Valorisation des prévisions d’ensemble

La problématique en jeu : la gestion d’une réserve hydroélectrique

D’après Roche et al. (2012), jusqu’en 1950 les réservoirs des aménagements hydrauliques français étaient essentiellement des réservoirs mono‐usages. L’usage multi‐objectif des réserves en eaux a cependant été progressivement propulsé par les demandes en eaux croissantes et la mise en place de plusieurs grands projets d’aménagement. Le contexte multi‐usage introduit forcement des nouvelles contraintes de gestion, non seulement hydraulique, mais aussi financière des aménagements. La gestion intégrée des ressources en eau peut concerner plusieurs applications : la distribution d’eau potable, la fonctionnalité des réseaux de collecte des eaux pluviales, la gestion des eaux usées, etc. Ici, nous nous focalisons sur la gestion d’une réserve hydroélectrique.   La première étape vers une gestion optimisée d’une réserve en eaux passe par la structuration du problème de gestion. Ce problème se résume souvent par un modèle physique basé sur la conservation de la masse. Afin de bien structurer le problème de gestion, les variables descriptives de l’état du système et les contraintes que les gestionnaires sont obligées de respecter doivent être définies. Ici, nous allons considérer un schéma simplifié d’une réserve en eau superficielle destinée à la production hydroélectrique, tel que celle présentée dans la Figure 136. Les principales variables descriptives de l’état du système sont:   ƒ le stock du réservoir (S) ;   ƒ le débit d’entrée (Qentrée) ; ƒ le débit turbiné (Qturbiné) ; ƒ le débit déversé (Qdeversé) ; ƒ le débit réservé (Qreservé). Figure 136: Schématique simplifié d’une réserve hydroélectrique. Chapitre 7 : Valorisation des prévisions d’ensemble 285 A ces variables, diverses contraintes s’imposent pour le bon fonctionnement de l’aménagement. D’abord, pour la sécurité du barrage, le volume du stock maximal ne doit pas dépasser une valeur maximale Smax. De plus, des quotas environnementaux, touristiques ou de navigation vont souvent dicter également un stock minimum et/ou maximal (Smin et S’max < Smax). En outre, il faut aussi respecter la puissance maximale des turbines Tmax, ainsi que la limite de débit maximal déversé, pour laquelle l’évacuateur des crues a été dimensionné (Dmax). De plus, les quotas environnementaux imposent la sortie d’un débit minimal réservé pour des raisons écologiques (Qréservé). Ici pour de raisons de simplification le débit réservé (Qréservé) est assumé égal à 0. Généralement, aux variables et contraintes, s’ajoutent les besoins des autres utilisateurs de l’eau réservée (réseaux de distribution d’eau potable, irrigation, etc.), ainsi que des objectifs d’écrêtement de crue et/ou soutien d’étiage. Une particularité du réseau français est liée au parc nucléaire, qui se trouve souvent en aval des aménagements hydroélectriques et qui produit 78% de l’électricité du pays. Pour les besoins du parc nucléaire, les gestionnaires des aménagements peuvent aussi tenir compte d’un débit minimal pour garantir le refroidissement des eaux sortantes des centrales nucléaires et pour maintenir la température de l’eau des rivières à des niveaux acceptables.   Les contraintes citées ci‐dessus représentent les contraintes dites physiques de la gestion. Néanmoins, la loi du marché impose des contraintes supplémentaires à respecter. Ce marché, censé satisfaire la demande en énergie au moindre coût global, incite chaque producteur à produire lorsque la marge entre les prix et son propre coût de production est la plus importante.  

Un modèle heuristique de gestion des réserves hydroélectriques

Cas d’application : les éclusées hebdomadaires Les trois grandes catégories d’aménagements hydroélectriques sont représentées dans la Figure 137, où quelques aménagements français sont caractérisés en fonction de leur capacité utile (indiquée en jours d’apport moyen en débit stockable par le réservoir) et de leur coefficient de turbinage (ratio entre le débit maximum qui peut être turbiné et l’apport moyen en débit). Nous observons que les usines au fil de l’eau correspondent à des aménagements caractérisés par une capacité utile inférieure à un jour (il n’y a pas – ou presque pas – de retenue d’eau et les apports amont sont turbinés au moment où ils arrivent, dans les limites de la capacité de l’usine) et une puissance de turbinage qui varie de 1 à 5 fois le débit moyen. Les aménagements avec retenue (éclusées et lacs) ont une capacité utile plus importante, de l’ordre de 1 à 15 jours pour les éclusées et supérieure à 15 jours pour les lacs. La capacité de turbinage est également légèrement croissante entre éclusées et lacs : entre 2 à 4 fois le débit moyen pour les premiers et entre 4 à 8 fois le débit moyen pour les lacs. Typiquement, les aménagements d’éclusée permettent de stocker l’eau arrivant durant les heures creuses de la semaine (nuit et week‐end, par exemple) pour la turbiner pendant les heures pleines. Les capacités de stockage des lacs permettent quant à elles un transfert à l’échelle saisonnière. Chapitre 7 : Valorisation des prévisions d’ensemble 287 Sachant que notre but est d’examiner la valeur potentielle des prévisions journalières, d’échéance maximale de sept jours, nous cherchons alors, pour servir de contexte d’application, des aménagements de taille intermédiaire, pouvant stocker des apports sur une durée de l’ordre de grandeur de la semaine. D’après les chiffres de la Figure 1, on observe que ceci correspond au cas des usines de production électrique du type éclusée hebdomadaire. N’ayant pas ici l’ambition de modéliser dans le détail toutes les contraintes d’un aménagement réel, nous travaillerons avec des aménagements fictifs simples, pour lesquels nous ferons varier la capacité utile et de turbinage dans les limites indiquées par les données de la Figure 137. Les apports en débits prévus et observés au droit de ces aménagements fictifs seront ceux des bassins versants réels étudiés dans cette thèse.