CHAPITRE XII
EALX DE UÈGE. — GALERIES DE CIPTAGE (PUITS).
1 . Expofé. — L'alimentation en eau de la ville de Liège est faite «o moyen de galeries de captage ouvertes dans la eraie blanche, sous ie plateau dit de la Hesbayê, qui do^ mine la ville du côlë du Nord. Son étude présente un intérêt spécial, en ce sens que c'est à Liège qu'on a appliqué pour la première fois le principe des êmremmUê^^^
Assise sur les deux rives de la Meuse , la ville de Liège est bâlie sur des aliuvions qui recouvrent le terrain houiller (fig. 179, pi. LV). Sur la rive gauche, qui court à peu près de TOuest i TEst, le terrain se relève rapidement On rencontre sur le versant les couches géoli^ques suivantes :
En bas, des schistes houillers , psammites et grès;
Au-dessus, le calcaire carbonifère , fissuré par des lithoclases;
Puis Targile hervienne, sur 6 ou 5 mètres d épaisseur;
Ija craie glauconieuse, sur 1 mètre;
La craie blanche, sur 90 k 3o mètres. Cette craie est fissurée et pourvue de canaux dont quelques-uns sont assez importants; au*dessus, on rencontre des blocs de silex provenant de la décalcication de la craie;
Puis les sables tongriens, par vestiges seulement;
Au-dessus encore , un manteau irrégulier de sables quaternaires.
Il résulte de cette description que sur le versant qui regarde la Meuse, il existe un niveau de sources à ràffleurement de Targile hervienne, mais il est peu important, parce que les couches géologiques plongent vers le Nord avec une pente de i centimètre par mètre.
Avant 1869, la ville de Liège n'était alimentée en eau potable que d'une façon fort incomplète è Taide de puits particuliers et d'un certain nombre de galeries et arènes de construction très ancienne.
Les arèiaes, dont quelques-unes sont aujourd'hui taries, ont été creusées exclusivement en vue de dégager les eaux qui inondaient les massifs houillers des hauteurs de la ville. Ces galeries constituaient donc surtout un moyen d'exploitation. Elles fournissaient de l'eau de qualité médiocre, environ 600 mètres cubes par jour.
On avait aussi creusé quelques galeries à travers ie sous-sol crayeux des coteaux qui avoisinent la ville, mais leur produit n'était que de 1.000 mètres cubes par jour, vo* iume tout à fait insuffisant pour une population de 70.000 habitants.
Le surjdus de l'approvisionnement était obtenu par des puits particuliers.
Le problème de l'alimentation en eau se posa d'une manière plus pressante en 18&7, époque è laquelle l'une des galeries vînt à tarir. La munidpalité confia l'étude de la question à une commission spéciale, qui, après avoir rejeté l'emploi des eaux de la
^*' Les reaseignemenlK nver Ic^uds nous avons rédigé celle note soot extraits des documenls que M. Broobon, ingéntear de la ville de Liè{»e, a bien voulu mellre à notre disposition. Nous lui adressons nos remerciements.
Meuse fiitrJes artificiellement, se prononça pour le captage, an moyen de galeries, des eaux du sous-sol de la Hesbaye. L'élaboration du projet définitif fut confiée à M. Gustave Dumont, ingénieur de l'administration des Mines de Belgique.
Après avoir approfondi la question, eet ingénie^ déposa, le 16 février 18S6, le magistral rapport souvent cité depuis, où il décrit le projet des galeries à établir, en même temps que le mode k employer pour en tirer le meilleur parti posÂbie.
Le projet de M. Dumont comportait l'établissement d'une galerie principale, AB, du plan, abouti802ait à An» à U cote tai, 66, et remontant vers le Non! avec une pente de o^ooiB par mètre en traversant suieceaflivemeat le le^aîn honller, f argile hervienne et ie terrain crayeox. ( %. 1 80 » pi. LVI ).
Cette galerie s'arrêtait au delà dn village deLa^n, après un paiconra de &«73o mètrès, en an point situé k plus de ao mètres aM-dasao» de l'argile herriamie, c'eatrènlire de la couche imperméable.
