L'hydrologie appliquée à la gestion des eaux pluviales repose depuis des décennies sur un raisonnement statistique simple : caractériser les pluies passées à partir de longues séries de mesures, en déduire des « pluies de projet » de référence (la pluie de retour 10 ans, 30 ans, 100 ans), et dimensionner les ouvrages pour ces événements. Ce raisonnement est commode et a longtemps été justifié. Il est aujourd'hui fragilisé par deux forçages simultanés, qui remettent en cause l'hypothèse centrale sur laquelle il repose : la stationnarité des séries hydrologiques.
La stationnarité suppose que les propriétés statistiques d'une variable hydrologique, sa moyenne, sa variance, ses quantiles extrêmes, restent stables au cours du temps. Cette hypothèse permet de traiter une série de mesures passées comme un échantillon représentatif du comportement futur du système. Si les pluies de retour 10 ans mesurées sur 1960-2020 donnent 40 mm en 1 heure, alors les ouvrages dimensionnés pour cette valeur sont censés gérer correctement les événements futurs de même fréquence.
Cette hypothèse est intrinsèquement anhistorique : elle suppose que le système (le bassin versant, le régime climatique) n'a pas changé entre la première mesure et la dernière. Pour une série courte sur un bassin stable et non urbanisé, c'est une approximation raisonnable. Pour un bassin versant qui s'est urbanisé progressivement sur soixante ans, et dont le régime de précipitation change sous l'effet du réchauffement climatique, c'est une hypothèse de plus en plus difficile à défendre.
Milly et al. (2008) ont formulé le problème de façon directe dans Science :
« Stationarity is dead. [...] We assert that we should consider stationarity to be 'dead' as a default assumption in many practical water-related applications because it often leads to serious underestimation of the frequency and severity of floods. »
Milly et al., 2008, p. 573.
En milieu urbain, la non-stationnarité résulte de deux forçages distincts qui opèrent simultanément, et qui sont souvent impossibles à démêler dans une série de données réelles.
Le premier est le changement climatique. Dans de nombreuses régions, les projections indiquent que les pluies courtes et intenses (convectives) pourraient devenir plus fréquentes et plus intenses dans un climat plus chaud, conformément aux attendus physiques d'une atmosphère plus chargée en vapeur d'eau. Les projections Explore2 (INRAE/Météo-France/BRGM) pour la France à l'horizon 2050-2070 indiquent une augmentation de l'intensité des pluies horaires extrêmes dans plusieurs régions.
Le second est le changement d'usage des sols. Le bassin versant de 2026 répond différemment au même événement pluvieux que le bassin de 1970 ou de 1990, parce qu'il s'est urbanisé et imperméabilisé dans l'intervalle. Un réseau pluvial dimensionné à partir d'une série historique qui mélange des décennies d'urbanisation progressive est calé sur un bassin moyen qui n'a jamais existé à aucun moment de la série.
La notion de « pluie de projet » désigne la pluie de référence utilisée pour dimensionner un ouvrage hydraulique : un déversoir, un bassin de rétention, un réseau d'assainissement. Elle est caractérisée par sa durée, son intensité et sa période de retour (la pluie de retour 10 ans, 30 ans ou 100 ans).
L'impasse de ce raisonnement tient à la confusion entre la période de retour statistique et la signification physique de l'événement. Dire qu'un ouvrage est dimensionné pour la pluie de retour 30 ans signifie qu'il est censé tenir en dehors d'une probabilité de dépassement annuelle de 1/30. Cela ne dit rien sur l'intensité absolue de la pluie concernée. Si le régime pluviométrique évolue, la pluie de retour 30 ans de demain n'est pas la même que celle d'hier.
Un deuxième problème est plus insidieux. Les courbes IDF (Intensité-Durée-Fréquence) utilisées par les bureaux d'études pour le dimensionnement des réseaux pluviaux sont établies par Météo-France à partir des stations du réseau national. Ces courbes sont périodiquement réactualisées, mais leur actualisation est lente par rapport à l'évolution du régime de précipitation. Un projet conçu aujourd'hui avec les courbes IDF disponibles se réfère à des statistiques qui intègrent des décennies de données passées, dont une partie prédate les changements que les projections climatiques anticipent.
Si la pluie de projet de référence est incertaine, l'ingénierie hydraulique urbaine peut-elle s'en passer ? La réponse est non, dans la mesure où tout ouvrage doit être dimensionné. Mais le registre de justification peut changer.
Plutôt que de chercher à identifier la pluie de projet « la plus probable » pour les 50 prochaines années (ce qui suppose une modélisation climatique à une résolution que la science ne maîtrise pas encore à l'échelle d'un bassin versant urbain), certains auteurs proposent de raisonner par la robustesse : dimensionner des ouvrages et des aménagements qui produisent des résultats acceptables sur une large gamme de scénarios climatiques, plutôt que des résultats optimaux pour un scénario central incertain. Cette approche est développée dans la note Robustesse et adaptation au changement climatique.
Pour la gestion à la source, la robustesse est une propriété naturelle des approches distribuées. Un réseau de jardins de pluie, de noues et d'espaces perméables répartis sur l'ensemble du bassin versant est intrinsèquement plus robuste qu'un grand bassin de rétention : si le bassin sature, tout le volume excédentaire se retrouve immédiatement dans le cours d'eau ; si une noue sature, l'excédent ruisselle vers la noue suivante. La distribution des dispositifs sur le bassin est une forme de résilience face à l'incertitude sur l'évolution du régime pluviométrique.
Pour les praticiens de l'ingénierie pluviale, l'enjeu est de ne pas traiter le changement climatique comme un paramètre de réglage à la marge d'un raisonnement par ailleurs inchangé (« on ajoute 20 % sur la pluie de projet »). Cette approche additive, qui consiste à appliquer un facteur correcteur sur une référence statistique fondamentalement incertaine, ne résout pas le problème de fond.
Pour les collectivités, l'enjeu est de ne pas se limiter à dimensionner des ouvrages « aux normes » dans un cadre réglementaire qui raisonne encore largement par périodes de retour fixes. L'investissement dans la désimperméabilisation et dans les dispositifs de gestion à la source présente un avantage que les ouvrages gris n'ont pas : il améliore le bilan hydrologique du bassin quelle que soit l'intensité des pluies futures, parce qu'il agit sur la capacité du sol à absorber l'eau plutôt que sur la capacité des tuyaux à l'évacuer.
