Rapport d'étude approfondie

Cette section présente un résumé des informations concernant le contexte et la justification du projet, les autres moyens de réalisation et les variantes proposées, de même que la description de l'aménagement retenu, qui sont retrouvés aux chapitres 1, 3 et 4 du volume 1 du rapport d'avant-projet et dans le complément du rapport d'avant-projet produit par le promoteur. 

2.1. Contexte du projet et justification

Hydro-Québec projette la construction d'un nouvel aménagement hydroélectrique au site de Grand-Mère, sur la rivière Saint-Maurice.

La centrale hydroélectrique de Grand-Mère, construite entre 1913 et 1916 pose des problèmes de vétusté et des difficultés d'opération. De plus, le débit d'équipement insuffisant de la centrale occasionne un goulot d'étranglement sur la rivière et empêche ainsi l'optimisation de production des aménagements du complexe Saint-Maurice situés en aval (Shawinigan I et II, La Gabelle).

La centrale existante, située en rive droite (rive ouest), possède neuf groupes turbines de type Francis, qui assurent une puissance installée de 150 MW. Son débit d'équipement de pointe est de 880 m³/s. L'aménagement est doté d'un poste de départ sur son toit de même que d'ouvrages d'évacuation d'une capacité maximale de 5 925 m³/s.

L'analyse de l'état de l'aménagement actuel a permis au promoteur d'identifier quatre problématiques majeures qui ont démontré le besoin d'une intervention importante pour poursuivre adéquatement l'exploitation du site. Ces problématiques sont liées :

• aux groupes turbines-alternateurs qui, en raison de leur âge (50 ans) ainsi que de leur état de dégradation avancé, nécessitent un besoin de réfection majeure. Ces derniers atteindront la fin de leur vie utile au début de l'an 2000;
• au poste de départ qui présente des difficultés d'opération causées principalement par son manque de flexibilité et sa faible capacité électrique;
• aux ouvrages d'évacuation de crue dont le béton montre un degré de détérioration avancé, et dont les difficultés d'opération et d'entretien des vannes augmentent les besoins d'intervention aux fins de la sécurité des ouvrages. De plus, la révision du critère ayant trait à la capacité d'évacuation de l'aménagement nécessite la réalisation de travaux aux ouvrages d'évacuation afin qu'ils puissent résister aux charges additionnelles occasionnées par des crues exceptionnelles; et
• à la centrale qui présente un goulot d'étranglement sur la rivière Saint-Maurice et fait en sorte que le débit d'équipement, de beaucoup inférieur à Grand-Mère, n'est pas optimisé sur l'ensemble des aménagements du complexe Saint-Maurice.

Des trois options étudiées (abandon de l'aménagement, réhabilitation ou construction d'une nouvelle centrale), le promoteur a déterminé que la construction s'avère la solution la plus acceptable sur le plan économique, social et environnemental, tout en étant en accord avec le plan stratégique d'Hydro-Québec.

Le projet proposé par le promoteur repose sur l'évaluation de trois variantes de construction de la centrale, des ouvrages d'évacuation et du poste de départ et de cinq options de construction des chemins d'accès aux ouvrages.

Le projet de nouvel aménagement hydroélectrique de Grand-Mère s'inscrit dans le cadre du « Plan stratégique 1998-2002 » d'Hydro-Québec dont une des orientations consiste à maintenir les tarifs et la qualité de service en fourniture d'énergie au Québec. Cela se traduit entre autres par le maintien de la pérennité du parc de production afin d'assurer la sécurité et la fiabilité des approvisionnements en électricité pour les années à venir. Le projet fait partie du programme de réhabilitation des aménagements existants du groupe Production d'Hydro-Québec qui vise à conserver les installations en bon état en vue d'une disponibilité maximale du parc de production au plus bas coût.

La réhabilitation d'un aménagement existant présente de nombreux avantages sur le plan tant économique qu'environnemental et répond aux recommandations formulées par certains groupes au cours de consultations tenues sur le plan de développement de 1993, qui invitaient Hydro-Québec à réaliser en priorité toutes les améliorations possibles au réseau existant avant de recourir à de nouveaux projets pour satisfaire la demande.

2.2. Autres moyens de réalisation du projet

2.2.1. Détermination de l'avenir de l'aménagement

Dans le cadre du processus d'étude de réhabilitation d'aménagements de production, Hydro-Québec a analysé les options suivantes au plan technique, économique et financier, et environnemental :

• la réhabilitation de l'aménagement existant;
• le remplacement de l'aménagement existant par un nouveau, établi au même endroit de la rivière ou à proximité; et
• la désaffectation de l'aménagement actuel.

