Rapport annuel de 2020 à 2021 sur la Loi sur les ressources en eau du Canada : chapitre 8

8 Recherche et développement

8.1 Recherche sur les effets des changements climatiques sur les systèmes aquatiques

Au cours de l’exercice 2020-2021, ECCC a entrepris plusieurs activités de quantification et de prévision de la sensibilité locale, régionale et nationale des régimes hydrologiques et des écosystèmes aquatiques aux changements climatiques, y compris :

• la poursuite de l’évaluation des conséquences hydroclimatiques et écologiques des embâcles dans les fleuves et les rivières, en mettant l’accent sur l’écosystème du delta des rivières de la Paix et Athabasca et le plan d’action du parc national Wood Buffalo
• la planification des activités de suivi communautaire et l’analyse des données recueillies au cours de la dernière décennie
• la production de renseignements pour déterminer l’efficacité et la viabilité économique de possibles stratégies d’adaptation aux changements climatiques dans les régions les plus vulnérables de l’Ouest canadien; notamment des méthodes de stockage et d’apport d’eau au moyen de barrages en surface et de réservoirs aquifères, ou une évaluation du futur potentiel d’irrigation agricole
• l’étude des répercussions des changements potentiels de l’équivalent en eau de la neige intégré du bassin, ainsi que de la température et des précipitations printanières moyennes sur la pointe annuelle de l’écoulement dans l’Ouest canadien
• l’évaluation, en collaboration avec des organisations universitaires au pays et à l’étranger, de la vulnérabilité des bassins versants de l’Ouest canadien qui dépendent de l’eau provenant des eaux de montagnes à l’augmentation des risques de sécheresse et à la diminution des manteaux neigeux
• l’élaboration et la mise en œuvre d’un système permettant d’évaluer la résilience hydrologique et chimique de l’eau des bassins versants du Nord du Canada face aux feux de forêt
• l’évaluation des changements aux caractéristiques spatiales et temporelles (telles que la croissance, la persistance, le recul ou l’étendue spatiale) des futures sécheresses graves dans les Prairies canadiennes
• l’évaluation de la variabilité climatique et des changements climatiques sur les milieux humides et l’hydrologie des Prairies, y compris les conséquences sur la qualité de l’eau dans le bassin versant des Prairies
• l’examen de la synergie des changements climatiques et de l’exploitation des ressources sur les besoins en eau de l’environnement dans les principaux systèmes hydrologiques pancanadiens
• l’examen du lien entre, d’une part, les voies d’écoulement terrestres et les sources de sédiments et, d’autre part, les changements de la teneur en humidité ou des conditions (dégel du pergélisol ou précipitations)
• la réalisation de travaux de recherche en vue d’évaluer les effets de la dégradation du pergélisol sur le cycle et la composition chimique de l’eau dans le Bouclier canadien arctique et subarctique
• l’étude des lacunes dans les connaissances et des effets cumulatifs en ce qui a trait à la compréhension des répercussions des changements climatiques sur les bassins hydrographiques d’eau douce de l’Arctique, en collaboration avec des universités, des organismes provinciaux et territoriaux et des organisations autochtones
• la contribution au rapport d’évaluation de l’Arctique marin portant sur l’eau douce et la cryosphère dans le contexte des changements climatiques

De plus, ECCC a contribué à l’édition et à la publication du livre « Arctic Hydrology, Permafrost and Ecosystems » ^{Note de bas de page 4} (en anglais seulement) qui compte 30 chapitres écrits par 86 auteurs de 12 pays. Cet ouvrage fournit une évaluation complète et à jour des principales composantes terrestres du système arctique (c.-à-d. l’hydrologie, la climatologie, le pergélisol et l’écologie dans les régions circumpolaires).

8.2 Développement technologique

Initiative de renouvellement des SHN et volet innovation

L’initiative de renouvellement des SHN a été présentée au cours de l’été 2018. Elle représente un investissement de 89,7 M$ dans quatre domaines ou volets des SHN, soit les prévisions de la quantité d’eau, les infrastructures, le rétablissement de la capacité et l’innovation. L’objectif général du volet innovation est d’améliorer la surveillance et les services hydrologiques par l’évaluation et la mise à l’essai d’innovations en matière de technologies de mesure et de gestion de la qualité des données. Ce volet représente un investissement sur 5 ans (2018 à 2023) de 15,5 M$ et 21 postes équivalents à temps plein.

