L’ordinateur, aide à la maîtrise des eaux dans la vallée de l’Hérault

Revue Etudes sur l'Hérault 1981-2
La vallée de l'Hérault

p. 41 à 46

Depuis toujours l’homme a vécu dans la peur des inondations, dont frappe le caractère quasi imprévisible. Il se tourne souvent vers les responsables, les administrations et les gouvernants. En fait, on comprend mal que les scientifiques qui ont réussi à envoyer des hommes sur la lune soient incapables de trouver des moyens efficaces de protection, ou que les responsables ne puissent les mettre en œuvre. Les techniciens ont à leur disposition un arsenal de moyens barrages, digues, pertuis, etc., dont la programmation et la mise en œuvre sont complexes pour un grand nombre de raisons d’origines diverses.

Des raisons liées au phénomène lui-même...

le lieu d’impact des catastrophes est imprévisible. Une année la Seine, une autre la Loire ou la Garonne, ou encore un quelconque petit torrent méditerranéen dont la colère subite peut anéantir des villages entiers. Ne sachant que protéger, il faudrait couvrir toutes les zones critiques.
ces phénomènes naturels mettent en jeu des grandeurs : débits, volumes, forces, qui en crise prennent des valeurs si fortes qu’elles les rendent difficilement maîtrisables à un coût économique compatible avec le risque couru.
la protection totale est impossible. Un aménagement donné protège pour un certain cataclysme. Mais il va être lui-même submergé pour un cataclysme plus fort. Cette graduation du risque oblige à parler le langage des probabilités.

Outre ces problèmes techniques, l’aménagement d’ouvrages de protection doit surmonter des handicaps d’ordre psychologique :

la perception des inconvénients permanents que comporte tout aménagement (zone submergée, déplacement de personnes, atteintes à l’environnement) est immédiate, au contraire de celle des avantages, qui ne sont certains qu’en statistique.
l’effort d’aménagement est ingrat ; autant une catastrophe va faire la une de l’information, autant l’absence de catastrophe passera inaperçue. La crue de 1866 sur la Loire est encore présente par les récits des grands évènements de la région d’Orléans. La crue de 1982, très importante, est quasi oubliée deux mois après, parce qu’elle n’a pas eu de conséquences extraordinaires mais ce résultat n’a pu être obtenu que grâce à plus d’un siècle d’efforts d’aménagements de digues et de barrages.

Difficultés techniques, investissements élevés pour des avantages à long terme, d’où faible motivation politique ou professionnelle, expliquent la désaffection qui existe en France pour les aménagements de protection. Il suffit pour s’en rendre compte de considérer la faiblesse des moyens attribués aux divers services chargés de ces missions. Quelques régions cependant, après avoir été durement touchées par les inondations, ont mis en place des systèmes importants et efficaces.

I - Le cadre général

L’Hérault, fleuve côtier le plus important du Languedoc, a un régime hydrologique typiquement méditerranéen, avec des crues de printemps et d’automne particulièrement brusques et violentes. Le bassin du fleuve (2 500 km² environ) est constitué :

d’un haut bassin aux très fortes pentes, appuyé au versant sud du massif central et soumis à des précipitations exceptionnelles.
et d’une basse vallée comportant une plaine alluviale, large de 2 à 4 km, et dont la faible pente ne permet plus au lit mineur le transit des débits de crues. Au-delà d’un débit correspondant à des crues fréquentes (de l’ordre de deux fois par an), le fleuve sort de son lit pour envahir la plaine et inonder une surface de plusieurs milliers d’hectares. Ces fréquentes inondations Ont profondément marqué la structure économique de la vallée elles ont déterminé un développement à peu près uniquement agricole, fondé sur une monoculture, la vigne, capable de supporter ces aléas climatiques.

