Dossier : Climat   
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A propos de quelques crues dévastatrices :
folie des eaux ou folie des hommes ?

Extrait de la Lettre n°16 Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)


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Au cours de ces dernières décennies, les inondations ont été responsables de victimes et de dommages aux biens et aux aménagements. Aussi bien à l’étranger qu’en France, la fréquence et l’ampleur de ces crues, ainsi que celle des dégâts associés, semblent avoir augmenté au fil des années. Est-ce l’effet du changement climatique, ou la modification d’autres paramètres, parmi lesquels l’homme pourrait avoir sa part de responsabilité ? Se comporter écologiquement, se préparer à la crise, inclure la notion de risque, telles sont les réponses que l’homme peut s’efforcer d’apporter à la menace des eaux.


    Quelques événements exceptionnels

14 juillet 1987 : Le Grand Bornand (74) : 93 mm/h pendant 3 heures - 23 morts.
3 octobre 1988 : Nïmes (30) : 50 à 100 mm/h pendant 6 heures - 11 morts, 3,3 milliards FF de dégâts.
22 septembre 1992 : Vaison-La-Romaine (84) : 200 mm en 24 heures (des pics d’intensité dépassant 100 mm/h) - 34 morts, 3 milliards FF de dégâts.
30 septembre 1993 : Bollène (84) : 3 morts, 500 millions FF de dégâts.
1er novembre 1993 : Solenzara (20) : 906 mm tombés en 48 heures - 7 morts.
5 et 6 novembre 1994 : Vallée du Var (83) : 700 millions FF de dégâts.
Janvier 1995 : 43 départements touchés - 15 morts, 4 milliards FF de dégâts
12 et 13 novembre 1999 : départements du sud-ouest.
• Aude (11) : 400 à 550 mm en 24 heures (pluie centennale journalière : entre 150 à 250 mm).
• Hérault (34) : 100 à 400 mm en 24 heures
• Pyrénées-Orientales (66) : 450 mm en 24 heures
• Tarn (81) : 450 mm en 24 heures
Bilan global : 36 morts, 3,5 milliards FF de dégâts.
8 et 9 septembre 2003 : inondations du Gard : 680 mm en 48 heures - 24 morts, 1,2 milliards Euros de dégâts.
Décembre 2003 : Montpellier, Marseille, Arles…

La tragique litanie se répète : pertes en vies humaines, destructions de constructions, d’infrastructures, de récoltes, de cheptels, de cultures…

Les causes ?

La météo d’abord

Les pluies qui se sont abattues étaient, certes, considérables. Pourtant elles n’étaient pas exceptionnelles : par exemple, pour le Grand Bornand, en 1987, au moins six phénomènes de même intensité s’étaient produits depuis 1733 ; pour Nîmes, en 1988, au moins une quinzaine d’épisodes identiques s’étaient produits durant les vingt années précédentes ; pour Vaison-La-Romaine, en 1992, sept épisodes ayant donné plus de 200 mm de pluie en 24 heures s’étaient produits depuis 1915. Dans le passé historique, de nombreuses crues catastrophiques, parfois avec des intensités de précipitations supérieures et des débits encore plus importants ont eu lieu. Cependant jamais elles n’ont atteint le lourd et dramatique bilan de ces catastrophes récentes. Les conditions météorologiques ne peuvent donc, à elles seules, expliquer l’ampleur des crues et leurs terribles conséquences.

Des causes générales

D’autres causes sont à chercher, au-delà de l’ampleur du phénomène météorologique, dans les transformations ayant affecté le bassin versant et l’occupation du sol depuis un siècle environ, dans la gestion des lits fluviaux et les aménagements hydrauliques qui y sont associés. Certaines de ces causes sont à l’origine de la formation de la crue, d’autres sont plutôt à l’origine de ses conséquences.

