Gestion optimale d'un réservoir hydraulique multiusages et changement climatique. Modèles, projections et incertitudes : Application à la réserve de Serre-Ponçon

Pouvoir evaluer l'impact du changement climatique sur la ressource en eau, et les systemes de gestion qui lui sont associes, est une preoccupation majeure de nos societes. Une telle evaluation necessite la mise en place d'une chaine de simulation qui permet, sur la base d'experiences climatiques futures, i) d'estimer a l'echelle regionale l'evolution possible de la ressource et de sa variabilite, ii) de simuler le comportement des systemes utilises pour leur gestion pour iii) estimer les eventuelles modifications de performance. Cette these vise a tester la possibilite de mettre en place une chaine de simulation de ce type pour un systeme de gestion reel et a identifier quelles sont les composantes a considerer dans ce cas. Pour ce faire, nous chercherons en particulier a apporter des elements de reponse aux questions suivantes: - Quelles representations peut-on faire d'un systeme de gestion operationnel pour une application en climat modifie ? - Quels elements d'evaluation peuvent permettre d'estimer l'impact du changement climatique sur ce systeme de gestion ? - Quelles sont les sources d'incertitudes influencant cette evaluation ? Quelles sont les contributions relatives a l'incertitude totale des differentes methodes et modeles utilises ? Nous considererons plus precisement le systeme de gestion du barrage de Serre-Poncon, alimente par le haut bassin versant de la Durance. Ce barrage, gere par EDF, est l'un des plus grands barrages artificiels europeens. Il est multi-usages (irrigation, soutien d'etiage, production d'hydroelectricite, tourisme). Dans un premier temps, nous presenterons le contexte du systeme de gestion actuel. Nous mettrons ensuite en place un modele de gestion du barrage visant a reproduire – de facon realiste du point de vue du gestionnaire actuel (EDF), mais simplifiee pour pouvoir etre applique sous scenarios futurs - la gestion actuelle du barrage. Nous developperons pour cela i) des modeles permettant d'estimer les differentes demandes en eau et ii) un modele d'optimisation de la gestion sous contraintes. Ce modele permettra de simuler la gestion du systeme au pas de temps journalier sur plusieurs decennies du climat recent, ou de climats futurs modifies. Nous proposerons ensuite un ensemble d'indicateurs qui permettent de fournir une estimation de la performance d'un tel systeme a partir des sorties du modele de gestion obtenues par simulation pour differentes periodes de 30 ans. Nous explorerons la facon dont la performance estimee depend du modele choisi pour la representation du systeme de gestion actuel, et plus precisement de la facon dont la strategie utilisee pour l'optimisation de la gestion est elaboree. A ce titre, nous proposerons trois modeles de gestion bases sur trois types de strategies, obtenues pour des degres differents de previsibilite des apports et sollicitations futurs a la retenue. Pour ces simulations, les modeles d'impacts necessitent des scenarios de forcages meteorologiques a l'echelle de bassin versant (e.g. modele hydrologique, modele d'usages de l'eau, modele de gestion de la ressource). Ces scenarios peuvent etre obtenus par des methodes de descente d'echelle statistique (MDES), sur la base des simulations grande echelle des modeles climatiques globaux. Enfin, nous evaluerons les incertitudes liees aux deux types de modeles et estimerons leurs contributions relatives a l'incertitude globale. Nous utiliserons pour cela les scenarios issus de differentes chaines de simulation GCM/MDES produits sur la periode 1860-2011 dans le cadre du projet RIWER2030. Nous montrerons que ces deux sources d'incertitudes sont du meme ordre de grandeur sur l'estimation des modifications de performance.