VIII. ] Silex impalpable
( — palpable 50 1
,Y (Argile 10) 6 __
( Calcaire impalpable 90 )
V (Argile......... 10| 8,,eures.
^- ( Silex impalpable 90 )
Sur ces terrains argileux ou aigilo-calcaires la proportion d'eau qui profite à la nappe sera très faible, il y aura beaucoup d'eau de ruissellement. Ce sont de très mau-
46 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
vais terrains pour avoir de grandes quantités d'eau à sa disposition. S'ils contiennent de l'eau, ceci tient à ce qu'ils sont généralement recouverts de débris de roches perméables, comme nous le verrons par la suite. Il en sera de même dans les roches massives et compactes imperméables, à l'eau comme la plupart des granits et des porphyres, les roches granitiques et granitoïdes (syénites, protogines, diorites, gneiss, etc.), les schistes cristallins et métamorphiques, certains grès à grains très fins, la craie verte ou glauconieuse, les dolomies liasiques et permiennes, certains sables très fins, les quartz et quai^tzites, les calcaires très compacts, certaines roches sédimentaires lorsque leur stratification est horizontale ou peu inclinée, et en général toutes les roches non fissurées ou fendillées, celles que Chalon (1) appelle roches adiaclasiques.
La quantité d'eau qu'un sol peut absorber est donc très difficile à évaluer. MM. Debauve et Imbeaux (2) résument sous cette forme les causes de la complexité du problème, qui tiennent:
« 1° A ce que lesol n'est pas constitué d'ordinaire d'une seule couche homogène et ayant des pores d'un calibre fixe, mais bien d'une superposition de couches difîérentes, variables d'un point à un autre et comprenant des pores, des fissures et des cavités de dimensions le plus souvent inconnues, et en tout cas très diverses ;
2° A ce que l'état de réplétion partielle de ces voies, fissures et cavités varie à tout instant, suivant la succession et l'intensité des pluies, le débit des sources, les prélèvements dus à l'évaporation superficielle, à la transpiration des plantes, etc. ;
3° A ce que la quantité d'eau qui s'infiltre dépend essentiellement de la durée de contact entre l'eau tombée
(1) Chalos, Lart de découvrir les sources, p. 61-62,
(2) Dkbauve et Imbeaux, Assainissemenl des villes. Distribution d'eaUf t. II, p. 51.
et le sol et que cette durée dépend, à son tour, 4e la configuration de la surface (notammentde son inclinaisoji) ainsi que deFabondance et de la durée delà précipitation; 4» Enfin à ce que certains changements modifiant l'état de la première couche et de la surface (tels que les alternatives de gel et de dégel, le labourage, la croissance ou la dispersion de la végétation etc.) font varier également l'infiltration dans des proportions parfois très considérables. »
Si on vient à couper le sol par un plan vertical, 9r trouvera à la partie supérieure une zone où l'humidité du sol sera très variable, suivant les pluies et où les phénomènes d'évaporation peuvent se faire sentir, audessous est une zone où Févaporation ne se fait plu§ sentir, mais dont l'humidité dépend de l'arrivée plus ou moins rapide de l'eau de la surface. Enfin, à la base, une couche saturée d'eau.
Toutes les fois qu'il y a obstacle à l'absorption rapide des eaux, celles-ci s'évaporent et ruissellent, comme nous l'avons vu pour les sables.
Coefficient d'absorption des eaux de pluie. — Malgré l'incertitude où nous sommes de déterminer exactement dans tous les cas la proportion des eaux de pluie pouvant rejoindre la nappe, nous sommes obligés de rechercher, au moins dans certains cas particuliers, le coefficient d'absorption qu'on peut employer, coefficient qui nous sera, comme on le verra, d'une très grande utilité. L'expérience très intéressante que Risler a faite dans son domaine de Callèves (canton de Vaud) va nous donner un premier renseignement sur ce sujet.
Le domaine de Callèves est formé d'une terre argilosiliceuse, reposant sur un sol argileux imperméable. Cette terre était très bien drainée, ce qui permettait de récolter, à travers les tuyaux de drainage, l'eau qui, s'étant infiltrée dans le sol, n'avait pas été évaporée par le sol et les plantes ainsi que les eaux de ruissellement.
48 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
On pourrait objecter dès maintenant que l'eau récoltée pouvait avoir, comme dans la théorie de Descartes, une origine souterraine par suite de la condensation de la vapeur d'eau dans les parties froides du sol. Cette théorie, peut se soutenir pour les eaux minérales ou pour les fissures profondes comme M. Gautier, essaie de le démontrer par des expériences ingénieuses. Elle ne peut être invoquée ici, pour cette raison qu'à travers les argiles la circulation de l'air est très difficile. Quand on veut faire des prises d'air dans de tels terrains, on fait le vide presque parfait dans l'appareil de prise, que l'air n'arrive à combler qu'avec une très faible lenteur, et cependant par ce manuel opératoire on exagère singulièrement l'arrivée rapide du gaz. Ainsi on comprend qu'à l'état naturel l'apport par l'infiltration de gaz humide à travers la couche argileuse, s'il existe, doit être faible. Il reste donc, pour alimenter les drains de la propriété de Risler, les eaux provenant de l'atmosphère.
Risler s'est astreint pendant trois ans à mesurer la quantité d'eau drainée et celle tombée sur le sol. En faisant la moyenne de ses expériences il trouva qu'il récoltait dans ses drains 20 p. 100 environ des eaux tombées et mesurées par un pluviomètre. Les quatre cinquièmes avaient été évaporés. Comme il tombait annuellement 80 centimètres d'eau, 64 centimètres étaient évaporés.
Si on admet avec Wollny, Lawes, que la production de 1 gramme de matière végétale sèche exige en moyenne 300 grammes d'eau, on estime que pour arriver à maturité il faut, dans nos pays :
Tonnes mélriques d'tiau.
1 hectare de blé 1 . 180
1 — de seigle 835
1 — d'orge 1.237
1 — de forêt 1.950
Moyenne 1.300
Soit une hauteur annuelle de 0n»,13 d'eau.
Worré admet qu'un hectare de blé nécessite une hauteur annuelle de 240 millimètres d'eau, un hectare de bois de hêtre de 100 à 350 millimètres d'eau à laquelle il faut ajouter l'eau de constitution des plantes.
Il reste donc de 40 à 50 centimètres d'eau évaporée par le sol dans l'expérience de M. Risler ; cette quantité d'eau est très vraisemblable. On sait fort bien qu'en été les drains ne donnent presque pas d'eau, le gain a surtout lieu l'hiver où l'évaporation est de beaucoup moins active et où il pleut généralement davantage.
Ce coefficient de un cinquième des eaux tombées représentant le profit de la lîappe souterraine pendant une année n'était pas toujours exact. Il variait suivant les années et avec les cultures ; c'est une moyenne très approximative.
M. Imbeaux a, d'autre part, totalisé ainsi qu'il suit l'action d'une forêt sur la quantité d'eau tombée annuellement.
De la pluie tombée.
a) Action d'arrêt du dôme de feuillages. 0,30
b) Évaporation du sol boisé 0,13
c) Transpiration des arbres 0,29
Total Tj2
Soit les trois quarts de la pluie tombée.
Déjà avant Risler, l'abbé Paramelle admettait que les pluies donnaient environ, en sécheresse ordinaire, un débit de 4 litres par minute pour 5 hectares de bassin versant, soit environ le quart de leur quantité. M. Imbeaux a contrôlé ce coefficient en Meurthe-et-Moselle et l'a trouvé très sensiblement exact pour les terrains perméables. Beaucoup d'auteurs (Duel aux), qui se sont occupés de cette question ont trouvé un chiffre sensiblement voisin de un cinquième en comparant la quantité d'eau tombée sur le bassin de Paris et les débits des eaux fluviales s'en allant à la mer. Cette dernière méthode, que nous ne
50 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
faisons que signaler, a le défaut de faire entrer en ligne de compte les eaux de ruissellement qui n'ont pas profité à la nappe. Elle ne tient pas non plus compte des eaux souterraines qui s'écoulent à la mer sans être revenues au jour.
M.Schardt, dans une intéressante étude sur les eaux de la Doux (1), source de FAreuse, a montré au moyen du débit de celte source, connaissant la surface de son périmètre d'alimentation, que la quantité d'eau de pluie profitant à la nappe souterraine est de 60 à 70 p. 100 dans ces terrains du jurassique supérieur, formations excessivement perméables trouées d'amposieux reposant sur une couche argileuse de l'Argovien ayant 200 mètres d'épaisseur.
Comme conclusions de ce que nous venons de voir dans les terrains sableux ou finement fissurés, les eaux des nappes souterraines peuvent être évaluées au cinquième des eaux de pluies tombées sur la surface du sol. Toutefois, quand le ruissellement sera abondant il deviendra utile d'en déterminer l'importance de façon à diminuer approximativement d'au tant ce coefficient du cinquième. Dans les terrains très fissurés ce coefficient doit être plus élevé. Nous verrons par la suite, en raison de l'importance du problème, la façon d'augmenter ce coefficient d'absorption des eaux de pluie. On voit dès maintenant qu'il suffirait de diminuer au moins l'évaporation des eaux tombées.
Malgré l'incertitude du coefficient d'absorption des eaux de pluie dans le sol, si on l'admet voisin de un quart à un cinquième, on peut quelquefois connaître par ce moyen l'origine des eaux souterraines qu'on trouve.
Ainsi, lors de la construction du tunnel du Simplon, on a trouvé entre les kilomètres 3 830 et 4420 des sources de débit de 1000 litres dont le périmètre d'alimentation
(1) M. ScHARDT, Bulletin Société belge de géologie, 1905, p. 559 h 569. M.
n'aurait occupé qu'une surface d'environ 10 à 1 1 kilomètres carrés. Les pluies tombées sont dans l'impossibilité de fournir cette quantité d'eau , et c'est ainsi qu'on a été amené àrechercher l'influence du torrent de laCairasca qui,parinfdtration,contribue àl'alimentation de ces eaux souterraines.
De ralimentation des nappes souterraines par les eaux de coodensation de Pair atmosphérique. — Certains hydrologues allemands ou belges, comme MM. le docteur Vogler, Buker et Schulze, King, Worré, d'Andrimont considèrent que la quantité d'eau évaporée par le sol et la végétation dépasse de beaucoup celle fournie par les pluies. 11 faut donc que cette même quantité évaporée soit prise à une source déterminée, et en dehors de la pluie. Comme l'eau ne peut venir de la profondeur du sol, ainsi que nous l'avons vu au paragraphe précédent, il faut qu'elle provienne de la condensation de l'atmosphère extérieure, toujours humide. Us considèrent donc que le surplus qui profite aux nappes souterraines est apporté par les brouillards et l'humidité de l'air. Dalton prétend qu'en Angleterre les brouillards peuvent fournir à eux seuls 742 millimètres d'eau par an ; quant à la rosée, elle est évaluée par Derres, en Angleterre, à 38 millimètres, et parWoUny, à Munich, à 3,5 p. 100 de la pluie annuelle.
Les corps solides jouissent en effet de la propriété d'attirer à leur surface l'humidité, par conséquent de condenser la vapeur d'eau de l'atmosphère. Schubler a constaté que 1000 grammes de terre étalés sur une surface de 50 pouces carrés absorbent en vingt-quatre heures, savoir :
Sable quartzeux traces.
Gypse 1 gramme.
Terre arable 23 —
Argile 28 —
Terre calcaire 35 —
— de jardin 52 —
Fumures 120 —
52 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
D'autre part, une expérience de Lord Kelvin démontre la condensation de l'humidité par les surfaces solides.
Dans une cloche reposant sur un cristallisoir rempli d'eau, on suspend un tube capillaire, ouvert à ses deux extrémités. Le dispositif entier est placé dans un endroit où la température est constante.
On constate au bout de quelques jours que l'eau monte dans le tube capillaire jusqu'à une certaine hauteur. Le résultat aurait été identique si on avait plongé ce tube directement dans l'eau du cristallisoir. 11 y a donc eu condensation de la vapeur d'eau.
Les travaux de Lyman J. Briggs (1) confirment la propriété qu'a toute substance solide ainsi que le quartz, de condenser l'eau atmosphérique, attraction qui est d'accord avec le théorème de Gibbs relatif à l'absorption des substances dissoutes.
M. Worré (2) a essayé d'élucider ce problème et prétend que les eaux météoriques ou d'infiltration pluviale n'alimentent guère que les eaux souterraines des terrains fissurés. Pour les terrains sablonneux, l'alimentation en eau serait assurée par la condensation de l'eau à l'état •de vapeur dans l'atmosphère.
Les expériences de cet ingénieur furent faites près de la ville de Luxembourg, sur des terrains assez variés.
Un champ avec terrain végétaL
— — argileux.
Un pré plat — végétal .
— — argilo-sableux.
— eii taillis avec terrain végétal.
Une forêt à surface couverte.
Un sol pavé.
Un sol empierré.
Après un mois d'observations pluviomé triques et météorologiques diverses, M. Worré fit des sondages dans les
(1) Lyman I. Briggs, Chemistry, t, IX, n» 8, p. 617-640, 11, 1905.
(2) Worré, Publications de VInstitut Grand-Ducal de Luxembourg, U XXIV, 1896.
différents terrains et trouva qu'au delà de l'",79 de profondeur Feau ne pénétrait plus.
