DES NAPPES DE THALWEG RÉGULIÈRES

16. Mode d'écoulement des nappes de thalweg. — Débit des sonrceB de thalweg. — Lorsque le fond imperméable est situé au-dessous du thalw^, les nappes sont contenues tout entières au-dessous de la surface du sol, excepté dans le cas de dépressions locales et exceptionnelles; elles ne peuvent plus déverser leurs eaux que dans le tbalweg lui-même.

Supposons d^abord le thalweg borizontid (fig. &7, pi. XVI).

Il faut alors considérer deux parties dans la nappe : i* celle qui est située au-dessus du plan horizontal passant par le thalwqf, et 9"" celle qui est située au-dessous. Nous les appelons respectivement nappe supérieure ou na^ proprement dite et nappe inférieure ou cantrenappe.

La nappe a nécessairement un profil courbe, analogue à celui d'une nappe d'affleurement. La amtrenappe a une forme invariable, mais la théorie démontre que les eaux qui y sont contenues participent nécessairement au mouvement des eaux de la nappe.

Si Ton considère une section verticale assez éloignée de la source pour que f orthogonale des filets liquides puisse être considérée comme se confondant sensiUement avec cette verticale, ia vitesse commune de tous les filets liquides normaux à cette

section sera égale à - —•

La pente ( ^ ) de la nappe supérieure est donc ia pente motrice de la vitesse de

tous les filets liquides qui traversent la même section verticale, aussi bien de la nappe que de la contrenappe.

Appelant K le rapport de la hautewr de la contrenappe à ^ordonnée maxima de la nappe

(cest ^ sur la fig. ^7) et q le débit de ia nappe supérieure, on aura, pour le débit

total de la nappe entière dans la section considérée :

î=,'(i+fc).

Nous admettons que cette loi s'applique dans toute Tëtendue de la nappe et que les choses se passent comme s'il se formait dans ia contrenaj^e une nappe CA (fig. AS), symétrique de la nappe supérieure, les ordonnées de cette nappe inférieure étant avec celles de la nappe supérieure dans le rapport de K à 1 . À Tintérieur de cette nappe inférieure, les filets liquides auraient des vitesses égales à celles des filets de la nappe supérieur de la même section verticale. A Texitérieur de cette nappe inférieure, les filets liquides n'auraient que das mouvementa nuls ou négligeables.

Cette hypothèse parait devoir être très voisine de la vérité. Elle est confirmée par Texpérience faite sBr des galeries de 6litfkge,, {Expérience eur UtJiUration à Lyon; Clavenad, ingénieur en chef des ponts et chaussée». Annales de$ ponté et chaueséei, septembre 1890.)

Noue étendons cette hypothèse aux nappes à fond incliné» et nous admettons que, dans tous les cas, le débit de la nappe de thalweg est égal au débit que donnerait la nappe supérieure considérée comme nappe d'affleurement, multipliée par le coefficient

( 1 -f- K); mais ici, le rapport K est celui de la hauteur de la contrenappe à l'ordonnée

EF maxima de la nappe supérieure, -^r, dans la figure 67, pi. XVII.

Le débit d'une nappe par mètre carré de bassin est égal , ainsi que nous Tavons vu ,

à - ^. Si Ton appelle S' le coefficient d'^absorption applicable à la nappe supérieure considérée comme nappe d'affleurement, on doit avoir, d'après l'hypothèse ci-dessus :

Î2^2 î!îj'8/, I K) d'où J'«-7=='

On est conduit à reconnaître que toutes les propriétés démontrées pour les nappes d'affleurement peuvent être étendues aux nappes de thalweg, en changeant, dans les

équations, S en -

La figure ^7, planche XVI, représente les trajectoires réelles des filets liquides dans une nappe de thalweg à fond horizootai. La figure &8 représente les trajectoires des filets liquides telles qu'elles résultent de Thypothèso foiulanicntale énoncée plus haut.

inniBB sui les soubcis. 3i

Cmes et décrues d'une nappe de thalweg. — Les crues et les décrues d'une oappe de thalweg sur fond horûuMital snîveai les mêmes lois que celles d'une nappe d'aCÊleurement, à la condition de remfdacer le coefficient :

b qui mesure ces variations, par un coeffieieDt :

formule où p représente la iiaoieor de la eentreaeppe; (f> + ^) ^^9 P^ oons^qoent, la hauteur totale de la nappe au iatte. Les graphiques G ^ F leur aoni applicables, moyennant le changement ci-dessus indiqué. D'où la proposition suivante :

L existence iwM œnirenappe amplifie prapartianneUement la sensUnUti JFume towrce aux crw» et aux décrues et augmente t&n iutMBlé.

Les sources àe tkàiweg doivent ione être, en général, msins stsMes que les sources faffew^ retuent»

17. Formation des cours d'eau. — La eonsidénitiott des nappes d^iffleorement ne donne qu'une idée imparfaite de ce qu^est un cours fosm. Bn effet, dans one vallée où il n^ezisterait qu'une nappe d^effleuremeat de disque o6té du thalweg reposant sur on terrain impermëaUe profond, le eours d*ean du fend de la vallée fcncfionne* raît comme un aqueduc collecteur des eaux provenant des aeurces d*aflenremenf .

En réalité, le plus souvent, un cours d^eau a une (Mctien plus complexe. On peat le définir par les considérations suivantes :

Les cours dVau sont alimentés de deux manières s

1* par des apports intermittents; 9* par des apports continus.

L^alîmentation intermittente leur vient des eaux de rmsseBement qui coulent à la surface du sol pendant les pluies et qui se rendent au thalweg le plus voisin par les plus courts chemins qui s^offirent k flUcs.

Le ruissellement ne dure pas longtemps* Dans les terrains perméables, il cesse quelques miuutes après la pluie. Dans d'autres terrains, il ne dure guère que quelques heures.

Dès que les eaux de missellement sont parvenues au thalwegs elles prennent leur cours vers la mer, en passant successivement par les cours d'eau d'ordres supérieurs , dans lesquels elles prselmieni des crues.

L'alimentation continue des cours d'eau est plus importante que leur alimentation intermittente. C'est elle qui crée le débit ordinaire, prolonge le débit des crues et soutient k débit fétiage pendant les sécheresses.

EHe est uniquement due aux sources.

Les sources d'affleurement émergent, comme l'indique leur nom, le long des alllearements des couches imperméables, sur les flancs des coteaux» quelquefois au fond des vallées. Leur succession constitue ce qu'on nomme les niveaux <f eau«

Très nombreuses dans les terrains imperméables, elles se localisent et deviennent plus rares et aussi plus fortes dans les terrains perméables.

LeB sources d'afflenreuient sont les plas visibles et paraisseàt les plus nombreuses. Cependant leur rôle est généralement moins important dans la formation des cours d'eau que celui des sources de thalweg.

Ces dernières sont généralement invisibles. Quelques-unes émergent un peu audessus de» conre d'eau. Cest Teiception. Le pins souvent elles sourd«it dans le cours d'eau ini-méme par les ber^fes^ on par le fond dn lit» ou au pied des coteaux de la vallée, et dans Télat ordinaire des eaui, elles soat invisibles.

Les figores it^ia^fl. XYII^ montrent la disposition des nappes de thalweg de chaque colé d'one vallée. Dans la figure &i, le cours d'dau a un lit profond, et les nappes y pénètrent par les beiges et par le fond. Dans la figure ba^ la vallée est plaie, le cours d'eau est à fleur de terre , lea nappes aflBeureait an pied des coleaax. Toute la vallée est humide. Il y a formation d'un marais. C'est un cas fréquent dans les vallée» ouvertes dans la craie, et en général dan» les vaUéea à fond horizon taL

Théoriquement un cours d'eau peut se définir :

Uépanchement au jour des sources des deux nappes de thatweg, qui sont formées de chaque coté de la vallie.

Théoriquement, ces Ugnes de sources sont continues ^ de sorte que le débit des cours teau i accroît S une manOre continue, en allant de V amont vers Taval.

En fait, les somioe» ne eoitt pas costinifes; Sm ont des» pmts JtëeeAon, mais la loi de l'accroissement du débit de» eoov» d'eau dans le sens an courant per»iste comme loi générale.

Cependant cette loi comporte des exceptions.

La pente du fond imperméable a souvent une composante dirigée suivant le thalweg, de sorte qu'en chaque point du massif perméable un élément liquide est animé de deux vitesses composantes, l'une dirigée normalement au thalweg, et l'autre parafiëlement au thalweg.

La première produit la nappe qui coule vers le thalweg, la deuxième détermine un courant parallèlement au thalweg.

Dans les zones de terrains d'une perméabilité ordinaire, les deux courjOnts, l'un visible, c'est celui des cours d'eau, l'autre invisible, c'est le courant souterrain, coexistent. Si le terrain de la vallée n'est pas d^une perméabilité uniforme, h; partage des eaux entre ces deux courants subira des variations. Dans les zones très perméables, le courant soutafrain absorbera une bien pin» grande partie des eanx^ U pourra même se faire que le cours d'eau tamn complètemoU. Le terrain almirhera le cours d'eau.

Dans les zones imperméables, au contraire, le courant souterrain ne pourra plus rien débiter, ou ne pourra débiter qu^un très petit volume; les eaux reflueront dans le cours d'eau dont le débit augmentera.

Des changements brusques dans le profil en long de !a vallée pourront produire de» réauilats aiiaiogiie», mai» ce ea» est ]riaa rare, parce que le cou» d'ean a une tendance à régularisa ce» varûHion», soit par de» érosion», soit par des apport».

B y a donc lieu de considérer, le long d'un cour» d'eao ouvert dan» mi terrain qui a une perméabilité variable le long du tbalvr^ :

1^ Des zones émissives; 9* Des zMes absorbantes.

Ces dernières sont plus rares. Poartant, dans les terrains calcaires percés de lissures, de gouffres, de bétoires, eUes sont très fréquentes. L'expérience Gon6rme ces indications de la théorie.

18. Des nappes primaires et secondaires. — Répartition des eaux entre les divers thalwegs. — Nous venons de dire quen chaque point d'un massif perméable, un élément liquide était sollicité dans deux directions, Tune normale au thalweg considéré, Tautre parallèle à ce thalweg. Nous avons donné le nom de courant au mouvement des eaux qui s'établit parallèlement au thalweg considéré; mais comme ce thalweg, que nous appellerons /Triinoire, est lui-même affluent d'un autre thalw^, que nous supposerons normal au premier et que nous appellerons secondaire^ on voit que ce courant est en réalité une nappey et qu'il faut considérer en chaque point une naqtpe primaire et une nappe secondaire, normales Tune à l'autre et alimentant, la première ie thalweg primaire, et la deuxième le thalw^ secondaire.

En chaque point, l'apport pluvial se répartit dans une certaine proportion entre ces deux nappes.

La détermination exacte de ta forme des deux nappes nous parait, en général, impossible, mais on peut, par des considérations générales, arriver à déterminer certaines de leurs propriétés.

Si Ton avait affaire à un fond horizontal y les volumes d'eau reçus respectivement par les deux thalwegs seraient proportionnels aux carrés de leurs longueurs.

Appelant :

a, la longueur de la nappe primaire;

c, celle de la nappe secondaire;

h, l'apport pluvial par seconde et par mètre carré,

on aurait, pour les débits des deux thalwegs : Thalweg primaire :

Thalweg secondaire :

Dans le cas général, si les pentes hydrauliques des deux nappes primaire et secondaire ne sont pas trop différentes, nous avons trouvé que :

Le débit total versé dans chacun des thalwegs est proportionnel à la différence de niveau qui existe entre le faite général de la nappe et le point milieu du thalweg considéré; il est eh raison inverse du carré de la longueur de son versant.

Cette proposition n'a qu'un caractère d'approximation assez grossière. Elle permettra néanmoins de donner quelquefois d'utiles indications. Nous en avons fait une vérification remarquable au chapitre xiii (Vanne), S 6.

La figure schématique 56 , pi. XVII, donne une auire formule approximative liu même genre. 6D, ED étant les thalwegs primaire et secondaire d'un bassin rectangulaire dont le point F est le faite général et FP la direction de la pente du fond , si FP est au-dessus de la ligne FL symétrique de la diagonale FD, par rapport à la bissectrice

-^ 485 de Tangie en F, le rapport des débits totaux des thalwegs primaire et secondaire est

supérieur à 3-. Il lui est inférieur dans ie cas contraire.

19. Happe de fond. — L'hypothèse que nous avons faite pour le calcul du débit d'une nappe de thalweg consiste, au fond, à admettre que le mouvement des filets liquides dans la contrenappe s'effectue comme dans la nappe supérieure, c est-à-dire par filets qu'on peut considérer comme horizontaux et, par conséquent, d'égale longueur.

Cette condition n^est plus remplie lorsqu'il s'agit de nappes de thalweg prrfondeiy parce qu'alors le filet liquide qui suit le fond imperméable de la nappe parcourt un chemin sensiblement plus long que le filet de la surface de la nappe supérieure qui, théoriquement, lui correspond. Sa vitesse doit donc être moindre que celle de ce dernier.

La différence du chemin parcouru est encore phis sensible si l'on considère les filets liquides de la contrenappe du contreversant, par exemple BA' et DA' de la figure 67, pi. XVIL

Il y a donc une limite à partir de laquelle l'hypothèse que nous avons faite n est plus réalisable.

En d*autres termes, il y a une limite à partir de laquelle l'appel opéré par le thalweg n'est peut-être plus assez puissant pour soulever les filets liquides du fond et les amener au jour. Ceux-ci continuent à cheminer sur le Tond imperméable suivant la ligne de plus grande pente ou plus exactement suivant la ligne de moindre résistance au mouvement. Cette limite dépend essentiellement de l'allure de la nappe du contrever* sant B'ÂD', qui fait suite à la nappe de versant BCAFD, que l'on considère. Si cette dernière était arrêtée par un mur vertical AM , établi sur le thalweg et descendant jusqu'au fond impermi^ahlp. Tapporl pluvial total irait nécessairement au thalweg, quelle que fût la profondeur de la contrenappe.

Le même fait pourra arriver si la nappe de contreversant B'AD' est puissante, bien alimentée et oppose au courant du fond une sorte de barrage , ce qui équivaut à dire que pour passer du bassin qui l'alimente, dans le bassin voisin, il faut que la partie profonde de la contrenappe puisse vaincre la amtreeharge qui s'oppose à ce passage sous U faite qui sépare ladite nappe de la nappe voisine.

Le courant du fond aura plus de chances de prendre de l'importance s'il est favo-risë par un appel dans une certaine direction, que cet appel soit produit naturellement par un thalweg plus ou moins éloigné, ou par la mer, ou qu'il soit produit artificieliement par un captage profond.

