Alain Mailhot

Expertises

Hydrologie urbaine

  • Professeur à l’INRS

Téléphone
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Courriel
alain.mailhot@ete.inrs.ca

Centre Eau Terre Environnement

490, rue de la Couronne
Québec (Québec)  G1K 9A9
CANADA

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Intérêts de recherche

Gestion des eaux pluviales et changement climatique

L’augmentation des gaz à effet de serre aura une incidence sur les régimes pluviométriques et notamment sur les probabilités d’occurrence d’événements de pluies extrêmes. Ces changements auront une incidence à long terme sur le niveau de performance des systèmes de gestion des eaux pluviales actuellement en place et ceux qui seront mis en place au cours des décennies à venir. Cet axe de recherche s’intéresse à cet enjeu et entend analyser les impacts des changements climatiques sur les modes et les systèmes actuels de gestion des eaux pluviales et à évaluer diverses mesures d’adaptation afin de maintenir un niveau de performance adéquat à long terme.

 

Analyse de séries hydroclimatiques

L’analyse statistique des séries hydroclimatiques observées, et notamment des séries de précipitations, est importante puisque les résultats de telles analyses sont très souvent utilisées dans la conception d’ouvrages hydrauliques ou plus généralement dans la gestion du risque. Dans un contexte de changements climatiques, elles sont aussi utiles dans une perspective de détection de tendances dans les séries historiques. Ce type d’analyse est aussi essentiel dans l’établissement de scénarios d’évolution future de diverses variables climatiques (dont les précipitations) à partir des résultats de simulation des modèles climatiques. Nos travaux de recherche portent tant sur l’analyse de séries observées que celles produites par les modèles régionaux et globaux du climat.

 

Incertitudes en modélisation hydrologique

L’utilisation opérationnelle des résultats d’un modèle hydrologique, que ce soit dans une optique de prévision des crues ou d’estimation de zones inondables, doit prendre en compte les incertitudes associées à ces résultats.

Plusieurs sources d’incertitudes sont à considérer : incertitudes sur les données d’entrée, sur les paramètres du modèle, erreurs structurales du modèle, etc. Les travaux visent à développer et à tester différentes approches permettant d’estimer les incertitudes sur les résultats du modèle considérant les incertitudes sur l’un ou l’autre des intrants au modèle. Une application du modèle HYDROTEL à un bassin versant du Québec est utilisée.

Son équipe

Samuel Bolduc

Assistant de recherche

Guillaume Talbot

Agent de recherche

William-R Verge

Maîtrise en sciences de l’eau

Alexis Pérez Bello

Doctorat en sciences de l’eau

Camille Bergeron

Stage

Pradeebane Vaittinada

Stage

Formation universitaire

  • Maîtrise, Physique, Université de Sherbrooke
  • Doctorat, Physique, Université de Sherbrooke

 

Projets de recherche en cours

Caractérisation de l’impact des opérations aux barrages sur le régime hydrique de tronçons non jaugés de rivières

La Direction de l’expertise hydrique du Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques (MDDELCC) a produit, en 2013 et en 2015, deux versions d’un atlas hydroclimatique décrivant les régimes de crue, d’étiage et d’hydraulicité au Québec (CEHQ, 2013 et 2015). Cet atlas présente des indicateurs hydrologiques calculés aux tronçons de rivières situés à l’emplacement d’une station hydrométrique et dont le régime hydrique n’est pas influencé par la gestion de barrages.

En 2017, le Centre d’expertise hydrique du Québec (CEHQ) vise à diffuser des résultats en milieu non jaugé, c’est-à-dire pour tous les tronçons de rivières en présence ou absence de stations hydrométriques. Il importe toutefois de pouvoir caractériser comment le régime hydrique de ces tronçons est influencé par l’opération des barrages.

L’INRS a effectué des travaux sur l’influence de l’opération et de la présence des barrages sur les observations faites aux stations hydrométriques dans le cadre d’un contrat avec le MDDELCC (Mailhot et al. 2014). Les résultats obtenus ont permis de caractériser le régime hydrique aux stations hydrométriques selon le niveau d’influence des ouvrages de rétention situés en amont. Il reste cependant à approfondir l’impact que peuvent avoir les opérations aux barrages sur le régime hydrique en l’absence de séries de débits mesurés (milieu non jaugé).

