CHAPITRE XI- EAUX DE BRUXELLES. — GALERIES DE CAPTAGE

1. Description. — La ville de Bnuellea possède k proximité de soa territoire, vers ie Sud, des réserves d'eaa considérables, d'une qualité parfaite, qui ne paraissent avoir été bien connues que verâ ie milieu du dernier siècle, et qui oot donné lieu à des travaux de captage très remarquables.

Nous avons viaité quelques parties de ces travaux en 1900, maie nous n'avions pu obtenir les documents techniques qui nous étaient nécessaires pour tirer de leur étude, au point de vue de lliydraulique , les enseignements qu'ils comportent»

Cette lacune s^est trouvée comblée par la notice intitulée : Lbê Emue i$ BthxMu en igoa, que M. E. Putieys, ingénieur en chef des travaux publics et du service des eaux, vient de publier, et dont il a bien voulu nous envoyer un exemplaire.

Cette notice contient des appréciations fort intéressantes sur les diverses questions techniques et hygiéniques que comporte un pareil sujet* mais nous limiterons notre examen au point de vue exclusif de Thydraulique des nappes aquifères et dea sources.

La figure 170, planche L, donne un plan synoptique des environs de Bruxelles. Les eaux que la ville utilise viennent de deux basains distincts. En quittant Bruxelles par le Sud, on rencontre aux portes de la ville le boiê de la Cambre ^ lieu de promenade, bien connu de tous les étrangers qui ont visité cette capitale. Le bois de la Cambre s'allonge sous la forme d'une bande étroite dans la direction S.-S.-E. et se prolonge par la ftrit dt Soignée j dont il est l'entrée. Ce terrain forme, à l'altitude de 90 à i3o mètres, une croupe élevée qui domiee la ville.

D est constitué par des sables tertiaires reposant en profondeur sur le terrain primaire rocheux et schisteux. Ce dernier forme un plan incliné, dont la pente d'environ 5 mètres par kilomètre est dirigée vera le N-.N.-O.

Les coud&es tertiaires portent de bas en haut les noms de Landémen, Ypréeten^ BruxeUien, Leiien, Asschien et Tongrien, Au-dessus s'étend par placea un manteau ondulé de dépôts quaternaires*

Le Laeèdémen n'existe pas partout; son rôle est secondaire. Ce sont les terrains Fjpré- Mit et BruxeUien qui contiennent la nappe aquifere. L'Yprésien est argileux et imper* méable dans sa partie inférieure. Plus haut, il est perméable et formé de sable fin sur une quinxaine de mètres d'^aisseur.

Le BruxeUien, qui surmonte l'Yprésien, est uniquement composé de aaUes souvent rudes etsiliceux vers le bas, à grain moyen et calcareux vers le haut. Terrain éminemment perméable.

Les couches supérieures de sables, le Ledien et le Tongrien, sont fréquemment impr^nées d^'argiles et par conséquent moins perméables.

La nappe aquifere a générdement une épaisseur d'une trentaine de mètres. Cest dana ce massif perméable, à une profondeur de 3o à 5o mètres sooa ie soi, que la ville de Bruxelles a établi une galerie souterraine de 3,6oo mètres de longueor, qui.

avec les ''raochements qui lui ont été annexés, pour accroître son pouvoir de captage, représente jne longueur totale de plus de 7,000 mètres.

Les travaux proposés en 1879 par M. Tingénieur Verstraeten, alors chef du service, entamés en 1878, malgré des prédictions pessimistes, ont été terminés vers 1898. Us ont donné les résultats qui avaient été annoncés par Tauteur du projet, c est-à-dire un débit normal d'environ 7,000 mètres cubes par jour.

La galerie de la forêt de Soignes est tracée en rouge sur la figure 170. Sur la même figure, on aperçoit Vaqueduc du Ham.

Le Hain est une petite rivière qui prend naissance à 5 kilomètres de la ville de Nivelles i la cote 1 90, près du village de lÀlkn9''Wiaerzée. Son bassin parait formé des mêmes terrains que la forêt de Soignes.

Presque toutes les sources de la vallée du Hain sont captées et amenées à Bruxelles par un aqueduc fermé. Les sources hautes^ qui émergent au-dessus de la cote 96, arrivent par la gravité; les sources dites boeses (de 99 à 80) sont relevées à Taide d*une usine hydraulique installée à Braine-rAlleud.

Les sources supérieures du Hain , ayant donné lieu dès les premières sécheresses à de sérieux mécomptes, fur^it en partie captées au moyen de galeries.

r^ principale de ces galeries, celle de Lillois-Witterzée, tracée en rouge sur la iigure 170,8 une longueur de plus de &.000 mètres. Elle est commandée par des vatmee de sei rement, qui régularisent les débits et permettent d'emmagasiner des volumes d*eau considérables, utilisés à volonté à Tépoque des sécheresses.

