Observatoire français des tornades et orages violents

On peut en distinguer deux grandes catégories : 

Les épisodes diluviens provoqués par un forçage orographique : 

La convection se trouve initiée par le soulèvement des masses d’air douces et humides venant généralement du sud, du sud-est ou de l’est. Cette convection est souvent peu profonde ce qui explique la faible activité électrique observée la plupart du temps. Elle peut se manifester dans des conditions d’instabilité très faibles. Ce type de configuration est souvent observé de la Montagne Noire au Vivarais, en passant par les Cévennes, ce qui lui vaut le nom d’épisode cévenol. L’arc cévenol n’a pas l’exclusivité des épisodes de ce type mais la fréquence à laquelle ils y sont observés est très nettement supérieure à toutes les autres zones de relief du pourtour méditerranéen. On y observe des précipitations continues, modérées à fortes, sur un à plusieurs jours, l’intensité allant souvent crescendo au fil du temps. Les cumuls peuvent dépasser 400mm en 24h mais les intensités horaires dépassent rarement les 50mm. 

Les épisodes diluviens provoqués par des structures convectives à régénération arrière : 

Dans ces cas là, les forçages orographiques peuvent jouer un rôle mais ne sont pas les seuls éléments déclencheurs du phénomène. Les contextes météorologiques sont généralement assez typiques : un profond thalweg d’altitude approche de la zone, s’isole en cut-off associé à une goutte froide d’altitude ; les flux de secteur sud rapides et à courbure cyclonique s’enclenchent ; le phasage d’un contexte convergent au sol avec un contexte divergent en altitude (sortie de jet) est généralement l’élément déclencheur. Bien que la configuration météorologique soit connue, la prévisibilité géographique reste délicate du fait de la multitude de paramètres nécessaires à la formation et à l’entretien de ces systèmes. On observera des systèmes convectifs stationnaires ou à déplacement lent qui pourront être multicellulaires à régénération arrière, quasi linéaires (QLCS), ou encore orages dits en « V », la pointe du V concentrant les plus fortes précipitations. Les cumuls observés sont de plusieurs centaines de mm en général et les intensités horaires peuvent largement dépasser les 100mm. Ces phénomènes sont généralement courts (quelques heures) mais peuvent parfois se prolonger plus longtemps, ce qui rend la situation hydrologique catastrophique (Aude, novembre 1999 ou encore Gard, septembre 2002). La réponse hydrologique à ce type de précipitations est généralement significative. Plusieurs caractères sont communs aux crues générées par ces lames d’eau, que l’on appelle crues éclair (flash floods).

Le bassin versant (watershed ou basin) : c’est la surface topograhique qui collecte les eaux souterraines et de surface vers un exutoire. Toutes les eaux apportées par les précipitations à cette surface finissent par transiter par l’exutoire, à l’exception des eaux interceptées ou évaporées. On définit un bassin-versant en son exutoire que l’on peut choisir en tout point du linéaire d’un cours d’eau. Dans le cas des crues éclair, les bassins versants sont généralement de taille petite à moyenne (quelques kilomètres carrés à quelques centaines de kilomètres carrés).

Le temps de réponse (response time) : c’est la durée observée entre le cœur de l’épisode pluvieux et le cœur du pic de crue qui en résulte. Il correspond au temps que met le bassin-versant à réagir à une pluie donnée. Dans le cas des crues éclair, il est rapide, allant de quelques minutes à quelques heures. Le temps de montée (time of rise), qui correspond au temps qui s’écoule entre le début de la crue et le maximum qu’elle atteindra, est également très court. 

Le débit spécifique de pointe (specific discharge) : à la différence du débit (discharge) qui mesure le volume d’eau écoulé chaque seconde à travers une section de cours d’eau (mètres cube par seconde), le débit spécifique mesure le débit moyen généré par un kilomètre carré de bassin versant en amont du point de mesure (mètres cube par seconde par kilomètre carré). Dans le cas des crues éclair, il est important (d’un mètre cube par seconde par kilomètre carré à plus de 20 pour certains petits bassins). 

Si ces caractéristiques communes rendent les crues éclair facilement identifiables, il n’en reste pas moins que leur prévisibilité reste médiocre et que la compréhension précise des phénomènes hydrologiques mis en jeu n’est pas complète. 

On constate en effet que deux bassins-versants, non identiques mais de caractéristiques comparables, ne répondront pas de la même manière au même épisode pluvieux. Cet état de fait trouve son explication dans les caractéristiques variées des bassins versants : 

- La topographie du bassin versant : elle est un facteur déterminant dans les processus hydrologiques puisqu’elle définit : 

- La dénivelée (vertical rise) et donc l’énergie potentielle de pesanteur dont disposera l’eau apportée au bassin par l’épisode pluvieux. 

- La pente (slope) du drain principal et des versants qui influe sur les vitesses d’écoulement. 

- La densité de drainage (drainage density) qui représente la longueur moyenne des drains par kilomètre carré sur le bassin versant (elle s’exprime en kilomètres par kilomètre carré – km-1). 

- La nature des sols et des sous-sols du bassin versant : elle influe sur les conditions d’infiltration de l’eau dans sol et de circulation dans le sous-sol. Les sols possèdent des caractéristiques physico-chimiques et des épaisseurs très variables. Quant aux roches mères, leurs perméabilités et leurs capacités de stockage peuvent tout aussi bien être nulles (roche imperméable en surface structurale) que maximales (terrain karstique affleurant) à quelques kilomètres d’intervalle. 

L’occupation des sols du bassin versant : c’est l’interface entre l’atmosphère et le bassin versant. Elle influe donc directement sur les conditions d’introduction de l’eau dans le système hydrologique (terrains agricoles imperméabilisés par des semelles de labour, forêts de conifères, zones bâties totalement artificialisées…). 

Les aménagements anthropiques : barrages, endiguements, ponts et autres infrastructures modifient les conditions d’écoulement du cours d’eau en crue, souvent de façon bénéfique pour la protection des populations, parfois de façon discutable, mais toujours de telle sorte que l’écoulement naturel est perturbé, ce dont il faut tenir compte dans l’analyse et la prévision de la genèse et de la propagation de la crue. 

On saisit au travers de ces principaux paramètres que les conditions d’écoulement d’un bassin versant à l’autre, si elles peuvent être comparables, n’ont aucune chance d’être identiques. En ajoutant à cela la grande rapidité des processus hydrologiques mis en jeu, qui limite l’horizon de prévision, et la prévisibilité médiocre de la succession des averses convectives sur un bassin versant, l’on comprend mieux les difficultés que peut présenter une prévision exacte des crues éclair.