S8BB

Fig. 179.

pression et s'écoulait dans un bassin de jauge; deux manomètres à mercure, au-dessus et audessous de l'épaisseur filtrante, permettaient d'évaluer la pression.

Darcy a pu établir ainsi que le débit est proportionnel à la charge et varie en raison inverse de l'épaisseur traversée.

posons — =:2et-7-=iA

6 fi

i n'est autre chose que la perte de charge par mètre de parcours de l'eau à travers la couche perméable.

La relation précédente devient i=z[LU.

C'est la formule générale qu'a donnée Dupuit.

Remarquons que dans la relation y = w w, w représente la section mouillée; si le sable présente 0,30 de vide,

(ù = 0,30 S, S représentant la section mesurée géométriquement.

Donc $' = 0,30 S w ; si l'on fait S = 1 , c'est-à-dire si l'on étudie le mouvemenlde Teau sur un mètre carré, on ay =: 0,30 u et en général, en désignant par m le rapport du vide à la section totale»

m Nous donnons ci-dessous un certain nombre de valeurs du rapports;

Pierres cassées , 0,45 à 0,50

Cailloux 0,32 à 0,42

Graviers de Seine 0,43

Graviers divers 0,36 à 0,42

Alluvions récentes de la Seine 0,3

Alluvions anciennes de la Seine 0,16

Alluvions de la Meuse et de la Moselle 0,25 à 0,28

Sables siliceux fins provenant de grès pulvérisés... . 0,17

Dupuit donne les chiffres suivants pour le coefficient \l : avec du gros sable {m = 0,38) i ^ 1266 u

avec du sable fin (m = 0,30) i = 5760 u

Appliquons par exemple ces formules au cas d'une charge et

d'une épaisseur de l mètre ; dans ce cas t = — = 1 .

!i A OO

u r= = 0,0008 q = — : — par seconde, soit26"« par 24 heures. 4266 * ^ 1266 ^ ^

11=. -;;:— =0,0002 g=-:r^ — par seconde,soit4"«o00 par 24 heures. 5760 5760

On voit combien les vitesses sont faibles dans le cas de Técoulement vertical du tube de Darcy; dans la nature, la faible inclinaison des couches imperméables, qui servent de fond à la nappe souterraine, diminue encore la vitesse du mouvement car la charge par mètre i (1) est beaucoup plus faible que dans un tube vertical de Darcy. En somme le coefficient [x représente toujours un nombre considérable et la vitesse u n'est jamais qu'une fraction de millimètre.

Nappes des ten^ains imperméables, — Il n'y a pas de nap])es d'eau à proprement parler dans les terrains imperméables ; il se forme souvent des étangs superficiels (Montargis) ; il y a de simples infiltrations dans les couches superficielles du sol ameublies par la végétation et la façon de la culture, et ces infiltrations donnent lieu à des sources ou plutôt des suintements, d'autant plus éloignés les uns des autres que le terrain est plus imperméable, par suite de la réunion des nappes élémentaires discontinues, dans les parties un peu plus perméables. Lorsqu'on ouvre un puits dans ces ten'ains, on ne rencontre que des suintements très faibles, que les habitants de la campagne appellent des pleurs.

C'est ainsi qu'on retrouve des filets et des lentilles d'eau disséminés irrégulièrement dans le granit, mais il n'y a pas de nappe d'eau proprement dite.

Le bassin de la Seine fournit un exemple de terrain très imper-

Ualcaire à entro^wss.

-p-Cslcaiire àyjypJiées cynabinm,.

Z Calcaire a gryphées affilées.

Calcaire à cardiniett.

Fiiz. 180.

(1) Dans la formule générale de Dupuit : i = {i m, applicable à récouleraent d'une nappe quelconque dans un terrain perméable homogène, x représente le sinus de l'angle de la direction générale des filets liquides avec l'horizon ou jujeux la pente de superficie.

RÉPARTITION DES EAUX

méablc, c'est le lias de l'Auxols qui se présente avec les dispositions indiquées dans le diagramme de la figure 180 :1a masse de Targile est coupée de couches calcaires dans lesquelles on trouve une nappe d'eau avec suintements suivant les plans d'affleurement ; mais ces suintements sont peu abondants à cause de l'empâtement des assises calcaires dans l'argile.

