Prévision des crues : son historique en France (HU)

Traduction anglaise : Flood forecasting : its history in France

Dernière mise à jour : 19/05/2024

article en chantier

Cet article a bénéficié de la relecture et des contributions de Nicolas Cavard (SPC Loire-Allier-Cher-Indre) et de Jean-Pedro Silva (SPC Seine-Marne-Yonne-Loing).

L'essentiel

De 1840 à 1914, le temps des pionniers

Les premiers pas scientifiques et techniques font suite aux très fortes crues de novembre 1840, puis d’octobre 1856, sur la Loire, le Rhône, la Garonne et la Seine, puis la Meuse et d’autres ensuite. Ils sot faits conjointement à la création des services spéciaux chargés des études relatives aux inondations. Les travaux scientifiques et techniques se développent dès le milieu des années 1850. Les méthodes connaissent des réussites et sont progressivement perfectionnées et étendues à de nombreux cours d’eau français. La crue de la Seine de l'hiver 1910 constitue pour le dispositif d’annonce des crues un test sévère. Le rapport de la commission technique chargée d’analyser les améliorations à apporter à la prévision des crues formule douze propositions hiérarchisées, qui apparaissent, avec le recul historique, d’une remarquable modernité, sur les plans technique et organisationnel.

De 1914 à 1984, une stagnation des services rendus, mais un net progrès des connaissances et une maturation des outils

Le beau programme de 1910 ne va guère se concrétiser. La guerre de 1914-1918 constitue le premier point d'arrêt, puis des regroupements de services sont effectués, en intégrant de nouvelles missions plus prestigieuses alors, comme l’hydro-électricité, qui seront privilégiées.

Le XXème siècle voit cependant des avancées scientifiques et techniques importantes dans les domaines de la géographie, de la transformation pluie-débit, de l’hydrologie statistique, des relations avec la météorologie et de la propagation des ondes de crues.

Depuis 1984, un mouvement de modernisation, de structuration, de renforcement et d’élargissement des services rendus

Au début des années 1980, une série de crues aux conséquences dramatiques touche la France. En réaction, deux arrêtés ministériels sont publiés le 27 février 1984, pour préciser et compléter les missions et l’organisation de l’annonce des crues. Simultanément, des avancées scientifiques et techniques, fondatrices pour la suite, se poursuivent, sur :

• l’évaluation des intensités et la localisation des précipitations pluvieuses en utilisant les images des radars météorologiques ;
• la consolidation des méthodes de prévision hydrologique et hydraulique ;
• l’accélération des recherches en modélisation hydrologique en temps réel ;
• la création de premières plates-formes de modélisation hydrologique et hydraulique ;
• les méthodes mises en œuvre dans des unités d’hydrométrie, des Services d’Annonce des Crues (SAC) et des DIREN coordonnatrices de bassin.

Très vite après une nouvelle série de crues, de 1999 à 2002, encore plus catastrophiques que celles des années 1980, la circulaire ministérielle du 1er octobre 2002, puis la loi sur les risques technologiques et naturels du 30 juillet 2003 restructurent profondément le réseau pour la prévision des crues et l’hydrométrie, avec la création du Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des crues (SCHAPI) et de 22 Services de Prévision des Crues (SPC). Ces derniers sont mis en place entre 2003 et 2007 ; ils regroupent et remplacent les 52 SAC existant auparavant.

Une nouvelle évolution s’avère nécessaire suite à deux nouvelles inondations dramatiques : les 14 et 15 juin 2010 à Draguignan et alentour, et le 27 février 2010, lors de la tempête Xynthia. Le Plan national sur les submersions rapides (y compris d’origine marine) est adopté interministériellement en février 2011, avec un important volet "prévision" qui définit plusieurs orientations nouvelles :

• nouvelle densification des SPC afin qu’ils atteignent une masse critique correspondant aux renforcements des tâches ;
• mise en place de relais locaux assurés par les Directions départementales des territoires (et de la mer) -DDT(M)-, en tant que référents départementaux pour l’appui technique à la préparation et à la gestion technique des crises d’inondation.

Le dispositif est complété par la mise en place progressive, à partir de 2012, dans les Départements d’outre-mer et en Corse, de Cellules de Veille Hydrologique (CVH) dont les missions sont ciblées sur des enjeux plus localisés, mais souvent importants.

