L’approche hydrogéomorphologique : pratiques,
valorisations et développement d’une méthode de
cartographie des zones inondables

Les grands concepts de la géomorphologie : fondements de la cartographie hydrogéomorphologique

La géomorphologie (du grec gê, terre ; morphê, forme ; logos, discours) est la science qui a pour objet la description et l’explication du relief terrestre. Le géomorphologue est amené pour mener à bien son travail, à s’intéresser à d’autres sciences, telles que la géologie, la pédologie, l’hydrologie ou la biologie (Coque, 2002). Au même titre que la géographie, la géomorphologie constitue une science de synthèse. Elle se situe à l’interface d’autres sciences, avec pour originalité de concevoir la carte comme l’aboutissement de la réflexion (Guermond, 1988) ; représenter des phénomènes dans l’espace constitue le cœur de la réflexion. 

 Du cycle d’érosion aux types de lits fluviaux

 La relation entre la forme des vallées et l’action des cours d’eau fut mise en évidence avant le développement de la géomorphologie, notamment grâce à des savants grecs de l’antiquité, tels qu’Aristote ou Ptolémée (Coque, 2002). Mais ce n’est qu’en 1899 que l’américain W. M. Davis établit la théorie du cycle d’érosion à la base de l’étude des hydrosystèmes fluviaux (Ballais et al., 2011). Pour Davis, l’évolution du relief connait trois stades : les stades de jeunesse, de maturité et de vieillesse (Coque, 2002). Un cycle débute après qu’une phase d’orogenèse ait produit un volume de relief sur lequel des processus d’érosion agissent jusqu’à la disparition du volume (Coque, 2002; Derruau, 1974). Au cours du XXème siècle, des critiques émergent au sujet de cette théorie, lui reprochant notamment l’absence de prise en compte d’éventuels rajeunissements tectoniques durant le cycle d’érosion (Derruau, 1974). La géomorphologie fluviale se développa désormais autour d’un courant 19 quantitativiste et dynamique (Bravard et Petit, 1997). Ce courant trouva en particulier sa source dans les travaux de Horton (1945), qui introduit l’étude et l’analyse quantitative des bassins versant et de leur réseau hydrographique. La publication de Fluvial Processes in Geomorphology (Leopold et al., 1964) formalisa les relations entre la géométrie hydraulique des cours d’eau et leurs processus. Schumm (1977) propose de découper le système fluvial en trois zones réparties d’amont en aval (Figure 2). Le système est régulé par des variables de contrôle (débits liquides et solides), elles-mêmes soumises à l’influence du climat. Figure 2 : Schéma du Système fluvial (source Campy et Macaire, 1989) En 1992, Nanson et Croke définissent le lit majeur (floodplain) comme « une large surface alluviale séparée du cours d’eau par un talus et construit de sédiments transportés par le régime fluvial actuel ». En plus d’apporter une définition précise de la floodplain, Nanson et Croke proposent une classification des types de plaines alluviales. Cette classification dépend de différents paramètres tels que la puissance spécifique (exprimée en W.m-2 ), le type de sédiment (grossier, fin…) ou encore le style fluvial (Leopold et Wolman, 1957). Cette classification des plaines alluviales s’inscrit dans la continuité du concept de système fluvial (Schumm, 1977) puisqu’il propose d’envisager la diversité les plaines alluviales. Marqué par les effets géomorphologiques de la crue du Guil en 1957 (Alpes françaises), Jean Tricart (1958) amorce une réflexion autour de l’étude des différents lits constituant la plaine alluviale. Cette réflexion est encore approfondie en 1960 lorsqu’il publie Les types de lits fluviaux où il propose une classification des lits fluviaux en fonction de leur morphologie, de leur végétation associée ou encore de leur type de sédiments. En plus de cette classification, l’auteur insiste sur « l’intérêt primordial » qu’elle représente pour la gestion du risque inondation en précisant que « leur étude devrait être à la base de toute tentative d’aménagement […] ». L’auteur insiste sur ce qu’il considère comme le fondement de l’approche, à savoir l’observation et l’interprétation du terrain, que « des ingénieurs pressés » avaient tendance à remplacer par des calculs. Les travaux de Tricart sont alimentés par la volonté de donner à la géomorphologie un aspect pratique, indispensable à son essor et à sa diversification méthodologique (Mainguet, 2003). Les années 1950 et 1960 sont également caractérisées par le développement de la cartographie géomorphologique sous la houlette de Tricart (1956) ou encore de Joly (1962). Ces cartographies ont pour objectif de produire une « représentation qualitative, quantitative et explicative » du relief de la Terre (Joly, 1965). Cette représentation est envisagée à travers l’analyse des formations superficielles et des processus responsables de leur façonnement. Elle participe ainsi aux réflexions liées à l’aménagement du territoire (Dewolf, 1981; Tricart, 1973). La cartographie géomorphologique ne montre pas pour autant d’applications pratiques, même si elle devient progressivement l’élément central de mise en valeur de l’interprétation géomorphologique. Les différentes formations superficielles et les roches apparentes sont différenciées par des figurés surfaciques. Les ruptures de pente et les processus apparaissent sous forme de figurés linéaires ou ponctuels (Tricart, 1965). Cette méthode de cartographie est largement reprise par les géomorphologues, en particulier pour les environnements montagnards présentant des fortes dynamiques (Figure 3) ou encore pour la mise en valeur des géomorphosites (Reynard et Panizza, 2005). Figure 3 : Carte géomorphologique des Gorges de Trévan, dans les Alpes. (Nicod, 2011) La cartographie hydrogéomorphologique correspond à une adaptation des méthodes développées pour la cartographie géomorphologique. Elle se distingue car elle est centrée sur la plaine alluviale active et 21 les processus d’inondation qui la façonnent. Les bases de la cartographie hydrogéomorphologique étaient lancées : une analyse géomorphologique au service des sociétés humaines. 

