Les crues torrentielles sont des phénomènes hydrologiques qui provoquent chaque année des dégâts humains et matériels considérables surtout dans les pays du Sud où le manque d'aménagements hydrauliques adéquats accentue la chose.

1. Les crues torrentielles
Présenté par :
Mr. Abdelhadi Ammari
Maître de Conférences
ENSH

2. Quelques définitions
Torrents
Cours d’eau à régime rapidement variable, de pente
moyenne supérieure à 6 %, caractérisé par
un transport solide souvent abondant.
La rivière torrentielle, quant à elle, est de pente
moyenne comprise entre 1,5 et 6 % elle
n’atteint jamais un profil d’équilibre et est sujette à
des crues subites.
Débit : volume d’eau écoulé en une seconde par
un cours d’eau en un point de son cours ;
ce débit brut s’exprime en m3/s ; le débit de pointe
d’une crue est le débit instantané correspondant
au maximum de la crue ; il peut être bien supérieur
au débit quotidien moyen du même jour.

3. Crue
Augmentation du débit d’un cours d’eau dépassant plusieurs fois le débit moyen qui
peut être
à l’origine d’inondation, c’est-à-dire le recouvrement par de l’eau des terrains
riverains plus ou moins proches du cours d’eau en crue.
Le caractère torrentiel renvoie à la définition même du torrent : “cours d’eau de
montagne, rapide et irrégulier, de faible longueur, plus ou moins à sec entre des
crues violentes et brusques”.
l On distingue les crues :
- Simples lorsqu’elles n’ont qu’une cause principale, telles celles résultant :
- de la rupture de barrage naturel comme les crues d’embâcles (amoncellement
d’objets
flottants),
- d’averse provoquée par des pluies intenses sur un bassin versant imperméable ou
imperméabilisé dont le sol est déjà saturé, où l’eau ruisselle directement sur les
versants
jusqu’à la rivière.
- Liées à la fonte des neiges (crues nivales) mais plus encore à des averses de
printemps venant gonfler les débits déjà soutenus dus à la fusion nivale.
- Les crues complexes dues à l’interférence de plusieurs causes sur un même bassin
versant.

4. Lit mineur - lit majeur
On appelle lit mineur, le chenal apparent limité par des berges franches dans
lequel s’écoulent les basses eaux et le débit moyen annuel.
Le lit majeur est la section d’écoulement des crues au-delà du lit mineur.
Décrue
Phase terminale d’une crue pendant laquelle le débit ne cesse de
diminuer.
Pente
Inclinaison par rapport à l’horizontal d’un versant, d’une surface, du
profil en long d’un talweg.
Talweg
Ligne qui joint les points les plus bas d’une vallée et suivant laquelle
s’écoulent les eaux.

5. Alors qu'en est-il des crues des torrents à
proprement parler ? Rappelons-nous que la
définition du torrent fait d'abord référence à de
fortes pentes, favorisant l'érosion et le
transport des sédiments arrachés sur les
pentes ou prélevés dans le lit-même des cours
d'eau sous l'action de l'écoulement. Les
écoulements torrentiels sont donc
susceptibles de présenter des concentrations
en sédiments très élevées, d'autant plus
importantes bien sûr que les pentes seront
raides, et que l'écoulement, autrement dit la
crue, sera vigoureux. On pose là une définition
différente des crues torrentielles, plus
spécifiquement hydraulique, car reliée à la
nature des écoulements.

6. Les conséquences de l'intensité du
transport solide dans les écoulements
torrentiels sont diverses. D'abord, l'importance
des interactions entre phase liquide et phase
solide met en défaut les lois de l'hydraulique
classique, c'est-à-dire de l'hydraulique d'eau
claire. Par exemple Smart et Jaeggi ont mis en
évidence (1983) qu'à partir d'une pente de
l'ordre de 7 %, la hauteur d'écoulement, pour
un débit liquide donné s'écoulant sur un lit
affouillable devenait significativement
supérieure à ce qu'elle devrait être si
seulement de l'eau s'écoulait. Le supplément
de hauteur est à attribuer à la présence de
sédiments dans l'eau, qui ne peut donc plus
être négligée dans le calcul de la hauteur
d'écoulement. De même, selon Graf et Altinakar
(1995),

7. Au delà d'une concentration
volumique de 8 %, un écoulement
chargé en matériau solide ne se
comporte plus de façon semblable à
l'eau, parce que la relation entre les
forces exercées et les déformations est
différente de celle que l'on connaît pour
l'eau, sur laquelle est fondée
l'hydraulique classique. Il est donc
nécessaire de faire appel à une
hydraulique différente, reconnue en tant
que telle depuis à peine plus d'une
dizaine d'années, et baptisée
logiquement hydraulique torrentielle.