Le MDDELCC souhaite connaître l’impact des opérations aux barrages sur le régime hydrique des tronçons de rivières sur le territoire québécois à partir d’un (ou de plusieurs) indice d’impact robuste dont le calcul sera automatisé. Le présent projet s’appuie sur les résultats obtenus dans le cadre d’un précédent projet réalisé en 2013-14 qui s’était intéressé plus spécifiquement à l’identification de l’influence des barrages sur le régime hydrologique sans discerner l’influence de l’opération des barrages (régime hydrique avec et sans opérations des barrages) de celle résultant de leur construction (régime hydrique avant et après construction des barrages).

 

Financement : Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre le changement climatique (2016-2017)

 

 

Élaboration du portrait climatique régional en climat futur en soutien à l’analyse des impacts et de l’adaptation aux changements climatiques au Nunavik

L’identification et la caractérisation des vulnérabilités climatiques du Nunavik nécessitent une amélioration des connaissances du climat nordique récent et futur. Un projet précédent a permis d’améliorer les connaissances sur le climat de référence du Nunavik en utilisant les réanalyses comme données alternatives aux stations météorologiques, ces dernières étant relativement rares sur le territoire et essentiellement localisées sur les côtes. Des indicateurs pertinents pour appuyer l’évaluation des vulnérabilités du territoire nordique au climat ont été identifiés, calculés et cartographiés. Les données ont déjà été réutilisées. Certaines variables climatiques et hydrologiques n’ont pu cependant être analysées dans la phase antérieure (extrêmes de température et de précipitations, vents et hydrologie).

Grâce à l’avancement des connaissances et aux travaux entrepris dans le cadre d’autres projets du réseau d’Ouranos, ces variables pourront maintenant être étudiées dans la seconde phase afin de répondre aux besoins des collaborateurs du ministère. Les travaux réalisés sur le climat de référence nous permettent donc de passer à la prochaine étape consistant à développer les scénarios climatiques sur les horizons futurs au nord du 55e parallèle. Des scénarios climatiques sur le Nunavik ont déjà été publiés dans Brown et al. (2013), toutefois, ceux-ci méritent d’être actualisés avec des simulations climatiques plus récentes. En effet, la communauté internationale en modélisation régionale du climat a mis sur pied le projet CORDEX (Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment) afin de produire un nouvel ensemble de simulations régionales sur différents domaines, dont l’Amérique du Nord, avec de nouvelles versions des modèles climatiques régionaux.

Le groupe Simulations et Analyses climatiques d’Ouranos ainsi que l’UQAM et Environnement Canada contribuent à cette initiative et les liens étroits établis entre ces institutions et les collaborateurs au projet proposé ici faciliteront l’accès aux données et l’analyse des résultats obtenus. Mentionnons que le recours à des simulations régionales sur ce territoire est fort pertinent puisque la résolution spatiale plus fine permet de mieux simuler le climat côtier et les extrêmes. Le principal objectif de ce projet est de développer les scénarios climatiques dans la région du Nunavik, au nord du 55e parallèle en soutien à l’adaptation aux changements climatiques.

 

Financement : Ministère de la Faune, des Forêts et des Parcs du Québec  – Plan d’action sur les changements climatiques 2013-2020 (2016-2017)

Collaborateurs : Carl Barrette et Steeve Côté (U. Laval), Domnique Berteaux et Pascale Ropars (UQAR), Ross Brown (Environnement Canada), Diane Chaumont et Elyse Fournier (Consortium Ouranos),  Catherine Guay (Institut de recherche d’Hydro-Québec)

 

 

Révision des critères de conception des ponceaux pour des bassins de drainage de 25 km² et moins dans un contexte de changements climatiques

Le présent projet vise à réviser les critères de conception de ponceaux drainant des bassins de superficies inférieures à 25 km² dans un contexte de changements climatiques. Les objectifs spécifiques du projet de recherche sont :

1) valider les différents paramètres de la méthode rationnelle et les ajuster afin que les débits calculés représentent avec plus de précision les valeurs observées sur le terrain;

2) évaluer l’impact des changements climatiques sur la conception des ponceaux et faire des recommandations quant aux critères de conception à appliquer dans un contexte de changements climatiques.

