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Géographie physique, quelle vocation ? Enseignement, recherche et réflexion

Des balbutiements de l'hydrologie à son intégration dans la géographie physique

François Gazelle

Résumé

L'auteur examine les progrès de l'hydrologie et la façon dont elle s'intègre à la géographie physique.

The author presents the historical evolution of the hydrological science, and its links with the physical geography.

Texte intégral

1La connaissance des cours d'eau ne date pas du XXeme siècle. Elle a suivi une longue évolution, partagée entre deux types d'approches, naturalistes ou mathématiques, pour schématiser à l'extrême. En pratique, c'est bien plus de la complémentarité de ces approches face aux incertitudes, qu'à leur concurrence, que l'on doit l'essor et la plénitude actuelle de l'hydrologie. A ce propos, l'impulsion de Maurice Pardé (1893-1973) - Maître universellement reconnu - devait permettre à cette discipline à la fois d'acquérir ses « lettres de noblesse » universitaires et scientifiques, et de figurer en bonne place dans le domaine de la géographie physique, aux côtés de la géomorphologie et de la climatologie.

I. UN PEU D’HISTOIRE... ANCIENNE

2Que connaît-on des premiers pas de l'hydrologie ? Peut-on déceler au départ sa vocation géographique ? Tant d'après les écrits que d'après les vestiges (aqueducs et ponts romains, ouvrages hydrauliques en Egypte, en Espagne, etc), il est permis de penser que des connaissances en la matière existaient dès l'Antiquité, cumulant un assortiment d'empirisme, de calcul, de bon sens pratique, d'analyse de terrain... Des réalisations telles que le Pont du Gard ou les barrages d'Almansa et de Tibi (Espagne) signifiaient que certaines techniques étaient maîtrisées, et que les hommes qui avaient eu en charge ces réalisations étaient vraisemblablement des érudits à tous les sens du terme, et en tout cas des ingénieurs ou des géographes... sans le savoir.

3Les choses se précisent à partir de la Renaissance, et jusqu'au XVIIIème siècle, notamment en Italie, d'où proviennent les premiers « traités » et recueils d'observations, abordant les phénomènes hydrologiques et l'étude des rivières. Quatre noms se détachent, dont deux sont fort connus :

  • Léonard de Vinci (1452-1519), qui décidément ne se limitait pas à un seul art et une seule science ;
  • Domenico Guglielmini, médecin et mathématicien, s'intéressant à l'hydraulique, et auteur, en 1697 de « Délla natura de fiumi, trattato fisico-matematico » ; il fut le premier étranger à être associé à l'Académie des Sciences ;
  • Evangelista Toricelli (1608-1647), resté célèbre pour tout autre chose, qui « publie » en 1644 un « Traité du mouvement des eaux » dans lequel sont fort bien décrits les phénomènes de mise en charge et de vidange de réservoirs...
  • et surtout, Benedetto Castelli (1577-1644) : c'était le « savant » du pape Urbain VIII. Il recueillit et vérifia une vaste somme d'informations sur les débits et la dynamique fluviale, l'alternance des seuils et des mouilles, les courants dans les méandres... le tout consigné dans une véritable monographie d'hydrologie géographique intitulée « Della misura del acquae corriente », traduite par la suite en plusieurs langues.

4Les Français n'étaient pas pour autant absents de ces investigations, bien que les grands travaux d'hydraulique (assèchement de marais, protections littorales, canaux) fussent surtout confiés à des Hollandais et à des Italiens. Bernard Palissy (1510-1589), dont la vocation première était loin d'être l'hydrologie géographique, avait ouvert le feu, si l'on peut dire, dans son ouvrage « Discours admirables de la nature, des eaux et des fontaines, de la terre, etc » qui contient quantité d'aperçus ingénieux. Mais ce sont les recherches de Pierre Perrault (1611-1680) et Edme Mariotte (1620-1681) dans le bassin de la Seine qui ont fait de la connaissance fluviale une véritable science expérimentale et quantitative. On perçoit nettement le progrès accompli au travers du traité de Perrault intitulé « Sur l'origine des fontaines » (1674) - le terme fontaine désignant toutes les formes de sources. Il évalue notamment les composantes du bilan hydrique, c'est-à-dire la relation entre pluies et débits et le déficit d'écoulement. Il faudra cependant patienter un siècle pour apprendre de M. Lespinasse la façon dont on pouvait mesurer, sur un cours d'eau, le volume écoulé par unité de temps, définition même...du débit.

