Depuis 2023, Pop’Sciences collabore avec le master « Integrated Watershed Sciences » de H2O’Lyon, l’école universitaire de recherche des sciences de l’eau et des hydrosystèmes. Objectif de cette collaboration : faire rédiger des articles de vulgarisation aux étudiants du master qui vous plongent ainsi dans l’actualité de cette ressource essentielle et indispensable qu’est l’eau.

En travaillant avec des classes de lycées de la Métropole de Lyon, les étudiants réalisent des articles sur l’eau, sous toutes ses formes, et les actualités de la recherche sur cet objet d’étude vital.

LLes articles du dossier

• #1 – De la ville entonnoir à la ville perméable : gestion des eaux pluviales sur le campus de LyonTech-la Doua, rédigé par Camille Dianoux, Rémi Combeaux, Mathis Fléret, Marina Benavides Guedes, Almudena Plichon Alberola et la classe de terminale 3 du lycée Robert Doisneau (Vaulx-en-Velin) de Mme Valérie Corneloup – Mars 2024.

Lire l’article #1

• #2 – Pluie en ville : et si la nature faisait mieux que le béton ?, rédigé par Arnaud Foret, Clément George, Coline Héritier, Océane Joet, Margaux Pred’Homme et la classe de terminale BFI du lycée Jean Perrin (Lyon) de Mr Jonatan Christiansen – Avril 2025.

Lire l’article #2

• #3 – L’intelligence artificielle : nouvelle alliée pour sauver nos ressources en eau ?, rédigé par Sonagnon Donald Boko, Romain Dopierala et Louis Estienne et la classe de terminale BFI du lycée Jean Perrin (Lyon) de Mr Jonatan Christiansen – Avril 2025.

Lire l’article #3

Depuis la seconde moitié du 20^e siècle, avec le développement de l’urbanisation, les sols en ville ont été de plus en plus artificialisés et imperméabilisés, limitant l’infiltration de l’eau de pluie. Conséquence : l’eau ruisselle sur le sol, augmentant le risque d’inondation et entraînant des polluants présents en ville vers les milieux naturels environnants. Pour remédier à cette situation, de nouvelles pratiques et modes de gestion ont été mis en œuvre. Le campus de LyonTech-la Doua à Villeurbanne en est un bon exemple, étant un terrain d’expérimentation pour les aménagements de gestion de l’eau pluviale depuis plus de vingt ans.

Un article rédigé par Camille Dianoux, Rémi Combeaux, Mathis Fléret, Marina Benavides Guedes, Almudena Plichon Alberola (étudiants du master 2 IWS) et la classe Terminale 3 du lycée Robert Doisneau (Vaulx-en-Velin) de Mme Valérie Corneloup (la liste des élèves est mentionnée en fin d’article) – Mars 2024

Une ville imperméable

Au 19^e siècle^[1], la décision fut prise de collecter les eaux usées dans un réseau d’égouts centralisé plutôt que de les relâcher au bord des habitations. L’eau ruisselante était vue comme un vecteur de maladie, elle devait être évacuée par le réseau d’égouts pour s’en débarrasser au plus vite.

Les premiers réseaux d’égouts construits en France étaient unitaires : un réseau unique collectait à la fois les eaux usées domestiques et les eaux pluviales. Toutefois, lors de pluies trop intenses, des eaux non traitées, et donc potentiellement polluées, débordaient du réseau et étaient directement rejetées dans l’environnement : ce qui a inévitablement un impact sur la qualité de l’eau. Il subsiste encore des réseaux unitaires à Lyon, si bien qu’en 2015, 7 % des volumes collectés par les réseaux ont été rejetés sans traitement^[2]. La pollution issue de ces 7 % est aussi importante que la pollution rejetée par les eaux traitées en station d’épuration, soit les 93 % restants.

Dans certaines villes, un second réseau d’égouts, réseau séparatif, a été construit pour y accueillir uniquement les eaux pluviales. Elles sont déversées directement dans le milieu naturel sans traitement, pour éviter qu’elles ne se mélangent aux eaux usées et se chargent en polluants. Cette solution est coûteuse, mais elle a permis de diminuer la pollution apportée au milieu naturel en limitant les déversements d’eau usée non traitée, comme dans le cas de débordements de réseaux unitaires.

Pour éviter la surcharge du réseau par l’eau de pluie, mais aussi pour prendre en compte l’intensification des pluies, due au changement climatique^[3], les métropoles sont en transition vers un nouveau modèle de gestion des eaux de pluie en ville.

