PREMIÈRE PARTIE HYDROLOGIE SOUTERRAINE ET ALIMENTATION DES COMMUNES

CHAPTTRE I

Origine des eaux potables. — Mode de formation des nappes et des sources.

C’est généralement à l’eau déversée sur le sol par la condensation des vapeurs atmosphériques, autrement dit à l’eau provenant de la pluie, que l’homme x recours pour son alimentation. Mais cette eau, il peut la prendre à l’une quelconque des étapes qu’elle doit suivre pour retourner du lieu où elle s’est précipitée jusqu’à l'Océan : il peut la prendre en effet soit aussitôt après sa chute en la recueillant et la conservant dans des citernes, soit après qu'elle s’est infiltrée dans les couches du sol en allant l’y chercher au moyen de puits, soit lorsqu'elle reparait au jour sous forme de sources en les captant et les amenant dans les cités, soit enfin, après qu'elle a déjà ruisselé sur le sol, en s'adressant directement aux lacs, étangs et cours d'eau.

Le premier et le dernier mode ne sont usités que lorsque labsence ou l'insuffisance des sources disponibles ne permet pas de faire autrement ; ils sont heureusement assez rares dans notre département. L'eau de pluie doit la répugnance qu'elle inspire à sa fadeur et aux difficultés de sa conservation pendant les intermittences des averses; elle est très pauvre en germes lors de sa chute (4 bactéries et 4 mucédinées par centimètre cube, d’après Miquel), mais elle ne tarde pas à perdre cette qualité dans les réservoirs où on l’enmagasine ; de plus elle n’a pu prendre au sol les sels minéraux - qui seuls la rendraient agréable au palais humain. Quant à l’eau qui a ruisselé, elle s’est d'ordinaire chargée en route de déjections de toutes sortes ;. les germes y pullulent, et on ne peut l'utiliser pour la boisson qu'après lui avoir fait subir des opérations coùteuses et délicates, l'épuration et la filtration.

Ce sont donc les nappes souterraines et les sources qui, dans l'immense majorité des cas, fournissent l’eau potable aux habitants de Meurthe-et- Moselle. Tout le monde sait comment elles se forment: la portion de la pluie qui s’infiltre dans le sol, après avoir imbibé d’abord la couche de terre arable, descend peu à peu au travers des étages géologiques assez poreux pour la laisser passer, jusqu’à ce que, rencontrant une couche compacte et imperméable, cette eau se collecte au-dessus d'elle et forme une réserve souterraine dans les pores du terrain perméable immédiatement sus-jacent. Dans cette nappe, le liquide ne reste pas en repos: obéissant aux actions ‘de la gravité et de la capillarité, il chemine plus ou moins vite suivant la pente et suivant la dimension des interstices où il circule, se réunit en filets

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de plus en plus forts, et finit souvent par revenir au jour, généralement en un point d’affleurement de la couche imperméable: la source est constituée.

Pour savoir où l’on trouvera des nappes aquifères, il faut donc connaître

la nature et la situation des terrains, et notamment des bancs imperméables: pour savoir où l’on trouvera des sources, il faut connaitre leurs affleure-

ments. Les données de la géologie ne sont pas moins nécessaires pour pré-

voir et expliquer la qualité des eaux. Il est hors de doute qu’en cheminant dans l’intérieur du sol, l’eau y dissout une partie des substances minérales qu’elle rencontre, et que sa composition chimique est en rapport direct avec la nature des terrains traversés. Mais, quoique la question soit plus obscure, il n’est pas moins certain qu’il y ait également un rapport direct entre cette même nature des terrains et le nombre des germes contenus dans l’eau qui en sort: la composition-bactériologique d’une eau, aussi bien que sa composition chimique, est fonction du sol.

