Les cours d’eau : fleuve, rivières, lacs et ruisseaux s’écoulent dans un vaste réseau hydrique qui tapisse la province du Québec en entier. L’accessibilité et la disponibilité abondante de cette ressource en eau engendrent un lot d’activités, allant de la production d’hydroélectricité aux réseaux de distribution d’eau potable ou encore l’étude des zones inondables aux impacts des changements climatiques sur le réseau hydrique québécois. À l’ère de la technologie, toutes ces pratiques passent inévitablement par l’utilisation d’outils informatiques tels que les modèles hydrologiques qui simule, à l’échelle d’un bassin versant, la représentation des divers processus hydrologiques. De manière à rendre utilisables les modèles hydrologiques, un processus d’ajustement des paramètres, appelé calage automatique, est effectué.
Plus précisément, les travaux de Pierre-Luc Huot portent sur le développement d’outils pour le calage automatisé des modèles hydrologiques coûteux en temps de calcul. Ses études à la maîtrise ont permis de démontrer que certains algorithmes d’optimisation existants proposent un potentiel de réduction du nombre de simulations nécessaires pour l’obtention d’un jeu de paramètres optimal. Bien que ses recherches aient soulevées plusieurs interrogations, elles ont permis certaines recommandations quant au développement de nouvelles stratégies de calage automatique.
La thèse du lauréat s’articule en trois phases :
- 1) Le développement de nouvelles techniques d’optimisation efficaces;
- 2) L’évaluation du potentiel d’utilisation de modèles et de fonctions substituts à même le processus de calage;
- 3) L’application des nouvelles stratégies développées à une diversité de problèmes d’optimisation.
La première phase du projet de l’étudiant chercheur est la conception d’une nouvelle méthode d’optimisation adaptée à la problématique de calage du modèle hydrologique HYDROTEL (distribué, à base physique et coûteux en temps de calcul). Ce modèle a été développé dans le but de simuler ou de prévoir le comportement hydrologique de bassins versants de tailles très diverses. Cette phase reprend les conclusions obtenues au cours de ses études à la maîtrise dans le but de combiner les stratégies d’optimisation efficaces de deux algorithmes (MADS et DDS).
Ensuite, la deuxième phase vise à expérimenter de nouvelles stratégies prometteuses notamment par le recours à des modèles substituts moins coûteux en temps de calcul, l’évitement opportuniste d’exécutions infructueuses du modèle hydrologique et la combinaison des deux précédentes stratégies énoncées.
Lors de la dernière étape du projet, les résultats obtenus suite à la réalisation des deux premières phases se confronteront à de multiples problèmes d’optimisation. D’abord, il s’agit d’appliquer l’utilisation des algorithmes d’optimisation au calage automatique de quatre modèles hydrologiques différents modélisant cinq bassins versants à caractéristiques physiques et régimes hydriques variés. Ensuite, le chercheur va expérimenter les méthodes d’optimisation développées à la modélisation thermodynamique des bâtiments (problème d’optimisation similaire du calage de modèles hydrologiques) pour évaluer l’éventuelle polyvalence de ces nouvelles méthodes.
Dans un contexte opérationnel, les travaux de Pierre-Luc Huot profiteront aux experts utilisateurs des modèles hydrologiques coûteux en temps de calcul, dont le modèle HYDROTEL, mais aussi aux spécialistes de la modélisation thermodynamique des bâtiments. Au niveau scientifique, ses résultats serviront à développer des approches innovantes de résolution de problèmes d’optimisation.