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Colloque International OH2 « Origines et Histoire de l’Hydrologie », Dijon, 9-11 mai 2001
International Symposium OH2 ‘Origins and History of Hydrology’, Dijon, May, 9-11, 2001
Émergence de l’hydrologie urbaine,
le poids de la demande sociale
The weight of social constraint
in the development of urban hydrology
Michel DESBORDES
Université Montpellier 2, CCO56 - 34095 Montpellier cedex 5 (France)
michel.desbordes@isim.univ-montp2.fr
Résumé
C’est en 1997 qu’a été publié, en France, la première « encyclopédie » de
l’Hydrologie urbaine, attestant ainsi d’une certaine maturité de cette discipline
scientifique et technique. Branche spécifique de l’Hydrologie générale, dans laquelle elle se
distingue par les petites échelles de temps et d’espace auxquelles sont étudiés les
mécanismes hydrologiques, et par le caractère artificiel des milieux dans lesquels ils se
manifestent, elle est avant tout née d’une demande sociale souhaitant une plus grande
maîtrise des écoulements d’eaux urbaines.
On peut ainsi, schématiquement distinguer trois périodes dans l’évolution
historique de la discipline, avec, pour chaque période, des sollicitations d’« aval » ayant
fortement orienté les recherches à son sujet. Du milieu du XIXe siècle au milieu du XXe, la
préoccupation essentielle a concerné la protection de la santé publique, d’où le nom
d’« assainissement » donné au volet technique de la discipline. Durant cette période, les
éléments scientifiques relatifs au cycle de l’eau et utilisés dans la conception des ouvrages
ont été très modestes. Ces ouvrages n’en n’ont pas moins fortement structuré l’espace
urbain. Avec l’explosion de l’urbanisation, à la fin des années 1950, ils ont donné lieu à de
nouvelles demandes visant à mieux maîtriser les ruissellements pluviaux urbains. Cette
période « hydraulique » a duré une trentaine d’années. L’importance de la demande
sociale, durant cette période, a engendré la naissance de groupes de recherche qui, sans se
couper d’elle, ont commencé des réflexions plus indépendantes concernant les relations
entre le cycle de l’eau et l’urbanisation. Le premier colloque international entièrement
consacré à la discipline eut lieu à l’Université de Southampton en 1978.
Aujourd’hui, et depuis la fin des années 1970, l’Hydrologie urbaine procède d’une
approche plus intégrée du cycle de l’eau en milieu urbain. Aux aspects « quantitatifs »
traditionnels des flux et volumes d’eau mis en jeu est désormais adjoint un volet
« qualitatif » relatif aux impacts de l’urbanisation sur les milieux hydriques récepteurs. Si
certains programmes de recherche sont encore suscités par l’aval, de nombreux thèmes
ont un caractère plus prospectif et s’intègrent dans les réflexions scientifiques dont
l’Hydrologie générale fait l’objet. Plus encore, les résultats de certaines recherches
interpellent la demande sociale et contribuent à sa formulation.
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© Université de BourgogneColloque International OH2 « Origines et Histoire de l’Hydrologie », Dijon, 9-11 mai 2001
International Symposium OH2 ‘Origins and History of Hydrology’, Dijon, May, 9-11, 2001
Abstract
In 1997, the first French Encyclopaedia in Urban Hydrology (HU) was published.
UH could be so considered as well established by now from a scientific and technical point
of view. While considered today as a part of General Hydrology, it has been first imposed
by engineering purposes regarding a better understanding and control of urban waters.
Three stages can be roughly pointed out when looking at its historical
development. For each stage, social constraints have strongly influenced research topics
dealing with the urban water cycle. From the middle of the XIXth century to the middle of
the XXth one, the main social constraints were related to public health protection and
improvement, 'Sanitary engineering' being so the first name of UH. During that stage, the
hydrological scientific elements used when designing sewer systems were quite weak.
Sewer networks however have strongly structured the urban space for a long time. With
the very fast increase of urbanization at the end of the 1950's these networks has
generated new social constraints mainly dealing with urban runoff control. That
'hydraulic' stage has lasted during about thirty years. Research groups were born during
that period. While closely connected to the 'downstream' social demand, they also begun
to develop more independant research topics in UH. The first international symposium
entirely devoted to UH was held at the Southampton's University (UK) in 1978.