Les terrains classés ainsi d'après Worré semblent être constitués par la couche la plus superficielle et, de ce fait, la plus argileuse ; ce ne sont pas des terrains types formés de couches géologiques comme le sable ou le calcaire.
Pour qu'il y ait apport de vapeur de l'atmosphère dans le sol, il faut qu'il y ait circulation d'air à travers ses pores.
D'après M. Worré, cette circulation existe et serait très active ; voici l'explication qu'il en donne :
i< On sait que l'air atmosphérique est composé, en volume, de 20,8 d'oxygène et 79,2 d'azote avec 3 à 6 dix-millièmes d'acide carbonique et 6 à 9 millièmes de vapeur d'eau. Or l'oxygène qui s'accumule dans la terre poreuse, s'attaque aux substances organiques et les minéralisé.
« L'acide carbonique aide l'eau à dissoudre les carbonates de calcium, de magnésium et de fer ;
« L'azoteestassimilé, entre autres, parles légumineuses au moyen des nodosités à bactéries que portent leurs racines ;
« La vapeur d'eau disparaît en partie par condensation ;
« La tension se trouve abaissée par le refroidissement ;
« Il en résulte que l'air, après quelque séjour dans l'intérieur de la terre, se trouvant gravement altéré, sous tous les rapports, dans sa constitution initiale, tend à se mêler, par voie de diffusion, avec l'air atmosphérique, pour reformer un tout homogène ; et comme l'atmosphère est presque infinie par rapport au volume de Fair altéré du sol, cet air doit se dégager en totalité, pour que l'équilibre devienne stable.
« Immédiatement après, le même processus se répète ainsi de suite. »
11 est évident, en effet, que la condensation delà vapeur
54 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
d'eau dans le sol doit être assez grande si la circulation de l'air atmosphérique est facile.
Or une expérience de MM. Dehérain et Demoussy a montré que si la circulation de l'air est facile à travers les sables secs, elle est extrêmement lente quand les sables deviennent humides.
A la suite de cette expérience il y a lieu d'admettre qu'en hiver, quand la surface du sol est très humide, la circulation de l'air ne doit pas être tr^s facile et très probablement l'apport des eaux par les brouillards doit se faire principalement à la surface du sol et non en profondeur.
En été, époque où Tévaporation tant par le sol que par les plantes est très active, la circulation de l'air est plus facile. C'est aussi le moment où l'atmosphère très humide et chaude vient se condenser dans le sol froid.
D'autre part, les phénomènes d'altération du sol ne sont importants qu'à la surface et non en profondeur, ils ne peuvent provenir que derinfiltralion des eaux pluviales. Nous admettons donc très facilement la condensation de l'humidité de l'atmosphère dans la couche supérieure du sol, condensation se produisant principalement la nuit, et l'été époque où le sol se refroidit plus vite que l'air. Imbeaux admet cependant l'influence de ces condensations sur les sources en montagne. Cette eau condensée alimente en grande partie l'évaporation de la journée, mais elle est encore insuffisante par elle-même, car pendant les années sèches la végétation est languissante par suite de l'absence des pluies. Au contraire, en hiver les eaux pluviales interviennent pour une très grande part dans l'alimentation des nappes, et c'est ici que l'expérience de De Heen et les travaux de d'Andrimont revêtent une certaine importance. Nous avons vu précédemment qu'il y avait lieu de considérer deux chemins de descente de l'eau à travers les sables : La descente superficielle ou pelliculaire et la descente capillaire.
A la surface du sol Feau comblera facilement les espaces lacunaires et la descente commencera d'une part en raison de la vitesse pelliculaire et d'autre part en raison de la vitesse capillaire. Si la vitesse et le débit de la colonne par les espaces capillaires sont supérieure au débit et à la vitesse pelliculaires, c'est par les espaces lacunaires que l'inlillration de l'eau se fera jusqu'au moment où la constitution des pellicules d'eau autour de chaque grain traversé aura absorbé toute l'eau.
Si c'est l'inverse, c'est-à-dire si le débit et la vitesse pelliculaires sont supérieurs à la vitesse et au débit des espaces lacunaires, toute l'eau sera entraînée par la couche pelliculaire dans l'intérieur du sol.
Voici une expérience de M. de Heen telle (qu'elle est rapportée par M. D'Andrimont (l ) et répondant à ces conditions.
« Dans la partie inférieure d'un tube de verre, on introduit d'abord une couche de sable destinée à représenter la couche aquifère. Le tube n'est pas fermé à sa partie inférieure, mais effilé en pointe, afin de permettre le départ de l'air. Au-dessus du sable, en bd, on introduit une couche de limon pulvérisé en poudre impalpable. Si l'on vient à introduire de l'eau en «6, on remarque d'abord que la partie supérieure du limon s'imprègne complètement d'eau. Dans ces conditions, par suite d'un effet de réfraction, le contact de l'eau et du verre fait que le cylindre de limon apparaît comme ayant un diamètre égal au diamètre extérieur du tube (fig. 19). Mais lorsque l'imprégnation s'est faite sur une hauteur bc le débit
(1) D'Andhimost, Congrès international des Mines el de la Métallurgie {Géologie appliquée), p. 162, 1005.
Fig. 19. — Tube de Heen.
î>6 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
diminue déjà suffisamment pour qu'il ne puisse plus alimenter à la fois les pores et les micropores. Et comme ces derniers, par suite de leur petit diamètre, ont une puissance de succion incomparablement plus grande que les premiers, ce sont également eux qui servent exclusivement de véhicule à Teau à partir de ce moment. Le tube n'est plus mouillé, et le cylindre de limon apparaît comme ayant un diamètre égal au diamètre intérieur du tube en verre, et Ton voit à la loupe les grains d'argile sans interposition d'eau. Les choses se passent ainsi jusqu'au moment où l'eau, traversant les microporcs (1), atteint la surface du sable en d. L'eau sort alors de ces espaces ultra-capillaires et pénètre dans les pores du «able;elle imbibe complètement celui-ci, et le cylindre de sable apparaît de nouveau comme ayant un diamètre égal au diamètre extérieur du tube, de même qu'en 6c. Le liquide, en un mot, redevient complètement libre, et, en résumé, le liquide a traversé la couche de limon à Vétat superficiel, »
L'eau peut donc passer en profondeur à travers une couche de particules fines sans être visible. Il est évident que les mêmes phénomènes se produisent dans la nature et il est impossible de tabler sur les résultats de M. Worré pour affirmer que l'eau de pluie ne peut fournir une quantité d'eau suffisante pour l'alimentation des eaux souterraines.
La théorie du D' Vôgler, le chef de cette école, a été réfutée en partie par M. J. Hann, de Vienne.
Cette conclusion est réfutée, au moins en partie, par
(1) De Heen admet que dans un sable humide, chaque grain est doué de micropores d'une telle ténuité que leur section est de l'ordre de grandeur de la sphère d'activité moléculaire de l'eau. Ces micropores sont comme des sillons très fins à la surface des grains de sable. On pourrait objecter, dans cette expérience, qu'à travers le limon la circulation est difficile tandis que le long des parois du tube elle est plus facile. S'il en était ainsi, l'effet de réfraction constaté en le se produirait encore en cd, contrairement au résultat de l'expérience.
M. Rutot (1), qui signale que dans tous ses sondages, faits au-dessous de la zone d'évaporation, tous les sables trouvés sont humides. D'autre jjart, s'appuyant sur la décalcification superficielle sur une épaisseur de 5 à 6 mètres des limons éoliens des environs de Bruxelles, ce géologue pense qu'un tel phénomène ne peut exister que s'il y a eu infiltration pluviale.
D'autre part, M. Van den Broeck fait remarquer à ce sujet que la relation qui existe entre la richesse des eaux des sables calcarifères de Bruxelles et le degré hydrotimétrique des eaux souterraines ne peut s'expliquer que par le ruissellement continu d'eau à travers ces sables.
Dausse, dans le bassin de Paris, a observé que les pluies qui profitent aux nappes sont celles tombées en hiver. En été l'évaporation est trop grande et on ne constate,, même après les grandes pluies, qu'une augmentation insignifiante des débits. Or, d'après ce que nous savons de la circulation de l'air, pour l'alimentation souterraine, le profit de cette nappe devrait être maximum en été et non en hiver; c'est-à-dire le contraire de ce que l'observation démontre. D'autres faits comme l'augmentation brusque des débits des sources après les pluies, leur décroissance quand ces pluies viennent à cesser, démontrent que dans les terrains diaclasiques ou fissurés la pluie profite aux nappes souterraines, l'hiver et non l'été. Or, à travers les diaclases, la circulation de l'air est bien plus facile qu'à travers les pores des sables, et la condensation de l'humidité devrait y être maxima.
La théorie du D' Vôgler semble ne pas être l'expression exacte de la vérité et paraît trop exclusive. C'est pourquoi M. Worré la limite simplement aux terrains sableux.
Comme autre preuve, l'école allemande, signalait la très petite quantité d'eau qui s'infiltre à travers le plafond des grottes. Ainsi à celle de Han, par exemple, on peut
(1) Rutot, Société belge de géologie, p. 93, 1896.
^8 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
y séjourner plusieurs heures sans y être incommodé par lés gouttes d'eau qui tombent.
Le dégouttement est plus grand en été qu'en hiver parce que Teau met plusieurs mois pour parvenir dans la grotte.
Mais en 1889, on a constaté après des pluies abondantes des infiltrations beaucoup plus tôt que d'habitude. D'après M. E. Dupont (1), l'infiltration des pluies en temps ordinaire, était ralentie par les bois se trouvant au-dessus de la grotte. En 1889 on déboisa et leur influence ne se fit plus sentir.
Voyons d'autre part ce qui se passe dans une grotte, ou bien dans les carrières de grès de Fontainebleau, observées près de Nemours, àDarvault. Par mètre carré, dans la saison des pluies il tombe 8 à 10 gouttes d'eau assez grosses par minute. Un calcul très simple, répartissant cette eau sur 120 jours, montrerait que l'infiltration est suffisante pour fournir à la nappe souterraine 200 millimètres d'eau par an.
De l'ensemble de tous ces faits nous considérons que la pluie est le principal pourvoyeur en eau de la nappe souterraine. La condensation de l'humidité de l'air entretient l'humidité à la surface du sol en été, fournit aux plantes la quantité d'eau nécessaire à leur évaporation. Cet apport jusqu'à la nappe paraît être plutôt faible, et au lieu d'admettre avec l'école allemande que ce sont des eaux de condensation qui alimentent le sous-sol et la pluie l'évaporation, nous tendons à la conclusion inverse. 11 serait intéressant de connaître pourtant la part même faible que ces eaux prennent à l'afimentation des nappes; malheureusement des expériences systématiques n'ont guère été tentées jusqu'ici sur ce sujet. En résumé, en hydrologie, ce sont surtout les pluies que nous envisagerons et, comme base aux études ultérieures, le profit
(i) E. Dupont, Bulletin Société belge de géologie, 1894, p. 274. Mémoire.
que les nappes en retirent sera estimé au 1/4 ou 1/5 dans les terrains perméables sans ruissellement. Ce coefficient devra être diminué dans les terrains moins perméables d'une quantité au moins égale au ruissellement constaté, et dans les terrains excessivement perméables il sera augmenté jusqu'à la valeur 1/2.
Ban d'origine géologique. — En recherchant des eaux souterraines il arrive quelquefois d'en rencontrer dont la composition ne reflète nullement celle des terrains qui les renferment. L'analyse démontre qu'elles sont riches en sel marin, leur composition est identique à celles des eaux de la mer. Elles proviennent d'un emprisonnement d'eau de mer au moment de la formation géologique de ces terrains.
Voici une analyse faite sur des eaux trouvées dans la région du Hainaut.
Analyse d'une eau trouvée au puits n° 18 du charbonnage des Produits (1).
Densité 18o 1,04
Rendu fixe par litre 59&r,800
Carbonate de calcium OsrJlG
— de magnésium 0k»",184
— de fer Offr.OOC
Sulfate de calcium 08^,468
— de magnésium 148>',352
— de sodium 0pr,052
Chlorure de sodium 38ffr,029
— de magnésium 3ï',092
— de calcium 28^,868
lodure de sodium 0»r,0d5
Silice 0ffr,018
Conclusions, — Dans ce chapitre nous avons vu la triple origine des eaux souterraines; nous pensons avoir démontré suffisamment que la pluie est le facteur le plus important de l'alimentation des nappes. La conclusion qui s'impose est donc, puisque les moyens de favoriser
(1) Kkrsten, Bulletin Société belge géologique, p. 662, 1902.
60 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
sa précipitation sont jusqu'ici bien aléatoires et de résultat médiocre, d'en retenir du moins le maximum d'effet utile, en diminuant les causes de son évaporation et de son ruissellement.
Une couche imperméable est celle qui est capable de retenir l'eau à sa surface pendant un temps assez long» Elle est complètement imperméable quand ce temps devient infini. Lorsque dans leur mouvement de descente les eaux infiltrées passent d'un terrain dans un autre de beaucoup plus faible conductibilité, une partie plus ou moins grande de celles-ci se trouve arrêtée et se met à ruisseler souterraine ment à la surface du terrain de plus faible conductibilité.
a) Couches imperméables. — Celui-ci peut être formé, soit par une couche calcaire peu fissurée, succédant brusquement à une autre plus fissurée, soitpar une couche argileuse ou schisteuse. La spéléologie a montré^ dans le cours des explorations des cavernes, que les eaux souterraines formaient souvent des ruisseaux dont le lit était calcaire. Il suffit que la couche calcaire rencontrée à une certaine profondeur soit peu fissurée pour ne laisser s'infiltrer qu'un débit d'eau peu appréciable; mais si, après avoir ruisselé quelque temps, l'eau rencontre une fissure plus grosse, cela lui permet de descendre dans le sol à une profondeur plus grande jusqu'au moment où se présentera une autre couche calcaire peu perméable incapable d'absorber tout le débit des eaux souterraines. A nouveau un ruissellement se produira encore et ainsi de suite. Cette généralisation de la notion du terrain imperméable permet d'envisager, sans idée fausse, tous les cas de la circulation souterraine.
