CHAPITRE XIV.— Bayrages souterrains (Grundschwelle

CHAPITRE XV.— Alimentation artificielle des nappes sou- LONHAINCS RMS NO AT ES ee te ee ie

CHAPITRE XVI. — Protection de la qualité des eaux souter- AIO SSSR RE nr re RE RO

10 Protection de la qualité des eaux par la loi civile. 2° Protection de la qualité des eaux par la loi pénale. DRE ETANCO SN Eee nee Ie CNT CARRÉ RANRET EM ST Aron ne eds do

Section I. Interdiction générale de puisage des eaux SOULOLTAILES eee does 0 sta ere ae

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Section II. Interdiction spéciale à certaines régions ….... ADO TIC PRE M tn ni ÉFANCERES PR re le ere ÉÉDE ee Tiens Lpe dre ie Ne ee I Le 0 mn 2 NS POUSSE din et be se cie ose NETTETÉ tait Men en e no ee males BTS UNS AMÉTQUeE ere Pere oc

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Au temps où les récits mythologiques enchantaient les veillées des hommes, ceux-ci distinguaient dans la nature quatre éléments : la terre et l'air, l’eau et le feu. Dans leur naïf anthropocentrisme, ils avaient fait de l’eau l’ennemie du feu parce que l’eau sert à éteindre le feu et parce que le feu, à la longue, fait disparaître l’eau de la marmite. Mais nous savons maintenant qu'il n’y a pas là une disparition mais une simple transformation d'état, et qu'en réalité l’eau, le feu et l'air sont trois complices ligués ensemble pour tourmenter notre bonne nourrice la terre. Le feu, en effet, crée les nuées, l'air les transporte des mers aux continents où l’eau, reprenant sa forme primitive, creuse, corrode et dissout la terre, traverse en se jouant les masses les plus orgueilleuses et reparaît en fontaines cCristallines au pied des monts sourcilleux et fracassants.

Mais si l’eau tourmente la terre, elle la féconde aussi, car sans l’eau la terre ne serait que roc, et l'on peut dire, comme pour le grain de l'Evangile : si la terre ne meurt elle demeure seule ; mais si elle meurt, elle porte beaucoup de fruits.

On sait depuis longtemps que la vie humaine ne peut se fixer que là où se trouvent d’abondantes ressources en eau. L'exemple limite est donné par les déserts, où nul ètre humain ne peut vivre d’une façon permanente en dehors des oasis. En Champagne et en Beauce, la vie se concentre dans les villages pressés autour des rares points d’eau ; c'est le contraire en Bretagne où les sources sont nombreuses, peu abondantes et dispersées.

Toutes les grandes villes ont subi visiblement l’atti-

DESCROIX I

rance de l’eau. Rome, Lyon, Paris, Londres, Berlin, New-York se sont établis au bord de fleuves ou de rivières. Mais, invisiblement, leur plan primitif est commandé parla présence de l’eau souterraine. A Paris la rive droite, malgré ses marécages, s’est peuplée plus viteque la rive gauche bordée de trop près par le plateau calcaire. Si la Montagne Sainte-Geneviève a été abandonnée à l'insouciance des écoliers, c'est que les puits y avaient trente mètres de profondeur. Les parties les plus anciennes de Londres et de Berlin sont strictement limitées aux terrains où l’on trouve l’eau en abondance à faible profondeur. La colline de Gergovie porte deux belles nappes et de nombreuses sources qui alimentent un ruisseau. A Rome, la superposition favorable des terrains donne naissance à vingt sources ou fontaines, au pied de fameuses Sept Collines. Ces collines, d’ailleurs, ont supporté d’abord des palais et des temples jusqu'au moment où les progrès de l’édilité ont permis d'amener l’eau aux immeubles édifiés sur leurs pentes.