Le sol est dans ses couches superficielles un grand réservoir de germes de toutes sortes ; la terre arable est un foyer où pullulent des bactéries sans nombre, remplissant des fonctions importantes et variées (oxydation, putréfaction, nitrification, etc.) ; l’homme y dépose des engrais, et il y projette trop souvent sans désinfection, c’est-à-dire sans les avoir tués, de nombreux germes pathogènes. On arrive ainsi à trouver 700,000 microbes par gramme de terre gazonnée du parc de Montsouris, 11,000,000 dans un champ cultivé, et 78,000,000 dans un gramme de boue des rues de Turin. Il. n’est donc pas étonnant qu’en traversant les premières couches, l’eau se charge d’une multitude de germes et que chaque goutte en véhicule des milliers. Heureusement dans la profondeur, le sol devient vite aseptique, et l’eau, en cheminant dans les pores de plus en plus fins de ce filtre providentiel, va se dépouiller peu à peu de ses microbes en les laissant adhérents aux parois des canalicules parcourus. D’après Frænkel, ce serait à partir de 1,25 que le nombre des bactéries du sol irait tout d’un coup en diminuant, et à partir de # ou 5m dans du sable fin, il n’y aurait plus de germes, du moins aérobies. L'absence d'air et de lumière contribue sans doute puissamment à empêcher la multiplication de ces êtres à ce niveau ; mais leur passage plus ou moins facile au travers des pores du sol doit jouer le principal rôle dans la question, et l’on conçoit qu'il doive y avoir des différences considérables suivant la dimension même de ces pores, c’est-à-dire suivant la nature et la constitution intime des terrains.

De toutes les propriétés du sol, c’est donc la perméabilité qui nous intéresse le plus ici, On sait que cette perméabilité, qui est en raison inverse de la capillarité, est d'autant moindre que les grains constituant les divers terrains sont plus fins et les pores plus petits. Ainsi l'argile (silicate d’alumine), qui a des pores extrêmement ténus, estabsolument imperméable, et son associatiôn à d’autres éléments sableux ou calcaires (marne) les rend promptement imperméables aussi. Dans notre région, les couches imperméables sont presque exclusivement formées par des marnes où l'argile n’entre guère que pour une proportion de 40 à 50 °/, ; ces marnes paraissent s'être formées par le dépôt simultané de substances détritiques tenues en suspension et de calcaire tenu en dissolution. Le grès, formé de grains de sable fins agglutinés entre eux, esl assez poreux et s’imbibe bien, mais lentement : la finesse de son grain l'empêche généralement d’absorber assez vite une projection d’eau un peu intense, telle qu'une forte averse, et la fraction de la pluie qui ruisselle dans les pays gréseux est encore très notable. Il n’en est plus de même

pour le sable grossier qui constitue les alluvions : cellés-ei forment une véri-

nie

table éponge qui boit facilement les pluies et n’en laisse d'ordinaire presque

rien ruisseler, Quant au calcaire, compact par sa nature, il serait peu perméable, s’il ne présentait, du moins dans notre pays, de nombreuses fissures qui l'ont fait comparer avec raison à une superposition d'énormes blocs de

maçonnerie sans mortier : l’eau s’engouffre dans ces fissures qui sont parfois

très larges, et ne s'arrête qu’à un banc de marne sous-jacent.

Cette perméabilité toute spéciale qui est due non à la nature des roches, mais à leur dislocation, a reçu le nom de perméabilité en grand. On comprend que ce phénomène soit d’une importance capitale pour la valeur filtrante des terrains fissurés. Dans ces vides de grandes dimensions qu’elle parcourt très rapidement, l’eau ne saurait évidemment se dépouiller des matières et des germes tenus en suspension, comme elle le fait en parcourant les fins canalicules du grès et du sable : il n’est donc pas étonnant qu'elle en sorte parfois presque comme elle y est entrée, c’est-à-dire sans véritable filtration.

On peut se rendre compte sommairement de la répartition des différents terrains de Meurthe-et-Moselle suivant leur nature et par suite leur perméabilité, grâce à la carte à petite échelle que nous joignons à notre travail (planche I). Elle n’a nullement la prétention de remplacer les cartes géologiques détaillées auxquelles nous devons renvoyer généralement le lecteur. Malheureusement la carte géologique de France à 4 n’est pas entièrement terminée pour le département (voir feuille de Nancy publiée en 1877, feuille de Commerey en 1887 et feuille de Lunéville en 189%); pour les autres parties, on pourra se reporter à la carte qui accompagne l'excellent ouvrage de M. Braconnier « Description géologique et agronomique des terrains de Meurthe-et-Moselle ». Cette carte, qui nous a été d’un grand secours, a l'avantage de montrer aux yeux le degré de perméabilité de chaque région, grâce au jeu de couleurs choisi par l’auteur : il est seulèment regrettable que M. Braconnier ait cru devoir adopter une nomenclature si différente de celle qui est communément suivie par les géologues.

