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Révolutionner la mesure de la neige avec des rayons gamma

Les embâcles au printemps empêchent l'écoulement de l'eau

Crue printanière

Photo : Radio-Canada / Carl Boivin

Alexandre Touchette

Quand les pluies du printemps arrivent, il est essentiel de connaître la quantité de neige accumulée dans les bassins versants pour prévoir les risques d'inondations. Plutôt que d'envoyer des équipes sur le terrain prendre des carottes de neige pour évaluer la quantité d'eau dans le manteau neigeux, un capteur automatise la mesure, ce qui la rend beaucoup plus précise.

Chaque hiver, des équipes sont déployées par Hydro-Québec et par le ministère de l'Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques pour aller mesurer l’épaisseur du couvert de neige un peu partout dans la province.

Ces données permettent de suivre la période de crue et d'avertir les autorités concernées des risques d’inondations. Pour Hydro-Québec, ces mesures sont aussi l'occasion d’estimer la quantité d’eau qui se retrouvera dans ses réservoirs à la fonte des neiges.

Les équipes de carottage parcourent de grandes distances en motoneige ou en hélicoptère pour se rendre aux stations nivométriques réparties sur tout le territoire du Québec. Une fois sur place, les techniciens se déplacent en raquettes pour prendre une série de 10 mesures que l’on appelle dans le jargon « une ligne de neige ».

On voit des travailleurs d'Hydro-Québec qui mesurent la neige au sol en forêt à l'aide d'un cylindre gradué.

Des travailleurs d'Hydro-Québec mesurent la neige au sol

Photo : Hydro-Québec

Ils enfoncent un tube de métal dans la neige jusqu’au sol pour mesurer la hauteur du manteau neigeux. Ils pèsent ensuite le carotteur pour calculer la densité de la neige et évaluer son équivalent en eau, qui varie beaucoup selon le type de neige; une bordée de neige fraîche poudreuse est beaucoup moins dense et contient donc beaucoup moins d’eau qu’un banc de neige de la même épaisseur traversé par plusieurs couches de verglas.

Le carottage est une technique éprouvée, mais qui coûte très cher à Hydro-Québec, étant donné que les bassins versants de ses réservoirs couvrent 500 000 kilomètres carrés, soit une superficie équivalente à celle de la France. Pour faciliter la collecte de données, les chercheurs de l’Institut de recherche d'Hydro-Québec (IREQ) ont développé au début des années 2000 un instrument de mesure automatisé qui est maintenant commercialisé sous le nom de GMON, pour Gamma Monitoring.

On voit un capteur GMON, dans la neige. À gauche, une employée et derrière, des conifère.Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Le capteur GMON (abréviation de gamma monitoring) mesure en continu l’équivalent en eau de la neige au sol, ce qui se traduit par une amélioration de la qualité des prévisions relatives aux crues printanières.

Photo : Hydro-Québec

Le capteur, qui est suspendu au-dessus du sol, mesure les rayons gamma émis naturellement par le sol. Le GMON détecte l’atténuation du rayonnement causé par les accumulations de neige ou de glace. Cette atténuation permet de déduire très précisément la quantité d’eau contenue dans le couvert neigeux. L’appareil, qui est alimenté par des panneaux solaires, fonctionne sans intervention humaine.

Un outil plus précis

Avec les redoux de plus en plus fréquents en hiver, les carottiers devenaient de moins en moins précis, parce qu’ils ne sont pas conçus pour percer l’épaisse couche de glace qui s’accumule après les épisodes de verglas. Le GMON, de son côté, mesure l’équivalent en eau du couvert neigeux très précisément, peu importe qu’il soit formé de neige légère ou de glace.

L'autre désavantage du carottage est qu’il demande tellement de ressources que les équipes passent dans chaque station nivométrique à un intervalle de deux semaines.

Étant donné la vitesse à laquelle la fonte peut se produire au printemps, une grande fluctuation du couvert neigeux peut survenir entre deux mesures. Le GMON envoie quant à lui des mesures quatre fois par jour par satellite, ce qui permet de suivre beaucoup plus précisément la variation de la quantité de neige et surtout la vitesse de la fonte, qui a un impact direct sur le niveau des cours d’eau.

Vers la fin du carottage

Après avoir testé la technologie du Gamma Monitoring pendant plusieurs années en comparant les données à celles du carottage, Hydro-Québec prévoit installer 80 stations GMON d’ici trois ans pour remplacer complètement ses activités de carottage.

Hydro-Québec a pris une décision qui risque d’influencer beaucoup la science de la mesure de la neige dans le monde, parce que le Canada est un très gros joueur dans le dossier de la mesure de la neige à l’international.

Sylvain Jutras, professeur en hydrologie forestière à l'Université Laval

Plus de données pour des modèles plus efficaces

À long terme, l'objectif est d'intégrer la masse de données générées par le GMON aux modèles hydrologiques pour améliorer leur précision. « On voit vraiment un super potentiel pour ces technologies-là », affirme Marie-Claude Simard, prévisionniste hydrologique à Hydro-Québec. « Il faut savoir que nos modèles hydrologiques sont calibrés sur le passé, et quand le passé n’est plus garant de l’avenir, il faut pouvoir se raccrocher à quelque chose d’autre. »

Étant donné que les changements climatiques apportent une plus grande variabilité et plus d'événements météo extrêmes, les modèles probabilistes basés sur des données historiques sont de moins en moins efficaces. Hydro-Québec développe donc de nouveaux modèles physiques qui se basent sur les prévisions météo et sur la topographie des bassins versants pour estimer les vitesses d'écoulement.

Grâce aux capteurs comme le GMON, ils peuvent utiliser des mesures en temps réel de la fonte de la neige et de débit des cours d'eau dans leurs simulations. Un nouvel outil qui permet donc de mieux s’adapter aux changements apportés par le réchauffement climatique.

Le reportage d'Alexandre Touchette a été diffusé à l'émission Les Années lumière, à ICI Radio-Canada Première.

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