Nous donnons le nom de nappe de fond à ce courant qui existe probablement dans les terrains perméables d'une très grande profondeur.

Les eaux de la nappe de fond peuvent avoir leur issue à peu de distance du lieu où la pluie les a déposées, c'est-à-dire dans le même bassin hydrographique. Dans ce cas, elles se retrouvent dans le fleuve ou la rivière qui collecte les cours d'eau de ce bassin.

Mais elles peuvent aussi franchir les limites orographiques de leur bassin d'origine et passer dans un autre bassin soit par des failles, soit à travers le fond réputé imperméable, et dont l'imperméabilité nest que relative. C'est ainsi que le bassin de Paris verse directement à la mer une partie de ses eaux. Le même phénomène se produit

en Belgique, oà la pente natoreile àe$ eoaches, en grande partie perméables, oondoit à la mer une partie notable des eaux infiltrées dans le soi.

Lorsque ces questions seront mieux connues, on verra que, dans un grand nombre de circonstances, une partie des eaux pluviales échappe ainsi à leur baaaîn d origine et se transporte d'un bassin à un autre par la nappe de fond.

Il serait impossible, en Tétat actuel des choses, d'indiquer même approximatif ement la limite à laquelle la formule du débit d une nappe de thalweg cease d'être applicable.

Les applications que nous avons faites de la théorie nous ont indiqué que Tappel d'une nappe de thalweg s exerce sur les parties les plus profondes de la nappe (voir chapitres xiii, xvi). Nous avons trouvé dans ie premier de ces exemples «ne valeor du cocflîcient K ^ale à &,&&,

20. Pertes par les fonda réputés imperméables. — Les volumes d'eau qui, entraînés par la nappe de fond, éehappent aux cours d'eau ne sont paa iea seuls à considérer. Il faut aussi tenhr compte de ceux qui s'infiltrent à travers le fond qu'on suppose imperméable, et de ceux qui s'engagent dans des failles.

Il existe certainement des terrains rocheox tout à fait imperméables» Le percement des tunnels du mont Cenis et du Sainir-Gothard , le percement de divers tunnela aoufl la mer Tout démontré. Mais ces terrains tout à fait imperméables sont rares* Tous les terrains meubles réputés imperméables présentent uoe perméabilité relative.

Dans des expériences faites pour mesurer l'aptitnde des terres à relenir Teau^^^ nous trouvons qu'une couche d'argile grasse de o m. 60 d'épaisseur met 65 jours poor s'imbiber d'eau. La durée de la pénétration descend à kb jours, 36 jours pour une marne contenant 3o p. 100 d'argile, à 30 jours, 8 jours quand la proportion d*aiigile n'est que de 30 p. 100, à 6 jours» et même 1 jour, quand cette proportion se réduit à 10 p. 100.

Ces chiffres s'appliquent i une imbibition qui s'opère sous la charge de quelques décimètres d'eau. A la base des nappes, les eaux sont soumises à des pressions souvent considérables, et l'on sait que la durée de l'imbibition est en raison inverse de It Pression.

Cost dans les parties profondes des nappes, cest«à*dire dans le voisinage du faite « que doivent se faire les plus grandes pertes d'eau par le fond imperméable, et ces perles peuvent, au bout d'une année, représenter une fraction très importante de l'apport pluvial total. Un calcul simple le fera comprendre ;

Soient b l'épaisseur de la nappe; 0, celle de la couche imperméable qui lui sert de fond;c, la contrepression sous ladite couche; m, |[^, ses eoefiioienta spécifiques. Le volume d'eau qui aura traversé un mètre carré de k couche imperméable au bout d'une année sera égal à :

ç = — ^ — ■ ^X 3i«5oo.ooo.

L'expérience d'imbibition faite sur une argile grasse conduit k trouver, pour cette terre :

(^^ Note de M. Richard, CfHpim rmuluê dé l* Académie desâàêneei, t 97^ p* Bot.

fluppoBons, en outre :

m=:o,oo3, i«»io, e»ni, 6«»&;

la formule donnera :

C'estrA-dire qu au bout d'une année la eouohe d'aigile imperméable aurait donné passage à une Urancba d'eau équivalente à une hauteur pluviale de o m. 06, soi I à la moitié, au tiers ou au quart de la pluie infiltrée.

La pénétration des eaux à travers les terrains imperméables qui servent de support aux nappes est nécessaire pour expliquer la formation des nappes d'affleurement à divers étages, e'est-à<»dire des niveaux tea» êuperpa$éê, comme par exemple dans le cas du plateau de MaliéfîHe (fig. 8, p!. III) ou du plateau bajoeien de la Traire (chap. xvi). L'absorption directe des eaux pluviales par les parties de surfaces de chaque étage qui ne sont pas recouvertes par l'étage supérieur ne suflSrait pas à expliquer le débit des sources aux divers niveaux.

Dans le cours de nos études, cette pénétration des eaux k travers les fonds réputés imperméables a été mise en évidence pour une réjgion bien connue par les travaux d*assainissement auxquels elle a donné lieu. Il s'agit du plateau de la Dombee. On sait que cette région était autrefois parsemée d*étangs insalubres. Les argiles sableuses qui leur servaient de support pouvaient à bon droit passer pour imperméables. Pour compléter Tamélioration apportée par le dessèchement des étangs des Dombes on avait creusé 36 puits profonds destinés à fournir Teau potable qui faisait défaut dans le pays. Cette eau était empruntée à une nappe profonde qui coulait à travers le maarif de sables pliocënes formant le substralum de toute la région et qui paraissait être alimentée par les massifs de cafeaires jurassiques situés à l'Est.

En traçant les courbes de niveaux de la nappe des puits (fig. 1&9, pi. XLIII), nous avons reconnu que ces courbes forment des lignes fermées concentriques autour du centre de la région des étangs. Elles indiquent, d'une manière certaine, que la nappe profonde est alimentée par des eaux qui proviennent de la surface après s'être infiltrées à travers la couche supérieure réputé imperméable. C'est ce qu'on voit sur la figure. Ces eaux sont parfaitement potables; elles se sont filtrées et purifiées dans leur descente verticale, tandis que les eaux de la nappe superficielle sont chargées de matières organiques.

Les considérations que nous venons de développer : i"* sur les nappes profondes et les volumes d'eau qu'elles sont susceptibles de détourner des cours d'eau qui devraient naturellement les recevoir; 9'' sur la perméabilité relative des fonds réputés imperméables, et sur les volumes d'eau qui peuvent ainsi échapper aux sources de thalweg, démontrent que les cours d'eau ne reçoivent pas toutes les eaux pluviales qui s'infiltrent à travers le sol dans leur bassin orographique.

C'est donc une erreur que de calculer le débit total des cours d'eau au moyen du volume des eaux pluviales infiltrées dans le sol, comme on le fait habituellement. En réalité, le volume des eaux pluviales absorbées peut dépasser de beaucoup le volume débité par les cours d*eau.

Dans le bassin de la Seine, on estime à 98 p. 100 la proportion des eaux jdu-

viales qui passent sous les ponts. Or le bassin de la Seine est en majeure partie composé de terrains perméables à relief peu déclive. Le climat y est tempéré, et, durant rhiver, saison principale des pluies, la température est froide, Tévaporation est faible. La proportion des eaux absorbées dépasse certainement ^8 p. loo et atteint proba blement 60 p. 100.

Dans le bassin de la fontaine de Vaucluse, qui possède un relief fort accidenté dans certaines parties, un climat sec, une température douce, la proportion des eaux pluviales absorbées par le sol atteint 70 p. 100. Les cours d*eau ne débitent que id,5 p. 100, et la fontaine de Vaucluse restitue 69,5 p. 100. Une pareille proportion des eaux absorbées par le sol doit se rencontrer ass«E fréquemment

21. Trajectoires parcourues parles filets liquidas des nappes et répartition des débits. — En chaque point d^une nappe, nous avons vu quon peut considérer deux nappes composantes, la nappe primaire et la nappe secondaire, deux débits composant» et deux vitesses composantes. Cest là une abstraction; il est évident qu'en un point il ne peut y avoir qu'une seule vitesse. La direction de cette vitesse donne la tangente à la trajectoire des filets liquides. Nous avons pu déterminer ces trajectoires dans un certain nombre de cas simples dont Texamen est utile pour TëCude du cas général , lequel serait inabordable par un calcul direct.

Considérant) par exemple (fig. 69, pi. XYDI), un bassin rectangulaire k fond horizontal, dont les nappes primaire et secondaire auraient pour sections des dlipMei, nous avons trouvé que, dans un pareil bassin :

Touê Ub filets Uquides rayonnent du/aUe général qui devient ainsi comme le centre de la circulation des eaux. Cette propriété est générale et est vraie quelle que soit la forme des nappes (S Aa).

La figure S9 indique les trajectoires des filets liquides qui se partagent entre les deux versants primaire et secondaire, dont iun est supposé avoir une longueur double de Tautre, c=*9a.

Toutes les trajectoires abordent normalement le thalv^eg auquel elles aboutissent Le faisceau primaire est composé de trajectoires à une seule courbure, celles du faisceau secondaire ont un point d'inflexion.

La ligne de partage des eaux entre les deux tkabso^s est bissectrice de l'angle du confluent des deux thalwegs. Au faite, elle est tangente à la ligne du faite secondaire. Cette ligne courbe divise le bassin total en deux bassins primaire et secondaire dont les débits totaux sont entre eux en raison inverse des carrés des largeurs des versants,

c'est-à-dire dans le rapport 3.

Ces propriétés sont vraies, que la nappe considérée soit une nappe d'aflBeurement, ou bien qu'elle soit une nappe de thalweg.

L'hypothèse que nous venons de faire d*une nappe à sections èU^niques dans les deux sens rectangulaires suppose implicitement que fapport pluvial est réparti, non pas uniformément, mais suivant une proportion décroissante, depuis le (klte, où il

serait maximum et égal à —, jusqu'au confluent des deux thalwegs, où cet apport pluvial serait nul. Les points situés sur un cercle concentrique au faite général reçoivent le même apport pluvial. L'apport pluvial ^al à A est situé sur la circonférence ayant

pour rayon 0,677 v'c^ + a*-

Appliquant des considérations semblables à un bassin rectangulaire et horisontal où rapport pluvial serait également réparti, on trouve, dans ce cas, que les sections des deux nappes composantes sont, non plus des ellipses exactes, mais des ellipses renfUe»; que, comme dans le cas précédent, les irqjectoireê dêijileis liquidée rayannetU touteê du faite général. La ligne de partage des eaux entre les deux thalwegs primaire et secondaire est encore tangente à la ligne de faite secondaire et au confluent des deux thalwegs; elle fait avec les deux thalwegs des angles dont les tangentes sont respectivement - avec le thalweg secondaire, - avec le thalweg primaire. Les débits totaux des deux bassins primaire et secondaire, qui, dans ce cas, sont dans le même rapport que les surfaces de ces bassins, sont dans le rapport -^ , et ces deux conditions permettent

de tracer assez exactement la ligne de partage des eaux. On voit^ sur la figure 60, pi. XVIII, que cette ligne dessine parfaitement les deux versants dont la forme rappelle celle d'un comble de toiture.

Etendant enfin ces résultats au cas d'une nappe coulant sur un fond indiaé, on peut énoncer la proposition suivante :

Dans une nappe quelconque^ tous lesjilets liquides rayonnent du faîte général et se dirigent vers les thalwegs en se grossissant sur leur parcours des apports pluviaux des régions quHls traversent. Ils ahordent normalement les thalwegs.

Ces filets se divisent en versants qui alimentent, les premiers les sources des thalwegs prin maires, les deuxièmes les sources des thalwegs secondaires. Ces versants sont séparés deux à deux par une ligne de partage des eaux qui part du faite général et aboutit au confluent des deux thalwegs considérés.

Si Ton cherche quelle est Tinfluence de la pente du fond, on reconnaît qu^elle redresse les trajectoires dans le sens de sa direction et les fait aboutir au thalweg à un niveau plus bas que celui où elles aboutiraient si le fond était horixontal, toutes choses égales d'ailleurs.

Cet effet de la pente, le rejet des trajedoires vers r avait a pour conséquence d'augmenter le débit des sources situées dans le bas du thalweg et de diminuer celui des sources situées en amont, d'où cette auti*e proposition :

Dans les nappes à fond horiziontal ou faiblement incUné, les sources i amont sont relativement plus abondantes que celles iaval, Cest le contraire dans les nappes à fond fortement incliné.

Nous avons établi cette autre proposition :

Dans les nappes à fond tneliné, les sources à débit maximum sont situées dans le voisinage de la ligne de plus grande pente, issue du faite général, et du côté ou la ligne ê^ affleurement se rapprocha du faite générai.

On peut ajouter que :

5*17 s'agit et un contreversant , cet énoncé ne s'applique plus aux sources à débit maximum, mais bien aux sources à débit minimum.

Toutes ces propriétés ont été vérifiées au chapitre xiii (sources de la Vanne). La loi des trajectoires que nous avons énoncée démontre qu'une source contient df's eaux qui peuvent provenir d'un point situé à l'amont à une très grande distance.

et cette propriété ne doit pas être perdue de tae au point de vue de it bonne qualité des eaux.

S'il existe dans le voisinage d'un faite une cause d'al&ération des eaux, ia contamination ne se produira pas nécessairement dans les sources qui sont au pied du coteau , mais elle pourra se produire à une grande distance en atal, eu un point qu*ii est impossible de préciser à priori. Il est vrai que, dans le cas d'un temdn homogène de consistance aréuacëe, la filtra tion purifiera les eaox de tous les éléments organiques nocifs qu'elles peuvent contenir. Mais tous les terrains oà peuvent se former des nappes régulières ne possèdent pas cette propriété de filtrer parfaitement les eaux qui les traversent.

On remarquera, d*ailleurs, que la loi du rayonnement des filets liquides dans toutes les directions ne s'applique qu'aux fileta qui prennent naissance au fdte général. Si le point de départ d'un faisceau de filète liquides est situé sur un versant, la Kone qui pourra être atteinte à l'aval par des filets liquides sera restreinte* et elle ie aéra d'autant plus que le point de départ considéré sera plus voisin de l'un des thalwegs.

Si le point de départ est situé sur la ligne de partage des eaux» le faisceau se répartira entre les deux thalwegs.

22. Expériences à la fluorescéine. — Les expériences de coloration à la fluorescéine nous paraissent avoir vérifié ces lois dans toutes les expériences que nous connaissons. Elles semblent, au premier abord, indiquer une puissance de rayonnement, de dispersion des filets liquides plus grande que ne l'indiquent ces lois, mais ce fait s'explique par les considérations suivantes :

D'après les courbes de propagation de la fluorescéine relevées dans des expériences effectuées sur TAvre (fig. 160, pi. XLI), le secteur dans lequel on a constaté des traces de fluorescéine embrasse un ang^e de près de 180 degrés autour de la bétoire où l'on a versé la matière colorante.

