AbstractFlood protection and ecological rehabilitation of alpine riversrequire significant training works. In order to develop the stillsignificant multipurpose potential of rivers, new projects haveto integrate many aspects as energy production, flood rout­ing, ecological rehabilitation, leisure activities and landscapeintegration. Such multipurpose projects have a highof complexity and have therefore to be assessed as a corn­plex system. The identification of possible solutions has firstto be based on a qualitative analysis. This article presentsthe second step based on the related quantitative model andthe optimization tools which integrate conception and oper­ation of multipurpose run-of-river projects. An objective keyfor cost sharing between the main partners of the isalso proposed. The developed methodology is applied on amultipurposehydroelectric run-ot-river project on the UpperSwiss Rhone River.

Résumétravaux sont actuellement dans le

contexte de la gestion des crues et de la renaturation descours d'eau Pour bénéficier totalement du rvrvrasrvtux!

pluridisciplinaire de ces deniers, les projets entrepris doiventintégrer des aspects aussi larges que la production d'énergie,la gestion des crues, la revitalisation du cours d'eau et de sesberges, les loisirs aquatiquesainsi que l'intégration paysagère.L'intégration de ces différents domaines au sien d'un mêmeaménagementà buts multiplesgénère un système dont l'étudeest complexe. La recherche de solutions optimales qui produi-sent le plus de doit ainsi s'effectuer en deuxsuccessives, soit une qualitative suivie d'unequantitative. Cet article développe le modèle quantitatif ainsique les outils d'optimisation qui intègrent la conception et lagestion de projets fluviaux à buts multiples. Une clé objectivede répartition des coûts entre les principaux partenaires duprojet est également présentée. La méthodologie complèteest appliquée à un aménagementhydroélectrique fluvialà butsmultiples sur le Rhône suisse alpin supérieur.

t-eruurvrvcx Helier, Anton Schleiss

Les échecs répétés ainsi que les difficul­tés liées à la mise en œuvre de nouveauxouvrages hydroélectriques dans les paysindustrialisés montrent l'évolution du para­digme qui gère les rapports entre lasociétéhumaine et la nature. Les problèmes issusde ces ouvrages, souvent ignorés lors de laplanification, ajoutés à lavolonté populairede restaurer un état naturel, nécessitentdes analyses environnementales tant pourles nouvelles constructions que pour larestauration d'ouvrages ou encore la cor­rection decours d'eau. Laprise en comptedes aspects énergétiques et écologiques,joints aux aspects sécuritaires, financierset socio-économiques, transforme laconception des ouvrages hydrauliques àbuts multiples en un problème complexe.La conception, le dimensionnement et lagestion de tels aménagements nécessi­tent ainsi de nouvelles approches.

Laméthodologie développée com­prend quatre phases principales. Elle dé­bute par une qualitative du sys-

tème formé par un aménagement fluvial àbuts multiples et de ses interactions avecson environnement. Sur la base des ré­sultats de cette analyse, les objectifs del'aménagement sont alors formulés. Pourchacun de ces objectifs, la seconde étapeconsiste àdévelopper un modèle quantita­tif de simulation. Ces modèles permettentde quantifier la réponse de l'aménagementsur son environnement. Latroisième étapeest une génération de solutions optimalesau sens de Pareto. Elle est basée sur lesoutils de simulation développés à l'étapeprécédente. Finalement, la dernière étapeconsiste en une série de filtres successifsqui aboutissent aux solutions synergi­ques ainsi qu'à une clé de répartition descoûts.

La réflexion est développée en pa­rallèle à un cas d'étude sur le Rhône valai­san. Ce dernier est conditionné dans sonétat actuel par deux corrections successi­ves (fin Xlx ème et milieu xxème siècle) ainsique par l'exploitation des aménagementsde production hydroélectrique à haute

chute des vallées latérales. Sa morpholo­gie tout comme son régime hydrologiquesont donc fortement perturbés. Cet étatoffre un potentiel important de dévelop-

Figure 1.Conceptinitiald'un réservoiràbutsmultiples(Bol/aertet al.,2000).