5Contemporain de Perrault et de Mariotte - et pour passer de la théorie à la pratique-, Pierre-Paul Riquet (1604-1680) réalisa l'oeuvre gigantesque qu'est la « jonction des deux mers », c'est-à-dire le canal du Midi et le corollaire indispensable à son alimentation : le réservoir artificiel de Saint-Ferréol. Celui-ci était, à l'époque, le plus grand barrage du monde. Cinq à dix mille personnes travaillèrent à cette entreprise titanesque pendant une quinzaine d'années (1665-1681). Riquet bénéficiait un peu de l'expérience acquise lors de la création du canal de Briare (1604-1630) ; mais sa profession (percepteur des gabelles) ne le prédisposait en rien dans cette vision géographique et hydrologique tout à fait remarquable, qui est demeurée attachée à ce personnage ; elle faisait l'admiration de Henri Enjalbert, Professeur de Géographie à Bordeaux III : « On ne saurait trop admirer la manière dont le tracé du canal, tel que l'adopta Riquet, contourne, à flanc de coteau, les grandes cuvettes lacustres de Marseillette, de Capestang et de Montady. Pour l'époque, il s'agit chaque fois d'une prouesse. Aucune carte ne permettait à Riquet d'établir un avant-projet. C'est directement, sur le terrain, au jugé d'abord, en "passant le niveau" ensuite, que Paul Riquet et ses hommes définirent le meilleur tracé du canal » (ouvrage du Tricentenaire du canal, Éditions Maury, Millau, 1985). Il intégra des notions de topographie, de pédologie, de climatologie, d'hydrométrie. Il calcula les besoins en eau, les cubages écoulés, les pertes, et régula les divers captages en fonction de ses estimations.

II. DES PROGRES DECISIFS, PARTAGES ENTRE INGENIEURS ET GEOGRAPHES

6L'ère industrielle et la maîtrise technologique du XIXème siècle s'accompagna bien sûr de l'apparition d'une classe d'ingénieurs spécialisés dans les questions fluviales, les voies de navigation, puis les premiers aménagements hydroélectriques. L'hydrologie générale devait en bénéficier très largement. Bellidor, Fargue, Baumgarten, Maillet, Lallemand, Ronna, Debauve, et bien d'autres, étaient en effet issus, pour la plupart, de l'Administration des Ponts-et-Chaussées, et laissèrent une œuvre remarquable, tant sur le plan théorique (écrits) que sur celui des réalisations. Fargue, par exemple, publia en 1868 une « Etude sur la corrélation entre la configuration du lit et la profondeur dans les rivières à fond mobile » et, en 1882, une « Etude sur la largeur du lit moyen de la Garonne ». A. Debauve fit paraître un traité intitulé « Des eaux en agriculture » dans le Manuel de l'Ingénieur des Ponts-et-Chaussées (1876, Ed. Dunod). Lallemand et Baumgarten, quant à eux, firent adopter la fixité des échelles hydrométriques, dont le zéro était calé sur le niveau des plus basses eaux connues. Rappelons enfin que Maillet est le père de la loi qui porte son nom, loi exponentielle décroissante appliquée au tarissement des cours d'eau et que les hydrologues utilisent toujours.

