RENFORCEMENT DES NAPPES. CAPTAGE DE CES EAUX

Renforcer une nappe, c'est augmenter la proportion des eaux infiltrées. Celles-ci peuvent cheminer ou horizontalement ou verticalement. Dans un chapitre précédent nous avons vu les eaux qu'on récoltait en pompant plus ou moins dans les alluvions. On dispose de différents moyens pour augmenter beaucoup la proportion des eaux de rivières pompées dans ces terrains.

Procédé horizontal. — A Schweinfûrt sur le Mein on

a pu, par infiltration de la rivière, augmenter la nappe souterraine. Sur ce cours d'eau on a construit un barrage A B (fig. 100) de façon à élever le niveau de Teau de la rivière, ce qui a pour effet d'augmenter la charge sur les berges. De cette façon une grande partie du courant passe à travers les sables. On a pratiqué une série de puits aboutissant chacune à un même collecteur puis à un même puisard. L'eau pompée était composée pour

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Fig. 100. " Renforcement de la nappe de SchweinfOrt (d'après Richert).

une petite partie d'eau de la nappe et pour une grosse partie d'eau infiltrée du Mein.

Le barrage employé a Schweinfûrt est vieux de plusieurs siècles et le lit de la rivière n'est pas devenu imperméable. La vase qui aurait pu colmater les pores des alluvions filtrantes avait été entraînée par le courant et n'avait plus d'influence néfaste sur le filtrage. Richert, qui donne ces renseignements, dit, en parlant de Schweinfûrt, que la capacité de la rivière à tenir le lit pur peut être considérée comme démontrée.

Au contraire, partout où la rapidité du courant est insuffisante pour empêcher le colmatage du lit, le renforcement horizontal des nappes échoue. La Kaiser Verdinanà Leitung, construite par l'empereur Ferdinand !«'' à Vienne, est un exemple où, au bout de peu de temps, le DiÉNERT. — Hydrologie agricole. 20

lit de la rivière s'est colmaté et n'a plus fourni la quantité d'eau sur laquelle on comptait. On a dû l'abandonner.

A Toulouse on emploie encore des eaux infiltrées de la Garonne à travers les alluvions pour l'alimentation de la ville. Le curage des rivières s'impose dans ces installations.

Pour curer la rivière, on enlève de temps en temps le baiTage. On provoque ainsi un« augmentation brusque de la vitesse de l'eau et l'entraînement des dépôts qui pourraient gêner l'infiltration.

En s'infiltrant, les eaux des rivières subissent, en été, un refroidissement très recherché.

Au point de vue de la qualité, ces eaux ne sont peutêtre pas toujours à recommander. Par exemple, à Toulouse on se plaint de leur richesse en bactéries. A Lyon les eaux du Rhône déjà très pures à leur entrée dans les alluvions, le sont également à leur sortie. Dans chaque cas particulier une étude s'impose avant de décider si ces eaux sont potables.

Ce procédé est surtout pratique quand, ne^ disposant en abondance que d'eaux superficielles chaudes, on désire, comme en laiterie, avoir des eaux fraîches en été.

Procédé vertical. — La filtration verticale çst au contraire celle qui, au point de vue de la qualité, permet d'obtenir des eaux excellentes; le& frais de relèvement d'eau en font un procédé coûteux.- Voici ce que dit M. Richert, spécialiste en cette matièi*e (1) :

« Il peut arriver par contre que, quoique le district d'infiltration soit insuffisant et la nappe souterraine insignifiante, les conditions souterraines soient favorables en elles-mêmes. Dans plus d'une vallée, on rencontre, sous la couverture d'argile, un lit profond de sable stratifié ou même de gros gravier. Le résultat d« l'exploration hydrologique sera, il est vrai, négatif ien ceci que la.