"Wasser Energie l.uft» 100. Jahrgang, 2008, Heft CH-5401 Baden 101

Figure2. Lescinqétapesde la méthodede Gomezet Probst(1995).

Figure3. Articulationdesmodèlesde simulation.

pement tant écologique que d'utilisationsociale aquatiques notamment).La réflexion est basée sur un réservoir àbuts multiples situé parallèlement au coursd'eau principal et alimenté essentiellementpar l'aval (Schleiss, 2006). LaFigure 1illus­tre un tel aménagement.

Fondé sur la dynamique des systèmes,ce travail débute par une modélisationqualitative du système complexe étudié.Il s'agit principalement d'en comprendrele fonctionnement interne par les relations

son environnement. Cette compréhensionpermet de cerner, d'une part, les problè­mes existants au sein du système actuelet, d'autre part, lesattentes des principauxintervenants quant à des modificationspossibles ou souhaitées.

La modélisation qualitative est ef­fectuée à l'aide de la méthode de Gomezet Probst (1995).Cette méthode, cyclique,développée initialement pour des problè­mes économiques, comprend cinq étapesdistinctes. Il s'agit d'identifier le problèmeen le regardant sous différents angles,pour pouvoir comprendre les relations quiexistent entre les différents partenaires duproblème. Cette analyse doit permettre,par la mise en évidence des facteurs-clés,d'élaborer des solutions qu'il faut analy­ser par le biais d'indicateurs afin de pou­voir prendre les mesures nécessaires pourréaliser la solution la plus prometteuse. Laréalisation génère une nouvelle situationqui engendre de nouveaux problèmes. LaFigure 2 illustre les différentes étapes dela méthode.

Pour permettre une modélisationqualitative physique du système étudiéavec la méthode proposée par Gomez etProbst (1995), des adaptations sont né­cessaires. Il faut, d'une part, se limiter àune approche physique exclusivement paropposition à la pluralité des approches lo­giques possibles. D'autre part, il est né-

cessaire d'étendre le concept d'activitéet de réactivité des facteurs (profondeurd'agrégation des influences). Les déve­loppements liés spécifiquement au logicielPACEVs (Helier, 2006) apportent en plusla notion de distribution spatiale (rayond'action) et transforme la notion l'activité(ou réactivité) en notion d'impact (distinc­tion des effets désirables de ceux indési­rables).

Afin de valider les extensions de laméthode, une analyse de sensibilité estmenée sur la base du cas d'étude. Elleporte, d'une part, sur le modèle lui-mêmeavec l'intensité des relations choisies parles experts et, d'autre part, sur la profon­deur d'agrégation des influences. Cetteanalyse conclut que la méthode est ap­plicable de manière fiable sur les facteursprincipaux du système. Une réserve estcependant émise pour le classement desfacteurs secondaires du système (facteursde moindre importance).

L'application de la méthode iden-

Variablesd'entrée

Gestionordinaire

tifie un classement des différents facteursdans trois groupes distincts. Le premiergroupe rassemble les facteurs liés au di­mensionnement, lesecond groupe les fac­teurs liés à la gestion et le dernier groupeles facteurs qui sont les indicateurs du pro­jet. Dans chacun des trois groupes, les fac­teurs-clés sont mis en évidence. Ce sont,pour le groupe, les dimensionsdu le débit de la centraleainsi que celui de la rivière de contourne­ment. Le second groupe est réduit à uneseule variable de gestion, soit le débit sor­tant de l'aménagement. Enfin, le derniergroupe relève l'écologie aval, les aspectsfinanciers, socio-économlques, <:>n<:>y...,.o1'._

ques ainsi que l'impact sur la nappe phréa­tique (Helier et al., 2005a).

L'étude qualitative conclut sur lanécessité de développer une approchequantitative. Elleapporte les bases néces­saires aux différents modèles de simula­tion et distingue clairement les systèmesdécisionnel et physique de l'aménage­ment. Cette distinction permet de casserlacomplexité du système. Le lien entre cesdeux sous-systèmes est constitué par le"débit sortant», appelé variable "pivot».