En 2020-2021 (troisième année), le volet innovation s’est concentré sur l’établissement de nouveaux sites d’essais hydrométriques, en procédant à une sélection minutieuse des sites, à la planification et à l’installation d’instruments et d’équipements. Malgré les restrictions liées à la COVID-19 limitant certains accès au terrain, 35 nouvelles stations d’essai ont été établies (dans 7 provinces), dépassant l’objectif d’établir 20 stations d’essai en 2020-2021.

Instruments hydrométriques, collecte de données et production de données

Du point de vue opérationnel, le PHN a continué d’investir dans les technologies sur le terrain, notamment dans l’équipement hydroacoustique et dans des plateformes avancées de déploiement telles que des téléphériques manœuvrés depuis la berge et des bateaux télécommandés, alors que les téléphériques avec personnel sont mis hors service partout au pays. Les essais réguliers d’assurance de la qualité des instruments hydroacoustiques se poursuivent, mais la nécessité d’avoir une base de données ou un système à l’échelle nationale pour suivre cette information devient de plus en plus évidente. La définition des exigences pour le suivi de ces immobilisations qui ne sont pas liées aux stations sera une priorité au cours de l’exercice 2021-2022.

Il y a également eu une continuité des investissements dans l’utilisation de caméras de site pour surveiller les conditions des stations, y compris la période affectée par la glace. Le PHN exploite maintenant plus de 90 appareils photographiques de transmission d’images (principalement des appareils embarqués sur satellite et quelques appareils sur modem cellulaire), qui transmettent généralement une image par jour, ainsi que plus de 200 appareils pour prises de vues à intervalle dont les images sont téléchargées périodiquement au moment des visites sur le terrain. Les images transmises par les appareils photographiques sont désormais mises à la disposition des partenaires en temps réel, et ceux-ci peuvent se connecter au site Web du Bureau de l’eau.

L’utilisation des notes électroniques de relevés hydrométriques pour décrire les visites sur le terrain et téléverser les renseignements et les données connexes est devenue courante. Elle améliore grandement la qualité et la normalisation de la description et de l’enregistrement des activités lors de visites sur le terrain. Le pourcentage de téléversements de notes électroniques de relevés hydrométriques est passé de 26 % de l’ensemble des visites sur le terrain téléversées en 2017 à 59 % en 2018, puis à 94 % en 2020.

Grâce aux travaux des projets novateurs, le PHN étudie également la possibilité d’utiliser des technologies sans contact comme des radars et des appareils photographiques (au moyen d’images provenant de drones et d’appareils photographiques en station fixe), afin d’améliorer la surveillance des niveaux et des débits d’eau. En 2020-2021, 2 sites d’essai de vélocimétrie d’image par appareil photographique et 5 sites d’essai de vitesse de surface par radar ont été établis au Canada.

Il est essentiel de renforcer la résilience en matière de télémesure des données. Au cours de l’exercice 2020-2021, le PHN s’est engagé à continuer de travailler sur 2 grands axes d’intervention en matière de modernisation de la télémesure : 1) continuer la transition de tous les systèmes de télécommunication terrestre restants vers des services de communication cellulaire et satellite, qui réduiront la dépendance au matériel vieillissant et aux lignes terrestres de moins en moins fiables; 2) inviter à soumettre des propositions pour l’installation de 2 stations terriennes de lecture directe afin de recevoir des messages du système de collecte de données des GOES directement de GOES de l’Est et de l’Ouest. Actuellement, les SHN dépendent entièrement des liaisons Internet terrestres aux sites des stations terriennes de lecture directe aux États-Unis, et ce, pour plus de 1 400 stations hydrométriques. Ces travaux diversifieront les moyens d’accès aux données et accroîtront la résilience globale du système.

En 2020-2021, une enquête de caractérisation du site a été réalisée pour toutes les stations hydrométriques actives du réseau (environ 2 200 stations). Cette enquête a permis de recueillir d’importantes données qui seront utilisées pour optimiser divers aspects des activités quotidiennes du réseau.

Préparation de la mission Surface Water Ocean Topography (SWOT)

ECCC a continué de collaborer au développement de technologies de surveillance spatiale pour la surveillance hydrologique au Canada avec l’Agence spatiale canadienne, la National Aeronautics and Space Administration, l’Université de Sherbrooke, l’Université de la Californie à Los Angeles et d’autres organisations aux États-Unis. Les travaux se sont concentrés sur la mission de topographie SWOT (Surface Water & Ocean Topography), dont le lancement est prévu par la National Aeronautics and Space Administration en 2022.