Le développementdes distributions urbaines alimentées par des sources ou par des fleuves avait un peu rejeté dans l’ombre le rôle des eaux souterraines. Mais depuis le début de ce siècle, dans tous les pays du monde, les besoins en eau des industries nouvelles — papeteries, féculeries, distilleries, brasseries, usines chimiques, centrales électriques, etc... — de l'irrigation des terres et des distributions urbaines ont augmenté de façon démesurée. En même temps, les progrès accomplis dans la technique des forages profonds, sous l'impulsion de l'industrie pétrolifère, ont permis d'accéder très facilement aux nappes sou terraines. Les avantages en sont d’ailleurs nombreux : 19 il n’est plus besoin d'installer les usines, comme autrefois, au voisinage des cours d’eau ; 2° l’eau souterraine possède une limpidité, une constance de débit, une égalité de température et de composition chimique qu’on rencontre rarement dans les eaux de surface ; 39 enfin, dans le cas des nappes artésiennes, les frais de pompage sont nuls, et en tous les cas on se dispense de poser de longues canalisations.

Pour donner une idée de l’importance qu'a prise dans le monde l'exploitation de l’eau souterraine, rappelons que c’est grâce à elle que la Californie, autrefois semi-désertique, est devenue le verger de l’Amérique, et tend à devenir le verger du monde.

De même aux Indes, en Australie et en Afrique du Sud, d'immenses territoires sont irrigués en eau d’origine souterraine. En Europe même, il en est un exemple très ancien dans la Lombardie du Nord, où l’eau souterraine réchauffant le sol en hiver, fait pousser une herbe drue ; «cette herbe, coupée fraîche toute l’année, est employée dans les grandes fermes pour nourrir les belles vaches dont le lait sert à faire le fromage dit parmesan. » (Daubrée, p. 50.) C’est l’eau artésienne qui fait la prospérité des oasis du Sahara en permettant la production des dattes dont la réputation n’est plus à faire.

En ce qui concerne les distributions urbaines, dans le monde entier, de plus en plus nombreuses sont les villes qui ont recours pour leur alimentation aux eaux souterraines, artésiennes ou non. Le projet des Vaux de Loire tend à fournir à Paris au moins un million de mètres cubes par jour d’eau puisée dans le cours souterrain de la Loire.

Mais cette exploitation intensive des eaux naturelles ne peut pas être poursuivie indéfiniment : beaucoup de très belles nappes donnent des signes de fatigue, sinon d’épuisement, et les conflits entreusagers se multiplient. Or ces conflits portent sur des puisages d’une importance telle qu'il n’est plus possible de les résoudre à l'aide des seules règles juridiques énoncées dans les anciens codes. Quelles étaient ces règles ? Comment peut-on les adapter aux nécessités de l’heure ? Quels sont les nouveaux textes qui dans divers pays les ont remplacées pour empêcher le gaspillage de cette ressource naturelle et protéger sa pureté ? C’est ce que nous nous proposons d'étudier.

Aperçu hydrogéologique.

Définitions. — L’hydrogéologie est la science qui a pour objet de constater la présence et d'étudier l'origine, les mouvements et la composition de l’eau contenue dans les roches et non intimement liée à celles-ci. Les roches sont tous les matériaux qui constituent l'écorce terrestre quelles que soient leur consistance et leur nature chimique. L'eau peut être intimement liée aux roches pour des causes chimiques (eau de constitution) ou pour des causes physiques (eau de carrière). Les roches perméables ellesmêmes retiennent par capillarité une certaine quantité d’eau quelquefois appelée eau captive spécifique qui, pas plus que l’eau de constitution ni l’eau de carrière, ne peut être récupérée par la simple intervention de la pesanteur ou du principe des vases communicants. Elle est donc pour nous sans intérêt.

Origine de l’eau souterraine, — La majeure partie des eaux souterraines a pour origine les précipitations atmosphériques. L’eau de pluie tombée sur le sol s'évapore immédiatement en partie ; une autre partie ruisselle à la surface du sol et alimente les cours d’eau ; une autre partie enfin s’infiltre dans les terrains perméables ou pénètre dans les fissures des roches compactes. La neige subit le même sort à l’époque du dégel ; en outre, en montagne, elle alimente les glaciers dont les eaux de fusion, à leur tour, forment des rivières ou s'infiltrent dans les dépôts meubles de la vallée glaciaire. Un rôle non négligeable, quoique mal connu, est joué par la condensation dans le sol de la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère.

