La superficie du bassin est de 20 000 km², soit 3,6 % du territoire métropolitain. Le bassin compte 8000 km de rivières, dont 1000 km de voies navigables.
L’écoulement des eaux du bassin se fait à partir de l’axe topographique principal du Boulonnais à l’Avesnois.
Les collines de l’Artois d’une altitude moyenne de 150 m forment un axe topographique allant du Boulonnais à l’Avesnois qui sépare :
- au nord, les cours d’eau qui versent directement ou indirectement dans la Mer du Nord : l’Aa, la Lys, l’Escaut et la Sambre
- au sud, les cours d’eau qui versent dans la Manche : la Canche, l’Authie et la Somme.
Les cours d’eau du Boulonnais appartiennent à l’entité particulière appelée “Boutonnière du Boulonnais”, affleurement jurassique sous le crétacé, relativement imperméable, encadré par des cuestas, côteaux calcaires.
Quelques secteurs se distinguent par une densité très forte du réseau hydrographique : la Flandre maritime avec l’appendice du marais de Saint-Omer, les bas-champs picards, les basses plaines de la Lys et de la Scarpe.
Les canaux de liaison permettent les transferts d’eau d’un bassin dans le bassin voisin.
Seuls la Liane, la Canche, l’Authie, la Slack et le Wimereux sont hydrauliquement indépendants. Cependant, la Somme n’est reliée à l’Escaut que par deux canaux de navigation à bief de partage et dépourvus de tout dispositif spécifique de transfert d’eau significatif.
Ce relief, pourtant de faible amplitude, joue un rôle capital dans la répartition des précipitations. Celles-ci, en moyenne de l’ordre de 700 à 750 mm par an, peuvent être très variables selon les années et le lieu.
Les secteurs les plus arrosés se situent sur les plateaux du Haut Boulonnais et du Haut Artois ainsi que sur les contreforts des Ardennes à l’extrême Est de la région. Les autres secteurs peuvent être jusqu’à deux fois moins arrosés.
Le sous-sol crayeux du bassin Artois-Picardie favorisant l’infiltration, les débits des rivières sont relativement faibles par rapport à la surface des bassins versants. Cependant, la faiblesse de ces débits, la simplicité d’une alternance saisonnière des hautes eaux d’hiver et des basses eaux d’été, et la pondération des débits par les réserves souterraines ne doivent pas masquer la grande irrégularité dans le temps et la grande diversité dans l’espace des comportements hydrologiques.
En effet, les crues sont rapides dans les bassins où la concentration du ruissellement est rapide à cause des pentes et de la nature du sol : le Boulonnais, l’Avesnois, le bassin de l’Yser.
D’amples inondations affectent les vallées larges et plates de la Sambre, de l’Escaut, de la Lys moyenne et de la Somme aval particulièrement à la fin de l’hiver quand la charge des nappes alluviales et souterraines est maximale.
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