L'érosion

1 . La corrosion est due k la dissolution chimique. JSAe est le mode d'action primordial de l'eau sur les terrains perméables, le moyen préparatoire qu'elle emploie pour les pénétrer. L'eau météorique renferme plusieurs corps susceptibles d'exercer une

action chimique, de l'acide carbonique, de l'oxygène, de l'acide nitrique, etc La

puissance de dissolution de l'eau météorique est très petite, si l'on ne considère que des périodes de temps comparables à la durée de nos observations humaines; elle est considérable, si Ton eonsidfcre les périodes de temps sécnlaires.

On pourrait dire qu'il y a deux chimies, très différentes : io chimie ordinaire, k

réactions rapides, immédiates, c'est celle que nous connaissons, et la chimie du temps, qui semble quelquefois procéder d'autres principes, qui défait ce que Taatre avait édifié, et réciproquement. Ces questions sont peu connues, et ne le seront peut-être jamais. Ce que nous savons, c est que le temps est un facteur d'une puissance incomparable.

Les terrains de sédiment qui forment aujourd'hui une bonne partie de l'écorce terrestre ont été, à l'origine, des massifs plus ou moins incohérents. Leiur agrégation, leur solidité, leur dureté sont un effet du temps. Mais si le temps édifie, consolide, souvent aussi il désagrège, il démolit. De ce genre est la corrosion qui s'exerce à la surface des terrains calcaires, qui donne lieu aux bétoires, aux avens, et qui laisse comme témoins de son action les argiles rouges ou les argiles à silex, qui sont le résidu de la décalcication. Les granits eux-mêmes, malgré leur résistance apparente, n'échappent pas à l'action corrosive des eaux et de l'air. L'eau les décompose, entraîne l'argile, et laisse en place les arènes. 11 est probable que toutes les roches, même les plus réfractaires, subissent plus ou moins des actions semblables.

9. Lorsque par corrosion chimique, l'eau a préparé dans les roches des vides quelconques qui lui permettent de circuler, ou lorsque ces vides sont préexistants, par suite de la structure arénacée de la roche, ou par suite de diaclases résultant du retrait ou des mouvements de l'écorce terrestre, alors commence un nouveau mode d'action de l'eau, Térotion, qui agit mécaniquement, par entraînement des particules les plus ténues des terrains traversés.

L'eau toute seule peut faire cet entraînement lorsque déjà la séparation des parties fines est préparée par une corrosion chimique. Mais lorsqu'elle contient des matières en suspension , l'érosion est bien autrement puissante. Ces matières usent les parois qui contiennent et dirigent l'eau, élargissent peu à peu les diaclases et laissent comme témoins de leur action^ des raies, des stries qui apparaissent fréquemment à la surface, des fissures ou des cavernes souterraines.

C'est à cette double action, corrosion, érosion, qu'est due la localisation des sources naturelles. Pour qu'elle se produise, il suffit qu'à une certaine époque, le massif perméable ait présenté, dans la direction de l'emplacement que les eaux ont définitivement choisi pour paraître au jour, des facilités d'écoulement qui les aient dirigées principalement vers ce point. La corrosion et l'érosion ont alors exercé leurs actions d'une manière plus intense sur les canaux souterrains qui y conduisaient; dles les ont élargis. Une fois élargis, ces canaux ont débité davantage, ce qui a donné lieu à un nouvel élargissement, à un nouvel afflux de filets liquides, jusqu'à ce qu'enfin les eaux de toute une région se soient concentrées dans cet orifice unique qu'on appelle la source.

Diverses circontances ont pu préparer à l'origine l'élection du point de source :

1. La surface du fond imperméable n'est jamais parfaitement plane. Elle a un vallonnement plus ou moins accentué, avec des points bas qui attirent les eaux, d^ points hauts qui les repoussent. Ces points bas sont des points de sources possibles;

9. Le terrain perméable n'est jamais parfaitement homogène, il contient des xones plus perméables que les autres et qui favorisent l'émission des eaux dans les pointa de la ligne d'affleurement où elles aboutissent ;

3. Le fond imperméable n'est pas toujours ioiperm^ble dans toutes ses parties.

Ainsi, frëquemoient, il présente des couches d'une perméabilité relative, a travers lesquelles les eaux peuvent descendre en profondeur pour aller alimenter les nappes d*un niveau inférieur. On ne pourrait pas expliquer autrement les niveaux d'eau qui émergent à des bauteurs différentes sur les flancs d'une même colline.