Localement, la quantité d’eau souterraine contenue

APERÇU HYDROGÉOLOGIQUE 5

dans le sol dépend, en outre, des circonstances topographiques etstratigraphiques qui peuvent favoriser l’infiltration de l’eau des cours d’eau ou mettre le sous-sol en relation avec des affleurements de terrains perméables situés à de très grandes distances. L’eau des sources thermales est le plus souvent une eau d'infiltration ayant effectué un trajet, parfois très long, dans des régions favorisées : elle s'échauffe en descendant profondément à l'intérieur de l'écorce terrestre, et cet échauffement, comme la durée de ce trajet, favorise la dissolution des matières minérales qui font sa vertu curative. Mais quelquefois cette eau provient directement des entrailles de la terre: c’est ce que le géologue autrichien Suess appelle une eau juvénile ; mais ce cas est rare, le meilleur exemple que l’on en connaisse étant celui des sources de

Carlsbad.

Répartition et circulation de l’eau dans le sol. — Suivant leur perméabilité, les différentes roches se comportent de façon différente vis-à-vis de l’eau. La perméabilité d’une roche est la faculté qu'elle possède d’absorber et de restituer l’eauou,end’autres termes, deselaisser traverser par elle. Cette propriété est indépendante de la porosité, qui vient de ce que les particules minérales qui constituent les roches laissent entre elles des vides ; on caractérise la porosité par le rapport entre le volume de ces vides etle volume ‘total de la roche. La porosité d’un sable, roche perméable, est d’environ 40 % alors qu'elle atteint 50 %, dans une argile, roche pourtant imperméable. Suivant leur perméabilité on distingue quatre types de

roches :

I. — RocHEs PERMÉABLES EN PETIT. — Ce sont des roches détritiques comme le sable, le gravier, formées par la décomposition des autres roches suivie ou non du transport des matériaux libérés. On trouve une nappe aquifère chaque fois qu'une roche perméable est imprégnée d’eau à saturation. La nappe phréatique est celle qui atteint la surface du sol sans en être séparée par une couche im-

perméable continue. C’est à cette nappe que s’alimentent les puits. La limite supérieure de la partie saturée en eau est rarement une surface horizontale. En effet, dès que l'eau emmagasinée trouve un exutoire, source, puits, fonds de vallée, affleurement ou plongement de la roche dans une vallée ou dans une plaine plus basse, elle se met en mouvement et sa surface se déforme. Cette surface prend une forme parabolique dont la pente est d'autant plus raide que l’exutoire, ou niveau de base, est plus proche, et que la résistance à l’écoulement est plus grande. La vitesse d'écoulement varie en raison directe de la grosseur des grains qui constituent la roche et de l'importance de l’exutoire. Si ce dernier est constitué par un puits où l'on opère un pompage continu, il se forme un entonnoir de dépression, dont le diamètre augmente avec la vitesse du pompage jusqu'à un maximum qui est caractéristique du terrain et du puits. Cet entonnoir peut atteindre plusieurs kilomètres carrés de surface. C’est à l’intérieur de sa circonférence que se manifestent éventuellement les inconvénients du pompage : les puits voient leur niveau baisser et peuvent être mis à sec ; les sources voient de même leur débit diminuer et peuvent tarir. La connaissance exacte de la forme de l’entonnoir de dépression est donc importante. On y parvient en fonçant, en des points convenablement choisis et suffisamment nombreux, des terrains que l’on présume pouvoir être intéressés par cet entonnoir, des sondages de surveillance munis d’une échelle de niveau ou tout au moins pourvus à leur partie supérieure d'un trait de repère dont on connaît exactement l'altitude. En relevant régulièrement le niveau de l'eau dans ces sondages, on suit la formation et l’évolution de l’entonnoir de dépression. Celui qui veut opérer un puisage important dans la nappe phréatique, soit qu'il ait besoin d’eau, soit au contraire qu'il veuille débarrasser une mine ou carrière de l’eau qui empêcherait l'exploitation, a le plus grand avantage à établir à l'avance ce réseau de sondages de surveillance. C’est le meilleur moyen pour lui de limiter nettement sa responsabilité éventuelle.