Today, and since the end of the 1970's, UH is concerned with an 'integrated'
approach of the urban water cycle. New research topics related to urban water quality
and impacts on receiving water bodies has been added to the classical ones dealing with
quantitative aspects. If some research programs are still under 'downstream' social
control, many of them are more prospective ones and connected to the scientific
thoughts which are now conducted in the domain of General Hydrology. Moreover, some
new research results may attract the attention of social actors bringing them to the
formulation of a new social demand.
***
L’Hydrologie Urbaine est une discipline scientifique et technique traitant de
l’étude et de la maîtrise du cycle de l’eau en milieu urbanisé. Il s’agit d’une
branche particulière de l’Hydrologie, conséquence des dimensions et du caractère
artificiel des milieux dans lesquels se manifestent les phénomènes hydrologiques.
Initialement discipline technique, née de la « demande sociale », en raison des
nuisances réciproques entre l’eau et l’urbanisation, elle s’est progressivement
structurée, dans la seconde moitié du XXe siècle, en discipline scientifique, ses axes
de recherche devançant souvent les attentes de la demande sociale. Elle a
désormais atteint le statut d’une discipline scientifique à part entière, s’appuyant
sur des associations nationales et internationales de chercheurs et de techniciens,
et disposant de revues scientifiques et techniques spécifiques. En France, elle a
ainsi récemment fait l’objet de la publication d’une Encyclopédie (EURYDICE 92,
1997).
1. Le mouvement hygiéniste et l’assainissement des agglomérations
Si l’on retrouve des vestiges de systèmes d’évacuation des eaux usées
urbaines dans certaines cités de l’Antiquité, c’est principalement au cours du XVIIIe
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siècle que l’on soupçonne le caractère nocif pour la santé humaine des eaux
« stagnantes ». Avec la croissance rapide de l’urbanisation, accompagnant la
« révolution industrielle », durant la seconde moitié du XIXe siècle, fut ainsi
déclarée la chasse aux eaux stagnantes (Guillerme, 1984). Le mouvement
hygiéniste, préconisant l’analogie entre la circulation de l’eau en ville et celle du
sang dans le corps humain, fut à l’origine de la technique de suppression de ces
eaux et de l’assainissement des agglomérations. Aux réseaux d’eau potable,
délivrant une eau saine (artères), furent adjoints des réseaux d’égouts
souterrains (veines) chargés d’évacuer, le plus rapidement possible, sans
stagnation, loin de leurs lieux de production, les eaux polluées de toutes natures,
dangereuses pour la santé publique. Ces eaux comprenaient, outre les eaux usées
domestiques et industrielles, les eaux de ruissellement des surfaces urbaines. En
France, l’application de cette doctrine donna naissance, en 1894 à un décret de la
Ville de Paris qui consacrait la technique des réseaux « unitaires ». Le modèle
parisien du « tout à l’égout » fut à l’origine de la loi du même nom, et exporté en
« province », voire « outre-mer », les Ingénieurs des « Corps » techniques de
l’État jouant un rôle essentiel dans sa diffusion (Dupuy et Knaebel, 1982).
