Au iiie siècle av. J.-C., les fondations de la cité tarbaise voient le jour, d'après les témoignages des vestiges exhumés du sous-sol. Par nécessité pour le commerce du sel, des marchands vraisemblablement aquitains cheminaient sur le piémont pyrénéen. Pour continuer leur route, ils devaient emprunter un gué afin de franchir l'Adour descendu de la montagne. Il était plus prudent de fractionner les charges pour franchir le gué à la suite duquel une pause était nécessaire. Le fond de la vallée était dominé par une émergence sablonneuse qui incita les hommes à s'y établir.
Antiquité
Puis, Tarba ou Turba connaît une colonisation romaine et se dote de villas antiques et de grands domaines agricoles, découverts notamment dans le quartier de l'Ormeau. L'existence d'un artisanat se vérifie par les restes d'ateliers de potiers et de tisserands. Le noyau urbain, quant à lui, assume des fonctions administratives et sera doté d'une église paléo-chrétienne dès le ive siècle.
Moyen Âge
Aux ve et vie siècles, sous l'effet des invasions barbares qui déferlent par vagues successives, la ville se rétracte autour du castrum, dont un vestige subsiste dans la cour arrière de la préfecture.
Vers 840, les Vikings mènent un raid dévastateur à la suite duquel l'évêque de Bigorre relève la ville en commençant par la cathédrale, appelée avec originalité, la Sède.
À la fin du xiie siècle, le comte de Bigorre s'installe dans son château fort de Tarbes, entraînant à sa suite la cour de justice. Puis la capitale de la Bigorre reçoit une sénéchaussée royale.
Deux maisons nobles fondent au xiiie siècle, hors les murs, l'une le couvent des cordeliers près de Carrère Longue, l'autre celui des Carmes au voisinage du Bourg Crabé.
À la fin des siècles médiévaux, la ville se compose de six bourgs fortifiés séparément, juxtaposés et alignés sur un axe ouest-est, dont le noyau primitif est ordonné autour de la cathédrale. On dénombre ainsi la Sède, Carrère Longue, Maubourguet, Bourg Vieux flanqué à l'est du château comtal, Bourg Neuf, Bourg Crabé, chacun entouré de ses propres murailles.
Durant les guerres de Religion, en 1569, les troupes de Jeanne d'Albret incendient la cathédrale, les couvents et autres églises ainsi que l'évêché. Malgré les destructions stratégiques pour tenter d'assurer la défense du Bourg Vieux, les habitants sont massacrés.
Époque moderne
Au xviie siècle, après la peste et les problèmes de logement des gens de guerre, Tarbes assure son renouveau avec la reconstruction du palais épiscopal en 1652 (hôtel de la préfecture aujourd'hui), la fondation d'un troisième hôpital en 1690 et de deux nouveaux couvents (capucins et ursulines). L'irrigation des terres et la force hydraulique utilisée par les artisans sont produites par le système de canaux dérivés de l'Adour.
Le xviiie siècle annonce un essor démographique, le développement de l'agriculture, de l'artisanat et du commerce. La ville s'étend et des quartiers nouveaux apparaissent (comme l'actuelle rue Maréchal-Foch). Ensuite, l'Assemblée constituante dont fait partie Bertrand Barère de Vieuzac (député de la Bigorre aux États Généraux) décide de la réforme administrative et Tarbes en bénéficie en devenant chef-lieu du département des Hautes-Pyrénées.
xixe siècle
Prérogatives d'un chef-lieu
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À partir de 1800, Tarbes devient le siège d'une préfecture (accroissement de son rôle administratif et de ses fonctions). En 1806, Napoléon Ier rétablit le haras national de Tarbes et à partir du cheval tarbais donne naissance à la race anglo-arabe. En 1859, Tarbes est reliée à Paris par voie ferrée.
Legs
Au xixe siècle, différents legs enrichissent les espaces publics tarbais… En 1853, Placide Massey lègue à la ville le jardin éponyme encore inachevé. En 1877, une donation de l'ancien maire Antoine Brauhauban est à l'origine de la construction d'une imposante halle portant son nom (ce bâtiment a cependant été détruit en 1970 pour y établir un parking aérien en dessous duquel continue à se tenir un marché animé, y compris le dimanche). La fin du xixe siècle voit encore l'élévation des deux fontaines (Quatre vallées et les Sources de l'Amour) de la place Marcadieu, héritage de la bienfaitrice Félicitée Duvignau.