7On le comprend, la balle était monopolisée par le camp des ingénieurs et des mathématiciens beaucoup plus que par celui des naturalistes. Les plus célèbres géographes de la fin du XIXème siècle et des premières décennies du XXeme, tels Vidal de la Blache, de Martonne, Davis, Baulig... ne s’intéressaient à l'hydrologie que de façon accessoire. Même si l'on trouve des ébauches de monographies dans la Géographie universelle (1906) rédigée par de nombreux « savants » et dont l'élaboration était présidée par Vidal de la Blache, il fallut attendre Jean Fischer et surtout Maurice Pardé pour faire de l'étude des cours d'eau un but en soi, en même temps qu'une entité géographique. Personnage hors du commun, vouant une passion pathétique aux fleuves du monde entier, Pardé fut « la référence » hydrologique, et le demeure encore sur bien des points. L'œuvre qu'il nous a laissée est immense. Elle dévoile ses connaissances et ses intuitions sur les mécanismes des écoulements, l'importance du « pedigree » physique des bassins-versants, les relations entre averses et crues, le rôle de l'évapotranspiration, le déficit d'écoulement, etc.

III. L'HYDROLOGIE ACTUELLE, UNE SYNTHESE GEOGRAPHIQUE

8L'hydrologie s'écarterait de la géographie physique traditionnelle si elle n'avait recours qu'aux formules mathématiques, aux lois statistiques, aux simulations, aux modèles. Nombres d'études ou rapports techniques ont aujourd'hui cette approche exclusive, favorisée par la généralisation des traitements informatiques. Les organismes ayant en charge les problèmes techniques des cours d'eau (EDF, Agences de bassin, bureaux d'études, ORSTOM, BRGM, Equipement, SOGREAH...) excellent dans ce domaine, indispensable aux aménagements hydrauliques, au calibrage de galeries ou des ruisseaux, à la prévision des crues, à la prédétermination des étiages, aux relations nappe-fleuves... On ne voit pas comment pareille démarche s’intégrerait telle quelle à la géographie traditionnelle ; et en sens inverse, on ne voit pas davantage ce que celle-ci pourrait apporter à une hydrologie ainsi définie et limitée. Heureusement, existe-t-il des passerelles entre les deux attitudes ou disciplines. Les avancées positives de l'une viennent éventuellement compenser les lacunes ou les tares de l'autre.

9Par exemple, la saisie et l'analyse des débits, qui sont à la base de toute recherche hydrologique dépendent forcément de la qualité de l'hydrométrie, c'est-à-dire des stations de jaugeage. Or l'hydrométrie n'est pas une science exacte ; et la représentativité spatiale des limnigraphes mérite des interprétations géographiques : il est admis par tous les spécialistes qu'en dépit des progrès contemporains accomplis dans la technique des jaugeages et des tarages, la relation entre la hauteur d'eau et le débit d'une rivière ne peut être appréhendée avec précision. Une marge d'erreur de 10 à 15 % est chose courante, ce qui implique beaucoup d'incertitude lorsqu'on a affaire à de gros débits de crue ; dans ces cas, d'ailleurs, le tarage est rarement vérifiable ; et l'on procède donc le plus souvent par extrapolation graphique. Sur les très basses eaux d'étiages, on ne peut pas se tromper sur des volumes bruts aussi importants, mais du simple au double en proportion. Il est donc illusoire de prétendre utiliser des données hydrométriques avec une précision à trois décimales...

10Par ailleurs, les stations de mesure fournissent - par définition - des données ponctuelles. Même si, logiquement, elles contrôlent tout ce qui vient de l'amont et demeurent valables vers l'aval jusqu'à une confluence importante, il est permis de s'interroger sur leur représentativité au niveau d'un vaste réseau hydrographique ou d'un bassin-versant de grande envergure, composé de plusieurs types de terroirs géographiques...