Vers la ville éponge

Changer de mode de gestion des eaux de pluie en ville, c’est passer du concept de « ville entonnoir », où l’eau est collectée dans des égouts puis emmenée hors de la ville, à celui de « ville éponge » où la pluie est infiltrée dans le sol de la ville. Cela permet aussi d’empêcher que l’eau emporte des polluants provenant des transports ou de l’industrie lors de son ruissellement. Mais pour cela, les sols doivent être perméables, laisser l’eau s’infiltrer, et non goudronnés ou bétonnés.

Illustration de la ville entonnoir © Méli Mélo – GRAIE

Illustration de la ville éponge. © Méli Mélo – GRAIE

Si l’eau ne rejoint pas les égouts, elle peut réintégrer son cycle naturel, humidifier les sols et recharger les nappes phréatiques. Cela limite les inondations, aide à végétaliser les villes et donc à atténuer les îlots de chaleur*. Ces différents aménagements ont fait évoluer la perception de l’eau de pluie en ville : on ne la considère plus seulement comme une nuisance, mais également comme une potentialité. C’est ainsi que le projet « ville perméable » a émergé dans la métropole de Lyon : il s’agit d’un projet d’aménagement pour favoriser l’infiltration de l’eau, grâce à des ouvrages concrets.

Le campus de Lyon-Tech-la Doua : un exemple de ces nouveaux aménagements

Lorsque l’eau de pluie tombe, on peut la faire ruisseler jusqu’à de grands bassins d’infiltration. Ils retiennent l’eau pendant maximum 24 heures, pour laisser le temps à l’eau de s’infiltrer progressivement dans le sol. On en trouve un à côté de l’IUT Lyon 1 capable de contenir 4000 m³ d’eau, soit la consommation annuelle d’eau de 75 habitants. Il draine les 2,5 hectares alentour.

Le bassin d’infiltration des eaux pluviales de l’IUT Lyon 1, campus LyonTech-la Doua. | © GRAIE

On peut aussi infiltrer l’eau de pluie « à la source », c’est-à-dire là où elle tombe, plutôt que de la laisser ruisseler. Ainsi, les installations sont moins consommatrices d’espace et plus discrètes. C’est le cas des noues, fossés de terre qui infiltrent les eaux de pluie tombées à proximité, ou des parkings en béton perméable.

L’utilisation de plantes dans les ouvrages, l’ingénierie végétale, améliore la capacité d’infiltration des ouvrages. On utilise, par exemple, des noues végétalisées, des jardins de pluie*, des toitures végétalisées. Les racines facilitent l’infiltration de l’eau dans le sol. La végétation filtre naturellement une partie de la pollution, et préserve la biodiversité.

La végétalisation de la ville aide à filtrer la pollution. | © Méli Mélo – GRAIE

La gestion des eaux pluviales : un objet de recherche scientifique

Les aménagements de gestion des eaux pluviales sont des objets de recherche scientifique : ils ont été conçus après des années de recherches théoriques et pratiques et servent eux-mêmes de terrain d’étude, pour pouvoir collecter des données pour de futurs projets, et évaluer leur efficacité.

Toutes les installations du campus de LyonTech-la Doua sont des lieux d’expérimentation scientifique. On y teste des installations, telles que les noues et les bassins d’infiltration. Elles sont munies de différents capteurs qui mesurent, par exemple, la quantité de pluie tombée (pluviomètre*), les polluants (métaux lourds, pesticides) contenus dans la pluie, ou les débits* d’eau qui s’infiltrent dans le sol. Ainsi, on évalue la capacité de ces installations à filtrer la pollution présente dans l’eau de pluie.

Pluviomètre | © CambridgeBayWeather

Perception de ces techniques alternatives

Contrairement aux réseaux d’égouts, les nouveaux ouvrages ne servent pas qu’à recueillir la pluie. Ils ont d’autres usages, et donc d’autres usagers. Leur mise en place et leur entretien ne vont pas de soi.

Ces nouveaux ouvrages sont hybrides, à la fois espaces verts et ouvrages de gestion des eaux de pluie. Ils mêlent différents types de matériaux (minéral et végétal). Les collectivités doivent alors mobiliser différents services pour entretenir un seul aménagement. Pour une noue végétalisée, il peut être nécessaire de faire appel à un premier service pour tailler les arbres, un deuxième pour l’herbe, un troisième pour ramasser les déchets qui s’y seraient accumulés… Un vrai casse-tête organisationnel qui nécessite une nouvelle coordination entre les services mobilisés.