Nappes des terrains perméables, — a. Dispositions types, — Si la masse pemiéable repose simplement sur une couche imperméable, on a une nappe d'infiltration superficielle (fig. 181 et 182),

pcrf*}i^-^

imper m éa èie

Fig. 18i.

souvent appelée nappe des puits. Si la masse perméable est comprise entre deux couches imperméables, la nappe qu'elle contient peut être en pression : c'est une nappe artésienne ; vient-on à forer un puits au travers de la couche imperméable supérieure, l'eau de la nappe jaillit en vertu du principe des vases communiquants.

L'eau circulant souterrainement donne naissance à des courants ou à des lacs intérieurs; en A (fig. 181) ou aura une source ordinaire, enB (fig. 182) une source artésienne.

Cette disposition des couches perméables, comprises entre des couches imperméables, explique comment on peut rencontrer des sources au bord de la mer ou dans le lit même des cours d'eau, ce qui rend parfois si difficile la fondation des piles et culées des ponts.

b. Nappes continues et discontinues, — Nous avons déjà dit que les terrains peuvent être perméables de deux manières distinctes : ou ils sont homogènes et perméables dans toute leur masse, comme les terrains sableux et caillouteux, et alors la nappe s'étend sans interruption à travers la masse du terrain au-dessus des couches imperméables, elle est dite continue; ou bien ils sont fissurés, coupés de crevasses irrégulières comme les terrains calcaires, craie, calcaire grossier, calcaire oolithique, et alors l'eau se divise en filets distincts coulant dans les failles, les fissures, et les lits de stratification, la nappe est discontinue et irrégulière.

Coape XY

iFig. 182.

c. Nappes continues, — Les nappes continues spéciales aux terrains d'alluvion et de sable s'étalent sur les couches souterraines imperméables et forment des surfaces régulières qu'on peut définir par une série de courbes de niveaux. M. Delesse, inspecteur général des mines, a pu ainsi dresser une carte hydrologique du département de la Seine, très intéressante, à l'échelle de 1/25,000 laquelle fait connaître le relief du sol, les nappes superficielles (Seine, Marne, Bièvre), les nappes souterraines d'infiltration et les nappes profondes, au moyen de courbes de niveau de couleurs différentes; les cotes de l'eau ont été déterminées à la même époque d'étiage^ d'une part sur la Seine, la Marne et leurs affluents, d'autre part dans les puits appartenant à la nappe d'infiltration.

On rencontre aux environs de Paris :

Des nappes d'infiltration superficielles, dans les vallées de la Seine, de la Marne, sur les plateaux de Saint-Denis, du Bourget;

RÉPARTITION DES EAUX

Des nappes reposant sur Targile à meulières de Beauce, à Meudon, sur le plateau de Verrières ; Des nappes reposant sur les marnes vertes, à RomainvîUe, à

TT

««MÈTig

ta ^ ^

fi ^ « Ç «

Fig. 183.

Rosny, à Nogent, sur les plateaux de la Marne, à Yillejuif, Rungis, au mont Yalérien, à Montmartre;

Des nappes reposant sur l'argile plastique, au Trocadéro, à Boulogne, au sud de Paris, à la base du mont Yalérien.

Les figures 183 représentent des coupes transversale et longitudinale de la plaine de Gennevilliers ; on y voit des exemples très

nets de nappes continues : nappe au-dessus des marnes vertes de Buzenval et du mont Valérien ; nappe d'infiltration superficielle de la plaine pénétrant plus ou moins profondément dans les sables et passant par les fissures du travertin de Saint-Ouen et les sables de Beauchamp jusqu'aux marnes blanches; puis au-dessous des précédentes une nappe artésienne dans le calcaire grossier, reposant sur l'argile plastique. 11 semble y avoir un raccordement de deux nappes vers Charlebourg.

d. Propriétés des nappes continues, — Les nappes continues se trouvent spécialement dans les grandes vallées perméables; leur surface se raccorde avec celle des cours d'eau qui suivent le thalweg. Elles ont en général une pente transversale des coteaux riverains vers la rivière et une pente longitudinale dans le sens du courant ; elles sont donc animées d'un mouvement extrêmement lent dans les deux sens. C'est ainsi que dans la vallée de la Seine, les nappes d'infiltration présentent une pente de 1 mètre environ par kilomètre vers le fleuve, du côté des plaines de Gennevilliers et d'Achères, et une pente de 4 à 10 mètres par kilomètre, du côté des falaises; la pente dans le sens du courant du fleuve est de 0*10 seulement par kilomètre.