Le cas de l’Ouvèze, 1992

Par exemple, pour l’Ouvèze en 1992, parmi les causes à l’origine de la crue, on doit citer en premier lieu le changement d’affectation des terres qui se produit dans la région depuis quelques décennies. Dans l’ensemble les surfaces couvertes par la forêt ont remarquablement joué leur rôle de protection contre l’érosion ; malgré l’intensité et la durée des précipitations, on n’a noté aucun signe de ravinement sous forêt couvrante. Cependant, malgré une augmentation globale de la surface couverte en forêt, il semble que dans certains secteurs les vignes et les champs de lavande soient en progression au détriment, localement, des forêts et des autres cultures .

Abandon des plantations d’oliviers

ll y a une cinquantaine d’années, les surfaces plantées en oliviers étaient beaucoup plus étendues qu’à l’heure actuelle, dans les départements du Vaucluse et de la Drôme. En 1956, de violentes gelées ont détruit plus de 90 % des oliviers ; les exploitants agricoles ont, pour la plupart, préféré replanter en vignes, à rendement plus rapide et moins aléatoire. Or, contrairement aux champs de vigne, les plantations d’oliviers protégeaient relativement bien le sol contre le ruissellement, d’une part parce que cet arbre possède un puissant système racinaire qui retient très bien le sol et, d’autre part, parce que sous, et entre les pieds d’oliviers, on laissait une pelouse couvrante, fauchée régulièrement.

Extension des vignobles



1 : Erosion agricole.
 

Cette culture a pris, en l’espace d’un demi-siècle, un essor considérable sur le département du Vaucluse ; entre 1942 et 1991, les surfaces classées en Côtes-du-Rhône ont été multipliées par 10, passant de 2 500 à 25 000 hectares. Or la vigne est une culture très érosive (figure 1). Elle est presque toujours plantée selon la plus grande pente, pente pouvant être assez forte ; les rangs de vigne étant très espacés, les espaces inter-rangs sont labourés. Cette culture recouvre donc faiblement le sol, ne le protège en rien contre l’impact des gouttes de pluie et favorise le ruissellement, à la différence des cultures de céréales, de luzerne et de sainfoin, autrefois très répandues dans la région, et qui jouent, elles, un rôle très efficace contre le ruissellement.

Extension des cultures de lavande

Les champs de lavande, en progression, sont souvent installés au détriment de la forêt, sur des pentes parfois assez fortes et sont cultivés dans le sens de la pente ; comme pour la vigne, la protection du sol face au ruissellement n’est pas assurée (figure 1).

Augmentation de la taille moyenne des parcelles de culture



2 : Conséquences morphogéniques de la crue
 

Cette augmentation a lieu soit à la suite d’échanges, de remembrements ou tout simplement du fait de l’exode rural. Suite à cela, pour permettre le passage des engins agricoles, de nombreuses haies (de cyprès, de peupliers, d’oliviers) qui bordaient les champs, ainsi que beaucoup de «ribes», ces petits murets de pierre qui divisaient les parcelles en terrasses, ont disparu. Ces modifications ont eu pour conséquence d’augmenter le ruissellement des eaux de pluie et le ravinement, ce qui augmente la charge en sédiment des torrents en crue. Or plus une eau est boueuse, plus sa capacité est érosive (figure 2).

Augmentation des surfaces imperméables

Zones bétonnées, goudronnage des routes, travaux d’urbanisme, extension des surfaces construites, etc. contribuent à augmenter, encore, le ruissellement.

Calibrage du lit des rivières

La rectification du tracé, le resserrement du lit mineur et moyen, la mise en place de berges maçonnées ou bétonnées provoquent une augmentation de la vitesse de propagation des crues. Les temps de transit sont raccourcis, la vitesse des eaux augmente accroîssant le pouvoir destructeur potentiel des eaux.

