En 2005, une équipe de chercheurs australiens et américains publiait dans le Journal of the North American Benthological Society un article qui allait structurer durablement la façon de penser les cours d'eau en milieu urbain. Christopher J. Walsh, Allison H. Roy et leurs coauteurs proposaient le terme d'« urban stream syndrome » pour désigner l'ensemble cohérent et récurrent de symptômes que présentent les cours d'eau lorsqu'ils traversent ou reçoivent les eaux d'un bassin versant urbanisé. Le terme a depuis largement circulé dans la littérature internationale d'hydrologie et d'écologie des cours d'eau.
« We define the 'urban stream syndrome' as the consistent set of ecological symptoms observed in streams draining urban land, including a flashier hydrograph, elevated concentrations of nutrients and contaminants, altered channel morphology and riparian zones, and reduced biotic richness, with increased dominance of tolerant taxa. »
Walsh et al., 2005, p. 706.
Cette définition mérite d'être décomposée, parce qu'elle décrit une réalité que les seuls chiffres de ruissellement ne suffisent pas à rendre.
Walsh et al. (2005) distinguent quatre catégories de symptômes, qui se combinent et se renforcent mutuellement.
L'hydrographe en « flash » (flashier hydrograph) décrit le régime de crue caractéristique des cours d'eau urbains : les crues sont plus fréquentes, surviennent plus rapidement après l'événement pluvieux, et atteignent des débits de pointe plus élevés, suivis d'une décrue rapide. Ce comportement est directement lié à l'imperméabilisation décrite dans l'article L'imperméabilisation et le ruissellement. La variabilité des débits s'accroît : les maxima sont plus extrêmes et les étiages peuvent être plus sévères, en raison de la réduction de la recharge des nappes qui soutient les débits de base. Cette alternance de flashs et de basses eaux prolongées constitue en elle-même un stress pour les biotes aquatiques, indépendamment de la chimie de l'eau.
La concentration en nutriments et contaminants est la conséquence de la pollution de lessivage et, dans les réseaux unitaires, des déversements d'eaux brutes par les déversoirs d'orage. Azote, phosphore, métaux lourds (zinc, cuivre, plomb), hydrocarbures, pesticides de désherbage des voiries et, plus récemment documentés, les microplastiques et les polluants émergents (perturbateurs endocriniens, produits pharmaceutiques) se retrouvent dans les eaux de ruissellement et dans les cours d'eau récepteurs. Ces concentrations fluctuent fortement au cours des épisodes pluvieux, avec des pics lors des premiers flots, ce qui complique leur mesure et leur prise en compte dans les modèles de qualité.
La morphologie du chenal et des zones ripariales est perturbée par l'augmentation de la fréquence et de l'intensité des crues, et par l'apport de sédiments fins depuis les chantiers et les surfaces érodées. L'augmentation de l'énergie transportée par les crues accélère l'érosion des berges et le creusement du lit, tendance désignée sous le terme d'« incision » dans la littérature géomorphologique. Les zones ripariales, ces bandes végétalisées qui jouent un rôle tampon entre le bassin versant et le cours d'eau (filtration des polluants, régulation thermique par l'ombrage, apport de bois mort pour les habitats), sont souvent réduites, fragmentées ou absentes en milieu urbain.
L'appauvrissement biologique est la conséquence des trois premiers symptômes combinés. Les études sur les macroinvertébrés benthiques (larves d'insectes, mollusques, crustacés) ont montré de façon répétée que la richesse spécifique diminue avec l'urbanisation du bassin versant, et que les communautés sont de plus en plus dominées par des taxons tolérants à la pollution et aux perturbations hydrauliques. Les assemblages de poissons présentent des tendances analogues. Walsh et al. (2005) soulignent que ces réponses biologiques sont observées pour des niveaux d'imperméabilisation relativement faibles (10 à 15 % du bassin versant), bien avant que les effets soient visibles à l'œil sur la morphologie du cours d'eau.
Walsh et al. (2005) ne se contentent pas de décrire le syndrome ; ils cherchent à identifier ce qui pourrait l'atténuer ou le prévenir.
Leur conclusion principale est que la connexion hydraulique entre les surfaces imperméables et le cours d'eau est le facteur causal dominant. Ce n'est pas simplement le pourcentage de surfaces imperméables dans le bassin qui prédit l'état du cours d'eau : c'est la proportion de ces surfaces qui est directement connectée au réseau de drainage, et donc au cours d'eau. Un bassin avec un taux d'imperméabilisation de 30 %, mais dont l'essentiel des surfaces imperméables est déconnecté du réseau (jardins non connectés, surfaces avec infiltration locale), se comporte différemment d'un bassin à 20 % d'imperméabilisation entièrement connecté par un réseau pluvial efficace.
Cette distinction a des implications pratiques directes pour la gestion à la source des eaux pluviales. Les solutions qui visent à déconnecter les surfaces imperméables du réseau, noues, jardins de pluie, revêtements drainants, toitures végétalisées, ne réduisent pas seulement les volumes ruisselés ; elles réduisent aussi la connectivité hydraulique entre le bassin versant et le cours d'eau, ce qui est la variable la plus prédictive du syndrome.
L'article de Walsh et al. (2005) a suscité une production abondante qui a à la fois confirmé, nuancé et étendu les observations initiales.
Les études sur d'autres contextes géographiques (Europe, Asie, Amérique du Sud) ont retrouvé des symptômes analogues, ce qui suggère que le syndrome est robuste et largement généralisable, même si son intensité et ses modalités varient selon le contexte climatique, géologique et urbanistique.
Plusieurs travaux ont montré que la réponse des biotes à l'urbanisation n'est pas toujours linéaire, et que d'autres facteurs peuvent atténuer ou amplifier les effets de l'imperméabilisation : la présence de zones humides en tête de bassin, la continuité des corridors ripariaux, la qualité des eaux souterraines qui alimentent les débits de base. En France, les travaux de l'Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine (OTHU), dans la région lyonnaise, ont contribué à la caractérisation de la dégradation des cours d'eau urbains, notamment ceux conduits autour de Sylvie Barraud.
Des travaux de bilan publiés après 2010 ont confirmé que la connectivité hydraulique reste la variable explicative la plus puissante, et que les efforts de restauration des cours d'eau urbains qui ne s'attaquent pas à cette connectivité à l'échelle du bassin versant produisent des résultats décevants.
Le syndrome ne disparaît pas par la seule restauration du lit mineur. Reconstruire les berges d'un cours d'eau urbain, réintroduire des méandres ou planter des arbres en bordure produit des effets bénéfiques locaux, mais limités si le bassin versant amont continue de déverser des volumes importants d'eau connectée, chargée en polluants, lors de chaque épisode pluvieux. Les études de restauration ont régulièrement observé que les communautés biologiques ne se rétablissent pas si la source de perturbation hydrologique n'est pas traitée en amont.
Cette leçon plaide pour une approche à l'échelle du bassin versant, dans laquelle la désimperméabilisation et la déconnexion des surfaces imperméables du réseau de drainage sont des priorités. C'est l'argument de l'urbanisme de l'eau : la santé des cours d'eau urbains dépend des décisions prises sur chaque parcelle du bassin versant, pas seulement des travaux menés dans le lit lui-même.