A la surface du sol on distingue bien trois sortesd'eau, les eaux évaporées, les eaux de ruissellement et celles qui s'infiltrent, la proportion de chacune d'elles étant réglée par les vitesses d'absorption du sol lui-même, mais on refusait cette distinction dans le sol aux eaux qui s'y infiltraient. Or ce ruissellement dans les profondeurs, qui constitue la circulation souterraine, ne se différencie du ruissellement superficiel que parce que le premier se produit à travers un terrain perméable, tandisque l'autre se fait à l'air libre, c'est-à-dire que pratiquement il n'y a aucune distinction.
Comme exemple de terrain très imperméable, on doit citer l'argile.
On admettait pendant longtemps que l'argile était un terrain complètement imperméable. Les analyses ont montré que l'argile n'est pas toujours très pure et nous avons vu dans les expériences de M. Pichard qu'elle devient d'autant moins perméable, qu'elle est plus pauvre en silice. Son imperméabilité augmente encore par la compression.
Spring (1) d'une part, Rabozée (2) et Casse (3) ont montré en effet qu'en absorbant de l'eau, l'argile se gonfle et peut laisser passer l'eau ; mais quand on empêche cette dilatation, ce qui existe quand la couche argileuse est comprimée entre deux terrains résistants, ou que son épaisseur dépasse 7 à 10 mètres, l'eau ne peut pénétrer dans la masse interne et le terrain est alors complètement imperméable .
Cette conclusion est importante parce qu'elle montre que sur le bord des affleurements, où l'argile n'a pas une épaisseur suffisante, l'imperméabilité n'est pas absolue.
De même dans les couches où l'argile n'a pas partout
(1) Spring, Annales de la Société géologique de Belgique, t. XXVUI^ M, p. 117, 1901.
(2) Rabozéi, Société belge de géologie, p. 291, 3 juin 1902.
(3) Cassi, Société belge de géologie, 13 mai 190».
DiÉNERT. — Hydrologie agricole. 4
HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
une épaisseur suffisante il peut se trouver des endroits où les eaux peuvent descendre dans un gisement géologique inférieur (1). Ceci concorde avec Thypothèse de M. Pouchet qui ne peut expliquer l'importance de certaines nappes d'eau inférieures que par l'infiltration des nappes supérieures à travers l'argile. Il est juste d'ajouter qu'on trouve également des terrains très secs au-dessous des couches d'argile importantes. Sous la colline de Laon (fig. 20) l'argile a une assez grande épaisseur pour être
Fig. 20. — Coupe, de la colline de Laon.
a, calcaire grossier; b, calcaire grossier sableux; c, argile; d, sables du •Soissonnais.
imperméable. Au contraire, sous la colline de Cassel l'argile glauconifère n'empêche pas des infiUrations d'eau des sables de Diest dans les sables du Parisien. Une autre conséquence des recherches précédentes c'est qu'une pâte d'argile perd son eau, même au sein de l'eau, quand on la comprime dans une enveloppe perméable d'où elle ne peut s'échapper parce que l'imperméabilité de l'argile provient justement de sa combinaison avec l'eau.
Quel que soit le terrain, on trouvera toujours de l'eau quand un terrain très perméable reposera sur un terrain qui l'est moins. Si un même gisement géologique comme la craie, est formé de couches alternativement très perméables et peu perméables, on aura, en faisant un forage ^vertical et au fur et à mesure qu'on descendra, une
(i) Martel, C. R. Académie des Sciences, i" octobre, 1906.
première nappe, une deuxième nappe, etc. A la campagne cette question de première et de deuxième nappe est très fréquente et on sait fort bien que les eaux de la deuxième nappe sont bien meilleures et moins contaminées que celles de la première nappe.
Dans la craie (dans l'Hervien), dans le nord de la France ou en Belgique, on trouve des parties formées de silex agglomérés qu'on désigne sous le nom de tun ou de tawes ou meule. Ces roches donnent naissance à une
Fîg. il. — Coupe de la colline de Cassel.
a, sable de Diest ; 6, argile glauconifère de Tétage Asschicn ; c, sables du Parisien ; d, argiles de l'Yprésien.
nappe. En Angleterre, dans le bassin de Londres et de Southampton les sables éocènes de Thanet renferment de Teau reposant sur un conglomérat de silex agglutiné par un enduit.
Souvent encore, dans un terrain, on trouve des couches argileuses discontinues formant des lentilles au milieu du terrain perméable. Dans la foret de Soignes, par exemple, ou mèmedans les sables moyens de Bohême (deLaunay), etc. on trouve de ces lentilles argileuses au milieu des sables Bruxeliiens. La surface des nappes d'eau a sensiblement la forme représentée dans la figure 22.
Les deux puits creusés en B et en C rencontrent alors
HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
4'eau à des profondeurs variables quoique très voisines. Dans le Bajocien par exemple, on trouve des niveaux d'eau de faible importance formés par Tintercalation •de lits marneux au milieu des calcaires.
Les terrains rocheux massifs ou les roches compactes -et continues comme le granit, les gneiss, les porphyres, les schistes et certains calcaires sont imperméables; s'ils renferment un peu d'eau, c'est, comme nous l'avons déjà dit, dans les déclivités remplies de détritus ou de parties C
. >(<*fl5^V" ."^ '^ÇL^lefi' . ;
pruxellieiu *
Fig. 22. — Coupe verticale dans la forêt de Soignes (Belgique).
de roches décomposées par les agents atmosphériques (arènes granitiques, alluvions).
Parmi les couches imperméables il faut encore, d'après Keilhack, de Berlin (1), ranger les formations de moraines profondes appartenant au type des argiles à blocs erratiques ainsi que toutes les formations d'apparence argileuse constituées par du sable d'une très grande ténuité. La limite de perméabilité de ces sables correspond à un diamètre des grains de 0™'°,02 et par conséquent les diverses formations sableuses rangées sous les dénominations de sables marneux et de sables très fins doivent être comprises dans le groupe des roches difficilement perméables.
(1) Keilhack, Congrès inernational des mines de Liège, 1905, p. 1.0.
Terrains perméables. — MM. Debauve et Imbeaux divisent les terrains perméables en trois classes :
1) Les terrains poreux ou finement perméables com'me les sables, les graviers, les limons, la tourbe, les grès, et les alluvions glaciaires, les dunes. Ces terrains sont formés de particules assez fines pour ne laisser entre elles que des espaces ou canalicules étroits. On dit alors que ces terrains sont perméables en petit parce que les phénomènes capillaires y sont très importants.
2) Les terrains rocheux fragmentés : comme les blocs de laves volcaniques et en général tous les éboulis rocheux, formés par la désagrégation de terrains en place. On les trouve principalement sur les pentes ou au fond des vallées. Ces terrains laissant entre eux des fissures de dimensions notables sont dits perméables en grand comme ceux de la troisième classe. La descente des eaux a surtout lieu en vertu de la pesanteur, comme nous l'avons déjà vu.
3) Les terrains rocheux fissurés comme les terrains calcaires, certains granits et certains grès. La perméabilité de ces terrains est due à la présence des fissures désignées sous le nom de diaclases.
Nous commencerons par étudier la circulation des eaux dans les terrains perméables en petit.
Circulation des eaux dans les terrains perméables en petit. — Lorsque l'eau imbibe le sable, nous avons vu les conditions à remplir pour qu'elle s'infiltre dans le sol. Ce mouvement de descente, qui ne se produit bien que dans les sables de diamètre supérieur à 0™",02, se continue jusqu'à la rencontre d'une couche moins perméable. L'eau s'accumule alors et occupe les pores. Il arrive un moment où l'eau, continuant à emplir les vides, écarte les grains de sable les uns des autres et ne leur permet plus de se toucher. Spring a remarqué que dans ce cas tout se passe comme si le sable était dans l'eau et non l'eau dans le sable. Les grains de ce dernier manquent de
66 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
cohésion et deviennent presque aussi mobiles que l'eau. Qu'on vienne à faire un trou dans leur intérieur, ils rempliront celui-ci aussi rapidement que l'eau dans laquelle ils baignent. C'est ce qui arrive pour les sables dits boulants dans lesquels les travaux sont très difficiles. Supposons que par un mécanisme quelconque on puisse retenir les grains de sable, seuls, ceux-ci laisseront écouler toute l'eau qui dépasse leur capacité.
A la surface de ces sables boulants, l'eau monte à travers les pores en raison de la capillarité, les espaces lacunaires constituant une série de canaux plus ou moins capillaires. En vertu des lois de Joulin sur la capillarité, l'eau montera d'autant plus haut que les canaux auront une section plus faible, de telle sorte qu'en faisant une tranche verticale dans le sol, on trouve à la surface une couche d'humidité variable avec l'évaporation, une autre inférieure d'humidité à peu près uniforme, puis une zone dans laquelle l'humidité croit de haut vers le bas, c'est la zone de la capillarité, enfin une zone d'humidité plus forte encore et maxima qui est celle des sables plus ou moins boulants.
(considérons un état d'équilibre de l'eau dans les sables^ état qui correspond au maximum d'humidité que ceux-ci peuvent contenir. On sait que toute goutte d'eau arrivant à la partie supérieure de la colonne liquide contenue dans un tube capillaire libère de cette colonne, à sa partie inférieure, une goutte d'eau de même volume. Par assimilation, il en est de même pour les sables dont les pores constituent une série de canaux capillaires. Qu'une certaine quantité d'eau arrive à la partie supérieure, il y a rupture de l'équilibre et de l'eau est libérée à la partie inférieure. D'après les expériences de Schlœsing, cette eau libérée est celle qui se trouvait très proche du lieu où a eu lieu la libération et il n'y a eu qu'un simple déplacement. Dans un sable homogène le déplacement doit se faire sur toute la surface de base reposant sur la couche
imperméable. La mise en liberté, à la surface du sol, ne peut évidemment avoir lieu que dans les parties où la couche de sable repose en affleurement sur la couche imperméable. Dans la figure 23, c'est en A et B que pourra avoir lieu la mise en liberté de l'eau, c'est-à-dire c'est là où il y aura des lieux de sources.
L'uniformité supposée des sables n'admet aucun point où les sources soient plus abondantes que dans d'autres ; mais comme ce dispositif est loin d'être la règle, on constate généralement que les sources sont cantonnée»
^ry//X
tig. 23. — Nappo dans un terrain perméable en petit.
en différents points assez bien définis, comme nous le verrons plus loin.
C'est qu'en effet l'uniformité des sables n'est qu'une vue théorique. Il existe des parties plus ou moins riches en argile et dans lesquelles la perméabilité est moindre,, dans certaines autres parties un ciment agglutine les grains de sable. Ainsi, nous avons eu l'occasion de constater dans un petit affleurement des sables tertiaires inférieurs (sables de Cuise) qui reposaient sous le village d'irreville dans l'Eure, le cas de zones où la circulation, dans les sables était lente, et une zone nettement délimitée où la circulation était beaucoup plus rapide.
L'uniformité est encore plus difficile à trouver dans les sables plus grossiers que les sables de Cuise ou les^ sables de Fontainebleau, comme par exemple les graviers et les alluvions. Même dans les sables algériens,.
68 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
Edouard Blanc signale également des poches argileuses ou rocheuses donnant naissance à de petites nappes désignées sous le nom de oglat.
Daubrée cite dans son ouvrage bien connu d'hydrologie, le cas des alluvions du Rhin. Il a pu mettre en évidence, du côté du Faubourg de Pierre à Strasbourg, un courant souterrain, grâce à une contamination de puits au moyen de goudrons d'usine à gaz. Cette dernière, en effet, pour éliminer ses goudrons les envoyait dans un puits perdu. Au bout de quelque temps on constata que certains puits de la vallée étaient contaminés et sentaient le goudron, tandis que d'autres n'avaient absolument rien.
A Haguenau, toujours dans les alluvions, l'existence d'un courant souterrain dans une direction déterminée a été révélée par une infiltration d'eau chaude à partir d'un puits où se déversait l'eau d'échappement d'une machine à vapeur. Les puits, dont les eaux se réchauffaient par l'arrivée de cette eau chaude, étaient strictement limités à une ligne oblique dirigée est-sud-est.
Dans certaines alluvions de la vallée de l'Iton, à Évreux, nous avons également découvert des courants nettement délimités au moyen de la fluorescéine. Les dépôts glaciaires de l'Allemagne du Nord sontégalement très hétérogènes.
La localisation des courants en terrains sableux peut également tenir à l'ondulation de la couche imperméable.
Ainsi, en Bavière, le D' Gumbel a trouvé que les sources se trouvaient à l'affleurement des parties les plus basses des ondulations des parties imperméables, la forme de celles-ci étant représentée par la figure 24. Les vallées souterraines A et B sont les lignes d'écoulement des eaux souterraines à l'extrémité desquelles se trouvent les sources. Cette disposition porte le nom de flinz en Bavière.