La désaffectation n'a toutefois pas été retenue aux fins de l'analyse comparative étant donné que le critère d'aménagement de la nouvelle centrale, à un coût inférieur à 3 ¢/kWh, rend cette option non concurrentielle. De plus, la réfection nécessaire des ouvrages d'évacuation existants, en raison de questions de fiabilité et de sécurité, augmenterait le coût de la désaffectation.

À la lumière des résultats de l'analyse comparative réalisée, le promoteur a déterminé que la construction d'un nouvel aménagement au site de Grand-Mère représente la solution la plus avantageuse (tableau 1). Cette solution règle le problème de vétusté de l'aménagement et élimine le goulot d'étranglement à la sortie de la centrale.

Tableau 1 : Résultat de l'analyse comparative des deux options de réalisation du projet

	Nouvel aménagement	Réhabilitation
Critères techniques
Gain en puissance	81 MW	10 MW
Gain en énergie	234 GWh	63 GWh
Critères économiques
Travaux	451,3 M$	426,1 M$
Coût pour service équivalent	-	133,5 M$
Total de l'investissement	451,3 M$	559,6 M$
Perte de production durant les travaux	-	6 M$
Frais d'entretien et d'exploitation	31 M$	58,1 M$
Total	482,3 M$	623,7 M$
Critères financiers
Puissance installée	220 MW	150 MW
Puissance de pointe	215 MW	144 MW
Énergie annuelle moyenne	1209 GWh	1038 GWh
Coût pour service équivalent (en dollars 2004)	482,3 M$	623,7 M$
Coût financier avec rendement de 11%	2,89 ¢/kWh	3,25 ¢/kWh
Taux de rendement interne au tarif de fourniture 2,81 ¢/kWh sur un horizon de 30 ans	9,9 %	4, 7 %
Critères environnementaux	Acceptable	Acceptable

2.2.2. Variantes d'aménagement

À la suite de la décision de remplacement de l'équipement existant, Hydro-Québec a élaboré différentes variantes d'aménagement et a comparé celles-ci sur le plan technique, économique et environnemental. Trois variantes de la centrale et des ouvrages d'évacuation, trois variantes du poste de départ et cinq variantes des chemins d'accès aux ouvrages ont ainsi été évaluées.

Les variantes retenues sont celles qui composent le projet proposé. Pour la centrale et les ouvrages d'évacuation, la variante retenue n'exige pas de dragage ni d'excavation en eaux, les travaux de batardages sont les moins importants, son coût est plus bas et les impacts occasionnés sur la faune et l'utilisation de la rivière sont moindres qu'avec les deux autres options. Le chemin d'accès retenu a été préféré notamment en raison de son caractère sécuritaire, du fait qu'il est éloigné des zones résidentielles et qu'il nécessite un volume de remblai beaucoup moins important que les autres options. Quant au poste de départ, les critères techniques (fiabilité suffisante, absence de renforcement du toit) et économiques (plus faible coût) ont favorisé la construction d'un poste traditionnel alors que les critères environnementaux (impact visuel) ont favorisé la construction du poste sans lignes aériennes entre celui-ci et la centrale.

La détermination du choix d'un site de dépôt des déblais d'excavation occasionnés par le projet s'est effectuée comme suit. Les coûts élevés liés au transport, les impacts environnementaux importants, de même que des problèmes pratiques liés à la circulation urbaine, ont fait en sorte que les sites de dépôt existants ne pouvaient être utilisés comme aires de déblais. Deux autres sites ont toutefois été identifiés comme pouvant potentiellement recevoir ces déblais. Il s'agit d'un terrain situé immédiatement au sud des installations de chantier, en bordure de la rivière Saint-Maurice et d'une sablière établie juste à l'est de la voie ferrée du Canadien national (CN), sur la rive gauche (rive est) de la rivière. L'analyse de ces deux variantes s'est appuyée sur la valeur des peuplements végétaux qui seront détruits de même que sur l'impact visuel au site de remblaiement. Le site de la sablière exploitée, propriété d'Excavation Gaston Trépanier, s'est révélé une solution plus avantageuse que le remblayage du terrain boisé attenant à la rivière Saint-Maurice.

Le MPO est satisfait de l'analyse des variantes réalisée par le promoteur et est d'avis que les options proposées représentent celles occasionnant le moins d'impact pour l'environnement. 

