Au sein de la famille Arnault, Dany, le fils aîné, disparaît sans explication. François Visconti, commandant de police usé par son métier et rongé par l'alcool, est chargé de l'enquête, alors qu'il peine déjà à s'occuper de son propre fils adolescent, mêlé à un trafic de drogue. Yan Bellaile, professeur particulier de Dany, apprend la disparition de son ancien élève et propose spontanément son aide au commandant. Mais plus l'enquête avance, plus Visconti se persuade que cet homme si empressé de collaborer en sait beaucoup plus qu'il ne le prétend.
Fleuve noir est l'adaptation du roman israélien Une disparition inquiétante de Dror Mishani, dont l'action, initialement située à Tel-Aviv, a été transposée à Paris pour les besoins du film. Après un retour à la télévision avec le téléfilm Soldat blanc, Erick Zonca, réalisateur révélé par La Vie rêvée des anges vingt ans plus tôt, cherchait à revenir au cinéma de genre avec un polar d'atmosphère. Il s'est fait conseiller plusieurs romans par des libraires avant de jeter son dévolu sur le texte de Mishani, qu'il a adapté avec la scénariste Lou de Fanget Signolet.
Le film est accueilli très fraîchement par la grande majorité des médias. Le Monde résume sa déception en estimant que Fleuve noir accumule les clichés du genre et que Vincent Cassel cabotine jusqu'au grotesque, tandis que Télérama publie une critique en Pour/Contre soulignant que rien ne fonctionne vraiment dans ce polar jugé glauque et peu crédible. La performance très expressive de Vincent Cassel, ainsi que celle de Romain Duris en professeur trouble, divisent profondément la critique entre ceux qui saluent leur engagement total et ceux qui y voient un exercice de cabotinage. Le public se montre également partagé, avec une note moyenne de 3 sur 5 sur AlloCiné, certains spectateurs saluant un casting de rêve et un scénario efficace, d'autres jugeant le film confus et mal maîtrisé.
Le rôle du commandant Visconti devait initialement être interprété par Gérard Depardieu, qui a officiellement quitté le tournage au bout de trois jours à la suite d'une hospitalisation. Vincent Cassel a alors été engagé en urgence pour le remplacer, arrivant directement du Brésil et endossant le rôle du jour au lendemain sans aucune préparation préalable. Erick Zonca raconte avoir instauré un code avec Cassel sur le plateau : lorsqu'il jugeait que l'acteur pouvait se libérer davantage, il lui glissait simplement le nom de son personnage, "Visconti !", signal pour enchaîner une nouvelle prise plus expressive et sans retenue.
Le film explore l'alcoolisme et l'usure professionnelle d'un policier rongé par son métier, la relation père-fils fragilisée par l'absence et le trafic de drogue adolescent, l'ambiguïté trouble d'un adulte fasciné par un jeune élève, ainsi que les faux-semblants et les non-dits qui structurent l'enquête.
Le titre "Fleuve noir" emprunte son nom à la célèbre collection de littérature policière française, référence directe au genre du polar noir dans lequel s'inscrit pleinement le film, tout en évoquant métaphoriquement le flot trouble et inexorable des secrets qui remontent à la surface au fil de l'enquête.
La Vie rêvée des anges (1998, Erick Zonca) et Elle (2016, Paul Verhoeven), autre thriller psychologique français à l'atmosphère trouble et dérangeante.