Dans les terrains tertiaires la circulation des eaux
•dans les sables devient de plus en plus facile à mesure que les grains deviennent plus gros. Par ordre de grosseur, ^n commençant par les plus fins, on classe les sables «insi :
Sables de Fontainebleau.
— Landeniens.
— Yprésiens.
— Rupeliens.
— BruxelHens.
Nous avons déjà dit qu'au fur et à mesure que Feau des pluies alimente les sables, il s'en écoule une certaine
Fig. 24. — Influence de la couche imperméable sur le niveau de la nappe d'eau dans les terrains perméables en petit.
•quantité aux points de contact A et B (fîg. 23) de la couche perméable et imperméable. Cependant il est évident que la surface d'absorption de l'eau, qui dans notre figure ^st très sensiblement relie d'une calotte, est beaucoup plus grande que la surface d'écoulement des eaux. D'où il résulte que les sources donneront encore de l'eau bien longtemps après que les pluies seront terminées. La •nappe souterraine forme donc un régulateur de l'approvisionnement en eau par les eaux pluviales intermittentes. Il est utile de montrer la forme de la surface de la nappe d'eau souterraine des sables homogènes d'abord.
70 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
Supposons un vase A B, rempli d'eau, s'écouJant par un tuyau dont l'orifice soit en F. Sur ce tuyau on place perpendiculairement des tubes verticaux C, D, E (fig. 25). Par suite de l'écoulement, le niveau dans chacun de ces tubes sera d'autant plus bas qu'on se rapprochera de l'orifice d'écoulement F. Les niveaux ainsi établis sont désignés sous le nom de niveaux piézométriques. L'écoulement se fait toujours du niveau le plus haut vers le niveau le plus bas. La différence de niveau est appelée
Fig. 25. — Écoulement de l'eau à travers un tuyau.
perte de charge, laquelle représente le travail de l'eau en mouvement.
Dans les sables homogènes la forme de la nappe est une demi-ellipse représentée dans la figure 26. Le point culminant placé à l'endroit où la tangente à l'ellipse est parallèle à l'horizon représente le faîte de la nappe parce que toute molécule d'eau tombant en ce point doit se diriger soit vers A. soit vers B, c'est-à-dire est plus élevée que les molécules voisines.
Le faite d'une nappe en terrains perméables en petit ne subit, soit après les pluies, soit après les sécheresses, qu'un déplacement vertical et non un déplacement latéral.
Les filets liquides, partant de cette ligne de faîte, se dirigent vers les thalwegs des vallées en s'augmentant progressivement des apports des terrains traversés. Ils abordent le thalweg normalement à sa direction. Leur débit est proportionnel à la différence des niveaux qui existent entre le faîte général de la nappe et le niveau de chaque thalweg, il est en raison inverse du carré de la longueur de son versant.
Ce débit est généralement faible dans ces terrains car
Fig. 26. — Nappe.
le sable exerce sur la vitesse des eaux un obstacle très grand.
On appelle nappe, d'après M. Boursault (1), l'ensemble de la masse d'eau comprise entre le terrain imperméable sous-jacent et les niveaux piézomé triques passant par les points supérieurs atteints par l'eau dans toutes les cavités, le niveau supérieur étant appelé surface hydrostatique de la nappe.
Cette définition ne s'applique pas sans réserve aux terrains perméables en grand, comme nous le verrons.
Si nous envisageons la figure 24 représentant le flinz du D' Grûmbel, la nappe aura la forme m, o, m', le point
(1) Boursault, Recherche des eaux potablej et industrielles. Encyclopédie 4es aide-mémoire, p. 37<
72 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
devant être le plus élevé du moment qu'il ne parviendi'a aux sources qu'en gagnant la position des molécules m^ ou m' lesquelles, en vertu de la loi de l'écoulement, doivent être plus basses.
Toutes ces notions nous seront nécessaires pour les^ recherches des ressources d'eau dans ces terrains.
La figure 26 montre le cas de deux niveaux d'eau absolument indépendants quoique surun mêmemamelon. Une molécule d'eau en n quoique plus élevée que m ne
couche MWwejwcaile-
Fig. 27. — Exemple de deux nappes souterraines indépendantes, quoique sous un même mamelon.
pourra s'écouler vers A à cause de la couche imperméable.
La source étant la cause la plus générale, mais non la seule de l'écoulement des eaux dans ces terrains, nousavons, jusqu'ici envisagé le cas de l'émergence formée là où la couche imperméable arrive en affleurement, mais si nous considérons la figure 27 qui représente une partie d'un terrain sableux emprisonnée dans une poche imperméable et une vallée dans la partie médiane. Nousvoyons que la source s se formera dans la vallée interne et non à l'affleurement d'une couche imperméable.
Pendant longtemps on a considéré que dans un pareil dispositif, on pouvait diviser le sol en trois parties.
Une partie D dont les eaux infiltrées alimentaient la nappe. Cette partie était appelée zone des eaux en mouvement.
La deuxième partie, 6, 6, était le trop-plein du niveau statique inférieur, Enfm la partie A, ou réservoir aquifère, était celle des eaux en repos ; ne contribuait à alimenter la source S que la partie fi de la nappe et non la partie A.
L'expérience a montré que la cii'culation dans cette
Fig. 28. — Circulation de l'eau dans un terrain perméable en petit limité par une cuvette imperméable.
nappe homogène était plus compliquée et que la partie A comme l'indiquent les flèches de la figure 27 contribuait iîomme B à l'alimentation de la source.
D'Andrimont, qui a contribué à cette démonstration, a même fait voir pour les Dunes de la Belgique, par un procédé que nous re verrons dans la deuxième partie, •que le mouvement de l'eau à la partie supérieure de la nappe pouvait être l'inverse de celui qui se produisait à la partie inférieure.
D'autre part, MM. d'Andrimont et Dubois ont montré, «n s'aidant des différences de densité de l'eau potable et de l'eau salée, comment on pouvait expliquer la présence d'eaux douces dans les Dunes.
DiÉNERT. — Hydrologie agricole.
74 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
On peut assimiler la mer à la branche renversée d*un siphon dont l'autre branche serait représentée par la dune.. L'eau de pluie, peu riche en sels, a une densité moindre que l'eau de mer; donc l'équilibre, entre ces deux eaux, dans les deax branches du siphon, a lieu quand, la hauteur des colonnes d'eau dans la] mer et la dune au-dessus d'un plan horizontal, passant par lé plan de séparation entre l'eau douce et l'eau salée, sera en raison inverse des densités, si toutefois la diffusion est lente ou
TiX^f'^
Fig. 29. — Eiplicalion d'aj»rès d'Andrimont, de la présence d*eau douce dans les sables des dunes.
difficile. L'eau douce la moins dense doit être plus élevée que l'eau de mer, d'où son écoulement vers celle-ci.
La figure 29, qui indique très bien pourquoi on rencontre deux couches d'eau douce et une couche d'eau salée en forant le puits P, schématise cette circulation.
Circulation & travers les sols perméables eo grand. — Nous avons vu qu'une roche fissurée peut être considérée comme l'agrégat plus ou moins volumineux d'une quantité de grains de sable, agrégat à peu près imperméable à l'eau. Les joints de stratification et les cassures multiples, résultats du travail de la terre dans le cours des siècles depuis sa formation, constituent des solutions de continuité.
La plupart des roches compactes sont fissurées. Ces fissures portent le nom de diacla^es, dont les directions sont pluâ ou moins perpendiculaires ou obliques à la direction des sfrates. Ces diaclases, de même que lés joints de stratification, favorisent Técoulement des «aux. C'est pourquoi il est utile de déterminer là direction du pendage des couches qui indique également celle des eaux souterraines.
A travers ces fissures, leé eaux s'achemineront parce (|u'elles y trouveront un chemin de moindre résistance. Quand la roche est calcaire, Teau la dissout et les diaclases s'agrandissent peu à peu.
L'écoulement dans ces fissures est d'autant plus facile que les parcMS sont plus écartées, exactement comme s'il s'agissait d'une circulation dans les tuyaux et les canaux.
Le frottement, alors, diminuant tandis que la vitesse augmente, à l'action dissolvante des eaux sur le calcaire, qui est la plus importante^ s'ajoute une action mécanique, résultant de la circulation de l'eau dans les fissures.
Le creusement des cavernes ou des canaux souterrains «st favorisé par les variations et les excès de pression dus aux crues périodiques, par les éléments sableux entraînés ainsi que par les tremblements de terre.
Tous les terrains calcaires sont formés de couches plus ou raoiAS tendres.
Les diaclases se forment surtout dans les joints de stratification; Mi Imbeaux (1) a fait voir que les lignes de cassure jouent un grand rôle dans ces terrains . et dirigent les eaux souterraines. Ces lignes sont très souvent parallèles ou perpendiculaires à la direction des failles (qui ^ont elles-mêmes des lignes de cassures) et à celle des anticlinaux. Comme exemple de drainage par les failles, on peut citer la faille de Clairlieu près Nancy et, dans le tunnel du Sim pion, la faille très souvent signa-
(1) Imbeaux, ^auj; de Aleurthe-et-JUcseUe, p. 46.
76 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
lée par Schardt à travers le gneiss et les schistes micacés.
Les excursions spéléologiques démontrent que les cavernes ne sont autres que l'élargissement de fissures déjà existantes.
Dans la grotte de Han, très inclinée à 45®, et creusée dans le Givetien, on distingue les fissures de diaclases et celles provenant de l'élargissement des joints de stratification. Elles se coupent généralement à angle droit.
D'après M. Gosselet (1), dans la craie du nord de la France, les fissures ont à peu près une direction parallèle, fait confirmé par d'Andrimont (2) pour le massif crayeux de la Hesbaye et les importantes failles de la Campine.
D'autre part, on constate également que le sud du bassin crétacé belge a été l'objet d'un vaste mouvement de relèvement. Il est très fissuré et très aquifère. Au contraire au nord, à Ostende, Gand, il y a eu repos géologique et la craie est restée compacte. Les causes géologiques ont ainsi joué un grand rôle dans la formation des fissures. M. Dawkins prétend que les fissures sont plus fréquentes dans les anticlinaux, tandis que la formation reste compacte dans un pli synclinal. Les grosses fissures se produisent donc dans les parties les plus tendres et les plus plissées.
Dans un même gisement géologique, comme la craie, les localisations de courants peuvent se produire en certaines régions et non en d'autres, ainsi que le constatèrent par exemple MM. de la Fontaine et Van Ëstborn dans la région du Geer (3} et sur les hauts plateaux du sud.
D'autre part, les diaclases capables de fournir un débit un peu appréciable sont très limitées. On peut creuser un
(1) GossKLBT, Annales de la Société géologique du Nord, 1904, t. XXXIII, p. 133.
(2) D'Akdrimont, Note sur les condilions hydrologiques de la Gampine. Revue universelle des Mines, 1905, 4« série, t. IX.
(3) Geer, Bulletin Société belge de géologie, 1900, p. 302.
puits sans rencontrer d'eau ou en quantité peu appréciable, tandis qu*à quelques mètres de là soit au-dessous, soit au-dessus, soit à côté, on peut tomber sur un courant souterrain.
Ainsi un puits creusé à Péruwetz, par M. Durufour, avait percé vainement le calcaire sans rencontrer d'eau jusqu'à 100 mètres du sol. En désespoir de cause, il continua à creuser et à 103 mètres il rencontra Teau jaillissante maintenue en pression par la roche elle-même.
Dans le bassin de Londres, au puits de Lea Bridge Station, on avait creusé un puits de 200 pieds de profondeur et, de ce point, prolongé des galeries en tous sens en ne trouvant que des quantités d'eau inappréciables. On eut alors l'idée de creuser une galerie horizontale simplement à 150 pieds et on rencontra une crevasse aquifère qui^ donnait 13000 mètres cubes d'eau par jour (1).
Dans le même ordre d'idées, Whitaker signale dans le Sufifolk des puits qui ont rencontré des courants souterrains, tandis qu'à 9 mètres seulement de là la roche est presque compacte.
En trois endroits voisins le même auteur signale qu'on trouve l'eau à des niveaux très différents, respectivement à 202 pieds, 380 pieds et 580 pieds.
Pour M. Martel, ces différences de niveau dans les puits tiennent à deux causes. Ou bien les diaclases inférieures sont colmatées par des tampons d'argile provenant de la décalcification des terrains un peu marneux comme la craie, ce qui arrête les eaux en profondeur. Ou bien encore, au-dessous des puits, on trouve des diaclases d'importances diverses. Les plus grosses, drainant facilement les eaux de pluie infiltrées, empêchent le niveau de monter, les plus faibles au contraire n'évacuent pas très vite ces mêmes eaux, d'où relèvement du niveau des puits.
Il est encore une troisième cause dont nous avons déjà
(1) P. Van Ysendick. Société belge de géologie, t. XIII, 1899, M, p. 267 A 303.
HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
parlé, ce sont les alternances de roches perméables et imperméables d'une même formation géologique.
A Lille, par exemple, quand on creuse un puits on ne trouve pas l'eau à la même hauteur.
D'après M. Gosselet, professeur de géologie à Lille, on trouverait le dispositif suivant :
Le calcaire carbonifère, dur et compacl comme le marbre, est imperméable, mais entre les bancs calcaires
Fîg. 30. — Coupe d'après M. Gosselet, dans la région de Lille.
a, a, couche schisteuse perméable ; b, calcaire carbonifère compact ; c, craie.
il y a souvent de petites couches schisteuses perméables.