En collaboration avec la Direction des sciences et de la technologie de l’eau d’ECCC et l’Université de la Saskatchewan, les SHN ont terminé le développement d’une nouvelle installation, conçue pour mettre au point et à l’essai de nouveaux drones et capteurs d’eau pour améliorer la surveillance des ressources en eau du Canada. En 2020-2021, de nombreuses activités exigeant du travail sur le terrain n’ont pu être réalisées en raison de la pandémie de COVID-19. Cependant, les membres de l’équipe SWOT ont fait des progrès importants sur plusieurs fronts, notamment la conception d’une maquette et des essais de modélisation hydrodynamique pour plusieurs sites d’essai, l’analyse des données recueillies pour la rivière Saskatchewan Nord et l’analyse des données AirSWOT recueillies, entre autres, dans le delta des rivières de la Paix et Athabasca.

8.3 Élaboration de programmes

Assurance de la qualité

Des améliorations ont été apportées à la qualité des données en temps réel grâce à l’adoption de nouvelles procédures de production de données continues. Un processus, mis en place en juin 2020, qui comprend l’intégration plus rapide des observations sur le terrain et un contrôle fréquent de la qualité des données et du rendement des stations garantit désormais que les utilisateurs ont plus rapidement accès à de meilleures données. Cette approche novatrice fait également partie de l’investissement dans le PHN.

La mise à jour des procédures opérationnelles normalisées de la Division des relevés hydrologiques du Canada s’est poursuivie au cours de l’exercice 2020-2021 dans le but de suivre le rythme des changements apportés aux méthodes et aux technologies. Les investissements étaient axés, et le demeureront, sur les procédures d’audit, sur l’estimation du débit lorsque les conditions ne permettent pas d’utiliser le modèle hydrométrique habituel, ainsi que sur la rationalisation d’aspects de l’approbation des données afin de valider les conclusions de calcul de données.

Science et développement hydrométriques

ECCC, par l’intermédiaire de ses SHN, a continué de collaborer avec ses partenaires internes ainsi qu’avec des partenaires externes gouvernementaux et universitaires dans le but d’améliorer la capacité de prévision des débits sous l’égide de ses obligations fédérales en matière gestion des eaux transfrontalières. De plus, la mise en œuvre des modèles hydrodynamiques et écohydrauliques dans les fleuves et rivières d’importance fédérale s’est poursuivie dans le cadre de collaborations avec des collègues universitaires du Québec (Institut national de la recherche scientifique).

ECCC travaille en partenariat avec les provinces et les territoires pour élaborer ou améliorer des systèmes de prévision des débits. Le « deuxième Forum sur les prévisions des inondations au Canada », organisé par ECCC, en coopération avec le programme L’avenir de l’eau dans le monde, s’est déroulé virtuellement du 22 au 24 février 2021. La participation a été exceptionnelle, avec au plus fort 187 participants simultanés provenant de partout au Canada, des États-Unis et d’Europe le premier jour, et plus de 100 participants qui sont demeurés connectés tout au long du forum. Le forum a poursuivi ses efforts visant à améliorer la communication et la collaboration entre les gouvernements provinciaux et territoriaux, ECCC, le milieu universitaire et les partenaires de partout au pays en vue d’établir une communauté de pratique nationale pour la prévision des inondations, lesquels ont bénéficié d’un large soutien. Parmi les principales conclusions du forum, mentionnons que la prévision est un véritable effort mondial et que le Canada est confronté à des défis uniques en raison des accords transfrontaliers internationaux et interprovinciaux et de ses systèmes hydriques complexes. Une grande variété d’approches sont adoptées au pays pour la prévision des inondations et de nombreux autres éléments. De nombreuses administrations utilisent des produits d’ECCC, tels que nos prévisions numériques déterministes, nos prévisions d’ensemble et le système canadien d’analyse de précipitation pour répondre à leurs besoins en matière de prévisions.

ECCC a poursuivi le renforcement de la capacité de prévision de la quantité d’eau dans 5 des principaux bassins hydrographiques du Canada : le bassin des Grands Lacs et du fleuve Saint-Laurent, le bassin de la rivière Saskatchewan et du fleuve Nelson, le bassin du fleuve Mackenzie, le bassin du fleuve Columbia et le bassin de la rivière Churchill. Cette capacité permet à ECCC d’offrir différents produits et services de prévision pour aider les provinces et territoires, ainsi que les administrations locales, à prévoir les inondations et les sécheresses. Les données hydrométriques recueillies par ECCC, par le biais de ses SHN, demeurent d’une importance capitale pour toute prévision d’inondation ou de sécheresse effectuée par les provinces, les territoires et les administrations locales.