Des causes locales, ou facteurs aggravants

Le manque d’entretien des lits des cours d’eau

Le manque d’entretien des lits mineurs et des lits majeurs, est également un facteur aggravant. Il faudrait plutôt parler d’abandon de l’entretien, car dans le passé ces lits étaient entretenus presque «naturellement» : en effet les lits des rivières, surtout les lits majeurs, servaient de terrain de parcours de petits élevages (chèvres, moutons) et les feuillages des végétations ripicoles spontanées étaient régulièrement récoltés pour servir de nourriture d’appoint aux animaux domestiques. D’autre part les arbres de berges, avant l’apparition du charbon et du mazout, fournissaient du bois de chauffage.


3 : Gestion des lits fluviaux
 

Depuis une cinquantaine d’années, cet intérêt économique n’existe plus, l’élevage a diminué sinon disparu, suite à la déprise ou à la mutation agricole. Conséquence : cet entretien « naturel» des lits ne se fait plus, la ripisylve est laissée à l’abandon, se développe, devient vite arborée (figure 3). Pire ! Alors que par le passé les arbres en bordure de lit ou en lit majeur étaient en grande partie des essences à racine pivotante (saule, aulne), actuellement on observe une prédominance des peupliers, soit spontanés soit plantés. Or ceux-ci offrent une prise au vent considérable et leur enracinement, relativement horizontal et superficiel, assure une fixation médiocre. La force du courant de crue associée à la poussée du vent provoquent le déracinement et la chute des arbres. Ceux-ci, pris dans le courant, peuvent se bloquer contre un éventuel obstacle dans l’écoulement des eaux, par exemple les piles d’un pont, déclenchant la formation d’un embâcle : les matériaux solides (arbres, détritus, éléments arrachés à des constructions, carcasses de voitures, etc.) se piègent contre ce début de barrage.Le niveau monte à l’amont de l’embâcle, jusqu’à ce


4 : Le phénomène d’embâcle
 

que la charge soit suffisante pour que se produise la «débâcle», le barrage improvisé cède, parfois avec la rupture du pont lui-même, libérant d’un seul coup des quantités d’eau dont les effets sont dévastateurs (figure 4).

Les rubans de plastique

Utilisés par les agriculteurs pour le paillage des cultures pouvant atteindre des dimensions considérables, (jusqu’à plusieurs centaines de mètres d’un seul tenant), ces pièces de plastique, arrachées par les vents, emportées par les eaux de ruissellement vont se piéger dans les embâcles en formation, en en renforçant le colmatage.

La conception de certains ouvrages


5 : La conception et les caractéristiques des ouvrages de génie civil
 

Lorsqu’ils sont mal dimensionnés par rapport à un écoulement de crue à haut débit, à charge solide importante et charriant d’importantes quantités de matériaux divers, notamment végétaux, certains ouvrages de génie civil, implantés en lit mineur ou majeur, peuvent constituer des entraves à l’écoulement. C’est tout particulièrement le cas de ponts, dont le tirant d’air (distance entre le tablier du pont et le niveau d’étiage) est trop faible, ou encore dont les piles sont implantées dans le lit mineur, parfois dans les lits d’étiage même, ou dont les piles sont trop rapprochées les unes des autres (figure 5). Dans tous ces cas, ces ouvrages peuvent être à l’origine de la formation d’embâcles.

L’urbanisation des zones à risques

 


6 : L’exploitation conjointe des images d’archive
 

L’implantation humaine dans des zones à risques, telles que les lits majeurs des cours d’eau, que ce soit pour des fonctions d’habitation, d’activité commerciale ou industrielle, ou encore de loisir (figure 6) a pour conséquence l’accroissement des dégâts lors d’un événement hydrologique extrême.

Eviter ou limiter les conséquences ?

