EAUX DE FLEUVE ET DE RIVIÈRE
Qualités des eaux de fleuve et de rivière. — Si le fond du cours d’eau est établi sur un terrain granitique, les eaux contiennent une moins grande proportion de matières solubles que si le lit est dans un terrain d’alluvions. Le sol exerce donc sur les eaux une certaine influence et ces eaux à leur tour peuvent avoir sur le sol une action destructive en raison des sels qu’elles contiennent en dissolution. 11 y a là une attaque chimique et mécanique dont le résultat est l’entraînement par l’eau d’une masse plus ou moins considérable de limons et d’alluvions.
Certains fleuves roulent avec eux une énorme quantité de matières en suspension; il suffit de citer le Gange qui entraîne pendant la saison d'hiver 446 grammes de matières solides par mètre cube; en été 217 grammes, et dans la saison des
pluies 1943 grammes. Le Mississipi contient en dissolution ou en suspension 803 grammes de matières solides par mètre cube d'eau. Le fleuve Jaune en Chine : 5 kilog. par mètre cube. Enfin le Nil entraîne lk,58 de matières en suspension par litre d'eau ; eu égard au volume du fleuve, ceci représente 377,000 mètres cubes de matières solides entraînées chaque jour vers la mer.
Quelquefois ces matières entraînées sont tellement tenues qu'il est impossible de les séparer par filtration.
En France le Rhône débite annuellement 54,236 millions de mètres cubes d’eau et charrie environ 21 millions de mètres cubes de limon.
La Loire contient 225 à 230 grammes de limon par mètre cube.
La Seine dans la saison des fortes crues entraîne par mètre cube jusqu'à 500 grammes de limon.
Enfiu la Durance en temps ordinaire charie 280 grammes de matières terreuses par litre; au moment des grandes crues cette quantité s’élève à 4k, 18.
Quant aux matières solubles contenues dans les différentes eaux de fleuves ou de rivières leur poids par litre peut varier dans des limites assez étendues comme le montre le tableau suivant. La quantité d'éléments varie également suivant lepoint du parcours du fleuve où on puise l’eau.
NOMS DES VILLES
Rhône (Lyon! .
Moselle (Metz) .
Garonne (Toulouse) .
Saône (Lyon) .
Maine (Angers) .
Seine avant sa jonction avec la
Marne .
Marne avant sa jonction avec
la Seine .
Doller (Mulhouse) .
Isère (Grenoble) .
du résidu p;,r
litre dYau
NOMS DES VILLES
du résidu par
litre d'eau
grammes.
grammes.
Vesle (avant Reims) .
o.i te
Vienne (Troves) .
Doubs (Besançon) .
Rhin (Strasbourg) .
Escaut Comblai) .
Deule (avant Lille; .
Loire (Firminy) .
Lvs près Ménin .
Tamise (Greenwich) .
Tibre (Rome). . . - .
Le carbonate de chaux forme la majeure partie des sels dissous.
Voici la proportion de carbonate de chaux contenue pour 100 parties de sels dissous, dans quelques eaux de tleuve.
NOMS DES VILLES
PàOi’OHTIO.N
do
carbonate de chanz dans luü parties de
principes dissous.
Rhône .
Seine .
Danube .
Rhin .
Loire .
Tamise .
Les eaux de rivières contiennent aussi des phosphates et enfin une petite quantité d'iode.
DISTRIBUTIONS D EAUX
Les matières organiques qui existent dans ces eaux proviennent des egoûts, des places aquatiques, qui se détruisent après avoir vécu et cèdent aux eaux des produits ammoniacaux, enfin des animaux qui vivent dans l eau douce l^ décomposition de ces matières constitue une cause d insalubrité e dans certains cas il faut prendre des précautions toutes spéciales pour desinfecter 1 eau a s nue nous le verrons plus tard, en parlant des travaux exécutés dans ce but a Londres et à Paris. En tous cas les eaux chargées de ces matières organiques sont tout à fait impropres à l'alimentation, elles occasionnent à ceux qui boivent journellement des maladies sérieuses. j
En résumé les eaux des fleuves et des rivières prises en dehors des grands centres de population et convenablement filtrées sont considérées comme excellentes pour la boisson et les usages domestiques et industriels.
Bien qu’en principe les eaux de source leur soient préférables, cependant piesque toutes les grandes villes sont approvisionnées par les cours deau qui les
lr: Dansas centres importants, la solution la plus satisfaisante consiste souvent
à organiser deux services. , ,
L’un pour les eaux de source généralement peu abondantes et qu on reseive
aux usages domestiques. .