Dans le cadre du projet d’aménagement de la moyenne et de la basse vallée de l’Hérault, le Conseil Général désirait pouvoir comparer de façon objective divers aménagements au vu de leurs conséquences. Il a confié, au mois de Mai 1980, au Laboratoire d’Hydrologie Mathématique de l’Université des Sciences et Techniques du Languedoc et à la Compagnie Nationale d’Aménagement de la Région du Bas-Rhône Languedoc, sous la supervision technique de la Direction Départementale de l’Agriculture, la mise au point d’un modèle de simulation numérique de déroulement des crues, dans le cadre de scénarios d’aménagements. Ce modèle devait être conçu comme un outil d’aide à la décision pour l’aménageur, c’est-à-dire permettre un dialogue permanent entre les divers interlocuteurs :

l’hydrologue qui détermine les effets hydrauliques d’un aménagement ;
le projeteur, qui analyse les contraintes techniques et les coûts ;
le responsable politique, qui doit prendre en compte les impacts sociologiques et psychologiques essentiels pour la réussite d’un projet d’une envergure régionale.

Une méthode de simulation de scénarios répond bien à ce souci. Un échantillon représentatif des crues ayant provoqué des inondations dans les dernières cinquante années a été constitué à partir des données de crues dont les enregistrements étaient suffisants, et les natures assez diverses pour couvrir tous les aspects possibles de déroulement. Après la définition d’un aménagement donné, l’ordinateur simule le déroulement de l’ensemble de ces crues, et visualise les effets qu’aurait provoqués l’aménagement s’il avait existé depuis cinquante ans.

L’ordinateur n’est pas chargé de définir la « meilleure décision », notion peu réaliste, en raison des multiples éléments d’un choix ; il permet à l’aménageur de voir directement les conséquences d’un éventuel aménagement. La rapidité de la réponse (1 journée au maximum pour un aménagement) et son faible coût, permettent de multiplier les essais sous forme d’une véritable conversation entre ordinateur et aménageur.

II - Les données nécessaires à la modélisation

La réalisation d’un modèle comme celui retenu exige la connaissance d’un grand nombre d’informations sur le déroulement des crues et sur la morphologie des rivières, à la fois.

La connaissance du déroulement des crues et des inondations est obtenue à partir des enregistrements des hauteurs d’eau qui ont été faites en quelques points (MOULIN BERTRAND, LODÈVE, MONTAGNAC, AGDE, etc.). Elle est souvent incomplète, ou fragmentaire (appareils arrachés, ou inexistants). Un patient travail, de même nature que celui de l’historien, permet de reconstituer des données : il s’effectue souvent à partir d’informations indirectes (la pluie par exemple).

Les conditions géométriques des zones d’écoulement constituent une des données de base du modèle. Elles ont été fournies à partir de travaux topographiques faits antérieurement par la Compagnie du Bas-Rhône, et sont constituées de 176 profils du fleuve, soit environ un profil tous les 350 mètres. Ces profils précisent le fond du fleuve, la forme et la côte des berges, etc.

Les zones inondables étaient beaucoup plus mal connues. Les cartes existantes se révélaient beaucoup trop imprécises. Une campagne de mesures à partir de photographies aériennes a permis de définir les côtes du sol avec une excellente précision sur un quadrillage de 50 m de côté couvrant toute la zone inondable. Cet ensemble de 40 000 données a été saisi directement par ordinateur à partir des photographies.

III - Le modèle

Le bassin de l’Hérault a un réseau hydrographique représenté sur la figure 1. La modélisation des zones inondables a été réalisée en découpant la plaine en 44 casiers ainsi qu’il est représenté sur la figure 2. Ce décou-page s’est fait au mieux des obstacles naturels définissant des zones d’inondation assez indépendantes. La propagation des débits dans le lit du fleuve est un phénomène méca-nique décrit à partir des théories générales des écoulements. Lorsque le niveau de l’eau dépasse les côtes des berges, un débit d’échange se met en place entre le fleuve et les casiers d’inondation jusqu’à ce qu’ils soient pleins.