A Lille encore, dans le quartier de Wazemmes par exemple^ on traverse :
1 à 3 mètres de limon, 12 mètres de craie assez compacte avec une petite nappe vers le bas, puis le <wn, crai^ dure et solide imperméable avec nodules de phosphate de chaux, enfin au-dessous une nappe aquifère très riche préservée par les infiltrations superficielles.
Dans la région de l'Escaut, grâce au tun, on trouve plusieui^ niveaux d'eau superposés dans la craie. Mais il existe encore des massifs de craie blanche tellement compacte qu'ils sont très pauvres en eau.
Si les calcaires étaient uniformément perméables et fissurés et si la nappe souterraine avait toujours un écoulement uniforme, les pluies n'auraient qu'un effet peu appréciable sur le niveau des nappes souterraines. D n'en est pas ainsi, sauf quelques exceptions, car dans les calcaires une pluie de 20 millimètres en hiver, augmente de plusieurs décimètres le niveau de certains puits. C'est qu'il se produit, par ruissellement interne sur la partie la moins perméable, une concentration des eaux en certains points. Tout se passe comme à la surface d'un sol argileux où les eaux ruissellent et viennent s'accumuler vers le thalweg des vallées. Les fissures, comme les vallées, au fur et à mesure qu'elles reçoivent un plus grand débit, deviennent plus importantes.
On aurait tort de croire que les grosses fissures sont situées de préférence près de la surface du sol. On les trouve à toutes les profondeurs. Souvent, surtout dans les calcaires primaires et à la base du secondaire, la fissure est au milieu d'une ix>che peu perméable. Les eaux maintenues par un toit et un fond imperméable sont sous pression- Qu'on arrive à crever ce plafond, il y a quelquefois jaillissement ou simple montée d'eau plus près de la surface du sol. L'hydrologie de ces terrains fissurés est donc une science délicate, et avant d'appliquer tel ou tel des moyens d'investigation que nous indiquerons, il importe de se rendre compte de la véritable nature des roches qui constituent le gisement géologique.
Un lit de marne peu épais (0",10 à 0™,40) est insuffisant pour limiter une fissure en profondeur et retenir complètement les eaux, comme on peut s'en rendre compte dans le Bajocien près de Toulon, de Nancy.
Les explorations spéléologiques et principalement les travaux de M. Martel ont bien montré la complexité de la circulation souterraine dans les terrains fissurés. Certaines parties calcaires tendres se sont dissoutes, et ont formé des poches pénétrables à l'homme, véritables
HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
cavernes. On en a trouvé dans tous les terrains calcaires et à toutes les époques géologiques. Ainsi, commet exemple, nous citerons la grotte de Sorèze (Tarn) dans le Précambrien, celle de Han-sur-Lesse (Belgique) dans le:
Fig. 31. — Rivière souterraine : Le Brudoux (Drôrae), d'après E.-A. Martel ►
Devonien, celle de Yorkshire (Angleterre) dans le Carbonifère, celle de Bramabiau (Gard) dans l'Infralias, les cavernes des Causses dans le Jurassique, les abîmes du Devoluy dans la Crétacé inférieur, la caverne de Trépail (JVlarne) dans la craie, la grotte de Villeneuve-d'Agen dans le Miocène, etc.
Si, sur le parcours du canal rocheux, il vient à se
produire un barrage, un lac souterrain se forme, consti> tuant un réservoir caché. Nous citerons les lacs souterrains trouvés au Trou du Souci en Bourgogne, à la grotte de Dardennes (Var) qui contribue à Talimentation de la source de la Balme près de Toulon, au puits des Vaux (Furfooz) dans le calcaire carbonifère, à la grotte de Costozza (Italie), etc.
L'écoulement de ce lac peut se faire soit par une fissure de fond, c'est-à-dire par un gouffre dont nous allons retrouver bientôt quelques exemples, soit par un canal
Siphon
Fig. 32. — Grolte de Marble Arch.
étroit, soit par un déversoir formant cascade comme dans les grottes de Bramabîau, de Brudoux, de Trépail.
Une régression analogue à celle observée aux chutes du Niagara se manifeste parfois dans les cascades souterraines. Les eaux entamant progressivement le calcaire, M. Martel a reconnu à Bramabiau une régression de plusieurs mètres, au bout de quelques années seulement.
La sortie d'un lac peut encore se faire par le dispositif suivant indiqué par M. Martel. Les eaux remontent le long d'une fissure verticale jusqu'au moment où elles trouvent une branche descendante exactement comme dans un siphon, terme pour lequel du reste M. Martel désigne ce mode d'écoulement. On trouve ce dispositif dans les cavernes de la source de Vaucluse, de la source de la Sauve (Gard) ou encore à Marble Arch (fig. 32).
HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
Le siphon au lieu d'avoir son repli en haut peut Favoir en bas. Dans ce cas on voit les eaux d'un lac arriver en bouillonnement par le fond comme à la grotte de Corveissiat (Ain).
Ce travail incessant d'élargissement des fissures se fait
Fig. 33. — Bramabiau (Gard), cascade souterraine (d'après Martel).
aussi bien dans le sens vertical que dans le sens horizontal* Ainsi les eaux engouffrées, réunies par ruissellement dans les thalwegs des vallées, rencontrent continuellement la même fissure, l'agrandissent et finissent par établir entre la surface du sol et les diaclases souterraines une cheminée plus ou moins large qui a reçu différents
noms. A noter tout de suite que la cheminée a pu être créée de bas en haut par effondrement souterrain du toit d*une caverne. On comprend en effet que par suite du travail incessant d*affouilIement la partie supérieure
Fig. 34. — Aven de lou Cervi (Vaucluse) (d'après Mai-tel).
d'une grotte cède sous la charge de terre qui l'écrase et celle-ci, remplissant le vide, forme une cavité conique à la surface du sol. Mais partout où il y a des cavernes il n''y a pas certainement d'effondrement. Comme à Trépail le terrain peut être suffisamment résistant pour s'opposer à la chute du toit de la caverne. Voici les noms qu'on donne à ces cheminées dans les différents pays : evens
84 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
(Hérault), chouruns et scialets dans la Drôme et le Dauphiné, tinbucs dans les Bouches>du-Rh6ne, aiguigeois en Belgique, emposieux en Suisse et dans le Jura, mardelles et béloires en Normandie, ragagé dans le Var, tindouls dans TAveyron, igues dans le Quercy, pertes et gouffres dans la Côte-d'Or, sanglôcher, dolines, foibe, trichter, schacht en Autriche, poniqué^ ponor, katavothres dans les Balkans, pot-holes, swallow-holes, slugges dans les Iles Britanniques, algares ou algarves dans le Portugal, englolidois, fosse, zubbi, busi en Italie, cerrotes (Yucatan), hoyos en Colombie, sink holes aux États-Unis. Ces mêmes accidents se produisent dans le sol et permettent ainsi aux eaux de s'engouffrer plus profondément. L'importance de ces cheminées est telle que certaines rivières ou fleuves, comme la Seine à Châtillon-sur-Seine, sont complètement absorbés par elles. Ces eaux circulent alors dans les fissures du sol et forment ce qu'on appelle des rivières souterraines (1).
Nous avons vu que dans les différents terrains le& fissures étaient très limitées et de directions déterminées. 11 est évident que si une vallée est parallèle à la direction du pendage ou des diaclases, les eaux qui s'engouffrent dans le sol -pourront trouver sous la vallée même des joints de stratification ou des diaclases qu'elles agrandiront progressivement et la même action dissolvante se reproduisant tout le long de la vallée, c'est sous celle-ci qu'on aura des chances de rencontrer un courant souterrain important. Mais ensuite, après avoir eu une direction
(1) Glacières naturelles. Dans certaines grottes on rencontre de la glace en alwndance, témoin les glacières naturelles de l'GEtscher et de Dobschau, la plus grande connue.
D'après Krenner, la formation de cette glace est due :
!<• A la forme descendante de la caverne ;
2» Au rétrécissement de l'ouverture et h celui des fissures qui servent h Vécbappement de Teau de fusion.
3* A l'orientation de l'ouverture vers le nord ;
4* A ta chute des neiges et de l'air froid de l'hiver par cette ouverture;
5* A la forme de la grotte qui empêche en été la circulation de l'air chaud.
parallèle au pendage, il arrive souvent que la vallée change brusquement de direction. Dans ce cas les eaux souterraines, en partie du moins, continuent leur chemin dans la direction de la stratification ou des diaclases, quittent la vallée et circulent sous le plateau. Nous reparlerons de ces faits importants plus tard, faits qui se vérifient à la Bonneville et à Évreux pour Flton (fig. 35), à Pontarlier pour le Doubs, à la Vanne pour les sources
Coiif'
Fig. 35. — Coupe horizontale dans la vallée de Tlton, en amont d'Évreux .
d'Armentières. On a signalé quelques exceptions. M. Dupont a constaté que les sources de la vallée du Bocq sortent du calcaire non dans le sens de la pente des bancs, mais dans une direction sensiblement perpendiculaire et dans le sens opposé à leur inclinaison. Ce cas semble très rare.
M. Gosselet, dans la craie du nord de la France, a également trouvé que g^éralement les principaux canaux souterrains sont dans les vallées (1) ou à leur proximité.
(1) GossKLET divise sa craie fragmentaire, roche meuble comparable k un conglomérat, ea deux parties : i® Craie fendillée, rare sur les plateaux, très
HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
On rencontre dans les granits des fissures (fig. 36) donnant un peu d'eau, comme nous le verrons par la suite. En Amérique il n'est pas rare de voir se former des
Fig. 36. — Granités fissurées du cap Land's End.
crevasses dans les granits sous l'influence des incendies de forêts ou^de prairies. Les basaltes, les porphyres sont également fissurés superficiellement comme les granits.
épaisse dans les vallées, 1res riche en eau et formée par les agents atmosphériques (pluies, sécheresses, gelées, chaleur) ; 2° Craie congloméroïde : ressemble à de la craie remaniée, mais est intercalée entre des couches régulièrement stratifiées, semble s'être formée par dissolution en profondeur. M. Van den Broeck fait des réserves sur ce point. Elle manque sous les plaines ou les plateaux.
Certains gneiss sont très peu perméables et ne présentent pas la perméabilité en grand. Us ne laissent passer un peu d'eau que dans les parties décomposées par kaolinisation du feldspath (gneiss d'Antigorio en Suisse).
Les terrains volcaniques, comme les laves, sont très perméables.
Par métamorphisme le terrain sous-jaceni est devenu imperméable et les eaux souterraines s'acheminent par la pente de ces terrains. On signale même des absorptions d'eau importantes dans les laves (lac d'Aydat).
Les terrains schisteux ne sont pas toujours imperméables. 11 arrive souvent qu'ils donnent des eaux par leurs joints de stratification et de schislosité. Sous les influences extérieures ces joints se délitent et l'eau arrive à descendre jusqu'à une profondeur de 10 mètres., La roche en dessous est compacte. Les diaclasesdes schistes drainent les eaux accumulées dans les joints de schislosité. Les plissements favorisent la fissuration.
Les grès infraliasiques sont très fissurés dans le Luxembourg, ils le sont moins en France. A Varangeville (Meurthe-et-Moselle) la Société Solway a trouvé beaucoup d'eau dans ces terrains, mais celle-ci venait de l'infiltration de nappes de terrains supérieurs.
Certaines formations détritiques, dont les éléments sont agglomérés, peuvent être fissurées, comme par exemple les poudingues de Montserrat.
Mais incontestablement ce sont les terrains calcaires qui sont les plus fissurés, ainsi que les gypses. Dans ces derniers terrains on y trouve très fréquemment des cavernes (Trou-de-Tonnerre(Seine-et-Oise),Triel,Taverny, Rampillon, etc.).
Dans la région du Condroz, en Belgique, on trouve la réunion de trois types de terrains de perméabilité différente : des schistes, des psammites (grès formés de grains de sable cimentés par de l'argile) et des calcaires carbonifères
88 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
Dans les calcaires ce sont les fentes et cavités naturelles de la roche qui acquièrent le plus d'iraportahce et conduisent le mieux les eaux pluviales.
Dans les psam mites les cavités naturelles manquent» les fentes sont moins répandues et plus étroites que dans les calcaires, la circulation de Teau y est plus difficile quoique la roche soit plus poreuse. Dans le Condroz les fentes sont parallèles aux axes des anticlinaux, c'est-àdire très mal disposées pour conduire les eaux. Dans les houilles de TArdenne les psammites peuvent être perméables.
Dans les schistes de cette région la circulation y est encore plus difficile.
Ces roches décomposables, sous Faction des agents atmosphériques, en argile imperméable, empêchent généralement Tinfiltration des eaux météoriques. Or la galerie de drainage dite de M alines, percée par la ville de Charleroi, a longuement traversé des roches analogues, quartzo-schisteuses. En beaucoup d'endroits on a observé que les psammites sont très fissurés et qu'il ne fallait pas tenir d'une façon générale les schistes comme imperméables.
Toutes les diaclases d'un terrain s'anastomosent en général les unes les autres, et l'écoulement de l'eau se faisant dans un sens déterminé, la partie des eaux d'une diaclase peut, pour une cause quelconque comme l'augmentation du débit, s'acheminer vers une diaclase voisine.
Toutefois il y a des cas où on ne peut admettre cette anastomose complète. M. Martel cite à ce sujet la grotte de Holl-Loch en Suisse.