11C'est là, dans l'interprétation des données chiffrées fournies par les stations de mesures hydrométriques, qu'intervient le géographe. Car le volume d'eau qui transite en un point de bassin-versant ne saurait être assimilé à la vidange d'un entonnoir ou à l'égouttage d'une toiture. La manière dont fonctionnent les cours d'eau examinée au travers d'une station de mesure est certes intéressante en soi ; mais surtout elle fait figure de réponse d'un ensemble imbriqué de paramètres qui sont les « proies » naturelles de la géographie physique : certains de ces paramètres présentent un caractère quasi-immuable (altitudes, géologie, sols, perméabilité, pentes, profil en long du talweg, profil en travers du lit majeur) et conditionnent la rapidité des flux et des ondes de crues, la capacité potentielle des réserves souterraines, une partie des relations entre pluies et débits... D'autres, comme les températures, l'état de saturation des sols, le couvert végétal ou l'enneigement, se caractérisent par les fluctuations saisonnières ou cycliques. Quant aux précipitations - qui sont l'élément-moteur des débits - on ne peut que retenir leur occurrence et leur répartition aléatoires. On le voit, cette conjonction de données est éminemment géographique. Elles concernent le milieu naturel au sens le plus complet. C'est la raison pour laquelle le géographe est mieux placé que quiconque pour cerner et interpréter les divers facteurs de l'écoulement.

12Ce n'est pas tout. La géographie économique et humaine est à son tour impliquée dans l'hydrologie, tant sur le plan quantitatif (débits) que sur celui de la qualité (pollutions) ; et ce, du fait des besoins en eau et de l'utilisation massive et diversifiée des rivières : adductions d'eau potable, pompages pour l'irrigation, prélèvements et rejets industriels, implantations humaines dans le bassin-versant, aménagement des cours d'eau. Tout cela retentit sur les débits, la dynamique fluviale et la qualité des eaux.

CONCLUSION

13Bref, tous ces aspects nous confortent dans l'idée que la géographie se trouve partie prenante dans la démarche scientifique de l'hydrologie contemporaine. En dépit des atermoiements universitaires entre géographie physique et « non-physique », et malgré l'éclatement de cette discipline au sein du CNRS, l'hydrologie géographique est bien vivante. Elle a bénéficié de l'aura d'un Maître incomparable. Elle a progressé grâce à la fusion et à la complémentarité des diverses approches (plutôt mathématiques ou plutôt naturalistes) et non à leur rivalité stérile. C'est dans cet esprit que René Frécaut puis Huguette Vivian, successeurs en quelque sorte de Maurice Pardé, ont su regrouper au sein de la Commission d'hydrologie continentale la plupart des géographes et non géographes traitant des questions fluviales (universitaires, chercheurs, ingénieurs, responsables administratifs, étudiants), de sorte que l'ensemble de la « profession » soit représentée. Chaque année, au cours des « journées hydrologiques », un sujet de terrain est traité à fond, les questions essentielles sont débattues, des idées sont échangées, le point bibliographique est fait...

14L'hydrologie géographique a été ainsi dynamisée par de nouvelles recherches dans ses thèmes de prédilection : dynamique fluviale et transports solides, hydrologie karstique, hydrologie de montagne, hydrologie des régions tropicales, crues et inondations, étiages et utilisation des eaux, écologie fluviale, monographies de bassin... Il n'est pas un domaine qui soit délaissé. Et les géographes utilisent à présent les moyens informatiques qui permettent le traitement rapide des données et son corollaire graphique. De surcroît, ces mêmes géographes conservent une « longueur d'avance » lorsqu'il s'agit d'interpréter les résultats, tant est importante la prise en compte de nuances ou d'impressions, tant sont « incontournables » les contraintes du milieu naturel, et tant est indispensable la vision de synthèse inhérente à l'esprit géographique.

15La bibliographie est citée et commentée dans le texte

Auteur

Centre d'Ecologie des Systèmes fluviaux, CNRS, 29 rue J. Marvig, 32 055 Toulouse Cedex

© Éditions de la Sorbonne, 1997

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