Deux bassins versants ont été retenus dans le cadre de cette thèse : le bassin de la Saône à Lyon et celui de la Seine à Paris. Sur ces deux bassins, nous avons bénéficié d'une collaboration avec les services opérationnels effectuant des prévisions de débit pour des besoins internes ou pour l'annonce de crue. Sur le bassin du Rhône et en particulier en aval de la Saône, la CNR gère un parc de centrales hydroélectriques et effectue une prévision des débits tout au long de l'année. Le SPC Rhône amont-Saône est en charge, sur le bassin de la Saône, de la gestion d'un réseau hydrométrique pour le suivi hydrologique et l'alimentation du dispositif Vigicrues1. Sur le bassin de la Seine, deux SPC se partagent la surveillance de l'évolution des crues : le SPC Seine moyenne-Yonne-Loing et le SPC Seine amont-Marne amont.
2.1.1 Le bassin versant de la Saône à Lyon
La rivière Saône prend sa source à Vioménil dans les Vosges, dans le versant sud des monts Faucilles, à environ 400 m d'altitude. La Saône parcourt 482 km avant de se jeter dans le 1 L'adresse Internet est : http://www.vigicrues.ecologie.gouv.fr.
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Rhône. A sa confluence avec le Rhône à La Mulatière (Lyon), la Saône draine une importante superficie, de l'ordre de 30 000 km², répartie sur cinq régions (Lorraine, Champagne- Ardennes, Franche-Comté, Bourgogne et Rhône-Alpes). L'influence climatique est diverse : en amont du bassin, elle est plutôt continentale ; tandis qu'en aval, depuis Auxonne (Côte d'Or) jusqu'à l'exutoire du bassin, l'influence est plutôt méridionale. Le dénivelé n'est que de 245 m, et il existe une nappe puissante qui joue le rôle de régulateur. Ces deux éléments expliquent en grande partie la lenteur de l'écoulement de la Saône. Cela n'empêche pas que le débit de la rivière puisse être important, comme nous le verrons plus tard dans le chapitre 4 (section 4.2.2).
Le bassin versant a été divisé en trois sous-bassins aux caractéristiques différentes (Figure 2.1) : le Doubs, la Petite Saône et la Saône Intermédiaire.
Figure 2.1 : Localisation géographique des trois sous-bassins versants de la Saône, avec indication du réseau hydrographique et de la topographie.
Le bassin du Doubs est le plus montagneux, tandis que les bassins de la Petite Saône et de la Saône Intermédiaire sont vallonnés, avec des altitudes maximales inférieures à celle atteinte sur le bassin du Doubs. L'altitude maximale dépasse néanmoins 1000 m sur le Doubs ainsi que sur la Petite Saône, en raison des massifs montagneux des Vosges (Petite Saône) et du Jura (Doubs). Les caractéristiques géographiques des sous-bassins versants sont reportés dans le Tableau 2.1. Les données hypsométriques ont été obtenues par l'intermédiaire d'un modèle numérique de terrain à maille kilométrique - source Global 30 Arc Second Elevation Data Set, U.S. Geological Survey (Sauquet, 2006).
En outre, il est bon de savoir qu'il n'y a pas d'ouvrages hydrauliques importants sur la Saône. Il s'agit principalement d'ouvrages au fil de l'eau avec de faibles capacités de stockage. Les débits mesurés aux exutoires des bassins seront donc considérés comme naturels par la suite.
Tableau 2.1 : Caractéristiques géographiques des sous-bassins versants de la Saône.
Sous-bassin versant Superficie (km²) Altitude (m)
Moyenne Minimale Maximale
Doubs 7670 550 170 1400
Petite Saône 12030 320 170 1150
Saône Intermédiaire 9860 290 160 900
2.1.2 Le bassin versant de la Seine à Paris
Le fleuve Seine prend sa source sur le plateau de Langres dans le département de la Côte d’Or, à une altitude de 471 mètres. Il arrose successivement la Champagne, reçoit l'Aube (rive droite) et l'Yonne (rive gauche) à Montereau, baigne Melun et traverse l'Île-de-France, grossit du Loing, de l'Essonne, de l'Orge (rive gauche) et de l'Yerres (rive droite), de la Marne et de l'Oise (rive droite), de part et d'autre de Paris. Le bassin de la Seine en amont de Paris s’étend sur 43 800 km², et le territoire est couvert par trois régions (Bourgogne, Champagne- Ardennes et Ile-de-France). Les bassins de la Seine et de la Saône sont donc mitoyens.
L'influence climatique est semi-océanique, avec la pré-dominance d'un régime d'ouest, qui apporte régulièrement de l'humidité en provenance de l'Océan Atlantique. Son relief, d'origine sédimentaire, est peu accidenté avec des altitudes généralement inférieures à 300 m, dépassant rarement 500 m, sauf dans le Morvan où elles culminent à 900 m.
Le bassin versant de la Seine en amont de Paris a été divisé en cinq sous-bassins (Figure 2.2) : le Loing à Episy (Loing-E), la Marne à La Ferté-sous-Jouarre (Marne-F), la Seine à Bazoches-lès-Bray (Seine-B), l'Yonne à Courlon-sur-Yonne (Yonne-C) et la Seine Intermédiaire (Seine-Int), délimité par Paris et les quatre exutoires des autres sous-bassins.
Les bassins les plus vallonnés sont situés à l'est (Yonne-C, Marne-F et Seine-B), tandis qu'en aval le relief est peu marqué, avec une altitude moyenne de l'ordre de 150 à 200 m.
Seul le bassin de l'Yonne-C se démarque des autres par une topographie plus marquée, notamment vers le Morvan. Ainsi d'après le modèle de terrain, près de 10% de la surface de ce bassin se situe à plus de 450 m d'altitude. On peut donc s'attendre à des réactions hydrologiques plus fortes en amont du bassin. En revanche en aval, le faible relief explique probablement la lente propagation des eaux dans le réseau hydrographique. L'ensemble des caractéristiques géographiques des sous-bassins versants est reporté dans le Tableau 2.2.
Figure 2.2 : Localisation géographique des cinq sous-bassins versants de la Seine, avec indication du réseau hydrographique, de la topographie et des quatre lacs réservoirs (cercles noirs et blancs).
Tableau 2.2 : Caractéristiques géographiques des sous-bassins versants de la Seine.
Sous-bassin versant Superficie (km²) Altitude (m)
Moyenne Minimale Maximale
Loing-E 3900 148 52 362
Marne-F 8820 234 54 500
Seine-B 10100 206 51 527
Yonne-C 10700 262 53 882
Seine-Int 10280 122 31 242
Contrairement au bassin de la Saône, il existe quatre lacs-réservoirs sur le bassin de la Seine (Figure 2.2), dont les principaux objectifs sont de réduire les risques dus aux inondations (réduction des débits de crue en aval des aménagements) et d'apporter un soutien des étiages en été et en automne1. Les lacs-réservoirs se situent sur la Marne, l'Aube, la Seine et l'Yonne.
1 Toutes les informations sur les lacs-réservoirs de la Seine sont disponibles sur le site : http://www.iibrbs.fr