Développement industriel
Après la guerre de 1870-1871, le général Verchère de Reffye transforme l'atelier expérimental de Meudon (transféré par train à Tarbes) en atelier de construction d'artillerie (appelé Arsenal par les Tarbais). Ainsi, Tarbes devient une ville industrielle et ouvrière mais affirme également sa vocation militaire par la construction des quartiers Larrey, Soult et Reffye.
xxe siècle
Pendant la Première Guerre mondiale, Tarbes intensifie sa production en artillerie du fait de son positionnement géographique en arrière-pays. Le maréchal Foch, commandant-en-chef de toutes les armées alliées, maréchal de France, de Grande-Bretagne et de Pologne, est né à Tarbes en 1851.
Pendant la Seconde Guerre mondiale, le 11 septembre 1940, Tarbes, située en Zone Libre, accueille l'École de cavalerie de Saumur, dénommée à l'époque "École d'application de la cavalerie et du train". C'est de cette école que sont issus les fameux "Cadets de Saumur" qui se sont illustrés par d’héroïques combats sur la Loire en juin 1940, avec d'autres unités françaises. Elle se réorganisera au Quartier Soult, aujourd'hui occupé par le 35e Régiment d'Artillerie Parachutiste, jusqu'à sa dissolution en novembre 1942. En effet, le 11 novembre 1942, les Allemands envahissent la zone libre à la suite du débarquement allié en Afrique du Nord. Le 27 novembre 1942, l’Armée d’Armistice est démobilisée. Tarbes étant en zone libre, désormais envahie, l'École est dissoute. Durant ces deux années passées à Tarbes, elle formera de nombreux officiers qui rejoindront plus tard les Forces Françaises Libres (FFL). L'École se reconstituera à Saumur (Maine-et-Loire), en 1945, sous l'appellation d’ École d’application de l’arme blindée et de la cavalerie devenue, en 2009, l'École de cavalerie (de Saumur). Le choix de Tarbes, en 1940, est lié à l'important Haras national de la ville et au "cheval tarbais" (aussi appelé cheval Navarrin) qui fut traditionnellement le cheval de la cavalerie française. Ce lien avec la cavalerie se retrouve, aujourd'hui encore, avec l'implantation à Tarbes, depuis 1961, du 1er régiment de Hussards Parachutistes, l'unique régiment français de cavalerie parachutiste, composé de blindés légers aérotransportables.
C'est aussi à Tarbes, le 2 octobre 1945, que le brigadier Mike Calvert, commandant les commandos SAS ("Special Air Service") britanniques , transfère les 3e et 4e régiments SAS, composés de volontaires français libres, de l'armée britannique à l'armée française. En effet, contrairement à une idée répandue, à la fin de la guerre, les SAS, sous commandement britannique, comprenaient deux régiments britanniques (1er et 2e SAS), deux régiments français (3e et 4e SAS) et un régiment belge (5e SAS). À noter que sur les 215 premiers engagés SAS français en 1942, seuls 22 étaient encore vivants en 1945. Le 3e SAS devint le 3e régiment de chasseurs parachutistes (3e RCP), le 4e SAS devint le 2e régiment de chasseurs parachutistes (2e RCP).
La Résistance civile fait également partie du quotidien de la ville de Tarbes, à qui la Croix de guerre a été attribuée. D'ailleurs, Maurice Trélut, maire "modéré" de Tarbes de 1935 à 1944, est mort déporté à Buchenwald pour avoir aidé de nombreux juifs, avec la complicité active des religieuses et du directeur de l'hôpital de la ville. Maurice Trélut a été reconnu " juste parmi les nations" par l'État d'Israël. Son nom est gravé sur le mur d'honneur du mémorial de Yad Vashem.
Après le retour de la paix, l'industrie est diversifiée, et on constate une expansion de la démographie, jusque dans les années 1980. L'Arsenal a progressivement disparu au fil des restructurations liées, notamment, à la disparition de l'URSS.
Cependant, Tarbes demeure une ville à fort caractère militaire avec la présence de ses deux régiments parachutistes: le 1er Régiment de Hussards Parachutistes (1er RHP) et le 35e Régiment d'Artillerie Parachutiste (35e RAP). régulièrement sollicités pour participer aux opérations extérieures (Opex).
xxie siècle
Aujourd'hui, Tarbes est devenue une ville universitaire dont l'activité principale relève désormais du secteur tertiaire. En effet, l'Arsenal, principale activité industrielle de la ville (3 150 salariés en 1987), a été fermé dans le cadre de la restructuration de l'industrie de défense. Le site a fait l'objet d'un réaménagement pour accueillir des activités industrielles et tertiaires. La ville a été fortement affectée, sur les plans économique et démographique, par cette fermeture non compensée par l'État.