DE LA PERMÉABILITÉ DU SOL

PAR

R SEELHEIM.

Les dépôts meubles marins et fluviatiles, qui doivent leur origine aux roches cohérentes désagrégées par des actions mécaniques et chimiques sous l’influence de l’eau, forment une grande partie de nos côtes, entourent comme d’une large ceinture les bords de nos fleuves, et recouvrent même, sur une étendue et une profondeur plus ou moins grandes , une notable portion de la surface terrestre tout entière.

Les éléments minéraux qui constituent ces dépôts ne sont pas unis en une masse continue, mais laissent entre eux, suivant leurs dimensions et leur nature, des intervalles plus ou moins considérables, qui communiquent les uns avec les autres et qui sont traversés ou pénétrés par l’eau.

Ces phénomènes, qu’on peut comprendre sous le nom de perméabilité, attirent à plus d’un titre notre attention. Si l’on considère que les roches cohérentes sédimentaires et même certaines roches cristallines sont provenues de semblables dépôts, on ne saurait nier qu’il importe , comme point de départ de toute notion exacte concernant le mode de formation de ces roches, de connaître les lois suivant lesquelles l’eau pénètre les dépôts en question ; car l’eau est l’élément mobile , sans l’intervention duquel aucune action chimico-géologique ne s’accomplit.

Archives Néerlandaises, T. XIY. 25'^'

Mais la perméabilité nous intéresse aussi, à un haut degré, sous le rapport pratique. La construction des digues au bord de la mer, autour des polders et le long des canaux, se fait aujourd’hui d’après des règles empiriques, non appuyées sur la théorie; parfois même elle s’exécute, pour ainsi dire, à l’aventure. Armé de la connaissance des lois de la perméabilité, on pourra mieux déterminer les conditions les plus favorables à la défense du sol contre l’envahissement des eaux. Pour le forage des puits artésiens, pour la filtration des eaux, en grand ou en petit , enfin pour les opérations agricoles elles-mêmes , cette connaissance sera également d’une incontestable utilité.

J’ai cherché, en premier lieu, à m’éclairer par l’étude de ce qui a été écrit sur cette matière.

Quelques expériences ont été faites par M. Darcy^) au sujet de la perméabilité des couches de sable dans les appareils à filtrer l’eau. Elles ont conduit à ce résultat, que la perméabilité des couches de sable est proportionnelle à la hauteur de la colonne d’eau qui pèse sur elles et inversement proportionnelle à l’épaisseur de la couche qui doit être traversée ; ensuite , que la vitesse du passage dépend de la grosseur des grains de sable.

Ces résultats ont été confirmés en partie seulement par les recherches de M. Hagen ^). Cet observateur, en effet , a apprécié de la même manière que M. Darcy l’influence de l’épaisseur de la couche, mais il n’a pas trouvé un rapport constant entre la quantité d’eau transmise et la hauteur de pression h -j- H ^ h désignant l’épaisseur de la couche de sable et H la hauteur du niveau de l’eau au-dessus de la surface de cette couche. Ses observations s’accordent avec une expression de la forme

h-^Hz=zx-^Mh,z^ où l’on a trouvé a;z=l,5.

■) Les fontaines publiques de la ville de Lyon, par Henri Darcy, Paris, 1856.

J. Dupuit, Traité théorique et pratique de la conduite et de la distribution des eaux, Paris, 1865.

*) Handbuch der fVasserbaukunde , Berlin, 1869.

La valeur la plus probable de la quantité d’eau qui passe par pouce carré (mesure du Rhin) , dans l’espace d’une minute , est , exprimée en pouces cubes ,

Les quantités d’eau que fournissent des bassins de filtration tels que les a construits M. Darcy sont , d’après M. Hagen , beaucoup plus petites que celles trouvées par lui-même.

Le dernier expérimentateur qui s’est occupé de ce sujet est M. P. Harting ^). De ses expériences, continuées pendant plusieurs années et ayant porté sur le sable et l’argile , il ressort que la vitesse de passage n’est pas constante , mais que , même après avoir été traversées par l’eau pendant des mois entiers, les couches subissent encore une condensation.

M. Harting n’a pas déduit de résultats numériques de ses recherches.

Quelques objections ont été faites à ce travail par M. F. J. Stieltjes ; il est inutile de les détailler ici , vu que , en ce qu’elles ont de fondé , elles trouveront plus loin leur explication naturelle.

Comme les recherches que je viens de mentionner étaient incomplètes et se contredisaient en partie , je résolus de soumettre la question à une étude nouvelle, faite avec tout le soin possible. Les résultats de cette étude sont exposés dans ce qui suit.