Les aspects décisionnels étant traités di­rectement dans la partie méthodologie, lesaspects quantitatifs ou physiques peuventêtre abordés par des modèles partiels desimulation. Afin de respecter les différentsaspects mis en lumière par l'analyse quali­tative, autant d'outils de simulation que dethèmes abordés sont développés. Ce sont

102 "Wasser Energie l.uft» -100. Jahrgang, 2008, Heft 2, CH-5401 Baden

Profondeur réservoir (rn)

tude à 30 cm en hiver et 12 cm/h et 40 cmen été), le modèle permet une atténuationdu marnage fort (supérieur à 10 cm/h) su­périeure à 80% pour une perte énergéti­que inférieure à 10% (Helier et al., 2006).Ces limites permettent de reconstituer desconditions écologiques quasi naturelles.

Le modèle de gestion des crues poursuitun objectif double. Il établit tout d'abord,selon les possibilités de gestion de l'amé­nagement pendant les situations de crue,les règles relatives au fonctionnement dece dernier (Helier et al., 2005b). Ensuite,pour les différents modèles de fonctionne­ment, il établit l'influence de la rétention surla statistique des débordements aval. Parce biais, il permet la comparaison finan­cière entre l'augmentation de la capacitéaval et l'augmentation de la rétention. Surla base d'un risque résiduel constant, lemodèle permet de calculer l'abaissementpotentiel des digues aval pour un réservoirdonné. La Figure 5 illustre l'abaissementpotentiel pour différentes tailles de réser­voir possible.

Les lignes noires illustrent un vo­lume de rétention composé d'un réservoirde 1 km2 et 8,5 m de profondeur avec unvolume d'épanchement de 1 km2 et 3 mde profondeur. Ce volume conduit, pour leRhône valaisan à la hauteur de Branson.àune réduction potentielle de la hauteur desdigues aval de 36 cm. Cet abaissementpeut être estimé financièrement à une va­leur de 40 Mio CHF.

Figure 5. Abaissementpotentiel des digues avalpour différents volumes de rétention.

chute) tout stabilisant le niveau du réser­voir (minimisation des battements) et enmaximisant ainsi l'utilité social de ce der­nier. Le modèle intègre l'objectif premierde la gestion ordinaire, soit de tranquilliserle débit aval, sous forme de contrainte. Illimite les variations du débit aval à l'aided'un gradient (Halleraker et al., 2003) etd'une amplitude maximaux. De la sorte, ilrespecte, pour la rivière aval, ies attentesécologiques liées au réservoir. L'optimisa­tion du débit aval est calculée par le logicielAMPL (Fourer et al., 2003). LaFigure 4 illus­tre la gestion proposée pour une semainehivernale typique.

Les valeurs des contraintes (am­plitude et gradient) sont définies par desvariables qui constituent les leviers du mo­dèle de gestion ordinaire. Elles peuventêtre optimisées en même temps que lesparamètres géométriques du réservoir (c.f.paragraphe 4).Avec les valeurs proposéespour la gestion (gradient à 8 cm/h et ampli-

(1 )

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tout d'abord la gestion ordinaire de l'amé­nagement ainsi que la gestion en situa­tion de crue. Ces deux outils Y'OI'rYI,:>'t't,,,n't

de déterminer le fonctionnement hydrau­lique, c'est-à-dire le débit écoulé à l'avalde l'aménagement. Les autres outils de si­mulation sont directement dela Les aspectsréservoir), éco-''''''-11''"1\.''-''-' et sociaux découlent en effet uni-quement, pour un donné,des choix liés à la La simulationfinancière est en influencée par lesoutils liés au fonc-tionnement de l'aménagement) et endépendante de l'aménagement lui-même(investissement Les différents mo­dules de simulation sont représentés à laFigure 3 avec leur articulation relative.