Une noue végétalisée du campus LyonTech-la Doua. | © Marina Benavides Guedes

C’est une toute nouvelle méthode de travail qui est nécessaire. Ce qui a des conséquences sur la manière dont les agents de la ville perçoivent leur métier. Certains craignent que le métier d’égoutier se perde et que l’évolution de leurs tâches détériore leurs conditions de travail^[4].

Par ailleurs, les nouveaux aménagements de gestion des eaux de pluie sont plurifonctionnels. Par exemple, les parkings poreux du campus de LyonTech-la Doua permettent le stationnement des véhicules, en plus d’infiltrer les eaux de pluie ; une noue ou un jardin de pluie* peut accueillir des activités de loisirs^[5] et fournir un habitat pour la biodiversité^[6]. Dans certains cas, les usagers peuvent se réapproprier l’ouvrage et l’utiliser pour des activités autres que celles prévues. Les aménageurs doivent en tenir compte pour garantir la sécurité des usagers et éviter certaines nuisances (bruits, déchets…).

Les difficultés pour faire évoluer la ville vers un espace plus perméable et plus végétalisé ne sont pas seulement d’ordre technique ou financier, mais viennent aussi de la manière dont chaque acteur se représente ces nouveaux aménagements.

Notes

[1] John Snow, On the mode of communication of cholera (1855).

[2] Grand Lyon Métropole, Projet ville perméable : guide d’aide à la conception et à l’entretien (2017).

[3] Yves Tramblay et al., Impacts du changement climatique sur les pluies intenses et les crues en Méditerranée, LHB : Hydroscience Journal, vol. 107, no 1 (2021).

[4] Nina Cossais, Gestion intégrée des eaux pluviales : positions des services techniques urbains et évolution induite des métiers – Métropole de Lyon, URBIA, 5 (2019).

[5] Sébastien Ah Leung et al., Que fabrique-t-on avec les eaux pluviales urbaines ? Les dispositifs techniques et les usages du parc Kaplan dans l’agglomération lyonnaise, (2013).

[6] Émilie Gascon, Impacts et opportunités de la nouvelle gestion des inondations dans les domaines de la conception et de l’aménagement urbain, Projets de paysage. Revue scientifique sur la conception et l’aménagement de l’espace, 20 (2019).

Glossaire

Débit : volume d’eau qui s’écoule dans un point précis en un temps donné, généralement exprimé en m³/s ou en L/s.

Îlots de chaleur : zones urbaines où la température est nettement plus élevée que dans les zones environnantes, en raison de l’absorption et de la rétention de la chaleur par des surfaces urbaines telles que l’asphalte et le béton.

Jardin de pluie : ouvrage de gestion des eaux pluviales formé par une dépression avec des végétaux, où les eaux de ruissellement sont acheminées pour s’y infiltrer.

Pluviomètre : appareil permettant de mesurer la pluviométrie.

Pluviométrie : mesure de la quantité d’eau tombée dans un lieu donnée. Elle est généralement exprimée en centimètres, pour désigner la hauteur d’eau tombée.

Ont participé au travail d’écriture de cet article, en collaboration avec Camille Dianoux, Mathis Fleret, Marina Benavides Guedes, Almudena Plichon, Rémi Combeaux, étudiant·e·s de du master 2 IWS, les élèves de terminale du lycée Robert Doisneau (par ordre alphabétique) : ANOUAR  Jihane, ASSAOUI Medhi, BOUDEHANE Ismaël, AGKOZ, Naziré, BRAITIT Baasma, DEKAR Lina, DIA Mouhamed, GASMI Aldjia, HAMDAOUI Maryem, HAMRI Soumia, IBRAHIM Jindar, JACQUET Sonny, KEBBOUCHE Wafaa, KOC Hayrunissa, MAGHRAOUI Selsabil, MAHBOUB Nisrine, METRI Anis, MOHAMED HASSAN Abdifatah, NAAMANI Soumeya, NOKA Xhoveda, RANDRIAMAZAORO Gérald, SEMAKDJI – BEN HADJ KASSEM BOUBAKER Romayssa, SOK Panha, TALEB Delci, TANRIKULU Erdem, TOLA Dorian, YAPICI Rümeyssa, ZAGAI Mohamed, ZAHIR Narjis, ZINGARA Amine, ZITOUNI Maryam.

Face aux inondations, à la pollution et aux îlots de chaleur en ville, le béton montre ses limites. Et si la solution était… le vert ? Forêts urbaines, tranchés végétalisées, toits perméables : les Solutions fondées sur la Nature (SfN) s’imposent comme une alternative durable aux infrastructures classiques. Certaines villes tentent déjà le pari de ramener la nature en ville pour mieux gérer l’eau. Simple effet de mode ou vraie révolution urbaine ? Tour d’horizon des connaissances actuelles.