8. En termes de risque les
conséquences du transport solide sont
bien évidemment considérables. Il ne
suffit plus de se prémunir contre une
montée du niveau d'eau, il faut se
protéger contre des engravements ou
des affouillements considérables, ou
encore des coulées de boue capables
de causer des dommages matériels ou
humains très importants.

9. Caractéristiques d’un torrent
Un torrent peut être caractérisé par son régime, sa pente,
son travail.
Il existe deux types de comportement
Torrent à affouillement (ou à écoulement peu chargé) : il
se nourrit des débris des versants friables et se creuse en
terrains tendres.
Torrent à clape (ou à écoulement fortement chargé) : il
recrute son matériel dans des débris de parois rocheuses
et creuse son lit en roches dures ; il est rebelle à la
correction car la désagrégation des falaises qui pourvoit à
son ravitaillement est inépuisable.
Description d’un torrent
Un torrent comprend d’amont en aval :
- le bassin de réception,
- le chenal d’écoulement,
- le cône de déjection : lieu où se déposent les matériaux,
issus des transports solides.

10. Composition d’un bassin
Bassin de
réception
Chenal
Talweg

11. Modes d’action du torrent : érosion,
transport, dépôt
l 1.3.1 - Érosion
Ensemble des phénomènes extérieurs à l’écorce
terrestre qui contribuent à modifier les formes du relief
et du paysage en général. Cette modification se fait
par enlèvement de matière (sols et roches) : c’est
l’érosion proprement dite, mais aussi par accumulation
(cônes de déjection).
Dans les falaises se produisent des éboulements.
Tous les blocs tombés constituent la clape. Un torrent
qui prend naissance sous une falaise est donc un
torrent à clape.
On appelle affouillement longitudinal le creusement
du lit par l’action de l’eau. Il a surtout pour résultat
l’écroulement ou le glissement des berges résistantes.

12. Profil d’équilibre
Le creusement se fait de l’aval vers l’amont à partir d’un point situé au bas
du profil en long appelé niveau de base.
Les pentes du profil croissent depuis le niveau de base jusqu’au sommet du
profil.
Le profil d’équilibre est le profil en long d’un cours d’eau tel qu’en chaque
point, l’action de l’eau ne parvient plus à affouiller le lit et ne dépose plus.
Ce profil théorique est rarement atteint naturellement par les torrents.
En période de crues, le torrent transporte des matériaux, c’est le
déblaiement.

13. Après le passage d’une crue

14. Les crues torrentielles
Le contexte torrentiel
Les crues torrentielles représentent une menace
permanente pour beaucoup de villages de montagne
qui se trouvent implantés sur le cône de déjection de
torrents. La soudaineté de ces crues et la puissance
des écoulements qui en résultent les rendent
particulièrement dévastatrices. Ainsi en Algéie déplore-
t-on chaque année un certain nombre d’habitations
endommagées et de routes coupées et même de
pertes humaines.

15. On peut observer des écoulements dans
lesquels les sédiments sont charriés au voisinage du
fond sous l'effet des forces hydrodynamiques dues à
l'écoulement d'eau. L'eau et les sédiments transportés,
ainsi d'ailleurs que les sédiments transportés entre
eux, ont des vitesses de déplacement nettement
différentes. Ce mode de transport solide présente donc
des analogies certaines avec le transport de sédiments
charriés dans les rivières à faible pente, et on le
baptise donc par analogie charriage torrentiel. Les
valeurs de concentration solide sont en revanche d'un
tout autre ordre de grandeur, puisque si à des pentes
de 1 % les concentrations maximales sont de l'ordre de
0, 1 %, pour des pentes de 10 %, l'ordre de grandeur
des concentrations solides est de 10 % également. On
parle alors de charriage hyperconcentré

16. Illustré autrement, dans ces écoulements, la
hauteur d'écoulement est du même ordre de
grandeur que la taille des plus gros blocs
transportés (tout au plus le double ou le triple). On
comprend alors aisément que les risques de
débordement soient au moins autant liés aux
évolutions du niveau du lit, suite à des
engravements locaux par exemple, qu'aux
variations de la hauteur d'écoulement proprement
dite. D'ailleurs une autre manifestation de l'intensité
du transport solide par charriage est une fluctuation
très marquée et très rapide du nombre et de la
position des chenaux d'écoulement, constamment
refaçonnés par l'écoulement et les alternances
érosion/dépôt correspondant. En rivière de plaine
au contraire, le risque d'inondation « classique »
résulte généralement des seules variations du
tirant d'eau dans un lit supposé fixe à l'échelle de
temps de la crue, puisque le transport solide y est
marginal.

