CHAPITRE II

Quoique le régime des eaux souterraines présente des caractères analogues dans les terrains perméables, quelle qu'en soit leur nature, nous avons cru devoir distinguer et signaler d'abord les terrains de transport, quaternaires et récents, non seulement à cause des étendues considérables qu'ils occupent à la surface des continents, mais aussi en raison de la facilite particulière d'étudier les nappes d'eau qui les imbibent. Dans d'autres terrains perméables, tels que les terrains stratifiés, les roches cristallines désagrégées, les déjections volcaniques poreuses, on retrouve des circonstances semblables.

Les sources sont alimentées par des courants souterrains qui circulent dans les fissures et dans les interstices des rocheset qui reçoivent généralement le nom de nappes souterraines.

Les noms de nappe d'eau et de niveau d'eau ont donné souvent lieu à des erreurs. Il ne s'agit pas d'une véritable nappe d'eau, qui serait interposée entre des roches solides, mais d'eau logée dans les interstices de roches solides, dont

elle ne représente qu'une faible fraction du volume total.

Dans le cas où une telle nappe d'eau imprègne des roches poreuses, telles que les sables ou les graviers, elle est en général continue. Il n'en est pas de même quand l'eau n'occupe que des fissures ou des cavités plus ou moins espacées.

La nappe d'eau la plus rapprochée de la surface du sol est celle qui alimente la plupart des puits. Dans les cas les plus fréquents, où cette nappe n'est pas recouverte par des formations imperméables, elle a été désignée sous des noms très divers : en français, on l'appelle nappe d'eau rfe,<f puits (Belgrand), nappe (Tinfiltration (Delesse), couche aquifère libre, nappe liquide (Verstraeten) ; en allemand, le nom de Grundwasser est très employé, de même que celui de groundwaier en Angleterre; elles ont été aussi appelées en anglais water level (Geikie), ground spring (Prestwich) et waterplain (Dana) ; en hollandais, Welwater; en Italie, notamment en Sicile, acqua di livello (eau de niveau), et vulgairement acqua di centra, etc.

Ces noms, que les populations et les géologues ont partout donnés à des nappes d'eau aussi étendues et aussi importantes, sont généralement mal appropriés à leur régime et peu caractéristiques.

Il convient que leur dénomination soit cosmopolite comme Test celle de phréatiqu^es^ qui exprime qu'elles alimentent les puits ordinaires, ne traversant pas de couches imperméables, et tels que l'entendaient les Grecs.

La profondeur en est très variable, depuis quelques décimètres jusqu'à 100 mètres et au delà. Le cas le plus fréquent est représenté par la figure 6 où l'on voit un puits établi dans des graviers d'alluvion» Les flgures 7 et 8 représentent des

puils tirant leur eau des fissures de In craie et de celles du

Fig. 6— Coupe ti

grès bigarré. Dans ce dernier cas, les puils sont souvent très

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profonds ; par exemple : pour la craie, au camp de Ghâlons, {fig. 7) et pour le grès keupérien, à Leicester (flg. 8).

EAUX PHRÉATIQUES DES TERRAINS DE TRANSPORT. Si

Les eaux phréatiques sont mises à profit sous une forme très simple, par les puits dits imtantaiié$\

Nous accorderons d'autant plus d'attention aux eaux souterraines de cette catégorie que, outre leur utilité de chaque jour pour l'alimentation de millions d'hommes, leur étude doit éclairer vivement la connaissance du régime des eaux souterraines en général.

§ I. Eaux phréatiques des terrains de transport.

Une partie considérable des continents est recouverte par des traînées, parfois très épaisses, de débris de roches variées, qui ont été transportés de distances plus ou moins considérables. Le transport de ces matériaux est dû, tantôt à d'anciens cours d^eau, tantôt à des glaciers maintenant disparus.

Ces dépôts, qui appartiennent généralement à l'époque quaternaire, sont ordinairement appelés dépôU glaciaires, diluviumj alluviom anciennes et peuvent être désignés sous le nom général de terrain de transport.

Au point de vue où nous nous plaçons, ils comprennent des matériaux de perméabilité très différente, depuis les limons compacts jusqu'à des graviers très grossiers, en passant par des sables plus ou moins fins*.

Les traînées de graviers et de sables très perméables, au milieu desquelles coulent un grand nombre de rivières et de fleuves, sont en général imbibées d'eau. C'est avec cette

* Revue de géologie^ t. XI, p. 20.

* Relativement au régime des nappes souterraines des terrains perméables, on peut oonsnlter:

Daubrée. Deecription géologique du Baf-AAm, 1852, p. 541 à 355.

Ddesse. Carte hydrologique de Paris. Comptes rendut, 1856, t. XLII, p. 1S07.