(1) RiGHBiiT, Les eaux souterraines artificielles. r

nappe souterraine est insuffisante par suite de l'absence d'infiltration, mais il a été démontré à la même foiâ que dans des conditions favorables d'infiltration Teau souterraine serait en éfat de fournir un afflux d'eau bien des fois plus grand. Loin de perdre courage, il faudra, dans ce cas, plutôt raisonner comme suit : La quantité de l'infiltration étant seule insuffisante, que l'ingénieur vienne en aide à la nature en établissant une infiltration artificielle.

« Si, par exemple, le lit de filtrage souterrain n'affleure que sur un point de la grandeur d'un hectare, il ne s'y infiltre annuellement qu'une quantité de pluie de 3 000 mètres cubes au maximum, tandis que la surface du sable serait à même de laisser pénétrer, sans la moindre difficulté, une quantité quotidienne au moins tout aussi grande. Or, si le terrain sous-jacent est en état de laisser passer dans le sens horizontal un courant existant de la même capacité, le problème devra pouvoir se résoudre sans la moindre peine en dirigeant, du cours d'eau le plus rapproché, 3 000 mètres cubes d'eau par jour, à la surface de sable mentionnée pour y être infiltrés et transformés en eau souterraine.

-« Le principe est ancien, mais n'a été appliqué jusqu'ici que sur une très petite échelle et dans des conditions peu favorables. A Wiesbaden et k Runscheid, on a conduit de l'eau de ruisseau dans les fossés du filtreur. A ChemnitZy les eaux bourbeuses de la Livonitz sont dirigées en partie dans un canal de filtrage dont le fond descend dans une couche de gravier aquifère, et en partie dans une prairie herbeuse quel'on irrigue à des intervalles déterminés suivant le système bien connu d'irrigation pour la purification des eaux d'égout. Dans la saison d'hiver, où l'irrigation est impossible, on ne se sert que des canaux de filtrage. Malheureusement, le lit de gravier a trop peu de puissance pour pouvoir débiter dans le sens horizontal une quantité d'eau relativement grande, et

rinfiltration doit, par conséquent, se faire au voisinage presque immédiat des puits d'où Feau est captée a\ant sa transformation et son amendement au degré désirable.

« En 1888, M. Thiem présente un projet de conduite d'eau pour la ville de Stralsund, basé sur la « fabrication » effective d'une nappe d'eau souterraine. D'un lac voisin, il devait être conduit, par la gravitation, une quantité journalière d'eau de 5000 mètres cubes à 56 bassins d'irrigation du total de 3.6 hectares. »

Le projet de Thiem fut repoussé parce qu'on craignait que l'eau ne disparût dans les sables. On ne peut, en «ffet, décider la création d'un tel système de renforcement de la nappe, sans connaître l'étanchéité de la couche imperméable.

« En Suède, où les conditions défavorables de l'infiltration naturelle exigent plus qu'ailleurs l'augmentation artificielle des eaux souterraines, la méthode d'irrigation est moins convenable que dans les pays à climat plus doux, quoiqu'elle puisse naturellement toujours être utilisée dans les parties de l'année où le sol n'est pas gelé. Le filtrage naturel ordinaire par le lit du courant ne peut être employé qu'à titre exceptionnel, nos rivières coulant, en général, sur la roche, le gravier de moraine ou l'argile.

« Le système convenant le mieux à nos conditions est celui d'un bassin d'infiltration curable, c'est-à dire d'un bassin creusé dans le sol avec une profondeur d'eau suffisante pour empêcher la congélation de la surface du sable, et avec des dimensions permettant de réduire les curages à un très petit nombre par année. La figure schématique suivante sert d'illustration à ce principe (lig. 101).

« Le fond du bassin, placé, si possible, plus haut que le niveau de l'eau souterraine, est recouvert d'un sable de filtrage fin et homogène. La première eau introduite percole librement à travers le fond, mais bientôt l'aug-

meniation de Teau souterraine provoque Félévation de son niveau, et il se produit un filtrage continu. Par suite <le Taugmentation continue du dépôt de vase, la résistance à Finfiltration croît successivement, et l'eau du bassin s'élève de plus en plus au-dessous de la nappe souterraine environnante.