C'est cette nappe d'infiltration qu'on rencontre dans le sous-sol parisien toutes les fois que l'on fait des fondations un peu profondes ; c'est elle qui a créé de sérieuses difficultés dans les travaux de fondation du nouvel Opéra. Si le sol présente superficiellement une dépression naturelle ou artificielle un peu importante, la nappe apparaît et forme des mares ou de petits lacs, sans qu'il y ait de source proprement dite : c'est elle qui alimente par exemple la mare du pré Marchais, la pièce d'eau du parc de MM. Pommier à Gennevilliers.

Ce mouvement de descente des eaux de la nappe vers la rivière amène cette conséquence que l'eau des puits ou des galeries établis dans le voisinage d'un cours d'eau, même à une faible distance des rives, n'est pas l'eau du fleuve mais l'eau de la nappe, ayant une composition toute différente par suite de son origine. En temps de crue, ou à une très petite distance du fleuve, il y a cependant mélange plus ou moins marqué des deux eaux. Les quelques chiffres suivants font ressortir la différence que nous venons de mentionner :

i degré hydrotimétrique

du Rhône 16®

des eaux de la galerie i7«»94

des eaux de puits 23«77

Galeries de la Garonne ( **^^^ hydrotimétrique

à Toulouse / ^® ^^ Garonne i3»31

( dans les galeries 15«92

Puits voisins de la Loire \ ^^^^ hydrotimétrique

à Cosne et à Neuvy ), de la Loire 6*

r des puits distants de 24 à 35 m. 33» à 53° ' degré hydrotimétrique

Expérience de Belgrand \ de la Seine 19058

à Port à l'anglais j dans un puits creusé à 96 m.

( du lleuve 45038

Lorsque le terrain imperméable qui soutient la nappe, coupe les vallées à flanc de coteau, il détermine une ligne de suintements, un cordon de sources, suivant la ligne d'affleurement, c'est ce que l'on appelle un niveau d'eau. Les points où ces sources sont les plus abondantes correspondent aux concavités du terrain, la plus considérable se trouve habituellement à l'intersection de la ligne de thalweg de la vallée et de la surface du terrain qui soutient ^""""^^

l'eau. La figure 184 montre bien ^"^Xf^^

qu'il doit en être ainsi, car le bassin d'alimentation des sour- PjlFîZ^nf^^j^^j^^

< secondaipe

ces A a beaucoup plus d'éten- ^y^^

due que celui d'une autre source ^^..-"''^^^

B quelconque. ^^^*''

Les nappes continues varient v^ b

de niveau avec les saisons et suivant les circonstances mé- ri r .. x

téorologiques ; le phénomène se ** ^«•^^^^^7;;;-'^---^

traduit à nos yeux en cas de

sécheresse prolongée par la dis-

parition des sources les plus éle- ^'S- *^*-

vées qui tarissent les premières,

lorsque le niveau de leau de la nappe descend au-dessous de leur

point d'émergence. C'est ce qui a lieu en Champagne, où tous les

affluents secondaires des grands cours d'eau sont alimentés à leur

origine par une source qui porte habituellement le nom de Somme ;

cette source n'est presque jamais pérenne et il faut descendre à plusieurs kilomètres pour en trouver une qui résiste aux grandes sécheresses.

On peut d'ailleurs'constater directement les variations de niveau

Fig. 185 (1876).

de la nappe par l'observation des puits. Ses oscillations sont d'au-

RÉPARTITION DES EAUX. 285

tant plus lentes et d'autant moins accentuées qu'on s'éloigne du cours d'eau; c'est ce que fait ressortir la figure 185 relative à la nappe de la plaine de Gennevilliers en 1876; on voit que la Seine a monté et descendu assez rapidement et qu'elle est revenue à l'étiagc en juillet, tandis que la nappe était encore au voisinage de son maximum; on voit également, au moment de la crue, l'inversion de la forme de la nappe qui encore basse se raccorde avec le niveau de la Seine subitement relevé.

e. Nappes discontinues. — Les nappes discontinues se forment dans les terrains rendus perméables par des fissures : tels sont les marnes gypseuses, le calcaire lacustre, le calcaire grossier des environs de Paris, le calcaire oolithique et la craie. Les eaux remplissent les failles et les poches qu'elles rencontrent, donnant naissance à de grosses sources isolées quand elles viennent au jour.