Ces circonstances initiales accumulent les eaux vers certaines zones, mais parmi celles-ci il se fait peu k peu une stiection, par suite de la plus grande capacité do débit qu'acquièrent avec le temps celles qui à Torigine étaient les plus favorablemeut disposées pour devenir des points de sources.

Les petites sources des zones intermédiaires v<mt en diminuant progressivement et elles finissent par disparaître. Celles qui tendraient à émerger sont aveuglées par les apports limoneux, les ailu viens plus ou moins argileuses, qui recouvrent presque partout le sol et constituent la terre végétale. C'est la dernière phase des phénomènes qui aboutissent à la formation de la source. A partir du moment où le manteau limoneux a définitivement fermé les petites sources intermédiaires, la source unique est définitivement constituée.

L'expérience démontre tous les jours qu'il sufiit fréquemment, au flanc d'un coteau, de creuser l^fërement la terre végétide pour déterminer des suintements, qui étaient arrêtés par la mince pellicule argileuse qui recouvrait le sol. Ces petits filets d'eau sont les témoins de la nappe qui viendrait sourdre tout le loog de l'affleurement , si elle n'était absorbée entièrement par la source. La chaleur solaire en évapore une bonne |iartie;la végétation prend le reste.

B résulte de ces considérations qu'une swtree d'a^fiewremmi est un organiim$ ffipmi par une hngue action ieê êoux, que sa position n'est pas l'efiet du hasard, mais bien une conséquence des circonstances initiales et des modificatioiis que les plissements des couches géologiques ont pu y aj^rter dans la suite des temps.

Nous devons tirer de ces considérations une autra conséquence très importante pour notre théorie, c'est que les canaux conducteurs qui amènent les eaux à une source sont beaucoup plus perméables que le reste du massif aqui(%re, et que cette perméabilité est d'autant plus grande qu'on considère des sections plus voisines de la source.

Examinons maintenant la composition de la nappe aquifère qui aboutit à ce point de concentration qu'on appelle une source.

A une grande distance de ce point, près du faite, l'influence de la localisation delà source ne se fait pas sentir. Les eaux descendent le versant en filets liquides qui sont contenus dans des plans parallèled, et tout le bassin tributaire de la source est contenu entre deux plans extrêmes GB, C'B', fig. 189, pL XXXIX.

Dans la partie supérieure de cette zone, la nappe a un profil superficiel qui obéit aux lois géométriques que nous avons définies dans le chapitre m. Elle se prolonge ainsi plus ou moins loin du faite, mais à une certaine distance l'influence de la source commence k se faire sentir. Les filets s'infléchissent peu à peu vers cette dçrnière, et l'on peut admettre pour simplifier que les filets liquides sont contenus dans des plans verticaux qui convergent vers la source; nous arrivons à cette conséquence très intéressante :

Tkéonquemeutf la source localisée fonctionne comme un puits dans k troisOme cas examiné éMOê foragraphe 55.

Les filets liquides affectent cbnc ea plan une disposldon plvs on moins semblable à celle de la figure iSg. Dans la partie baute de la nappe, ils coulent dans des pians parallèles, c'est la zone qui ya du faite BB' au contour DMD.

Ce contoar DMD' est le bord de Tentonnoir à partir duquel les filets liquides con* Tergent Yers le point de source. Dans les zones réduites de forme triangulairo CDS, C'D'S, situées en bordure de la ligne d'affleurement^ les apports pluviani, ou bi«i se dirigent Clément vers k souroe, ou bien sont évaporés par la diaievr solaire, ou bien pénètrent lentement dans le fond impermëabie, dont f împemiéabilitë est rarement absolue.