Il serait tout à fait inexact, à notre avis, d'en conclure que de ce point les filets liquides coulent dans tontes les directions.

En réalité, on ne parait pas avoir tenu compte, jusqu'à présent, d'une propriété des liquides qui joue ici un rôle important et qui est la suivante :

Lorsqiiùn verse une solution de tnaiiire colorasUe dans une masse d'eau ^ ladite nustiire colorante se propage par propagation latérale y par diffasion, dans la masse Uqmde.

Cette propriété ressort de faits d'expérience bien connus.

Si la solution colorée est versée au cenire d'un bassin circulaire, la coloration se répand tout autour et progresse suivant des cercles concentriques.

Si la solution colorée est versée au milieu du courant d'une rivière, la coloration s'étend peu à peu latéralement, progresse en largeur avec le courant et finit par occuper toute la largeur de la rivière.

Dans ce dernier cas, le secteur a un angle très aigu; dans le premier cas, le secteur embrasse l'horizou, il a 36 o degrés.

Dans le cas d'une nappe aquifere, l'eau est animée d'une certaine vitesse, très petite il est vrai , et l'on conçoit que Tangle du secteur de propagation doit être très ouvert et qu'il peut atteindre 180 degrés et même davantage.

Il n'y a aucun rapport nécessaire entre la vitesse des filets liquides et celle de la

propagation de la fluorescéine. Celle-ci obéit à des lois spéciales, très différentes des lois de Técoulement.

Le seul moyen de connaître la direction des filets liquides, c'est d'avoir un plan avec courbes de niveau de la nappe aquifere. Les trajectoires orthogonales des courbes donnent la direction des filets liquides. Les expériences à la flnorescéine ne nous paraiflaent donc pas avoir la portée qu'on leur a assignée jusqu'à présent.

Elles prouvent simplement qu'il existe une communication possible entre des parties des nappes aqnif^res plus où moins éloignées les unes des autres. Mais cette communication est évidente et n'a pas besoin d'être démontrée. Une nappe aqutC^re est formée de petites masses d'eau remplissant de très petits vides, qui communiquent entre eux. Un quelconque de ces vides communique géométriquement avec tous les autres.

Cette faculté de diffusion que possMe une solution de matières colorantes dnn certain volume, un microbe isolé ne la possède évidemment pas, et ce corpuscule suspendu dans l'eau ne peut que suivre la direction du filet liquide qui le porte. La communication d'une source avec une bétoire, démontrée par la fluorescéine, ne prouve donc pas qu'un microbe déposé dans la bétoire pourra être porté par les eaux jusqu'à la source.

Insister davantage sur ce sujet serait sortir des limites de notre étude.

23. Extension de la théorie aux nappea situéea dana las tarraiiia à fissures ou à bétoirea. ^- Ainsi que* nous l'avons dit au commencement de cette étude, la théorie que nous avons établie suppose les terrains homogènes et de consistance arénacée.

Dana les terrains rocheux fissurés, de consistance homogène dans i'ensemMe, les nappes qui se forment nous paraissent devoir obéir aux mêmes lois, à la condition que les fissures soient petites, et que les nappes restent cylindriques, cVst-à-dire que le terrain qui les contient ne soit pas coupé par des vallées secondaires.

Quelques ingénieurs refusent le nom de nappe$ aux courants d'eau qui se forment dans les terrains à fissures, sous le prétexte que la masse d'eau n'est pas continue, et qu'elle est séparée par des massifs plus ou moins volumineux et dépourvus d'eau. A notre avis, ce refus n'est pas légitime. Ce qui caractérise une nappe, c'est la soUdarùé des divers courants d'eau les uns avec les autres, la cmiinuité de la preaim. Si cette continuité existe, les courants d'eau obéissent aux lois de l'hydraulique, il y a formation d'une nappe d'une nature particulière. Si les fissures sont petites et régulières dana l'ensemble, comme cela a lieu fréquemment dans la craie blanche, la nappe qui se forme ne diffère pas de celles qne nous avons étudiées (voir chap. XIII ).

Dans la plupart des terrains calcaires, il s'est formé des fissures plus larges, qui communiquent avec le jour par des orifices appelés mardêlhs s'ils sent situés sur les plateaux, héUnres s'ils sont situés dans les thalwegs. Comme c'est surtout par l'érosion que ces canaux souterrains s'élargissent avec le temps, il est évident que les lignes de prédilection suivant lesquelles ils ont chance de se former sont précisément les directions des trajectoires qu'afi'ectaient les filets liquides antérieurement à leur formation. Les mardelles et les bétoires ne sont d'ailleurs que des effondrements du sol au-dessus des canaux souterrains les plus voisins. C'est pourquoi les bétoires sont

plus fréquentes que les mardelles. C*e8t, en effet, dans les thalwegs que les nappes sont les plus voisines du sol.

Quant aux mardelles, elles ont chance de se former dans les parties où le sol présente des dépressions accidentelles.

£n général , let nutrdelks et les hétohres doivent jalonner les directiùmê de$ principaux canaux souterrains y Ursctùms qui, elles-mêmes y doivent cotwsider le plus souvent avec les trajectoires naturelles des filets liquides de la nappe.

Ce serait une erreur que de considérer toutes les fissures comme des canaux vides dans lesquels leau circule librement. La plupart des fissures sont remplies par des petits matériaux qui les transforment en filtres plus ou moins parfaits. Les larges fissures seules fonctionnent comme canaux libres, et leur intervention altère évidemment la forme des nappes, sans cependant que celles-ci cessent d'obéir aux lois générales de rhydraulique. Le rô!e des larges fissures consiste surtout : i "" à collecter et conduire rapidement au jour une partie des eaux pluviales, c'est-à-dire des eaux de ruissellement, au fur et à mesure quelles s'introduisent dans le sol; a"" à accélérer l'arrivée aux sources avec lesquelles elles communiquent des volumes d'eau filtrés à travers le massif perméable.

DBS GALKBIES DE GAPTAGE.

34. Des captages en général. — Les sources amènent au jour tout naturellcmenl les eaux des nappes souterraines, mais souvent les sources manquent ou sont insuffisantes. C'est ce qui arrive notamment pour les nappes de thalweg. Les sources de thalweg sont le plus souvent invisibles. Elles émergent dans le lit du cours d'eau, sous le plan d'eau. Quelquefois il n'y a pas de sources. C'est le cas des zones absorbâmes des thalwegs dont nous avons parlé plus haut. Cependant la nappe existe et elle débite des volumes d'eau plus ou moins considérables. Pour prendre son eau et la conduire aux lieux d'emploi, il faut aller la chercher dans la nappe elie-méaie, la capter,, au moyen d'une galerie ou d'un puits.

Le captage de l'eau dans l'intérieur de la nappe qui la contient est tout à fait assimilable à l'extraction d'un minerai dans son gisement géologique. Il exige, par conséquent, les mêmes procédés techniques.

n est à prévoir que les captages d'eaux par galeries ou par puits se développeront de plus en plus dans l'avenir. D'une part, les sources devenant de plus en plus recherchées pour l'alimentation publique, à l'exclusion de tout autre moyen, il viendra un moment oill les sources susceptibles d'être utilisées seront ou insuffisantes ou trop éloignées des lieux de consommation.

D'autre part, certains hygiénistes ont élevé des soupçons plus ou moins fondés sur la pureté des eaux de certaines sources, particulièrement de celles des terrains fissurés qui sont précisément les plus importantes et les plus convenables pour l'alimentation des villes en raison de leur grand débit.

Bien que cette opinion paraisse très exagérée, il n'en est pas moins vrai qu'elle a des partisans assez nombreux et qu'elle aboutit comme solution pratique au captage de l'eau au cœur même des nappes.

Parmi les moyens de captage, les galeries occupent incontestaUement la premièrf place, parce que, si elles sont établies assez haut, elles permettent d'amener l'eau

dans les réservoirs par le seul effet de la gravite, sans le secours d'aucune machine. C'est la solution idéale. Malheureusement, elle n est pas toujours réalisable.

Une galerie peut affecter deux directions principales. Elle peut pénétrer dans le massif aquiffere normalement à un versant et, dans ce cas, on l'appelle galerie de pénéiraUm. Elle peut être établie à Tintérieur du massif, à peu près parallèlement au thalweg, et, dans ce cas, elle devient galerie de copiage proprement dite (fig. 88, pi. XXVI).

La galerie de pénétration a pour but principal de servir d'aqueduc aux eaux qui sont absorbées par la galerie de captage.

Une galerie de pénétration ouverte dans un versant secondaire devient galerie de captage quand , étant prolongée , elle pénètre dans la zone où les filets liquides coulent à peu près normalement è sa direction.

La théorie nous a conduit à énoncer des règles très précises pour déterminer les résultats à attendre de rétablissement d'une galerie de captage. Nous en donnerons ici un résumé.

25. Fonctionnement et débit d'une galerie de captage. — Considérons la section transversale d^un massif aquifère dans lequel on a ouvert une galerie (fig. 67, pi. XX).

La nappe verse ses eaux dans deux thalwegs T, T', auxquds la galerie est parallèle. Une fois ouverte, la galerie fait appel de chaque cAté et détermine la formation de deux nappes CD, CD', qui y versent leurs eaux^ et qui présentent en D, D' une tan* gente horizontale, c'est-ànlire un point de partage. Les nappes DT, DT' versent leurs eaux dans les thalwegs T, T', comme les nappes primitives BT, BT\ dont elles sont la réduction.

Il existe donc une dêpreuimi en forme de sillon au droit de la galerie. Si le fond du sillon coïncide avec la base de la galerie, ou du moins si l'eau an fond du sillon n'oc-» cupe que la hauteur physiquement nécessaire pour la pénétration des eaux dans la galme, celle-ci débite tout le volume d'ean dont elle est susceptible; ton débit est

ffULTUIIIIIII.

Si ie fond du sillon est situé au-dessus du point le plus bas susindiqué, on dit qu'il y a une contreduarge 6C. Le débit est moindre que dans ie cas précédent.

Les débits permanents étant proportionnels aux surfaces, on voit que la galerie

enlève aux thalweg^ une partie de leur bassin alimentaire représentée par BD pour le

thalweg d'aval, BD' pour le thalweg d amont, ensemble DD' pour les deux thalwegs (le signe •'^^ indiquant une distance horizontale).

Le calcul du débit des galeries de captage repose donc sur la détermination des points de partage D, D', qui s'établissent entre la galerie et les deux thalwegs. Dans ce qui va suivre, nous supposons la contrecharge nulle.

Nous avons démontré les propriétés suivantes :

Les points de partage des eaux entre la galerie et les thalwegs sont situés sur deux courbes de genre hyperbolique j qui partent toutes deux du point de partage naktrel des eaux et qui abimtissent tune à la source du versant^ F autre à la source du contreoersant^ Nous les avons appelées courbes V.

Ce sont les courbes V, V des figures 67 et 68, pi. XX.

C^ mêmu pomU de pariage «oui situés sur deux aulre$ Ueua^ génmknques fanautparU gammet de la cotUreokarge. Nauê ïe$ app^im» h$ amrheê G ou siioplement la courbe G.

Lorsque la galerie est placée sur la ligne des sources T, T\ supposée parallèle au fond imperméable y la courbe 6 est compoeée : i^ à droite, de ia courbe V; 9* à gauche, de la courbe V, ces deux courbes étaot transportées parallfalemeat à dles^ mêmes. Ce sont les courbes G^ de la figure 69*

P(mr des galeries situées sur la même verticale ^ les courbes G sùfU semblables entre eUes, el leur centré de simUiiude est situé sur le fond imperméable, au pied de ta verticak passant par Taxe de la galerie.

La figure 69 indique le mode de génération des courber G pour des galeries situé^es à diverses hauteurs sur la même verticale. Dans cette figure, la courbe G, marquée a, est formée f à droite, de la courbe TVB ou V de la nappe naturelle; à gauche, de la courbe T'B ou Y\ ainsi que nous venons de le dire.

Les courbes successives G^, G,, G^, ...G^ sont construites au moyen de la courbe G^, par similitude autour du centre Fq. Ces courbes déterminent, par leurs intersections avec les courbes V, V, des points dont les écartements horîsoataux

aa\ M' . . • représentent les largeurs des bassins alimentaires de la galerie, quand elle occupe les positions successives Gj, G3, G^, G5. . .

Pour les galeries situées au^essvs du point G^, la loi est un peu cbSéiente (foir le chapitre v). On coosiaie que les débits de la galerie sont aenaiUemenl prafMtîoancb à sa profondeur MG au-dessous de k nsiîppe naturelle.

Pour une galerie placée dans une position déterminée, sur laqneUe on ferait varier la profondeur du sillon , le débit est sensiblement proportionnel à cette prefondenr^ mesurée au-dessous de la nappe naturelle.

Si, maintenant, on considère une galerie placée succeMirenient en divers points d'une ligne parallèle h la ligne des souroes et au fond impennéaUe^ i| fad diskii^wr deux cas.

Si la ligne en question est située au-dessus de la ligne des sources Tf^ à rinté* rieur de Tangle des courbes VV, le débit est d'autant plus grand que la galerie est placée plus bas; il atteint son maxinuun quand k gderie est sitnée sur la coorbe V. Au delà de ce point, la galerie est située a Vcitërieur de Tangle formé fwr les courbes V et V. Son débit diminue a masure que la position qu'elle occupe cet pins voisine de lune des sources.

Si la ligne sur laquelle est placée successivement la galerie est située au-dessous de la ligne des sources, la loi de variation de son débit est toute différente. Ce débit augmente à mesure que la galerie est placée plus près du thalweg le plus bas.

Dans ce cas, s! la galerie est placée suffisamment près de Tun des thalwegs, son appel aifecte non seulement la nappe dans laquelle elle est ouverte, mais encore la nappe qui se déverse dans ce même thalweg du côté opposé (fig. i45, pi. XLII). La détermination du débit que la galerie capte de ce côté se fait par les mêmes règles que ci-dessus.

Dans fous les cas, rétablissement du graphique de la gmlme de ct^ptage, pour un certain nombre de sections faites sur son axe , parait indispensable pour bien se rendre compte de toutes les circonstances qui peuvent faire varier son débit. On trouvvru an chapitre v toutes les indications néceasiires à ce sujet.

26. Réserte d'une gtlerie de ctptage. *-«- Tanne de contrechuge on de serrement. — Il existe un volume d'eau, contenu dans la nappe aquil^re, qui appartient néceseairement « la galerie ei qa on peut appeler sa rtêene.