« Quand cette différence de hauteur m sur la figure a atteint un certain maximum, un mètre par exemple, le temps est venu de curer le bassin. On arrête Fafflux, et la surface de la nappe tombe sous celle du sable que l'on enlève parfaitement de la même manière que dans un filtre artificiel ordinaire; cela fait, on introduit l'eau et

Ptuls

Fig. 101.

le bassin entre de rechef en activité. Pendant le court •espace de temps nécessaire pour le curage, la diminution de la quantité d'eau souterraine est compensée par la réserve d'eau qui se trouve entre le bassin et le puits.

« La condition principale d'un bon résultat est de trouver la juste distance entre le bassin et le puits. La purification mécanique de l'eau, y comprise la séparation des microbes, s'opère déjà lors de l'infiltration et dans la couche supérieure du sable. L'égalisation de la température et les modifications chimiques exigent par contre un certain temps, c'est-à-dire une certaine distance entre ie bassin et le puits, et plus est long le chemin que l'eau

doit parcourir, plus augmente en puissance et en qualilé ]e réservoir souterrain dont l'emmagasinage d'eau peut être utilisé lors du curage du bassin ou dans une augmentation passagère de la quantité élevée. »

Depuis plusieurs années, la ville de Gothembourg a été obligée, pour se procurer de Teau, de renforcer artificiellement une nappe souterraine.

Cette installation, faite par Reichert, est décrite ainsi par lui :

« Gothembourg est situé sur le fleuve le « Gôta-Elf »

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Fig. 102. — Coupe géol<^que de la région de Gothembourg.

à quelques kilomètres de son embouchure dans le Kattegatt. La vallée court entre des chaînes de rochers fortement dessinées, et le lit du fleuve est formé par de l'argile bleue (argile glaciaire). Des monticules de sable épars, s'élevant au-dessus du sol, faisaient néanmoins supposer que l'argile repose sur le sable, et, en 1890, il fut procédé, sur les conseils de l'ingénieur Salbach, à l'exploration hydix)logique complète de cette vallée et de ses voisines. On constata l'existence d'un courant souterrain artésien sous le lit du Gôta-Elf (fig. 102).

« 11 ne fut pas fait de calcul quantitatif par la raison que l'eau souterraine fut constatée contenir jusqu'à 200 milligrammes de chlore par litre et 4 d'ammoniaque.

Salbach et d'autres experts restimaient impotable. 11 fut construit deux bassins d'infiltration couverts pour la purification de l'eau du Gôta-Elf et dans le plan d'extension pour l'avenir le plus rapproché entrèrent quatre bassins nouveaux d'une capacité journalière de 11500 mètres cubes.

« En 1895, cependant, la question de l'eau souterraine fut soumise à un nouvel examen. Les opinions sur la qualité d'une bonne eau de conduite avaient subi des modifications considérables, et l'on ne redoutait plus la présence du chloreetde l'ammoniaque dans une eau aussi profonde que celle-là.

« De nouvelles explorations donnèrent toutefois pour résultat que les eaux souterrains naturelles ne fournissaient que 2000 mètres cubes par vingt-quatre heures, par conséquent une fraction insignifiante de la quantité requise.

« Au lieu d'abandonner toute espérance, on passa à des essais d'augmentation, par la voie artiflcielle, de la capacité de l'eau souterraine . Dans une sablière s'élevant audessus de l'argile, où l'eau souterraine libre était au niveau de la hauteur artésienne sur les rives du fleuve, à 5 mètres au-dessus du niveau, l'eau fut conduite sans interruption pendant plusieurs mois, et, en présence des résultats favorables obtenus, il fut élaboré un projet de fabrication d'eau souterraine artificielle qui est en activité depuis l'automne 1898.