L'autre pour les eaux de rivière qu'on emploie aux usages grossiers du nettoyage des voies publiques, etc. et dont on peut augmenter facilement le
volume disponible. , . ,
La température de ces eaux est presque toujours un peu supérieure à celle de l’air quelle que soit la saison, elles ne sont donc pas aussi fraîches que les eaux de source, mais par contre, elles sont plus aérées.
La dérivation des eaux de rivière n’offre rien de bien particulier. Les ouvrages de prise d'eau en rivière consistent en l’établissement de barrages places en tete des dérivations dans le cas où la prise est établie au-dessus de la ville. On amène l’eau par un canal de dérivation à la hauteur convenable.
On peut encore avoir recours à des conduites souterraines en maçonnerie ou en métal, à des ponts aqueducs ou à des tubes siphons pour le franchissement
des vallées. , ,
Dans ces divers cas nous supposons qu’on a pu amener les eaux dans les réservoirs de distribution par leur pente naturelle; mais il arrive souvent que le niveau du cours d'eau est inférieur à celui des réservoirs de distribution ou que ce cours d’eau est séparé de ces réservoirs par un faite. Il faut alors avoir recours à des appareils élevatoires consistant en des pompes mues par des machines à vapeur ou par des machines hydrauliques (roues ou turbines) actionnées par des chutes d’eau. Les eaux sont alors refoulées dans des conduites fermées. L’étude de ces différents moteurs fait 1 objet d une division spéciale à laquelle nous renvoyons le lecteur.
Filtration des eaux de fleuves et de rivières. — Ce qui doit nous occuper tout spécialement, c’est l'examen des divers systèmes employés pour filtrer les eaux d'un fleuve ou d’une rivière distribuées comme eaux potables dans un
centre de population. ,. .
Cette opération du filtrage s’impose nécessairement, les eaux courantes étant troubles en toutes saisons, comme nous l’avons vu plus haut.
Il est fort simple de filtrer une petite quantité d'eau ; mais le problème devient beaucoup plus difficile quand il s agit 'de masses considérables.
En effet, si on compte sur la clarification naturelle en abandonnant 1 eau au repos dans des réservoirs, l’opération demande un temps très-long. Ainsi les eaux de la Seine et de la Garonne ne deviennent entièrement limpides qu au bout de
HYDRAULIQUE
12 jours d'immobililé. 11 faut 15 jours de repos pour clarifier l'eau de la Loire en temps ordinaire et 3 ou 4 semaines en temps de crues.
Outre la nécessité d'avoir des réservoirs immenses, la clarification spontanée entraîne des inconvénients sérieux. Ainsi l’eau stagnante au contact de l'air pendant l’été acquiert une odeur désagréable, et il s'y développe des végétaux cryptogames qui lui communiquent des propriétés nuisibles.
Les réservoirs de décantation ne sont donc propres qu'à débarrasser les eaux des particules les plus grossières; pour opérer la clarification complète il faut faire usage de filtres pouvant retenir les matières très-tenues qui sont entraînées, et absorber les principes nuisibles. Malheureusement en privant les eaux des gai nuisibles, les filtres absorbent en même temps ceux qui sont nécessaires.
Ces considérations suffisent à montrer la complication du problème.
Deux grands systèmes de filtration peuvent être employés pour la clarification des eaux publiques :
La tiltration naturelle et la filtration artificielle.
Le choix à faire entre ces deux systèmes dépend des circonstances où l'on se trouve placé.
Filtration naturelle. — La méthode de la filtration naturelle qui consiste à se servir comme corps filtrants des sables et des graviers avoisinant les cours d'eau et constituant leur lit, ne réussit que si la rivière a une forte pente, comme la Garonne à Toulouse, le Rhône à Lyon et à Tarascon, le Danube à Vienne. Dans le cas contraire on 'choisit la filtration artificielle.
Chacun de ces systèmes présente d’ailleurs des avantages et des inconvénients particuliers, ainsi que le fait ressortir M. Aristide Dumont dans une note lue à l’Académie des sciences, et dont nous reproduisons les principaux passages :
« Si dans la filtration naturelle le nettoyage du filtre n’est point nécessaire, s’il est effectué par la rivière, en compensation on n’est point maitre d’augmenter à volonté la pression sur les filtres; cette pression diminue à mesure que la rivière se rapproche de son étiage, en sorte que le volume filtré est d'autant moins considérable que cette dernière est plus basse. Dans la filtration artificielle il faut, de temps en temps il est vrai, nettoyer les filtres, mais cela n’entraîne pas à des frais considérables. La pratique possède aujourd’hui deux moyens de nettoyage facile et consacrés par une longue expérience; ces deux moyens sont :
f° le ralelage à bras d'homme des légères couches de limon déposées sur la superficie des filtres;
2° L’établissement d’un courant en sens inverse, en faisant arriver l’eau à la partie inférieure de ces même filtres.