Un article rédigé par Arnaud Foret, Clément George, Coline Héritier, Océane Joet, Margaux Pred’Homme, étudiants du master 2 IWS de Lyon et la classe de terminale BFI du lycée Jean Perrin (Lyon) de Mr Jonatan Christiansen (la liste des élèves est mentionnée en fin d’article) – Avril 2025

Et si ajouter du vert était une réponse concrète à un monde qui vire au gris ? La fréquence et l’intensité des événements climatiques extrêmes dans le monde, telles que les fortes précipitations, les tempêtes et les inondations augmentent avec le réchauffement climatique. L’urbanisation, qui a fortement augmenté au cours des 50 dernières années, rend d’autant plus vulnérable les populations urbaines (54 % de la population mondiale) par les impacts qu’elle entraîne.

Parmi les impacts de l’urbanisation, on retrouve l’imperméabilisation des sols (zones où l’eau ne peut plus s’infiltrer), la pollution de l’air, de l’eau et des sols, la destruction d’habitats de certaines espèces animales et végétales, l’augmentation du ruissellement (eau qui s’écoule à la surface du sol), l’aggravation des risques d’inondation, les îlots de chaleur urbains* (zones où il fait plus chaud qu’ailleurs à cause des surfaces en béton et activités humaines).

Certains de ces impacts négatifs posent des défis dans la gestion de l’eau en ville, qui ont été compensés par la mise en place d’infrastructures dites grises, en référence à leur matériau principal de construction : le béton. On y retrouve, par exemple, les usines de traitement des eaux (permettant de filtrer les polluants de l’eau), les réseaux d’égouts (permettant d’évacuer les eaux de ruissellement et les eaux usées). Ces infrastructures démontrent une certaine efficacité, mais certains choix de construction comme le raccordement des eaux pluviales au réseau d’eaux usées, provoquent, entre autres, des rejets dans le milieu naturel et des inondations urbaines lors d’épisodes pluvieux intenses, car les réseaux ne sont pas conçus pour réceptionner autant de rejets à la fois.

C’est ici que le vert intervient ! Les Solutions fondées sur la Nature (SfN) ont été développées en réponse à l’inefficacité des infrastructures grises. Ces solutions utilisent et s’inspirent des mécanismes et processus naturels des écosystèmes* en les appliquant dans les villes. Parmi ces SfN, on retrouve les forêts urbaines (qui sont de grands espaces densément plantés d’arbres), mais aussi les arbres de pluie (plantés en alignement le long des routes et des boulevards) ainsi que les jardins partagés. Ces lieux, au-delà du bien-être qu’ils procurent aux habitants, permettent également la pénétration des eaux de pluies dans le sol, ce qui réduit la quantité d’eau restant en surface et provoquant des inondations. Pour que les SfN soient efficaces, il est important de choisir des espèces végétales (arbres, buissons) qui sont adaptées au climat de la ville, et ayant une esthétique agréable, mais également avec des caractéristiques particulières. Par exemple, la largeur de leurs feuilles et la profondeur des racines sont déterminantes dans leur capacité à faire pénétrer plus facilement l’eau dans le sol et à l’absorber, contrairement aux zones bétonnées, où l’eau ruisselle rapidement à la surface et peut provoquer des inondations.

Les villes réinventent leur rapport à l’eau

Aujourd’hui, les SfN se démocratisent en milieu urbain, et de nombreux exemples existent aujourd’hui à travers le monde. Nous aborderons deux exemples notables.

À Albufeira au Portugal, la rivière traversant la ville a été canalisée et enterrée avec l’extension de la ville, entrainant des inondations dues au ruissellement et au manque d’espace laissé à la rivière. Un ambitieux projet vise aujourd’hui à créer un “couloir vert”* autour d’elle, intégrant des SfN : zones humides* pour améliorer la qualité de l’eau et favoriser la biodiversité, jardins et prairies humides pour limiter le ruissellement*, revêtements perméables (béton spécial qui laisse passer l’eau) pour l’infiltration de l’eau de pluie, zones végétalisées pour permettre aux crues de se répendre ailleurs que dans la ville, … Cet ensemble permettra ainsi de lutter contre les inondations, mais également de refroidir la ville pendant les vagues de chaleur. De plus, les SfN créent des habitats pour la faune et la flore, tout en offrant des espaces de nature et de loisirs pour les habitants. Cette diversité d’effets montre la capacité des SfN à répondre à de nombreuses problématiques.