Le concept hygiéniste de l’assainissement et sa manifestation technique, le
réseau unitaire, furent initialement plus imposés par les pouvoirs centraux et
leurs administrations techniques que suscités par la demande sociale. La
naissance de l’assainissement des agglomérations fut, en effet, à l’origine de
débats passionnés, par les contraintes économiques et sociales qu’elle faisait
naître, mais aussi par les conséquences environnementales désastreuses des
premières réalisations, déversant massivement, sans traitement, les eaux usées
urbaines dans les milieux récepteurs qui s’en trouvaient visiblement pollués. Ainsi,
en 1888, à la mort de Durand-Claye, l’un des plus fervents défenseurs du tout-à-
l’égout, le « Petit Journal » écrivait-il, en guise d’oraison funèbre : « Durand-Claye,
l’ingénieur promoteur du « tout-à-l’égout-et-à-la-Seine » est mort. On ne peut
donc pas demander qu’on le fusille, mais franchement, aux jours sombres des
révolutions, la colère populaire a lynché des hommes qui n’étaient que de petits
criminels à côté de ceux qui ont fait à Paris une semblable honte (sic)… »
Si le concept hygiéniste de l’assainissement supposait l’évacuation des
ruissellements pluviaux par les égouts unitaires souterrains, les connaissances
hydrologiques au XIXe siècle, et notamment les observations pluviométriques,
étaient très réduites. En France, par exemple, la première série pluviométrique
continue, autorisant l’estimation d’intensités moyennes sur de courtes durées,
utiles pour l’étude des phénomènes hydrologiques urbains, débuta en 1873 avec
l’installation d’un pluviographe à l’observatoire de Paris-Montsouris. La
réalisation des ouvrages d’assainissement des agglomérations résulta donc plus de
l’audace d’Ingénieurs en Génie Civil que d’une connaissance affirmée des
mécanismes hydrologiques en milieu urbain. Certes, quelques ingénieurs, comme
le Suisse Bürkli-Ziegler (1880), l’Américain Kuilching (1889), ou l’Anglais Lloyd-
Davis (1906), appliquèrent aux bassins-versants urbains les bases naissantes de
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l’hydrologie scientifique pour l’évaluation des apports pluviaux aux réseaux
d’égouts. Le concept du « temps de concentration », associé à la « formule
rationnelle », trouva dans ces applications une utilité toujours d’actualité. En
France, Belgrand, chargé par le Préfet Haussman de la réalisation de
l’assainissement de Paris, proposa en 1857 de retenir un débit spécifique d’eau
pluviale de quarante-deux litres par seconde par hectare, sur la base des travaux
de Dupuit, son prédécesseur à la ville de Paris (Belgrand, 1857-1887). L’autorité
scientifique de Belgrand et le centralisme technique français consacrèrent cette
valeur synthétique pour des décennies, masquant totalement la complexité des
mécanismes hydrologiques urbains. Au demeurant, la réalisation d’égouts
« visitables » conduisit généralement à adopter des dimensions d’ouvrages qui
n’étaient plus dictées par les seules considérations de capacité d’évacuation,
assurant ainsi une certaine sécurité face à l’accroissement à venir de
l’urbanisation.
Pendant la première moitié du XXe siècle, la « collectivisation » de
l’assainissement se poursuivit, imposée par voie de lois, décrets et autres
« circulaires » dont, pour la France, la fameuse Circulaire Générale 1 333, de
1949, véritable « bible » des projeteurs de réseaux d’assainissement. Certes, la
technique de l’assainissement connut, durant cette période, quelques évolutions,
en particulier en matière de traitement des effluents urbains avant rejet dans les
milieux récepteurs. De même, l’hypothèse d’un moindre danger pour la santé
publique des eaux de ruissellement pluvial, après la disparition de la traction
hippomobile, conduisit-elle à proposer la solution du réseau « séparatif » supposé
présenter de nombreux avantages économiques et techniques. Au demeurant,
l’évacuation gravitaire rapide et souterraine par réseau, héritage de la doctrine
hygiéniste, restait toujours de mise. Les éléments hydrologiques nécessaires au
calcul des ouvrages restaient, quant à eux, très sommaires. En France, c’est en
1930 que Koch proposa de retenir les hypothèses de la formule rationnelle pour
le calcul des apports pluviaux des bassins urbanisés. Par la suite, les travaux de
Caquot (Caquot, 1941) furent à l’origine de « la » formule de calcul des débits de
pointe de ruissellement urbain de la fameuse Circulaire Générale 1 333. Cette
formule, très synthétique, masquait totalement les hypothèses de son
élaboration, et, bien qu’incorporant initialement les données pluviométriques de
la station de Paris-Montsouris, fut appliquée à l’ensemble du territoire de la
République.
2. L’urbanisation et l’hydrologie urbaine
Dans le milieu des années 1950, les pays industrialisés ont dû faire face à
une véritable explosion de leur démographie urbaine, tirant ses origines de la
révolution des modes de production agricole et du développement rapide de
l’industrie. Face à des taux de croissance des populations urbaines de l’ordre de
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2 % par an, en moyenne, en France, dépassant localement 5 %, l’urgence de bâtir
limita généralement l’étude des incidences de l’urbanisation sur le cycle de l’eau.
L’accroissement des espaces urbanisés fut rapide, accentué par la place
prise par la voiture individuelle, manifestation tangible de la « consommation ».