C'est le Tolume d'eau qui s écoule par la galerie lorsque le fond du silioo s'abaisse depuis son point initial M jusqu'à une cote donnée (fig. 78, pi. XXIV). Pendant cet abaissement^ le point de partage des eaox qui s'écoident d'oae part Yers le Ikalweg T et d'antre part vers ia galerie se dtfpiaee le lo^g d'une courbe tdle qne MR, qui vient finir au point D, sur la courbe V, point de partage correspondant au régime permanent

Du cAlë dn contreirersant, le point de partage des eaux qui coulent vers le thalweg T' d'une part et vers la giderie d'autre part se dëplaoe le tong d'une courbe BR, qoi part néeesaairement du Calte de la nappe naturelle B, et qui aboutit au point D', situé sur la œuibe V\ point de partage correspondant au régime permanent

Le volume d'eau compris dans le contour curviligne BMRDGD'B'B constitue la réserve,

U est facile de comprendre qne ce volume n^est pas fixe, car les iienx géométriques MRD, BR'D' des points de partage sont eux-mêmes variables de position avec la rapidité de l'écoulement Si l'écoulement est très rapide, ces courbes sont très renflées, et prennent des positions tdles qne MSD, BS'D'. Elles se retirent et se rapprochent Tune de l'antre à mesure que Téconlement a lieu pins lentement

Si l'abaissement a lieu très lentement, h volwm de la riême ottnM «on suiiiwiiw, et il se détermine de la manière suivante :

La réserve minima JTune galerie de captage par mètre courant à un niveau du sillon marqué par le point V{J!g. 7s , 'jS, j5), est égale au volume Jteau contenu dans ïe contour curviligne à 5 cotés BLSUSB limité par: i^ une courbe BRL tracée en dehors de Fangk des courbes V etVet qui va dufatte B au point limite L; a* la portion LS de la courbe V; 3' et 4' les profis UJ^ Ry, des nappes qui aUmentent la galerie; 5* la portion S'B de la courbe V,

Lorsque le fond du sillon est descendu à son point le plus bas, le point U se confond avec le plan d'eau dans la galerie en 6, et le contour de la réserve minima est limité sur les figures précitées par des hachures.

Vames régulatriees ou de serrement — La possibilité d'utiliser la ri^s^ve lorsque cela est nécessaire constitue certainement le fins grand avantage des galeries de captage. La théorie démontre qu'il suffit pour le réaliser de pourvoir la galerie d'une on plusieurs vannes régulatrices qui permettent d'interrompre complètenient récoolement ou de le réduire, de manière à mettre le débit, à chaque instant, en rapport avec les besoins de la consommation et à conserrer en réserve des volumes d'eau, qni,san8 cda, s'écouleraient en pure perte. On peut retrouver ces volumes à tout instant. Il suffit d'ouvrir plus ou moins les vannes réguiatrioes.

Le débit qne peut alon founiir ia galerie est d'autant i^us grand que la contrecharge est plus forte. U dépasse de beaucoup le débit permanent.

On peut dire que le volume d'eau de la réserve, emmogasiné dans le terrain perméable, est toujours disponible, comme si l'on avait affaire à un véritable réservoir d'eau pourvu d'une bonde de fond.

Pour qu'une galerie ait une réserve d'une certaine importance et facile à écouler.

il faut qu'elle 8oit située dans Tintërieur de Tangle formé par les courbes V et Y ou au-^lessous d'elles.

Pour des galeries placées sur une ligne parallèle au fond imperméable, Ui réserve est maxinuiy hrsque la galerie est placée vers le milieu de îaingle des courbes Y et Y.

La vanne régulatrice peut éire appelée vanne de canfedutrgey puisqu'elle détermine par sa fermeture plus ou moins complète la contrecbarge qui s'oppose à réconlement des eaux de la réserve.

Dès Tannée i856, un éminent ingénieur belge, M. Dumont, a eu l'intuition du r61e de la vanne régulatrice et il en a fait l'application aux galeries de captage de la-ville de Liège, en lui donnant le nom expressif de vanne de serrement. Plus tard, la vanne de serrement a été appliquée aux galeries de captage de la viUe de Bruxelles. Les résultats donnés par ces remarquables applications sont absolument conformes à la théorie et lui apportent une importante justification.

Détails sur let yannes régulatrices ou de serrement. — Les galeries de captage de la rille de Liège, creusées dans la craie (fig. 179 à 186), formant une longueur totale d'environ 10 kilomètres, n'ont qu'une seule vanne de serrement. Mois les galeries de captage du Hain, à Bruxelles, creusées dans le sable (Gg. 170 à 178), pour une longueur totale de &.600 mètres, ont trois vannes de serrement et une quatrième projetée, qui relèvent successivement la nappe souterraine à 3 mètres, i3 m. 5o et 18 mètres de hauteur au-dessus de la galerie (fig. 177, pi. LIV). Grâce à ces serrements, la galerie, dont le de'bit normal serait de 8.000 mètres cubes, la réserve étant épuisée, a pu fournir jusqu'à a 5. 000 mètres cubes d'eau par jour, lorsque le besoin s'en est fait sentir, et elle aurait pu en livrer davantage.

La galerie de captage de la forêt de Soignes a des dispositions semblables ^^\

La nécessité d'établir plusieurs vannes de serrement s'explique par les considérations suivantes. Lorsque la galerie est réellement g^alprtie de captage, c'est-à-dire lorsqu'elle est établie parallèlement au versant, le niveau piézométrique de l'eau au droit de la galerie varie peu d'un point à l'autre de cet ouvrage. C'est le cas de la galerie de Liège.

Lorsque au contraire la galerie a le tracé d'une galerie de péné&alion, elle traverse une nappe plus ou moins déclive, et, en cas de fermeture d'une vanne de serrement, il s'établit de l'amont à l'aval de cette vanne des différences de pression qui peuvent être très fortes. Cest le cas de la galerie du Hain à Bruxelles (fig. 177^ pi. LIV).

. Le niveau piézométrique qui s'établit en amont d'une vanne G est celui qui règne à fextrémité amont du bief, en D. Il y a donc à considérer des charges considérables AK, HL qui se produisent sur les vannes de serrement 1,9, charges en vertu desquelles l'eau a une tendance à sortir de la galerie pour se répandre dans le terrain ambiant et à l'entraîner vers l'aval. L'entraînement aura lieu, en effet, si le terrain est meuble. C'est ce qui se présente dans les captages de Bruxelles, où le terrain consisteen sables fins, très mobiles*

^*) Ces renseignements et les suivants sont extraits d^une notice intitalée Le$ eaux de Bruxêlki en tgoa, que M. £. Putseys, ingénieur en chef des Travaux publics et du Service des eaux, a bien voulu nous faire parvenir.

Pour combattre rentrainement du sable aux abords des vannes de serrement, il faut interposer entre Tamont et Taval un massif assez épais pour que la charge soit détruite par la résistance que ce massif oppose à Técoulement de Teau. Sur toute la longueur de ce massif, la galerie doit être étanche.

Le serrement régulateur placé en tête des galeries de captage de la forél de Soignes comprend deux parties.

La première est un massif monolithe en béton de 18 mètres de longueur et de 3 m. 5o de largeur. 11 est armé à ses extrémités de retours à angle droit de 9 m. 5o d'épaisseur, faisant saillie de 3 m. 5 o de chaque côté. Ce massif de béton renferme la vanne, les chambres d'accès et de manœuvre.

La deuxième partie est une portion de galerie étanche de 60 mètres de longueur soudée avec le terrain ambiant. Le contact intime a été réalisé au moyen d'injections de mortier de ciment dans des barbacanes créées de 5o en 5o centimètres sur le pourtour de la section et de mètre on mètre en longueur.

Un accident, arrivé en août 1889, avait démontré qu'un tampon de sable de &8 mètres d'épaisseur avait suffi pour faire office de serrement.

Toutes les précautions que nous venons d'indiquer n'ont évidemment plus la même importance lorsque le terrain perméable est consistant et compact, comme la craie. Cependant, même dans ce cas, il est prudent de ménager une certaine épaisseur de massif résistant étanche et bien soudé avec te terrain en place, au droit de chaque serrement.

27. Galerie de captage ouverte dans une nappe à un seul versant. — Les propriétés résumées ci-dessus se rapportent particulièrement aux nappes à deux versants. Les nappes à un seul versant sont loin de présenter les mêmes ressources pour l'établissement des galeries de captage. On se rappelle, en effet, que le débit de ces dernières est beaucoup moins stable que celui des premières.

Pour qu'une galerie de captage ouverte parallèlement au thalweg d'une nappe à un seul versant ait des chances d'avoir un débit permanent d'une certaine stabilité, il faut que la galerie soit placée aussi bas que possible au-dessous du plan horizontal qui passe par la source de la nappe et aussi loin que possible de cello-^^ (fig. Rn. nL XX V).

Il est indispensable que cette galerie soit pourvue d'une v^j^cée régulatrice au n^yen de laquelle on pourra créer une réserve d'autant plus m/^oH^nie que la galerie sera placée plus bas.

Galerie de pénétration. — Les conditions dans lesquelles fonctionne une galerie de pénétration sont beaucoup plus difficiles à établir que celles qui concernent une galerie de captage, et la théorie donne à ce sujet des indications beaucoup moins précises. Nous nous référons au paragraphe /!i8 , où cette question est examinée.

Puits de captage. — Nous ferons de même à l'égard de la théorie des puits de captage. Cette théorie, assez délicate, comporte des développements géométriques qu'il n'est guère possible de suivre et de comprendre sans entrer dans le détail des choses. On la trouvera exposée aux chapitres vi et vu.

KTUDBS SUB LE8 âOOIICES. Sa

DE l'amélioration DU RIÎGIME DES SOURCES

PAR l'abaissement OU l'exuaussement artificiel de leur niveau.

28. Effets produits par rabaissement ou Texhaussement permanent d*une source. — L'amélioration du régime des sources est le terme et la conclusion de notre étude hydraulique sur les nappes aquifères et sur les sources.

Ce problème se présente sous deux aspects principaux :

On peut avoir pour but, soit : i° d'augmenter en tout temps le débit d*une source, soit â® d'augmenter son débit pendant la période de sécheresse.

De là deux solutions qui offrent beaucoup de points communs.

Une question primordiale se pose tout d'abord. Gomment peut-on agir sur une source ? Quels genres de travaux peut-on exécuter pour en modiGer le débit ou le régime?

Une source est la manifestation extérieure d'une nappe. On peut donc agir sur une source en améliorant le régime de la nappe qui lui donne naissance , et on peut y parvenir en augmentant la proportion des eaux qui s^infiltrent dans ie sol. Nous examinerons plus loin les travaux de cette nature.

Restent les travaux qu'on peut effectuer sur les sources elles-mêmes. En y réfléchissant, on est conduit à admettre que les sources ne se prêtent guère qu'à une seule nature de modifications ; c'est l'abaissement ou l'exhaussement artificiel de leur niveau d'émergence.

En s'appuyant sur les résultats obtenus dans les chapitres précédents, la théorie de ces opérations est facile à faire. Elle nous a conduit aux propositions suivantes :

Propositions. Vabaissement étune source de thalweg abaiêse en même tempe le fsâte ie la nappe permanente et le fait rétrograder verê le thalweg de Foutre versant; Uat^mente le diUt permanent de cette source et diminue et autant le débit de la source ie Foutre t»er«afif (fig. i SiSi, i38, lài, i45).

^exhaussement JFune source d'affleurement ou de thalweg produit des efflgts contraires. Il t&ninue b débit de la source,

La somme des débits des deux sources est constante^ quelles que soient tes modijieaûons qu'on Jàit subir à leurs niveaux*

L'abaissement dune source d affleurement ne produit aucun résultat utile. Il peut même (ienn^ un résultai nuisible, si la couche imperméable qui sert de support à la nappe est minée, et que l'abaissement réalisé ait pour effet de mettre en communication la nappe d^aiBevrement avec un massif perméable inférieur qui peut absorber son débit et tarir complètement ta source.

L'augmentation du débit des sources par l'abaissement de leur niveau a été énoncé pour la première fois par Darcy, à l'occasion de la souree do Rosoîr (Baux de Dijon). Darcy avait remarqué que ta source du Rosoir, qui émergeait dans le lit du ruisseau Le Smson, augmentait de débit quand le niveau de la rivière était abaissé.

II eut l'idée de séparer le ruisseau de la source (fig. i&i, f^. XLII), de contenir ie ruisseau dans un canal maçonné et de recueillir la source dans un aqueduc où l'eau était tendue à i m. lo au-dessous de son ancien niveau. Sous cet abaissement de niveau

piésométrique, le débit de la source du Rosoir passa de â.&oo litres par minute à 3.950 litres. En relevant Teau de 1 m. 10 au moymi d'une vanne, on ramenait le débit à 9.&00 litres.

Darcy ajoute que trdes résultats analogues qu'il a eu Toccasion de vériGer pour un grand nombre de fontaines ne doivent jamais être perdus de vue par les gens de Tart, chargés d'utiliser les sources 9>.

Les observations de Darcy ont été controversées, et même contestées par plusieurs ingénieurs, et notamment par Belgrand. M. l'ingénieur Tbannear, chargé d'amener à Coulommiers les eaux de la source de la Roche, qui a un débit remarquablement constant de 1.300 mètres cubes par vingt-quatre heures, rapporte que, cette source ayant été abaissée de 1 mètre , on n'a pas constaté que son débit ait été augmenté. Il en conclut que le principe énoncé par Darcy est inexact {Armdet des ponts et chaussées, 1889). Il ajoute :

ir Belgrand, qui ne croyait pas au résultat du principe annoncé par Darcy, pensait que l'augmentation considérable du débit constaté après l'abaissement de la source du Rosoir tenait, soit à ce qu'on avait capté et réuni au filet principal quelques filets secondaires qui se perdaient auparavant, soit même à ce qu'on avait commis quelque erreur dans les jaugeages préliminaires. N'est-il pas possible qu'il y eût là quelques canaux naturels où l'eau s'enfuyait et que rabaissement de la source a taris?. . . £n tout cas, on doit considérer qu'il n'y a là qu'un cas particulier qu'il faut, sous peine de graves mécomptes, se garder de croire général. tj

Ces assertions qui, à la rigueur, pourraient être justifiées dans un cas déterminé, sont contredites par la multiplicité des observations de Darcy.

n importe de rappeler ce que rapporte cet éminent ingénieur, à savoir : que les résultats constatés sur la source du Rosoir, il les a constatés sur quantité d'autres sources. Si on tient compte de l'habileté et de la sagacité de l'observateur, il est décile de mettre en doute l'exactitude de ses observations (^).