Le modèle de gestion ordinaire déterminepour chaque heure ledébit aval optimal quisort du réservoir (modèle applicable en de­hors des situations de crues). Il est utiliséen permanence à l'exclusion des situationsde crue. Il est basé sur une prévision desapports hydrauliques à96 heures pour uneplanification de 48 heures. Le modèle cal­cule le débit aval de manière à maximiser,en tout temps, le taux de remplissage de laretenue. Il répond à l'équation suivante:

où Hres(t) est le niveau du plan d'eau duréservoir à l'instant t et Hres,max le niveaumaximal du réservoir. L'objectif mathéma­tique du modèle permet de maximiser laproduction d'énergie (maximisation de la

Figure 4. Semaine hivernale avec la gestion optimale proposée.

du réservoir répond à la seule équation delacontinuité pour décrire l'effet de laréten­tion. Il admet une relation hauteur-volume

"Wasser Energie Luft» -100. Jahrgang, 2008, Heft CH-5401 Baden 103

solaire direct, émission des corps chauds,conduction du soussol, conduction/convection de l'air et évaporation du pland'eau) ainsi que sur les apports hydrauli­ques. Ilest motivé tant par lesaspects éco­logiques que sociaux (utilisation du réser­voir à des fins de loisirs et ris-

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illustre l'évolution deléedu cours d'eau aval et du n::::,C'ol'"\fr"r

l'année 1993. Les résultats de simulationmontrent une influence sur larivière aval (courbes et noire quasi

La moyennedu réservoir peut évoluer en été entre 15et 20° C selon ledébit qui transite à traversla digue perméable.

Le modèle écologique est développédans le cadre d'une thèse parallèlelaud, 2007). Ils'applique uniquement àdessystèmes lotique (exclusion des systèmeslentiques comme le réservoir lui-même). Ilpermet de déterminer en fonction de lamorphologie du cours d'eau et du régimehydrologique (impact de la réduction dumarnage) l'évolution de la richesse pré­dite pour les invertébrés (Ephéméroptères,Plécoptères et Trichoptères) ainsi que lasurface utile pour quatre guildes de faunepiscicole (mouille, radier, berge et coursprincipal).

Le modèle social poursuit un objectif dou­ble. Il estime tout d'abord la valeur finan­cière d'une visite sur le site du réservoireffectuée à des fins de loisirs aquatique.Cette valeur est estimée avec la méthodedu coût du transport basée sur une en­quête réalisée sur l'ensemble du Valais.Compte tenu des activités nautiques pos­sibles sur le réservoir, la valeur financière

pour chacun d'eux. Le critère de choix dudiamètre est basé sur la moyenne mobilede la dérivée (taux limite fixé à 0,2%).

Dans le cas du Rhône valaisanà Branson, l'optimisation énergétiqueconduit à un diamètre de la machine d'en­viron3,5 m. Uneétudede sensibilité suriesdifférents paramètres de l'aménagement(surface, hauteur, débit équipé) aboutit àun rendement global unique de toute lachaîne énergétique à hauteur d'environ85% (ratio entre énergie brute et énergieélectrique).

Le modèle thermique simule l'évolutionthermique du réservoir uniquement. Tou­tefois, avec l'hypothèse d'un brassageparfait du débit aval, il permet égalementde déterminer l'évolution de latempératuredu cours d'eau aval. Basé sur une celluleunique, il calcule la température moyennedu réservoir. Le modèle est basé sur lesdifférents flux thermique du réservoir eninteraction avec son environnement (flux

Figure7. Evolution de la température du coursd'eau avalet du réservoir en fonctiondu débità traversla digueperméable,année 1993.

(3)

(2)

+

3600

1)

1)

Figure6. Variabilité de laproductionénergétiqueen fonctiondu diamètre de la turbine.

du réservoir (et de la courbe de remous dela rivière amont) qui fixe, en fonction du vo­lume présent, le niveau dans le réservoir.Le modèle hydraulique répond aux équa­tions suivantes:

Les résultats du modèle hydraulique sontimplicitement contenus dans les résultatsdes modèles de gestion.