Cependant Tassimilation d'une source localisée à un puits comporte une diffkence essentielle : c'e^t que dans la zone des filets convergents, ia perméabilité du terrain est plus ou moins augmentée par les actions diverses que noue avops appelées d'un seul mot qui les résume : l'action du temps. Il en résulte que le profil de la nappe k filets convergents doit être bien loin de présenter les pentes accusées qu'indique la figure i o& , que ces pentes sont beaucoup plus adoucies, et que, bien souvent, elles ne doivent pas différer sensiblement du profil de la nappe à filets parallèles. C'est ce dont on peut se rendre compte par les consideVations suivantes.

Soit B'ES, fig. i&o, le jM^fil d'une nappe qui aboutit à la source S. De B' à E, oe profil est celui d'une nappe d^affleurement ordinaire, comme celles que nous avons dtudiées au chapitre m, c'est-à^lire mfUndriqwf.

De E à S, c'est le profil d'une nappe à filets convei^nts. Si la Biqppe ordinaire B'E était prolongée jusqu'au fond imperméable, elle aboutirait en S\

Soit BMS , le profil d'une nappe ordinaire d'affleurement qui aurait le point S comme point de source.

Considérons une section DN , et comparons les ordonnées et les tangentes des deui nappes danp cette section.

Prenons pour origine des cordonnées le point de souroe S.

Soient a la surface du bassin afTérent à la section ND ;

a-, la surface du bassin afférent k 1^ section MD;

m, (JL^I^ constantes relatives à U masse du terrain aquifère ;

m\ fA\ les constantes spéciales à la section ND;

C, la longueur SC de la zone à filets convergents;

y', l'ordonnée DN ;

y, l'ordonnée DM.

Soient F6 = i la longueur de la bande considérée et ou; la lei^geur de l'élément convoient au droit de DN.

On a pour le débit de cbaeune de ces sections :

Sech'oD ND :

ScclioD MD :

JV.

D'antre part, on a pour ie débit de la section ND :

^«xy(^+e).

Et pour celui de la section MD :

ï»fê+'>

galant respectivement ces expressions, on trouve en éliminant S^

^ * -*- ' fA ma

ttxm fi <r

Les surfaces a\ <t différent Tune de l'autre par le double de la surftice d'un triangle qui, au maximum, esterai à SqGH; leur différence ne saurait être bien considérable.

Les deux ordonnées y\ y aéraient donc sensiblement ^ales si le rapport ( A )

décroissait proportionnellement à la distance à la source x de la section considérée.

Cette décroiasance n*a rien d*impossible. Le coefficient do vide m' ne varie pas dans des limites bien étendues. Il ne d^^passe guère o,&o. Mais le coefficient de résislance au mouvement de Teau fx' décroît dans des proportions considérables à mesuro que la dimension des vides du terrain perméaMe augmente. La formule de Poiseuille fait varier eette résistance en raison inverse de la 5* puissance du diamètre des vides, de sorte qne des vides quatre fois plus grands offriraient une résistance au mouvement de Tenu 5oo fois pins petite.

On peut donc préanmer avec quelque probabilité qne, dans beaucoup de cas, la localisation des sources ne modifie pas d'une manière très importante les profils des nappes, tels que nous les avons établis pour le cas où les filets liquides coulent dans des plans parallèles.

9° Sources de ihahoeg. — Les considérations que nous venons de développer peuvent Mr% appliquées en grande partie aux sources de thalweg; pourtant on ne peut plus invoquer ici comme cause préexistante, pour déterminer la localisation d'une source, le vallonnement du fond imperméable.

Aussi le phénomène, privé de cette cause à laquelle nous attribuons une influence prépondérante, présente-t-il ici beaucoup moins de netteté.

En réalité, les smtreeM de thakoeg sont moins heaUsées que Us sources JF 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 l*eau d'une rivière sur une grande étendue.

Leur existence se prouve encore par le débit des cours d'eau qui va en augmentant régulièrement quand il traverse un terrain perméable au travers duquel coule une nappe permanente dont le niveau piézométrique dépasse le niveau du sol.