Dans le cas des événements hydrologiques tels que ceux évoqués précédemment, il importe tout d’abord d’identifier les facteurs déclenchants de la crue, comprendre la cinématique de l’événement, savoir d’où provenaient les masses d’eau, comment se sont faits les écoulements, quelle a été l’évolution de la crue, quels ont été les vitesses, les hauteurs d’eau, les débits, jusqu’où se sont étendus les champs d’inondation ? Cette compréhension servira à tirer un certain nombre d’enseignements portant sur :

  • une connaissance des bassins-versants en matière de risque hydrologique, de potentialité au ruissellement, de capacité à la fourniture de charge solide ;
  • une prédiction efficace d’événements similaires ;
  • une transposition des enseignements dans des bassins-versants de caractéristiques climatiques et morpho-hydrologiques identiques ;
  • des recommandations en matière d’aménagements, soit dans les bassins élémentaires (par exemple ouvrages visant à écrêter les crues), soit dans les talwegs (par exemple entretien des lits, ouvrages de dissipation des eaux de crue) ;
  • des recommandations en matière d’implantation humaine tenant compte des risques hydrologiques.


  • Une méthode et des moyens

    Une méthode consiste à élaborer d’une part une modélisation hydraulique de l’écoulement des eaux dans les lits mineur et majeur pendant la crue et d’autre part une modélisation hydrologique du fonctionnement du bassin-versant en ce qui concerne le transfert pluie-débit.

    Un modèle hydraulique

    L’objectif est la définition des hauteurs d’eau, des vitesses et débits de crue et la simulation des écoulements lors de la crue. Pour cela il importe d’établir la carte des champs d’inondation, la carte morphologique des lits mineurs et majeurs, la géométrie 3D du fond de vallée, et de calculer les débits extrêmes et d’estimer les débits solides.

    Un modèle hydrologique

    L’objectif est l’estimation des débits ruisselés pour chaque unité hydrologique (fonction de transfert pluie-débit) et la définition des coefficients de ruissellement à partir d’indicateurs et de paramètres physiques. Pour cela il est nécessaire de connaître les données pluviométriques, de déterminer et de cartographier la nature des terrains (sols, formations superficielles et substratum), l’occupation du sol, la morphologie des bassins-versants et la configuration du réseau hydrographique.



    7 : Observation de la Terre

    8: Exemple d'informations thématiques dérivées de l'observation de la Terre
     

    Les plans d’information dérivés des images satellitales, décrivant l’occupation du sol et la morphologie du paysage, peuvent être intégrés à un Système d’Information Géographique et combinés à d’autres types d’informations géographiques, relatifs à l’hydrographie par exemple, pour ainsi permettre l’estimation, par bassin-versant, de certains paramètres (biophysiques et hydrographiques) pertinents pour les analyses et simulations effectuées à l’aide des modèles hydrologiques (figures 7 et 8)

    Des enseignements et des perspectives…

    La cartographie, par télédétection, de l’occupation du sol permet d’évaluer la densité du couvert végétal et d’estimer ainsi la propension au ruissellement des différentes surfaces. Le Modèle Numérique de Terrain, également accessible par télédétection, permet l’analyse des pentes. La combinaison de l’analyse des pentes et de la densité du couvert végétal conduit à la modélisation de la contribution au ruissellement potentiel des bassins-versants dans des zones soumises à des risques de pluies torrentielles. Ces deux approches permettent de combiner l’analyse spatiale des pentes avec l’occupation biophysique du sol, deux paramètres essentiels dans les modèles hydrologiques, avec un troisième, non accessible par télédétection qui est la nature physico-chimique des terrains.

    Une classification des sous-bassins peut alors être faite selon les risques potentiels d’événements catastrophiques. Les effets d’une crue étant analysés par ailleurs (champs d’inondation, morphologie des lits, destructions…), cette modélisation, qui permet, en fonction de chaque sous-bassin, de hiérarchiser les risques, peut contribuer au choix et au dimensionnement des aménagements préventifs éventuels.

         

    Contact :
    Jean TRAUTMANN

    Image et Ville UMR 7011 CNRS
    3, rue de l’Argonne,
    67083 STRASBOURG Cedex

    Nadine THOLEY
    Service Régional de Traitement d’Image et de Télédétection
    Parc d’Innovation, Bld Sébastien Brant,
    BP 10413, 67412 ILLKIRCH Cedex

         


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