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Les orages dans l’espace francilien

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Martine Tabeaud

Ruissellement et dégâts géomorphologiques associés aux précipitations orageuses dans l’espace francilien

Pierre Pech

Résumé

La région Île de France est affectée de manière croissante par des catastrophes naturelles engendrées par des pluies orageuses. Celles-ci déclenchent de l'érosion par ruissellement sur les terres agricoles et dans les parcs et jardins urbains, des coulées de boue, des mouvements de terrain et des inondations dans des secteurs urbanisés. Les coûts et les dégâts sont importants, de l’ordre de 50 à 100 millions de francs par an. Les secteurs affectés par ces risques d'érosion, d'inondation et de mouvements de terrain varient dans l'espace francilien en fonction de divers critères analysés dans cet article.

The French region, Île de France, is increasingly affected by natural hazards due to stormy rainfalls. Their effects are rill erosion on cultivated areas and in urban gardens, mud flows, landslides and floods in urban areas. The costs and the disasters are very important, between 50 and 100 millions of francs by year. These hazards, rill erosion, mud flows, landslides and floods occur on variable areas in the Île-de-France region. The factors are natural but also human factors, in peculiar the kind and the density of the seulement.

Texte intégral

Présentation et problématique

1L’orage constitue une menace ou un risque pour les sociétés humaines, pour leurs activités ainsi que pour leurs biens, parce qu’il se manifeste, entre autres, par des pluies exceptionnellement abondantes, concentrées en un laps de temps très court. Au sol, cette eau issue d’une averse orageuse peut s’infiltrer ou ruisseler. L’infiltration survient si les conditions de drainage sont satisfaisantes. Certains sols engorgés peuvent provoquer des mouvements de terrain. L’imperméabilisation de la surface terrestre déclenche le ruissellement, écoulement superficiel de ces eaux.

2Les mouvements de terrain et le ruissellement, engendrés par les précipitations orageuses, constituent un réel risque dans l’espace francilien. Ceci paraît pourtant bien paradoxal dans la mesure où cette région francilienne est constituée de sols offrant naturellement une bonne perméabilité, d’un climat en principe marqué par une certaine tempérance où les épisodes pluvio-orageux n’ont rien de comparables, dans leur fréquence et leur intensité, avec ceux d’autres régions (méditerranéennes ou tropicales, par exemple) et des reliefs a priori faiblement accidentés ne jouant pas le rôle d’effet d’amplificateur... Seule l’urbanisation semble perturber et modifier les conditions de drainage des eaux de ruissellement par temps d’orage.

3L’objectif de cette contribution est de montrer qu’il existe bien des risques et des dégâts liés aux conséquences des précipitations orageuses dans l’espace francilien : du ruissellement provoquant une érosion notable dans les espaces agricoles et même dans les parcs et jardins des villes, des mouvements de terrain affectant en particulier la voirie, du ruissellement responsable d’inondations d’un type original en milieu urbain. L’évaluation de ce genre de risques naturels ainsi que des coûts qui sont induits passe sans doute par une prise en compte des facteurs de ces phénomènes.

I - L’ESPACE FRANCILIEN : LE PARADOXE D’UN MILIEU DE PLUS EN PLUS SOUMIS À DES RISQUES ET À DES DÉGÂTS

4L’espace francilien est formé aux trois quarts par des terres agricoles. Les risques observés en cas de fortes précipitations sont un peu différents de ceux qui surviennent dans les secteurs urbanisés.

1) Erosion des terres agricoles et des parcs et jardins

5Les pluies intenses des épisodes orageux provoquent des dégâts considérables dans les parcelles cultivées de Brie, de Beauce, du Vexin et de la Plaine de France (Auzet, 1987 ; CEMAGREF, 1986 ; Penven et Muxart, 1993 ; Wicherek, 1994). Il s’agit de ravines et de coulées boueuses. Ces phénomènes ne sont d’ailleurs pas inconnus dans les parcs et jardins mais ils sont perçus assez différemment.

a) Le ruissellement et l’érosion des terres agricoles :

6Le ruissellement consiste en un écoulement de l’eau en surface : cet écoulement peut se développer en filets d’eau dispersés, il s’agit alors du ruissellement diffus. Si les filets d’eau se rassemblent, l’écoulement est concentré et peut aboutir à la formation de ravines dont la taille peut varier en largeur et en profondeur de quelques cm à plus d’un mètre. Les différentes formes superficielles de l’écoulement, diffus ou concentré, sur les versants peuvent être efficaces pour l’érosion. De nombreuses études ont été conduites afin de déterminer les rythmes de fonctionnement de l’érosion par ruissellement et les quantités exportées par ces processus (Angeliaume, 1996 ; Auzet, 1987 ; Auzet et al., 1990 ; Ludwig, 1992 ; Mabit, 1999 ; Papy et Souchère, 1993 ; Wicherek, 1993).