Nous montrons également la nature des différentes couches dans notre schéma général (planche IT) des terrains aquifères de Meurthe-et-Moselle. Ce schéma représente assez exactement une coupe dirigée de l’est à l’ouest et passant par Petitmont, Lunéville, Rosières et Domgermain, coupe qui rencontre toutes les formations depuis le grès vosgien jusqu’à loolithe moyenne, et fait bien voir, tout en l’exagérant beaucoup, leur inclinaison régulière vers Paris. Notre département esten effet un morceau, bizarrement découpé par des frontières artificielles, des terrains sédimentaires qui se sont empilés en formant des cercles concentriques autour du bassin parisien : les différents étages qni se superposent viennent aflleurer par leur tranche et plongent ensuite d'environ 0,02 à 0,03 par mètre dans la direction de la capitale. Remarquons toutetois que les limites séparatives des divers terrains suivent au sud de Nancy une direction très voisine du sud-ouest au nord-est, tandis qu’au delà elles se redressent franchement vers le nord, tout en s’écartant davantage, de manière à donner aux tranches plus de largeur. Il résulte de ce fait, comme aussi de la forme du département, que c’est seulement dans sa partie sud qu’on rencontrera tous les terrains : de là l'orientation de la coupe que nous présentons.

L’alternance qu'on voit facilement sur cette coupe entre les lits gréseux, marneux et calcaires permet de préjuger déjà de la situation des nappes. Qu'un banc de grès ou de calcaire toujours très fissuré surmonte une couche de marne, et l’on est sûr d’avoir une nappe au-dessus de éette marne dans les pores du grès ou les fissures du calcaire : cette loi est absolument générale. Toutefois, si on ne considère que les nappes ainsi constitués dans les

étages géologiques, on doit se demander ce que deviennent ces eaux qui, une fois arrôtées sur la marne, doivent glisser constamment suivant son in-

clinaison et par conséquent descendre indéfiniment dans les profondeurs du

bassin parisien. Sitôt après leur infiltration, elles seraient en effet irrémé-

diablement perdues pour le pays, et celui-ci ne pourrait les reprendre que

par des puits, simples ou artésiens, si des accidents de surface ne permet: faient à une partie d’entre elles de revenir au jour sous forme de sources.

Ces accidents de surface, qui jouent un rôle capital dans la formation des sources et qui ont constitué la topographie du pays, sont dus à une série de phénomènes cosmiques, tous d’ailleurs connexes entre eux, dont nous devons dire successivement quelques mots. Ce sont : 40 les dislocations du sol, qui ont produit les failles et lignes de cassure dont est sillonné le département, 20 les érosions, dues aux eaux superficielles, qui ont creusé les vallées, 30 enfin les éboulis et les alluvions : les premiers ont recouvert les coteaux des débris des terrains supérieurs, tandis que les seconds ont déposé dans les basses plaines un manteau plus ou moins épais de détritus charriés par les eaux. Ces dernières actions se continuent encore de nos jours, mais avec peu d'intensité, tandis qu'aux époques géologiques elles avaient une puissance infiniment plus considérable ; on s’en fera une idée en pensant que certaines vallées d’érosion de notre pays ont jusqu'à 300 mètres de profondeur.

lo Effet des failles et cassures.

