Les épisodes de crue sont de plus en plus soudains et intenses, alors que le réseau de stations hydrométriques reste souvent trop clairsemé pour offrir une vision continue de ce qui se passe dans les bassins versants. Les stations virtuelles viennent combler ce vide : ce sont des points “numériques” sur la rivière où l’on estime en continu le débit ou la hauteur d’eau à partir de modèles, de données météo et de télédétection. Elles ne disent pas, à elles seules, “quand” la crue aura lieu, mais fournissent la matière première hydrologique – débits et niveaux simulés – que les usagers transforment ensuite en seuils de crue et règles d’alerte dans leur système d’alerte précoce. En densifiant artificiellement le réseau d’observation, les stations virtuelles permettent de suivre la montée des eaux sur des centaines de tronçons, d’anticiper la propagation des vagues de crue et de mieux cibler les zones à risque, même dans les régions peu instrumentées.
Les stations virtuelles permettent de “voir” les crues arriver plus tôt, plus loin et sur beaucoup plus de tronçons de rivières qu’avec les seules stations physiques, ce qui renforce fortement la prévision des crues et l’alerte. En s’appuyant sur la télédétection, la modélisation hydrologique et l’intelligence artificielle, les stations virtuelles transforment un réseau hydrométrique souvent lacunaire en un système de surveillance continu, capable d’anticiper les montées de débit de quelques heures à plusieurs jours.
Une station virtuelle est un point de la rivière où l’on estime en continu le débit ou la hauteur d’eau à partir de modèles et de données d’observation, sans capteur physique permanent installé sur place. Une station virtuelle fournit ainsi des séries temporelles de débit ou de niveau équivalentes à celles d’une station de jaugeage, mais générées par des algorithmes nourris de données météo, de télédétection et de mesures de référence.
Il faut souligner qu’une station virtuelle, en elle‑même, ne “sait” pas quand la crue aura lieu : une station virtuelle produit des débits ou hauteurs simulés ou analysés, et c’est à l’usager du service de définir ce qui constitue un débit ou un niveau de crue grâce aux fonctionnalités du système d’alerte précoce (seuils, règles d’alerte, scénarios de risque).
La première étape consiste à découper le bassin en sous‑bassins et tronçons de rivière, à partir de modèles numériques de terrain et de bases de données hydrographiques, afin de positionner des stations virtuelles stratégiques sur un grand nombre de sections. Vient ensuite la mise en place des modèles pluie‑débit et fonte des neige semi‑distribués et de schémas de propagation qui transforment les prévisions météorologiques en débits futurs à chaque station virtuelle.
Ces modèles sont calibrés à partir de stations physiques existantes, d’analyses de crues passées et de données satellites pour reproduire au mieux la dynamique hydrologique du bassin. Une fois opérationnels, ces modèles peuvent produire des prévisions continues sur l’ensemble du réseau, y compris sur des tronçons dépourvus d’instrumentation.
Les satellites fournissent des hauteurs d’eau (altimétrie radar), des cartes d’extension des crues (imagerie radar type Sentinel‑1) et des précipitations quasi temps réel, qui alimentent ou recalent les modèles aux stations virtuelles, surtout dans les zones peu ou pas jaugées. Ces observations complètent ainsi les quelques stations au sol et permettent de mieux capter la spatialisation des épisodes pluvieux extrêmes et de leurs impacts sur les débits.
Intégrées dans des “jumeaux numériques” de bassin ou de territoire, les stations virtuelles deviennent des briques d’un environnement numérique où données in situ, données aéroportées, télédétection et modèles hydrologiques/hydrodynamiques sont connectés dynamiquement pour simuler de multiples scénarios de crue. Les décideurs peuvent alors tester virtuellement l’effet de différentes pluies, manœuvres d’ouvrages ou aménagements sur les débits simulés aux stations virtuelles.
Les stations virtuelles densifient artificiellement le réseau d’observation : au lieu de quelques stations physiques par bassin, on dispose de dizaines ou centaines de points où l’on suit la montée des eaux et l’évolution des pics de crue le long du réseau. Cette densification permet de mieux comprendre où et quand les vagues de crue se forment, se combinent ou se dissipent, et de cibler finement les zones à risque.
En assimilant en continu les observations disponibles (débits mesurés, hauteurs d’eau altimétriques, cartes d’inondation), les modèles à la base des stations virtuelles corrigent leurs biais et réduisent les incertitudes sur le timing et l’amplitude des crues prévues. Les prévisionnistes peuvent ainsi disposer de courbes de débit plus fiables pour alimenter leurs bulletins, leurs cartes de vigilance ou leurs modèles hydrodynamiques 1D/2D.
Des modèles d’intelligence artificielle, comme les réseaux de neurones récurrents, peuvent être couplés aux stations virtuelles pour ajuster dynamiquement certains paramètres hydrologiques en fonction de l’historique de débit et des nouvelles observations. Les modèles d’intelligence artificielle, typiquement des réseaux de neurones non récurrents, aident à capturer des comportements non linéaires, des réponses spécifiques à certains sous‑bassins ou des changements progressifs liés au climat ou à l’occupation du sol.
La performance des stations virtuelles est suivie via des indicateurs tels que le Normalized Nash‑Sutcliffe Efficiency (NNSE) et différents scores d’erreur, en les comparant régulièrement aux stations physiques quand elles existent. Cette boucle d’évaluation–amélioration permet de fiabiliser progressivement les prévisions de crues d’une saison à l’autre.
Pour les services de prévision, les opérateurs de réseaux ou les autorités locales, les stations virtuelles offrent plus de points de vigilance, des horizons d’anticipation prolongés et une meilleure couverture des zones à enjeu, y compris en régions mal instrumentées. Les stations virtuelles deviennent des “capteurs numériques” au service de la chaîne d’alerte, sur lesquels les utilisateurs peuvent définir des seuils de vigilance, de pré‑alerte et d’alerte en débit ou en hauteur.
Concrètement, ce sont les usagers du système – services de prévision, gestionnaires de barrages, collectivités, PC de crise – qui paramètrent les niveaux de crue pertinents à partir des débits ou hauteurs fournis par les stations virtuelles et des fonctionnalités de la plateforme d’alerte (seuils configurables, règles d’escalade, liaisons vers SMS, mails, API, etc.). Les stations virtuelles fournissent la “matière première” hydrologique, tandis que l’intelligence métier (seuils, scénarios de risque, protocoles d’alerte) reste entre les mains des utilisateurs pour déclencher les bonnes actions au bon moment.
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Les stations virtuelles révolutionnent la prévision des crues en transformant la gestion hydrométrique traditionnelle. Grâce à leur capacité à fournir en continu des estimations de débit et de hauteur sur un large réseau de tronçons, elles offrent une couverture et une anticipation inédites, même dans les zones peu instrumentées. Leur intégration aux systèmes d’alerte précoce permet aux usagers de définir précisément les seuils de crue et d’adapter leurs réponses en temps réel. En combinant modèles avancés, télédétection et intelligence artificielle, les stations virtuelles deviennent un outil indispensable pour renforcer la résilience des territoires face au risque inondation.