Sans insister sur l'expérience de Darcy, qui serait très facile à refaire, puisque l'aqueduc de Suzon et la source du Rosoir sont toujours en fonction, nous nous bornerons à dire que, dans les opinions qui ont été émises au sujet du principe de l'abaissement des sources, il y a une confusion qui a été généralement commise pai* les ingénieurs : c'est celle qui consiste à appliquer le principe indifféremment aux sources d'affleurement et aux sources de thalweg.

La source de la Roche sort des sables supérieurs à une certaine hauteur au-dessus de la vallée. C'est une source d'affleurement, et la source du Rosoir est certainement une source de thalweg. L'abaissement du niveau ne pouvait donner aucun résultat utile sur la première. Il devait nécessairement produire une certaine amélioration dans le débit de la dernière.

Les propositions que nous avons énoncées plus haut nous paraissent donc bien établies et par la théorie et par l'expérience.

L'abaissement et l'exhaussement des sources ont des limites. Lorsqu'on abaisse une source de thalweg, on ne peut pas pousser l'abaissement plus bas que le fond

^'^ L^augmentation considérable et rapide du débit de la source de Suzon ne peut pas tenir uniquement an déplacement du faite. Il est probable que cette source a un réservoir de fond, analogue à celui que nous admettons comme existant réetlement k la fontame de Vauchiâe (foir ^ap. xf).

Sa.

imperméable. Â ce moment le débil de celte source atteint son maxitnum et le débit de la source de Tautre versant atteint son minimum.

De même, si Ton exhausse le niveau d'une source de thalweg ou d'affleurement, on diminue son débit, et on augmente d'autant le débit de la source de Tautre versant On peut pousser Texhaussement de la source considérée jusqu'au point où son débit est nul. A ce moment le débit de la source de l'autre versant atteint son maxi$nwn. Cette source débite tout le produit du bassin , son débit est ^al à la somme des débits des deux sources initiales.

Il s'agit toujours, bien entendu, des dihiu permanents.

Proposition. // existe sur la verticale de chaque source deux points limites Zr, /; L, J' (fig. i34, pi. XXXVIII).

Si ton maintient Tune des sources dans sa position naturelle et qu^on exhausse t autre source jusqu'au point L, tout le débit de la nappe s'écoulera par la première.

Si Von maintient Vune des sources au point J, et qu'on abaisse la deuxième au nù^ott du fond perméable, tout le dAit de la nappe s'écoulera vers cette demiire.

Ces points limites d'abaissement J, I ont une position Jtxe y qui ne dépend que de la pente géométrique e de la nappe et de son coefficient d^ absorption S.

Si tune des sources est située au-dessus du point J, elle peut être tarie par T abaissement de F autre, avant même que cette dernière soit abaissée au niveau du fana imperméable.

Si Vune des sources est située aurdessous du point J, elle ne peut pas être tarie par Vahaissement de Vautre.

Cest pourquoi on peut appeler les points J, f points limites du tarissement.

Le béné6ce de débit que peut procurer l'abaissement d'une source peut être envisagé à deux points de vue :

t* Au point de vue de la plus grande augmentation relative du débit; fk"* Au point de vue du plus grand bénéfice de débit à obtenir pour on abaissement de 1 mètre de la source.

On trouve que :

Le bénéfice relatif du débit augmente à peu près proportionnellement au coefficient K, qui est, on s'en souvient, le rapport de la hauteur de la contrenappe à la hauteur maxima de la nappe (S 3B).

Ce même bénéfice relatif croit avec la pente hydraulique pour un abaissement donné de la source du contreversant, et en sens inverse pour un abaissement de la source du versant

Pour un abaissement de i mètre, le bénéfice de débit croît assez lentement avec le coefficient K. Quand la pente hydraulique augmente, ce même bénéfice de débit diminue si c'est la source de versant qui est abaissée. Il augmente si c'est la source de contreversant.

En résumé, les circonstances qui influent sur le résultat à attendre de l'abaissement d'une source sont les suivantes :

Les nappes les plus profondes sont aussi les plus favorables à V abaissement des sources.

L'augmentation relative du débit permanent peut varier dans les limites les plus étendues, suivant le niveau absolu des sources par rapport aux points limites du tarissement, et suivant leurs niveaux relatiCs Tune par rapport à l'autre.

Plus une source est élevée par rapport à T autre ^ plus est grand h bénéfice relatif que procure son abaissement*

Aussi ce bénéfice relatif sera-t*il ordinairement plus grand pour les sources de contreversant que pour les sources de versant.

D après ces principes, ce sont les nappes en ellipse, à fond horizontal, pour lesquelles par conséquent la pente hydraulique est nulle, qui procurent la plus grande augmentation relative du débit par rabaissement de Tune de leurs sources. Nous avons étudié plus particulièrement ce cas spécial.

Les figures i35 et i36, pi. XXXVII, représentent des nappes en ellipse dans lesquelles rabaissement de Tune des sources jusqu'au niveau du fond imperméable double le débit de cette source. Deux solutions répondent à la question.

Dans la première, le débit de la source est de xjk du débit total de la nappe avant rabaissement, de 1/9 de ce débit après l'abaissement.

Dans la deuxième solution, le débit de la source est de 1/9 du débit total avant rabaissement, il est égal au débit total après rabaissement. La source de Fautre versant est tarie.

29. De l'abaissement ou de Texliaiissement intermittent des sources. — La plupart des sources ont un débit suffisant et même surabondant pour les besoins pendant une grande partie de Tannée. C'est seulement pendant la période de sécheresse que leur débit diminue considérablement, jusqu'au point de tarir et que les besoins à desservir sont en souffrance.

La période de sécheresse est véritablement la période critique de l'alimentation en eau. Et c'est pour cette période qu'il importe de trouver des améliorations au r^imc des sources.

On peut parer à cette situation de la même manière que pour les galeries de captage, c'est-à-dire en utilisant les volumes de la réserve qu'une nappe emmagasine entre deux niveaux donnés.

L'abaissement intermittent d'une source fournit la solution, car cette opération n'est au fond qu'un cas particulier des galeries de captage, puisque, pour le réaliser, il faut nécessairement creuser une tranchée ou une galerie à un niveau inférieur au niveau d'émergence de la source.

Dans la théorie des galeries de captage, nous avons démontré que c'est dans cette position, c'est-à-dire sous la source, qu'une galerie atteint son maximum de rendement, parce qu'elle peut capter dans cette position tout l'apport pluvial que reçoit la nappe.

Pour apprécier l'importance du déficit que la sécheresse crée dans l'alimentation, il faut comparer les débits d'une source en temps de sécheresse avec les besoins de la consommation.

La courbe 1 , fig. 187, pi. XXXIX, représente les débits d'une des sources qui alimentent la ville de Paris, aux diverses époques de l'année. Le débit moyen de cette source est de 190 litres. En année moyenne, il atteint son maximum de 998 litres en avril et son minimum de i&i litres en octobre. En année de sécheresse, les débits s'abaissent à i33 litres en février et 79 litres en novembre. Ce sont tes ordonnées de la courbe 9.

La courbe pointillée 3 représente un débit moyen de 180 litres, réparti par mois proportionnellement aux volumes d'eau consommés par la ville de Paris.

On voit qu'en raison de raccroÎMement considérable de la consommation en été, pendant les mois de juin à octobre, le débit de la source représenté par la figure i présente un déficit qui atteint son maximum en août, septembre et octobre. Ce déficit est de 70 litres, soit de &6 0/0 du débit de la source à la même époque.

Pendant près de 7 mois, au contraire, la source présente un débit excédant les besoins.

Dans les années de grande sécheresse, le déficit est permanent pendant les douze mois de Tannée et s'élève en octobre jusqu'à 190 0/0 du débit de la source à la même époque.

Le régime artificiel qui serait créé par rabaissement intermittent de la source permettrait de recueillir toute Teau de la nappe, de nen laisser perdre k peu près aucune quantité et de fournir toujours un débit égal aux besoins représentés par la courbe 3.

Mais il faut aussi prévoir les années de grande sécheresse qui peuvent former des périodes plus ou moins longues et pendant lesquelles on aurait à distribuer cependant un volume d'eau correspondant au débit moyen.

Pour parvenir à ce résultat, il serait nécessaire de posséder en tout temps une réêervê, c'est-à-dire un volame d'eau disponible au-dessus de la nappe la plus basse et correspondant à une ou deux ou trois années moyennes, selon ce qu*indiquerait une étude spéciale pour chaque cas déterminé.

La figure 1 38 représente avec un contour gris le volume occupé par la réserve. C'est l'espace compris entre la nappe naturelle TB et la nappe abaissée à son niveau le plus bas T^B^.

Le fonctionnement du système serait le suivant :

i"" Toutes les fois que la source naturelle ne donnerait pas tout le débit normal réclamé par la consommation, eu égard à l'époque, on lèverait la vanne ou les vannes régulatrices suffisamment pour compléter ce débit.

a"" Si les choses sont bien réglées, la source naturelle ne débiterait jamais un volume supérieur aux besoins de la consommation , et à la fin de la période de sécheresse la nappe serait assez abaissée pour pouvoir recueillir les apports qui arrivent pendant la saison pluvieuse , de manière qu'il n'y ait aucune déperdition.

3"* Pendant les périodes d'années très sèches, il pourrait arriver que la source naturelle ne fonctionne pas.

L'abaissement intermittent d'une source procure les avantages suivants :

i"" Il permet de mettre à toute époque de l'année, dans les années sèches comme dans les années humides, le débit capté en rapport avec les besoins de la consommation. Il supprime, par conséquent, les déficits de la saison sèche.

3" Il évite les déperditions qui se produisent pendant la saison humide, et, par ce double motif, il augmente dans une proportion considérable Tutilisation de la source.

30. Des sources naturelles. — Localisation des sources. — Dans la théorie, nous avons supposé que les sources sont réparties uniformément sur toute l'étendue de la ligne d'ailleurement ou de la ligne de thalweg. Les sources naturelles diflRnrenl de cette conception théorique. EMeê sont loeaUséeê.

n y a le long des lignes d'émergence d'une nappe, des points d'élection où Ton voit Teau sortir, et entre ces points Teau n'apparaît pas. Ces points sont ce qu on appelle dans le langage ordinaire les sources.

Nous avons étudié en détail, au paragraphe 69, les causes qui ont produit la localisation des sources. Pour éviter des répétitions, nous renvoyons le lecteur à ce paragraphe, en nous bornant ici à résumer succinctement les résultats auxquels nous sommes parvenus. Examinons d'abord le cas des sources d'affleurement.

C'est par une action lente, séculaire, que les eaux préparent l'emplacement des sources. Elles y parviennent par deux moyens, la corrosion chimique , qui commence leur œuvre, Yérosion mécanique, qui la poursuit. C'est ainsi que les sources se forment sur des points qui étaient destinés à ce rôle, soit parce qu'ils occupaient le fond d'une zone basse sur le fond imperméable, soit parce que les parties du massif perméable qui y aboutit sont plus perméables que les autres, soit parce qu'il existait vers ce point une faille ou ou une fissnre géologique.

Une source d'affleurement est donc un organisme préparé par une longue action des eaux.

Théoriquement, et si la perméabilité des filets qui y convergent était la même que dans le reste de la masse perméable, une source fonctionnerait en égard à cette convergence de filets liquides, à peu prës comme un puits.

Mais la perméabilité plus grande des canaux qui amènent les filets liquides h la source permet de penser que, dans beaucoup de cas, le profil de la nappe considérée dans son ensemble ne diffère pas beaucoup de celui de la nappe théorique coulant par tranches parallèles , et qu on peut appliquer aux sources localisées les propriétés démontrées pour les sources uniformément réparties.

En ce qui concerne les sources de thalweg, les mêmes considérations peuvent être reproduites, mais on ne peut plus invoquer ici, comme cause préexistante, le vallonnement du fond imperméable. Aussi le phénomène privé de cette cause à laquelle nous attribuons une influence prépondérante présente-t-il beaucoup moins de netteté. En réalité, les sources de thalweg sont moins localisées que les sources d'affleurement. Le long des cours d'eau où elles se déversent, elles forment des cordons presque continus, qui révèlent leur existence, lorsque, pour une cause quelconque, on abaisse Teau d*une rivière sur une grande étendue.

En résumé, les résultats à attendre d*un abaissement ou d'un exhaussement d'nne source naturelle peuvent se calculer comme s'il s'agissait d'une source théorique à filets parallèles, sauf à prévoir une certaine perte ^êfet utile, qui, dans le cas des nappes de thalweg, sera à pen près nulle, et qui n'aurait quelque importance que pour les sources d'affleurement.

Dans tous les cas, il importe de bien reconnaître les points de source. Dans les vallées plates, les vraies sources sont situées au pied du coteau. Entre la source et Témergence dans le lit du cours d'eau, les eaux suivent des issues larges et faciles, sables, graviersi fissures, qui offrent très peu de résistance à leurs mouvements. Quelquefois les eaux sourdent au pied d'une colline, alors que l'aflBleurement de la source est situé beaucoup plus haut Dans ce cas, les eaux cheminent sous des éboulis, et il est clair que des travaux d'amélioration exécutés au point d'émergence des eaux ne produiraient aucun effist sur le régime de la source.

50& yê^-

31. Amélioraiioii du régime d^une source d*af&earement. — Ainsi que nous rayons dit, les sources d'affleurement ne se prêtent pas è rabaissement artificiel direct de leur niveau :

. i"* Ce principe est rigoureusement vrai lorsque la source émerge réellement sur le fond imperméable. Très souvent il n^en est pas ainsi, et la séparation du massif perméable et du fond imperméable n'est pas parfaitement trancbée. La source émerge un peu au-dessus du pian de la couche imperméable, et un abaissement de son niveau produira un certain résultat utile, un accroissement de son débit permanent.

H y a donc généralemefU avantage à abaisser le niveau et émergence, même iune nappe Jt affleurement y à la cùndition de ne pas mettre à découvert la couche perméable de f étage ùrférieur.

3^ Amélioration par exhaussement un peu en amont de la source. En général, l'exhaussement d'une source serait une opération difficile et coûteuse, puisqu'elle exigerait In construction d'une digue; mais il parait possible, dans un grand nombre de cas, de réaliser l'exhaussement artificiel des eaux en barrant la vallée à l'amont.

Les figures i&i à làà, pi. XL, indiquent les dispositions qui pourraient être prises. On creuserait en travers de la vallée, jusqu'au fond imperméable, une tranchée qui serait remplie d'argile tassée et pilonnée jusqu'à une hauteur de o m. 5o à o m. 60 sous la surface du sol, hauteur ménagée pour les cultures. Du côté intérieur de la tranchée, on remblaierait avec les terres les plus perméables et on établirait au pied un dalol en pierres sèches pour drainer les eaux. Celles-ci seraient conduites au milieu du barrage à un regard en maçonnerie, du fond duquel partirait un tuyau de conduite, manœuvré du haut par une vanne, régulatrice du débit

La figure ikli indique les profils des nappes qui seraient réalisées à volonté par la manœuvre de la vanne. La nappe 9 est celle du régime permanent avant la construction du barrage. La nappe 1 est celle qui se réaliserait à la fin de la période de la sécheresse. La nappe 3 serait celle qu'on aurait à la fin de la période des pluies.