Deux galeries latérales de ai3&o mètres de longnenr dbaevM^ se dirigeant réspec-^ tivement vers l'Est et vers l'Ouest, venaient se brancher sor l'extrémile lia ia précédente, complétant ainsi le système de captage que Tanteqr du projet ^voyait, da reste, devoir être c tendu ultérieurement.
Mais ce qui constituait la caraetéristiqoe da projet de M. Dumoilt, c^élait cette disposition ingénieuse et sans précédent, qui permettait de se servir dn aousHwl luimême comme d'un vaste réservoir naturel, destiné à r^ulariser le système de la distribution. M. Dumont obtint re résultat en interceptant l'écoulement dans la galerie au moyen d'une vanne établie en un point C où la galerie est AabKe dans le terrain imperméable, et en ne livrant ainsi passage qu'à la quantité d^eau strictement nécessaire à l'alimentation de la ville tout en réservant l'excédent peor les besoins futurs*
Les travaux, commencée en i863, furent terminés en 1869. Gonfermément aux prévisions de Tauteur du projet, la galerie foomit un volume d'eau de 6.000 mètres cubes par jour.
Mais cette ressource fut jugée bimitèt insuflBsante. On regretta alors de n'avoir pas donné suite au premier projet de la Commission, projet plusooAteux, mais aussi plus avantageux, qui consistait à placer la galerie de pénétration à 8 mètifes au-desaomdu niveau qui loi avait été donné. On prit le parti [de prohnger la guierie de l'Ouest de 5.000 mètres en réduisant sa pente è o m. ooo3 par mètre, de manière à la maintenir a une profondeur aussi grande que possible dans la nappe aquiRare.
2. Étude hydraulique de la galerie. — Le système de captage comprend en définitive (fig. 179) : une galerie de pénétration de &.730 mètres de longueur, dont 1.700 mètres captaat :
Deux galeries de captage Est et Ouest ayant respectivement ^1.760 et 7.7B0 mètres de longueur, ensemble 10. 5 00 mMres.
Les figures 180 et 181 représentent les profils en long de ces galeries.
Une étude complète aurait exigé que nous pussions faire plusieurs coupes normales sur les galeries, mais les documents que nous avions entre les mains ne nous le permettaient pas. Nous avons dû nous bornera faire une coupe LDCliBA' (fig. t8s, pi. LVn), normale à la galerie de TOuest, suivant une direction figurée en XXX sur le plan.
Nappes naturelles primitiyes. — Lia nappe tracée au moyen du plan coté est tri's régulière. C'est une nappe à deux versants Nord, Sud. Celui du Sud est très court. Il n'a que i.iioo mètres de longueur (Gg. iSs).
Le versant Nord se poursuit jusqu'à la rivière le Geer, sur une longueur de is./ioo mètres. Cette rivière, qui draine une partie des eaux du plateau de la Hesbaye, a une direction i peu près parallèle au faite de la nappe.
Ce faite B, sur la coupe, fig. i8a, est à l'altitude de 169 mètres; f affleurement du fond imperméable du côté de la Meuse (point A') est à la cote i5o. Le Geer est à la cote 93,00.
Calcul de la nappe dir contreyersant. — La nappe A'B est une nappe d'affleurement ordinaire de contreversant et l'on peut calculer ses éléments de la manière suivante, en conservant les notations du chapitre m.
On a , pour l'ordonnée au faite :
Longueur du oentreversant :
L — a^== i.Qoo**.
Pente du fond :
e a» «** o,oo49^«
On n la relation (tableau E);
d'où, es remplaçant les lettres par les cbiffires.
Un en déduit, au moyen d'une interpolation graphique :.
z = o,âo5, et, par suite :
^=o,oo8i3.
Calcul de la nappe du Tersant. — Pour fa nappct du versant, la pente du fond imperméable qui résulte des sondages est égale à 0,01 o&5 par mètre. Cette pente est régulière.