Quelquefois ces deux moyens de nettoyage sont employés simultanément, comme à Paisley en Écosse; le simple ralelage des couches supérieures est en usage dans un grand nombre d’établissements en Angleterre.
Des expériences positives ont démontré :
1° Que le volume d’eau qui passe à travers une couche de sable est proportionnel à la pression et en raison inverse de l’épaisseur;
2" Qu’après le passage d’un grand volume très-chargé de matières en suspension, ces dernières quelle que soit leur ténuité, ne pénètrent pas au-delà d’une épaisseur de 2 centimètres et qu’à 15 centimètres il est impassible de découvrir la moindre souillure du sable.
Ce dernier fait explique pourquoi les filtres naturels ne s’engorgent jamais, parce^ que cette mince couche, se déposant sur le fond du lit de la rivière est
DISTRIBUTIONS D'EAUX
sans cesse nettoyée et renouvelée par le courant; il démontre aussi qu’il est inutile de donner à la couche de sable des filtres artificiels une épaisseur de plus de 20 centimètres, pourvu qu’on ait soin de renouveler la surface de temps en temps; qu’il est possible de réduire la couche de support du sable à quelques centimètres. »
Comme prix de revient de clarification opérée sur une grande échelle on pea fixer la moyenne suivante :
La filtration artificielle ne revient, dans plusieurs grands établissements qu’à
-j^-de centime par mètre cube, y compris tous les frais annuels de main
d’œuvre, renouvellement de couches filtrantes, élévation d’eau sur les filtres, intérêts des sommes dépensées pour la construction des appareils.
Telle que M. Aristide Dumont l’a réalisée à Lyon, la filtration naturelle
coûte -j-j- de centime.
Si on recherche le prix moyen de l’élévation de l’eau on trouve que pour élever 1 mètre cube d’eau à 50 mètres de hauteur il ne faut pas dépenser plus de 1 centime et que cette dépense croît peu avec la hauteur.
De ce qui précède, M. Aristide Dumont conclut que :
1° Les grandes villes ne doivent pas demander leurs eaux à une seule source d’approvisionnement, et que lorsqu’elles dérivent des sources, il est avantageux de spécialiser ces dernières aux seuls besoins domestiques, en leur affectant une canalisation spéciale;
2° Que l’emploi rationnel des machines et des moyens de filtrage naturel ou artificiel, suivant les cas particuliers où l’on se trouve, mais moyens toujours possibles, économiques, applicables aux eaux de toutes les rivières, ouvre aux distributions d’eaux des sources d’approvisionnement indéfinies, élastiques, essentiellement économiques, toujours appropriées aux véritables besoins à satisfaire ;
3° L’élévation et la clarification artificielle des eaux, opérées en masse et économiquement, sont une conquête de l’industrie, tandis que les dérivations de sources ne constituent que la répétition d’un procédé employé par les civilisations primitives et qui ont toujours pour effet de priver certaines contrées des eaux qui leur sont nécessaires; il convient donc de les limiter autant que possible;
4° Qu’au point où la pratique est parvenue aujourd’hui, la filtration artificielle est presque aussi économique que la filtration naturelle; qu’elle a de plus l’avantage d’être plus élastique, de pouvoir être mieux réglée d’après les besoins, de n’être point soumise aux caprices d’un fleuve dont on n’est pas toujours maître.
Nous ferons suivre ces considérations générales de la description des divers travaux exécutés pour le filtrage naturel des eaux de la Garonne à Toulouse, de la Loire à proximité d’Angers, du Rhône à Lyon et à Beaucaire.
t° Les galeries de filtration des eaux de la Garonne à Toulouse ont les dispositions suivantes :
L’une de ces galeries placée parallèlement au fleuve à une distance moyenne de 40 mètres a une longueur de 250 mètres, son fond est à 1“,14 au-dessous des plus basses eaux de la rivière.
Les eaux filtrées arrivent dans un aqueduc en briques superposées sans ciment et recouvert de dalles en pierre. Les dimensions de cet aqueduc sont
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intérieurement: 0,60 de largeur; lm,50 de hauteur. Il est entouré de gros cailloux lavés et recouverts par une couche de graviers de 66 cent, d épaisseur, on a remblayé ensuite l’excavation avec de la terre sablonneuse et on a semé du gazon à la surface, fig. 2.
