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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Richard Arsenault


PLAN DE COURS

Automne 2022
CTN769 : Ressources hydriques (3 crédits)





Préalables
Programme(s) : 7622,7625,7921
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    CTN446    
             
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

Au terme  de ce cours, l’étudiant ou l'étudiante 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.

Rappel des notions de base d’hydraulique et d’hydrologie. Introduction à la modélisation hydrologique et hydraulique. Notions d’hydrologie statistique : analyse de fréquences, risque hydrologique. Précipitation maximale probable. Précipitation nette selon la méthode SCS. Hydrogramme unitaire synthétique. Techniques de laminage de Muskingum-Cunge de Puls modifiées. Changements climatiques et ressources hydriques : modèles de climat, scénarios, impacts sur les débits. Hydrologie de la neige. Hydraulique et mécanique des glaces. Érosion en rivière. Méthodes de construction en rivière.

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 les étudiants de connaissances approfondies dans les domaines de l’hydraulique et de l’hydrologie. Les activités proposées permettront aux étudiants 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, les étudiants pourront :

  • 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.
  • Dimensionner 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 et la production hydroélectrique.



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'enseignant(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
Mercredi 15:30 - 17:30 Travaux pratiques et laboratoire



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Patrice Dion Activité de cours Patrice.Dion2@etsmtl.ca A-1576
01 William Armstrong Travaux pratiques et laboratoire william.armstrong.1@ens.etsmtl.ca



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.

 

1h
Introduction aux systèmes d'information géographique (SIG). Délimitation d'un bassin versant avec des SIG. Simulation de la construction d'un barrage. Estimation des propriétés du réservoir ainsi créé. Extraction de caractéristiques physiographiques pour paramétrer un modèle hydrologique. 7h
Introduction aux données météorologiques et hydrométriques. Techniques de correction des données météorologiques. Visualisation des données. 3h
Modélisation hydrologique: Types de modèles, donnéeés requises, limites des modèles, paramètres des modèles, calibration et validation, analyse de sensibilité, techniques de régionalisation. 6h
Hydrologie statistique : lois de distribution utilisées en hydrologie, analyse fréquentielle, intervalle de confiance, test de conformité. 3h
Crue maximale probable: Débit de conception, précipitation maximale probable, notion de période de récurrence, impacts du couvert de neige sur la fonte printanière.  3h
Changements climatiques et ressources hydriques : modèles climatiques, scénarios d'émission de gaz à effet de serre, impacts sur les débits et sources d'incertitudes. Évaluation de la vulnérabilité des ouvrages dimensionnés. 6h
Modélisation hydraulique: Introduction à l'hydraulique fluviale, relevés topographiques et hydrométriques, modélisation d'un cours d'eau, calibration, dimensionnement d'ouvrages hydrauliques (canal de dérivation, batardeau, pont, ponceau) 6h
Hydraulique des glaces: Formation de la glace, embâcles et débâcles. Évaluation de l'impact d'un couvert de glace sur la modélisation hydraulique 3h
Cadre légal entourant les travaux liés à la gestion des ressources hydriques 1h
Total 39h

 




Laboratoires et travaux pratiques
Description Heures
Pratique sur QGIS et téléchargement des données SIG pour le projet de session 2h
Estimation du contour du bassin versant et d'un réservoir avec QGIS 2h
Estimation des paramètres pertinents pour la modélisation hydrologique avec QGIS 2h
Extraction, visualisation et correction des données météorologiques et hydrométriques 2h
Introduction au modèle hydrologique et montage du modèle du projet de session 2h
Terminer le montage du modèle hydrologique et débuter sa calibration 2h
Terminer la calibration du modèle hydrologique 2h
Réalisation des analyses fréquentielles 2h
Extraction des données climatiques en climat de référence et en climat futur. Simulations hydrologiques en climat futur. 2h
Montage du modèle HEC-RAS du projet de session 2h
Calibration du modèle HEC-RAS 2h
Dimensionnement des structures hydrauliques et modélisation d’un couvert de glace dans HEC-RAS 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). Le projet de session durant toute la session nécessitera la remise de deux remises partielles: une à la semaine 5 pour les SIG et une à la semaine 9 pour les données hydrométéorologiques, la modélisation hydrologique et les analyses fréquentielles avec les corrections de la première remise partielle. Une remise finale comprenant l’impact des changements climatiques, la modélisation hydraulique et l’analyse de triple bilan tout en incluant le contenu des deux remises partielles sera réalisée à la fin de la session.

 




Utilisation d'outils d'ingénierie

Dans le cadre de ce cours, le logiciel de modélisation hydraulique HEC-RAS sera utilisé (version 5.0.7 ). Il est possible de télécharger gratuitement les ce logiciel et la documentation s'y rapportant via le lien suivant: http://www.hec.usace.army.mil/software/.

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 le logiciel QGIS réalisé sur Moodle. 7.5
Mini-examen 2 Portant sur le modèle hydrologique, réalisé sur Moodle. 7.5
Mini-examen 3 Portant sur l’analyse fréquentielle, réalisé sur Moodle. 7.5
Mini-examen 4 Portant sur le logiciel HEC-RAS, réalisé sur Moodle. 7.5
Examen final Portant sur la matière complète du cours, sur Moodle, sans modélisation informatique. 30
Projet de session

Partie 1: remise partielle du projet de session portant sur les SIG (semaine 5)(10%)

Partie 2: remise partielle du projet de session portant sur les données hydrométéorologiques, la modélisation hydrologique et les analyses fréquentielles (10%)

Partie 3 : remise finale du projet de session portant sur l’impact des changements climatiques, la modélisation hydraulique, le triple bilan et sur l'ensemble du projet depuis le début de la session (20%)

40


Les mini-examens auront le format de mini-quiz sur la plateforme Moodle et auront une durée de 45 minutes chacun. La documentation (papier et numérique) est permise pour les mini-quiz. 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/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) 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.