Lire la rivière: comment mesurer la fréquence des inondations

Des phrases telles que «inondation à 10 ans» ou «inondation de 100 ans» sont trompeuses. Ces termes sont des abréviations pour la probabilité: une inondation à 10 ans est un volume de débit qui se produit en moyenne une fois tous les 10 ans, sur la base des enregistrements de l'écoulement pour ce flux. S'il n'y a que 10 ans de dossier, la taille de l'inondation de 10 ans n'est guère plus qu'une supposition, et il n'y a aucune raison que deux inondations de 10 ans ne puissent pas se produire au cours des années successives. Ce serait inhabituel mais pas impossible. Plus le déluge est grand, moins nous pouvons prédire à quelle fréquence il se produira. Les gros inondations ont tendance à être rares et les gens ont tendance à avoir de courts enregistrements (quelques décennies à un siècle) de débit de ruisseau. Et puis il y a la non-stationnarité.

L'idée que le passé est la clé du présent sous-tend toutes les sciences qui traitent du temps, comme la géologie, la biologie évolutive et l'écologie. Les scientifiques ne peuvent pas expérimenter directement le passé, mais si moi, en tant que scientifique en rivière, je vois qu'une rivière laisse des couches distinctives de sédiments où elle serpente, et je trouve ensuite des couches similaires dans les roches sédimentaires, je me sens justifié d'interpréter ces couches de roche comme une ancienne rivière sinueuse. La stationnarité est la version mathématique de cette idée.

Une série de nombres représentant un débit annuel de pointe au cours de nombreuses années montrera des variations d'année en année. Si les chiffres présentent de la stationnarité, je peux choisir n'importe quel sous-ensemble de temps – disons, les années 20 et 30 sur une période de 50 ans – et les caractéristiques statistiques telles que la moyenne ou la plage entre les valeurs les plus élevées et les plus basses ne différeront pas significativement de celles de tout autre sous-ensemble de temps. Considérez les valeurs de débit comme un rythme cardiaque fluctuant régulièrement, sans tendance ascendante ou à la baisse dans le temps.

Considérez les valeurs de débit comme un rythme cardiaque fluctuant régulièrement, sans tendance ascendante ou à la baisse dans le temps.

Nous supposons de la stationnarité lors de l'estimation de la période de retour d'une inondation, mais la stationnarité n'existe pas vraiment. Pourquoi pas? Premièrement, il y a des fluctuations naturelles du climat et des précipitations, et ces fluctuations créent des périodes nettement ou moins inondables. Si l'enregistrement du débit est sur le côté court, il pourrait capturer une période particulièrement humide ou sèche. L'extrapolation de cette période pourrait être inexacte.

Ce ne sont pas des scénarios hypothétiques. L'exemple le plus (en) célèbre est le fleuve Colorado de l'ouest des États-Unis, qui fournit de l'eau pour quelque 40 millions de personnes dans le pays, 15% des terres agricoles du pays et plusieurs espèces menacées. Le gouvernement fédéral a divisé le débit du fleuve entre les États concurrents (et le Mexique) en 1922 sur la base des enregistrements de débit qui ne couvraient que quelques décennies. Ceux-ci se sont avérés être des décennies assez humides, et plus d'eau a été allouée aux utilisateurs d'eau que dans la rivière pendant la plupart des années. Cela n'est devenu que récemment un problème grave, car la plupart des utilisateurs d'eau n'ont pas demandé leur attribution complète… jusqu'à présent.

Le deuxième fait que les ischio-jambiers l'hypothèse de stationnarité sont le changement causé par l'homme. Le changement global d'origine humaine est le climat réchauffant et les changements associés dans les précipitations. Le bassin versant de la rivière Colorado, par exemple, devient plus sec et continuera probablement de le faire, offrant encore moins d'eau avec le temps. Dans les bassins versants individuels, des changements tels que le nettoyage de la couverture terrestre indigène pour l'agriculture ou l'urbanisation modifient la façon dont les précipitations se déplacent dans les couloirs fluviaux et peuvent soit augmenter ou diminuer la taille et l'intervalle de retour des inondations. Les réglementations régissant la cartographie des risques d'inondation et l'assurance contre les inondations changent beaucoup plus lentement que la compréhension scientifique, nous continuons donc de s'appuyer sur les estimations de l'inondation de 100 ans pour le zonage et l'assurance des biens, même si l'ampleur d'une telle inondation a changé avec le temps.

Mesurer le débit dans le temps est un moyen d'estimer l'intervalle de retour des inondations. Les gens ont marqué le niveau des inondations annuelles les plus élevées pendant des milliers d'années le long du Nil et le long de certaines des grandes rivières de la Chine. Dans la plupart du monde, cependant, les mesures de débit ne couvrent que les dernières décennies. Heureusement, les inondations laissent toutes sortes d'empreintes digitales sur le couloir du ruisseau et les scientifiques s'amélioraient beaucoup pour les détecter à partir des années 1950.