Des bassins de drainage de superficies inférieures à 25 km² seront identifiés et instrumentées afin de recueillir des données météorologiques et de débits sur plusieurs années. Ces données serviront à modéliser ces bassins en vue de générer des séries de débits pour des événements pluvieux extrêmes et de comparer ces débits à ceux estimés à partir de la méthode rationnelle. Les impacts d’une augmentation de l’intensité des pluies en climat futur sur les débits et sur la conception des ponceaux seront également évalués.

 

Financement : Ministère des Transports du Québec (MTQ) – Plan d’action sur les changements climatiques (2015-2017)

Collaborateurs : Annie Gagné et Christian Poirier (MTQ)F

 

 

Amélioration des méthodes de conception de scénarios climatiques pour l’Arctique canadien

L’objectif principal du projet est de fournir aux projets connexes de l’IRIS d’ArcticNet des scénarios climatiques qui bénéficient de méthodes de pointe sur le plan du post-traitement. Les améliorations (en comparaison des scénarios des précédents IRIS et des produits PCIC pancanadiens) incluent l’utilisation de nouvelles simulations des modèles régionaux, la couverture des aires marines, la prise en compte dans le post-traitement des incertitudes observationnelles, et le développement de scénarios pour la vitesse du vent. Une attention particulière sera portée aux extrêmes de précipitation et de températures ainsi qu’aux dépendances entre les variables.

 

Financement: Réseau ArcticNet – Phase 4 (2015-2018)

Collaborateurs: Carl Barrette et Mickaël Lemay (U. Laval), Diane Chaumont et Patrick Grenier (Consortium Ouranos), Dany Dumont (UQAR), Ross Brown (Environnement Canada)

 

 

Structures spatiotemporelles des précipitations en climat historique et futur – applications en gestion du risque et en conception hydraulique

Ce programme de recherche vise à développer des outils et des approches permettant une meilleure caractérisation spatiotemporelle des événements de pluie en climats historique et futur et à appliquer ces outils et approches aux méthodes actuelles de gestion du risque et de conception hydraulique. Ces travaux permettront de répondre à plusieurs préoccupations des gestionnaires et concepteurs d’ouvrages hydrauliques conscients que les méthodes actuellement à leur disposition reposent sur une représentation simplifiée des distributions spatiotemporelles des précipitations.

 

Financement : CRSNG – Subvention à la découverte (2013-2018)

 

Projets récemment terminés

Valeur scientifique et opérationnelle des ensembles de données alternatives en hydrologie

L’hydrologie appliquée est surtout basée sur les données hydrométéorologiques, en particulier sur les mesures de la température et des précipitations. Cependant, les séries temporelles des variables hydrométéorologiques souffrent de plusieurs problèmes tels que des historiques d’enregistrement courts, des données manquantes, et de diverses erreurs et biais. Notre capacité de représenter adéquatement la variabilité spatiotemporelle des processus hydrologiques à l’échelle des bassins est donc limitée. De nouveaux ensembles de données ont été proposés pour pallier le manque d’observations directes et la faible couverture spatiotemporelle.

Les ensembles de données disponibles comprennent, outre les données aux stations, trois ensembles de données complémentaires : les données sur grille, les réanalyses et les données issues de modèles climatiques. L’objectif général du projet est d’étudier la valeur scientifique et opérationnelle de ces ensembles de données en hydrologie. Les objectifs spécifiques sont :

1) comparer la capacité des données traditionnelles et alternatives à fournir des informations utiles pour des applications et des recherches en hydrologie;

2) explorer les avantages et les inconvénients des ensembles de données basées sur les observations;

3) estimer la valeur ajoutée des ensembles de données produites par les modèles pour les études hydrologiques.