2.3. Définition du projet

2.3.1 Infrastructures

Le nouvel aménagement sera composé de nombreux ouvrages neufs (centrale, ouvrages d'évacuation, poste de départ, travaux de protection des ouvrages) de même que de certains ouvrages existants (centrale, barrage poids gauche et droite) (figure 1).

La nouvelle centrale, située en rive gauche, sera équipée de trois groupes de turbines de type Kaplan qui lui assureront une puissance installée de 220 MW et un débit d'équipement de 1 040 m³/s. La centrale de type en surface avec prise d'eau intégrée sera alimentée par un court canal d'amenée débutant en aval de l'évacuateur actuel qui sera partiellement démoli.

Les nouveaux ouvrages d'évacuation, au nombre de trois et d'une capacité totale de 8 225 m³/s au niveau maximal d'exploitation, comprennent :

• un évacuateur de crue principal d'une capacité d'évacuation de 4 462 m³/s;
• un ouvrage régulateur d'une capacité de 2 185 m³/s; et
• un évacuateur de crue secondaire d'une capacité de 1 578 m³/s.

Ces ouvrages sont conçus pour que tout débit de crue exceptionnel puisse franchir l'aménagement avec un niveau d'eau à l'amont de la centrale qui sera égal ou inférieur à celui de l'aménagement existant (0 à 1,21 m plus bas).

Un poste de départ, de type classique, sera établi en rive gauche à environ 150 m de la nouvelle centrale. D'une capacité de 69 kV, il comprend huit départs de lignes dont deux sont prévus pour des besoins futurs. Le raccordement entre le poste de départ et le poste de transformation, situé sur le toit de la future centrale, sera assuré par trois circuits de câbles souterrains. Le poste sera d'abord exploité à 69 kV, mais ses équipements permettront une augmentation de la tension à 120 kV lorsque des besoins supérieurs se préciseront.

Figure 1 : Nouvel aménagement de Grand-Mère

Source : Hydro-Québec. Nouvel aménagement hydroélectrique de Grand-Mère. Bulletin d'information, numéro 3 - été 1998.

Un chemin d'accès aux ouvrages d'une longueur de 1,45 km sera construit et une intersection sera aménagée avec la route 153. De courts chemins temporaires seront également construits pour accéder aux différents chantiers et ouvrages, à l'aire de dépôt des déblais et des rebuts de même que pour accéder à la voie ferrée du CN afin de prendre livraison d'équipements lourds, tels que les transformateurs de puissance de la nouvelle centrale.

Le projet comprendra la désaffectation du bâtiment de la centrale existante de même que le démantèlement de son équipement (turbines-alternateurs, appareillages, etc.), le remblayage en eau (pied des aspirateurs, mur de soutènement aval, extrémités aval de la digue en enrochement), des travaux liés aux ouvrages de protection (barrage-poids droite, cloison droite, digue en enrochement en rive droite) de même que l'arasement de l'évacuateur de crue et du déversoir existant. La prise d'eau de la centrale servira dorénavant comme ouvrage de retenue du bief amont pour le nouvel aménagement hydroélectrique de Grand-Mère.

La construction du nouvel aménagement et la modification des ouvrages existants se dérouleront en trois étapes qui nécessiteront deux phases de dérivation des eaux de la rivière Saint-Maurice. Les travaux comprendront notamment la mise en place de batardeaux, les activités de bétonnage, l'excavation en eau et l'utilisation d'explosifs.

Les travaux d'excavation généreront une grande quantité de déblai de roche évaluée à environ 1 500 000 m³. Les volumes de matériaux qui pourront être utilisés par le projet sont estimés à 1 059 000 m³, d'où une quantité de déblais excédentaires d'environ 500 000 m³.

Le promoteur a choisi de déposer ces déblais de roche dans une partie d'une sablière exploitée située en rive gauche, de l'autre coté de la voie ferrée du CN. Un chemin d'accès le long de la voie ferrée devra être aménagé et le passage à niveau existant devra être modifié de façon à permettre la circulation de véhicules lourds. Hydro-Québec est encore en négociation avec le propriétaire du site au sujet de l'obtention d'une servitude perpétuelle sur la partie exploitée de cette sablière où seront déposés les déblais de roche excédentaires. 

2.3.2. Gestion de l'aménagement

La nouvelle centrale est équipée de façon à pouvoir s'ajuster rapidement à un débit de production entre 200 et 1 040 m³/s au cours de la période hivernale. De la mi-mars à la mi-décembre, le mode de gestion de la centrale restera semblable à ce qu'il est actuellement le niveau d'eau du réservoir sera maintenu près du niveau maximal de façon à optimiser la production de l'aménagement.