En temps ordinaire, le débit normal serait un peu inférieur au débit ordinaire de la source , mais on disposerait pendant la période de la sécheresse d'une bonne partie de la réserve, c'est-à-dire du volume d'eau contenu entre les nappes t et 3.

3*" Amélioration par exhaussement de la source de Vautre versant. Ce procédé a surtout pour effet d'augmenter le débit permanent de la source considérée. L'exhaussement de la source de l'autre versant aurait lieu, non sur l'emplacement de ia source elle-même, mais à une certaine distance en amont, et il serait exécuté au moyen d'un barrage ou écran argileux, conune dans le cas précédent.

Par exemple, dans le cas de la figure i&&, la source A' se trouve améliorée par suite de l'exhaussement du niveau de la source A. Son bassin alimentaire, qui était

À'Ë, devient A Dj. Il augmente de dBj.

Ce mode d'amélioration sera ordinairement d'une réalisation difficile, parce que le propriétaire de Tune des sources peut ne pas être propriétaire de l'autre.

Amélioration par galerie de captage (fig. 83, pi. XXV). — Quand il s'agit de grandes sources, on pourra trouver avantage à adopter une galerie de captage établie sur le fond imperméable, avec vannes régulatrices.

En temps ordinaire, on n'utiliserait que le débit de la source. Pendant la période

de sécheresse, on compiëteraii le débit de la source au moyen de celui- de la galerie de captage.

S'il s'agit d*améliorer la source du versant, la galerie de captage permettrait de porter

la longueur du bassin alimentaire dont on peut utiliser les eaux de A 0 à (A 0 + OE'), el toutes les eaux pourraient être conduites à la source du versant A.

S'il s'agit d'améliorer la source du contreversant, la galerie de captage permettrait

de porter la longueur du bassin alimentaire de A 0 à (A' 0 -|- OE). Le bénéfice serait relativement plus grand, mais les eaux captées par la galerie seraient fournies à un niveau inférieur à celui de la source. Pour les recueillir à ce même niveau, il faudrait placer la galerie plus haut. Mais alors, elle n'aurait plus la même puissance de captage.

Suivant le but qu'on poursuit, amélioration du débit permanent ou amélioration du débit de sécheresse, les moyens ci-dessus peuvent être combinés entre eux et donner lieu à des solutions diverses, qu'une étude générale peut difficilement prévoir.

32. Amélioration du régime d'une source de thalweg. — i"" Amélioration par abaissement de la source dans le Ut du cours d'eau. L'exhaussement convient particulièrement aux sources d'affleurement; l'abaissement est, au contraire, le mode d'amélioration qui convient aux sources de thalweg.

Le mode d'application dépend des circonstances locales. Le plus simple consiste dans le procédé appliqué par Darcy à la source du Rosoir, à Dijon. Cette source émergeait au fond du lit de la rivière. Darcy a séparé la source de la rivière. Il a conduit cette dernière dans un aqueduc maçonné, et il a recueilli la source dans un aqueduc spécial. Il a ainsi diminué de i m. lo la charge piézométrique de la source, ce qui équivaut à un abaissement de i m. lo de son niveau.

La méthode consiste, en définitive : i** à détourner le cours d*eau dans un lit étanche; 9*" à isoler la source.

On pourrait, de cette manière, capter des sources dans beaucoup de petites rivières. La recherche de ces sources est très facile, puisqu'il suffit d'intercepter le cours des eaux et de mettre le lit à sec pour les découvrir.

La figure iSs (pi. XLIII) représente le schéma des travaux à effectuer.

Au moyen de deux barrages B, B, on isolerait la zone dans laquelle on aurait découvert les sources, et on établirait une déviation CGC du cours d'eau, avec un lit étanche.

On entourerait la zone des sources S S d'une enceinte maçonnée couverte MM, dans laquelle une conduite D prendrait les eaux pour les amener an lieu d'emploi.

En tête de cette conduite , on placerait une vanne qui servirait à régulariser le débit des sources et à le mettre à chaque instant en rapport avec les besoins. Il serait possible, en laissant monter l'eau dans l'enceinte des sources, de produire sur elles en temps ordinaire une contrecharge plus ou moins forte et de créer ainsi une réserve susceptible d'être utilisée pendant la période de sécheresse annuelle.

9*^ Amilioraiion par abaissement de la sùurce avec galerie ou drain. Ce mode d'amélioration n'est autre que celui dont nous avons assez longuement étudié les effets.

La galerie à établir en contre^bas du niveau de la source devra avnir une longueur plus ou moins grande suivant les circonstances, avec un prolongement fonctionnant

eoinme conduite et aboutîmant au jour. Si le terrain eat de nature arénaeée, la longueur de la partie captante pourra être relativement courte. Si le terrain est dénature rooheuse avec fissures, la nappe n^est plus continue; il sera généralement nécessaire de créer une galerie captante plus longue, afin d'être assuré de rencontrer un assez grand nombre de filets liquides.

Si la source localisée dont on veut améliorer le régime est située, comme cela arrive le plus souvent y dans le fond de la vallée, elle recueille les eaux des deux versants, et la galerie d'abaissement qu'on lui adjoindra recueillera également le débit des deux versants, mais amélioré par le fait de l'abaissement

Si, au contraire, par suite de certaines circonstances géologiques particulières, la source est située, non pas dans le fond de la vallée, mais bien au-dessus de ce fond, la galerie d'abaissement recueillera non seulement le débit amélioré du versant en question, mais encore le débit de Tautre versant de la même vallée. C'est ce que montre lafigure i&S, pi. XLII.

La galerie sera, bien entendu, pourvue d^une ou plusieurs vannes régulatrices permettant de faire varier le débit de la source et de créer une réserve.

Si Ton avait à craindre l'infiltration des eaux du cours d^eau dans la galerie et si cette infiltration présentait des inconvénients, il faudrait faire un lit étunche au cours d'eau dans la traversée des captages.

S"" Amâioratiùn par ^baiuemeni avec galeries et puits. Dans le mode d'amélioration précédent , on suppose que la galerie peut aboutir au jour et se prolonger en conduite fermée jusqu'au réservoir. Si cela n'était pas possible, il faudrait nécessairement extraire l'eau de la galerie par un puits.

Il pourra même suffire, dans certains terrains, de n avoir qu'un seul puits, pourvu d'une galerie au fond, qui fonctionnerait seulement pendant la période de sécheresse.

Si les galeries sont trop coûteuses à établir, il peut être plus avantageux, pour capter les eaux d'une vallée, de creuser un certain nombre de puits pourvus de quelques galeries au fond et de les actionner par transmission électrique au moyen d'une usine centrale.

Le choix de ces diverses solutions dépend de beaucoup de circonstances auxquelles un ingénieur est obligé d'avoir égard.

33. AméHoraiion des sonrces dans les terrains à flasures. — Les terrains à fissures sortent des conditions qui ont servi de base à nos études sur les nappes. Cependant, ainsi que nous l'avons dit, il se forme dans ces terrains des amas d'eaux ou nappes non continues, qui, d'aprës les études pratiques que nous avons faites (chap. XII, XIII ), ne différent pas, comme formes générales, des nappes des terrains aréoacés, réserve faite à l'égard des chutes brusques, des cascades qui peuvent s^ rencontrer, mais qui ne sont que des accidents.

Les procédés généraux d'amélioration par abaissement ou par exhaussement peuvent donc être appliqués à l'amélioration des sources de cette nature avec des probabilités de succès, et même la constitution rocheuse et compacte du terrain aux abords des sources permettra quelquefois d'y exécuter des travaux qui seraient impossibles sur des terrains meubles.

Par exemple, on pourra enfermer la source dans an puits élanche pourvu, au fond, d'une vanne régulatrice, de manière à produire un exhaussement dn niveau d'émer*

gence et à eréer une réserre pour les périodes de sécheresse. Pour que l'opération réussisse, il suffit que, dans un certain rayon autour de la source, la roche ne pré*sente pas d'issue aux eaux ainsi surélevées. Ce cas se présentera quelquefois. L'expérience vaudra souvent la peine d'être tentée.

Mais nous devons signaler tout particulièrement une circonstance qui se présente assez fréquemment dans les roches à fissures et à cavernes* C'est lorsque le fond im* perméable qui sert de support à la masse aquiftre a un profil synclinal et forme comme un fond de bateau dont le point bas est à un niveau inférieur à celui de la souree.

Les fissures de la roche doivent être plus nombreuses et plus larges au fond parce que les eaux météoriques chargées d'acide carbonique ont une tendance à corroder le massif calcaire en profondeur; c'est une conséquence de leur plus basse température.

Ces fissures du fond sont remplies d'une maaae d'eau qui subsiste toujours, renouvelée seulement par les courants qui s'y établissent à la suite des grandes pluies. Dans une note insérée au fascicule V du Bvikûn dt rHydraidipiê agricck (1901), nous avons établi que le bassin de la fontaine de Vauduse, la source la plus importante de Franoe (son débit moyen est de 9 3 mètres cubes par seconde) , présente très probablement la dispositicm que nous venons d'indiquer et qu'au niveau de Tétiage de la fontaine les vides par fissures ou cavernes peuvent atteindre k proportion de 16 p. 100. L'étude que nous avons faite au chapitre xv a confirmé cette conception.

Comme conséquence, une prise d'eau faite à & mètres au-dessous de lëro permettrait de se procurer chaque année, à l'époque de la sécheresse, un volume d'eau consi* dérable qui est actuellement perdu. Les pluies de l'automne et de Thiver reconstitueraient, chaque année, ce qu'on aurait enlevé au réservoir du fond.

Nous sommes porté k croire que la belle source de Fonlaine-Lévéqua, Mtuée non loin du Verdon, à la limite du département du Var, et dont le débit est de U mètres cubes, présente une constitution analogue^ Dans la note précitée 1 nous ajoutions ce qui suit :

((Nous pensons que ce mécanisme n'a rien d'exceptionnel; qu'il est le même pour beaucoup de sources en terrains calcaires, surtout pour celles qui ont un débit soutenu pendant les sécheresses; que, dans ces sources, il existe un réservoir de fond qui pourrait fournir de grands volumes d'eau en temps d'étiage, si on leur assurait une issue artificielle à un niveau suffisamment bas ou si on extrayait les eaux par voie d*exhaustien. 7)

Nous avons indiqué, dans la même note, les calools et les expériences à faire pour vérifier l'existence de ces réservoirs de fond, et même pour en calculer la superficie, aux diverses altitudes. Nous ne pouvons qu'y renvoyer ceux des ingénieurs qui auraient à faire des études semblables. La question nous parait présenter le plus grand iulérêt.

DÉTERMINATION, PAR L'OBSERVATION, DBS CONSTANTES SPECIFIQUES DBS NAPPBS.

STATISTIQUE DES DEBITS DES SOURCES. DETERMINATION DU dEbIT D'EtIAGB

rnUHB SOUBCB.

3/4. Des nappes naturelles. — Les nappes étudiées dans la théorie sous le nom dp nappes régtdiires sont des nappes dans lesquelles : i"" la ligne de faite est parallèle aux lignes d'affleurement ou de thalweg; 9" les filets liquides coulent normalement à

ces lignes ; 3® dans le cas d'une nappe de thalweg, la ligne des sources est parallèle à la ligne du fond imperméable.

Lorsque la ligne des sources n'est pas parallèle à la ligne du fond, les autres conditions restant remplies, on a une nappe non riguliire. (Exemples : fig. 173, pi. L; fig, 198, pi. LXVII).

Dans les nappes naturelles, ces conditions ne se réalisent presque jamais d'une manière rigoureuse. Mais il existe beaucoup de cas où elles se réalisent d'une manière ass^s approchée pour qu'on puisse appliquer la théorie sans grandes erreurs.

C'est ce qui arrive, par exemple, dans le voisinage du faite général de toutes les nappes (fig. 198) ou dans le voisinage des cols ou dépressions (fig. 172)9 ou bien sous d'assez grandes étendues, dans les nappes qui coulent sous des versants réguliers el très idlong^, sous les plateaux à pentes douces qui forment les massifs crayeux (fig. 18s, 1 83), ou bien encore sous la surface des larges vallées.

On trouvera au paragraphe 81 un procédé qui permet de ramener l'étude des nappes naUtreUeê h celle des nappes régtiUires ou non régulières.

35. Constantes spécifiques qui déterminent une nappe régulière ou non régulière. — G)mment déterminera-t-on les éléments constitutifs d'une nappe et le régime des sources qu'elle alimente ?

Tel est le problème pratique qu'il faut résoudre pour tirer parti de la théorie hydraulique.

Dans le cas général d'une nappe non régulière, les constantes spécifiques de colle nappe sont au nombre de onze (fig. sio bis y pi. LXXI).

^mi/' déterminent la forme géométrique de la nappe.

Deux déterminent les variations de son débit.

Les neuf constantes qui déterminent la forme de la nappe sont :

H, l'altitude de la nappe au faite;

p, p\ hauteurs des sources du versant et du contreversant au-dessus du fond; a, longueur du versant; (L — fl), longueur du contreversant; e, pente du fond imperméable; Sy coefficient d'absorption total du terrain ; • z, pente hydraulique de la nappe du versant; z\ pente hydraulique de la nappe du contreversant.

De ces neuf éléments les cinq premiers sont des longueurs. Les 7", 8*', 9* sont des coefficients numériques.

Ces éléments suffisent pour déterminer la forme géométrique de la nappe, mais son débit permanent reste encore indéterminé. Pour le connaître, il faut avoir le rap-

port-.

Cette donnée ne suffirait pas encore pour calculer les variations de la nappe par les crues et décrues ; il faut y ajouter la connaissance séparée des éléments my (i; m, coefficient des vides;

- coefficient de perméabilité.

Ca* ffune napffe à un seul venant, — Oii a alors :

Il ne reste plus que 7 constantes nécessaires.

Coê £une nappe i affleurement. — Dans ce cas , on a :

II ne reste plus que 9 constantes nécessaires, dont 7 pour la détermination de la nappe.

La théorie fournit deux équations pour chaque rersant, en tout quatre équations ($76). Il faut donc déterminer 5 éléments j^ar rokêervatùm, pour calculer la forme de le nappe.