 Développement institutionnel de la cartographie hydrogéomorphologique 

 De la lutte contre les inondations à la cartographie de l’aléa 

Maitriser la nature

 Dans les pays occidentaux, la « révolution industrielle » du XIXème siècle marque le passage d’une société artisanale et agricole à une société commerciale et industrielle où la rationalité et la technique jouent un rôle moteur (Verley, 1997). Le géographe Elisée Reclus est un témoin privilégié de ces changements d’idéologie à travers ses récits de voyage, notamment en Amérique du Nord. Reclus identifie plusieurs logiques concernant le fonctionnement des cours d’eau, telles que le rôle joué par la sinuosité du Mississippi ou par l’érosion des berges. Celui-ci, fortement conditionné par les travaux de rectification menés par des ingénieurs États-uniens, considère que la finalité de la compréhension de la nature est de pouvoir la maitriser pour offrir aux sociétés humaines des meilleures conditions de vie (Le Lay, 2008). Ainsi illustre-t-il de manière parfois poétique, sa foi pour le progrès technique (Reclus, 1859) : « Ces forêts profondes où l’on respire la mort avec l’humide parfum des plantes doivent être assainies, ces marécages d’où s’exhale une fiévreuse atmosphère doivent être comblés, ce fleuve menaçant dont le planteur regarde avec inquiétude le courant rapide doit être muselé. Il faut que bientôt le doigt de l’homme puisse guider le Mississippi et le faire serpenter à sa guise à travers le continent comme un précieux auxiliaire, et non plus comme un ennemi. » 

 La lutte contre les inondations

 Le XIXème siècle est marqué par le progrès technique et l’amélioration de la compréhension des phénomènes physiques, notamment en hydraulique et en hydrologie (Tarlock, 2012). Les sociétés humaines considèrent qu’elles ont la possibilité de réduire, voire d’éradiquer les inondations en agissant directement sur les processus physiques (Veyret et Reghezza-Zitt, 2006). En France la gestion du risque inondation fut fortement influencée par les inondations de 1856 qui justifièrent de nombreux travaux (digues, barrages) visant à protéger les enjeux (Bethemont, 2007). Ces travaux, menés par les ingénieurs des Ponts et Chaussées sont le résultat du traitement de l’inondation comme un problème à résoudre. Ils ne voient donc pas l’intérêt de cartographier l’aléa (Le Bourhis, 2007). Freddy Vinet (2010) met en avant la relation entre le niveau de développement d’une société et sa volonté de maitriser les risques. La logique « naturo-centrée » comporte une réponse logique aux inondations avec la construction de digues et autres ouvrages hydrauliques (Cœur et al., 2002). Dans cette vision Chapitre 1 – L’approche hydrogéomorphologique, une méthode de cartographie des zones inondables 22 très militarisée de l’aléa naturel considéré comme un ennemi à combattre, la cartographie, bien que présente, n’était pas un outil central (Scarwell et Laganier, 2004). La seule solution logique était nécessairement de tenter de modifier l’aléa en s’appuyant sur le progrès technique. La lutte contre les inondations par la construction d’ouvrages hydrauliques lourds connait quelques critiques au cours du XXème siècle. Le géographe américain G.F. White met en évidence dès 1945 l’impact négatif des digues du Mississippi qui augmentent l’exposition au risque. Scarwell et Laganier (2004) parlent d’une spirale du risque qui a accompagné la politique de lutte contre les inondations. Celle-ci s’est caractérisée, pour la population en zone inondable, par une diminution de la conscience du risque.

