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Cours
Responsable(s) Richard Arsenault

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École de technologie supérieure
Département de génie de la construction
Responsable(s) de cours : Richard Arsenault


PLAN DE COURS

Été 2019
CTN769 : Ressources hydriques (3 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 100,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
À la suite de ce cours, l’étudiant sera en mesure : de concevoir des ouvrages en milieu hydrique selon les règles de l’art; de modéliser le régime hydrologique d’un bassin versant et le comportement hydrodynamique d’un cours d’eau; d’estimer les impacts du changement climatique sur les régimes d’écoulement d’un bassin versant; d’évaluer les impacts d’une construction en milieu hydrique sur le régime d’écoulement d’un cours d’eau; d’utiliser des modèles hydrologiques et hydrauliques.

Formule d’apprentissage par projet de conception: Le projet intégrera plusieurs éléments parmi les suivants : batardeaux, canaux de dérivation, digues, ouvrages de retenue, ponts. Projets incluant : Analyse fréquentielle en hydrologie, conception d’ouvrages hydrauliques temporaires et permanents, zones inondables, changements climatiques et ressources hydriques, mécanique et hydraulique des glaces.

Séances de laboratoire et exercices reliés aux applications en construction, avec l’utilisation de l'informatique.



Objectifs du cours

Ce cours a pour but de doter l’étudiant de connaissances approfondies dans les domaines de l’hydraulique et de l’hydrologie. Les activités proposées permettront à l’étudiant d’approfondir la théorie et d’acquérir les connaissances pratiques nécessaires à la conception de projets de construction en milieu hydrique.

Ayant complété ce cours avec succès, l’étudiant peut :

  • Définir l’hydrologie statistique et déterministe.
  • Délimiter le bassin versant d'une rivière à son exutoire et en extraire ses propriétés.
  • Appliquer, calibrer et valider des modèles hydrologiques et hydrauliques pour la simulation et la prévision du ruissellement et de l’écoulement en rivière.
  • Analyser l’influence de la fonte de neige sur la crue printanière et l’impact de la glace sur le régime hydraulique des cours d’eau.
  • Planifier une étude d’impacts hydrologiques pour le dimensionnement d’ouvrages en milieu hydrique selon les spécificités d’un bassin versant.
  • Concevoir des ouvrages en milieu hydrique de manière sécuritaire et mesurer les impacts sur l'écoulement de la rivière.
  • Estimer les impacts des changements climatiques sur les régimes hydrologiques et défendre le choix des projections climatiques choisies aux fins de calculs.
  • Comprendre l’utilité des systèmes hydriques; calculer le bilan d’eau d’un système hydrique, la production hydroélectrique et des indicateurs de niveaux d’eau.



Stratégies pédagogiques
  • 39 heures d’enseignement par projets (en salle informatique) à raison de trois (3) heures par semaine, comportant des périodes de travail d'équipe, de questions, de discussion et d’études de cas.
  • Apprentissage des logiciels et de leur utilisation et application dans un projet de session intégrateur, le tout réalisé au laboratoire informatique. Le travail de session sera accompli selon l’approche par projet et il permettra aux étudiants de mettre en pratique les théories et méthodes exposées aux cours.
  • Mini-quiz et examen pratique permettant aux étudiants de prendre conscience de l’état d’avancement de leurs connaissances, de leur progrès et de leur réussite.



Utilisation d’appareils électroniques

L'utilisation d'appareils électroniques autres que les ordinateurs du local de classe (téléphones intelligents, ordinateurs portables, tablettes) à des fins autres que pour la prise de notes, la résolution de problèmes et la consultation de sources d'information pertinentes n'est pas permise dans ce cours, sauf dans des situations exceptionnelles le justifiant. Dans ce dernier cas, une autorisation devra préalablement être obtenue de l'enseignat(e).

 

L'utilisation d'appareils électroniques autres que la calculatrice Texas Instruments et les ordinateurs du local d'examens est interdite lors des examens.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Vendredi 08:30 - 10:30 Travaux pratiques et laboratoire



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Richard Arsenault Activité de cours Richard.Arsenault@etsmtl.ca A-1482



Cours

La matière de ce cours, subdivisée en groupes de sujets, est la suivante (les durées indiquées sont approximatives) :

Contenus traités dans le cours Heures

Introduction et rappel de notions de base d’hydrologie et d’hydraulique : bassin versant, éléments du cycle hydrologique et hydrogramme. Étude de cas résumant les notions du cours.

