UNIVERSITÉ DU QUÉBEC INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CENTRE EAU TERRE ENVIRONNEMENT GESTION DES EAUX PLUVIALES ET CHANGEMENTS CLIMATIQUES PAR Alain MAILHOT Samuel BOLDUC Guillaume TALBOT Dikra KHEDHAOUIRIA RAPPORT NO R-1418 VERSION FINALE AOÛT 2014 REMERCIEMENTS Les auteurs souhaitent remercier les villes qui ont participé à ce projet et les personnes qui ont contribué directement à la réussite de ce projet. Nous tenons également à remercier les membres du comité de suivi du projet qui nous ont généreusement accordé de leur temps et dont les avis ont permis de bonifier le projet : M. Sébastien Biner, Mme Barbara Casati et Mme Caroline Larrivée du consortium Ouranos, M. David Huard de David Huard Solutions, M. Denis Isabel de la firme SNC-Lavalin, M. Hervé Logé de la ville de Montréal, M. Jean Painchaud du MDDEFP, Mme Isabelle Boucher et M. Michel Duchesne du MAMROT et Mme Isabelle Tardif du CERIU. Un grand merci également à l’équipe impacts et adaptation du consortium Ouranos et particulièrement à Mme Caroline Larrivée et M. Alain Bourque qui nous ont épaulés tout au long de la réalisation de ce projet. Nous voulons manifester notre sincère reconnaissance à l’équipe de science du climat qui nous a fait bénéficier de sa précieuse expertise et des données du MRCC et notamment M. Daniel Caya, Mme Anne Frigon, M. Ramon de Elía, Mme Hélène Côté et Mme Diane Chaumont. Un merci spécial à M. Blaise Gauvin St-Denis qui a répondu de façon si aimable et si diligente à nos nombreuses demandes. Nous désirons souligner la participation des professeurs Geneviève Pelletier et Sophie Duchesne à ce projet. La professeure Pelletier a contribué à l’encadrement de l’un des étudiants impliqués dans le projet (Christophe Vidil) dont les travaux font parties intégrante du présent rapport. La professeure Duchesne a pour sa part participé aux discussions et aux travaux sur la conception et les changements climatiques. Ce projet a permis d’établir des contacts avec d’autres équipes de recherche œuvrant dans le domaine de l’impact et de l’adaptation aux changements climatiques en milieu urbain. A cet égard, nous voulons souligner la contribution de la professeure Danielle Dagenais de la faculté de l’aménagement à l’Université de Montréal de même que son assistante de recherche Mme Andrea Spector. A souligner également, la collaboration et la contribution de la professeure Sarah Dorner de l’École Polytechnique de Montréal et v de son équipe, notamment, Mme Laurène Autixier, alors étudiante à la maîtrise et maintenant assistante de recherche dans l’équipe de la professeure Dorner. Les coûts relatifs aux travaux de ce projet ont été assumés par Ouranos grâce au Fonds vert dans le cadre de la mise en œuvre de l’action 26 du Plan d’action 2006-2012 sur les changements climatiques du gouvernement du Québec. Les travaux sont également réalisés en collaboration avec Ressources naturelles Canada. vi SOMMAIRE EXÉCUTIF Une modification des régimes pluviométriques, conséquence de l’augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, risque d’avoir des impacts majeurs en matière de gestion des eaux en milieu urbain puisque les infrastructures et systèmes en place ont été conçus à partir des séries de pluie historique. Cette conception reposant sur l’hypothèse d’un climat stationnaire, le niveau de service et de risque ainsi établi est supposé représentatif et valable durant toute la durée de vie utile des ouvrages. Une augmentation de la fréquence et de l’intensité des pluies extrêmes aura pour conséquence des dépassements plus fréquents et de plus forte amplitude par rapport à la capacité des ouvrages en place. Le présent projet visait deux objectifs principaux : 1) évaluer les impacts des changements climatiques sur les niveaux de service de différents secteurs urbains existants en matière d’évacuation des eaux pluviales; et 2) évaluer le potentiel de diverses mesures d’adaptation afin de maintenir un niveau de service équivalent au niveau de service historique ([1961-1990]) en climat futur ([2041-2070]). Six secteurs ont ainsi été retenus, deux drainés par un réseau unitaire (secteurs B et C) et quatre par des réseaux séparés (secteurs A, D, E et F). Le modèle SWMM version 5 a été utilisé pour la modélisation des six secteurs sous étude. Une pluie de conception de type SEA de durée une heure a été considérée et majorée de 15 % pour représenter les pluies de la période 2041-2070. Trois périodes de retour ont été retenues pour fin d’analyse à savoir 2, 5 et 10 ans. Plusieurs indicateurs ont été définis pour quantifier les impacts des changements climatiques sur la performance de ces secteurs. Un premier groupe s’intéresse aux volumes infiltrés, de rétention de surface, de surverse et acheminés à l’usine alors qu’un second groupe mesure l’ampleur et l’étendue des surcharges en réseau et des risques d’inondation. Différents scénarios d’adaptation ont été élaborés et évalués pour chacun