Ces mouvements alternés de l’eau, calculés par l’ordinateur, peuvent être cartographiés de façon automatique, faisant apparaître les zones inondées et les niveaux de l’eau, heure par heure, durant la crue. La figure 3 représente par exemple une sortie d’ordinateur pour les surfaces totales inondées par la crue d’octobre 1958.

La représentation obtenue reste, bien sûr, schématique ; il n’est pas question de définir dans un casier le niveau d’eau en un point particulier : maison, pont, voie ferrée. Mais l’allure des phénomènes, leur déroulement, les surfaces totales inondées sont correctement représentés. Le modèle a été testé sur le déroulement des 12 crues dans leurs conditions réelles de fonctionnement. Les hydrogrammes du point de mesure d’AGDE sont bien reproduits. Des photographies aériennes, prises durant la crue d’Octobre 1969, permettent de connaître les surfaces effectivement inondées : la comparaison avec celles fournies par le modèle est satisfaisante. Les seuls écarts notables constatés concernent la zone BESSAN-AGDE rive droite, où s’est produit une rupture de digue non représentée sur le modèle en raison de son caractère accidentel, et du caractère inconnu de son importance.

Au vu de ces différents tests, il apparaît que le modèle élaboré constitue un excellent schéma de la réalité, permettant une analyse comparative des effets des divers aménagements projetés.

A - Les aménagements testés

La politique retenue pour le choix des scénarios a comporté deux phases : dans un premier temps, il s’agissait d’explorer le plus grand nombre de solutions possibles, même celles qui semblaient a priori peu réalistes ; dans un second temps, à partir des premières constatations, il devenait possible par une approche progressive de définir les aménagements efficaces et réalisables.

En tout, quinze scénarios ont été essayés (figure 4, 5), qui explorent la quasi totalité du champ d’aménagement des sites reconnus avec :

— a) Des barrages :

Le site de Saint Guilhem avec une retenue dont le volume utile envisageable va de 45 à 131 millions de m³ (Mm³) ;
Les sites du Haut-Hérault et de la Vis, qui, avec quelques barrages, peuvent avoir une retenue de l’ordre de 80 m³;
Le site de Lodève sur la Lergue, de 11 Mm³;
Enfin, les sites sur les rivières de la rive droite du cours inférieur : Dourbie, Boyne, Peyne, Thongue qui atteignent au maximum un total de retenue de 17 Mm³.

— b) Des digues: l’endiguement a été essayé dans toute l’étendue possible, depuis l’absence d’amélioration des endiguements actuels jusqu’à la protection totale, du Pont du Diable jusqu’à Agde.

B - Les comportements des crues dans les divers scénarios :

L’analyse des résultats fournis par l’ordinateur sur les déroulements fictifs de crues dans l’hypothèse d’aménagements donnés, met en évidence certains caractères généraux :

Tout aménagement localisé qui protège des zones ayant un volume inondable important a un impact généralisé. La protection de la zone de Pézenas, par exemple, entraîne des répercussions sur le déroulement de la crue à Agde.
Les résultats obtenus sont liés à la crue choisie et peuvent être très différents d’une crue à l’autre.

La diversité des réponses obtenues suivant les crues résulte de la diversité de leur origine, qui permet de les classer : en crues d’amont, issues du haut bassin ; crues d’aval, issues du bassin inférieur rive droite ; crues mixtes. Cette classification est, bien sûr, schématique et n’indique que le caractère prépondérant du phénomène. Les comportements les plus caractéristiques et les plus difficiles à maîtriser sont obtenus avec les crues de type très marqué : soit de type amont, comme d’octobre 1958, soit de type aval, comme celle de février 1964.

a) Les effets des barrages d'écrêtement :

Ils agissent directement sur le déroulement de la crue ; vides en début de crue, ils se remplissent progressivement durant la crue, puis étalent sur un certain temps le volume qu’ils ont stocké. L’effet obtenu est d’autant plus marqué, que leur capacité de stockage est importante vis-à-vis de la quantité d’eau que représente la crue.