Le concept de couloir vert d’Albufeira. ©Blau, Luz, et Panagopoulos 2018

Autre exemple, le campus de LyonTech – la Doua à Villeurbanne, où trois générations de SfN coexistent pour gérer les eaux pluviales. La première repose sur des bassins, recueillant puis infiltrant les eaux de pluie dans les sols, via un réseau de tuyaux, nécessitant de l’espace et des infrastructures coûteuses. La deuxième est similaire, mais optimise l’espace en introduisant des infrastructures multifonctionnelles comme des terrains de sport ou des espaces verts servant de zones d’infiltration. La troisième, quant à elle, a pour but de réduire le ruissellement à la source via des tranchées drainantes, des revêtements de routes perméables, des fossés végétalisés… qui s’intègrent au paysage, et, ensemble, couvrent de larges surfaces.

Depuis 2016, le programme scientifique Micromégas évalue l’efficacité des SfN dans la gestion des micropolluants et du ruissellement, faisant de ce campus un “laboratoire” à ciel ouvert. Les résultats montrent une forte réduction du ruissellement, et une diminution de plus de 50% des pesticides et métaux lourds, grâce, notamment, à la filtration du sol.

Cependant, créer une “culture de site”* est nécessaire pour sensibiliser et impliquer les usagers, et réduire les polluants. Ce concept désigne les pratiques et connaissances spécifiques dans un lieu donné. Des panneaux informatifs pourraient, par exemple, être installés, ce qui n’est pas encore le cas.

Entre recherche scientifique et gestion des eaux pluviales du campus de la Doua, des dispositifs techniques à la source de l’OTHU, les flèches bleues représentent l’arrivée de l’eau. © Arnaud Foret, 2024.

Limites, enjeux et perspectives : le cœur des défis

Les SfN sont de plus en plus valorisées pour leur rôle dans l’atténuation et l’adaptation au changement climatique, attirant l’attention des décideurs politiques. Présentées comme plus rentables et démocratiques que leurs alternatives techniques, elles sont toutefois confrontées à des limites, notamment des coûts élevés, une dépendance à d’autres solutions et des contraintes d’espace en milieu urbain.

Leur efficacité reste difficile à évaluer en raison d’une grande variabilité des données, compliquant la comparaison avec les solutions d’ingénierie civile. Un suivi à long terme est essentiel pour mesurer leurs effets et établir des directives claires. Par ailleurs, la distinction entre SfN et solutions techniques mérite d’être approfondie, certaines infrastructures étant classées différemment selon les approches. Cela est problématique car la définition des SfN reste floue. Un exemple emblématique est celui des bassins d’infiltration. Initialement considérés comme des SfN, ils sont aujourd’hui souvent classés parmi les solutions d’ingénierie civile en raison des travaux considérables qu’ils impliquent.

Enfin, bien que les SfN fassent l’unanimité au sein de la communauté scientifique, leur rôle dans une “urbanisation durable”* doit être mieux précisé. Il est essentiel de démontrer concrètement comment elles contribuent à une gestion respectueuse de la ressource en eau.

Sources

Blau, M. L., Luz, F., & Panagopoulos, T. Urban River Recovery Inspired by Nature-Based Solutions and Biophilic Design in Albufeira, Portugal. Land, 7(4), Article 4. (2018).

Comby, É., Rivière-Honegger, A., Cottet, M., Ah-Leung, S., & Cossais, N.  Les « techniques alternatives » sont-elles envisagées comme un outil de gestion qualitative des eaux pluviales ? Développement durable et territoires. Économie, géographie, politique, droit, sociologie, Vol. 10, n°3, Article Vol. 10, n°3. (2019).

GRAIE, BACOT, L., BARRAUD, S., INSA, L. D., HONEGGER, A., & LAGARRIGUE, C.  Devenir des micropolluants au sein des ouvrages de gestion des eaux pluviales a la source ou centralisés. (2020).

UICN. Les Solutions fondées sur la Nature. UICN France. (2024).

Glossaire

Couloir vert : Un corridor ou couloir vert est un couloir de végétation, permettant la présence de milieux naturels et végétalisés, et la circulation des espèces animales et végétales.

Culture de site : La culture de site désigne les pratiques et connaissances spécifiques dans un lieu donné, intégrant les conditions environnementales, les dynamiques écologiques et les usages humains. Cela peut inclure la gestion durable des ressources naturelles ou l’adaptation des pratiques agricoles et forestières aux particularités locales.

Écosystème : un écosystème est un ensemble formé par une communauté d’êtres vivants, animaux, végétaux et champignons (biocénose), en interaction les uns avec les autres et avec leur environnement physique (biotope).