Les Plans de Surfaces Submersibles 

En France, les grandes inondations du milieu du XIXe siècle font naitre l’idée que la connaissance des zones inondables est une nécessité. La représentation de l’aléa inondation débute dès 1911 avec la réalisation du premier Plan de Surfaces Submersibles (PSS) sur le Rhône à l’aval de Lyon. Le terme de PSS apparaît avec la publication du décret-loi du 30 octobre 1935 qui entraine la réalisation de PSS jusque dans les années 1970. Ce document cartographique, réalisé par les services techniques de l’Etat est constitué de deux zones : la zone A, dite de « Grand débit » et la zone B, dite de « Débit complémentaire ». Figure 4 : Extrait du PSS de l’Yonne, approuvé par le décret du 13 janvier 1949 (source : DDT de l’Yonne) Cependant, comme le précise un ingénieur de la DDE de l’Oise, cité par Le Bourhis et Bayet (2002) l’impact de ce zonage sur l’urbanisme reste minime. En effet, les documents sont produits « […] par la Navigation, pour la Navigation » et ils n’ont donc pas vocation à gérer l’urbanisme en zone inondable. L’objectif du PSS est de permettre l’écoulement des eaux (Garry et al., 2002) en cas de crue et le 23 retour à des conditions de navigation acceptables, en particulier en empêchant la construction de bâtiments qui pourraient perturber l’écoulement des eaux vers l’aval. En conséquence, seules les zones de « grand débit » étaient contraignantes en terme d’urbanisme (Le Bourhis et Bayet, 2002). De plus les inondations prises en compte pour l’élaboration des cartes ne correspondaient pas toujours aux évènements les plus importants. Par exemple, le PSS de l’Oise approuvé en 1972 repose sur la crue de 1955, alors que sur le secteur d’étude la crue de 1910 était plus forte (Le Bourhis et Bayet 2002).