Les causes qui peuvent faire baisser le débit d'une diaclase constituent ce qu'on appelle un changement de régime, et tiennent généralement à des effondrements souterrains, le plus souvent sans relation avec la surface du sol. Mais cela tient également à l'abaissement des
eaux après la sécheresse persistante. Par exemple on a constaté que les eaux du gouffre de Gros-Gadeau près de Salins communiquent en hiver avec toutes les sources de Saizenay ; en été, au contraire, ellesressortentàTaval de ces fontaines. De même les eaux engouffrées à Fentonnoir de Baulmes près du Mont de Ghamblon communiquent, d'après Schardt, avec toutes les sources du Moulinet en saison humide, avec seulement les sources les plus en aval en saison sèche.
Dali et Harris ont également donné un exemple frappant de variations de régime hydrologique.
Près de Gasneville (Floride du Nord) existait autrefois le lac d'Alachua. 11 disparut en 1823 et fut remplacé par un petit ruisseau qui disparaissait dans un gouffre ou Sink. En 1873, après de grandes pluies, le lac se reforma et subsista jusqu'en 1889. Son importance était telle que de petits vapeurs le sillonnèrent. Son niveau commença à baisser en 1889, mais en 1891, pour une cause inconnue, le lac disparut complètement en quatre semaines. Une désobstruction de courant souterrain s'était probablement produite sans cause apparente.
La ligne de plus grande pente des eaux de ces terrains n'est pas toujours très fixe et peut tourner de 45°, comme M. Jottrand (1) l'a constaté.
De même, contrairement à ce qui se passe pour les terrains perméables en petit, la ligne de partage des eaux souterraines peut se déplacer latéralement suivant les saisons.
Les tremblements de terre ont également une certaine importance, comme nous le verrons au chapitre suivant.
Comme conséquence il faudra toujours compter sur ces changements de régime et les fluctuations de débit qui en résultent lorsqu'on cherchera à utiliser ces eaux souterraines. De même que les grosses diaclases, les
(1) JoTTRAKD, Bulletin Société belge de géologie, p. 184, 1896.
HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
failles ont comme nous l'avons dit, une grande importance. Elles peuvent drainer Feau des terrains qu'elles recoupent. Nous savons encore qu'elles peuvent faire descendre les eaux d'un étage supérieur dans un étage inférieur (faille d'Autun-le-Tiche (fig. 37).
Dans les terrains à startification horizontale, les nappes phréatiques (1) sont peu mobiles.
De même que pour les terrains sableux, comme
NO
Calcaire bajocicn
Fig. 37. — Influence d'une faille sur les eaux souterraines (d'après l'atlas Imbeaux).
D'Andrimont l'a montré, la circulation de Feau dans les couches superficielles des terrains fissurés peut avoir une direction opposée à celle circulant en profondeur.
Ainsi par exemple dans la vallée de la Vanne on trouve à la partie supérieure de la nappe des eaux phréatiques se dirigeant du sud-est au nord-ouest, tandis qu'en profondeur on rencontre des diaclases dont les eaux se dirigent du nord au sud.
(1) On appelle nappe phréatique celle qui, la plus voisineMe la surface du sol, alimente la majorité des puits.
DE LA CIRCULATION DES EAUX SOUTERRAINES. 9i
il est évident que ces deux circulations sont indépendantes, les eaux profondes circulant dans un massif calcaire séparé de la partie superficielle du sol par une partie de roche imperméable ou peu perméable.
Schématiquement la figure 38 représente le dispositif qui donne naissance à la source de Noê. Souterrainement on peut admettre que des eaux venant de la partie droite de la figure s'échappent de la grosse diaclase qui les conduit à la source de Noë après avoir traversé la Vanne. Ces eaux échappées vont rejoindre celles qui circulent dans
^vtl d'itiso/pho/t
Fig. 38. — Coupe transversale à la vallée de la Vanne.
les alluvions de la vallée en suivant le chemin inverse du courant souterrain, comme les flèches Tindiquent,
La mer s'engouffre quelquefois elle-même, comme sur les rivages de Tîle Céphalonie. On ne sait trop où ces eaux vont ressortir.
D'autre part, la mer constitue quelquefois un obstacle à l'écoulement des eaux douces dans les terrains fissurés. On retrouve encore le même dispositif indiqué figure 28 pour les Dunes, mais comme les fissures sont plus larges, rinfiuence de la diffusion du sel peut se faire sentir plus loin des rivages (15 à 20 kilomètres de la mer).
Cette revue rapide de la circulation des eaux à travers les terrains perméables en grand trouvera son application dans les études ultérieures.
92 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
Nous aurons même roccasion de compléter les détails de cette circulation au fur et à mesure que nous ferons connaître les méthodes d'investigation employées en hydrologie.
y Nappes. — Une grande discussion s'est engagée pour savoir si dans tous les terrains et à une certaine profondeur, les eaux souterraines formaient une couche unique au milieu des espaces lacunaires ou des roches fissurées; en faisant toutefois remarquer que la surface de cette couche ne doit pas être plane puisque l'eau rencontre dans son écoulement des obstacles nombreux. M. Martel n'admet pas l'existence de nappes d'eau dans les calcaires et ne suppose leur présence que dans les terrains perméables en petit.
Pour notre part nous admettons l'idée d'une nappe dans certaines parties des terrains fissurés parce que l'observation a montré qu'aux sources de la Vanne on trouve des ouvrages qui drainent sur plusieurs kilomètres, et d'une façon à peu près uniforme, des eaux circulant dans la craie, et nous nous rallierons très volontiers à l'opinion de M. Rutot qui admet l'existence de nappes dans certains calcaires à allure horizontale et régulière comme ceux de Tournai, et leur non-existence dans les calcaires fissurés comme ceux de Rochefort en Belgique.
Certains auteurs même, comme M. François, prétendent que dans tout calcaire il y a deux circulations : l'une supérieure par canaux, l'autre inférieure, ruisselant sur la couche argileuse imperméable et formant ime nappe. 11 est évident que ce terme de nappe introduit dans les esprits de graves confusions, et le but de M. Martel est surtout de réagir contre un mot dont la mauvaise interprétation peut amener de graves mécomptes.
En effet, quand une couche d'eau s'étend en nappe sous la surface d'un terrain, on suppose qu'en creusant un puits dans un endroit déterminé on trouvera toujours de l'eau .jX'expérience a montré que cela était vrai dans
la craie du bassin de Paris par exemple, mais était inexact dans certains calcaires carbonifères où la circulation par canaux semble le plus répandue. Toutefois il n'est pas rare de rencontrer dans les calcaires des nappes locales, qui à un certain moment débouchent par un canal souterrain, comme nous le verrons dans la craie elle-même (1).
De même dans les gypses, les nappes locales, se formant sur une couche argileuse débouchent très souvent tout à coup dans le gypse soluble dans lequel elles creusent des canaux. En un mot, il se reproduit dans le sol comme à sa surface des amoncellements d'eau, des ruissellements et des évacuations, et on pourrait désigner ces terrains sous le nom de terrains à nappes multiples sans préjuger de leur dépendance et de leur importance. Réunir les différentes nappes d'un gisement perméable en grand et les désigner sous le nom de nappes à niveau, comme le font MM. Debauve et Imbeaux, ne représente guère une image suffisamment exacte des phénomènes souterrains. Tandis qu'en les désignant sous le nom de terrains à nappes multiples, nous expliquons par ce fait qu'on peut les atteindre à différents niveaux au-dessous du sol et qu'on ne doit pas se baser sur la profondeur d'un puits pour en établir un autre proche. C'est à peu près tout ce qu'on doit demander à une telle désignation. Quant au terme de nappes, il est tellement commode qu'il sera très difficile de ne pas l'employer même dans le cas où la circulation souterraine est nettement par courants souterrains.
(1) On trouTe très souyent par exemple au-dessus du calcaire i entroques <Bajocien) ou de la craie, des terrains détritiques, perméables en petit, renfermant de petites nappes. Quand la couche imperméable, qui supporte cette nappe locale, vient à manquer, les eaux s'écoulent dans le terrain calcaire sous-jacent. A Oudan (Nièvre) l'écoulement localisé de ces eaux a réussi à dissoudre le calcaire et à provoquer un effondrement. Depuis on aperçoit le courant d'eau qui sort des terrains détritiques sur les flancs de l'entonnoir et se perd immédiatement dans l'effondrement.
94 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
Nous réservons sous le nom de nappe unique^ la couche d'eau qui imprègne les terrains perméables en petit comme les sables, les graviers.
En parlant de la circulation dans les terrains perméables en petit nous avons eu Toccasion de citer la formation des sources de ces derniers. Ce chapitre sera donc principalement consacré aux sources des terrains perméables en grand.
Le débouché à Tair libre des nappes d'eau contenues dans les différents terrains, dont nous venons de voir la circulation souterraine, constitue ce qu'on appelle une source. Pour certains hydrologues on réserve le mot source à l'arrivée des eaux souterraines provenant de l'infiltration des eaux pluviales à travers les multiples fissures ou les espaces lacunaires des différents terrains ; au contraire, on emploie le mot résurgence pour désigner la réapparition d'eaux fluviales ou de fivière absorbées dans un gouffre quelconque.
Pratiquement la source se forme là où un courant aiTÎve au jour, le mot courant étant pris dans le sens général que nous lui avons donné et s'appliquant également à ces directions d'écoulement facile qu'on retrouve dans les sables toujours plus ou moins argileux.
Dans les terrains fissurés l'arrivée au jour peut se faire soit par affleurement de la diaclase, soit encore par suite de reffondrement d'une partie d'une diaclase dans laquelle les eaux étaient en pression. L'effondrement crée ainsi une cheminée par laquelle remontent les eaux en pression comme à la source de Noë (C\g, 38).
Debauve et Imbeaux classent les sources en :
1° Sources filoniennes ou diaclasiennes qui sortent de terre par des diaclases aseeadantes et font revenir au jour les eaux profondes relativement chaudes et assez minéralisées.
20 Les sources de déversement ou d'affleurement. Elles sont produites à Faffleurement d'une couche de terrains imperméables sur le flanc d'une vallée.
30 Les sources d'émergence ou de thalweg formées par l'affleurement du niveau piézométrique d'une nappe avec la surface du sol et non pas par l'affleurement d'un terrain imperméable.
Par terme de source on entend souvent, non seulement les écoulements d'eau qui sortent de terre et
constituent des mis- Fig. 3». — Schéma d'une circulation souler- SeaUX pérennes ou raine (d'après m. Janet).
intermittents, mais encore les diaclases alimentant un puits (1).
En projection horizontale, principalement en terrains fissurés, on peut schématiser le réseau alimentant une source ainsi (fig. 39) : une diaclase unique reçoit de l'eau de plusieurs grosses diaclases lesquelles drainent les eaux venant d'une série de canaux plus ou moins fins. Sur le trajet de ces canaux, on peut supposer la présence de grottes, lacs, etc.
En terrains très perméables reposant sur une couche argileuse tout à fait imperméable, c'est la direction de la couche argileuse qui ordonnera la position de la source.
Dans la figure 40 représentant un terrain perméable
(1) Il est évident qu'un puits qui recoupe une diaclase constitue une source si, par un moyen quelconque, on peut remonter cette eau à la surface.
96 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
en petit reposant sur une couche argileuse dessinant plusieurs thalwegs dont un principal et plusieurs seconiaires, on trouve dans chacun d'eux plusieurs sources d'importance inégale. La plus importante est la source
Fig. 40. ^ Figure extraite de l'ouvrage de MM. Debauve et Imbeaux.
située à la base du thalweg principal. Puis viennent par ordre d'importance les sources A des thalwegs secondaires, puis les sources B de très faible débit. En C, ligne de faîte, on ne trouve pas de source.
En terrain perméable en grand les sources les plus volumineuses sont en relation avec de graûdes fissures
OU des failles. Les sources, jaillissant des fissures ou des strates sont plus profondes que celles provenant des rivières souterraines proprement dites.
y^ Les sources principales se trouvent toujours sur le grand versant d'un plateau. Sur le petit versant les sources ont une moindre importance et sont désignées sous le nom de %ouvce% de contre-versant.
Dans les terrains granitiques, gneiss, schistes, les sources sont généralement très peu importantes et souvent tarissent en été, de même dans tous les terrains imperméables où la production de^ sources très nombreuses et de très faible débit est due à la présence des éboulis provenant des plateaux voisins.
Dans les terrains perméables en grand, il y a bien moins de sources, mais elles sont plus importantes.
L'influence des failles est très importante sur l'emplacement des sources. Daubrée dans son livre sur la circulation souterraine a fait voir Tinfluence de cet accident géologique. En effet, la faille peut faire remonter Feau d'une diaclase parce qu'elle a eu pour résultat d'opposer à l'écoulement des eaux un mur infranchissable comme dans la figure 40. Les filons de quartz facilitent l'arrivée au jour des eaux profondes (Saint-Maurice dans la Creuse) et se comportent comme une faille.
Très souvent la source n'est pas en place parce que le flanc du coteau est recouvert d' éboulis au travers desquels les eaux souterraines circulent (fig. 42).
La source de la Dhuys, captée par la Ville de Paris, circule bien sur les marnes à Pholadomya ludensis, mais vient déboucher à travers les éboulis de la vallée.
