Risque d'inondation : pluie, ruissellement, exposition et aménagements

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Risque d'inondation : de la pluie aux dégâts

L'inondation, un aléa naturel

Une inondation est la submersion temporaire par l'eau d'une zone qui n'est pas habituellement recouverte. C'est un aléa : un phénomène naturel dangereux qui peut se produire, avec une certaine intensité et une certaine fréquence. Il peut venir du débordement d'un cours d'eau (crue), du ruissellement, de la remontée d'une nappe ou de la mer. Cette ressource étudie surtout la crue et le ruissellement.

De la pluie au ruissellement

Quand il pleut, l'eau suit plusieurs chemins : une partie s'infiltre dans le sol, une partie est retenue ou évaporée par les végétaux et le sol, le reste ruisselle à la surface et rejoint le cours d'eau. Le ruissellement augmente lorsque :

• la pluie est très intense ou très longue ;
• le sol est déjà saturé en eau ;
• la pente est forte ;
• le sol est nu ou imperméabilisé (routes, parkings, toitures), alors que prairies et forêts freinent l'eau et favorisent l'infiltration.

Toutes les eaux d'un même territoire convergent vers un même cours d'eau : c'est le bassin versant. Lors d'une crue, le débit (volume d'eau qui passe en un point chaque seconde, en m³/s) et la hauteur d'eau augmentent. Un hydrogramme est le graphique du débit en fonction du temps ; son maximum est le pic de crue.

Du phénomène au risque

Le risque naît de la rencontre entre un aléa et des enjeux : personnes, logements, écoles, commerces, routes exposés. La vulnérabilité mesure la facilité avec laquelle ces enjeux subissent des dommages : logement de plain-pied, absence d'alerte, population mal informée. La même crue provoque un risque faible dans une zone inhabitée et un risque élevé dans un quartier dense. Le risque exprime une possibilité de dommages, jamais une prédiction certaine.

Réduire le risque

On peut agir à trois niveaux :

• sur l'aléa : conserver prairies, haies et forêts, limiter l'imperméabilisation, créer des bassins de rétention qui stockent temporairement l'eau, préserver des zones d'expansion de crue où le cours d'eau peut déborder sans dégâts ;
• sur les enjeux : limiter ou interdire les constructions en zone inondable, par exemple avec un plan de prévention des risques ;
• sur la vulnérabilité : système d'alerte, plan d'évacuation, information des habitants, logements avec étage ou matériel surélevé.

Exemple analysé

Une prairie de 10 ha est remplacée par un lotissement de même surface. Pour une pluie de 60 mm, 1 mm sur 1 ha représente 10 m³ : 1 ha reçoit 600 m³, donc 10 ha reçoivent 6 000 m³. Si la prairie laisse ruisseler 10 % de la pluie, cela fait 600 m³. Si le lotissement en fait ruisseler 50 %, cela fait 3 000 m³, soit cinq fois plus. L'eau arrive aussi plus vite au ruisseau, ce qui relève et avance le pic de crue. Un bassin de rétention place l'eau en réserve puis la libère lentement, ce qui abaisse le pic.

Un piège à éviter

Un aménagement ne supprime pas le risque. Un bassin est dimensionné pour une pluie donnée : une pluie plus forte, ou une nouvelle zone imperméabilisée en amont, peut le saturer. Une digue protège un secteur mais peut se rompre ou reporter l'eau vers l'aval, et elle donne parfois un faux sentiment de sécurité qui encourage à construire derrière. Enfin, il ne faut pas confondre aléa et risque : une crue forte dans un champ désert est un aléa important, mais un risque faible.

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Situation-problème. Données pédagogiques simplifiées. La commune fictive de Valmoray est traversée par le ruisseau du Moulin. Après un orage de 60 mm en 3 heures, des habitants du quartier du Moulin ont retrouvé de l'eau dans leurs caves. Le conseil municipal hésite : doit-on compter sur un bassin de rétention déjà simulé en amont, et peut-on autoriser une zone commerciale de 5 ha, aujourd'hui en prairie ? Vous devez comprendre l'origine de la crue puis évaluer ces choix à partir de deux documents. Rappel : 1 mm de pluie sur 1 ha représente 10 m³ d'eau.