C'est au mouvement orogénique et aux actions mécaniques qu'il a en-

gendrées qu’on rapporte la formation des failles e& cassures de l'écorce

terrestre. M. Daubrée distingue ces lithoclases d’après leurs dimensions en paraclases.ou failles, s'étendant sur de grandes longueurs et avec un fort rejet en hauteur, diaclases où failles de dimensions moyennes formant généralement deux systèmes perpendiculaires, et leptoclases ou simples cassures donnant des fragments isolés relativement menus. On trouvera l'indication des principales failles sur la carte de M. Braconnier ; mais il en existe une infinité d’autres, car suivant cet auteur le département est haché par deux systèmes de fissures parallèles, l’un orienté suivant E — 35° — N, et l’autre suivant N — 370; — 0, soit presque perpendiculairement au premier. Le sol est ainsi divisé en compartiments juxtaposés, mais indépendants entre eux, semblables aux pavés d’une route ou aux cases d’un damier qui auraient joué les uns par rapport aux autres, en subissant des soulèvements de hauteurs inégales. Nous devons dire ‘que personnellement nous avons relevé quelques lignes de cassures orientées un peu différemment que les systèmes dans lesquels M. Braconnier voudrait toutes les faire rentrer. Quoi qu’il en soit, ce sont les cassures d'ordre secondaire qui ont morcelé les calcaires et en ont fait une sorte de crible toujours prêt à engloutir les eaux de pluie; au contraire, ces cassures se sont d'ordinaire arrêtées aux marnes, qui leur ont résisté ou peut-être ont relermé parfois leurs fentes par suite de leur nature plastique.

On comprend facilement que les fissures des roches aient une influence directrice sur le cours souterrain des eaux : ce sont autant de chemins tout préparés pour le passage des filets, autant de conduites d’eau naturelles, et c'est évidemment à leurs points d’abouchement sur le flanc d’un coteau que se trouveront les sources. Il est clair que si l’eau souterraine est sous pression lorsqu'elle rencontre une fissure, elle peut remonter au jour gràce à celte pression, On sait que les filons peuvent jouer le même rôle ; mais

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nous n’en avons qu'un exemple dans le département, c'est la source située presque au sommet de la côte d'Essey, due aux eaux arrêtées et dirigées par un filon de basalte.

- Les cassures sans rejet, ainsi que certaines failles en raison de leur direction ou d’autres circonstances, ne jouent guère que ce rôle de conduites d’eau ; il n’en est pas de même des grandes failles qui, rejetant fortement la couche imperméable elle-même, la font se dresser brusquement comme un mur, véritable barrage qui retient les eaux souterraines, les force par-fois à changer de cours, où d’autres fois les rapproche assez de la surface pour produire des sources importantes. Telle serait, d’après M. Braconnier, la faille de Clairlieu, près de Nancy ; on aurait, d’après cet auteur, beaucoup de chances dy trouver de grandes quantités d’eau retenues par le mur de marne, ainsi qu'il est figuré par la coupe schématique que nous en donnons à titre d'exemple (fig. 1, planche HT). On nous en voudrait de ne pas citer la faille de Gorze, prolongement de * la grande faille de Saint-Julien, d’où sortent les fameux Bouillons : ici le côté N-0 s’est effondré de 60m et l’eau bute également contre une paroi de marne liasique qui l’oblige à sourdre au jour. Près de nous encore, les sources de la Fentsch, à Fontoy, correspondant à une faille E — 460 — N, qui met les argiles de Gravelotte en contact avec le calcaire à polypiers et écoule sans doute les eaux perdues dans les nombreux entonnoirs de la région calcaire de Sancy à Audun-le-Roman.

D’autres failles agissent simplement par le fait de la dénivellation en rapprochant suffisamment la nappe de la surface plus où moins abaissée : ainsi la grande faille d’Audun-le-Tiche, en faisant abaisser le côté Sud-Est, a permis aux eaux de revenir à la lumière en formant la source de la Crusnes (Voir fig. 2, planche ITT). On voit aussi par la même figure que certaines failles peuvent causer un approfondissement de la nappe et accélerer la descente des eaux dans les étages inférieurs. Il faudrait donc se garder de croire que toute faille facilite la production des sources ou les recherches d’eau; en présence d’un semblable accident de terrain, lhydrologue doit faire toute réserve, jusqu’à ce qu'il ait pu en étudier les condilions particulières.