Expansion des crues : Les zones d’expansion des crues sont des espaces naturels ou aménagés où se répandent les eaux lors du débordement des cours d’eau dans leur plaine inondable, protégeant les milieux urbains alentours et à l’aval.

Îlots de chaleur : zones urbaines où la température est nettement plus élevée que dans les zones environnantes, en raison de l’absorption et de la conservation de la chaleur par des surfaces urbaines telles que l’asphalte et le béton.

Ruissellement : En hydrologie, le ruissellement est l’écoulement des eaux à la surface de la terre, notamment la surface des sols, contrairement à celle y pénétrant par infiltration.

Urbanisation durable : L’urbanisme est durable lorsque l’aménagement est conçu sur le long terme. Il favorise une gestion raisonnée des ressources naturelles, telles que l’eau, tout en mettant en place des solutions pour adapter les territoires aux effets du changement climatique.

Zones humides : les zones humides sont des milieux naturels caractérisés par la présence d’eau, qu’elle soit en surface ou dans le sol, de façon permanente ou temporaire.

Ont participé au travail d’écriture de cet article, en collaboration avec Arnaud Foret, Clément George, Coline Héritier, Océane Joet, Margaux Pred’Homme, étudiants du master 2 IWS (par ordre alphabétique) : BADOIL Emeline, BARBEROT Elin, BUI-LIGOUZAT Myanh, BURGER Marie, FARENC Jeanne, GAÏDI Sara, GODÉ Eulalie, LEFEBURE Rachel, POIZAT Elodie, STOYANON Yani, WERQUIN-THEISMANN Léopoldine-Chan

L’intelligence artificielle (IA) est une alliée discrète mais essentielle dans notre quotidien. Bien que son rôle dans la robotique et la santé soit bien établi, son implication dans la gestion de l’eau l’est beaucoup moins. Pourtant, des réseaux de distribution d’eau aux satellites en passant par le suivi des polluants, l’IA révolutionne notre compréhension et notre capacité à préserver cette ressource. Quels progrès permet-elle ? Sommes-nous prêts à l’intégrer pleinement à notre gestion de l’eau ? Jusqu’où devons-nous lui faire confiance ? Plongeons ensemble au cœur du débat.

Un article rédigé par Sonagnon Donald Boko, Romain Dopierala et Louis Estienne, étudiants du master 2 IWS de Lyon et la classe de terminale BFI du lycée Jean Perrin (Lyon) de Mr Jonatan Christiansen (la liste des élèves est mentionnée en fin d’article) – Avril 2025.

L’eau est une ressource vitale, mais elle fait face à de nombreux défis liés au changement global, notamment l’urbanisation et le changement climatique, qui entraînent des épisodes de pollution, de sécheresse et d’inondation. Pour y répondre, l’intelligence artificielle (IA) propose des solutions innovantes et ouvre de nouvelles perspectives.

En analysant des données fournies ou collectées par des capteurs, l’IA traite l’information, résout des problèmes et détermine les actions les plus adaptées. Ses applications sont variées : l’IA prédictive permet d’anticiper des événements météorologiques ; l’IA embarquée, intégrée dans des objets connectés autonomes, facilite la surveillance des milieux aquatiques et de la biodiversité à distance ; enfin, l’IA générative, désormais bien connue avec des outils comme DALL·E ou ChatGPT, créée du contenu textuel ou audiovisuel.

L’intelligence artificielle suscite des perceptions diverses, influencées par les expériences personnelles et professionnelles de chacun. Si elle transforme déjà notre quotidien, quel est son impact concret sur la gestion de l’eau et de l’environnement ?

Observer et comprendre l’eau depuis le ciel

Grâce aux satellites comme Landsat ou Sentinel-2, il est désormais possible d’observer l’environnement à grande échelle avec une précision inédite en enregistrant diverses images essentielles, c’est la télédétection. Cependant, le traitement d’une telle quantité de données requiert des ressources considérables. C’est ici que l’IA intervient, par exemple, en filtrant les images dès leur acquisition (elle élimine celles où le couvert nuageux est trop important).

Pour le suivi des sédiments fluviaux, l’IA permet de détecter leurs différentes tailles, une tâche laborieuse et ponctuelle sur le terrain. Or, la taille des sédiments est un paramètre clé pour comprendre la dynamique fluviale. Lorsque l’apport naturel en sédiments – qu’il s’agisse de sable, d’argile ou de galets – diminue, le cours d’eau compense en érodant les berges et son lit. Cette érosion fragilise les rives et perturbe l’équilibre entre l’eau de la rivière et la nappe souterraine. Ce phénomène a des répercussions majeures, non seulement sur la préservation des écosystèmes aquatiques, mais aussi sur les usages humains, notamment l’approvisionnement en eau et l’hydro-électricité.