La carte hydrologique de Delesse, dont il a été question plus haut, montre l'existence de nappes discontinues sur le plateau compris entre la Seine et la Marne, à Montmartre, à Belleville, sur le plateau de Ghampigny, au delà de la boucle de la Marne, sur le plateau situé entre Arcueil et Massy, sur les hauteurs d'Orgemont, d'Epinay, etc.

Les cavités remplies par les nappes discontinues tendent à s'agrandir par suite de l'action dissolvante des eaux sur les calcaires (sulfate de chaux, etc.), action continue que favorisent l'élévation de la température dans les couches profondes et la présence de l'acide carbonique dissous; ce sont des nappes de cette nature qui alimentent les fontaines incrustantes et diverses fontaines minérales. Ainsi, les sources de la Vanne fournissent une eau contenant 0''200 de matières suspendues et dissoutes par mètre cube; pour un débit de 100.000 mètres cubes en 24 heures, cela représente 20.000 kilogrammes de matières entraînées (soit 10 mètres cubes).

Le percement des puits artésiens dans les couches de calcaires accuse l'irrégularité des nappes discontinues. Citons à ce propos deux faits signalés par Belgrand : sur trois puits artésiens qu'il a fait forer dans la montagne oolithique entre Montbard et Châtillonsur-Seine, un seul a donné de l'eau. En creusant le puits artésien de la Butte-aux-Cailles, Belgrand trouva sur 10 mètres environ de profondeur une couche de craie tellement compacte qu'on put la traverser sans épuisement; mais au-dessous de la cote — 10 mètres^

il rencontra mie fissure d'abord imperceptible qui, dans un parcours de 10 mètres, donna une quantité d'eau telle qu'on dut renoncer à l'épuisement et continuer le travail à la sonde.

Les sources auxquelles donnent naissance les nappes discontinues sont isolées et d'un débit considérable; dans les terrains calcaires ce débit considérable, encore que l'action dissolvante des eaux soit faible, détermine dans les profondeurs du sol la formation de gouffres ou de cavernes : c'est ce qui se produit pour quelques sources ou fontaines célèbres ; en voici plusieurs exemples :

!• La source du Groseau au pied du mont Ventoux (Vaucluse) formé d'un calcaire éminemment perméable, indique le niveau de l'assise imperméable qui supporte le massif calcaire; la surface du Ventoux est de 15.000 hectares environ, en plan et la hauteur de pluie de 0"85, ce qui correspond à un débit de 4 mètres cubes environ par seconde. La source du Groseau, qui est seule d'ailleurs pour écouler les eaux du bassin alimentaire, débite 2 mètres cubes, soit 50 0/0 de la pluie tombée*

2® La fontaine de Vaucluse, célébrée par Pétrarque, recueille les eaux d'un vaste bassin de calcaire néocomien d'une surface de 96.500 hectares; son débit est de 10 à 12 mètres cubes correspondant à la moitié de la pluie tombée (hauteur 0,80).

3"" La source du Lez (Hérault) dont le débit est de 800 à 1000 litres à Tétiage, jaillit au pied d'un rocher dans un gouffre de 15 à 20 mètres de profondeur. Le déversoir de ce gouffre ayant été abaissé de manière à faire descendre le plan d'eau de 1"20, on le rétablit ensuite à son niveau primitif, et il fallut 8 heures pour que le niveau de l'eau remontât et regagnât la différence de 1"20 ; j pendant ce temps les cavernes intérieures n*ont pas dû emmagasiner moins de 20.000 mètres cubes d'eau, sillon tient compte de la superficie du gouffre et ce chiffre correspond à une surface totale de 25.000 mètres carrés pour l'ensemble de ces cavernes»

4* Mentionnons enfin les cours d'eau et lacs souterrains des grottes d'Adelsberg et des grottes de Han près de Namur.

Sources. — Lorsqu'une eau souterraine vient à paraître au jour et à couler superficiellement, elle constitue une source, c'est la traduction extérieure des nappes continues ou discontinues.