En hiver (mi-décembre à la mi-mars), Hydro-Québec adaptera l'horaire de production afin que la centrale contribue à la production de pointe et ce, de façon simultanée avec les centrales situées en aval. Au cours d'une journée, ces centrales fonctionneront durant une ou deux périodes de pointe à des débits pouvant atteindre 1 040 m³/s et à des débits réduits compris entre 200 et 400 m³/s durant les périodes creuses.

L'horaire de production de pointe de chaque journée sera adapté selon la demande et les contraintes techniques. Trois modes d'exploitation prévaudront : 1) un mode pour répondre à la demande de pointe horaire du matin et du soir pendant les périodes de demande maximale (15 jours); 2) un mode d'exploitation en pointe au rendement optimal (60 jours) et 3) le mode normal le reste du temps (15 jours). Sous un mode d'exploitation en pointe horaire maximal, la centrale de Grand-Mère turbinera des débits de 255 m³/s en période creuse (13 heures) et des débits de 1 040 m³/s en période de pointe (11 heures). En mode de production optimale en pointe, la centrale turbinera des débits de 225 m³/s pendant la nuit (7 heures) et des débits de 830 m³/s le reste de la journée (17 heures).

Le promoteur mentionne qu'il tentera d'optimiser la gestion en pointe horaire de façon à favoriser la stabilité du couvert de glace.

Les variations du niveau d'eau, attribuables à ce nouveau mode d'exploitation, seront différentes dans chacun des tronçons de la rivière touchés par le projet. On retrouve aux figures 2 et 3 la localisation de ces différents biefs.

Le marnage quotidien du bief amont de Grand-Mère en saison froide sera d'environ 0,7 m avant la formation de la couverture de glace et de 0,9 m après sa formation. Ces fluctuations, plus importantes que celles existant actuellement (0,3 m) sont toutefois comprises à l'intérieur des niveaux d'exploitation minimale et maximale du réservoir (101,19 m et 102,56 m).

Deux modes de gestion des marnages seront adoptés dans le tronçon de la rivière compris entre les centrales de Grand-Mère et de Shawinigan. Dans la partie amont du bief, les variations du niveau d'eau, notées entre le barrage et les rapides des Hêtres, seront les plus importantes parmi celles qui seront relevées dans les différents biefs touchés par le projet. Le marnage maximal actuel d'environ 0,5 m aux rapides des Hêtres augmentera à 1,43 m suite au projet alors qu'à la centrale, il passera de 0,8 m à plus ou moins 2 m selon qu'il y a ou non présence d'un couvert de glace. Ces variations de débits nécessiteront l'installation, d'octobre ou novembre au printemps suivant, d'une estacade de glace à l'amont immédiat des rapides des Hêtres afin d'améliorer la stabilité de la couverture de glace dans ce secteur.

Les variations des niveaux d'eau qui seront notées dans la partie aval du bief, compris entre les rapides des Hêtres et la centrale de Shawinigan, seront de mêmes amplitudes ou plus faibles que les variations maximales déjà relevées entre ces deux sites.

Selon le mode de production en vigueur, de légères augmentations ou diminutions, par rapport aux marnages maximums existants, seront également notées dans le tronçon de la rivière compris entre le barrage de Shawinigan et de La Gabelle suite à l'adoption des nouveaux modes d'exploitation hivernale. Exception faite du réservoir amont de La Gabelle, qui exige une diminution de 0,5 m du niveau minimal d'exploitation, les marnages des autres biefs des centrales touchés par le projet seront compris à l'intérieur de la fourchette actuelle des marnages maximaux en exploitation normale.

Figure 2 : Zone d'étude locale et étendue

Source : Hydro-Québec. Nouvel aménagement hydroélectrique de Grand-Mère, 1998, figure 2.1.

Figure 3 : Zone d'influence

Source : Hydro-Québec. Nouvel aménagement hydroélectrique de Grand-Mère, 1998, figure 2.2.

2.4. Coût et échéancier de réalisation

Le coût du nouvel aménagement hydroélectrique de Grand-Mère est estimé à 454 millions de dollars et est en accord avec le critère de rentabilité du promoteur (coût de production inférieur à 3 ¢/kWh). Le début des travaux de construction est prévu pour mars 2000 alors que la mise en service de la nouvelle centrale aura lieu au cours du printemps 2004.