Le modèle énergétique, développé pourdes turbines Kaplan a pour objectif de dé­terminer la production annuelle d'énergieen fonction des machines hydromécani­ques installées. Le modèle doit donc toutd'abord déterminer lesprincipaux paramè­tres de dimensionnement de ces dernières(diamètre de la roue et vitesse de rotation)pour ensuite en déduire la production. Ledimensionnement est effectué sur une col­line adimensionnelle adaptée aux basseschutes Uusqu'à 10 m environ). A cause dela forte variabilité du débit turbiné commede la chute disponible (conséquence dumodèle de gestion de l'aménagement),le dimensionnement des machines hy­dromécaniques requiert une optimisationpropre. Cette optimisation est effectuéede manière itérative sur les différents dia­mètres possibles de la turbine à hélice demême que sur les vitesses de rotation rela­tives. La 6 illustre la variabilité de laproduction annuelle du groupe principal enfonction des différents diamètres de lama­chine et de la vitesse de rotation optimale

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Solution A

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Solution B -----( ~."" (0

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les développés, ces outils apportent uneréponse indiscutable des conséquencesphysiques d'un projet hypothétique. Etantdonné la rapidité de calcul (de l'ordre de lademiminute), il serait même envisageabled'exploiter ce potentiel d'adaptation enlive au cours d'une négociation.

Selon la définition même du com­promis, accord obtenu par concession ré­ciproque (Larousse, 1994), cet outil d'aideà la décision permet d'aboutir à des solu­tions de cette nature. Il permet, en effet,d'accorder des points de vue divergentsà la condition que chaque partenaire ac­cepte de réduire ses prétentions.

aménagements ainsi que leurs différentesgestions possibles. Moyennant des fonc­tions d'agrégation, les résultats bruts desimulation peuvent être réduits à quelquesvaleurs significatives. Ces valeurs repré­sentent un projet donné. Par itération, ildevient ainsi possible d'améliorer le pro­jet initial, tout au moins de le faire évoluerdans la direction souhaitée.

Ces outils de simulation consti­tuent un premier support d'aide à la déci­sion. Dans les limites de validité des modè-

Figure 9. Solutions de compromis, de

consensus et de synergie.

Passer du compromis au consensus re­quiert une étape supplémentaire. C'estl'objectif principal de la méthodologie dé­veloppée. Habituellement, le consensusest défini comme un accord et un consen­tement général (tacite ou exprès) du plusgrand nombre (Larousse, 1994). Dans cetravail, il est considéré comme une solutionqui ne désavantage aucun des partenairesce qui conduit au consentement général.Selon la Figure 9, les solutions de consen­sus dépassent lecompromis en accordantde meilleures performances pour au moinsun des objectifs. Elles appartiennent enquelque sorte au même genre que lessolu­tions de Pareto. Les solutions synergiques

• les contre-canaux: coût linaire àconstruire sur le périmètre du réser­voir;

• le barrage en rivière: coût volumique dubéton à mettre en place et coût de lamasse d'acier composant les vannes;

• la centrale hydroélectrique: coût uni­taire variable en fonction de la puis­sance installée;

• la rivière de contournement: coût ii­néaire de la rivière à créer avec unepente moyenne constante;

• les installations de chantier: pourcen­tage sur les sept premiers coûts(10%);

• l'intégration architecturale et écologi­que: pourcentage sur les coûts 3 à 6(5%);

• les frais d'étude et d'imprévus: pour­centage des coûts 1 à 9 (15%);

• les frais financiers (inflation et intérêtintercalaire pendant la construction):pourcentage des coûts 1 à 10.

La modularité offerte par le modèlefinancier permet de modifier facilement laconfiguration de l'aménagement et d'encalculer son coût. Cette possibilité est lar­gement utilisée pour lesoptimisations par­tielles (cf. paragraphe 4).

Les résultats de simulation permettent toutd'abord de quantifier les produits délivréspar un aménagement donné pour unegestion donnée. Ils apportent ainsi une ré­ponse quantifiée aux conséquences (po­sitives ou négatives) du projet. Ence sens,l'ensemble des simulations constitue unoutil adéquat pour évaluer l'impact desmesures techniques (dimensionnement etgestion) du projet sur son environnement.

Les résultats de simulation permet­tent également de comparer les différents

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Figure 8. Fréquentation simulée du site du réservoir à des fins de loisirs pendant l'été 1993.

est estimée à 46 CHF par visite. Dans unsecond temps, le modèle estime la fré­quentation estivale du réservoir. Elle estdéduite à partir de la fréquentation d'unsite existant (Ilede Sion) lui-même calé surle chiffre d'affaire du restaurant de ce site(restaurant des Iles de Sion). Compte tenudes activités nautiques possibles, du dé­placement géographique (proximité de lapopulation résidente) et d'une fonction depréférence qui considère les battementsdu réservoir, la température de l'air et cellede l'eau, le modèle estime la fréquentationjournalière du site. LaFigure 8 illustre cettefréquentation simulée pour la période esti­vale de l'année 1993.