7Les cas de fortes précipitations de type orageux ont été abordés entre autres dans le cadre des travaux du programme du PIREN-Seine (Penven et al. a et b, 1998) mais d’autres recherches ont pris en compte ce paramètre des pluies de forte intensité (Auzet, 1987 ; Auzet et al., 1993 ; CEMAGREF, 1986 ; Eimbeck, 1990 ; Larue, 1992 ; Ludwig, 1992 ; Papy et Douyer, 1991 ; Veyret, 1998). En cas de pluies de forte intensité, le ruissellement, conditionné par l’état hydrique et la formation des croûtes de battance, est généralisé sur les versants, depuis le sommet de l’interfluve jusque dans le talweg. Il en résulte une forte érosion aboutissant à la formation de rigoles voire de ravines, y compris sur de faibles pentes. Les pertes en terre atteignent ponctuellement entre 0,1 et 0,2 t/ha pour un épisode pluvieux exceptionnel (Penven et al., 1998).

8Ces phénomènes de perte de terre se traduisent par un abaissement de la fertilité des sols par diminution de leur taux de matière organique de 1,6 à 2,5 % en trente ans en moyenne pour les régions du nord de la France (Mabit, 1999) et les taux d’érosion atteignent 1 à 3 t/ha/an ce qui représente un taux de dénudation de 0,1 à 0,3 mm/an. Cette érosion est estimée à un coût de 10 milliards de francs par an pour toute l’Europe (Mabit, 1999) : elle correspond à plusieurs dizaines de millions de francs pour la région Île de France.

b) L’érosion pluviale dans les parcs et jardins

9La seule Ville de Paris compte 413 parcs, jardins et promenades qui couvrent 366 ha et il faut ajouter les deux bois de Paris, Boulogne et Vincennes, qui représentent à eux seuls près de 1 900 ha. Il y aussi des cimetières, la forêt de Beauregard (87 ha) à la Celle-Saint-Cloud, les espaces verts dans les établissements scolaires et sportifs, des établissements horticoles (Le Breuil dans le Bois de Vincennes, Rungis, Fresnes, Auteuil et Achères). Au total la Direction des Parcs, Jardins et Espaces verts de la Ville de Paris gère un patrimoine de 3 000 ha et emploie 3 832 personnes. La tendance générale dans Paris et dans de nombreuses communes de l'Île de France est à l’augmentation des parcs et jardins et cela pour plusieurs raisons : accroître les espaces verts pour améliorer la qualité de l’environnement urbain, favoriser le tourisme vert en développant les promenades, développer des actions pédagogiques à destination des enfants (expériences de jardinage ou découverte des plantes), maintenir une politique de collection et de préservation des plantes. Les parcs et jardins visent à favoriser le développement des surfaces plantées en gazon, en fleurs et en arbres.

10Toutefois, sur ces superficies, un grand nombre de sols sont nus, en particulier les allées ou les sous-bois piétinés. Dans les parcs et jardins des villes, il existe donc une activité érosive due au ruissellement : les rigoles et les ravines érodent les chemins et les allées. Le phénomène est observé dans le parc Montsouris et dans le parc de Versailles. Le déchaussement des arbres est manifeste dans certains secteurs du Jardin des Plantes, aux Buttes Chaumont et à Montsouris, chaque fois que la topographie est quelque peu pentue. Des ouvrages de protection sont nécessaires pour lutter contre ces phénomènes mais aucune recherche n’a été effectuée jusqu'à ce jour, permettant de recenser et d’étudier la particularité et l’importance de l’érosion hydrique dans les parcs et jardins. Le souci de la Direction des Parcs et Jardins est essentiellement d’accroître la fréquentation des espaces verts de la Ville et de développer la valorisation des plantes.

c) Les coulées boueuses et les glissements de terrain

11Bien que dominée par des reliefs essentiellement plats (plateaux, plaines), la topographie francilienne est marquée par des ruptures de pente et donc des versants sur lesquels l’érosion pluviale se traduit par une dynamique différente : il s’agit de coulées boueuses.