On rencontre fréquemment, le long d'un cours d'oau coulant en terrain perméable, des zones dépourvues de sources; mais, dans ce cas, on peut aflSrmer que, presque toujours, ces zones dépourvues de sources sont des zones absorbantes y où le niveau piézométriqué de la nappe est inférieur au niveau du sol.

Un pareil cours d'eau offre donc une succession de zones de sources émissives alternant avec des zones absorbantes.

Mais le phénomène de l'émission ou de l'absorption présente généralement de ia continuité. 11 n y a d'exception que si le terrain est percé de canaux naturels plus ou moins larges, comme cela se rencontre dans les biUnres des terrains calcaires, qui constituent des localisations accidentelles.

On peut donc, avec une probabilité encore plus grande que pour les sources d'affleurement, présumer que, généralement, on n'a pas besoin de tenir compte de la localisation des sources de thalweg et qu'on peut faire l'étude des nappes de ce genre, comme si les sources formaient un cordon continu.

Nécessité de bien connaître le point de source. — Théoriquement, une nappe devrait présenter un profil plus ou moins bombé en amont d'une source, et cela exige que le terrain dans lequel elle est formée se relève comme elle, et même plus rapidement qu'elle. Or, on observe souvent que le terrain à l'amont d'une source ne présente pas cette disposition, et qu'il est plus ou moins plat. Cela démontre que le point d'émergence n'est pas véritablement le point de source, et que cette dernière est située plus en amont. Entre la source et l'émergence, les eaux suivent des issues laides ot faciles, sables, graviers, fissures qui offrent très peu de résistance à leur mouvemeul et consomment peu de pente.

Quelquefois les eaux sourdent au pied d^une colline, alors que la source est située 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 effet sur le régime de la source.

Ces diverses circonstances doivent être relevées avec soin, quand on a en vue des travaux d'amélioration.

70. Des divers modes d'amélioration du régime des sonrces. — Les améliorations qu'on peut apporter au régime d'une source peuvent être envisagées à divers points de vue, qui sont les suivants :

1** Utiliser tout le débit naturel de la source, de manière qu'aucun volume d'eau ne soit perdu ;

s" Augmenter son débit permanent ou ordinaire;

3** Augmenter son débit en temps de sécheresse.

L'amélioration du premier genre ne nécessite aucun li avait spécial à in source; elle exige seulement la construction d'un réservoir.

Si, au lieu de laisser couler constamment jour el nuit l'eau d'une source, un Icm* magasinait à mesure qu elle coule dans un réservoir creusé en contre-bas de la source, ou établi près du village et relié à la source par une conduite, on augmenterait ainsi dans une proportion considérable l'utilisation des eaux et on aurait constamment dt* l'eau disponible pour les usages privés et pour les incendies.

Un réservoir est Torgane indiÊperuable d'une alimentation en eau potable.

Nous n'insisterons pas sur cette question, qui est du domaine des choses connues, mais souvent négligées.

Reste à considérer deux améliorations possibles du régime d une source : augmentation de son débit ordinaire, ou augmentation de son débit de sécheresse.

Quand on peut réaliser l'amélioration du régime par voie d'abaissement de la source, ces deux résultats sont obtenus du même coup.

L'exhaussement des sources ou des nappes, les galeries, les puits de captage fournissent diverses solutions. Le choix à faire entre elles dépend de la nature de la nappe d'affleurement ou nappe de thalweg. Elle dépend aussi des circonstances locales qui peuvent être extrêmement variées.

71. Amélioration du régime d*u&e source d'affleurement. — D'après ce que uous avons vu au paragraphe 69, les résultats à attendre d'un abaissement ou d'un cxh'iussement d'une source naturelle peuvent se calculer comme s'il s'agissait d'une source théorique à filets parallèles, sauf à prévoir une certaine perte X effet ufeTe, qui, dans le cas des nappes de thalweg, sera à peu près nulle et qui n'aurait quelque importance que pour les sources d'affleurement.