Au cours des années suivantes, les évolutions prévues par le Plan national sur les submersions marines et d’autres, préparées aussi depuis assez longtemps, se poursuivent, avec notamment :

• la mise en place opérationnelle, à partir de 2017, du nouveau service Vigicrues Flash, d’avertissement sur le risque de crues soudaines ;
• la publication graphique des prévisions en faisant apparaître un faisceau d’incertitude à 80 % ;
• l’association à ces prévisions de crues de jeux de cartes de zones de zones inondées potentiellement (ZIP) et de zones inondées par classes de hauteur de submersion (ZICH), qui permettent de passer de la prévision des crues à celle des inondations ;
• la mise en service de l’HydroPortail (nouvelle application d’organisation, d’archivage, de traitement et de mise à disposition gratuite des données hydrométriques, alimentant notamment le système Vigicrues), opérée en 3 phases : 2015 pour certains services de l’État, 2018 pour les autres producteurs de données, 2022 pour le grand public via le lien www.hydro.eaufrance.fr.

Introduction

Cet article fait partie d'une série de sept articles qui traitent des différents aspects de la prévision des crues. En plus de celui-ci, cette série comprend :

• un article général : Prévision des crues et des inondations : vue globale (HU) ;
• 5 autres articles détaillant différents aspects (dont certains encore en cours d'écriture) :
  • Prévision des crues : les modèles utilisés ;
  • Prévisions des crues : les données nécessaires ;
  • Prévisions des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances ;
  • Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France ;
  • Prévision des crues : développements récents ou en cours en France.

Il est largement inspiré de Bachoc (2020).

Le développement de méthodes de prévision des crues a commencé au cours des années 1850 sous le deuxième Empire et les premiers services spéciaux chargés des études relatives aux inondations et de l’annonce des crues ont été organisés par bassins versants (bien avant la création des Agences de bassin par la Loi sur l’eau de 1964), sur une bonne partie du territoire national en 1879 et 1881.

Les pionniers développèrent des principes dont certains restent d’actualité et connurent de belles réussites en prévoyant des crues de la Seine et de la Loire.

Suite à la crue de la Seine en 1910, qui a révélé des faiblesses, un projet très moderne d’évolution de la prévision des crues a été proposé par les services de l’État et des responsables politiques. Il n'a cependant pas été mis en place du fait de la première guerre mondiale, puis de la priorité donnée, dès 1919, au développement de l’hydroélectricité.

Le XXème siècle a été marqué par des progrès à la fois en termes de modélisation et de métrologie, qui n’ont été repris par les services en charge de l’annonce des crues que de façon partielle et inégale. Ce n’est qu’après les grandes crues du début des années 1980 que l'État a décidé une première restructuration de l'organisation de l’annonce des crues. Mais cette organisation restait centrée sur l’échelon départemental, était assez peu ambitieuse en matière de service rendu, et manquait de précision sur les fonctions de coordination au niveau national ou à celui des grands bassins versants.

Après une nouvelle série de catastrophes au début des années 2000 une organisation vraiment plus efficace a été mise en place, avec des Services de prévision des crues moins diffus, une fonction d’orchestration de l’organisation au niveau des grands bassins, ainsi qu’une animation scientifique, technique et opérationnelle au niveau national assurée par le Service Central de l’Hydrométéorologie et de l’Appui à la Prévision des Crues (SCHAPI).

Cet article reprend la proposition de (Bachoc, 2020) et distingue trois époques dans la présentation de cette histoire de presque deux siècles :

• de 1840 à 1914, le temps des pionniers ;
• de 1914 à 1984, une stagnation, voire un recul, des services rendus, mais un net progrès des connaissances et une maturation des outils ;
• depuis 1984, un mouvement de modernisation, de structuration, de renforcement et d’élargissement des services rendus.

De 1840 à 1914, le temps des pionniers

Avant la crue de la Seine de 1910

Les premiers pas scientifiques et techniques dans ce domaine ont, en France, été réalisés un peu avant et pendant les terribles inondations de la Saône et du Rhône qui ont lieu entre fin octobre et début novembre 1840. Ils se sont organisés autour d'un quatuor composé du Docteur Lortet, fondateur de la commission hydrologique de Lyon (société savante locale), de M. Terme, maire de Lyon, de M. Jayr, préfet du Rhône et d’André-Joseph de Lagorce, ingénieur en chef du service spécial du Rhône.

Ces avancées se sont poursuivies sur la Loire, après la grande crue de 1846, à l’initiative de M. Collin, ingénieur en chef du Service spécial de la Loire, avec l’élaboration en 1853 d’un règlement organisant le service hydrométrique de la Loire.