Cette galerie fournit 2,800 mètres cubes d'eau par jour, soit 20 mètres cubes par mètre carré de surface totale.
2° La galerie de filtration des eaux de la Loire près d Angers est creusée dans
une lie qui contient un des quartiers de la petite ville de Ponts de Cé. Elle donne une eau fraîche et limpide.
3° A Lyon, les eaux du Rhône sont également clarifiées au moyen d un filtre naturel creusé dans le lit du Meuve.
La galerie de filtration établie tout d'abord avait 120 mètres de longueur et
Fig. 3. — Galerie de (iltralion des eaux du Kinine à Lyon.
5 mètres de largeur dans œuvre; elle était couverte par une voûte supportée par deux culées fondées à 3 mètres en contre-bas de l’étiage, et présentait une surface filtrante de 600 mètres carrés, fig. 3.
Cette première galerie ayant été insuffisante on pratiqua un puisard ou premier bassin filtrant contigu à la galerie précédente, et ayant une longueur intérieure de 44 mètres et une largeur dans œuvre de 38ra,30.
Ce bassin fut creusé à 3 mètres en contre-bas de l’étiage, il fut couvert par une série de voûtes d'àrêtes en maçonnerie de moellons, supportées par des piliers de même maçonnerie et par des culées fondées seulement au niveau de l’étiage. Les talus furent maintenus au moyen d'un perré en pierres sèches incliné à 43° et qui se prolonge jusqu’au plafond; ce puisard étant séparé du
DISTRIBUTIONS D'EAUX
Rhône par la galerie Je filtration il ne peut recevoir que des eaux de sources qui arrivent parfaitement claires, ou des eaux de fond, (Voir la pl. 111).
La surface filtrante du bassin est de 1 ,600 mètres cubes ce qui donne pour la surface totale filtrante de la galerie et du premier puisard 2,200 mètres cubes.
Cette surface ne put pas suffire à fournir les 20,000 mètres cubes d'eau par 24 heures jugés nécessaires pour l’alimentation des services publics et particuliers de la ville de Lyon. Dès que l’eau du Rhône descendait à l’étiage le produit se réduisait à 10,000 mètres cubes.
Ceci est facile à comprendre : Quand on retire les eaux contenues dans le bassin de filtration à l’aide des machines et qu’on la refoule dans les conduites de distribution, il se produit une dépression dans le niveau du bassin qui n’a aucune communication directe avec le Rhône et ne se lie avec lui que par la perméabilité du fond de gravier dans lequel il est creusé. Cette dépression attire
Fijj. 4. - Vue intérieure u'uu réservoir ni.ia.it.
les eaux du Rhône qui se rendent dans le bassin par leur propre poids en traversant les graviers perméables et en se filtrant dans les premières couches sans cesse lavées et renouvelées qui tapissent le fond du tleuve. Seulement ce filtre ne fournit de l’eau qu’en raison composée de la surface du fond perméable et de la dépression ; entre ces deux quantités, c’est la dernière qui influe surtout sur le volume d’eau filtré de sorte que quand le Rhône croit de quelques décimètres, il arrive dans la galerie une masse d’eau suffisante pour satisfaire au service.
On peut dire que le volume d’eau filtré s’accroît proportionnellement à la surface des filtres et dans une proportion géométrique avec la hauteur de la dépression.
Comme on ne pouvait pas pousser la dépression au-delà d’une certaine limite en puisant de l’eau dans la galerie, attendu que les murs d’enceinte et la perfection du filtrage eussent pu en souffrir, on fut amené à créer un troisième bassin filtrant ayant une surface filtrante intérieure horizontale de 2,168 mètres cubes et recouvert par une série de voûtes en arêtes de 6m,50 d’ouverture, de 0,50 d’épaisseur à la clef et reposant sur des piliers circulaires de im,70 à la base et de ïin,50 au sommet soit 4 m,60 de diamètre moyen.
Les murs extérieurs ayant 2 mètres de largeur sont fondés au niveau de l’étiage.
Des regards furent établis sur le bassin filtrant, et continués dans l’intérieur du massif surmontant le bassin par des cheminées permettant d’y descendre.
11 n’est pas inutile de consigner ici les expériences qui furent faites pour déterminer la température des eaux puisées dans les bassins de tiltration. Elles euront lieu pendant les mois d’avril et de mai 1857 et donnèrent les résultats suivants :