C'est ici le lieu de remarquer que, malheureusement, Uê êmrces étaj/kuremmit m se prêtent pa$ à f abaissement arifidel direct de leur niveau.

En effet, si l'on abaisse le niveau d'une source d'affleuremeut, on pénètre nécessairement dans le fond imperméable qui forme la base de la nappe. Mais on ne modifie nullement le profil des filets liquides qui se réunissent à la source. On a simplement creusé un sillon dans lequel tombent les eaux de cette source, mais on n'a pas changé son mode d'alimentation , l'étendue de son bassin. Le résultat utile est donc nul.

Si la couche imperméable est mince, et si la galerie d'abaissement est ouverte dans la couche de terrain perméable sous-jacente, le résultat peut être pire, parce qu'il est possible qu'une partie des eaux de la source s'engage dans le terrain perméable et échappe à la galerie dont le débit se trouverait diminué d'autant.

Amélioration par exhaussement en amont de la source. — Le relèvement artificiel apparaît donc comme le seul moyen d'agir efficacement sur une source d'affleurement. Mais, pour l'effectuer sur la source elle-même, il faudrait élever une digue étanche et, à moins de circonstances exceptionnelles, un pareil travail serait gênant et coûterait cher.

Au contraire, il parait possible, dans un grand nombre de cas, de réaliser l'exhaussement artificiel des eaux en barrant la vallée en amont de la source.

Les figures i&i, i&9, i&3, ikU (pi. XL) indiquent les dispositions qui nous paraîtraient devoir atteindre le but le plus simplement.

On creuserait en travers de la vallée, sous le sol, une tranchée LM, fig. i&i, descendue jusqu'à la couche imperméable. Elle pourrait avoir de o m. 6o à o m. 8o de largeur au fond. Cette tranchée serait remplie d'argile tassée et |)ilonnée jusqu'à une hauteur de o m. 5o à o m. 6o sous la surface du sol (coupe i/i3).

Uu côté intérieur de la tranchée on remblaierait avec les terres les plus perméables et on établirait au pied un dalot à pierres sèches pour drainer les eaux.

Le barrage souterrain ainsi constitué serait pourvu vers sou milieu, en face do la

source, d'ua regard en uiaçounerie, du fond duquel partirait uu tuyau de conduile, pourvu en tête d'une vanne dont la lige de manœuvre s'élèverait jusqu'au acd, de manière à pouvoir être manœuvrée du dehors (6g. i&a).

La hauteur à donner au barrage réaulte des congÊdérations suivantea (fig. iUk) : Avant la construction du barrage la nappe permanente aboutissant à la source était la courii^e s.

Le barrage supprime la portion AF de celte nappe , mais laisse subsister le reste.

AF

Appelons a le rapport — . Le débit permanent diminue de la fraction a.

Si Ion transporte la source de A en P, la nappe permanente devient la courbe i . ic Faite se transporte de B en B^, et la diminution relative de débit permanent nV.st piuH que de la fraction :

AF-BB. a

AO "l

Entre les courbes i et a, il y a une rùervef et Ion p^ut s'arranger pour qu'elle soit entièrement disponible au conmiencement de la saison sèche* Mais cette réserve peut être augmentée en donnant au barrage imperméable une hauteur FE plus grande que la hauteur de la nappe permanente FD. La nappe prend alors la position B, le fatie remonte en Bj. Le débit de la source diminue relativement pendant la saison humide, mais comme, durant oette période, ce débit est ordinairement sanJiOiidanl, il aéra encore suffisant. L'essentiel, c'est qu'on dispose d'une rés^ve bien plus considérable (3,i) pour traverser la période de sécheresse.

Ce motif sera presque toujours prédominant et rendra avantageuse la solution proposée.

Les paragraphes précédents contiennent tous les développements nécessaires pour permettre d'en calculer l'effet utile.

Le mode d'amélioration par barrage imperméable convient surtout aux nappes peu profondes, c'est-à-dire aux terrains trèê perméables^ parce qu'alors les tranchées sont d'une hauteur modérée, et que ces nappes, qui s'épuisent facilement pendant les périodes de sécheresse , ont besoin d'être réglées dans leurs débits.