Annuellement, le modèle prédit untotal qui avoisine les 55000 visites. Avecle montant unitaire de 46 CHF, l'aménage­ment représente une valeur annuelle d' en­viron 2,5 Mio CHF.

Le modèle financier est basé sur un en­semble de prix unitaires qui sont multipliésaux quantités requises pour laconstructionde l'aménagement. Les quantités requisessont calculées à partir des variables de di­mensionnement. Les facteurs d'échelleliés à la variation des prix unitaires par rap­port aux quantités ne sont pas considérés.Le coût total est calculé par la sommationde onze coûts partiels. Ce sont:• le réservoir: achat du terrain et traite­

ment de la surface totale;• la zone d'épanchement: achat du ter­

rain et traitement de la surface des di­gues relatives;

• les digues: coût volumique des di-gues à construire pour réservoir,zone d'épanchement et la suréléva­tion amont (courbe de remous de ri­vière amont);

«Wasser Energie l.uft» -100. Jahrgang, 2008, Heft 2, CH-5401 Baden 105

synergiques, acceptables quant à la pro­duction de chacun des objectifs et paya­bles par chacun des partenaires. Cessolu­tions constituent assurément une base denégociation autrement plus élaborée quecelles basées sur la seule simulation. Elleprésente par ailleurs pour unsite donné, de n'inclure les aspects pure­ment subjectifs qu'à la fin du processus. Ilest donc très facile de modifier les para­mètres du filtre pour obtenir denouvelles solutions.

Lamodélisation qualitative d'un ":lyy,,6n'C>rtCL

ment à buts multiples hypothétique sur leRhône valaisan à Riddes permet de dis­tinguer six thèmes principaux. Ce sont lesaspects hydrauliques, les aspects énergé­tiques, les aspects socio-économiques,les aspects liés à la nappe phréatique etfinalement les aspects écologiques. Pourchacun de ces six aspects, les facteurs­clés sont mis en évidence et attribués àl'une des trois catégories (dimensionne­ment, gestion, indicateur).

Analysé dans son ensemble, lesys­tème relève tout d'abord les principauxfacteurs de dimensionnement, à savoirceux qui touchent directement le réservoir(hauteur et surface), la passe à poisson(débit) et la production énergétique (débitéquipé). Par agrégation, les variables degestion sont réduites au seul débit sortantde l'aménagement. Cette variable consti­tue également la variable «pivot» entreles systèmes de modélisation physiqueet logique. Finalement, les indicateurs re-

(4)

Figure 11. Organigrammede la méthodologiedéveloppée.

ainsi de dépasser les solutions consen­suelles. Il consiste à éliminer les solutionsdont le coût dépasse l'investissement po­tentiel. L'indicateur de synergie, Isyn, estdéfini par l'équation:

où Pi est la quantité physique délivrée del'objectif i, CU,i le coût unitaire optimal dumême objectif et Ctotal le coût total del'aménagement à buts multiples. Une so­lution est dite synergique si son indicateurde synergie, lsyn,est positif.

Le quatri­ème filtre est dou­ble. Il élimine lessolutions synergi­ques qui ne corres­pondent pas auxattentes des par­tenaires par défautde production oupar excès de coût.La Figure 11 illus­tre l'ensemble dela méthodologiedéveloppée parson organigrammefonctionnel.

Les solu-tions restantes sontdonc des solutionstechniquement réa­lisables, OPtimalesau sens de Pareto,

CHF/kWhan

CHF/m3 "---'1-

Energie

Figure10.Clé de transfertpar objectifet comparaison de l'investissement potentiel aucoût total.

cherchent à dépasser le consensus. Laméthodologie développée est basée surun ensemble de procédés d'éliminationde solutions potentielles pour ne retenirque les solutions réalistes. Elle considère,dans un premier temps, l'ensemble dessolutions potentieiies. Ce nombre de so­lutions correspond à la combinatoire desdifférentes variables de décision. S'il y aaumoins une variable continue, ce nombreest théoriquement infini.