On a donc, pour la pente hydraulique de cette nappe :
« o,otoft5 ^, ,
B« Il X o,oo8i«
Le graphique (pK Xi) donne alors :
y = 1^ = 0,1 &7, doàa=ii.94o" soit lî.ooo".
Les éléments de ia nappe sont maintenant connus. Ce sont les suivants :
Pente hydrauliqne :
Ordonnée au faite :
fto==t3-.
Longueur du versant :
En nous aidant des profils de ia pL XIII, nous avons calculé par interpolation les ordonnées de la courbe, et nous avons pu la tracer. Les points noirs cotés (117), (i34),(i3o),a..., appartiennent à la nappe naturelle. On peut ooiistater qu'ils sont situés presque exactement sur la courbe théorique. Cette dernière se confond à peu près identiquement avec le profil de la nappe naturelle dans toute la partie CMB, c'està-dire sur 7.000 mètres, et celte coïncidence nous parait une confirmation remarquable de l'exactitude de notre théorie. Elle prouve notamment que l'hypothèse d'une répartition uniforme des apports pluviaux est ici bien conforme à la réalité.
La coïncidence des deux courbes n'a lieu que jusqu'au point G situé à 6.800 mètres du faite. En aval de ce point, la nappe naturelle semble former un profil concave qui passe par le niveau piézométrique de la rivière le 6eer« Mais les renseignements que nous possédons ne nous permettent pas de préciser davantage l'allure de la nappe.
Si réellement le profil de ia nappe affecte dans cette partie CL la forme que nous avons tracée en pointillé sur la figure 189, on a affaire k uile courbe de remous du deuxième genre (S 19), qui peut être due soit à une retenue causée à l'aval et à un changement brusque de la pente du fond imperméable au point G, soit tout simplement à un changement dans la perméabilité du terrain traversé par les eaux.
Quoi qu'il en soit, les choses se passent en amont du point G comme si, en aval de ce point, la nappe se prolongeait réellement jusqu'à tan point de source A, situé à 1 9.000 mètres du faite. C'est une nappe Jietim.
Débit de la galerie. — En raison même du fonctionnement de la vanne de serrement, le débit de la galerie est essentiellement variable. A un moment donné, ce débit est d'autant plus grand que l'apport pluvial est luiwnéme plus grand et d'autant plus petit que le fond du sillon est plus, élevé. Pour arriver à connaître les lois que suit ce débit, il faut considérer des périodes nombreuses et un peu longues.
C'est ce que nous avons pu faire au moyen des observations que M. Brouhon relate dans son rapport précité , pages 91 à 39 (fig. 186, pK LIX).
Le niveau de l'eau de la réserve est mesuré journellement au puits aS, point de jonction des galeries de captagc avec la galerie de pénétration. Ce niveau était de 3 m. 5o au 1*' janvier 1890 et au i"^' aoAl 1895. Pendant ces 67 mois, le débit total
a été de 96.779*000 mètres cubes, ce qai donne une moyenne journaliëre de 1&.170 mètres cubes. Pendant ce même intervalle de temps, la hauteur de la réserve a varié de 3 m. 5o à o m. 5o. La moyenne géométrique a été de 1 m. 80.
Pour déterminer les largeurs ^ du bassin alimentaire, nous appliquerons les principes posés au paragraphe AG, concernant les galeries de captage ouvertes dans les nappes d'affleurement (Gg. 189).
Soient a^, (q, e^^ les points de la verticale de la galerie qui marquent les fonds du sillon pour diverses hauteurs de la nappe. Menons les lignes Aa^, A6q, Ac^, et prolongeons-les jusque la rencontre de la nappe naturelle en a, i, c. Joignons ces points au faite B, puis menons par les points a^, 6^, c^ des parallèles à ces lignes a^fl, bj)\ c^Cy elles couperont la courbe V (qui est ici une ligne droite AB) en des pointa a, h\ e\ qui sont les faites des nappes du versant correspondant aux positions
^0* ^09 S ^^ ^^^^ ^^ sillon.