« Le total de la surface du sable des bassins d'infiltration comporte environ 5 000 mèf^'es carrés. Le fond en est à 0™,5 au-dessous de la surface de l'eau souterraine naturelle, soit à -1-4,5 et la surface de l'eau à -h 6,5 en communication libre avec les anciens bassins de filtrage au voisinage des pompes.

« A 200 mètres en aval des bassins, l'eau est recueillie par 20 puits tubulaires, et se rend par gravitation à un puits d'élévation situé près de la maison des machines.

Le niveau de Feau souterraine est en moyenne de + 3,5 entre les puits et de + 4,5 dans un puits d'observation creusé près de la maison des pompes.

« Ainsi la nappe naturelle au-dessous du complexe de puits a diminué de 0^^^ ou de 10 p. 100.

« Or,raffluence d'eau souterraine naturelle, 2 000 mètres cubes par vingt-quatre heures, correspondant à une pression de hauteur de 5 mètres, une diminution de pression de 10 p. 100, ne représente qu'une perte de 200 mètres cubes, chiffre qui peut être totalement négligé. Chaque goutte de leau infiltrée est ainsi captée par les puits.

« La différence de niveau en dedans et en dehors des bassins s'élève, au commencement de la campagne de filtrage, à 0,15 et augmente à 0,7, — 1,0 m. pendant le cours de deux à trois mois, après quoi les bassins sont fermés, vidés et curés.

i< La capacité journalière actuelle du complexe de puits n'est que de 6 500 mètres cubes, correspondant à une vitesse d'infiltration de 1,3 m. Afin de pouvoir obtenir plus tard les 11 500 mètres nécessaires, il faudra, ou établir de nouveaux puits, ou agrandir la capacité des puits actuels par l'abaissement plus considérable du niveau de Peau.

« Au point de vue de la qualité, les résultats ne laissent rien à désirer. L'eau a la clarté du cristal et eUe est aussi fraîche que la meilleure eau de source naturelle. La teneur en chlore, qui s'élève à 200 milligrammes, au milieu du courant du fleuve, n'est plus que de 90 milligrammes dans les puits et celle d'ammoniaque n'a jamais dépassé 0,6 milligrammes. La température varie entre + 8,C en été et 10 C en hiver, et dans environ la moitié de plus de 100 échantillons d'eau analysés, le nombre des microbes a été de 0, preuve que l'eau est totalement stérile.

« Ici le filtrage naturel a donc suffi à transformer une eau fluviale fréquemment impure et vaseuse en une eau de source de la meilleure qualité. »

Si en Suède on s'est beaucoup occupé du renforcement nies nappes souterraines, la question en France a également été abordée, du moins en théorie, par M. Trélat 4'une part, par M. Janet d'autre part.

En 1889, M. Trélat a émis à l'Association pour l'avan- -cement des sciences, l'avis qu'on pourrait utiliser les sables •de Fontainebleau qui environnent Paris pour obtenir 4e l'eau pure.

Il suffirait d'y envoyerdeseauxde la Seine et de récolter •celles-ci au bas des sables.

Le procédé, parfait en théorie,se heurte dans la pratique 4 de très graves impossibilités. En effet, la principale réside en ce que dans la forêt de Fontainebleau, les sables ne reposent pas sur une couche imperméable, «niforme et régulière. Les marnes à huîtres et les glaises vertes qui constituent ce fond imperméable ne forment que des lentilles de petite étendue. Les sables reposent souvent directement sur les calcaires de Brie et les calcaires inférieurs du Saint-Ouen perméables.

A moins de descendre très profondément, sur la couche •souvent très irrégulière également des argiles plastiques, on risquerait de perdre un très gros volume des eaux répandues à la surface du sol.

La forêt de Fontainebleau ne peut donc pas servir pour la purification des eaux de Seine, il faut choisir autre part une butte sableuse reposant immédiatement sur une couche argileuse imperméable.