17. Hydraulique Torrentielles (Meunier 1991)

18. Ecoulement lors d’une crue
torrentielle

19. Ecoulements dans les cas des crues
torrentielles
La principale particularité des écoulements
torrentiels par rapport aux écoulements en rivières à
faible pente consiste en un transport de sédiments (ou
transport solide) beaucoup plus important, au moins en
période de crue. De plus, les écoulements torrentiels
transportent souvent des particules de grandes
dimensions, jusqu'à des blocs rocheux de plusieurs
tonnes. La pente figure bien entendu au premier rang
des causes de ce transport solide accru.
En plus de la pente, les autres caractéristiques des
cours d'eau torrentiels participent également à la
génération de transports solides importants : effet du
relief sur les épisodes météorologiques et les régimes
hydrologiques, proximité d'importantes sources de
sédiments...

20. Pour les débits liquides les plus faibles, le
transport solide est absent ou n’affecte que les
particules les plus fines, par Charriage et mise en
suspension (comme en rivières). Pour les débits
liquides de crue au contraire, le transport solide peut
mobiliser des quantités de sédiments considérables,
soit par intensification des processus de charriage,
soit par le biais d’un mode de transport spécifique
aux torrents : les laves torrentielles. Dans le cas du
Charriage, les particules roulent et glissent sur le lit
sous les effets combinés de la poussée de l’eau et
de la gravité (les particules les plus fines étant en
suspension).
Dans le cas d’une lave torrentielle, au contraire,
les phases solides et liquides sont intimement
mêlées et l’écoulement prend la forme d’une
bouffée très visqueuse. Les principales
caractéristiques de ces deux modes de transport
sont récapitulées dans le tableau suivant.

21. Principales caractéristiques des deux types de
crues torrentielles.
Caractéristiques phénoménologiques Caractéristiques mécaniques
Charriage
Transport de particules dont la taille
maximale correspond environ à la hauteur
d’écoulement.
Limité en général à des pentes de quelques
dixièmes de % à quelques %.
Ecoulement « biphasique » :
séparation nette entre les
phases liquides et solides dont
les vitesses sont différentes.
Concentration solide
inférieure à 30 % en volume.
Lave torrentielle
Ecoulement en masse avec zone de dépôt
nette sur le cône de déjection.
Formes de dépôt particulières : bourrelets
latéraux, lobes frontaux.
Capacité de transport de très gros blocs
(plusieurs dizaines de m3 parfois).
Ecoulement « monophasique »
: les phases solides et liquides
vont à la même vitesse.
Concentration solide
supérieure à 60 % en
moyenne.
Comportement mécanique de
type fluide visqueux non-
newtonien.

22. Lave Torrentielle

23. A des concentrations solides encore
supérieures, on observe des
écoulements dans lesquels le mélange
eau/sédiment est si intime que l'on ne
distingue plus qu'une seule masse
boueuse et rocailleuse en écoulement,
dans laquelle l'eau et les sédiments
transportés s'écoulent à la même
vitesse. On parle alors de laves
torrentielles, par analogie avec les
laves volcaniques.

24. Les écoulements de lave torrentielle
s'opèrent généralement par bouffées, qui
poussent devant elles un front constitué d'un
amas de gros blocs rocheux. Il est là aussi
assez facile de comprendre que ces
écoulements ne répondent pas tout à fait aux
mêmes lois que les écoulements d'eau claire, et
qu'il faut développer une hydraulique particulière
adaptée à ces mélanges visqueux. On
comprend aisément que les mesures de
protection contre de tels écoulements sont
nécessairement très spécifiques, pour prendre
en compte l'importance des transports solides et
des dégâts qu'ils sont susceptibles de causer, et
en tout cas bien différentes des mesures de
protection en vigueur contre les inondations de
plaine.

25. Les crues des torrents, crues
torrentielles au sens strict, ne constituent
donc pas simplement une catégorie
particulière des crues des rivières en
général. Les conséquences du caractère
montagneux des bassins versants
torrentiels, et en particulier leurs fortes
pentes, sont déterminantes non seulement
pour l'accélération des processus de
génération et de propagation des crues,
mais également par l'apparition de
processus nouveaux, d'arrachement et de
transport de sédiments. Il en résulte la
formation et l'écoulement de fluides
nouveaux, complexes, et dont
l'hydraulique utilisée en cours d'eau de
pente modérée ne peut rendre compte.