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Nappes des dunes marines. — Dans les dunes situées au bord de la mer, l’eau douce flotte au-dessus de l’eau salée. la surface de séparation étant d’autant plus près de la surface du sol que la mer est plus proche. Dans les îles sablonneuses (Frise hollandaise et allemande) il se constitue une lentille biconvexe d’eau douce dont la forme est déterminée par celle de la partie du terrain située au-dessus du niveau de la mer et par sa perméabilité. La position de la surface de séparation dépend en effet de la hauteur de l’eau douce au-dessus du niveau de la mer. Ilen résulte que si l’on pompe dans cette lentille, la formation de l’entonnoir de dépression se complique de l'ascension de l'eau salée, dont la pression n'est plus balancée par celle de l’eau douce, jusqu’au moment où l'excès de pompage aboutit à l’arrivée d’eau salée dansle puits et dans les puits voisins.

Nappes dans les alluvions des vallées. — Le fond des vallées des cours d’eau est constitué de dépôts meubles éminemment perméables. L'eau qu’ils contiennent s'écoule lentement suivant la pente. Il y a donc un véritable cours d'eau souterrain accompagnant celui qui est en surface. Si sa vitesse d'écoulement est faible (quelques mètres par jour), par contre, la surface de sa section droite est beaucoup plus grande que celle du cours d'eau lui-même. Son débit peut donc être comparable à celui de ce cours d’eau. Mais cette eau souterraine est de qualité bien supérieure à l’eau de rivière. Elle est en effet filtrée, et ne contient niles microorganismes, ni les débris d’origine organique et minérale qui souillent l’eau de rivière. Sa température est en outre beaucoup plus constante, qualité aussi appréciée pour la consommation domestique que pour les usages industriels. L'eau d’alluvion a une origine distincte de l'eau de rivière, provenant du ruissellement et de l'infiltration des eaux météoriques sur et dans les coteaux qui bordent les vallées. Les relations entre ces deux eaux sont imparfaites et variables, chacune d'elles pouvant alimenter l’autre suivant les circonstances et les saisons. Un moyen élégant permettant, dans chaque cas particulier,

de reconnaître si un puisage intensif dans les alluvions fait ou non appel à l’eau du fleuve, consiste à observer en même temps les températures de l’eau du fleuve, de l’eau

souterraine et de l’eau provenant du puisage, et à suivre attentivement leurs variations.

Nappes captives. Nappes artésiennes. — Il y a nappe captive chaque fois que la présence d’une couche imperméable au-dessus de la couche perméable empêche l’eau contenue dans celle-ci d'atteindre son niveau hydrostatique normal. Lorsque l’eau peut jaillir au-dessus de la surface du sol,la nappe prend le nom de nappe artésienne. Suivant les endroits, la même nappe peut être soit artésienne, soit captive selon les accidents de la surface du sol. Une nappe captive, à moins de former lentille dans des terrains imperméables, setransforme toujours en quelque endroit en nappe phréatique : c'est par là que son eau peut se renouveler. L'exemple classique est celui du Bassin Parisien : une série de terrains en forme de cuvette, les uns perméables, les autres imperméables sont empilés au-dessus les uns des autres. L'eau pénètre dans les terrains perméables par leurs affleurements au bord de la cuvette. Si un sondage atteint ces terrains, l’eau remonte plus ou moins haut suivant l'importance de la dénivellation entre le bord et le fond de la cuvette et suivant la résistance apportée par le terrain au passage de l'eau.

Il n'est d’ailleurs pas besoin pour créer une nappe captivé que les terrains aient une forme de cuvette complète. I suffit simplement que les couches ne soient pas horizontales. Dès l'instant qu'une couche imperméable apparaît au-dessus de Ja couche perméable, il y a nappe captive. Ce cas se présente sur de très grandes surfaces aux Etats- Unis d'Amérique.