A cet effet, M. Janet a pensé devoir préconiser la butte de Montmorency, voisine de la rivière de l'Oise, formée de sables de Fontainebleau, ayant une épaisseur de 60 mètres, reposant directement sur la couche des marnes il huîtres, imperméable (fîg. 103).

Dans ce projet on creusait à la surface de cette butte «ne série de puits absorbants, de quelques mètres de profondeur, qui devaient recevoir l'eau pompée dans l'Oise. Celle-ci était récoltée à la base de la butte par des gale-

ries considérables et difficiles à établir parce qu'on est dans les sables.

Pour empêcher Tencrassement qui pourrait nuire au bon fonctionnement des puits, on prévoyait des curages de temps à autre.

Ce projet, très intéressant, n'a pu être accepté à cause du prix élevé de la première expérience et de la difficulté devant laquelle on se trouvait pour capter cette eau.

Fig. 103. — Coupe géologique de la forêt de Montmorency.

Par ce procédé M. Janet estimait que pour une surface de 300 hectares, on obtiendrait 5 mètres cubes d'eau excessivement pure à la seconde en faisant infiltrer par les puits une hauteur d'eau annuelle de 8 mètres.

On réalisait ainsi une filtration, à travers un sable non saturé d'eau, c'est-à-dire dans les meilleures conditions pour obtenir une eau essentiellement débarrassée de microbes. Depuis l'époque où M. Janet a proposé ce moyen, différentes études que nous allons retrouver par la suite ont montré qu'on devait obtenir

par ce moyen des eaux d*une très grande pureté.

Si on ne peut obtenir des eaux potables ou industrielles par un de ces moyens naturels, il faut épurer et améliorer artificiellement ces eaux superficielles ou souterraines qu'on a à sa disposition.

Tous ces procédés demandent qu'on élève l'eau à une certaine hauteur. Dans certains cas, comme celui de la figure 104, en faisant un puits absorbant en B, on obtient un moyen très économique de renforcer la nappe en A.

Fig. 104. — Renforcenent d'une nappe par les eaux d'une vallée supérieure.

En B est une rivière et entre A et B, de l'argile reposant sur une couche de sable ou d'un terrain perméable quelconque. D'après ce que l'on sait, A recevra en abondance des eaux de ruissellement et, pour aller trouver des eaux souterraines, il faudra creuser des puits. Si la surface d'affleurement du terrain perméable est faible, la nappe rencontrée sera peu abondante. On voit bien, sur cette figure, l'acheminement souterrain des eaux absorbées en B et le renforcement de la nappe en A. C'est le seul procédé économique. Celui qui consiste à percer le massif d'argile pour amener les eaux de B en A, au moyen de tuyaux, est très dispendieux. Il est loin de fournir des

eaux aussi fraîches et de bonne qualité que le premier procédé.

Gaptage rationnel en certains points d^un périmètre. — Nous avons vu précédemment que les eaux souterraines peuvent descendre d'un gisement géologiquesupérieur dans un autre inférieur, toutes les fois que la couche imperméable, qui les sépare, présente des solutions de continuité. L'étude rationnelle d'un périmètre est donc utile, car elle permet de rechercher les pointsde la couche imperméable par où une partie des eaux s'échappe. Une fois ces points connus, {)ar un moyen économique comme les moulins à vent, ou par tout autreprocédé, on cherchera à remonter ces eaux à la surface^ du sol, un peu à l'amont du point où elles se perdent plus profondément dans le sol. Ce procédé a d'abord l'avantage de faire bénéficier de cette eau une partie deshabitants de la région, mais aussi retarde beaucoup lecreusement des diaclases du gisement géologique inférieur qui tendent à absorber un volume d'eau de plus en • plus considérable et à assécher le gisement géologique supérieur.

CLNQUIÈME PARTIE

STÉRILISATION ET AMÉLIORATION DES EAUX POTABLES. ÉPURATION DES EAUX USÉES^.