C'est à Liège, en 18 56 , que Tingénieur des mines belge Dumont a, pour la première fois, conçu et appliqué le principe des eerremenie, et les travaux du même genre faits k Bruxelles n'ont été qu'une application heureuse et bien comprise de l'invention de cet éminent ingénieur.

L'étude du système des eaux de Bruxelles, et particulièrement des galeries de captage du Hain et delà forêt de Soignes, va nous fournir l'occasion d'appliquer notre théorie et d'en tirer des confirmations importantes.

2. Bassin du Hain. — A la notice de M. f ingénieur en chef Putxeys est annexée une carte du bassin du Hain au i/4o.ooo* avec des courbes de niveau équidistantes de B mètres (fig. 171, pi. LI). Ces courbes se rapportent à l'état de la nappe aquifère avant les captages.

n est très facile de tracer une Ugne défaite de cette nappe, qui coupe partout orthogonalement les courbes de niveau, et qui, partant de l'usine hydraulique de BrainerAlleud, revient au même point, après avoir fait le tour du bassin. Nous avons tracé cette ligne en pointillé bleu. Elle circonscrit une surface de 3.69 3 hectares.

M. Putzeys estime le débit permanent des captages du Hain à 9&.000 mètres cubes par jour, savoir :

Sources 16.000 mètrescabes.

Galerie de Lilloîs-Witterz^ 8.000

ToTii. sâ.ooo

Mais, comme on le verra plus loin, il convient de déduire de ce chifire 3.5oo mètres rnbes environ qui proviennent de l'appel fait par la galerie de pénétration au delà de ia ligne de faite du bassin du Hain.

— -fr*^ 369 )••+•* - Le produit du bassio du Hain proprement dit serait donc de :

par hauteur et par jour, ce qui correspond à un apport pluvial annuel de

o^^aoÇ.

CTest à peu près lea 3o centièmes de la pluie tombée, qu on évalue k une hauteur de o m. 70 en moyenne par an. Cest une proportion fréquemment observée dans les terrains perméables.

D'après le produit du bassin par hectare et par jour, on a, pour l'apport pluvial par seconde et par mètre carré (équation ià) :

^ V "* Jf 2 ^y^^ 6,55

^ * fi 10.000X86.600 10*

Calcul de ^, m, jsi. — Si Ion considère les courbes de niveau de la figure 171 , on reconnaît qu il est possible de tracer entre le thalweg du Hain et celui de la Thines une orthogonale XYZ, près de laquelle les lignes de niveau conservent leur parallé^ lisme sur une assez grande longueur de chaque côté de son tracé.

Dans ces conditions, le profil que coupe le cylindre à génératrices verticales XYZ peut être traité comme celui d'une nappe cylindrique.

Ce profil, tracé au moyen du plan à courbes de niveau (fig. 171), est représenté sur la figure 179, pi. L.

Il s'étend du thalweg du Hain (cote 106) au thalweg de la Thines (cote loo), sur un développement de &.600 mètres. Ces cotes sont un peu incertaines, en raison de l'insuffisance du plan coté. Pour faire un tracé exact de la nappe, qui théoriquement s'établit entre les points X et Z, il faudrait avoir des indications sur la pente du fond imperméable.

L'aspect de la courbe indique nettement l'existence d'une certaine pente de fond vers le Nord. Cette pente est faible et ne dépasse probablement pas 0,009.

Dans tous les cas, la nappe théorique n'aurait qu'une pente hydraulique (-^| faible également et voisine de 0,10.

Dans l'impossibilité où nous sommes de la fixer, nous avons admis un fond imperméable horizontal, à la cote moyenne 100. Dans ces conditions, la position du fallt* se calcule de la manière suivante.

Soient :

», la longueur du versant du côté du Hain;

Lrfl, la longueur du versant du côté de la Thines;

&, l'ordonnée de la nappe au faite, côté du Hain;

p, la hauteur de la contrenappe;

j, le coefficient d'absorption absolu;

S\ le eoeffieient d'absorptioo de la nappe côté du Hain ;

K, le coefficient du paragraphe 35.

érnuKS SUR lks souiices. i4

D'après nos hypothèses, il y aurait une nappe d'efflcurenient elliptique de hauteur (b+p) du côté de la Thines et une nappe de thalweg de même hauteur totale {b -\-p) avec une contrenappe de hauteur p du côté du Hain.