C'est en 1854 qu'Eugène Belgrand (célèbre aussi pour la création du réseau d’assainissement de Paris et l’amélioration de son alimentation en eau potable), moins d'un an après avoir été chargé d'organiser le service hydrométrique de la Seine, décrit les facteurs à identifier pour anticiper les crues de la Seine. Il a pour cela bénéficié des expériences antérieures sur les bassins du Rhône et de la Loire, mais aussi de celles qu’il avait lui-même acquises sur le bassin amont de la Seine, durant son long séjour en Bourgogne. C'est d'ailleurs lui qui, en 1872, dans le sous-titre et l’introduction de l’une de ses publications consacrées à La Seine (figure 1), propose d'utiliser le terme "Études hydrologiques" pour parler de la transformation de la pluie en débit sur un bassin versant (voir nota). Il jette ainsi les bases de cette discipline, en tirant partie de ses connaissances en géologie et de ses patientes observations de terrain des écoulements pluviaux (Bachoc et al, 2013).

Figure 1 : Couverture de La Seine ; Études hydrologiques, d’Eugène Belgrand, 1872.

Nota : En réalité, le terme hydrologie avait déjà été utilisé avant Belgrand ; on le trouve par exemple dans "l’Annuaire des Eaux de la France pour 1851" publié par ordre du Ministre de l’Agriculture et du Commerce, mais c'est bien Belgrand qui a été le premier à l'utiliser dans son sens moderne (Coulomb, 2011).

Après les très fortes crues de début juin 1856, notamment sur les bassins de la Loire et du Rhône, Napoléon III décide de créer, le 26 juillet 1856, des services spéciaux chargés des études relatives aux inondations, sur la Loire, le Rhône, la Garonne et la Seine, puis sur la Meuse le 17 juin 1858, décisions formalisées administrativement en 1876 et 1878. L’organisation de l’annonce des crues par bassins versants sera généralisée par circulaires du 7 août 1879 et du 1er mai 1881. On peut noter au passage que cette organisation administrative par bassins versants (et plus seulement par axes, ou zones de navigation) précède de plus d’un siècle celle qui a été (ré-)instituée par la loi sur l’eau de 1964.

Sur le plan scientifique, les travaux se développent dès le milieu des années 1850. Eugène Belgrand, Georges Lemoine et leur équipe sur la Seine, Guillaume-Emmanuel Comoy, Henri Sainjon et leur équipe sur la Loire, ainsi que Charles Kleitz sur le Rhône, documentent aussi précisément que possible les crues remarquables du passé. Ils les classent et dégagent des "règles pratiques pour déterminer à l’avance sur divers points du littoral [des fleuves] la hauteur et l’époque du maximum des crues" (Belgrand dès 1854 pour la Seine à Paris et l’aval, avec une anticipation de 2 ou 3 jours ; Comoy et Sainjon en 1857 pour la Loire).

Ces méthodes connaissent des réussites : Sainjon et Comoy prévoient assez bien la crue de 1866 sur la Loire. Belgrand prédit (par des communications "en direct" en séances du lundi de l’Académie des sciences !), respectivement 3 ou 4 jours à l’avance, le moment et les niveaux d’eaux du maximum des crues de la Seine à Paris les 18 décembre 1872 et 18 mars 1876. La prévision de 1876 est même exacte à 1cm près, dans des conditions de prévision particulièrement favorables, il est vrai.

Ces méthodes, dont les grands principes sont exposés par E. Belgrand dans "La Seine" (Belgrand, 1872) sont progressivement perfectionnées (De Préaudeau, 1884), jusqu’à la crue de 1910 à Paris, et étendues à de nombreux autres bassins versants français, en partie directement par l’équipe parisienne. Elles reposent sur des grands principes qui sont encore d’actualité plus de 100 ans plus tard :

• influence de la nature du sol sur le ruissellement superficiel (proportion non infiltrée, dynamique) ;
• restitution retardée des eaux infiltrées ;
• influence de l’antécédent pluviométrique sur la capacité des sols à infiltrer et retenir temporairement une partie de la pluie ;
• propagation plus ou moins rapide des crues suivant les caractéristiques des cours d’eau, notamment leur pente ;
• durée de la crue augmentant de l’amont vers l’aval du cours d’eau ;
• amortissement plus ou moins fort des ondes de crues suivant leur amplitude et les caractéristiques des vallées ;
• présence ou non de facteurs d’augmentation des débits (fonte des neiges, pluie pendant la crue, débâcles) ;
• distinction entre crue isolée et crue survenant au cours de la décrue d’une précédente ;
• importance majeure de la manière dont les crues peuvent se combiner aux grands confluents (concomitance des débits maximaux ou décalage).