L’indice des besoins hydrométriques (IBH) est un outil élaboré par les SHN pour représenter le gradient spatial des besoins en matière de surveillance hydrométrique dans un espace défini (tel que le Canada, ou une province ou un territoire précis). Les résultats préliminaires de cet outil ont été présentés aux partenaires du PHN en 2020-2021. La première étape de l’élaboration de l’indice a consisté à cerner les mandats en matière de surveillance hydrométrique des partenaires du PHN (gouvernement fédéral et gouvernements provinciaux et territoriaux) et à les illustrer au moyen d’ensembles de données géospatiales. Ensuite, ces ensembles de données ont été normalisés et utilisés pour générer un score d’indice numérique, entre 0 et 9, pour chaque sous-sous aire de drainage au Canada. Enfin, le score d’indice attribué à chaque sous-sous aire de drainage a été reporté dans l’espace, représentant la somme des besoins en matière de surveillance dans une zone. Le score de l’indice est un indicateur à des fins d’évaluation du réseau et de conception future. Les zones ayant le score le plus élevé correspondent à une plus forte densité d’exigences en matière de mandat de surveillance et peuvent avoir besoin d’un réseau dense de stations hydrométriques. Un exemple de l’indice élaboré pour la Nouvelle-Écosse est fourni à la figure 8.

Figure 8 : Exemple d’indice de besoins hydrométriques, Nouvelle-Écosse

Sensibilisation

Les SHN favorisent l’ouverture et l’interopérabilité de l’accès à l’information et aux données sur divers systèmes. Ils collaborent avec l’équipe des services Web géospatiaux d’ECCC pour rendre les données hydrométriques en temps réel disponibles en conformité avec les normes de l’Open Geospatial Consortium. Des données en temps réel sont désormais disponibles via le service Web GeoMet du Service météorologique du Canada sur le système intermédiaire qui sera opérationnel en 2021-2022.

8.4 Modélisation et études

Depuis plusieurs années, des chercheurs et des scientifiques d’ECCC et de nombreux organismes partenaires se servent des données atmosphériques et météorologiques pour alimenter les modèles de prévisions opérationnelles quotidiennes ainsi que des données hydrologiques, recueillies en vertu d’accords hydrométriques, pour alimenter les modèles hydrologiques. Ces modèles montrent la façon dont la modélisation hydrométéorologique régionale peut aider à améliorer la gestion des ressources en eau.

Grands Lacs

ECCC collabore avec la U.S. Army Corps of Engineers, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et le U.S. Geological Survey afin de mettre en œuvre divers systèmes de modélisation pour l’analyse historique du bilan hydrique dans les Grands Lacs supérieurs.

Au cours de l’exercice 2020‑2021, ECCC a continué d’améliorer les méthodes de modélisation et de prévisions hydrométéorologiques associées dans un cadre élargi de prévisions environnementales. Le modèle permet d’améliorer la compréhension des interactions entre l’atmosphère et la surface terrestre. Il appuie également une gestion améliorée de l’eau dans la région. Après des années d’élaboration par la NOAA, en concertation avec ECCC, un modèle statistique qui détermine les valeurs les plus probables des composantes du bilan hydrique est maintenant exécuté chaque mois à l’aide des données fournies par le Service météorologique du Canada d’ECCC et d’autres organismes du Canada et des États‑Unis. La recherche se poursuit et cette technique devrait mener à une amélioration des valeurs coordonnées des composantes de l’approvisionnement net du bassin des Grands Lacs, et nous permettre de mieux comprendre les fonctions hydrologiques et d’améliorer les prévisions des niveaux d’eau des Grands Lacs. De plus, des recherches ont été entreprises pour examiner les méthodes permettant d’utiliser une combinaison de l’analyse du système canadien d’analyse de précipitation d’ECCC et de diverses analyses des précipitations de la NOAA pour remplacer le produit des précipitations actuellement coordonné.

ECCC continue de fournir son soutien à la vérification des débits dans les chenaux de raccordement des Grands Lacs en collaboration avec la U.S. Army Corps of Engineers et le U.S. Geological Survey. Les mesures binationales de vérification sur le terrain dans la rivière Sainte-Marie, la rivière Sainte-Claire, la rivière Détroit, la rivière Niagara et le fleuve Saint-Laurent ont été limitées en raison des restrictions sur les déplacements transfrontaliers entre les États-Unis et le Canada en 2020-2021, mais l’analyse de vérification des mesures antérieures s’est poursuivie. Les efforts d’ECCC se sont poursuivis pour assurer l’assurance de la qualité et la coordination canado-américaine des mesures aux stations hydrométriques des chenaux de raccordement. La précision des mesures de débits des chenaux de raccordement des Grands Lacs continue de soutenir l’élaboration de modèles de prévision du bilan hydrique et la comptabilisation de l’utilisation binationale de l’eau.