 

Financement : CRSNG – Subvention de recherche et développement coopérative (2013-2016)

Collaborateurs : François Brissette (chercheur principal, École de technologie supérieure), Annie Poulin (ÉTS), Marie-Amélie Boucher (UQAC), Daniel Caya (Consortium Ouranos), René Roy (Hydro-Québec)

 

 

Analyse de la corrélation entre fréquences des surverses et pluviométrie

Dans le cadre de la mise en place de la Stratégie pancanadienne sur la gestion des effluents d’eaux usées municipales, une approche a été développée afin d’assister les directions régionales dans la mise en place et le suivi de cette stratégie. Cette approche permet :

1) d’établir un lien entre les fréquences de surverses et les caractéristiques de la pluie;

2) vérifier l’impact sur les fréquences de surverses de diverses actions et modifications telles qu’une variation du débit moyen (suite au développement urbain), une réduction des eaux parasites (suite à une réfection du réseau), une augmentation des débits interceptés (modification des ouvrages d’interception), une variation des surfaces imperméables (développement urbain) et l’ajout de bassin de rétention.

Un document intitulé Modélisation des phénomènes de débordement des réseaux d’égout rédigé par M. Serge Assel décrit cette approche. Le présent mandat a pour objectif de développer et d’appliquer une approche statistique permettant d’établir un lien entre la fréquence des surverses et la pluviométrie.

 

Financement : Ministère du Développement durable, de l’Environnement, de la Faune et des Parcs du Québec  (2013-2014)

 

Mises à jour des courbes Intensités-Durée-Fréquence (IDF) et de certains paramètres du Guide de conception des ponceaux

Le Service conception de la Direction des structures du ministère des Transports du Québec a sous sa responsabilité la conception des ponceaux pour l’ensemble du territoire québécois. Les courbes Intensité-Durée-Fréquence (IDF) sont utilisées pour dimensionner ces ouvrages. Basées sur les séries historiques de pluie disponibles, ces courbes nécessitent d’être mises à jour surtout dans un contexte où les changements climatiques pourraient modifier la fréquence et l’intensité des pluies extrêmes.

Le présent projet vise à mettre à jour ces courbes en utilisant les séries de pluies les plus récentes et à également développer des courbes IDF pour le Nord québécois. De plus, une majoration de ces courbes devra être proposée au Ministère afin de tenir compte des effets des impacts des changements climatiques. Enfin divers paramètres du Guide de conception des ponceaux devront être mis à jour.

 

Financement : Ministère des Transports du Québec (2013-2014)

Réseaux 

Consortium Ouranos sur la climatologie régionale et l’adaptation aux changements climatiques

 

Diplômé(e)s et anciens stagiaires postdoctoraux 

BEN NASR, Iméne  (M. Sc.  2014)
BOLDUC, Samuel  (M. Sc.  2010)
DIACONESCU, Emilia Paula  (Stage postdoctoral  2018)
EL HOUSNI, Hind  (Ph. D.  2019)
FORTIER, Claudine  (M. Sc.  2013)
GAGNON, Patrick  (Ph. D.  2012)
GHANNEM, Imen  (M. Sc.  2015)
GUINARD, Karine  (M. Sc.  2014)
INNOCENTI, Silvia  (Ph. D.  2019)
KHEDHAOUIRIA, Dikra  (Ph. D.  2018)
LACHANCE-CLOUTIER, Simon  (M. Sc.  2011)
TURCOTTE, Richard  (Ph. D.  2010)

Activités scientifiques

Membre du Conseil d’administration de l’Association Canadienne des Ressource Hydriques (ACRH)

Activités d’enseignement

Méthodologie de la recherche (ETE704)

Connaître la méthodologie scientifique. Amener l’étudiant à prendre connaissance de son projet de recherche, à mieux le situer dans une problématique plus globale et à réaliser sa revue de littérature dès le second trimestre. L’étudiant définira la problématique de son projet de recherche, ses hypothèses, ses objectifs, une méthodologie de recherche et son échéancier. Initier aussi l’étudiant à l’écriture scientifique.

Hydrologie (EAU101) – partie Hydraulique

Introduction à l’hydrologie et à la météorologie. Précipitations, évaporation, évapotranspiration et fonte de neige. Hydrogramme unitaire. Influence des caractéristiques physiques du bassin versant sur l’écoulement. Écoulement de surface, hypodermique et de la nappe. Caractéristiques et propriétés des modèles statistiques et déterministes. Gestion des réservoirs. Utilisation d’un modèle hydrologique sur un bassin versant.

Publications