 

2h
Délimitation d'un bassin versant avec des systèmes d'information géographique. Simulation de la construction d'un barrage. Propriétés du réservoir ainsi créé.  4h
Introduction à la modélisation hydrologique : types de modèles, équations, données requises, limites des modèles, calibration et validation des modèles, études de cas. 3h
Modélisation hydrologique: Débit de conception, notion de période de récurrence, Crue maximale probable, simulation continue. Impacts du couvert de neige sur la fonte printanière. 6h
Hydrologie statistique : lois de distribution utilisées en hydrologie, analyse de fréquences et précipitation maximale probable. 3h
Modélisation hydraulique: Conception d'ouvrage de dérivation d'une rivière. conception de la hauteur d'un batardeau. Conception d'une pile de pont en milieu hydrique et impacts sur l'écoulement. 9h
Hydraulique et mécanique des glaces: Embâcles, capacité portante, formation de la glace, poussée des glaces. Évaluation de l'impact d'un couvert de glace sur la modélisation hydraulique 6h
Gestion des systèmes hydriques à réservoir. 3h
Changements climatiques et ressources hydriques : modèles de climat, scénarios et impacts sur les débits. Évaluation de la vulnérabilité des ouvrages dimensionnés. 3h
Total 39h

 




Laboratoires et travaux pratiques
Description Heures
Identifier les sources de données et traitement pour utilisation en modélisation hydrologique 2h
Estimation d'un débit en rivière à un site non-jaugé en utilisant des techniques de régionalisation simples. 2h
Détermination d'un bassin versant en vue de dimensionner un barrage à son exutoire en utilisant un SIG (QGIS) 2h
Analyse de sensibilité des paramètres du modèle hydrologique HEC-HMS 2h
Début de la partie 1 du travail de session à l'aide du logiciel HEC-HMS/HMETS  2h
Suite du projet de session partie 1 - Modélisation hydrologique: Calage des paramètres du modèle et estimation des débits de conception. 2h
Introduction au logiciel HEC-RAS et début de la partie 2 du travail de session (laboratoire informatique). 2h
Suite de la partie 2 - modélisation hydraulique: Conception d'un batardeau 2h
Suite de la partie 2 - modélisation hydraulique: Conception d'une pile de pont dans une rivière. 2h
Suite de la partie 2 - modélisation hydraulique: Conception d'un ouvrage de dérivation en vue d'effectuer des travaux en rivière (barrage ou autre) 2h
Hydraulique des glaces: Application au projet de conception du batardeau 2h
Impacts des changements climatiques sur les débits de conception 2h
Total 24h

 

INFORMATIONS ET DIRECTIVES GÉNÉRALES

 

OUTIL DE COMMUNICATION, LABORATOIRES ET TRAVAUX PRATIQUES

La plateforme de communication qui sera privilégiée dans ce cours est Moodle. Cette plateforme doit être consultée régulièrement pour obtenir des précisions sur le cours. Elle servira également d’outil de diffusion de documentation supplémentaire. L’horaire des laboratoires et travaux pratiques y sera notamment disponible dès le début de la session.

 

Le projet de session est un travail d’équipe qui sera réalisé en trois (3) étapes (Systèmes d'information géographiques, Modélisation hydrologique et Modélisation hydraulique). Des rapports portant sur chacune de ces composantes devront être remis par chaque groupe d’étudiants. Les consignes détaillées ainsi que les dates de remise seront fournies au cours de la session.

 




Utilisation d'outils d'ingénierie

Dans le cadre de ce cours, les logiciels de modélisation hydrologique et hydraulique HEC-HMS et HEC-RAS seront utilisés (versions 3.5 et 4.1.0 respectivement). Il est possible de télécharger gratuitement les versions appropriées de ces logiciels et la documentation s'y rapportant via le lien suivant: http://www.hec.usace.army.mil/software/.

Le modèle hydrologique HMETS sera également utilisé. Il sera distribué sur la plateforme Moodle en temps opportun.