Dans la vallée de Brenon (Meurthe-et-Moselle), par exemple, on voit plusieurs séries de sources à différents étages. On a ttribu e ce fait à l'accentuation de la pente de la vallées/Quand les pentes sont plus douces les eaux circulent à travers les éboulis et les sources formées dans le thalweg de la vallée sont constituées par la réunion DiÉNERT. — Hydrologie agricole. 6
HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
des eaux de plusieurs nappes superposées (fig. 43). Quelques petites sources se sont néanmoins fait jour le long de la pente du plateau.
Même pour les pentes très raides, il est assez difficile de
Fig. 41 . — Formation d'une source sous l'influence d'une faille.
dire à priari si une partie des eaux n'échappe pas aux sources hautes pour venir se mélanger aux sources
couxJve
Fig. 42. — Source prenant jour & travers les éhoulis.
basses. Nous verrons plus loin comment on peut élucider ce problème.
Les variations de régime des eaux souterraines ont une répercussion sur les sources. Un gouffre, au moment
100 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
des grandes eaux, peut former source et même un lac (lac d'Eichen en Allemagne), constituant une cheminée par laquelle l'excès des eaux souterraines peut facilement s'écouler.
Comme nous le verrons plus loin, les tremblements de terre ont également une très grande répercussion. Certaines sources, à la suite de ces accidents sismiques, baissent de débit ou même tarissent très souvent temporairement (source de Brousse en Asie Mineure). A la source de Louèche l'effet fut inverse et le débit augmenta en 1855, à la suite d'un tremblement de terre.
Source intermittente. — 11 arrive quelquefois que certaines sources ne coulent qu'à des espaces de temps indéterminés.
Pour expliquer leur fonctionnement, voici ce que dit Darcy : « Pour qu'il y ait production d'une fontaine intermittente, il faut qu'un courant d'eau souterrain tombe dans une cavité et que de cette cavité sorte un siphon naturel, intermédiaire, nécessaire entre la cavité et le point d'émergence.
(( Il faut, de plus, que le siphon puisse débiter un volume plus grand que le volume naturellement amené dans l'excavation.
« Alors, supposons que le siphon marche ; il videra la cavité, et la source débitera le volume qu'il donne ; la cavité vidée, l'air rentrera dans le siphon, et la source s'arrêtera.
« Mais en même temps la grotte se remplira, et, lorsque le niveau de l'eau sera arrivé à celui de la partie haute du siphon, cet appareil recommencera à jouer, et ainsi de suite.
« Pour obtenir une fontaine intercalaire, il suffit d'imaginer que la ramification qui donne l'eau à la grotte se subdivise et qu'une des branches se vide directement au bassin de la fontaine. On voit que le minimum du débit correspondra au moment où cette seconde branche
donnera seule, et le maximum à Finstant où son produit s'ajoutera au volume maximum du siphon.
« Pour se rendre compte de fontaines intermittentes composées, il suffit de supposer deux cavités communiquant par un siphon. La plus grande de ces cavités sera située en amont de la plus petite ; admettons encore que le siphon qui communique à la fontaine débite un plus grand volume que celui qui réunit les grottes, et qu'enfin chacun d'eux laisse couler un volume supérieur au produit naturel de la source.
« Alors il est évident que la grande cavité enverra à la petite plus d'eau qu'elle n'en reçoit; elle finira donc par se vider : la petite, à son tour, sera mise à sec plusieurs fois pendant que la grande cavité se désemplira, l'eau qu'elle renferme étant emportée par le siphon du plus fort calibre. De là les petites intermittences, et la grande correspondra au temps nécessaire pour remplir de nouveau la grande grotte.
« Que l'on ajoute maintenant à cet appareil naturel, une ramification du cours principal se rendant directement au bassin de la source, et l'on aura ce qu'on appelle une fontaine intercalaire composée.
« Maintenant, que pendant la saison des pluies de nouvelles sources se développent, qu'elles produisent au minimum ce que le siphon des fontaines intermittente» ou intercalaires peut débiter, alors le régime de la fontaine passe à l'uniformité.
« Veut-on un exemple d'une fontaine qui coulerait pendant l'été et s'arrêterait lorsque le débit des sources augmente en général? Que l'on imagine, dans la grotte de la fontaine intermittente simple, un orifice placé à une certaine hauteur au-dessus de l'extrémité de la contre-branche du siphon. Si cet orifice peut emmener tout ce que le conduit naturel fait arriver, cet orifice donnera naturellement lieu à une source d'un débit non interrompu. Si l'eau augmente et que l'orifice précité ne
•102 HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
puisse pas donner écoulement à tout le nouveau volume, lia cavité se remplira, le siphon pourra s'amorcer, et, s'il débite plus que le conduit qui amène les eaux à la igrotte, celle-ci se videra, et par conséquent la fontaine à laquelle Forifice précité donne naissance deviendra g[)ériodique, comme celle à laquelle le siphon envoie les ^aux. Enfin, si le volume du conduit principal augmente -encore et s'il est égal à celui débité par le siphon, le plan •4es eaux étant dans la grotte au-dessous de l'orifice, il -est manifeste que la fontaine qu'il desservait cessera de •couler, tandis que celle du siphon deviendra uniforme.
« 11 existe en Angleterre plusieurs de ces fontaines qui •coulent en été et s'arrêtent pendant l'hiver.
« Voilà déjà des résultats bien variés, et je n'ai point fait •entrer cependant en ligne les effets dus à la dilatation, -à la compression, aux variations de température que l'air ^eut éprouver dans des conduits naturels.
« Que l'on suppose, par exemple, un point haut dans ces conduits, et qu'une certaine quantité d'air se loge à partir de ce point haut, dans la branche descendante. Pour un certain degré de température, la force élastique de l'air laissera l'eau franchir le point haut ; mais que cette température augmente, l'eau ne pourra plus surmonter la nouvelle élasticité développée, et l'écoulement s'aro'ètera. »
YI
NAPPES ARTÉSIENNES
Ce que nous venons de dire de la circulation des eaux -dans les différents terrains va nous permettre de com- |)rendre ce qu'on entend par nappes artésiennes et par nappes captives.
Supposons une cuvette et dans son fond deux couches AA' et BB' concentriques d'un terrain imperméable.
NAPPES ARTÉSIENNES.
Ces terrains imperméables peuvent être formés d'argiles ou de roches compactes non fissurées. La partie comprise entre les couches imperméables est supposée être perméable. L'eau qui tombe dans l'espace AB ou A'B' s'amoncelle entre les couches imperméables et demeure sans écoulement. L'écoulement se produit en A ou en A' quand le niveau devient suffisant. Qu'en C, on fonce un trou dans la couche imperméable supérieure, immédiatement l'eau jaillira à la surface du sol. C'est le dispositif qu'on trouve dans le bassin parisien dont Paris est
Fig. 44. — Formation d'une nappe artésienne.
un centre. Les puits de Grenelle, de Passy, ont donné de l'eau jaillissante aussitôt que l'argile du Gault, à la base du Crétacé, a été percée. Ces eaux sortent des sables verts. Si au lieu de forer en C, on fore en D, l'eau, par suite des frottements, ne jaillira pas au-dessus du sol, mais elle occupera une certaine position au-dessus de la couche imperméable supérieure. De façon à réserver le terme de nappes artésiennes aux eaux qui, par forage, jaillissent au-dessus du sol, M. d'Andrimont propose pour le cas de toutes les nappes emprisonnées entre deux couches imperméables, le terme plus général de nappes captives.
iOi HYDROLOGIE GÉNÉRALE.
Pour cet hydrologue une nappe captive est une nappe ou partie de nappe dont les eaux sont maintenues sous pression par un toit moins perméable que l'assise qui le contient.
Le dispositif indiqué précédemment pour la source de Noë est celui d'une nappe captive dans un terrain fissuré, la partie imperméable n'étant pas formée d'argile, mais de roche peu fissurée. L'emploi de ces nappes artésiennes est très précieux en Afrique. Deux nappes artésiennes importantes sont celles de l'oued Rirh en Algérie et l'oued Melah en Tunisie.
M. Gosselet signale la formation d'une autre espèce de nappe artésienne que nous indiquerons dans la deuxième partie.
Maintenant que nous avons indiqué ce qu'on sait de la circulation souterraine, il s'agit de passer aux moyens d'investigation dont on dispose pour arriver à connaître, dans le cas particulier d'une étude hydrologique, le caractère propre de la circulation souterraine.
Avant de commencer cette étude, nous devons indiquer assez brièvement quelques niveaux qui en France renferment de l'eau. Toutefois, pour les terrains quaternaires, nous avons cru utile de prendre un exemple en Allemagne.
Comme exemple de nappes aquifères nous indiquerons pour les terrains quaternaires les nappes de l'Allemagne du Nord, pour les terrains tertiaires et le secondaire supérieur les nappes du nord de la France, pour les terrains secondaires les nappes du département de Meurthe-et- Moselle, enfin pour les terrains primaires les terrains de l'Ardenne.
Il eût été intéressant de montrer pour toute la France
QUELQUES TYPES DE NAPPES AQUIFÈRES. i05
les différentes nappes qu'on rencontre ou qui peuvent être rencontrées en profondeur. C'eût été un travail très utile pour Tagriculteur à la recherche des eaux potables nécessaires à son alimentation. Mais l'étendue du sujet nous aurait entraîné bien au delà de l'étendue de l'ouvrage.
Nous ne parlerons pas des terrains primitifs ou volcaniques, car les nappes qu'on y rencontre sont de peu d'importance. Nous avons dit leur imperméabilité relative au chapitre IV, nous les retrouverons quand nous parlerons des moyens de se procurer de l'eau.
Nappes des terrains quaternaires.
Gomme exemple d'eau trouvée dans les couches provenant de l'époque glaciaire, à l'époque quaternaire, nous citerons les graviers et les sables de l'Allemagne du Nord, remplissant quelquefois des cuvettes fort irrégulièrement délimitées en plan et constituant une série de petites nappes d'eau de peu d'importance chacune.
D'autres fois on rencontre de vastes plaines sableuses appelées Saudr en avant de la ligne des moraines terminales correspondant à la longue phase d'arrêt précédant la période de recul des glaciers. La puissance de ces sables est de 20 mètres et on y rencontre une puissante nappe souterraine; ainsi que dans les plaines des anciennes vallées des fleuves glaciaires. La puissance de la couche aquifère de ces terrains peut atteindre 30 à 40 mètres. Là encore on y trouve des intercalations de bancs de marnes argileuses qui forcent le courant souterrain à les contourner, c'est-à-dire à changer de direction. C'est à cette couche que s'alimente Berlin. Les eaux sont très riches en fer et quelques-unes en manganèse. 11 y a pour cela quelques aléas à prendre de l'eau dans ces terrains, et nous verrons plus loin que la ville de Breslau vient d'en faire la décevante expérience. Toutes les nappes de
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Tépoque quaternaire sont dans des terrains perméables «n petit.
Nappes du nord de la France.
Nappe des sables de Diest. — Nappe de sables grossiers ferrugineux retenue par une couche [argileuse dépendant de l'assise à Pecten comeus. Se trouve sur la colline de Gassel et les environs de Bailleul.
Nappe des sables de Cassel. ~ Se trouve dans les collines flamandes. C'est une nappe contenue dans des couches sableuses faisant partie du Parisien et de la partie supérieure de l'Yprésien, Elle est retenue par l'argile des Flandres. Elle alimente plusieurs sources qui donnent naissance à quelques affluents de TYser ou se rendent à la Lys ; quoique d'après Gosselet la plupart des rivières du pays flamand ont leur origine dans la nappe ■superficielle du limon. La ville de Bailleul est alimentée par ces eaux des sables de Cassel.
Nappe des sables de Mana-en-Pévële. — Sables de l'Yprésien supérieur donnant naissance à quelques sources comme celle de la Marcq ou des environs de Séclin. Ces sables ont une grande importance en Belgique où leurs eaux servent à l'alimentation de plusieurs villes, •comme Bruxelles par exemple.
Nappe des sables landeniens. — L'eau de cette •nappe est retenue par l'argile de Louvil ou le conglo- «nérat à silex. On rencontre souvent de petites nappes locales fournies par des bancs argileux imperméables comme dans la forêt de Soignes (fig. 21). On pourrait donc assimiler cette nappe aux nappes multiples des «terrains fissurés.
Les sables landeniens forment des buttes isolées de faible étendue. Les sources qui en sortent sont de peu d'importance. Cette nappe sert à l'alimentation de nombreux puits entre Valenciennes, Saint-Amand,
QUELQUES TYPES DE NAPPES AQUIFÈRES. lOr
Seclin et Cysoing. Cette couche sableuse s'enfonce versle nord. Dans la Flandre elle sert également à Falimentation d'un grand nombre de puits (La Madeleine, Armentières, Roubaix, Tourcoing, Roncq, Launoy).
Nappe de la craie. — L'importance de cette nappeest considérable. Elle donne naissance à de nombreuses sources. La craie est en effet très fissurée du côté de Valenciennes par exemple et rend excessivement pénible* l'exploitation des mines, à cause des venues d'eau très importantes.
L'eau des puits artésiens vient de la craie quand celleci est recouverte d'argile de Louvil.
Nous avons vu que dans le crétacé du nord on trouve* des eaux retenues par des couches imperméables for~ méesau sein de la craie par l'agglomération de particules crayeuses et de phosphate de chaux formant le tun.
De même dans la craie à silex on trouve des quantité» d'eau importantes à différents niveaux par suite de l'intercalation de lits marneux. Ce sont donc bien des^ terrains à nappes multiples,
La craie repose sur l'argile du Gault. Entre ces deux formations on trouve la craie à Terebratulina gracilis^ avec des couches très argileuses. Comme dans la craie à silex, les sources y sont puissantes, plusieurs font tourner un moulin à leur sortie.