des secteurs sous étude. Ces scénarios se composent des mesures suivantes : 1) programme de débranchement de gouttière; 2) mise en place de systèmes de biorétention; 3) redimensionnement de conduites; 4) optimisation des bassins de rétention existants. Les scénarios d’adaptation mis en place pour chacun des secteurs varient en fonction vii de l’occupation du territoire, des configurations et des problématiques spécifiques rencontrées (p. ex. contraintes hydrauliques). Les principaux résultats de cette étude sont les suivants : • On assiste à un accroissement (à des degrés divers) de la vulnérabilité des secteurs et une baisse généralisée des niveaux de service (risque accru d’inondation et de refoulements en réseau) en climat futur. La vulnérabilité d’un secteur est d’autant plus grande que ce secteur comporte une fraction importante de surfaces imperméables directement connectées et que son niveau de service est problématique en climat historique. • Aucun des scénarios d’adaptation simulés ne permet de retrouver les volumes de ruissellement obtenus en climat historique. De même, aucun des scénarios d’adaptation examinés ne permet, même dans les conditions d’infiltration les plus favorables, de ramener les volumes de surverses ou les volumes rejetés au milieu récepteur au niveau historique et ce même pour la période de retour 2 ans. • Les scénarios d’adaptation de types débranchement de gouttière et systèmes de biorétention permettent de diminuer l’étendue des zones de mise en charge, entrainant une diminution des risques liés aux refoulements en réseau. Ce type de mesures ne permet pas à lui seul (dans le contexte d’application considéré) de récupérer les niveaux de service historiques. • L’efficacité des mesures de contrôle à la source sur les risques d’inondations et de refoulement dépendent de plusieurs facteurs locaux (configurations des réseaux, particularités hydrauliques locales). • Le redimensionnement de conduite est la mesure qui a le plus d’impact sur les mises en charge et les inondations. Ces mesures répondent à des problématiques locales précises que les simulations hydrauliques des réseaux ont rapidement mis en évidence. • Si les mesures de contrôle présentent un intérêt certain pour qui veut améliorer la performance d’un réseau, les applications considérées suggèrent qu’elles ne peuvent à elles seules permettre une adaptation adéquate des systèmes existants aux viii changements climatiques, particulièrement pour les événements de pluie les plus intenses. D’autres mesures telles que l’ajout de capacité de rétention sont à envisager ou encore toute mesure qui permettrait d’éliminer tout dysfonctionnement hydraulique. L’exercice précédent demeure théorique. En effet, les conditions d’infiltration des aménagements de biorétention sont optimales et correspondent à celles prévalent lors de la mise en fonction de ces aménagements. Les performances obtenues pourraient se dégrader avec le temps si l’entretien de ces ouvrages est déficient. L’entretien et l’efficacité à long terme des systèmes de biorétention (et de tous les systèmes de ce type) demeurent un enjeu central (problèmes de colmatage, performance en conditions hivernales en présence de sel de déglaçage et d’épandage de sable). Une analyse économique (réalisée par la firme AECOM) a également été conduite. Elle avait pour principal objectif de déterminer si les coûts de l’adaptation aux changements climatiques se traduisaient par des gains économiques supérieurs en termes de réduction des dommages (analyse coût/bénéfice des mesures d’adaptation proposées). Seul le secteur E a pu être étudié. Quatre scénarios d’adaptation ont été retenus : débranchement des gouttières, optimisation des bassins de rétention, construction de systèmes de biorétention et redimensionnement de tronçons du réseau. L’évaluation des avantages de chaque scénario d’adaptation se fait en mettant en balance les coûts des dommages que la mise en place de ce scénario permet d’éviter et les coûts des dommages dans le cas où aucune mesure d’adaptation n’est mise en place. L’étude économique révèle : 1) le secteur est peu vulnérable et le niveau de dommage historiquement faible; 2) qu’aucun des scénarios d’adaptation proposé n’est économiquement rentable pour ce secteur ; et 3) que le scénario de débranchement des gouttières (scénario 1) est le plus avantageux, suivi par le scénario d’optimisation des bassins de rétention (scénario 2), le scénario de redimensionnement des conduites (scénario 4) et enfin le scénario de construction des cellules de biorétention (scénario 3). Il convient de noter toutefois que les dommages considérés dans cette étude sont des dommages directs (bâtiments, infrastructures) et n’incluent pas les dommages indirects (p. ex. perturbation des activités économiques) ni les dommages et co-bénéfices environnementaux (p. ex. érosion des berges, détérioration des milieux récepteurs), par ailleurs très difficiles à évaluer. ix x