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Hydrographiquement parlant, L'Orbe fait partie des rivières du bassin du Rhin. Elle prend sa source en amont de la station des Rousses (département français du Jura).
Elle traverse ensuite le lac du même nom, plan d'eau également alimenté par plusieurs biefs issus des eaux d'infiltration du Risoux et du Noirmont. Puis, passant la frontière, elle coule paisiblement dans la Vallée et vient former le lac de Joux.
À sa sortie à l'autre extrémité du lac, la rivière s'infiltre dans un véritable labyrinthe de fissures pour aboutir à la résurgence de Vallorbe quelques 200 mètres plus bas.
Traversant la Cité du fer, elle descend directement vers Le Day et son barrage, puis poursuit son chemin via Les Clées en direction d'Orbe. Après son passage à travers cette charmante bourgade, elle continue sa route pour faire sa jonction avec le Talent à Chavornay.
À partir de ce point elle devient la Thielle et se jette dans le lac de Neuchâtel à Yverdon-les-Bains.
Depuis fort longtemps, il existe une « Orbe supérieure » et une « Orbe inférieure ». Intuitivement, les habitants de cette région jurassienne avaient pressenti la liaison souterraine qui existe entre la Vallée de Joux et Vallorbe. L’Orbe supérieure prend naissance pour sa part au lac des Rousses, en France. La rivière s’écoule ensuite paresseusement en méandres (orb = courbe, cercle, orbite) avant de se jeter dans le lac de Joux. La Vallée de Joux est en réalité l’un des plus beaux « bassins fermés » que l’on puisse admirer en Europe centrale. Cette dépression a été créée lors du plissement du Jura, lorsque se sont formés les reliefs de la chaîne du Mont Tendre et du Risoux.
A l’extrémité du lac de Joux, (Le Pont) un autre phénomène géologique important intervient. Une gigantesque faille (ou décrochement) de direction Nord-Sud a déplacé une montagne entière (Dent de Vaulion) en travers de la vallée, et ainsi créé un véritable barrage naturel. On comprend aisément pourquoi les lacs ou glaciers (en période froide) ont pu s’établir et subsister à cet emplacement. On peut donc imaginer que l’eau remplisse toute La Vallée avant de s’écouler par le petit col de Pierre à Punex, entre Le Pont et Vallorbe.