Le premier filtre est implicitementcontenu dans levecteur de contraintes quilimite l'espace admissible des variablesde décision. Ainsi, pour autant que cescontraintes reproduisent les contraintesnaturelles d'un site, les solutions restan­tes correspondent toutes à des solutionstechniquement réalisables.

Le second filtre est réalisé par uneoptimisation multiobjective. Le résultatde cette optimisation est un ensemble desolutions théoriquement optimales. Cetteoptimisation nécessite, pour faciliter lacomparaison des objectifs, des optimi­sations partielles. Ces optimisations par­tielles (monoobjectives) établissent, pourchaque objectif, des clés de transfert entrel'investissement potentiel optimal et lesproduits délivrés. Par addition des inves­tissements potentiels, il devient ainsi pos­sible de comparer les différents objectifsd'un même aménagement entre eux ouvis-à-vis du coût total. Cette comparaisonest illustrée à la Figure 10.

Le troisième filtre élimine les solu­tions qui ne correspondent pasà une solution de consensus par rapport àau moins une solution optimale n,.,";-,c,lIa

Ce filtre est appelé synergique. " permet

106 "Wasser Energie l.uft» 100. Jahrgang, 2008, Heft 2, CH-5401 Baden

ITtJeinbauen

und vergessen!

développée en 12 étapes depuis l'analysequalitative jusqu'aux solutions finales, estappliquée à un cas d'étude sur le Rhônevalaisan. Les solutions trouvées permet­tent de proposer un projet d'aménage­ment à buts multiples capable de satisfaireaux exigences des différents acteurs touten générant une économie d'investisse­ment de l'ordre de 10%. Cette réduction,appelée gain synergique, est calculée parrapport à la somme des investissements

précédent n'apparaît pas aussi clairementsur les deux axes "marnage» et "batte­ment». Enfin, les axes «énergie» et «visite»montrent peu de sensibilité pour les diffé­rentes variantes.

Figure12.Représentation graphiquedesdifférentessolutions du casd'étude de Rid­despourlesdeux annéesétudiées.

Cetravail de recherche, mené au sein d'uneéquipe pluridisciplinaire composée d' éco­logues, d'architectes, d'ingénieurs civils etmécaniciens, de producteurs d 'hydroélec­tricité et de servicesétatiques, a montréla pertinence del'approche choisiequi a conduit à lafaisabilité des so­lutions proposées.Par ailleurs, la mo-dularité des métho-des développées(analysequalitative,gestion du mar­nage, calcul proba­biliste de l'impactde la rétention surles crues, modèlede dimensionne­ment des turbines,optimisations par­tielles et complètes)offre de larges pos­sibilités pour desutilisations partiel­les, pour des appli­cations à d'autresouvrages ou pourdes développe­ments ultérieurs.

La métho­dologie complète,

groupent l'ensemble des impacts du sys­tème tant pour les aspects écologiques,sociaux, financiers, énergétiques ainsi queceux liés à la nappe phréatique.

L'ensemble des résultats qualita­tifs forme l'étape initiale de la modélisationquantitative. Ils définissent les modèlesnécessaires de simulation (hydraulique,

écologique, so-cial et financier), les contraintes à respec­

des contraintes pour les varia­bles de décision qui inclut implicitement lanappe ainsi que l'articulationdes modèles entre eux (résolution optimi­sée de la gestion comme étape initiale).

L'optimisation globale est déve­loppée sur la base des simulations,. Elleutilise l'algorithme d'optimisation QMOO(Leyland, 2002) en lui ajoutant deux fonc­tionnalités (mise en réseau d'ordinateurs,prise en compte de résultats de simulationqui n'entrent pas dans l'optimisation). Lesrésultats issus de QMOO sont des solu­tions situées sur des courbes de Pareto.L'investissement est compris entre 100et 1000 Mio CHF. Les revenus bruts sontcompris entre 100 et 500 Mio CHF.

