiques des données de réanalyse de NCEP/NCAR et de deux modèles de circulation globale du Canada et de la Grande Bretagne. Les résultats démontrent la faisabilité de cette approche afin de déterminer les impacts potentiels des changements climatiques sur le débit maximal et le volume de ruissellement pour la conception des réseaux de drainage urbain.

Depuis la publication du guide de gestion des eaux pluviales du ministère du développement durable, de l’environnement et de la lutte (MDDELCC) en 2012, la plupart des projets de drainage au Québec comprennent maintenant différentes pratiques de gestion optimale (PGO) des eaux pluviales (bassins de rétention, traitement par les sols avec infiltration ou les plantes). Malgré les bénéfices qui sont relativement bien quantifiés (recharge de la nappe phréatique et au contrôle de la qualité des rejets, l’amélioration de la qualité de vie et la réduction des îlots de chaleur), l’utilisation de ces infrastructures vertes dans les systèmes de drainage urbain est toutefois limitée dû à certaines barrières (e.g. un programme de suivi et d’entretien). Les stratégies et approches pour l’évaluation de la performance des ouvrages deviennent dans ce contexte la base pour tout le programme de suivi et d’entretien. On fournira tout d’abord un cadre général présentant les différentes pratiques et les approches et critères couramment utilisés pour la conception. Après une discussion des avantages et opportunités que peuvent offrir ces pratiques, les principales barrières pour la mise en œuvre des PGO sont ensuite abordées. La standardisation des pratiques et de leur entretien ainsi que l’analyse de cycle de vie sont les points jugés essentiels pour créer les conditions optimales d’application pour le choix des pratiques et leur localisation dans le bassin versant en fonction du type de projet.

Les changements climatiques sont présentement un enjeu inquiétant pour la population mondiale. Leurs impacts à l’échelle planétaire sont devenus alarmants et tendent à s’intensifier aux cours des prochaines décennies si les émissions des gaz à effet de serre (GES) continuent à la même cadence que celle observée actuellement. Les infrastructures urbaines, dont la conception a été réalisée selon les conditions climatiques passées, ne sont pas épargnées des effets néfastes des changements climatiques dans un monde de plus en plus urbanisé.

La présente étude propose une approche efficace de mise à l’échelle statistique  des données journalières de températures extrêmes à plusieurs sites. Cette approche reproduit la dépendance spatiale présente réellement entre les données climatiques à différents sites et dont la négligence peut entrainer des résultats irréalistes au niveau de l’évaluation des impacts des changements climatiques. L’approche proposée a été appliquée avec succès en utilisant 10 stations météorologiques situées au sud-ouest du Québec et au sud-est de l’Ontario (Canada) ainsi que des prédicteurs climatiques issus des données de réanalyse de NCEP/NCAR (National Centers for Environmental Prediction/ National Centre for Atmospheric Research). Les résultats ont démontré l’efficacité de cette approche à reproduire les caractéristiques statistiques des températures extrêmes, l’autocorrélation, la dépendance spatiale ainsi que la variabilité temporelle de ces variables.

L’évaluation des risques liés au changement climatique dépend de l’étude des phénomènes extrêmes. Les méthodes stochastiques ont été prouvées idéales pour l’étude des extrêmes puisqu’elles analysent leurs variations à chacun des niveaux, spatial et temporel. Concernant les pluies extrêmes, plusieurs techniques de modélisation stochastique ont été proposées durant les dernières décennies. Ces méthodes peuvent avoir des applications pratiques, en l’occurrence, dans la conception et la gestion de plusieurs projets hydrauliques d’infrastructure (systèmes de drainage urbains, travaux de protection contre les inondations, etc.). L’objectif principal de cette recherche est d’évaluer deux modèles stochastiques. Le premier est un modèle classique basé sur la chaîne Markov et la distribution exponentielle mixte, alors que le second est un générateur stochastique, LARSWG, prenant en considération les paramètres climatiques du site d’étude (températures et radiation solaire). En particulier, les séries synthétiques chronologiques produites par chaque modèle sont comparées, afin de trouver la meilleure technique stochastique qui aboutit à une bonne estimation des pluies extrêmes, tout en étudiant l’efficacité des facteurs climatiques intégrés dans les modèles stochastiques.

À travers le monde, les infrastructures publiques ont souffert d’un sous­ financement au cours des dernières années. Le Canada ne fait pas exception, le sous-financement à conduit à un nombre alarmant d’infrastructures qui sont maintenant dans un état de détérioration avancé. Les infrastructures publiques sont essentielles au développement économique. Néanmoins, la société ne peut se permettre à court et à moyen terme de remédier au risque posé par les infrastructures vieillissantes en renforçant et en remplaçant celles­-ci; nous faisons face au défi d’allonger la durée de vie des ouvrages existants déjà endommagés. Une des voies permettant de remédier à ces défis consiste en l’utilisation des technologies de l’information afin de supporter les décisions liées à la gestion des infrastructures. Les appareils de mesures sont désormais peu couteux et disponibles à grande échelle afin de mesurer le comportement des infrastructures tel que les déplacements, rotations, déformations, accélérations, et conditions environnementales. Cette présentation identifiera comment des méthodes tirées des domaines de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage machine nous permettent de mettre les appareils de mesures et ordinateurs au service de nos infrastructures vieillissantes. Le but est de fournir à faible coût, des garanties quantitatives quant à la sécurité et au taux de dégradation des ouvrages.

La planification des mesures d'urgence et la mitigation des risques naturels sont importantes pour la sécurité publique.  Une évaluation des risques est un exercice nécessaire et laborieux qui requiert un inventaire des infrastructures et la caractérisation de leur vulnérabilité.  L'évaluation des risques requiert également la modélisation des phénomènes naturels et leur probabilité d'occurrence.  Une approche souvent favorisée est l'approche par scénarios.  Cette dernière permet d'identifier les scénarios les plus probables ainsi que leurs impacts, un élément important pour la communication des risques et l'identification de mesures de mitigation les plus efficaces et économiques.  L’approche est illustrée pour la risque sismique et les risques atmosphériques.