Les distances des points a\ b\ c à la verticale OB ne sont autre chose que les largeurs Ç du bassin alimentaire de la galerie du côté du versant pour les ])oints considérés.
On trouve les résultais suivants :
HADTBUR Dl L^IAU âV*MMm M «AMH M 1.4 MXttll (Y). VALKUKS J>l $•
zéro 3.500"
i'*oo 9.36o
1 6"3o zéro.
Les largeurs ^ sont très sensiblement proportiounelles à la profondeur du fond du sillon.
Obseryationa sur la forme de la nappe qui alimente la galerie (fig. iSa). — Si on appliquait la proposition III du paragraphe 46, on reconnaîtrait facilement que la nappe qui, d après notre théorie, devrait se former en amont de la galerie devrait avoir son faite au-dessus du point B, ce qui serait absurde, et tout au moins en B, sur ie faite naturel lui-même. Il n'en est pas ainsi; le faite réel de cette nappe est situé sur le lieu géométrique V du contreversant, qui est ici la ligne droite BA'.
En examinant la courbe de la nappe B'F qui alimente la galerie au niveau 137, on remarque ta mniUlude géométrique que cette courbe présente avec celle de la nappe naturelle BMC.
Pour vérifier ce fait, nous avons, pour un certain nombre de sections, calculé le débit ou tout au moins le terme
qui lui est proportionnel, ( -^ \ étant la tangente avec rhorizontale.
iruDV if un les rodrcks. 9 5
Par «xemide, pour rintorviiile dea deuii pointe ooiée tboi iBSiMos tyaaa en, pour U peQle moyeaDQ :
Nous avons appliqué cette pente au point milieu qui est situé à 3.&o8 mètres de l'axe du faite de la nappe naturelle, et dont l'ordonnée est égale h :
Le produit, que neqs pourrona appeler le dAiit, est s
ii)-
to8&.
La fig[ure 183 a donne le graphique de ces débits. Ce sont les points marqués a.
On remarque qu^à une distance de la galerie supérieure à Aoo mètres, ces points sont situés sur une ligne droite O'A qui coupe la ligne de base en 0' à aoo mètres de Torigine 0.
D'un autre càté, si Ton construit la ligne des produits y ( ^] pour la nappe naturelle, on tTOQYe une ligne droite OB qui eal emaelwttwit pmdlèle à la précédente et qui passe par le point 0. En aval de la galerie, la ligne des débits devrait être figurée par CD , qui est bien , en effet, une ligne moyenne entre les points a qui sont aîiués, les uns au-desaua, les autres au-dessous d'dle.
La région marquée hhh %bI d'ailleura infiuMieée par le remous d'abaissement de la nappe du deudëme genre qui se dirige vers le Geer.
On peut dire qne : ion» h partie sihiie en amont de h gûkrky la nappe fii, aUmenie ladite gahrie est une nappe JF affleurement géamitnqtiement semblable à la nappe naturelle et le centre de simiUtude des deux courbes n'est autre chose que le point A", qui est fmtersectien
conireversant.
De lÀ un moyen simple de tracer la courbe formée par la nappe abaissée en amont de la galerie, quand mi oonnaU le hmi Ai aSm.
Noos fkvons appliqité sur la figure f 8S, pi. LVIII, peur le tracé deh tappe de la galerie de FBat
On a dVJ^rd tracé une partie de la nappe natureHe BDA dent le pente kjdretiiiqne peut se déduire de se pente e'^e,ett8, el du ceelBdent fabeeiptien d^i calculé plus kaiil, imm 0,008 f ». Ott a pour ta penrte bydradHqse r
G étant le fond du sillon donné sur la verticale de ta giderie et A' le point de source du contreversant, on a tiré la ligne A'C. Son prolongement va couper la courbe de la nappe naturelle au point D.
C'est dans le rapport
qu'il fattt réduire Ion» leê myoDâ A'i ^ K'û^ A'â, À'B, On obtient A\û9i lès poii^fe i', s', 3\ BVqbi âppifrUetiheiit à toiHippé ^i alitlleffto la gfttefie. Le point B' ei^t le fatt«f Ae celte mpp«.