Document 1 : le bassin versant du ruisseau du Moulin

Données pédagogiques simplifiées. La pluie de 60 mm est supposée identique sur tout le bassin versant de 100 ha. Le coefficient indique la part de la pluie qui ruisselle.

Document 2 : débit du ruisseau au pont du quartier du Moulin

Données pédagogiques simplifiées. Un capteur relève le débit chaque heure, l'orage débutant à 0 h. L'eau déborde dans le quartier quand le débit dépasse 35 m³/s. Ces débits sont une série schématique construite séparément du Document 1 : ils illustrent la forme d'une crue et l'effet qualitatif d'un bassin, et ne se déduisent pas des volumes calculés à partir du tableau du Document 1. La colonne « avec bassin » vient d'une simulation d'un bassin de rétention de 2 500 m³ de volume utile, rempli à 60 % au pic de l'orage. Observation de terrain : 14 habitations bordent le ruisseau, dont 9 de plain-pied sans étage ; une école se trouve à 300 m ; il n'existe aucun système d'alerte.

Exercice 1 : D'où vient l'eau de la crue ?

1. Calculer le volume de pluie reçu par 1 ha, puis par le quartier pavillonnaire (8 ha).
2. Calculer le volume ruisselé pour chacune des cinq surfaces du Document 1, puis le volume ruisselé total.
3. Calculer la part de la surface totale occupée par les zones urbanisées (quartier pavillonnaire et zone commerciale), puis la part du ruissellement total qu'elles fournissent. Comparer les deux résultats.
4. Expliquer pourquoi une prairie et un parking, sous la même pluie, ne produisent pas le même ruissellement.

Exercice 2 : Que change le bassin de rétention ?

1. Construire le graphique du Document 2 : deux courbes de débit en fonction du temps, avec une ligne horizontale pour le seuil de débordement.
2. Relever le débit maximal et l'heure où il est atteint, sans puis avec bassin.
3. Calculer la baisse du pic en m³/s et en pourcentage du pic sans bassin, ainsi que le décalage horaire du pic.
4. Indiquer combien de relevés dépassent le seuil de 35 m³/s dans chaque cas et en déduire l'effet du bassin sur le quartier.
5. Entre 6 h et 8 h, le débit avec bassin est supérieur au débit sans bassin. Proposer une explication, puis dire pourquoi on ne peut pas comparer précisément les volumes totaux écoulés avec ces seules données.

Exercice 3 : Faut-il autoriser la zone commerciale ?

1. Calculer le volume ruisselé supplémentaire si 5 ha de prairie deviennent zone commerciale, pour la même pluie de 60 mm.
2. Calculer le volume encore disponible dans le bassin au pic de l'orage. Comparer au résultat précédent, en supposant que tout le ruissellement de la nouvelle zone arrive au bassin, et conclure.
3. Classer les informations du Document 2 en aléa, enjeux et vulnérabilité.
4. Rédiger une recommandation argumentée de 5 à 6 lignes pour le conseil municipal, avec au moins deux mesures agissant sur des leviers différents et une limite de votre conclusion.