La craie à belemnites pleines est plus argileuse encore et les parties calcaires sont assez limitées. Elles se trouvent du côté de l'Aisne. Elles fournissent à Nouvioi» de l'eau artésienne.
Nappe des sables da Gault. — Les sables du GauU sont à gros grains dans lesquels l'écoulement est facile*. Us sont assez limités et leurs eaux sont ou trop ferrugi^ neuses ou trop salées.
Nappes dans les terrains primaires. — On trouvede l'eau dans les calcaires carbonifères de Lille, à la partie-
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supérieure des schistes siluriens ou dans les calcaires doiomitiques du frasnien.
Eaux du département de Meurthe-et- Moselle (d'après M. Imbeaux).
Trias. — Étage vosgien. — Le grès vosgien donne naissance à un pays de montagnes le plus généralement couvert de forêts. 11 est surmonté du grès bigarré occupant plutôt les plateaux et n'est pas comme le premier recoupé de profondes vallées.
Le grès bigarré est riche en argile et n'a qu'une puissance de 30 mètres, le grès vosgien peut atteindre 300 mètres.
Le grès vosgien, très perméable, donne naissance à de très belles sources là où les vallées sont très profondes.
Dans le grès bigarré l'arrêt des eaux peut se faire ou bien sur un lit de schiste, dont la présence est très fréquente dans ces terrains, ou bien par la partie supérieure des grès vosgiens formée de poudingues agglomérés. A cause de sa richesse en argile, le grès bigarré est très peu perméable, l'importance de ses eaux souterraines est souvent très faible.
Dans les vallées il y a des débris de grès qui forment une nappe d'eau pouvant servir à alimenter les puits.
Étage concbylien. — La base de ce terrrain est formée de marnes vertes ou rouge avec des lits de grès doiomitiques interposés, pouvant avoir une épaisseur de 40 à 60 mètres. Au-dessus viennent reposer des calcaires avec intercalation de marnes schisteuses et de petits lits d'argile. Dans la zone moyenne la couche schisteuse est si importante qu'elle forme un véritable terrain imperméable arrêtant les eaux. On trouve donc plusieurs niveaux d'eau et la circulation souterraine est complètement liée avec la présence, très souvent hétérogène, des lits argileux.
C'est la nappe retenue par la couche moyenne et schisteuse deTétageconchylien qui est la plus importante. La nappe inférieure reposant sur le sous-étage marneux et la nappe supérieure arrêtée par une bande de schistes <ie 3 mètres sont bien moins importantes. Elles sont toutes trois utilisées pour l'alimentation par puits.
Étage Salitérien ou Keuper ou marnes irisées. — Cet étage est surtout marneux et par conséquent imperméable. 11 est quelquefois surmonté d'alluvions anciennes très perméables qui peuvent contenir de l'eau.
Mais quand il n'y a pas d'alluvions cet étage est très pauvre en eau.
La partie inférieure de l'étage est formée d'argile ver- ■dâtre et schisteuse avec intercalation de dolomie et de gypse. A la base même de l'étage se trouvent des sables dolomitiques et argileux qui contiennent de l'eau très peu abondante parce que ces sables n'ont que des affleurements très limités.
La partie moyenne du Keuper est riche en sel et en CTpse, avec intercalation de lits argileux. L'eau pénètre dans les couches gypseuses par les lignes de cassure et n'atteint guère les couches salées inférieures. Ces eaux sont très chargées en sels. La partie supérieure du Keuper •est formée de dolomies sableuses, renfermant de l'eau relativement abondante, parce que ces terrains sont perméables. Elles reposent sur la couche imperméable du Keuper moyen.
On trouve de l'eau à la base du Keuper supérieur formé de grès et de calcaires dolomitiques. On n'en trouve plus à sa partie supérieure, formée d'argile schisteuse, que lorsque celle-ci est recouverte d'éléments détritiques.
Lias. — Étage Sinemurien, — On y rencontre à la base le grès infraliasique ou rhétien reposant sur la base imperméable du Keuper supérieur. Ces terrains perméables donnent naissance à des sources. Le grès rhétien formé à la base de grès fin siliceux surmonté d'un grès DiÉNERT. — Hydrologie agricole. 7
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plus grossier et à sa partie supérieure de dolomies grises, a une épaisseur faible. Comme ses affleurements sont de très faible puissance, les sources ne sont pas très abondantes. Toutefois en certains points, on trouve beaucoup d'eau dans ces grès, ainsi que le prouve la galerie filtrante de la Société Solvay à Varange ville.
Au-dessus des grès sont les marnes de Levallois, argile rouge ayant 4 à 15 mètres d'épaisseur. On trouve audessus le calcaire à gryphées arquées très perméable mais de trop faible puissance pour donner naissance à une nappe abondante. Ce calcaire peu uniforme est sillonné d'une intercalation de nombreux lits marneux.
Étage Liasien. — Cet étage est marneux avec, dans son intérieur, des bancs de grès et de calcaires de très faible épaisseur; aussi, est-il pauvre en eau. On ne trouve celle-ci que dans les intercalations gréseuses ou calcaires, ou bien lorsque les marnes sont surmontées d'alluvions des vallées. Quant aux sources qui naissent de ces terrains, elles sont très sujettes à tarir l'été et d'un débit très faible, comme on le comprend très bien. Les puits mêmes tarissent souvent l'été.
Étage Toarcien, — Cet étage est surtout marneux, plus ou moins schisteux avec intercalation de grès argileux. Sa partie supérieure est riche en fer disposé entre des couches argileuses plus ou moins épaisses et régulières. L'eau, contenue dans le terrain supérieur formé du calcaire bajocien, est arrêtée par une base imperméable dont le niveau varie de 20 mètres suivant l'importance des argiles surmontant les minerais de fer. En certains points le minerai de fer est baigné par l'eau, dans d'autres il est préservé. On ne trouve pas plus de niveau d'eau important dans le Toarcien que dans le Liasien.
Oolithe inférieure. — Étage Bajocien. —Cet étage, ayant une épaisseur moyenne de 60 mètres, est formé de calcaire très fissuré dans lequel sont souvent intercalés de petits lits marneux (0",10 à 0",40 d'épaisseur) qui
sont, ainsi que nous l'avons déjà dit, insuffisants pour limiter les eaux en profondeur. On rencontre dans cet étage des eaux abondantes généralement très pures parce que ces terrains, peu cultivés et inhabités, sont couverts de nombreuses forêts. Les eaux provenant de ces calcaires ont comme origine les infiltrations pluviales ainsi que le débordement souterrain des eaux provenant de la nappe infrabathonienne, débordement s'opérant soit sous les éboulis des pentes, soit encore par l'intermédiaire d'une faille. On comprend alors l'importance des débits des sources de cet étage.
Étage Batbonien, — Batbonien inférieur, — La puissance moyenne de cet étage est d'environ 55 mètres, formée par une alternance de bancs marneux et de bancs calcaires. Dans le département de Meurthe-et-Moselle, M. Imbeaux distingue deux niveaux d'eau : le premier au contact des argiles à ostrea acuminata, le deuxième, dans les calcaires gris à grosses oolithes reposant sur les argiles de Gravelotte. Il existe ainsi deux .lignes de sources abondantes ; mais une partie des eaux descend dans la couche inférieure bajocienne et les habitants du pays se plaignent de la pénurie d'eaux de sources en certains points.
Batbonien moyen. — On trouve dans ce sous-étage de petites nappes de très faible importance à la partie supérieure sur les caillasses à Anabacia et sur le banc marneux de la base du sous-étage ; mais la majorité des eaux circulant à travers les fissures du calcaire du Batbonien moyen, descendent jusque dans le Bajocien. Si donc au moyen de puits peu profonds on peut espérer trouver de l'eau, il ne faut guère en escompter de grosses quantités.
Batbonien supérieur etCallovien. — Dans le département de la Meurthe-et-Moselle le Batbonien supérieur est marneux, le Callovien est calcaire. On n'y trouve guère d'eau que dans ce dernier étage, dont les affleu-
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rements ont une très faible importance, ou encore dans les alluvions qui surmontent souvent les marnes du Bathonien supérieur. On ne peut donc espérer obtenir d'eau en abondance dans ces terrains.
Oolithe moyenne. — Étage Oxîordien. — On divise cet étage en deux parties. A la base une couche argileuse imperméable dont la puissance est voisine de 100 mètres, et au-dessus le terrain à chailles formé de sables avec alternance de lits de marnes et de rognons calcaires. La nappe de ces terrains, retenue par les argiles de la base de Tétage, provient des infiltrations des pluies et des suintements de Tétage corallien supérieur. Ce terrain est très riche en eau, celle-ci ne s'échappant pas pour le profit des étages inférieurs.
Étage Corallien. — Ce terrain est très calcaire avec intercalationàsapartie supérieure de couches marneuses ayant 13 à 18 mètres d'épaisseur capables d'arrêter les eaux et de former plusieurs niveaux d'eau.
Oolithe supérieure. — Astartien, — Est formé d'un calcaire perméable surmontant une petite couche argileuse qui donne naissance à un petit niveau d'eau peu important par suite de la faible épaisseur de cette formation.
Kimmeridgien, Portlandien. — Ces couches n'existent pour ainsi dire plus dans le département de la Meurthe-et-Moselle. On les trouve dans la Meuse où une nappe très importante se forme au contact des calcaires du Barrois et de Kimmeridje-Clay.
Terrains Devoniens et carbonifères dans l'Ardenne.
Devonien. — Étage Gédinnien. — Cet étage est imperméable. Il est formé à la base par le poudingue de Pépin et l'arkose de Weismes, au-dessus par les schistes de Mondrepuits et lesphyllades de Braux ; enfin à la partie
supérieure on rencontre les schistes rouges et les psammites de Fooz. On ne trouve donc dans ces terrains que des quantités d'eau insignifiantes provenant de l'altération des psammites à la surface ou du recouvrement de ces terrains par des éléments détritiques.
Coblentzien, — On divise cet étage en trois sous-étages. A la base les grès et grauwackes d'Anor, de Montigny et de Vireux, au-dessus les schistes rouges de Vireux et poudingues de Burnot, enfin à la partie supérieure les grauwackes d'Hierges. Tous ces terrains sont métamorphiques et par conséquent imperméables. On y trouve de l'eau à la partie supérieure, dans les endroits désagrégés comme dans les terrains granitiques. On ne peut donc espérer en obtenir de grandes quantités.
EiféUen, — A la base, on trouve les schistes à calcéoles qui sont imperméables, mais au-dessus reposent les calcaires de Couvin, fissurés et très perméables. Ces calcaires peuvent atteindre une épaisseur de 550 mètres environ, ils renferment alors à leur base une importante nappe d'eau variable avec la puissance de la formation.
Givetien. — Cet étage, entièrement calcaire, a une épaisseur plus régulière que celle de l'Eifélien. Ce terrain fissuré absorbe de grandes quantités d'eau. On y trouve même des cavernes et des grottes importantes. Ce sont des calcaires à nappes multiples. Ils sont parcourus par quelques failles qui drainent les eaux.
Frasnien, — A sa base se trouve le calcaire de Frasne et le marbre rouge de Flandre, terrain très fissuré ayant une épaisseur moyenne de 50 mètres environ, possédant dans son intérieur des nappes multiples plus ou moins localisées, et capables de donner de l'eau, mais à des profondeurs variables.
Au-dessus se trouvent les schistes imperméables de Matagne, par conséquent très pauvres en eau.
Famennien, — Au-dessus des schistes du Frasnien on rencontre les schistes de la Famenne et les psammites
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du Condroz, à peu près imperméables. Ils sont surmontés par les calcaires d'Etrœungt, très fissurés, et donnant naissance à un niveau d'eau parfois très important.
Carbonifère. — Étage Dinantien ou Culm. — Cet étage comprend l'important niveau des calcaires carbonifères. Ceux-ci se sont fortement plissés ainsi que les terrains sous-jacents imperméables, et, étant très fissurés, on peut espérer rencontrer l'eau en abondance, surtout dans les parties synclinales. L'épaisseur de ces terrains peut aller jusqu'à 650 mètres.
Étage bouiller, — On trouve à la base les schistes ampeliteux et au-dessus les psam mi tes et schis tes houillers. Nous savons comment les eaux circulent dans les psammites, ceux-ci sont en effet assez souvent imperméables. Il y a également des cas où l'étage houiller, quoique en grande partie imperméable, renferme des venues d'eau assez importantes à travers les psammites.
Les exemples que nous venons de présenter sont particuliers aux régions décrites. 11 ne faudrait pas étendre les conclusions spéciales à chacune d'elles aux mêmes étages dans d'autres parties de France. En effet, dans le Nord le terrain est calcaire, il peut être marneux et imperméable dans le midi de la France. De sorte qu'un étage riche en eau au nord sera dépourvu de ressources aquifères au sud. La égende des caries géologiques suffit souvent pour se rendre compte du faciès des différents terrains.
Ainsi qu'on peut le voir par ces exemples, les points importants à connaître sont : l'étendue de l'affleurement des couches perméables, l'importance des sources qui en sortent, la perméabilité des différentes couches, l'épaisseur des couches imperméables, enfin les accidents géologiques, qui peuvent profiter ou nuire à ces nappes souterraines. Nous allons retrouver aux chapitres suivants ces différents renseignements.