Voiries urbaines, périphériques, rocades, pénétrantes et autres aires de
stationnement renforcèrent l’imperméabilisation des sols, modifiant
profondément l’hydrologie des espaces urbanisés.
À la fin des années 1960, les conséquences de l’urbanisation sur le cycle de
l’eau étaient visibles dans la majorité des agglomérations : inondations fréquentes
des points bas, défaillances des systèmes de transports et de traitement, pollution
des milieux récepteurs… Le début des « trente glorieuses » était plus que difficile
en matière de relation entre la ville et l’eau ! La situation devenue localement
insupportable aboutit à l’interpellation des ingénieurs et des chercheurs quant
aux solutions permettant de réduire les « nuisances » constatées. Le rôle des eaux
pluviales dans l’assainissement des agglomérations apparaissait désormais
primordial, et semblait mal s’accommoder des solutions techniques nées sous la
poussée du mouvement hygiéniste et développées jusqu’ici.
Devant l’ampleur des problèmes, d’importants programmes de recherche
furent mis en place dans la majorité des pays industrialisées, destinés à une
meilleure compréhension des relations entre l’urbanisation et le cycle de l’eau. Si,
dans un premier temps, les recherches furent souvent entreprises par des
ingénieurs, avec le soutien d’association professionnelles (Hicks, 1944 ; Izzard,
1946 ; Watkins, 1959 ; Tholin et Keifer, 1963), les chercheurs « académiques »
s’investirent dans les programmes au début des années 70. Leurs habitudes de
confrontations nationale et internationale des résultats de leurs recherches fut à
l’origine de la structuration scientifique de l’Hydrologie Urbaine.
Le programme le plus étendu et le mieux coordonné fut celui mis en place
en 1967 par l’American Society of Civil Engineers (ASCE, 1968). Son Directeur, le
Professeur Murray Mc Pherson, en favorisant le rapprochement mondial de
groupes de recherche, souvent isolés dans leurs propres pays, fut, sans conteste,
l’un des artisans de la structuration scientifique de l’Hydrologie Urbaine. En
France, un premier programme expérimental fut lancé par la Direction de
l’Aménagement Foncier et de l’Urbanisme, en 1968 (Affholder, 1970) et fut le
point de départ des recherches françaises en Hydrologie Urbaine.
Durant les années 1970 et 1980, les recherches mondiales furent, pour
l’essentiel, consacrées à l’estimation des apports d’eau pluviale des unités
hydrologiques urbaines et au développement d’ouvrages destinés à mieux
maîtriser ces apports. Ces recherches répondaient directement à la demande
sociale confrontée aux nuisances résultant des défaillances de systèmes
d’assainissement manquant de souplesse pour s’adapter à la croissance rapide de
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l’urbanisation. Elles aboutirent à la conclusion qu’une plus grande maîtrise des
ruissellements pluviaux urbains nécessitait le ralentissement de ces derniers dans
leurs transferts vers les milieux récepteurs (Desbordes, 1974). Ce concept
« hydraulique » de l’assainissement des agglomérations suscita la création
d’ouvrages de stockage : les bassins de retenue des eaux pluviales. La remise en
scène de l’eau à la surface des villes s’opposait au concept hygiéniste initial. En
France, la réalisation de ce type de structure ne manqua d’ailleurs pas de soulever
des objections de la part du Conseil Supérieur d’Hygiène, objections tempérées
par l’urgence de résoudre les problèmes posés, dans des conditions
économiquement acceptables.
L’ouverture autorisée par les bassins de retenue fut à l’origine de tout un
ensemble de solutions de stockage et d’infiltration des eaux pluviales. Appelées,
initialement, techniques « alternatives », en cela qu’elles constituaient une
alternative aux réseaux d’égout, elles furent plus tard qualifiées de techniques
« compensatoires », dans la mesure où elles visaient à compenser les effets de
l’urbanisation sur le cycle de l’eau. L’intégration de ces ouvrages dans le tissu
urbain contribua ainsi à transformer l’assainissement des agglomérations, d’une
technique d’infrastructure urbaine relevant essentiellement du Génie Civil, en une
méthode d’aménagement de l’espace, impliquant des collaborations plus étroites
entre les urbanistes « faiseurs de villes », les architectes et les ingénieurs de
l’assainissement.