Pour l’évaluation du niveau maximum à attendre de la crue, Eugène Belgrand, comme ensuite Henri Sainjon pour la Loire à partir de 1878, utilisent des combinaisons linéaires des niveaux maximaux relevés sur des échelles en amont, sur le cours d'eau principal et ses principaux affluents. Les points utilisés sont soigneusement choisis en fonction de leur capacité à représenter la réaction d’une partie de l’ensemble du bassin versant (sur la base de critères pédologiques, géologiques et topographiques notamment). Les méthodes vont plus loin que l'établissement de simples corrélations statistiques car les temps de propagation sont aussi pris en compte pour évaluer les concomitances et prévoir le temps des pointes de crue.

Sur la Loire, H. Sainjon fait évoluer sa méthode, utilisée opérationnellement à partir de 1883, pour pouvoir annoncer des niveaux d’eau pour les 3 jours à venir, toujours avec des tables à double entrée, mais en prenant en compte :

• des cotes dites équihoraires observées sur les stations amont ;
• des temps de propagation évalués en fonction de la valeur des niveaux d’eau ;
• des atténuations des ondes de crues par les pertes de charge ou débordement ;
• ainsi que le décalage temporel des maximaux des crues des cours d’eau en amont de leur confluent, notamment pour la Loire et l’Allier.

Pour cela, il raisonnait en fait en débit, mais en ne pouvant utiliser cette variable directement, car elle n’était guère mesurable en crue (les jaugeages de terrain dans cette situation ne seront opérationnels que 20 ou 30 ans plus tard).

Pour la Seine, ces méthodes sont formalisées dans le "Manuel hydrologique du bassin de la Seine" (De Préaudeau, 1884), document précieusement transmis et diffusé dans l’équipe parisienne et au-delà, et suivi en 1885 d’un règlement général du service hydrométrique et d’annonce des crues de la Seine (figure 2 et figure 3).

Figure 2 : Couverture du Manuel hydrologique du Bassin de La Seine, d’Albert de Préaudeau, 1884.

Figure 3 : Abaque de Prévision sur le Serein entre l'Isle sur Serein et Chablis, 1894 ; ajout manuscrit au Manuel hydrologique du bassin de la Seine ; Source : SPC Seine moyenne, Yonne-Loing, DRIEAT Île-de-France.

Après la crue de la Seine de 1910

La crue de la Seine de l'hiver 1910 (à Paris, le pic a été atteint le 28 janvier et la décrue a duré 35 jours) constitue pour le dispositif d’annonce des crues un test autrement plus sévère que les crues de 1872 et 1876. Le niveau atteint (8,40 m au pont de la Tournelle, 8,62 m au pont d'Austerlitz) est le plus fort observé depuis la crue de 1658 (8,81 m au pont de la Tournelle). La période de retour statistique de la crue est estimée à 100 ans alors que celle de la crue de 1876 (6,50 m) n'était que de 25 à 30 ans. On change donc d’échelle des phénomènes et les prévisionnistes sont confrontés à un évènement dépassant le domaine d’ajustement des méthodes du "Manuel hydrologique" et de son Supplément, publié en 1909 par Edouard Mallet et ses collègues. La difficulté est d'autant plus grande que plusieurs particularités viennent leur compliquer la tâche :

• deux ondes de crues très importantes se succèdent à quelques jours d’intervalle ;
• une partie des sols est gelée, ce qui amplifie et accélère les ruissellements superficiels ;
• les apports du Loing (dont le confluent avec la Seine, au sud-est de la forêt de Fontainebleau, est assez proche de Paris) sont exceptionnels.

Malgré tout, les prévisions à 24 h sont correctes. Il en va de même pour les prévisions à 2 ou 3 jours sur la plupart des stations situées à l’amont de Paris. Cependant les prévisions à 2 ou 3 jours sont assez nettement sous-estimées à Paris et à l'aval, notamment pour la période du 19 au 21 janvier.