Dans le cadre du Comité de coordination des données hydrauliques et hydrologiques de base des Grands Lacs, un plan complet de mise à jour du Système de référence international des Grands Lacs de 1985 (références verticales) pour le réseau des Grands Lacs et du fleuve Saint-Laurent a été élaboré. Une vaste enquête binationale sur le terrain qui était prévue pour 2020 a été reportée à 2022 en raison des restrictions de voyage mises en place pour répondre à la COVID-19. On prévoit toujours de terminer la mise à jour d’ici 2025.

Rivières et fleuves internationaux

ECCC a joué un rôle de premier plan dans l’étude du lac Champlain et de la rivière Richelieu, avec l’achèvement en 2020-2021 d’un modèle hydrodynamique bidimensionnel à haute résolution du lac Champlain et de la rivière Richelieu, qui comprend l’intégration de l’effet du vent sur le niveau du lac et le débit de la rivière, et l’élaboration de solutions d’atténuation en vue de réduire les débits de pointe de crue. De grands efforts ont été faits pour finaliser et utiliser un outil intégré de modélisation (ISEE-Integrated Socio-Economic and Environmental system [système intégré socio-économique et environnemental]) qui permet une analyse quantitative fiable de solutions d’atténuation pour les 2 côtés de la frontière entre les États-Unis et le Canada. Au cours de l’exercice 2020-2021, de multiples mesures d’atténuation des inondations ont été élaborées et analysées, et ECCC a contribué à l’effort de prévision des inondations et de cartographie en temps réel dans le cadre de l’étude du lac Champlain et de la rivière Richelieu.

ECCC continue de jouer un rôle de premier plan dans l’étude de la rivière Souris pour examiner les améliorations possibles à l’exploitation de plusieurs barrages en Saskatchewan et au Dakota du Nord à des fins de protection contre les inondations et d’approvisionnement en eau. L’étude a permis de créer et d’analyser d’autres simulations pour l’exploitation du réservoir afin d’optimiser la protection contre les inondations et l’approvisionnement en eau, tout en tenant compte des intérêts d’autres intervenants et titulaires de droits du bassin (p. ex. loisirs, qualité de l’eau, poissons et faune, culture). Au cours de l’exercice 2020-2021, des travaux se sont également poursuivis au volet des changements climatiques de l’étude, selon lequel les répercussions des changements climatiques ont été mises à l’essai au moyen de modèles climatiques mondiaux, d’une analyse des tendances et d’une analyse de la non-stationnarité. Un certain nombre d’ateliers et de réunions ont été organisés avec le public, des organismes de réglementation et des Premières Nations. L’étude a également renforcé, avec la CMI, un processus pour établir des relations à long terme avec les Premières Nations qui s’intéressent au bassin. La sécurité des barrages continue de représenter un problème majeur qui compliquera la gestion des réservoirs ainsi que la formulation de recommandations pour améliorer les activités à l’avenir.

Arctique

ECCC dirige l’initiative du système d’observation du cycle hydrologique de l’Arctique (Arctic-HYCOS), qui est axée sur l’évaluation du flux d’eau douce vers l’océan Arctique. Les travaux se sont poursuivis au cours de l’exercice 2020-2021 pour présenter sous sa forme définitive le portail Web public (en anglais seulement), afin de permettre aux utilisateurs d’afficher, de filtrer et de télécharger des données sur l’écoulement fluvial ainsi que d’autres données pour toutes les stations hydrométriques du réseau ArcticHYCOS selon des critères de métadonnées élargis. La première étape du projet ArcticHYCOS est terminée. La planification de la deuxième étape a commencé, et un plan de travail sera élaboré en 2021-2022. Le Canada continue de présider le projet et d’en assurer le secrétariat.

Dans le monde

ECCC a soutenu la restructuration de l’Organisation météorologique mondiale (OMM) en 2020-2021. Les SHN ont examiné la création de 2 nouvelles commissions de l’OMM qui ont remplacé les 8 précédentes commissions scientifiques et techniques (y compris l’ancienne Commission hydrologique). De plus, l’OMM a créé un groupe de coordination hydrologique afin de mieux intégrer l’hydrologie dans ses activités et d’élaborer une vision, une stratégie et un plan d’action en matière d’hydrologie. Les SHN dirigent un groupe de travail pancanadien composé d’experts, dont des scientifiques, des experts en politiques et des universitaires, afin d’examiner les enjeux hydrologiques mondiaux, les répercussions des nouvelles initiatives de l’OMM pour le Canada et le rôle du Canada dans le soutien au programme d’hydrologie mondiale.