À quoi ressemblent les empreintes digitales d'inondation? Le sable et le limon qui se déposent des eaux de crue dans des endroits que les petits écoulements n'atteignent jamais, comme les grottes ou les alcôves le long des murs des canyons de substratum rocheux. Des cicatrices sur les troncs des arbres de plaine inondable où d'autres bois dans l'eau coulent rapidement ont frappé le tronc d'arbre avec suffisamment de force pour endommager l'écorce ou même cisaillement de l'arbre vivant. (Les arbres à bord de la rivière sont durs, et certains d'entre eux peuvent repousser à partir d'un tronc plié ou brisé.) Des canaux abandonnés qui se remplissaient de sédiments pendant l'inondation, puis ont fourni des sites de germination pour les nouveaux arbres, créant des arbres à peu près le même âge dans une partie de la forêt de plaines inondables.

Les inondations de l'ampleur de l'ouragan Helene ou des tempêtes du Texas se répercuteront et nous devons être préparés sur tous les fronts si nous voulons limiter la perte de vie.

Pour déchiffrer ces empreintes digitales d'inondation, vous devez savoir quelle est la taille de l'inondation et quand elle s'est produite. «Comment est grand» du contexte – combien d'eau est nécessaire pour remplir ce couloir de rivière à un niveau qui déposerait ces sédiments, endommagerait ces arbres ou remplir cet ancien canal? «Quand» est dérivé des anneaux d'arbres et des âges du radiocarbone du charbon de bois ou du bois dans les sédiments d'inondation. S'appuyant sur de nombreux éléments de preuve, il peut être possible d'étendre le dossier des inondations bien au-delà des mesures directes du débit de cours d'eau.

Le Big Thompson River s'écoule de la division continentale du Colorado vers l'est vers la South Platte sur les grandes plaines. La rivière n'est pas vraiment très importante selon les normes mondiales, mais elle a de grandes inondations. Un orage d'été intense en 1976 a créé une énorme inondation qui a tué 142 personnes. L'inondation était plus de quatre fois plus importante que le plus gros déluge enregistré à la station de roulement de la rivière au cours des 88 années de dossiers. Toutes les descriptions utilisées pour les grosses inondations sont apparues – sans cesse, une fois une fois, etc. Je suppose que cela dépend de la durée de votre vie. Un flot de magnitude similaire s'est produit dans le Big Thompson en 2013.

Les scientifiques ont initialement estimé que l'inondation de 1976 était la plus importante qui s'était produite depuis que les glaciers se sont retirés il y a 10 000 ans. Au cours des décennies qui ont suivi le déluge, des études sur les anneaux d'arbres ont révélé la séquence des années humides et sèches et des inondations sur 400 à 500 ans. Des études sur les sédiments d'inondation ont révélé l'emplacement et la taille des inondations sur des milliers d'années. L'estimation de l'intervalle de retour de l'inondation de 1976 a diminué à peut-être 300 à 400 ans. Puis, 37 ans plus tard, est venu l'inondation de 2013, qui est maintenant considérée comme l'inondation de 100 ans pour le Big Thompson. Pas de stationnarité ici.

Des questions similaires sont maintenant posées sur les inondations de juillet 2025 dans le Texas Hill Country qui ont provoqué une telle perte de vie tragique. Une telle déluge se reproduira-t-elle? Combien de temps pourrions-nous nous en attendre? Qu'aurions-nous pu faire différemment pour mieux préparer les inondations de 2025? Il n'y a pas de réponses faciles à ces questions. Les inondations étaient inhabituellement rapides et étendues mais numériques de changement climatique indiquent que les précipitations extrêmes qui ont provoqué des inondations deviennent probablement plus courantes à l'avenir. Nous parlons de réchauffement du climat, mais nous pourrions aussi bien parler d'un climat extrême qui provoquera des sécheresses plus longues et plus sévères, des précipitations plus intenses et prolongées, un froid plus amer et des vagues de chaleur plus torrides, à différents moments et à différents endroits.

L'inondation de l'ampleur de l'ouragan Helene ou des tempêtes du Texas se reproduira et nous devons être préparés sur tous les fronts si nous voulons limiter la perte de vie: le financement continu de la recherche climatique et des prévisions météorologiques, des systèmes d'avertissement mieux avancés, une application stricte du zonage des inondations et une conscience individuelle que nous vivons dans un climat rapide.

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Adapté de Suivre le virage: comment lire une rivière et comprendre sa nature. Utilisé avec la permission de l'éditeur, Princeton University Press. Copyright © 2015 par Ellen Wohl