 Le tournant des années 1980 en France 

La gestion du risque inondation connait un tournant dans les années 1980. L’évolution de la conception du risque inondation durant les années 1970 (Veyret et Reghezza-Zitt, 2005; Vinet, 2010), avec l’introduction du concept de vulnérabilité et le replacement de la société au cœur de la production du risque (Hewitt, 1983) est un point central. Les inondations, comme d’autres catastrophes naturelles sont, d’un point de vue juridique, un risque non assurable par le droit commun des assurances (Collombat, 2012). Voilà pourquoi en 1982, le parlement français décide d’approuver la « loi relative à l’indemnisation des victimes de catastrophes naturelles2 ». Grâce à la réassurance publique de la Caisse Centrale de Réassurance (CCR), cette loi permet, à chaque personne qui assure son habitation ou son véhicule, d’être couverte par le « système CatNat » (Sandink et al., 2010). En 1984, le décret d’application des Plans d’Exposition aux Risques (PER) entraine la publication d’une méthodologie précise motivée par trois axes prioritaires. Ces plans doivent développer la connaissance des phénomènes, informer la population des risques encourus et permettre de maitriser l’occupation des sols (Ballais et al., 2011; Garry, 1994). Les PER constituent un échec. Cet échec est tout d’abord imputable à un manque de discussions engagées avec les élus locaux. Ensuite, l’utilisation indifférenciée de modèles hydrauliques lourds dans des zones urbaines ou dans les zones sans enjeux est dispendieuse. Enfin, le manque de vraies contraintes sur les documents d’urbanisme les rend inefficaces du point de vue de la gestion du risque d’inondation (Garry et al., 2002; Le Bourhis et Bayet, 2002). La « Circulaire relative à la prévention des inondations et à la gestion des zones inondables » du 24 janvier 19943 , sollicite les services techniques de l’Etat pour réaliser des Atlas de Zone Inondable (AZI), qui auront valeur de document de porter à connaissance. Ces documents ont la vocation d’homogénéiser les informations sur l’aléa inondation en France, grâce à la prise en compte de la crue centennale ou d’une crue historique supérieure comme aléa de référence. Il n’est pas encore question de cartographie hydrogéomorphologique. Néanmoins, la recommandation d’études à l’échelle de bassins versants et la volonté de préserver les « champs d’inondation » participent à faire émerger l’approche hydrogéomorphologique. La loi du 2 février 1995 relative au renforcement de la protection de l’environnement4 , ou « loi Barnier », institue le Plan de Prévention des Risques (PPR) en remplacement des documents existants (PSS, PER, R111-3 du code de l’urbanisme). Au même titre que le PER, le PPRI est un document 2 Loi n°82-600 du 13 juillet 1982 relative à l’indemnisation des victimes de catastrophes naturelles 3 Circulaire parue au JORF du 10 avril 1994, page 5330 4 Loi n° 95-101 du 2 février 1995 relative au renforcement de la protection de l’environnement Chapitre 1 – L’approche hydrogéomorphologique, une méthode de cartographie des zones inondables 24 règlementaire annexé au Plan Local d’Urbanisme (PLU) et vaut servitude d’utilité publique. Le PPRI est composé de plusieurs documents : un rapport de présentation, un règlement, ainsi que des documents graphiques (cartes d’aléa et cartes du zonage règlementaire). Les principes de ce document sont résumés dans un guide publié (1999) par le Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement (MATE) et le Ministère de l’Equipement, des Transports et du Logement (METL). Contrairement aux documents qui l’ont précédé, le PPRI se veut être le fruit d’une collaboration plus étroite entre les services de l’Etat et les communes. L’échelle du bassin de risque, en l’occurrence le bassin versant ou une section de cours d’eau devient privilégiée au détriment de celle de la commune. L’utilisation de données qualitatives pour la cartographie des aléas est fortement recommandée, en raison de plusieurs atouts. Elles sont « […] peu onéreuses et rapides à exécuter », « […] suffisantes pour comprendre le fonctionnement du milieu, évaluer les risques […] », « […] un préalable indispensable » à une modélisation hydraulique et « pour les enjeux, elles correspondent parfaitement à la demande de délimiter les espaces » (Garry et Graszk, 1999). La prise en compte des AZI devient de ce fait une pritorité « naturelle ». De plus, la loi Barnier (1995) constitue la porte d’entrée du principe de précaution développé lors de la Déclaration de Rio 19925 en et l’adapte à la sécurité des personnes. Des années 1980 aux années 2000, l’adoption des lois citées ci-dessus coïncide avec une série d’inondations catastrophiques. Ces catastrophes marquent les esprits, comme à Nîmes en 1988, à Vaison-la-Romaine en 1992, en Bretagne en 1995, dans l’Aude en 1999 ou encore dans le Languedoc en 2002 et dans la vallée du Rhône en 2003. Cartographier les aléas ou les zones inondables constitue la première étape de l’acceptation de l’aléa inondation. En effet, on ne cherche désormais plus à maitriser l’aléa, mais à le spatialiser pour ensuite s’y adapter. Les PER, AZI ou PPRI reflètent la volonté de l’Etat français de faire de la carte la « pièce centrale d’un dispositif de contrôle des risques naturels » (Le Bourhis, 2007). 