Granulométrie réalisée par Galet ©Styx4D

Ici, l’IA Galet développée par Styx4D permet d’établir la granulométrie d’un banc de galets avec un gradient de couleur (a – sur l’image ci-dessus) : rouge pour les plus grossiers, bleu pour les plus petits. En bas à droite (b – sur l’image ci-dessus), on retrouve un zoom sur le fonctionnement de l’IA, entraînée pour recomposer les galets partiellement visibles, pour avoir une plus juste mesure.

Autre exemple, en agriculture, l’IA analyse des cartes d’humidité des sols et de structure des sols – qui reflète la capacité à retenir l’eau – pour recommander aux agriculteurs le meilleur moment pour arroser et la bonne quantité d’eau à utiliser. Cela assure une meilleure croissance des cultures, tout en préservant les ressources en eau.

Lutter contre les fuites d’eau

En France, 20 % de l’eau potable transportée dans le réseau de distribution est perdue. Ce qui représente des millions de litres gaspillés chaque année et engendre un coût économique et environnemental considérable. Ce problème, souvent méconnu, nécessite des solutions efficaces pour limiter ces pertes. Grâce à l’IA intégrée aux capteurs connectés des canalisations, les fuites sont désormais détectées en temps réel avec une grande précision. Ces algorithmes permettent d’intervenir rapidement avant qu’elles ne s’aggravent, réduisant ainsi les coûts de maintenance et anticipant même certaines défaillances avant qu’elles ne surviennent.

Prédire et prévenir les pollutions aquatiques

L’IA joue également un rôle clé dans la surveillance des réseaux d’eaux usées, en aidant à détecter les fuites qui peuvent être sources de pollution. Par exemple, des caméras connectées à des systèmes d’IA sont capables d’analyser l’état des canalisations et d’identifier d’éventuelles défaillances, permettant ainsi d’intervenir avant qu’une fuite ne se produise. L’entreprise suisse Pallon développe notamment des technologies innovantes dans ce domaine.

Évaluation de l’état d’une canalisation d’eau usée ©e.g. Pallon Ltd., Zurich, Switzerland.

Plus largement, la qualité de l’eau est un élément fondamental des écosystèmes aquatiques, et sa pollution constitue une menace majeure pour l’environnement et, par extension, pour la santé humaine. L’IA est essentielle dans l’analyse prédictive des événements futurs et la modélisation de scénarios. Grâce à ses capacités de calcul avancées, elle permet d’identifier le scénario le plus pertinent en fonction des critères définis.

En croisant les données des capteurs de qualité de l’eau et des images satellites, l’IA identifie l’origine des pollutions (industrielles, agricoles ou accidentelles). Elle permet également de suivre et modéliser la dispersion des polluants, afin d’anticiper leur évolution et d’alerter les autorités avant que la situation ne devienne critique.

De même, le réchauffement des cours d’eau met en péril la biodiversité aquatique et exacerbe les effets des pollutions organiques (engrais, rejets des stations d’épuration…). De nombreux organismes, comme les poissons, sont extrêmement sensibles aux variations de température. Là encore, l’IA joue un rôle clé en améliorant la modélisation de la température des cours d’eau selon différents scénarios. Ce qui aide à la mise en place de mesures de protection, telles que la revégétalisation des berges pour limiter le réchauffement de l’eau.

Générer pour mieux gérer

Après avoir exploré l’impact de l’IA embarquée et prédictive sur les sciences de l’eau, penchons-nous à présent sur l’IA générative à travers deux exemples concrets. Pour faire évoluer Galet, vu précédemment, l’amélioration des modèles d’IA a nécessité un entraînement supervisé approfondi. Les images réelles et annotées disponibles ne suffisaient pas : elles étaient trop peu nombreuses, manquaient de diversité et ne permettaient pas une bonne compréhension des surfaces partiellement visibles. Cette limitation a conduit à la décision de générer des images encore plus réalistes que celles utilisées initialement. Grâce à l’utilisation de Stable Diffusion, des images photoréalistes ont été créées, avec des dimensions des galets connues, permettant ainsi d’entraîner le nouveau modèle de manière optimale. Les jeux de données générés par Styx4D sont présentés ci-dessous.

Données d’entraînement générées (à droite) par Stable Diffusion. Les masques colorés (à gauche) sont les contraintes que l’image générée a dû suivre, permettant ainsi de constituer le jeu d’entrainement ©Styx4D.