Le résultat d'un pompage dans une nappe captive est tout différent de celui qui est produit dans une nappe phréatique. En effet, il n'y a pas formation d’un entonnoir de dépression, mais la pression hydrostatique de la nappe tout entière se trouve diminuée. Toute mise en service d'un nouveau puits diminue doncle débit de tous les puits

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s’alimentant à la nappe considérée. La quantité d’eau obtenue au total est bien augmentée, mais le pompage est de plus en plus onéreux: c’est une application de la loi du rendement décroissant.

Cette étude sur les nappes ne doit pas faire oublier que celles-ci nese retrouvent pas dans touslesterrains. Ilarrive fréquemment, même dans des terrains d'origine détritique et près de la surface du sol, que la circulation de l’eau s'effectue dans des zones privilégiées, des courants ou veines souterraines. Dans ce cas, un puits qui coupe ces courants peut parfaitement intercepter l’eau de tous les puits situés à l'aval. Ce cas est la règle dans les deux types de roches suivants.

IT. — ROoCHES PERMÉABLES EN GRAND. — Ces roches, dont le type est le granit, sont imperméables si on en prend des échantillons de faible dimension. Maïs, dans la nature, elles sont morcelées par des fissures plus ou moins serrées, plus ou moins régulières, dans lesquelles l’eau peut circuler. Ces fissures sont parfois assez nombreuses pour que la roche se comporte comme sielle était perméable. Il y a alors formation d’un niveau hydrostatique plus ou moins parfait et nous retombons dans le cas précédemment étudié. Mais en général rencontrer l’eau dans ces roches très compactes est affaire de chance et de moyens, sauf dans le cas où l’on peut connaître l'emplacement et la direction des failles, car ce n’est que dans les failles que l’on peut espérer trouver des quantités d’eau appréciables. On cite le cas de deux puits forés dans le granit, dans l'Etat du Maine (U.S.A.),à 15 mètres l’un de l’autre : l’un fournissait de l’eau en abondance tandis que l’autre était sec. Le creusement de semblables puits ne va pas sans aléas, car lorsque la faille aquifère est atteinte, l'eau remonte rapidement jusqu'à la surface sans parfois qu'on ait le temps de récupérer le matériel qui est au fond du trou. La répercussion du pompage dans un tel puits ou les puits voisins est très variable. Les uns ne sont pas affectés, le niveau des autres suit les variations de niveau du puits où l’on pompe: c’est que ces derniers se trouvent sur la

même faille, les premiers étant sur des failles sans communication avec celles qui alimentent le puits pompé.

III. — Cas PARTICULIER DES RÉGIONS CALCAIRES. ROCHES CARSTIQUES. — On retrouve, dans tous les pays formés de puissantes masses de calcaire, un ensemble de phénomènes tout à fait caractéristiques. Ce sont, entre autres, la rareté ou même l’absence des cours d’eau superficiels ; la présence d'abîmes, cheminées verticales plus ou moins larges ; enfin l’existence, à la base du calcaire, d'énormes sources dont la fontaine Vaucluse est le type.

Ces trois. phénomènes sont liés l’un à l’autre. En effet, les eaux de pluie pénètrent dans les fissures du calcaire qu'elles élargissent par dissolution. L'eau ne peut donc pas rester en surface, mais disparaît entièrement dans des gouffres. Ceux-ci se continuent par tout un réseau de conduits souterrains qui forment parfois des cavernes de dimensions imposantes. Tous les filets d'eau se réunissent pour former de véritables cours d'eau souterrains qui, à leur venue au jour, donnent les sources vauclusiennes. Le creusement de puits dans ce calcaire est encore plus aléatoire que leur creusement dans les roches imperméables ordinaires, à cause de l'absence fréquente du niveau de base et de la rapidité d'écoulement de l’eau qui circule dans ce réseau de conduits souterrains.