12Les coulées boueuses surviennent en région parisienne systématiquement lorsqu’il y a des précipitations intenses (Ministère de l’Environnement, 1996). La plupart des coulées se sont déclenchées lors d’orages d’été ou de printemps (tableau 1).

Tableau 1 : Événements orageux ayant provoqué des coulées de boues en île de France entre 1985 et 1995

Tableau 1 : Événements orageux ayant provoqué des coulées de boues en île de France entre 1985 et 1995

13Les secteurs de l'Île de France les plus fréquemment touchés par les coulées de boue sont l’ouest (autour de Mantes-la-Jolie, le Vexin français, la plaine de Versailles) mais aussi la plaine de l’Île de France, les vallées du Petit Morin et du Grand Morin, la vallée de l’Essonne, la vallée de l’Orge. Les régions les plus proches de Paris, les plus urbanisées, semblent les moins affectées par les coulées de boue. Entre 1985 et 1995, 220 coulées boueuses ont pu être recensées pour l’île de France (figures 1 et 2).

14Cet inventaire a été effectué pour le Ministère de l’Environnement, à partir des dossiers transmis par les administrations préfectorales, dossiers demandant la reconnaissance de l’état de catastrophe naturelle au profit des communes les plus touchées.

15Les dommages liés aux coulées boueuses représentent un coût que l’on peut estimer à plusieurs dizaines de millions de francs par an pour l’ensemble des communes de l’île de France, coût supporté par les collectivités qu’indemnise l’État en cas de déclaration dite de « catastrophe naturelle ». Plus que les coûts directs, liés à la remise en état des chaussées envahies par ces coulées de boue, il faut envisager ce que représente la perte en terre agricole cultivable, puisqu’on considère généralement que cette forme de l’érosion pluviale est directement placée dans la continuité des phénomènes de ruissellement (Veyret et al., 1998).

16Les glissements de terrain sont peu communs dans l’espace francilien. Il s’agit du déplacement de masses de matériaux rocheux sous l’effet de la gravité assistée par l’eau. Lors d’orages provoquant des précipitations intenses, les eaux d’infiltration peuvent entraîner le déplacement plastique de formations meubles. Ces mouvements de terrain sont plus fréquents en Île de France au niveau des argiles et des marnes du Bartonien et surtout dans les argiles vertes du Sannoisien disposées au-dessous des couches perméables des sables de Fontainebleau. Les versants déformés entraînent des fissures et des dommages à la voirie : ces phénomènes sont courants dans les vallées de la Bièvre et de l’Yvette au sud de Paris.

2) Ruissellement et inondation en milieu urbain

17Lorsque le substrat est totalement artificialisé par un revêtement, certains milieux urbanisés, disposés dans les fonds de vallée ou au pied des versants peuvent être temporairement inondés lors de pluies orageuses. Les coûts et les conséquences sont importants. Sur routes et sur autoroutes, le risque orageux est pris en compte par les DDE : il y a une augmentation du nombre d’accidents à cause des effets de l’aqua-planing. Les matériaux des chaussées ne sont pas toujours adaptés aux intensités des pluies et l’eau ruisselle voire s’accumule en surface. L’imperméabilisation des surfaces accroît les risques d’inondation.

II - UNE FRAGILITÉ DUE AUX FORMES D’AMÉNAGEMENT

1) L’érosion et le ruissellement dans les terres agricoles et dans les parcs et jardins