Les matières sur lesquelles j’ai opéré ont été tirées du sol néerlandais et comprennent le sable , le calcaire et l’argile. Ces trois substances et leurs mélanges constituent les éléments principaux et constants du sol, tandis que les autres éléments n’y jouent qu’un rôle accessoire et ne s’y trouvent qu’en petite quantité; plusieurs de ceux-ci , tels que les éléments organiques , par exemple , semblent d’ailleurs se prêter moins bien à une étude de ce genre , à cause de leur composition très variable et très complexe.

*) V erslagen en Mededeelinqen der Kon. Akad. van WetenscTi. Afd. Natuurk., 2e Sér., t. XIII.

*) Versl. en Meded., t. XII, 2e cahier.

Tout d’abord, il est évident que les recherches ne peuvent conduire à des résultats utiles que si l’on opère sur des matières purifiées. Celles-ci peuvent ensuite être mêlées ensemble , de manière à reproduire environ la composition des mélanges naturels.

La purification a eu lieu de la manière suivante. Le sable était mis à digérer avec de l’acide chlorhydrique concentré , pour décomposer le carbonate de chaux et les combinaisons silicatées solubles; il était alors lavé, bouilli avec une solution de carbonate de soude , et lavé de nouveau. Après l’avoir séché , on le fondait avec du bisulfate de potasse pour le débarrasser de l’argile , puis on le lavait, on le faisait bouillir avec une lessive de potasse , on le lavait de nouveau, on le séchait, enfin on le calcinait pour détruire la matière organique. Ces opérations n’altèrent en rien le sable lui-même , et il n’est guère possible d’enlever d’une autre manière les impuretés , qui adhèrent avec force. Même après ce traitement, toutefois, le sable n’est pas encore chimiquement pur, car on y trouve toujours quelques grains de hornblende et , çà et là , une lamelle de mica. Mais , pour le but que je me proposais, cela n’avait que peu d’importance. Le sable purifié était passé par une série de tamis et partagé ainsi en quatre lots, dans chacun desquels les grains avaient la même grosseur, du moins autant que cette égalité peut être obtenue au moyen de tamisages.

L’argile devait également subir une purification. Non-seulement, ce que l’on nomme habituellement argile est souvent un mélange d’argile, de sable, de calcaire et d’autres matières, mélange où l’argile véritable n’entre parfois que pour un dixième de la masse ; mais , de plus , cette argile proprement dite est elle-même , soit dès son origine , soit à raison de phénomènes de décomposition postérieurs , mêlée , en proportions très inégales , à une série de silicates différents. Lorsque ceux-ci ont aussi été éliminés, l’argile qu’on trouve en Hollande a ordinairement la composition normale: Al^ O, , 2 Si 0^ H- 0 *).

') Voir mon Mémoire: De yrondborinyen in Nederland. Kon. Akad.v, Wetensch

L’argile dont je me suis servi avait été purifiée par des traitement successifs à l’acide et à l’alcali et par la lévigation ; séchée ensuite à 60^, elle présentait à l’analyse la composition suivante :

acide silicique 45,54

alumine 38,77

eau 15,69

qui répond à la formule Al^ O3 , 2 Si 0^ 4- 2,3 O.

Si l’on employait, au contraire, de l’argile impure, la perméabilité trouvée ne s’appliquerait qu’à ce mélange particulier , et , même pour ce mélange , n’aurait qu’une valeur médiocre , attendu que , dans les tubes où l’on opère , les particules peuvent prendre un arrangement différent de celui qu’elles avaient dans le gîte naturel. Pour découvrir une loi dans les phénomènes de perméabilité de l’argile , ce serait donc suivre une voie très impropre que d’expérimenter sur des mélanges impurs , de composition inconnue.

En ce qui concerne le calcaire, enfin, on a fait choix de la craie , parce que c’est ordinairement de cette roche que provient le carbonate de chaux existant dans le sol de la Néerlande. Toutefois, la craie aussi a été débarrassée autant que possible, par l’ébullition avec une lessive de potasse et par la lévigation, de la silice et d’autres matières étrangères.

Dans l’étude expérimentale je me suis posé les questions suivantes :

En ce qui concerne le sable:

1. La quantité d’eau que laisse passer le sable est-elle, à conditions égales, toujours la même?

2. Comment cette quantité dépend-elle de la hauteur de la colonne d’eau qui pèse sur le sable?

3. Comment dépend-elle de l’épaisseur de la couche sableuse traversée ?

4. Comment dépend-elle de la section verticale de la couche traversée , et les parois des tubes où l’on opère ont-elles quelque influence sur cette quantité?

5. Comment la quantité d’eau transmise dépend-elle de la température de cette eau?

6. Comment dépend-elle de la grosseur des grains de sable, ou de la grandeur des interstices qu’ils laissent entre eux?