Le Président de la République institue, le 9 février 1910, une commission présidée par Alfred Picard (vice-président du Conseil d’État et ancien Ingénieur des Ponts et Chaussées) pour "rechercher les causes des crues récentes, les moyens propres à en atténuer les effets et les mesures à prendre pour assurer en cas d’inondation, le fonctionnement normal des Services Publics", dont le rapport devait être adressé au Président du Conseil. La commission commence par organiser l’élaboration de plusieurs documents techniques :

• des plans topographiques de Paris et des environs, délimitant les zones inondées (dans la suite des cartes réalisées de 1848 à 1952 sur la vallée de la Loire de Vorey, en Haute-Loire, à Nantes, après la crue de 1846 - en y reportant les contours de celles de 1856 et 1866 -, et de celles sur les secteurs inondés par la Garonne en 1875)¸
• des évaluations spécifiques sur :
  • les quais de Paris ;
  • les interactions entre la crue, les égouts de Paris et les inondations ;
  • la gestion des déchets ;
  • les ponts ;
  • les chemins de fer ;
  • les moyens de télécommunication ;
  • l’alimentation en électricité, gaz, air comprimé, … ;
  • les questions spécifiques aux communes de banlieue ;
  • les interactions avec la gestion des forêts et des prairies ;
  • les aménagements susceptibles de réduire l’intensité des crues ;
  • etc.
• enfin, ce qui nous intéresse le plus ici, une monographie de la crue de janvier à mars 1910.

Ces documents sont soumis à débats au sein de la Commission, avant d’émettre des avis unifiés rassemblés dans le Rapport général de M. Alfred Picard (Picard, 2010) remis le 30 juin 1910.

La Monographie de la crue de janvier-février-mars 2010 (Nouailhac-Pioch et Mallet, 1910), établie avec le concours des agents du Service hydrométrique de la Seine et des membres de la Commission de l’Annonce des crues créée au sein du Conseil général des ponts et Chaussées après la crue de 1875, a été soumise à la Commission dès le mois de mars. Elle présente :

• les données météorologiques et hydrométriques observées, les prévisions émises et leur comparaison avec ce qui a été constaté ensuite, ainsi que le contexte de ce qu’on savait sur les crues antérieures ;
• une analyse des principales causes de l’amplitude exceptionnelle de cette crue, qui "vérifient cruellement" ce qui avait été envisagé par E. Belgrand et ses successeurs ;
• l’organisation du service hydrométrique et d’annonce des crues et les conditions dans lesquelles il a fonctionné pendant la crue ; de façon très argumentée, il est montré qu’il est "resté à la hauteur de sa tâche durant cette épreuve exceptionnelle", et qu’il n’y a pas lieu de "compromettre la solidité de l’édifice conçu en 1854 et amélioré en 1885, si désirables que puissent être aujourd’hui certains aménagements plus modernes" ;
• les améliorations souhaitables : en 9 pages, douze propositions hiérarchisées sont formulées pour améliorer l'efficacité des services d'annonce des crues, en particulier :
  • mieux intégrer les prévisions météorologiques pour la prévision des crues sur les bassins versants amont, ce qui nécessite :
    • de développer la télégraphie sans fil, de façon à disposer en temps quasi-réel des informations que pourraient fournir les bateaux sur l’Atlantique, et,
    • d'installer le service d’annonce des crues central pour le bassin de la Seine dans les locaux déjà occupés par le bureau central de la météorologie, rue de Grenelle, lesquels sont équipés d'un service de télétransmission moderne et priorisé ;
  • d’améliorer la précision des données recueillies par les observateurs et compléter leur caractère ponctuel dans le temps par des données enregistrées ;
  • de raccourcir les délais de transmission par diverses mesures (notamment en généralisant l’utilisation du téléphone et en expérimentant une transmission automatique à distance des données enregistrées en continu) ;
  • d’améliorer l’accès aux échelles de crue ;
  • de multiplier les jaugeages au niveau des échelles d’observation des niveaux d’eau ainsi que les calibrages au droit des sections correspondantes ;
  • de généraliser à toutes les communes concernées la cartographie des contours des inondations les plus hautes connues (cartographie en principe rendue obligatoire par la loi du 28 mai 1858), de façon à mieux concrétiser sur le terrain les annonces de niveau faites sur les échelles ; il s'agit également de freiner l’occupation et les endiguements des champs d’expansion des crues.

Bibliographie :

• Coulomb, R. (2011) : Eugène Belgrand (1810-1878) ; Bulletin de la Sabix (En ligne), 48 ; URL : http://journals.openedition.org/sabix/992 ; DOI : https://doi.org/10.4000/sabix.992