a) Les pratiques agricoles accroissent les risques en période de pluie intense

18L’agriculture des plateaux de l'Île de France est caractéristique des grandes plaines agricoles du nord de la France. La céréaliculture et les cultures industrielles y sont dominantes et pour répondre aux exigences de la mécanisation, les remembrements ont abouti à la constitution de vastes parcelles souvent remodelées, parfois drainées afin de favoriser l’infiltration des eaux au détriment du ruissellement. Mais, lors de précipitations orageuses intenses, les croûtes de battance réhabilitent le ruissellement, l’entaille de rigoles ou de ravines et le déplacement de coulées boueuses (Angéliaume, 1996 ; Auzet et al., 1990 ; Auzet et al., 1992 ; Papy et Douyer, 1991 ; Papy et Souchère, 1993). La fraction fine du sol ainsi entraînée par l’eau constitue les matières en suspension dans les drains. En aval, ces MES vont accroître la charge en suspension des cours d’eau. La taille des parcelles et les pratiques culturales sont les principales causes des diverses formes de l’érosion dans les secteurs de grande culture de l’espace francilien (Auzet et al., 1993 ; Boiffin et al., 1988 ; King et Le Bissonnais, 1992 ; Monnier et Boiffm, 1986 ; Ouvry, 1990) ; Papy et Boiffin, 1988 ; Papy, 1992). Les effets de l’érosion hydrique ont des répercussions sur les charges en sédiments des cours d’eau : les MES croissent de manière notable dans les stations d’étude de la Seine du programme PIREN - Seine, entre Suresnes et Chatou (figures 3 et 4). On assiste à une augmentation des MES dans les concentrations analysées dans la Seine lors des orages (Penven et Muxart, 1993 ; Penven et Muxart, 1995 ; Penven et al., 1998 b).

19Les flux de matières emportées par le ruissellement, essentiellement sous forme de MES, sont fortement contrôlés par le rythme des pluies. Lorsque les nappes sont rechargées, la réponse des drains agricoles aux précipitations est quasi immédiate (Penven et al., 1998 b). « Lors des averses orageuses de printemps sur des sols à faible couverture végétale (culture de printemps), où l’érosion est facilitée par une forte intensité de pluie (> à 10 mm/h pendant au moins 30 min.) », le ruissellement est particulièrement efficace. Il l’est sans doute beaucoup moins en début d’été, même si les précipitations sont intenses, lorsque la couverture végétale cultivée est dense et protège le sol.

b) Les problèmes de ruissellement dans les parcs et jardins urbains

20En période estivale, la protection d’un couvert végétal saisonnier n’existe évidemment pas dans les parcs et jardins, en particulier dans les allées piétinées qui subissent un ravinement bien visible. Dans ce cas, il semble qu’il y ait deux types de perception et de gestion des ravines et des accumulations de débris transportés :

  • à Montsouris et dans le parc des Buttes Chaumont, ces phénomènes dorment un caractère naturel au fonctionnement du paysage. Les débris sont naturellement purgés et évacués dans les étangs ; aux Buttes Chaumont, les accumulations sableuses dans les plages de dépôt accentuent le côté « plage littorale » de certains secteurs. Dans le parc des Buttes Chaumont ou celui de Montsouris, les étangs et les mares servent de bassins de réception des débris transportés par le ruissellement.

  • à l’inverse dans le parc Citroën, le paysage plus urbain doit être nettoyé car ces dépôts donnent un aspect dégradé ou sale aux caniveaux ou aux allées.

21Au total, c’est la première perception et donc la gestion la plus légère qui est la moins coûteuse... Ce qui est perçu comme un risque dans un cas est apprécié dans l’autre. Le type d’aménagement et de conception du jardin public conditionne donc les risques et les coûts de l’érosion pluviale dans les jardins urbains.

22Les risques sont encore plus importants dans les jardins les plus récents, définis par les services de la Ville de Paris comme étant « entre ciel et terre » (Paris-Le journal, 15 décembre 1998). Le jardin Atlantique à la gare Montparnasse, une partie du parc Citroën, le parc Georges Brassens, le parc de Bercy, au total 20 ha, sont situés sur des dalles porteuses qui renferment des tonnes de terre végétale. En cas de pluie orageuse, l’eau est évacuée afin d’éviter un poids excessif. Mais la matière minérale est entraînée dans les eaux de ruissellement et de percolation évacuées dans ces parcs qui ont des coûts de gestion encore plus importants lors des orages, par suite de ce lessivage systématique du sol, support des plantes cultivées.