Belgrand les divise en 4 classes :

RÉPARTITION DES EAUX. 287

1" classe. Sources des terrains imperméables. — Il n'y a pas de nappes d'eau à proprement parler dans les terrains de cette nature, le lieu des sources est donc la surface même du pays et, comme le ruissellement s'empare de la plus grande partie de l'eau tombée, les sources sont toujours très petites.

Il en est ainsi dans le granit du Morvan dont la surface est très fendillée, dans le lias de TAuxois et du Nivernais, terrain argileux encore plus imperméable que le granit, dans le terrain crétacé inférieur de la Champagne^ d'Auxerre à Sainte-Menehould.

2* classe. Sources des terrains entièrement perméables. — Dans ces terrains, les eaux absorbées s'abaissant en nappes continues ou discontinues vers les vallées les plus profondes, les lieux de sources sont les prairies humides et môme tourbeuses qui tapissent le fond des grandes vallées ; on les trouve au bas des thalwegs le long des cours d'eau ; les vallées moins profondes, les coteaux, les plateaux restent à sec en toute saison. Les sources de la 2' classe sont très écartées les unes des autres, mais d'un débit considérable.

On rencontre, en effet, de grandes sources le long des ruisseaux des terrains oolithiques de la basse Bourgogne, de la craie blanche de la Champagne, et de la Normandie, des terrains calcaires (tertiaires) des environs de Provins et des autres vallées de la Brie, des calcaires de la Beauce et des sables de Fontainebleau.

C'est à cette classe qu'appartiennent les sources alimentaires de la ville de Paris.

Généralement les cours d'eau de ces terrains ont à leur origine une source qui n'est pas toujours pérenne et tarit habituellement dans la saison sèche — c'est là un des caractères des sources de la 2* classe. — Plusieurs de ces sources éphémères portent des noms caractéristiques : Fontaine la sèche, gueule sèche.

3* classe. Sources des terrains perméables mèw£ à un médiocre degrés superposés à des terrains imperméables. — Suivant le plan de contact des couches perméables et imperméables, il s'établit ce qu'on appelle un niveau d'eau, aussi bien à flanc de coteau qu'au fond des vallées. Ces sources sont en général très nombreuses et par suite assez petites.

Citons comme exemple les sources du niveau d'eau qui se trouve au contact des marnes vertes et des meulières de la Brie, le niveau

d'eau de Targile plastique de la vallée de la Marne .et du Soisson-

nais.

4* classe. Sources artésiennes. — Ce sont celles qui sortent d'une nappe emprisonnée entre deux couches de terrain imperméable, en jaillissant par un puits. Elles sont rares dans le bassin de la Seine ; les plus importantes sont celles qui proviennent des eaux abondamment absorbées par le calcaire oolithique, lorsqu'il s'enfonce sous la masse argileuse des terrains néocomiens au travers de laquelle se fait jour une partie de l'eau ainsi emprisonnée.

Variations du débit des sources. — Le débit des sources suit naturellement dans ses variations un mouvement consécutif de celui de la pluie et des nappes souterraines. Le tableau et le graphique de la figure 186 sont relatifs aux sources de la Vanne qui alimentent la capitale.

Sources de la Vanne.

Janvier

Février

Mars

Avril

Mai

Juin

Juillet

Août

Septembre

Octobre

Novembre

Décembre

Totaux et moyennes.

Pluie.

mm

Débit.

litres par seconde.

Débit.

litres par seconde.

La variation du débit de la source est naturellement en retard sur celle de la pluie, par suite de la lenteur du mouvement des eaux souterraines. De même on comprend aisément que les variations aient plus d'amplitude pour les sources hautes que pour les sources basses. Ainsi à Armantières (vallée de la Vanne, cote IH), le rapport des débits de printemps et d'automne est compris entre 2 et 2.77 pour

REPARTITION DES EAUX

les années humides, et s'élève à 4.85 dans les années sèches ; pour la source du miroir de Theil (vallée de la Vanne, cote 91), le même rapport est de 1.40 dans les années humides et de 2.14 dans les années sèches.

Fig. 186.

Nous donnons, dans le tableau suivant, les débits mensuels des principales sources utilisées pour Talimentation de Paris ; les chiffres de ce tableau représentent les moyennes de sept années (1880 à 1886):

eu