L'application des trois filtres (sy­nergique, acteurs-inférieur, acteurs-su­périeur) permet d'éliminer l'essentiel dessolutions optimales. L'agrégation finaleexécutée manuellement permet d'aboutirà une solution unique. Cette solution peutêtre caractérisée par un réservoir légère­ment supérieur à 0,6 km", une profondeurd'eau à l'amont du barrage située vers8,0 m (chute utile d'environ 6,5 m) et undébit équipé de 250 m3/s. L'investisse­ment total de cet aménagement est d'en­viron 180 Mio CHF et l'investissement po­tentiel de 198 Mio CHF. Cette solution offredonc un indicateur de synergie d'environ10% (synthèse référence 1993). Les dif­férentes solutions trouvées (2 pour 1993,2 pour 1999 et la synthèse pour les deuxannées) sont représentées graphiquementà la Figure 12.

La Figure 12 illustre clairement lelien qui existe entre les trois axes "volume­coùtsynerqie», A cause du coût élevé pourlaconstruction des digues, l'augmentationdu volume (de celui du réservoir et dansune moindre mesure de celui de la zoned'épanchement) conduit de manière im­portante à une élévation du coût total.En conséquence, l'indicateur de syner­gie baisse dans une proportion similaire.Ainsi, le classement des solutions sur l'axedu volume correspond à celui sur l'axe ducoût mais est inversé sur l'axe de la syner-

A cause de la variabilité des valeursdes paramètres de gestion, le classement

"Wasser Energie Luft» - 100. Jahrgang, 2008, Heft 2, CH-5401 Baden 107

temps (h)

sortant

Niveau d'eau (m)

Indicateur ou taux de synergie (-)

Quantité physique produite (unité)

Débit

Volume

Exposant

Adresse des auteurs

Dr. Philippe Helier

e-dric.ch, Grand-Chemin 73

CH-1 066 Epalinges

Tel. +41217843313

http://e-dric.ch,philippe.heller@e-dric.ch

Remerciements

Ce projet de est par la Com­

mission Fédérale pour Technologie et l'Inno­

vation (Switzerland, projet CTI n° 6794.1 FHS­

IW)ainsi que par l'Office Fédéral de l'Environne­

ment (Switzerland, projet Rhône-Thur, module

IV, sous-module4), l'Etat du Valais et les Forces

Motrices Valaisanne. Le laboratoire de gestion

des écosystèmes (EPFL,Switzerland), le bureau

d'ingénieurs STUCKY et le groupe ANDRITZ­

VATECH ont apporté leur soutien dans les do­

maines écologiques et techniques respective­

ment.

Prof. Dr. Anton Schleiss

Laboratoire de Constructions Hydrauliques

(LCH), Ecole Polytechnique Fédérale de Lau­

sanne (EPFL)

CH-1 015 Lausanne

Tel. +41 21 6932385

http://lchwww.epfl.ch.anton.schleiss@epfl.ch

venile brown trout (salmotruita) during rapid and H

frequent flow in an artificial stream,

River Resources Application, 19,589-603. P

P., Schleiss, J., and Bolteert, E (2005). Q

Potential synergies of multipurpose run-of- V

XXXI IAHR

Congress, Seoul, Korea, 2121-2130.

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Cu Coût unitaire optimal (CHF/unité)

Ctetal Coût total de l'aménagement (CHF)

optimaux des aménagements à but uni­que réalisés séparément. Les solutionstrouvées nécessitent un investissementcompris entre 150 et 180 Mio CHF. Ellespermettent de produire 44 GWh/an d'élec­tricité, de réduire le marnage actuel à 40%

selon l'indicateur dont l'effet estla restauration d'unquasi une utilité sociale cal­culée à55000 visites annuelles. Levolume

entre 5 et 8 Mio m",Absorber plus de 80% du marnage

à 10 avec uneinférieur à 10%, justifier I'irn­

la rétention sur les crues,optimiser le dimensionnement des machi­nes hydroélectriques dans le cas d'unedouble variabilité forte (débit et chute),concevoir et dimensionner de manière in­tégrée des solutions qui permettent, pourdes aménagements à buts multiples, deséconomies pour chacun des objectifsconstituent les principaux résultats de cetravail de recherche.

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