2) Les effets de l’imperméabilisation des milieux urbanisés comme facteur prépondérant des inondations

23Les milieux urbanisés sont des milieux favorables à l’augmentation du ruissellement. Il y a imperméabilisation des secteurs anciennement drainant par construction de surfaces bétonnées, bitumées, etc. (figure 5). Les toitures ainsi que les autres surfaces qui recueillent les eaux de ruissellement pluviales aboutissent peu ou prou dans les chaussées et dans les drains. Ceux-ci sont plus ou moins adaptés aux besoins d’évacuation... lorsqu’ils existent, puisqu’une partie de la croissance urbaine s’est effectuée pendant les années 1930 - 1960 sans qu’il soit envisagé de penser ni de construire des drains d’évacuation de ces eaux de ruissellement. Le développement urbain pavillonnaire des années 1920 - 1960 a été quasi spontané et l’intégration de ces quartiers au tissu urbain pose souvent des problèmes de raccordement des réseaux d’évacuation... lorsqu’ils existent.

24Il est parfois difficile de contribuer à définir des calamités ou des secteurs à risques puisqu’a priori ces surfaces actuellement inondées par temps de pluie d’orage correspondent à des versants qui ne rentrent pas toujours dans les catégories définies par les Plans de Surface Submersibles ni dans le cadre des PPR définis dans la loi sur l’eau puis par la loi du 2 février 1995 (dite loi Barnier) qui concerne les calamités naturelles (Gazzaniga et al., 1998). En effet, la plupart des textes qui réglementent la définition des risques naturels sont consacrés aux périmètres immédiatement concernés par les zones inondables par les cours d’eau : il s’agit des basses terrasses, correspondant aux niveaux holocènes... Or, dans le cadre de l’imperméabilisation des surfaces urbanisées, certains secteurs inondés échappent aux secteurs définis par ce qu’il est convenu d’appeler le lit d’inondation des cours d’eau. On a donc affaire à l’extension du phénomène d’inondation dans des secteurs où ils étaient préalablement inconnus et où l’artificialisation et l’imperméabilisation sont les facteurs essentiels. Cette imperméabilisation accroît les quantités ruisselées au détriment de l’infiltration (le coefficient d’écoulement atteint 0,9). Pour J.P. Bravard et F. Petit (1997), « l’extension des zones imperméabilisées... engendre une augmentation des pics de crue ». Ainsi, pour un bassin versant forestier imperméabilisé entre 3 et 11 % par des routes, les pics de crue augmentent de 12 % et l’écoulement annuel de 18 % et « le taux d’urbanisation affecte beaucoup plus l’accroissement du débit de pointe des crues de faible récurrence que celui des crues de récurrence exceptionnelle ». Comme le soulignent J.P. Bravard et F. Petit (1997), l’imperméabilisation diminue le temps de transfert des eaux dans les bassins versants.

25Les eaux de ruissellement superficiel en milieu urbain sont généralement très chargées en polluants provenant de la voirie : métaux lourds, composés organiques, poussières, détergeants, hydrocarbures etc. On assiste à une multiplication par 5 à 10 de la teneur en MES (figures 4 et 5) dans les cours d’eau lors des temps d’orage (Chesterikov et al., 1998 ; Estèbe, 1996).

26Cet écoulement par temps de pluie pose un autre problème à l’aval. Les réseaux d’évacuation des eaux de ruissellement, unitaires et séparatifs, aboutissent aux stations d’épuration dont les capacités actuelles sont insuffisantes pour absorber la totalité des eaux usagées (domestiques et de ruissellement). C’est donc par temps de pluie orageuse, en particulier lorsque les cours d’eau atteignent, en période estivale, leurs basses eaux, que les rejets directs d’eaux polluées s’effectuent dans les cours d’eau, essentiellement la Marne et la Seine.

CONCLUSION

27L’Île de France est une région en principe peu affectée par des orages provoquant des mouvements de terrain, des inondations ou de l’érosion pluviale.

28En réalité, les caractères des espaces agricoles voués à la grande agriculture sur de vastes parcelles favorisent les processus de ruissellement, les rigoles et les ravines et accroissent les quantités de MES qui modifient temporairement la qualité des eaux des cours d’eau de la région Île de France.

29L’urbanisation pose un double problème. Elle contribue à augmenter voire à créer des risques d’inondation dans des secteurs où ces phénomènes étaient auparavant inconnus. Elle est aussi responsable de la production d’énormes masses d’eaux sales et polluées qui s’acheminent par les réseaux d’évacuation des eaux usagées vers des stations d’épuration. Or le traitement de tels volumes arrivant brutalement n’est pas résolu. Cela pose sans doute la question des formes d’aménagement et de gestion à l’amont de ces eaux.