Généralement on pourra déterminer de cette manière :

i"" La longueur totale de la nappe d'un thalweg à Tautre L;

9^ La position du fond imperméable et sa pente e;

3"" La hauteur j9 au-dessus du fond imperméable;

U" La hauteur/»' au-dessus du fond imperméable;

5** L altitude du faite ou dans le voisinage du faite, ce qui suffira, puisque le faite étant un point à tangente horizontale, le niveau de la nappe ne change pas sensiblement dans une certaine étendue autour de ce point.

La détermination de la position du fond imperméable exige une étude géologique, pour laquelle la Carte géologique de la France au i/So.ooo"* fournira très souvent des indications suffisantes. Il faudra nécessairement la compléter par des cotes de niveau, celles qu'elle contient étant malheureusement trop rares. Cette partie des observations est à vrai dire la seule qui soit difficile. Mais rien ne peut y suppléer. On trouvera aux chapitres xiii, xvi des exemples de ce genre de recherches.

Le coefficient d'absorption S se déduit des équations de la théorie, mais nous avons donné au paragraphe 63 une méthode qui permet de le calculer au moyen d'une double épreuve de jaugeage du débit d'un puits.

Déterminatwn des cmutantes m, ^. — Le rapport — se détermine par la connaissance

du débit /'«rmaiien^ d'une source. C'est vers la fin du printemps ou de l'automne quWe source passe par son régime permanent. Mais ia date exacte varie suivant les sources et suivant les années.

La détermination du coefficient fi est celle qui présente le plus de difficultés. C'est au moyen des abaissements du faite, on au moyen des diminutions du débit en temps de sécheresse (absence de plaies) qull est le plus sûr d'opérer. Cette opération se rattache à celle de la méthode du point d^mflexion^ dont il sera parlé ci -après (voir

36. Utilité des statistiques des débits des sources. — Détermination pour chaque région des rapports pluTiauz relatifs et des ooefflcients d'infiltration.

— Dans les formules (168, 169) relatives auxmoatëeadu faite ou au débit des sources en crues, figure l'apport pluvial relatif^. C'est le rapport de l'apport pluvial H moyen de la période considérée à l'apport pluvial h du régime permanent.

On conçoit que ce rapport dérive de la proportion des eaux pluviales qui s^infîitre dans le sol, autrement dit du coefficient JFinJUtration.

Ce dernier coefficient a lui-même un caractère régional.

Il dépend de la répartition des pluies, de la température, du vent, de la composition du sol.

Si on connaissait pour le hassin d'une source le coefficient d'infiltration des eaux d, pour chaque mois de l'année, on pourrait multiplier la hauteur de pluie réellement tombée par un coefficient &, et le produit donnerait l'apport pluvial parvenu à la nappe.

On en conclurait l'apport pluvial relatif T-j^j aj^Kcable an mois, ou k la saison, ou à une période quelconque.

Pour éliminer les erreurs, les anomalies loeales, il est évident qu'il y a avantage à opérer sur une période de plusieurs années. Q faut donc une stoMique des débits d'une source pour dix, quinze, vingt années, et une statistique des pluies pour la même période. On ramènera tout à des moyennes par mois.

En construisant la courbe de ces débits moyens, on reconnaît qu^elIe présente pour une année la forme d'une sinusoide assez régulière, tracée an -dessus et au «dessous de l'horizontale qui figure le débit permanent ou débit moyen (fig. 137, pi. XXXIX et fig. ao&i âo6, 907, pi. LXX)*

A partir d'une date A, en octobre, novembre ou décembre, le débit moyen s'élève jusqu'à un maximum B , qui se produit dans le courant de l'hiver. C'est la crue d'hiver, période I.

Puis le débit diminue jusqu'à ce qu'il repasse par sa valeur moyenne en C, en avril , mai ou juin. C'est la dierue de printemps, période II.

La décroissance continue jusqu'au minimum, qui se produit à la fin de Tété et même bien au delà, point D. C^est la décrue fêté, période III.

Avec les pluies de l'arrière-saison, le débit croit et regagne sa valeur; c'est la crue f automne : point E de la courbe que reproduit le point A , période IV.

Il y a donc A périodes à considérer. Dans chacune d'elles, le débit permanent forme l'une des limites de la période, soit au commencement, soit à la fin. Si c'est au commencement, c'est la partie de droite du graphique F (planche LXXXI), qui est applicable, et si c'est à la fin, c'est la partie de gauche.

La somme des durées des périodes I et m est toujours plus petite que celle des périodes H et IV.

Le graphique F permet de calculer l'apport pluvial relatif ( -^ ) quand on connaît le

1^- ) de la crue (ou décrue) au débit ordinaire, et le terme ( & -f- îL)at

proportionnel à la durée de la période.

On peut donc former dans chaque régicm un tableau des ( ^ 1 moyens relatift à chaque saison.

En appliquant le même mode de calcul aux années excepiionneUementskches , on obtiendra les apports pluviaux relatifs à ces années, qu'il est particulièrement inléreesant de connaître puisqu'ils pennetlent de eakuler les débits i^éHage ejBtrém d'une source dimnée.

Le même mode de calcul peut être appliqué pour déterminer les apports pluviaux moyens pour chaque mois. On en déduit ensuite les coefficxenU i'infltration par saison ou par mois. L'application de ces coefficients donnerait, sans doute, avec une approximation suffisante, la valeur des apports pluviaux réels pour une période donnée. Cesl une application que nous n'avons pas été amené à faire.

37. Coefficient caractéristique d'une sonrce. — Sa détermination par la méthode du point [dluflexion. — Le terme qui joue le rôle le plus important dans lapplication du graphique F, c'est le terme ( i 4-K)(X|» et par conséquent le coefficient :

qui est propre à la source. Il importe de le conna)ti*e. Pour bien des nappes placées dans les terrains aninteés, e'est-à^re qui rentrent dans les hypothèses de ti diéorie, ce terme peut se déterminer par le calcul si on connaît pL.

n a les valeurs suivantes :

Pour une nappe à fond horiabontal (voir les notations, tableau W, à la fin du

volume) :

M* ' ou encore :

Pour une nappe sur fond incliné :

ou eacore:

fiAa

(n faut faire K = zéro s*il s^agit d'une nappe d'affleurement.)

Si le coeffident de résistance /i n'est pas connu, et TexpiMeace que nous allons décrire a précisément pour conséquence de le déterminer, on proeéderade la manière suivante :

Vers la fin du printemps, o'est*è-dire aussi près que possible du moment où' la source passe par son débit moyen et entre dans la décrue d'été , on jaugera son débit par seconde, sinon chaque jour, du moins tous les deux jours. Des observations à l'enregistreur de ce débit seraient encore préférables.

On fera des jaugeages avec un soin particulier pendant les périodes tam pluie. Il s'en présentera presque toujours une ou plusieurs pendant la dvrée des observations.

En construisant jour par jour la courbe des débits, on constatera qu'après un ou deux jours de sécheresse, la courbe baisse et qn^après avoir été concave vers le bas, elle devient convexe. On mène une tangente an point cTinflexion (fig. s 08, 109, pi. LXXI), on découpe ainsi sur faxe des temps une aous*tangente B€ qui représente un certain nombre de jours ^ ou de secondes*

, 5iS On a :

BC dtant exprimé en secondes.

Multipliant cette expression par 365 et exprimant BC en jours, on a ce que nous avons appelé le coefficient caraetiristique :

formule OÙ T représente le nombre des secondes contenues dans une année, 3i.5oo.ooo, et où BC est exprimé en jours.

Connaissant ainsi (i -|-K)a, on calcule le coefficient fx, au moyen des formules de a écrites ci-dessus.

38. Importance de la déterminaiioii du coefflcient caractérittique. — Des groupes de sources. — Nous avons démontré que h amn Seau formé par le groupement de toutes les sources J^un bassin homogène (c'est-à-dire dont toutes les parties ont les

mêmes coefficients m, /^9 ^9 ( t )) ^e comporte à peu près comme une source unique qui serait

placée dans les mimes terrains.

Cette propriété est trës importante , parce que dans les terrains fissurés et coupés par des vallées secondaires qui interrompent la forme cylindrique des nappes(ex. chap. xv), la détermination du coefficient caractéristique est le seul moyen de connaître le régime d'un groupe de sources.

Le coefficient caractéristique d'une source est d'autant plus grand que la source est plus instable. Dans les cas ordinaires, il a pour valeur 1 à i,5o. Dans les sources très instables, il s'élève à 3, &, 5, 6. Enfin, dans les sources très stables, il descend à o,&o, o,3o, 0,90,0,10.

39. Détermination du débit d'étiage d'une source. — Lorsqu'on connaît à la fois :

1^ Le coefficient caractéristique d'une source ;

s"" Les apports pluviaux l-A qui correspondent à la période de décrue d'été dans les

années sèches et très sèches, et les nombres de jours que durent ces périodes, on a les éléments suffisants pour calculer au moyen du graphique F les débits à^éhage ordinaire et d^éUage exceptionnd.

Nous avons donné au chapitre xvu les vdleurs des ( -r ] applicables à certaines régions.

Il sera utile que les ingénieurs s'attachent à déterminer ces données dans les r^ons où ils sont placés.

B8 L'AMiuORATION D€ RI^GIMB DBS SOURCES PAR t'Ali^NAGBnNT DU SOL.

AO. Causes modernes qui contribuent à rappauvrissement du débit des sources. — La première idée qui se présente > quand on se propose d'améliorer le régime des sources, c'est d'améliorer les conditions qui président à la formation des nappes dont les sources ne sont, en définitive, qoe la résultante.

Deux causes contribuent à la formation des nappes : i*" La hauteur et la fréquence des pluies ; )° L'absorption parle sol des eaux météoriques, pluies ou neige.

Bien que Tétude de ces questions relève plutôt de l'hydrologie que de Thydraulique, elles touchent à Tamélioration du régime des sources et, par ce motif, il nous parait utile de présenter à leur sujet quelques considérations.

Dans quelle mesure Thomme peut-il agir sur ces deux facteurs de la formation des nappes, la pluie et l'absorption des eaux météoriques?

En ce qui concerne la pluie, son impuissance est complète. Tout ce qu'on sait, c'est que les forêts attirent les pluies, les rendent plus fréquentes et plus intenses.

Mais les progrès de la civilisation, le développement de la population tendent, non pas à multiplier les forêts, mais au contraire à les faire disparaître pour les remplacer par des cultures. Par conséquent l'apport pluvial a une tendance à diminuer.

A l'égard de rinfdtration dans le sol des eaux météoriques, l'homme n'esl pas absolument désarmé. Les travaux auxquels donne lieu progressivement la mise en valeur d'un pays ont une répercussion directe sur l'absorption des eaux météoriques, et par conséquent sur les sources, mais leur effet est défavorable et tend précisément à diminuer les volumes d'eau apportés aux nappes souterraines.

Ces causes sont :

1^ Le défrichement et la mise en culture;

â° L'assainissement des terres, le drainage, le dessèchement des marais, etc.;

S"" L'ouverture des chemins;

&** Les travaux des mines.

1® Dé/richemerU et mise en culture. Après de longues controverses, c'est un point qui parait bien établi aujourd'hui, que les forêts, et d'une manière générale la végétation herbacée, retiennent les eaux pluviales à la surface du sol, gênent leur écoulement, le retardent, et facilitent par conséquent leur absorption par le sol.

Dans les terres cultivées au contraire, où l'on donne habituellement au sol la forme de billons séparés par des sillons, les sillons s'imbibent au commencement de la pluie, mais pour peu que la terre soit argileuse, ils ne tardent pas à se colmater et à laisser écouler les eaux pluviales, comme le feraient des fossés.

Or, c'est précisément pendant la saison froide que les nappes souterraines réparent leurs réserves d'eau appauvries par la sécheresse de l'été. A cette époque, la végétation n a pas encore poussé, et le sol des champs de culture est à peu près nu. H est dans réiat le plus défavorable pour l'absorption des eaux pluviales.

Le défrichement et la mise en culture sont donc contraires à l'enrichissement des nappes aquifères et des sources.

ù^ Toutes les opérationa qui ont pour but l'enlèvement rapide des eaux stagnanies ou leur écoulement lent, telles que Vatêomissement deê terres insalubres, le curage des cours (Teau, le àrainaffe, le dessèchement des marais et des étangs, ont pour effet direct dedimi* nuer la surface du sol qui est recouverte par les eaux, ou de tarir les nappes superficielles et par conséquent de diminuer aussi la proportion des eaux qui s'infiltrent dans le sol. Ces travaux, qui sont l'auxiliaire indispensable de toute mise en valeur rationnelle de

^TUftlS SUR LK8 8O0KCI8. 33

ia terre , sont défavorables aux nappw el aux souroM. U en • été «xécuté de ooiuttdérables depuis cent ans.

3"" Uouveriure de9 diemms paraît au premier abord tout à fait étrangère à la question des sources. Cependant c'est, à notre avis, une des causes qui ont le plus profondëment modifié le régime hydraulique des nappes et des sources dans le siècle dernier. Chaque chemin est toujours pourvu de deux fosses, ou tout au moins d^un fossé du côté du déblai. Ces fossés sont généralement bien curés et pourvus de pentes quelquefois très fortes. Avant Touverture de ce chemin, les eaux s^tfcoulaient plus ou moins lentement, à la surface des champs, et une grande partie des eaux s^infiltrait dans le sol.

Dès que le chemin est établi , tout change. Les terrains riverains 8*^uttent dans le fossé qui, en tranchée surtout, fait Toflice d*un drain profond. Les foss^ séparatifs des parcelles riveraines lui apportent toutes leurs eaux. Toute une zone de loo, soo, 5oo mètres de largeur est ainsi rapidement asséchée, à la suite de chaque pluie.

S*il s^agit de chemins en remblais, Teflet produit est le même. En vue de soustraire la plate-forme du chemin k des dégradations, des affaissements, on ne manque pas d'établir sous le chemin, dans tous les points bas, des fossés, des aqueducs qui conduisent les eaux rapidement au thalweg le plus voisin.

Or il existe en France, en nombres ronds :

Chemins de fer &0.000 kiloiD.

Routes nationales SS.ooo

IWttles dépavtemaaialv» ...«•• .•.«••.«••.«••• t ê.ooo

Chemins de grande et moyenne communication aSo.ooo

Chemins vicinaux ordinaires Aoo.ooo

Chemins ruraux et autres pounus de fusses, environ •«••«•• aoo«aoa

ToTu • . 930«Qoa

La superficie de la Franee étant de 63o.ooo kilomètres carrés, les chemisa de toute catégorie représentent une longueur de i .761 mMrespar kilomètre earré, e^eslè-dire que les fossés de ces ebemins collectent lea eaui pluviales sur une lar^ur moyenne de aSA mètres de ehaquo cAté de leur axe(^>.