26. Des phénomènes à l’aléa : cas des risques
gravitaires rapides
Les phénomènes naturels gravitaires en
montagne sont spécifiques en matière de
:
 vitesse et durée (même si, de manière
générale, les phénomènes gravitaires rapides
se caractérisent par une durée ne permettant
pas d'imaginer une évacuation après
déclenchement des phénomènes) ;
 mode de propagation des phénomènes
(impacts ponctuels dans le cas de chute de
blocs, trajectoire rectiligne dans les chenaux
d'écoulement torrentiels, zone d'extension
importante dans le cadre d'avalanche ou de
zone de dépôt de lave torrentielle);

27. La nature et la précision des
analyses des risques induits
dépendent largement de :
 la capacité à prévoir l'occurrence des
aléas notamment sur la base
d'évènements passés ;
 la connaissance théorique disponible
sur les phénomènes ;

28. Vidéo d’une lave torrentielle

29. Les étapes de la gestion du risque sont les
suivantes :
 identification et localisation des phénomènes
naturels (analyse topographique,
géomorphologique du site) ;
 caractérisation des aléas (définition des effets
potentiels, caractérisation de l’intensité et de la
fréquence) ;
 identification des enjeux (typologie immatériels,
matériels, humains) ;
 caractérisation des conséquences associées à
l’effet des phénomènes (au cours d’un
évènement) en vue d’une détermination de la
vulnérabilité.
 Prévision spatiale et temporelle des phénomènes
pour la sécurité des personnes

30. Phases temporelles de la gestion des
risques naturels
Les situations de risques auxquelles sont
confrontées les différents pays du
monde et les modes de gestion mis en
œuvre sont identiques. De nombreuses
présentations génériques des phases de
gestion existent. Nous présentons ici le «
cercle de la gestion des risques »

31. cercle de la gestion des risques

32. Connaissance de l’aléa
 Plus récemment les modélisations
statistiques, physiques (sur maquette) puis
numériques sont venues compléter l’étude
historique et l’analyse géomorphologique.
Ces approches permettent d’une part de
mieux connaître le phénomène et d’autre part
de pouvoir définir plus précisément des
scénarios dits de référence, contre lesquels
la collectivité va chercher à se protéger.
Suivant les réglementations la période de
retour prise en compte pour l’aléa relevant de
la sécurité des biens peut être différente :
cent ans en France pour les avalanches
contre trois cent ans en Suisse par exemple.

33. La modélisation statistique a d’abord été
utilisée sous la forme de relations
empiriques permettant de prédire la
distance d’arrêt des événements
extrêmes à partir des caractéristiques
topographiques du site étudié. Elle
permet maintenant d’encadrer les
modèles numériques de propagation de
façon à établir des cartes d’aléa
probabilisé.
 La modélisation physique vise à
reproduire sur un modèle réduit le
phénomène

34. Les stratégies de Protection
a-correction torrentielle

35. Et il y a les aménagements mixtes

36. b- les ouvrages de génie civil
Les ouvrages de génie civil occupent encore
une place essentielle dans les dispositifs de
protection contre les risques liés aux crues
torrentielles. Dans le cadre de travaux de
correction active, les barrages de
consolidationsont positionnés dans les
tronçons fortement érodables du chenal
d'écoulement pour limiter l'érosion
longitudinale et les divagations du torrent.
Les zones de berges en glissement
constituent d'importantes zones d'apport de
matériaux solides et constituent souvent des
zones prioritaires d'implantation des barrages
de correction torrentielle.

37. Ouvrages de génie civil

38. les barrages de sédimentation (ou
plages de dépôt) sont mis en place en
partie inférieure du torrent dans le cadre
de travaux de défense passive. Ces
équipements sont généralement
constitués d'une capacité de stockage
limitée par des digues latérales en
remblai et d'un ouvrage terminal en
béton armé rendu plus ou moins filtrant
grâce à des systèmes de grilles ou de
pertuis aménagés dans le voile .

39. Schéma de principe d’un barrage de sédimentation

40. Rôle des Barrages
Le rôle principal des barrages se
résume dans le laminage des crues,
soit l’étalement de l’onde de crue dans
le temps

41. Barrage Beni Haroun

44. L e projet SMART (Storm Water Management and
Road Tunnel. KUALA LAMPUR. Malaisie )
Autres ouvrages civils

45. Le risque résiduel
Le risque zéro n’existe pas. Le risque
résiduel représente le risque
persistant après la mise en œuvre des
protections calculées généralement
pour des événements centennaux. La
quantification du risque résiduel reste
actuellement délicate. Plans
d’évacuation et de secours ou accès
protégés doivent être prévus dès
l’initiation du projet.

46. Conclusion
Les Crues sont des événements
extrêmes, où une forte précipitation peut
provoquer des ruissèlements très
importants, et emportant tous types de
sédiment et de débris solides qui
peuvent provoquer des écoulements
torrentiels dévastateurs.
La prévention et les dispositifs de
protection sont impératifs pour réduire
des dégâts humains et matériels d’un
phénomène qu’on ne peut éviter
totalement.