Modélisation hydrologique des crues exceptionnelles de juillet 2021 dans l’est de la Belgique
En juillet 2021, des inondations exceptionnelles ont frappé l'Europe de l'Ouest, causant plus de 220 décès et 32 milliards d'euros de dégâts. En Belgique, les bassins de la Vesdre et de l'Amblève ont été les plus touchés. Une étude menée par des chercheurs de l'Université de Liège présente la première analyse hydrologique détaillée de ces bassins, comparant plusieurs modèles pour reconstituer l'événement. Les résultats montrent qu'aucune approche unique ne suffit à prédire une crue aussi extrême, soulignant la nécessité de combiner plusieurs modèles et jeux de données pluviométriques.
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éclenchées par le cyclone dépressionnaire Bernd, les inondations de juillet 2021 - dont la progression a été ralentie par un anticyclone situé sur l’Europe de l’Est - ont provoqué des précipitations quasi stationnaires pendant plusieurs jours. En Belgique et en Allemagne des centaines, voire des milliers de bâtiments, ont été emportés, détruits ou partiellement endommagés. Sur le bassin de la Vesdre, les cumuls de pluie ont atteint en moyenne 175 mm, avec un pic local de 293 mm en cinq jours. Le bassin de l’Amblève a reçu des quantités moindres mais tout de même importantes, avec une moyenne de 120 mm. "À certains pluviomètres, les quantités observées en deux jours étaient près du double du volume associé à une période de retour de 200 ans, explique Christophe Dessers, ingénieur physicien à l'Université de Liège (HECE/Faculté des Sciences appliquées). "Le débit de pointe estimé à Eupen a dépassé quatre fois le débit centennal, confirmant le caractère absolument exceptionnel de l’événement."
Face à ces situations de données très différentes entre les deux bassins, les chercheurs ont décidé d'adopter des stratégies distinctes. "Dans le bassin de la Vesdre, la plupart des stations de mesure ont été endommagées ou emportées, rendant impossible l’observation directe de l’onde de crue, reprend Pierre Archambeau, ingénieur en hydraulique à l'ULiège. Un modèle de ruissellement maillé, développé en interne, a toutefois permis de reconstituer les hydrogrammes manquants. Ce modèle a été calibré manuellement à l’aide des niveaux d’eau dans les réservoirs des barrages de la Vesdre et de la Gileppe, complété par une validation indirecte grâce à un modèle hydraulique 2D. L’emprise de l’inondation que nous avons simulée concorde bien avec les observations de terrain, avec près de 90 % des zones inondées correctement prédites par le modèle."
A l'inverse, dans le bassin de l’Amblève, la quasi-totalité des stations est restée opérationnelle, offrant un cadre idéal pour comparer plusieurs modèles : une version améliorée du modèle maillé (prenant en compte les écoulements souterrains) et deux modèles hydrologiques 0D (GR4H et VHM), utilisés pour la modélisation pluie-débit. Ces trois modèles, calibrés sur l’événement de 2021, ont permis de reproduire la crue avec une grande précision (coefficients de Nash-Sutcliffe (NSE) compris entre 0,89 et 0,99). "En revanche, le simple transfert du modèle de ruissellement calibré sur la Vesdre vers l’Amblève s’est révélé inadapté, en raison des volumes de pluie sensiblement plus faibles reçus par ce second bassin."
Le facteur déterminant de la qualité des données
L’étude met en évidence l’influence majeure de la qualité des données pluviométriques sur les résultats des modèles. Quatre produits radar ont été comparés. Le produit en temps réel (RadQPE), procuré par l’IRM, sous-estime considérablement les volumes de pluie, avec un pic local inférieur de 39 % dans le bassin de la Vesdre par rapport au produit post-événement (Radflood21, Radclim). D’un point de vue hydrologique, les produits post-événement corrigés fournissent des estimations très proches et améliorent les résultats de la modélisation. Pour donner un ordre de grandeur, cette nouvelle version de pluie engendre 50% plus de débit à Chaudfontaine que les pluies estimées lors de l’évènement. Ce constat est particulièrement pertinent pour la gestion opérationnelle des crues, où seules les données en temps réel sont disponibles.
Un résultat marquant de l’étude concerne la difficulté de transférer les modèles entre événements d’intensités différentes. Lorsque les modèles sont calibrés sur six crues historiques (1991–2011), dont les débits de pointe variaient entre 242 et 374 m³/s à Martinrive, ils sous-estiment fortement les pics de la crue de 2021 (661 m³/s au même point), avec des écarts pouvant atteindre 45 %. Inversement, les modèles calibrés sur l’événement extrême de 2021 donnent des tendances variables pour les crues historiques, mais tous tendent à surestimer la crue estivale de 1998. Ces résultats illustrent la complexité des processus hydrologiques en jeu lors d’évènements extrêmes et les limites d’une calibration réalisée sur un seul type d’événement.
Cette étude constitue la première analyse hydrologique approfondie des deux bassins belges les plus touchés par les inondations historiques de juillet 2021. Elle démontre qu’aucun modèle unique, qu’il soit maillé ou 0D, ne se révèle pas systématiquement supérieur dans tous les cas de figure. La plateforme WOLFHydro, développée à l’Université de Liège, offre un cadre modulaire permettant de combiner différents modèles au sein d’un même environnement de simulation, ce qui s’avère indispensable pour effectuer ce type d’analyse.. "Cette étude renforce l’importance de combiner différents produits pluviométriques et modèles hydrologiques pour construire des courbes enveloppes et faire face à des événements statistiquement aussi rares, conclu Chistophe Dessers." À l’heure où de tels événements extrêmes sont appelés à se reproduire dans le contexte du changement climatique, ces travaux fournissent des bases essentielles pour améliorer la prévision des crues et la conception de mesures de réduction des risques.
Référence scientifique
- Dessers, C., Archambeau, P., Erpicum, S., Dewals, B. & Pirotton, M. (2026). Hydrological modelling of the 2021 mega-flood in the east of Belgium. Journal of Hydrology, 667, 134901. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.134901