Ou comprend que, dans ees eonditions, les fossés des chemins exercent un drainage .superficiel très puissant sur les eaux pluviales au fur et à mesure quVlles tombent sur le sol. L'infiltration dans le sol en est considérablement diudiuoée.

C*est à cette oanae principalement que nous parait devoir Atre attribué fabaiasement du débit des aourcea qui a été eonstalé partout depuis une cinquantaine d'années.

&° Les travaux des mimes donnent lieu à des épuisements considérables dans certaines régions. Us appauvrissent les nappes souterraines, abaissent leur niveau et rendent quelqu^ots difficiles les approvisionnements d'tau potable. G^eal ce qu^on observe dans le nord de la Franee. Mais laa épuiaementa dana les mines n^ont qu^une aetion locale, limitée, et sont loin d'avmr sur les dânta dea sevreaa dea effolB eomparaUee à ceux que nous avons indiqués plus haut.

41 . Moyens d'aitittiorer lat souroM par un aménagement dn sol, — A toates ces causée qui tendent à diminuer rapprovisiotmement normal des nappes aqnifères, il y aurait des femèdes on plutôt des palliatifs à appliquer.

Nous en indiquerons deux :

1° Ralentir F écoulement des eaux superficielles par de petits barrages sur les fossés de toutes catégories, barrages dont la hauteur ne serait pas assez grande pour occasionner Tiuondatlon prolongée des terres ou des chemins et serait assez grande cependant pour conserver une certaine retenue d'eau stagnante, qui serait bue par le sol, après chaque pluie ;

9^ CHMoii d$ fsAs âhsofhmUê dam h$ oouekês permiaUeâ du #el. Le plas souvent cea puits absorbants n auraient pas besoin d'Atre bien profonds. Il faudrait seulement les entretenir de tempe en temps en enletantrenduit ai^leux, colmatant et imperméable, qui tend à se déposer sur lemn fonds ^ comme cela a lieu dans les mares.

L'idée des puits absorbants n'est pas nouvelle. Elle a été suggérée à M. Tingénienr en ebef Conle Qranehamp» en 1866, par le phénomène obseorré sur la Tel, dans les Pyrèttéee*OriettUdes, auquel ou a donné le nom de RsfrodtMtm des muse^ et qui consiste dans le fait suivant :

Lee eana employées an irrigations de pnnt§mfi dans les parties supérieures du bsasÎD de la Tel s'infiltrent dans le sol et réapparaissent à tautanmê dans les sonreee du thalweg de la Tet inférieure , dont eiies viennent grornir le débit précisément à Tépoque où cette riviète en a le plus besoin. 8i ces irrigations de la Tet supérieure n'otistaient pas, les eaui de printemps s'écouleraient en pore perte à la mer et les cultures de la partie inférieure de la vaBée souffiriraient grandement du manque d'eau à la fin de la période de la sédieMtse^

Ce fait soupçonné et indiqué par les gens du pays a été mis en étidenee par les expériences faifce par les ingénieurs des ponts et cbansades en 1 86&, i 866 ( Mémoire de li. Vigan, ÀnÊmkê dêsptmU ti dimusies, 1866).

S'inspirant de la repiuductien des eam de la Tet, M. Conte Grandehamp en atait condn, pour les Basses-Alpes, à l'établiaeement d'un système de puits absorbants dans lesquels on jetterait toutes les eaux non utilisées en hiver et au printemps afin d'augmenter les réserves des nappes aquifènes. Il y avait lieu de croim que ces eaux se retrouveraient dans la Durance en été, à l'époque où les iirigations sont en plein fone* lionn^nent

Cette idée est assurément très rationudle, très conforme â la théorie et il y titîfst peut-être lieu d'y revenir le jour oè les beaoins toujoum croissants des irrigations dans la vallée de la Durance rendront de nouvelles recberebes d*eaux abadument indis^ pensables.

Son application devra être étendue à toutes les sources eu général, dont on constate partout rappauvrisaement et même quelquefois le tarissement cem|rfet.

Pour y parvenir, on sera certainement oUigé d'édieler des mesures légiriatives, en vue de fariliter l'aUmentatiou des sonrtes. Ce sera comme «n complément de la loi du i5 février 1909 sur la suite publique, qui a pour la première fois posé le principe de la protection des sources au point de vue de l'hygiène. A cette protection, qui ne vise que la qualité des eaux, il sera nécessaire d'en ajouter une autre, la protection des sources au point de vue de leur alimentation, c'est^JMbre de la fsMàiti des eaux.

Dans les vallées où les débits des sources sont devenus insuffisants, la création de nombreux puits absorbants, vers lesquels on dirigerait les fossés d'égouttement on d assainissement, en prenant les précautions utiles pour n'y laisser pénétrer que des eaux claires et à peu près décantées, constituerait probablement le moyen le plus pratique, et le plus facile h réaliser, pour augmenter Tapprovisionnement des nappes souterraines.

A ce système se rattache un procédé que nous croyons devoir faire connaître, en raison de l'intérêt qu'il présente.

â2. Méthode des sources artificielles. — En présence des vastes projets d'adduction de nouvelles sources étudiés par la ville de Paris, M. lanet, ingénieur en chef des mines, a proposé un moyen d'approvisionnement d'eaux potables qui équivaut en définitive à augmenter artificiellement l'apport pluvial qui pénètre dans le sol pour alimenter la nappe aquifère. C'est une utilisation plus intensive des facultés de filtration du sol ^^K

L'idéal pour l'alimentation de Paris serait de recueillir des eaux à la base des sables tertiaires; malheureusement, pour en recueillir un volume suffisant, il faudrait plusieurs centaines de kilomètres de galeries de captage. M. Janet propose de réduire la surface filtrante en augmentant l'épaisseur de la tranche d'eau à filtrer. Il est possible, par exemple, de porter à 6 mètres au lieu de o m. 60 la tranche d'eau tombant sur le sol, sans compromettre et sans surmener le filtre parfait constitué par le sable. Il suffit, pour recueillir sûrement l'eau épurée par filtration, que la couche perméable soit supportée par une couche d'argile imperméable dont l'affleurement forme une courbe fer* mée le lo^g de laquelle on pourra établir des galeries eollectrices. Toute la r^on nord de Paris présente de nombreuses collines où existent des nappes de cette nature à déversement périphérique.

M. Janet choisit la colline de Montmorency, dont la surface est considérable.

Le sommet de la colline est constitué par & ou 5 mètres de meulière de Beauce, n'existant que dans les points les plus élevés. Au-dessous on trouve une couche de sable blanc très fin d'une épaisseur de &o à 5o mètres (sable de Fontainebleau) reposant sur les marnes à huîtres et les glaises vertes imperméables. La base des sables est à l'état de sables boulants et les eaux qui s'y trouvent forment une nappe à déversement périphérique alimentant un très grand nombre de petites sources.

Il suffirait de creuser sur les 30 kilomètres carrés du plateau environ 8.000 puisards partant de la surface du sol et aboutissant à la partie supérieure des sables de Fontainebleau et d'y déverser par un système de conduites appropriées l'eau de l'Oise puisée à Valmondois, par exemple, et relevée de la cote qS à la cote 176. Le débit ne serait, pour chaque puisard absorbant, que d'environ 5/8 de litre par seconde. Le débit otal filtré serait de 5 mètres cubes.

A la base du sable, tout autour de la colline et reposant sur la couche d'argile, on établirait une galerie de captage suivant une courbe fermée dont le développement aurait une longueur d'environ 35 kilomètres, eu évitant, bien entendu, le voisinage de la ville de Montmorency et des autres lieux habités; comme la couche d'argile est légè-

^'^ La deiicriplioD cî-après est extraite de Texposé fait par M. Janet devant la Commission sdentifiqne d(î pcrfoctionocment de TObservatoire municipal de Montsouris, ie 11 févriei 1901*

rement inclinée (de la cote 1 35 à la cote i lo), c'est au point le plus bas qu il conviendrait de recueillir Teau filtrée. La quantité d'eau déversée sur le sol n'a rien d'exorbitant; le chiffre de 8 mètres pour la tranche aunuelle a été vraisemblablement atteint dans nos régions à l'époque diluvienne et l'est encore dans certains points du globe.

La couche d'argile qui supporte les sables de Fontainebleau est absolument continue, et fon peut espérer recueillir au moins 90 p. 100 de l'eau déversée dans les puisards après qu'elle aura traversé une couche de sable fin d'une épaisseur moyenne de ko mètres.

Nous nous bornons à ce court exposé du système qui, ainsi qu'on le voit, consiste, en définitive, à utiliser comme filtre un massif naturel de sable, mais avec cette différence très importante que le versement des eaux, au lieu d'être fait sur la totalité de la surface captante, ainsi que cela a lieu avec la pluie, ne serait fait que sur une surface égaie à environ la 1/600'' partie de cette surface.

Remarques. — Les procédés d'amélioration du régime des sources par l'aménagement du sol ne sont guère applicables qu'en grand. Ils présentent cette particularité que ce ne sont pas seulement ceux qui exécutent les travaux d'aménagement qui sont appelés à en profiter, mais plutôt les usagers placés en aval. Aussi ces travaux ne peuvent-ils guère être exécutés que par les communes ou par des associations syndicales (le nouveau projet de loi sur les usines hydrauliques contient un titre spécial pour ce genre de travaux). Les travaux indiqués au chapitre viu ont, au contraire, l'avantage de proGler directement à ceux qui les exécutent.

A3. Conclusions. — Les combinaisons auxquelles peuvent donner lieu les moyens d'améliorer le régime des sources, sont, ainsi qu'on l'a vu, très variées, et chaque cas réclame, pour ainsi dire, une solution d'espèce.

Nous croyons pourtant que les règles que nous avons indiquées, basées sur des considérations théoriques, fourniront aux ingénieurs un guide utile dans la solution des questions qui pourront se présenter.

Nous avons ouvert un sillon nouveau, et il a pu paraître ambitieux, au début de cette étude, de soumettre au calcul, en vue d'applications pratiques, des phénomènes aussi variés, aussi divers, et en apparence aussi peu réguliers que ceux qui concernent le régime des sources. Nous voulons espérer que le lecteur sera revenu sur cette première impression, qui était aussi la nôtre au commencement de ces recherches.

Les nappes aquifères obéissent à des lois qui seraient conformes à la théorie, si les terrains qu'elles traversent étaient arénacés et homogènes. De ce que les terrains naturels satisfont très rarement à cette hypothès(*, il n'en faut pas conclure que la théorie ne puisse rien donner d'utile.

On a pu voir qu'au contraire elle fournit des renseignements inédits qui corroborent, en les éclairant, beaucoup de phénomènes mal connus, tels que les conditions qui président à la formation des nappes à deux versants ou à un seul versant, les crues et les décrues des sources, la formation des cours d'eau, les trajectoires des Glets liquides des nappes, le fonctionnement des galeries et des puits de captage, etc.

C'est que, malgré la variété de composition des diverses parties d'un massif aquifère, on peut presque toujours les rapporter à une composition moyenne homogène qui satisferait à peu près à la théorie.

n «•( dair qu'A faut etdiire et cette agamilatiMi les temiiis boolevenés. 1m terrains à cavernes, à faillet, i aeddenta giologiques.

La plupart des anteurs qni ont traité des na|^»es et des aoarees n^ont examiné la question qa^an point de vue géologiqQa senlemenL Dans cet ordre d*idées, tont pardt irrégnlier, imprévu, contingenL

Cest là, à notre avis, un aspect sinon inexact, du moins ineomfdet de la question; on fa vu pour iea diverses applications pratiques que nous avons faites de la théorie; mais il serait «icore plus inexact de croire que la théorie hydraulique des Beppes et des sources peut fournir des réinltats absolus.

La vérité est entre ces deux extrêmes.

n y aura toujours, dans chaque cas, une étnde spéciale à faire, oà le sens pratique, rintuition de Tingénienr auront un rôle important à remplir.

La théorie se perfectionnera surtout par les applications qni en seront laites.

Des à présent, elle nous parait rendre plus daires beaucoup de questions qui nous semUaient auparavant très obscures, et nous croyons qu'elle peut fournir dans la solution des problèmes qui concernent les nappes et les soureas divers uiêkimmê que Télude géologique considérée seule ne pourrait pas fournir.

Tableau W.

HOTATIONS BMPLOTiBS DA1I8 TOUS LB8 GHAPITBBS, SAUF INDICATIONS 8PBCIALB8

1* POHD BORlZOFiTAL. — MAPK D'APriiMBIHIlIT.

r///ww//w/?/fw/7//wmff//f/fmf/é

9* POND BORIIONTAL. — NAPPB Dl THALWM.

Faîte

3* fOHD IRCUnl ~ RAPPB DUPPLBOBBHlIfT.

«, longueur de chaque vernnt OA, O.V.

i, ordonnée eu felte OB. ,

^, ooeflSdent d'absorption = -.

m, eoeffiàent dc« vides.

fi, ooeffident de rësiitenee.

A, apport pluvial du régime permanent par secnnde et pir mètre carré :

f, débit de la source par mètre courant de la ligne d'affleurement

a, coefflcieiit de cniês = — z*

a, 6, m, fi, A, ^, comme è 1^ p, hauteur de la contrenappe OF.

K.r.pp<.rif.

^, coefficient d*absorption total.

^\ tt>efficient d^ahsorption de la nnppo Mpérienrc

a, coefficient de crues «=

fUl*

a, longueur du versant OA.

(L — a), longueur du contreversant OA'. 6^, ordonnée an faite OB.

6, ordonnée maxime DG.

ar., abscisse OD du point à ordonnée maxiroa. a, pente du fond on tang. A*AX« ly coefficient d'absorption.

z, pente hydraulique = -^.

f, débit de la source du venant.

9', débit de la source du contreversant. «, coefficient des crues (équation 97).

m, ft, A, comme à 1*.

A* POND IIIGLI5K. - HAPPE DE TRALWBO.

Faite

a, (L — fl), 6,, 6, Xm, e, m, fi, A, comme k 3% et en outre :

p, hauteur de la contrenappe OF.

K, rapport^.

ij coefficient d^abeorptioo total.

S\ coefficient d^absorplion de la nappe supérieure

z, pente bydraulicpie de la oappe supérieure ( 1 -f K) a, coefficient des crues.

5" Le tableau E et les graphiques 35, 35 hiêf donnent pour toutes les valeurs de z, zéro, o,io, 0,30, etc., jnsqu*a z= i, tes valeurs numériques de différents rapports qu*on rencontre dans les applications :

(Tableau E et graphique 35) :

^-Ta

(Tableau E et graphique 35) :

(Tableau E et graphique 35) :

(Tableau E):

(Tableau E) :

(Tableau E et graphique 35 biê) :

(Tableau E et graphique 35 6tf ) :

(Tableau E et graphique 35 hi»)

A et B

■■Bfi