Le même procédé a été appliqué pour traioQjr la. nftppe Gff* (Qg^ i8fif tracé poiaftillé rouge) qui se formerait en amont de la galerie de TOuest si la oontrecharge était égaie à zéro.
Revenant au graphique 1 8â , nous remarqueront que le tracé de la courbe de la nappe alimentaire de la galerie présente une anomalie aux abords de ladite galerie. Le fond du sillon b^ est en réalité plus élevé que le point /3 par où devrait passer la courbe B a (qui, ainsi que noua feaonr de le voir, eti gé^mélii^nemcnit MmblriHe à ifl hËppe natQiidUe)i;âi ceUe courbe B'a était prolotfjfée jnsqu^à la tcrticttle de la gaiori«# Cest ce^u on voit sitr la figure ftS5 4 où iet dboaea mt été eia^iiéea pour iai^ readre^oa sensibles. Dans le graphique 189 , la hauteur b^fi parait être de o m. 5o à 0 O. ^bi c est-à-dire une faible portion de la eoilt^acharge sur le radier de la galerie qui est de 9 m. 3o (37 — 27,70). . ,
En aval de la verticale de la galerie, nous remarquerons un iait anaikogaa* La courbe y A , qui est géométriquement semblable à la nappe naturelle , ne contnaance qa'à une certaine distance 6^7, en aval de la galerie* Elle se prolenge virUêelletneni jus^'au point j3.
Entre les points b^ et 7, la courbe présente Une partie de faible pente, suivie d'une pente forte.
La zone d'anomalie ay s'étend sur environ 5oo mètres en amont et 1.900 mètres an a?fll dit ta gAmiê* D«M c#lf0 u>në, la M f<mdamèiitalé dé la* théorie èti ftrlit de laquelle les vitesses sont les mêmes sur toute la hauteur d'une verticale est éli défatti Cela tient évidemment à la convergetti^ qtié doftent prendre certains Glets liquides pour pénétrer dans les galeries et à la divergence qu'ils doivent prendre ensuite pour re^yettif fMMttèiea.
Mais, en négligeant la petite hauteur fr^/S, on peut tracer les courbes de^ Uè^ppëÉ d'amont et d'aval de la galerie comme des courbes semlAàlAed i !a itarjp^è riâttffeite, assujetties à passer par le point b^, Cest-à-dire que la proposition III du paragraphe &6 ne se vérifie paâ; lés cbosés se passent Cbmme si la galerie était établie sur le fond imperméable. C'est la proposition III bis qui se réalise.
Cette constatation est très importante et aurait besoin d'être vérifiée dans d'autres applications, parce qu'elle simplifierait notablement la théorie.
Largeurs du baaain alimentaire de la galerie de captage. — Ajoutant aux lar- (jeurs f du bassin alimentaire de la gâterie du c^té du vendant tes fargeurs ^ de ce&asain alimentaire du côté du contreversant, on obtient tes largeurs tofafes aux différents niveaux de contrecharge.
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Lorsque la résenre est à la cote 1,80 au puits 93,ce même niveau s'étend à 3,750 mètres à TOuest et à TEst Dans le reste de la galerie de TOuest, les eaux descendent à leur plus bas niveau. Nous admettons que le minimum de hauteur, qui
est théoriquement égal à ^(équation 99), est de o m. 5o (fig. 18&).
Pour la galerie de TOuest, la hauteur moyenne de Tenu est égale à :
La largeur du bassin alimentaire est, par suite, de 9.800 mitres.
Pour la galerie de TEst, sur la figure 1 83 , nous avons fait une épure semblable au graphique 189, mais réduit aux lignes nécessaires. On a pour le profil de la nappe, de ce côté :
Ao«i6«— t49«=t3'%
valeur déjà trouvée.
Le graphique 35 donne y = o,o83.
On a, par suite, pour la longueur du versant fictif :
L épure de la figure i 83 donne pour lai^geur du bassin alimentaire de la galme au niveau 1,80 :