30Enfin, et comme c’est souvent le cas dans cet espace francilien urbanisé, on peut considérer qu’il y a une réelle déconnexion du milieu urbain avec le milieu naturel. Ce qui a été vécu lors des chutes de neige du mois de janvier 1999, existe de manière ponctuelle lors de pluies orageuses : il y a une sous-adaptation des moyens d’évacuation des eaux usagées dans les drains et le mode de fonctionnement en flux tendu des réseaux de communication favorise leur engorgement lors de ces épisodes orageux. Cela s’ajoute à une perception critique de ces événements conçus comme anormaux alors qu’étant des phénomènes de faible fréquence mais de forte intensité, ils participent à la variabilité statistique connue même dans ce type de milieu de plaine et de plateau, tempéré et océanique.

31Un modèle représentant les relations entre les types de phénomènes liés aux pluies orageuses et le bâti et donc la densité de population en Île de France permet de distinguer trois secteurs (figure 6) :

  • un secteur A : à forte densité, où les risques d’inondations sont fréquents en relation avec l’imperméabilisation de l’habitat et des surfaces urbanisées ;

  • un secteur B : où la densité est moyennement forte, affecté par les mouvements de terrain et les coulées boueuses. Il y a actuellement une augmentation des risques d’inondation urbaine en relation avec l’imperméabilisation des surfaces ;

  • un secteur C : à faible densité, correspondant aux espaces agricoles et ruraux de l’Île de France, dans lequel ce sont les phénomènes de ruissellement et de coulées boueuses qui sont les plus fréquents.

32Globalement, cette répartition a une logique concentrique par rapport à Paris et linéaire par rapport à la Seine. Le secteur A correspond au plancher alluvial, au lit d’inondation de la Seine, aux secteurs disposés en contrebas des plateaux bordiers ; le secteur B est celui qui correspond aux lignes de progression de l’urbain dense, le long des vallées (Marne, Bièvre, Yvette, Seine à l’aval, Yerres, etc.) et c’est là que se trouvent les versants les plus en pente favorisant les coulées et les glissements mais aussi le ruissellement et les risques d’inondation ; le secteur C’est celui des grandes surfaces des plateaux cultivés (Brie, Beauce, Plaine de France, Vexin).

Figure 1 : Communes concernées par un risque de mouvement de sol
(Glissement de terrain, coulées boueuses….)

Figure 2 : Coulées de boue liées à l’érosion des terres agricoles en Île de France 1985-1995 (Source : Ministère de l’Environnement, 1996)

Figure 3 : Relation MES - débits spécifiques dans la Seine à Poses
(D’après Meybeck et al., 1998)

Figure 4 : Evolution des teneurs en zinc dans la Seine entre Suresnes et Chatou lors des orages de l’été 1992 (D’après Meybeck et al., 1998)

Figure 5 : Conséquences des précipitations orageuses sur l’écoulement des eaux en milieu urbain

Figure 6 : Densité de population en Île de France et distance par rapport à Paris en 1990
(D’après INRA SAD,1996)

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Table des illustrations

Titre Tableau 1 : Événements orageux ayant provoqué des coulées de boues en île de France entre 1985 et 1995
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Légende Figure 1 : Communes concernées par un risque de mouvement de sol(Glissement de terrain, coulées boueuses….)
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Légende Figure 2 : Coulées de boue liées à l’érosion des terres agricoles en Île de France 1985-1995 (Source : Ministère de l’Environnement, 1996)
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Légende Figure 3 : Relation MES - débits spécifiques dans la Seine à Poses(D’après Meybeck et al., 1998)
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Légende Figure 4 : Evolution des teneurs en zinc dans la Seine entre Suresnes et Chatou lors des orages de l’été 1992 (D’après Meybeck et al., 1998)
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Légende Figure 5 : Conséquences des précipitations orageuses sur l’écoulement des eaux en milieu urbain
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Légende Figure 6 : Densité de population en Île de France et distance par rapport à Paris en 1990(D’après INRA SAD,1996)
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© Éditions de la Sorbonne, 2000

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