 Emergence de la cartographie hydrogéomorphologique en France 

Dès le début des années 1980, le principe de la cartographie hydrogéomorphologique qui reprend la classification des lits fluviaux de Tricart (1960) est expérimenté en France. C’est le Centre d’Études Techniques et de l’Équipement (CETE) Méditerranée qui lance les études, avec les travaux de Marcel Masson (1983) et Gérald Garry (1985), alors au Ministère de l’Équipement. Les premières expérimentations de la méthode sont des expertises ponctuelles comme celle du Buech (Alpes-deHaute-Provence) en 1980, du Gardon d’Anduze (Gard) en 1983 ou encore le Lez (Hérault) en 1988 (CETE Méditerranée, 1988, 1986, 1981). A cette époque, il n’est pas question de cartographie hydrogéomorphologique, mais de cartographie géomorphologique des zones inondables. Cela fait référence aux principes de la cartographie 5 ONU, 1992. Déclaration de Rio sur l’environnement et le développement. Conférence Des Nations Unies sur l’Environnement et le Développement. 25 géomorphologique qui représentent les formes reliées à différents processus (gravitaires, éoliens, glaciaires). Quant à la cartographie hydrogéomorphologique, elle se concentre sur les formes mises en place par des processus fluviaux en occultant les autres phénomènes. Il fut question d’utiliser cette approche dans le cadre de PER, mais les modélisations hydrauliques leurs furent préférées. La cartographie hydrogéomorphologique conserve durant les années 1980 un aspect expérimental à diffusion confidentielle. La Figure 5 est un extrait d’une cartographie réalisée sur le Gardon d’Anduze par le CETE Méditerranée. Même si la légende évolua au cours des années suivantes, on retrouve le principe de la cartographie hydrogéomorphologique. Les ruptures de pente et la caractérisation des formes alluviales mises en relation avec l’aléa inondation font partie des éléments principaux de la légende. Figure 5 : Cartographie géomorphologique des zones inondables du Gardon d’Anduze (Source : CETE Méditerranée, 1986) Le début des PPRI en 1995 est un déclencheur pour le développement de la cartographie hydrogéomorphologique. La volonté d’envisager les approches qualitatives en termes de complémentarité et non de concurrence avec les modélisations hydrauliques fut un élément moteur (Garry et al., 2002). La méthode devient plus « officielle » avec la publication du guide de « cartographie des zones inondables » par « approche hydrogéomorphologique » (Masson et al., 1996). Afin de proposer une solution concrète pour la réalisation d’AZI par approche hydrogéomorphologique, le MEDD (Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable ) publie en 2001 les « Termes de référence d’un CCTP des Atlas des Zones Inondable ». Ce guide entraine dans Chapitre 1 – L’approche hydrogéomorphologique, une méthode de cartographie des zones inondables 26 les années 2000 l’essor de la méthode tant pour la réalisation d’AZI que pour son intégration dans des PPRI. En 2003, le MEDD adresse une circulaire aux préfets de région6 . Cette circulaire vise à établir la politique de l’Etat en matière d’AZI. En précisant que « l’action commence par la connaissance », le MEDD identifie la cartographie hydrogéomorphologique comme une méthode possible pour la réalisation d’AZI. Par ailleurs, les DIREN se voient confier la réalisation des documents. L’Etat français souhaite accélérer l’intégration de l’hydrogéomorphologie dans le Sud de la France par la circulaire7 du 21 janvier 2004 « relative à la maitrise de l’urbanisme et adaptation des constructions en zone inondable ». Cette circulaire demande la prise en compte de l’hydrogéomorphologie pour la définition de l’aléa des PPRI dans les régions Languedoc-Roussillon, PACA et les départements de l’Ardèche et de la Drôme. Les inondations qui se sont produites « dans certains de vos départements en 1999, 2002, et 2003, ont montré qu’au-delà de toute notion de période de retour, les inondations pouvaient fréquemment réoccuper l’ensemble de la plaine alluviale des cours d’eau. Il vous faut donc intégrer dans vos réflexions les conséquences d’une crue plus forte, notamment sur la base de la crue exceptionnelle de référence hydrogéomorphologique […] »

 Approche géomorphologique des zones inondables dans la littérature anglo-saxonne

 Dans la continuité de la réflexion initiée par la mise en évidence des styles fluviaux (Leopold et Wolman, 1957) et par le concept de style fluvial (Schumm, 1977), des auteurs s’intéressent à la géomorphologie pour étudier les zones inondables (Baker, 1994, 1976; Wolman, 1971). Afin d’identifier des alternatives à l’approche hydraulicienne de détermination de l’aléa inondation, Wolman (1971) présente un panel de méthodes différentes. L’analyse des formes de la plaine alluviale, la végétation ou encore la pédologie constituent des outils qui favorisent une vision naturaliste de la plaine alluviale. Baker (1976) va plus loin dans son interprétation en reliant directement l’interprétation de la géomorphologie des zones inondables à des crues historiques. L’auteur démontre que l’extension de la crue de 1952 qui touche la rivière Pedernales au Texas est délimitée par un conglomérat. Il met en évidence la relation entre zone inondable et interprétation géomorphologique. Il préconise d’utiliser cette approche à une échelle régionale en prétextant un coût relativement faible et une rapidité d’exécution.