Un autre domaine où l’IA générative trouve des applications intéressantes est l’aide à la décision. Un exemple concret de cette application est celui des étudiants du Master Integrated Watershed Sciences de H2O’Lyon, qui ont utilisé Fooocus AI pour générer des images à partir d’une image de bonne qualité. L’IA, lorsqu’elle reçoit un « prompt » — instructions données à l’IA pour générer du contenu. — modifie l’image en fonction de ces instructions.

L’implémentation des solutions fondées sur la nature nécessite souvent des supports visuels pour faciliter la communication et la projection de ces aménagements entre les différents intervenants — urbanistes, gestionnaires des eaux pluviales ou citoyens. Par exemple, pour la place Bellecour, les suggestions, étaient l’intégration d’arbres en pot ou en pleine terre, de pelouses, mais aussi l’optimisation de la circulation piétonne au sein de structures végétales (jardins à la française) et l’intégration d’espaces polyvalents tels que des aires de loisirs ou des terrains de sport.

Images générées de la place Bellecour à Lyon selon différents aménagements. ©H2O’Lyon

Ces visuels jouent également un rôle essentiel dans la sensibilisation des citoyens et des responsables politiques aux effets du changement climatique et à son impact sur des espaces urbains emblématiques. Enfin, deux scénarios de catastrophes naturelles ont été générés : une simulation de sécheresse sur le lac du parc de la Tête d’Or et une autre d’inondation dans le quartier de l’Hôtel-Dieu.

Génération d’un scénario de sécheresse sur la lac de la Tête d’Or, Lyon. ©H2O’Lyon

Génération d’un scénario d’inondation à l’Hôtel-Dieu, Lyon. ©H2O’Lyon

Vers une gestion intelligente et responsable de l’eau

L’intelligence artificielle présente un fort potentiel, mais soulève également des défis majeurs, qui ne sont pas uniquement technologiques, mais aussi sociétaux et environnementaux. L’IA, fondée sur des algorithmes, hérite des biais des données utilisées pour son apprentissage. Si ces données sont incomplètes ou biaisées, les résultats peuvent être faussés. Un autre défi majeur est l’effet « boîte noire » : certains modèles d’IA manquent de transparence, rendant leurs décisions difficiles à expliquer, ce qui freine leur adoption en toute confiance. Ces limites alimentent des préoccupations sociétales et éthiques, notamment en matière de transparence et de confiance dans ces technologies.

À cela s’ajoute un enjeu environnemental, particulièrement pertinent dans le domaine des sciences de l’eau : par exemple, l’entraînement de ChatGPT-3 a consommé 1 287 MWh d’électricité, générant 552 tonnes de CO₂, soit l’équivalent de plus de 300 allers-retours Paris-New York !

Malgré ces défis, l’IA peut être une alliée stratégique, à condition d’être encadrée par des principes solides. Elle ne doit pas remplacer l’intelligence humaine, mais la compléter. Sa gouvernance et son développement nécessitent une supervision rigoureuse et des outils de contrôle adaptés. Pour cela, la communauté scientifique a identifié cinq piliers fondamentaux : la justice, pour garantir une représentation équitable des minorités ; l’explicabilité, afin de rendre ses décisions compréhensibles ; la robustesse, pour éviter erreurs et dérives ; la transparence, afin d’assurer un usage responsable ; et la protection des données, pour préserver leur confidentialité.

Quoi qu’il en soit, les sciences de l’eau n’ont pas fini d’évoluer !

Pour aller plus loin

• Regards croisés sur l’IA pour les sciences de l’eau : de la théorie à la pratique, École Universitaire de Recherche H2O’Lyon, rediffusion du webinaire de la Semaine de l’eau de l’École Universitaire de Recherche H2O’Lyon, 21 mars 2025.
• Regards croisés sur l’IA pour les sciences de l’eau : paroles d’étudiants, École Universitaire de Recherche H2O’Lyon, rediffusion du webinaire de la Semaine de l’eau de l’École Universitaire de Recherche H2O’Lyon, 18 mars 2025.

Ont participé au travail d’écriture de cet article, en collaboration avec Sonagnon Donald Boko, Romain Dopierala et Louis Estienne, étudiants du master 2 IWS (par ordre alphabétique) : Al Barazi Omar, Ayadi Aya, Bolitho-Cummins Frédérick, Deglon Thomas, Desire-Piombo Pia, Hainaut Niagara , Mezrar Ilyan, Nedelec-Spencer Gaëlle Anne, Keissy Léna, Petit Melina and Thiery Yaelle.