20 Effet des érosions et de la formation des vallées.

Les failles ne dirigent pas que les eaux souterraines ; elles ont aussi dirigé le plus souvent les eaux superficielles, en attirant leurs courants par les dislocations mêmes du sol, et en leur facilitant les érosions et les entratnements. Aussi, comme le dit encore M. Braconnier, le relief du dépattement, qui est en grande partie le résultat des érosions, doit-il nécessairement porter l'empreinte des deux systèmes de ligne de fracture ; on doit retrouver leurs directions dans celles des vallées et des coteaux. La nature des terrains a d’ailleurs influé beaucoup sur la profondeur des érosions ; les calcaires disloqués ont été facilement balayés, les grés se sont désagrégés sur de grandes épaisseurs, mais les argiles ont opposé une énorme résistance aux eaux qui n’ont pu qu'y buriner de maigres sillons. Si l’on ajoute que les grés et les calcaires se tiennent raides et escarpés, tandis que les marnes ne peuvent avoir que des talus très doux, on comprendra la différence de forme des vallées suivant les terrains qu’elles traversent; en pays calcaire ou gréseux, on aura des vallées étroites, abruptes et profondes ; en pays argileux, des vallées larges, plates et élalées.

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La surface du sol est ainsi formée d’une succession de vallées principales, de vallées secondaires et de vallons, que séparent des lignes de faite également ramifiées et allant en s’abaissant progressivement vers les plaines. La topographie a une telle importance sur l'écoulement des eaux souterraines et sur la production des sources que certains auteurs, à la suite de l'abbé Paramelle, ne considèrent qu’elle ; ils admettent que les cours d’eau: souterrains suivent des lignes ayant même direction générale que les cours d’eau visibles, et que dans chaque vallée, vallon ou pli de terrain, il y a un cours d’eau apparent ou caché. D’après cela, les points où le cours d’eau souterrain est à moindre profondeur, c’est-à-dire où tendent à se former les sources et aussi où il faudra faire des fouilles en cas de recherche d’eau, sont: de le point central et le plus bas du premier pli de terrain où se réunissent tous les filets liquides d’un bassin élémentaire, plage ou cirque, 20 le bas de chaque pente du thalweg visible ; 3 le point situé près de son | embouchure, L'hypothèse de l’abbé Paramelle revient à supposer que les assises de terrains stratifiés qui constituent les deux versants d’une vallée sont généralement inclinés comme ces versants, soit de part et d’autre vers le thalweg. Si cela est vrai dans un bon nombre de cas, il n’en est pas toujours ainsi, surtout dans notre région, où, comme nous l’avons vu, les couches n’ont d'ordinaire qu’une seule et même inclinaison, plongeant toujours vers Paris. Aussi croyons-nous devoir distinguer plusieurs types de vallées.

Type no 1. — Vallée ouverte dans un terrain perméable de profondeur indéfinie. |

C'est le cas du grès vosgien (voir fig. 3, planche ITT). Iei, il n’y a pas de nappe à proprement parler; chaque vallon agit seulement comme un drain, en attirant au vide ceux des filets liquides qui imprégnant les massifs des coteaux adjacents sont plutôt portés à glisser vers ce vide qu’à descendre dans la profondeur.

On aura donc des sources dans le fond de la vallée, de chaque côté du thalweg, et leur importance dépendra de la surface drainée par chacune d'elles ; il est clair que la principale source d’un vallon se trouvera au centre du cirque qui le terminera, puisqu’en ce point convergent des filets venant de tout autour. Plus la vallée sera profonde, plus la source du fond sera forte et durable : on comprend, en effet, que dans une période de sécheresse l’eau de la dernière pluie tombée gagne des couches de plus en plus profondes en laissant successivement à sec les couches superficielles, et qu'ainsi les sources les plus élevées tarissent les premières. La rapidité d'épuisement de la masse dépend bien entendu de la dimension des pores : le grès qui filtre lentement assure ainsi aux sources profondes une grande constance. |

De ce type se rapprochent les petites vallées creusées dans un bane de calcaire assez épais pour que la couche imperméable reste très éloignée ; la nappe est alors trop profonde pour avoir une influence sur la surface, et d'autre part les fissures de calcaire engloutissent trop rapidement les pluies pour que la vallée ne reste pas d'ordinaire absolument privée d’eau. Il est vrai que ces fissures peuvent aussi aboutir au creux et y déverser leur contenu ; mais le cas est plutôt rare, el c’est ce qui explique le grand nombre des vallées sèches de l’oolithe,