Amélioration par galerie de capttge. — Quand il s'agit de grandes aoorces, les tranchées à ouvrir en vertu de la solution précédente seraient très profondes et très développées.

On pourra trouver avantage, dans ce cas, à adopter une galerie de captage, établie sur le fond imperméable.

En temps ordinaire, on n'utiliserait que le débit de la source A (fig. 83, pi. XXV).

Pendant la période de sécheresse, on compléterait le débit de la source au moyen du débit fourni par la galerie de captage.

En appelant a le rapport — des distances de la source à la galerie et an fatl^*

on voit que le débit de la galerie de captage ajouté à celui de la source A donne un débit total qui est à celui de cette dernière comme

est à 1 +«( — j — ).

Le même procédé conviendrait pour amâiorer le régime de la somrce du contreversant, et même ie résultat serait encore relativement meilleur, puisque la longueur du bassin alimentaire serait portée de OA' à £A'; maïs, dans ce cas, les eaux de la galerie seraient rendues au jour à un niveau inférieur à celui de la source.

Nous avons donné, au paragraphe &&, toute la théorie de cette opération et indiqué le moyen de calculer la riêerve^ dont Tutilisation pendant la sécheresse constitue le plus grand avantage de la galerie de captage, et en fait le mode le plus parfait d'utilisation des nappes aquif^res.

72. Amélioration du régime d'une source de thalweg. — Amélioration par abaissement de la source, avec galeries ou drains. — Nous nous sommes longuement étendu sur la théorie de cette opération, qui convient spécialement aux nappes de thalweg.

Quant à sa réalisation technique, c'est au moyen d'une galerie ou d'un drain établi sous le thalweg qu'on y parviendra.

Ici se présente une distinction très importante.

Si la source localisée dont on veut améliorer le régime est située, comme cela arrive le plus souvent, dans le fond de la vallée, elle recueille les eaux des deux verivants, et la galerie d*abaissement qu'on lui adjoindra recueillera également le débit des deux versants, mais amélioré par suite de l'allongement du bassin alimentaire pour chacun d'eux (S 6/i).

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 l'autre versant de la même vallée, qui n'apportait rien à la source. C'est ce que montre la figure i45, pi. XLII.

Dam ce cas, mm seulement on aura amélioré le régime ie la source m question, mais encore on aura capté le débit éPun autre versant.

Quelle longueur devra-t-on donner à la galerie d'abaissement? Doit- elle s'étendre tout le long du versant alimentaire de la source ?

Théoriquement, il y aurait avantage à donnera la galerie le plus grand développement.

Pratiquement, on pourra le plus souvent réduire sa longueur. Ce sera une étude à faire dans chaque cas particulier au moyen des méthodes théoriques que nous avons développées, en tenant compte des circonstances locales.

Amélioration par abaissement avec puits et galeries. — Si la pente de la vallée est assez grande, la galerie de captage sortira au jour à une distance acceptable de la source.

Si, au contraire, cette pente est faible, on aura avantage à extraire les eaux recueillies dans un puits.

On a démontré, au chapitre vi, la puissance d'appel et de rendement que possède ua puits pourvu de galerie de fond. L'amélioration du régime d'une source au moyen d^un pareil puits sera souvent la meilleure solution , parce que les galeries profondes «-oûtent toujours fort cher a établir, tandis qu'un puits est d'une exécution relativement facile.

Le choix d'une solution dépend de beaucoup de circonsUnces qui regardent plutôt l'ingénieur que Thydr^ogue.

On concevrait même qu'il fût plufi avantageux, pour capter les eaux d'une vallée, de creuser un certain nombre de puits pourvus de galeries au fond, et de les actionner par transmission électrique, au moyen d'une usine centrale.

D'ailleurs, si une source a un débit suffisant pendant la saison humide « le pompage par puits n'a à fonctionner que pendant ia saison sèctie, et les pluies de la saisoo humide reconstituent rapidement les réserves.