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. 1 mm sur 1 ha donne 10 m³, donc 60 mm donnent 60 × 10 = 600 m³ par hectare. Pour 8 ha : 8 × 600 = 4 800 m³.
2. Prairie : 40 × 600 = 24 000 m³ de pluie, soit 24 000 × 0,10 = 2 400 m³ ruisselés. Forêt : 30 × 600 = 18 000, soit 900 m³. Champs : 20 × 600 = 12 000, soit 3 600 m³. Quartier pavillonnaire : 4 800 × 0,50 = 2 400 m³. Zone commerciale : 2 × 600 = 1 200, soit 1 080 m³. Total : 2 400 + 900 + 3 600 + 2 400 + 1 080 = 10 380 m³, pour 60 000 m³ de pluie (environ 17 %).
3. Les zones urbanisées occupent 8 + 2 = 10 ha sur 100, soit 10 % de la surface. Elles fournissent 2 400 + 1 080 = 3 480 m³, soit 3 480 ÷ 10 380 ≈ 0,335, donc environ 34 % du ruissellement. Elles produisent un ruissellement plus de trois fois supérieur à leur part de surface.
4. La prairie est couverte de végétation et son sol est poreux : l'eau s'infiltre, est stockée dans le sol et retenue par les plantes, et l'écoulement est freiné. Le parking est imperméable : l'eau ne s'infiltre pas et s'écoule vite vers les caniveaux puis le ruisseau. Limite : ces coefficients sont simplifiés, car le ruissellement réel dépend aussi de la pente et de l'humidité initiale du sol.

Critères de réussite : unités (m³) indiquées, calculs détaillés, comparaison entre part de surface et part de ruissellement.

Exercice 2 : correction

1. Axe horizontal : temps de 0 à 8 h ; axe vertical : débit de 0 à 50 m³/s ; deux courbes de couleurs différentes avec légende ; ligne horizontale à 35 m³/s.
2. Sans bassin : maximum de 45 m³/s à 4 h. Avec bassin : 30 m³/s à 5 h.
3. Baisse : 45 − 30 = 15 m³/s, soit 15 ÷ 45 ≈ 0,33, donc 33 %. Le pic est retardé de 1 h.
4. Sans bassin, deux relevés dépassent 35 m³/s (38 à 3 h et 45 à 4 h) : le quartier déborde. Avec bassin, aucun relevé ne dépasse le seuil : la simulation indique que l'eau resterait dans le lit du ruisseau pour cet orage.
5. Le bassin stocke l'eau au moment du pic puis la restitue lentement, ce qui explique des débits plus élevés en fin d'épisode. Les relevés s'arrêtent à 8 h alors que le débit n'est pas revenu à 5 m³/s, et les mesures sont horaires : on ne peut donc pas comparer précisément les volumes totaux, ni connaître les valeurs entre deux relevés. Il s'agit en outre d'une seule simulation pour un seul orage.

Critères de réussite : lecture exacte du tableau, pourcentage calculé correctement, conclusion limitée au cas simulé.

Exercice 3 : correction

1. Pluie sur 5 ha : 5 × 600 = 3 000 m³. En prairie (10 %) : 300 m³ ruisselés. En zone commerciale (90 %) : 2 700 m³. Supplément : 2 700 − 300 = 2 400 m³.
2. Le bassin est rempli à 60 % au pic, donc 40 % de 2 500 = 1 000 m³ restent disponibles. Le supplément de 2 400 m³ dépasse cette marge de 1 400 m³. Dans cette hypothèse simplifiée, le bassin serait saturé et ne garantirait plus un débit sous le seuil de 35 m³/s.
3. Aléa : crue du ruisseau après un orage de 60 mm, avec dépassement de 35 m³/s. Enjeux : 14 habitations et une école à 300 m. Vulnérabilité : 9 logements de plain-pied et absence d'alerte.
4. Réponse attendue : ne pas autoriser telle quelle la zone commerciale, ou imposer des surfaces perméables et un bassin propre à la zone, car le supplément de 2 400 m³ dépasse la marge du bassin. Agir aussi sur la vulnérabilité en installant une alerte et en informant les habitants, et sur les enjeux en évitant toute nouvelle construction près du ruisseau. Limite : les données viennent d'une simulation simplifiée pour un seul orage ; une pluie plus forte ou un sol déjà saturé pourrait dépasser le bassin, donc le risque est réduit, pas supprimé.

Critères de réussite : calculs justifiés, distinction aléa, enjeux et vulnérabilité, mesures sur au moins deux leviers, formulation prudente sans certitude absolue.