Cependant, si dans les extensions urbaines, les techniques alternatives ou
compensatoires connurent des initiatives intéressantes et de nombreux
développements (elles se comptent aujourd’hui par milliers en France),
l’adaptation des ouvrages existants en matière de confort et de sécurité, entraîna
de multiples recherches scientifiques et techniques. Celles consacrées à la gestion
en temps réel des systèmes d’assainissement et qui se développent encore
aujourd’hui, élèvent l’assainissement au niveau des procédés industriels les plus
complexes. La mise en œuvre de la gestion, en temps réel, a donné lieu à des
recherches spécifiques finalisées en métrologie et régulation. Le département de
la Seine-Saint-Denis a eu, dans ce domaine, valeur d’exemple, au niveau mondial
(Bachoc, 1984). De grandes villes comme Bordeaux, Lyon, Nancy ou Marseille
procèdent toujours au développement de la gestion en temps réel de leurs
systèmes d’assainissement.
3. L’hydrologie urbaine, discipline scientifique
Au début des années 1970, le professeur Mc Pherson, réalisant un
inventaire mondial des chercheurs en Hydrologie Urbaine pour le compte de la
Fondation Nationale pour la Science (USA), dans le cadre général du programme
de l’ASCE évoqué ci-dessus, fusionna cet inventaire avec les activités du groupe de
l’UNESCO portant sur les effets de l’urbanisation sur le cycle de l’eau, activités
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décidées à la faveur de la décennie hydrologique internationale (1964-1974). Un
premier séminaire international « institutionnel » eut ainsi lieu à Varsovie en
1973 (ASCE, 1974 ; UNESCO, 1974).
Parallèlement aux activités de l’UNESCO et de l’ASCE, l’Université de
Southampton organisa, en 1978, la première Conférence Internationale
entièrement consacrée à l’Hydrologie Urbaine (Helliwell, 1978). Elle fut suivie
d’une seconde, en 1981, à l’Université d’Illinois à Urbana (USA) (Yen, 1982), à
l’issue de laquelle fut créé un Comité Joint d’Hydrologie Urbaine commun à
l’Association Internationale de Recherches Hydraulique (AIRH/IAHR) et à
l’Association Internationale de l’Eau (AIE/IWA). Outre la mise en relation des
chercheurs en Hydrologie Urbaine et l’animation de groupes thématiques
spécifiques, le Comité fut chargé d’organiser tous les trois ans une Conférence
Internationale. Depuis cette date, les objectifs ont été tenus.
Ces conférences internationales, relayées par de nombreuses
manifestations nationales soutenues par des sociétés savantes, des Associations
professionnelles, des organismes de recherche, ont conduit en une vingtaine
d’années à la structuration scientifique de l’Hydrologie Urbaine, grâce aux
confrontations des résultats des recherches auxquelles elles ont donné lieu. Le
pilotage des recherches par l’aval, qui avait été à l’origine de la naissance de la
discipline, devint de moins en moins systématiques, des chercheurs de plus en
plus nombreux développant leurs propres thèmes de recherche. Au nombre de ces
thèmes, l’un des plus significatifs par son ampleur a concerné, et concerne
toujours, les impacts environnementaux des rejets pluviaux urbains (Torno et al.,
1986). Ces recherches novatrices mettant en évidence le caractère nocif pour les
milieux récepteurs de ces rejets ont interpellé la demande sociale, qui, en retour,
a suscité directives et lois visant à mieux les contrôler (Directive européenne de
1991 sur les eaux résiduaires urbaines, Loi française sur l’eau de 1992…).
Aujourd’hui, l’Hydrologie Urbaine est une discipline scientifique et
technique à part entière avec ses recherches à caractère « fondamental » sur les
relations entre l’urbanisation et le cycle de l’eau, et ses recherches à caractère
« finalisé » destinées à promouvoir des techniques d’aménagement de l’espace
s’inscrivant dans un concept de développement durable, prônant une gestion
intégrée des relations entre la ville et l’eau. Ces techniques visent désormais à
protéger les agglomérations et leurs habitants contre les nuisances du cycle de
l’eau, et à protéger l’environnement contre les agressions résultant de
l’urbanisation et des activités urbaines.
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