On doit avoir (S 35) :

(^) J^-^ ^'-^rfh'^ ^-^ ^=

De ces équations on tire :

d où :

o,oio6i

Sur la coupe (fig. 179) on a tracé les ellipses qui correspondraient de chaque côté du Talte aux valeurs qui viennent d'être calculées. L'ellipse de gauche est au-dessus de la nappe réelle; fellipse de droite est au-dessous de la nappe réelle. L'hypothèse d'un fond horizontal semble donner une solution moyenne.

Portant la valeur de S^ dans la formule (1), on en (ire :

fi 1 7.&00

et comme on estime à 0,9 a 5 le coeliicient des vides m ( notice, page 97), on a :

La valeur de - à laquelle nous parvenons nous paraîtrait plutôt faible que forte,

et nous inclinerions à croire que la hauteur de la nappe serait plutôt inférieure à 26 mètres.

3. Galerie de la fordt de Soignes. — L'axe delà galerie de la forêt de Soignes, à peu près rectiligne et orienté N.-S., a 3.6&0 mètres de longueur. La galerie est pourvue de quatre vannes de serrement, savoir : un serrement régulateur en tête et trois serrements de retenue.

Dans le but d'augmenter la puissance de captage de la galerie, on lui a annexé des branches supplémentaires qui portent la longueur totale du système des drains à près de 7.000 mètres.

Il ne semble pas, d'après l'allure des courbes de niveau, que oes galeries sapplémentaires aient augmenté de beaucoup la surface du bassin alimentaire de la galerie, ou, tout au moins, elles ne l'ont pas augmenté en proportion de leur longueur.

La figure 17&, pL LII, donae le plan ^t la edupe verticale de la nappe aquifère aux abords de la galerie de la forêt de Soignes, avant et après son ouverture. Elle présente un intérêt tout particulier, ea ce sens qu'il n'existe pas, à notre connaissance 1 un au Ire relevé aussi détaillé d'un phénomène très complexe.

Les courbes de niveau embrassent, en effet, une étendue de 8 kilomètres en longueur et de près de 9 kilomètres en laigenr.

Les courbes tertes donnent rallùre de la nappe ayant l^avertnre «de i« gderie. On voit qu'dle fonnait une enmpe ammdie, ciiconatance plutôt dêfiKV(Mi$ pour rétablissement d'une galerie de captage.

L'appei de là galerie a déterminé la formation d'un siUon dont les cbopes transversale! de la figure 176, pL LUI, donnent la forme, autimt qu'on peut Pappréeier d'après le plan. Le fond du sillon a été figuré arrondi; il est prolmble i^utèt qu'il a un profil plus ou moins aigu en forme de V.

Les courbes bleues se rapportent à Tétat de la nappe figurée en a(a J syr le profil en long. Nous avons pu tracer une ligne partant de l'entrée de la galerie et coupimt orthogonalement les lignes de niveau. Elle circonscrit la limite du ba$$in aUmentaira de la galerie. Le tracé, assez exact du côté gauche de la galerie^ présente de l'incertitude du côté droit, les courbes bleues ne s'étendant pa^ à une distance suffisante d^ ce côté.

Le bassin alimentaire de la galerie présente la forme d'un fuseau de 6.^50 mètres de longueur, qui atteint sa largeur maxima au droit de l'entrée d'amont de la galerie. Elle est de s.Soo mètres. Mesurée au planimètre, la surface de ce bassin alimentaire est de 910 hectares.

D'autre part, M, Pul^eys évalue de 6 à 7.000 mètres cubes par jour le débit normal de la galerie..

En adoptant la moyenne de ces deux uoml>res, on aurait pour le débit par hectare et par jour :

Ce chiffre dépasse de 96 p. i 00 ^lui que noiis avoua trouvé pour le bawn du Hain et qui était de 5,66.

Cette différence nous parait s'expliquer par ce fait que la région de la forêt de Soignes étant boisée, il est naturel que l'apport pluvial des nappes aquifèresy dépasse celui des régions cultivées.

Nous avons appliqué au calcul du bassin fictif de la galerie la méthode pratique qui a été indiquée au paragraphe &8, mais pour le côté gauche seulement, les renseignements concernant le côté droit n'étant pas suffisants.

La galerie a une direction N.-S. sensiblement parallèle à la direction de la pente du fond; en conséquence, on a pu considérer le fond comme horizontal dans chaque section transversale.

La figure 176, pi. LIII, contient quatre profils transversaux, sur chacun desquels ou a tracé :

I a irace :

i'' Le profil de la nappe avant le oaptage;

9"* Le profil de la nappe actuelle (ceUe delà figure 17^);

ùh

3*" La courbe G' qui a pour équatioD (équation 371) :

(6) x = Jy/(5+^)(IP-Y«).

formule dans laquelle :

Y représente l'ordonnée du fond du sillon au-dessus du radier de la galerie;

P, la hauteur du radier de la galerie aunieslus du fond imperméable;

X^ Tabscissè d'un point de la courbe par rapport à Taxie vertical passant par Taxe de la galerie;

. J, le eoefficient d'absorption; en raison de la similitude des couches géologiques dans la régicui des captageB, nous avons pris pour S le chiffre déjà trouvé pour le bassin du Hain : ^«* 0,01 06 1 .