Les possibilités de stockage importantes du bassin amont permettent de maîtriser de façon très efficace les crues d’origine amont. Par contre, la faiblesse des possibilités sur le bassin aval limite le contrôle des crues de type aval. En conclusion, sur l’ensemble des crues, les barrages ont un effet positif marqué, mais, pour certaines d’entre elles (type aval) cet effet est réduit, ce qui entraîne une limitation du développement économique possible ; la suppression d’environ une crue sur deux ne constitue pas un résultat suffisant pour modifier le comportement des acteurs économiques. En conséquence, augmenter le volume des retenues amont au-delà d’un certain seuil n’aura qu’un impact faible sur le devenir économique de la vallée.

b) Les effets des endiguements :

Ils sont contradictoires. Tout endiguement protégeant une zone conduit à un renforcement de la crue dans la zone qui suit. Par exemple, un endiguement généralisé de tout l’Hérault (bien sûr, irréaliste) conduit à des crues à Agde en boulet de canon, avec des débits de 2,5 fois le débit le plus fort jamais observé. Le champ d’inondation constitue une protection naturelle et il n’est pas réaliste d’envisager sa suppression totale.

Cette première analyse montre les limites et les contradictions des divers aménagements possibles. Une solution acceptable ne peut résulter que d’une combinaison de divers aménagements, qui permette de conjuguer les effets positifs et de compenser les effets négatifs.

À la suite de cette analyse, les aménagements retenus devaient répondre à l’ensemble des critères suivants :

un gain important sur les zones inondées pour l’ensemble des crues retenues (à la fois d’amont et d’aval) ;
un aménagement minimum de barrages pour le réaliser ;
une amélioration dans tous les secteurs. Il n’est en effet pas admissible d’améliorer la situation des uns au détriment des autres.

Certains scénarios ont conduit à une protection importante de la zone basse de l’Hérault, tout en évitant le renforcement des crues vers l’aval et en atténuant leur incidence à l’amont.

Par exemple, un des derniers scénarios testés, comportant : 7 petits barrages répartis sur l’ensemble du bassin avec un total de 123 Mm³, et un endiguement de la zone aval à partir de Saint Thibéry en rive droite et de Nézignan en rive gauche, aurait provoqué une diminution notable des inondations.

Pour les deux crues les plus caractéristiques, on aurait eu des abaissements du niveau atteint par les eaux avec des diminutions des surfaces totales inondées qui seraient passées : pour octobre 1958 de 4 300 à 2 200 hectares, pour février 1964 de 4 100 à 1 900 hectares, soit un gain de 50 %.

vide	Crue d’Octobre 1958	Crue de Février 1964
MONTAGNAC	170 cm	120 cm
PÉZENAS	140 cm	110 cm
ST. THIBÉRY	60 cm	50 cm
FLORENSAC	50 cm	40 cm
AGDE	10 cm	10 cm

Conclusions

La simulation, du déroulement des crues, grâce à l’ordinateur, avec un modèle mathématique, montre la difficulté d’un choix, en raison de l’ambiguïté de certains résultats, suivant les lieux et les crues choisies. Ceci justifie la mise au point et l’utilisation d’un modèle assez lourd et complexe ayant nécessité le recours à un matériel informatique très puissant. Ce modèle a permis de comparer de façon objective les aménagements proposés et de rechercher ceux susceptibles d’améliorer la situation de tous, au moindre coût, et avec les résultats les meilleurs. Malgré le volume important d’informations qui a été nécessaire, la complexité du lit naturel est loin d’être reproduite dans le détail, ce qui limite la représentativité fine, locale, des résultats. Une réflexion plus poussée, complétée par des campagnes de mesures et d’enregistrements pourrait transformer ce modèle en un modèle précis de prévision des crues avec un délai dépassant la journée.

L’ordinateur, grâce à sa facilité de visualisation des situations, a pu jouer le rôle d’intermédiaire entre le technicien, trop habitué a raisonner hors des contraintes pratiques, et le politique, trop souvent amené à prendre des décisions en ne disposant que d’informations imprécises ou incomplètes.