Mais en fait, elles intéressent moins l'hydrogéologue que l’'hygiéniste. Il est, en effet, très tentant de capter ces grosses sources — bien qu'elles présentent une certaine irrégularité de débit, liée à leur dépendance trop étroite avec les précipitations atmosphériques — pour l’alimentation en eau des villes. Mais sur les plateaux, les gouffres sont couramment utilisés comme charniers : on y jette les cadavres de tous les animaux morts de maladie. D'où le nom caractéristique de bétoires qu'ils portent dans certaines régions. Ces cadavres pourrissent sur place et les produits de décomposition sont entraînés sans filtration possible jusqu’à une source souvent très éloignée. Le bel aspect de ces eaux est donc trompeur. Elles ont été, dans le passé, l'origine de nombreuses épidémies de typhoïde.

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IV. — RocHes IMPERMÉABLES. — Ce type de roche comprend essentiellement les argiles et les marnes. Ce sont également des roches détritiques mais dont les éléments sont si fins qu'ils retiennent l’eau par adhérence capillaire. Leur plasticité quand elles sont humides empêche qu'elles puissent être traversées de fissures : elles s'opposent donc plus ou moins complètement au passage de l’eau. Elles sont aussi utiles que les roches perméables pour aider à constituer les nappes souterraines, en arrêtant la descente de l'eau vers l’intérieur de la terre.

Bien entendu, dans la nature, on rencontre tous les intermédiaires entre ces divers types, mais ils permettent pratiquement d'expliquer tous les phénomènes hydrogéologiques rencontrés.

SOURCES THERMALES. — Quelle que soit leur origine, les eaux thermales accomplissent dans le sol de longs trajets en utilisant, au moins sur une partie de leur parcours, les failles de l’écorce terrestre. Au moment où elles arrivent à la surface, elles possèdent une pureté biologique et une composition chimique particulière qui font toute leur valeur. Dans la dernière partie de leur trajet elles peuventse mêler plus ou moins aux eaux superficielles : c’est un phénomène qu'on cherche à éviter en isolant aussi bien que possible les grifions de la source. Mais ces eaux superficielles ne jouent pas uniquement un rôle nuisible. Leur présence empèche les eaux thermales de se perdre dans les terrains meubles qui se trouvent à la surface du sol et les forcent à atteindre cette surface. Ce qui fait qu'un puisage imprudent de ces eaux superficielles risque de causer le plus grand tort aux sources thermales. Ceci justifie l'utilité des mesures législatives prises dans tous les pays pour la protection de ces sources si importantes pour la santé publique (1).

Détermination de l’origine d’une eau de source. — I] existe, surtout en pays calcaire, des relations souterraines

(1) Mais l’étude de ces lois spéciales sort de netre sujet.

entre l’eau des sources et certaines eaux superficielles, eaux de pluie ou eaux de rivière. Ces relations ne sont nullement évidentes, bien qu’il y ait grand intérêt à les connaître. Il peut aussi être intéressant de déterminer si deux sources ou deux puits sont ou non alimentés par la même nappe souterraine. Pour cela on peut étudier la température, la résistivité électrique, la turbidité, la radioactivité de l’eau, qui sont, pour une même nappe, soit analogues, soit soumises à des variations plus ou moins parallèles dans le temps. On peut encore introduire au point le plus élevé des corps faciles à retrouver au point de sortie Ces corps peuvent être des sels identifiables au spectroscope : chlorure de calcium, de sodium ou de lithium ; ou des substances reconnaissables à leur odeur : pétrole ou huile de graissage, qui ont l'inconvénient de rendre l’eau plus ou moins longtemps imbuvable. Ce sont le plus souvent des colorants : fluorescéine ou fuchsine, qui donnent des résultats particulièrement bons dans les fissures du calcaire. La fluorescéine qui colore l'eau en vert,est encore identifiable à la dilution d’un gramme pour cent mètres cubes d’eau. On utilise encore la sciure, avec moins de succès. Une excellente substance, c’est l’amidon dont on retrouve facilement les grains au microscope polarisateur, ou grâce à la propriété qu'ils ont d’être teints en bleu par la teinture d'’iode ou l’iodure de potassium. Ces méthodes sont très sûres et les Tribunaux peuvent avoir entièrement confiance dans les conclusions que les experts tirent de leur emploi.