Nous avons reporté sur le plan de la figure 17& les largeurs du bassin alimentaire fictif en ABCDEF (rouge), côté gauche.

La surface comprise dans ce contour est de 3^5 hectares.

n convient d'augmenter l'apport pluvial dans la proportion de 96 p. 100 que nous avons relevée plus haut, cVst-i-^ire j* dam la proportion de i3 p. 100. Les valeurs de X fournies par Tcquation (6^) diminueraient dans la proportion de 1,96 k 1. Nous trouverions, pour le bassin fictif, une surface moindre de 10 p. 100. Cette surface ne serait plus que de 393 hectares.

Mais la tête amont de la galerie a été renforcée au point de vue du captnge par deux autres galeries en éventail. II y a lieu de tenir compte de l'accroissement de débit que cette disposition peut procurer (S &8 ).

Pour faire l'épure du puits fictif que constitue l'entrée de la galerie, épure tracée en rouge sur la figure 17&, on a supposé ^«-0,01061, et on a considéré la nap{>e naturelle comme assimilable à une nappe cylindrique dans la zone d'influence du puits, ce qui est suffisamment exact.

Le point où la pente de la nappe naturelle primitive est parallèle au fond est situé à 1.9 Ao mètres en aval de la tête amont de la galerie.

On a donc pris ce point pour le point de profondeur maxiroa. Employant les notations du chapitre m, tiotia avons pour la nuppe fictive que nous substituerons à la nappe naturelle pour le calcul du bassin alimentaire du puits fictif :

Cette dernière équation donne :

On a :

Par suite :

i8-== 0,768; a^S.gaS".

On trouve ainsi que la nappe fictive a son faite précisément an droit de la tête amont de la galerie. C'est le point marqué B.

On a donc pa tracer les lignes V et \' et achever le proUëme par la méthode indiquée au chapitre y, page 179,

On a tenu compte des trois têtes de la galerie en juxtaposant les contours des trois puits fictifs.

La surface totale de la moitié du bassin alimentaire est de 79 hectares, que pour les raisons déjà données nous compterons pour 71 hectares seulement; mais au point de vue de Tapplication de la règk pratique I, il n y a lieu de tenir compte que de Texcédent de surface procuré par Tappel de la galerie supplémentaire de gauche, et qui est circonscrit par des hachures.

La surface est de 9& hectares, que nous réduirons à as hectares.

Appliquons la règle pratique L

Cette règle n'est applicable ici que d'une manière approximative , puisque le fond de ta nappe n^est pas hdriïontal. On adoptera néanmoins la formule (5187), qui ddnne le coeflBcient de correction n, en prenant les données suivantes :

On trouve :

La surface du bassin fictif étant de 398 hectares, la règle I nous donne :

393 X 0,994 = 991 hectares.

Ajoutant l'excédent calculé ci-dessus pour la tête amont, 99 hectares, nous arrivons à un lotal de :

3 1 3 hectares.

Tel est le chiffre auquel nous conduit l'application de la règle T.

En vertu de la règle II nous aurons à ajouter au bassin fictif de la galerie le bassin du puits fictif, ce qui nous donne :

993 + 71 == 364 hectares.

Le bassin réel ayant une surface de 33d hectares, on voit que les résultat» auxquels nous conduit l'application de notre théorie sont en erreur de :

- 5,7 0/0 pour la règle I, 4- 9,6 0/0 pour la règle IL

RéaerYe de la galerie de la forêt de Soignes. — D'après la proposition VI du paragraphe 45, la réserve minima d'une galerie placée dans l'axe de la nappe est représentée dans chaque section par un pentagone courbe dont les cinq côtés sont :

t* Une courbe BRL (voir les figures) située hors de l'angle des courbes V et V- ot qui va du faite au point limite L ;

ù"" el 3* Qjie partie 4e8 lieux géométriques V et V;

k^ et 5"* les profils des nappes qui coulent vers la galerie.

Les coupes I, II, III, tV de la figure 176 permettent de tracer approximativement ce contour.

n suffit d'admettre que les lieux géométriques Y et V sont figurés par les lignes droites en pointillé, telles que BC, BD, profil III, qui joignent les faites primitirs de la nappe naturelle B aux faites actuels, C, D, des deux nappes secondaires qui alimentent la galerie et quen raison de la symétrie la portion BRL du tracé n'existe pas.

Les relevés sur Tépure donnent les résultats suivants :