Finalement, le système d'information géographique QGis sera utilisé au courant de la session (version 3.4). Il est possible de télécharger gratuitement les versions appropriées de ces logiciels et la documentation s'y rapportant via le lien suivant: https://qgis.org/en/site/forusers/download.html




Évaluation

La note globale est la résultante des évaluations durant le trimestre, de l'examen final et des travaux pratiques selon les pondérations suivantes :

 

Activité Description %
Mini-examen 1 Portant sur la matière des cours 1-3. 5
Mini-examen 2 Portant sur la matière des cours 4-5. 5
Mini-examen 3 Portant sur la matière des cours 6-7 5
Mini-examen 4 Portant sur la matière des cours 8-9 5
Mini-examen 5 Portant sur la matière des cours 10-11 5
Mini-examen 6 Portant sur la matière des cours 12-13 5
Examen final Portant sur la matière complète du cours, en salle informatique 30
Projet de session

Introduction à la modélisation hydrologique (5%),

Introduction à QGIS (5%)

Parties 1 et 2 : modélisation hydrologique à l'aide de HMETS et débit de conception; modélisation hydraulique à l'aide de HEC-RAS et dimensionnement d'ouvrages divers (30%).

40


Les mini-examens auront le format de mini-quiz sur la plateforme Moodle et auront une durée de 20 minutes chacun. La documentation ne sera pas permise pour les mini-examens. L'examen final sera d’une durée de trois (3) heures, se tiendra en local informatique et la documentation y sera permise.

 

En plus de la note de passage pour le résultat cumulatif total, l’étudiant doit obtenir une note cumulative de 50% lors des examens contrôlés (Mini-examens et examen final) pour réussir le cours.




Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Un retard dans la remise d'un rapport lié au projet de session entraîne une pénalité de 10% par jour de retard.




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Les notes de cours seront partagées sur la plateforme Moodle en temps opportun au courant de la session.

 

OUVRAGE DE RÉFÉRENCE SUGGÉRÉ

Bedient, P.B., Huber, W.C. & Vieux, B.E. Hydrology and floodplain analysis. 5th edition, Prentice Hall, 2012.




Ouvrages de références

Anctil, F., Rousselle, J. & Lauzon, N., Hydrologie: cheminements de l’eau. 2ième édition,  Presses internationales polytechniques, 2012.

Ashton, G.D., River and Lake Ice Engineering. Water Ressources Publications, LLC, 1986.

Chadwick A., Morfett, J., Hydraulics in civil and environmental engineering. 3rd edition, E & FN SPON, 1998.

Clarke, R.T., Statistical modelling in hydrology. John Wiley and Sons Ltd, 1994.

Hoggan, D.H. Floodplain Hydrology and Hydraulics. 2ième édition, McGraw-Hill, 1997

Haestad Methods. Computer-assisted floodplain modeling using HEC-RAS. 1st edition, Haestad Press, 2003.

Karamouz, M., Szidarovszky, F. et Zahraie, B. Water resources systems analysis. Lewis Publishers, 2003

Maidment, D., & Chow, V.T., Handbook of hydrology. McGraw,-Hill,1993.

McCuen, R., Modeling hydrologic change. Statistical methods. Lewis Publishers, 2003.

McCuen, R.H. Hydrologic Analysis and Design. 3rd edition, Prentice Hall, 2004.

Meylan, P., Favre, A.-C. et Musy, A., Hydrologie fréquentielle : une science prédictive. Presses polytechniques et universitaires romandes, 2008.

Singh, V.P., Frevert, D., Mathematical models of large watershed hydrology. Water Resources Publications, LLC, 2002.

U.S.D.A., National Engineering Handbook, Part 630 Hydrology. United States Department of Agriculture,1997.

Viessman, W. Jr., Lewis, G.L. Introduction to hydrology. 5th edition, Prentice Hall, 2002.

Watson, I., Burnet, A.D. Hydrology. An environmental approach. Lewis Publishers, 1995.

Watt, W.E., Hydrologie des crues au Canada: Guide de planification et de conception. Conseil national de recherches du Canada, 1990.




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Accès à Moodle : https://ena.etsmtl.ca.