Le même. Légende de la carte hydrologique de Seine-et-Oise, 1874.

2â RÉGIME DES EÂUI DA19S LES TERRAINS PERMÉABLES.

eau que s'alimentent de nombreuses populations, agglomérées en villages et en villes, qui vivent sur les plaines alluviennes : l'eau potable s'y obtient par le foncement de puits ; car les sources proprement dites manquent ordinairement dans ces plaines.

Les eaux météoriques qui tombent sur des roches aussi perméables que le gravier ou le sable, s'y infiltrent rapidement, à moins que ces dépôts ne soient recouverts de limon argileux, comme il arrive quelquefois. En outre, la rivière qui a creusé son lit dans le gravier contribue aussi, pour sa part, à alimenter la même nappe d'eau, par des infiltrations latérales, particulièrement au moment des crues.

Ces nappes souterraines se prolongent sous toute la superficie du dépôt de gravier*. Dans le sens de la profondeur, la nappe d'eau s'arrête en général aux roches qui supportent le gravier, à moins que celles-ci ne soient elles-mêmes perméables.

En fonçant un puits, on rencontre quelquefois au milieu du gravier des lits argileux peu perméables, auxquels la nappe d'eau paraît s'arrêter (voir ci-dessus la figure 6) ; mais ces lits, de forme lenticulaire, peuvent n'avoir qu'une dimension très restreinte et le gravier aquifère reparaît plus bas.

Exemple fourni par la plaine du Bhin 9 Intersileea dans leoqvela 1 ean clrcnle % nature des movTementu de la nappe 9 aonreee qui en

dérivent. — Commc cxcmples de faits qui se reproduisent, de toutes parts, avec les mêmes caractères, nous choisirons d'abord la nappe d'eau qui borde le Rhin à la hauteur de Strasbourg (fig. 9). Sur la rive gauche seulement, elle a une largeur de plus de 20 kilomètres. La profondeur en est inconnue, mais elle est certainement supérieure à 10 mètres.

*■ Quand le gravier est recouvert par du limon, tel que le loess dans la plaine d*Alsacc, la nappe d'eau se poursuit au-dessous de cette couche imperméable.

Fig. 9. — Plin rcpréMntant 11 nappa d'eau idjac^nls in Rhin et i H! iF) liDche du Hauts, entre Bile at Wiuembourt. Celle dn RTiTiir du Hblii leinU plie: cellea dei altuviont pravenanl de* VoMet uni dciign4«a u lancM. — Ëebella de O.COOOOI.

La section transversale du gravier aquifère est donc au moins de 200 000 mètres carrés. Cette section est 320 fois plus grande que celles du Rhin et de TIU réunis qui coulent à sa surface, lors des eaux moyennes*.

Pour évaluer la quantité d'eau souterraine qui imbibe le gravier, il a suffi de mesurer les interstices que laissent entre eux les cailloux et les grains de sable dans leur état ordinaire : c'est ce que j'ai fait d'une manière très simple, pour le gravier de la plaine du Rhin. Le gravier est tassé dans un vase imperméable, de manière à occuper le moindre volume possible. En déterminant les poids />' du gravier

sec et p" celui du gravier imbibé d'eau, - — r^ exprime la

dimension relative des interstices. Le volume des interstices varie suivant la variété de gravier ; pour le gros gravier, passé sur un crible dont les mailles étaient distantes de 2 centimètres, les interstices ont été trouvés de 0,32 à 0,36, tandis que pour le mélange de menu gravier et de sable qui a passé à travers le crible, il ne formait que 0,15 à 0,16 du volume total. Dans le gravier des alluvions modernes ou anciennes pris en place, les interstices ne peuvent pas être beaucoup moindres que dans le gravier tassé artificiellement, comme on vient de le voir. Il est même probable que les interstices y sont en général encore plus volumineux que dans ce dernier, à en juger par le déchet que Ton remarque ordinairement dans les travaux où l'on emploie le gravier naturel". D'après les chiffres trouvés plus haut, on reste donc au-dessous de la réalité en admettant, pour le volume d'eau qui imbibe le gravier, la fraction 0,20 ou un cinquième. La nappe adjacente au Rhin renferme, par conséquent, à la hauteur de Strasbourg et sur un kilomètre de

^ Description géologique du Bas-Rhin, p. 542. * On a quelquefois observé un déchet de 0,25.

longueur» une quantité d'eau égale à celle qui passe au pont de Kehl en 11 heures 1/2, lors du niveau moyen.

La vitesse avec laquelle afflue l'eau des puits foncés dans le gravier donne une idée des conditions suivant lesquelles elle se meut à travers les interstices qu'elle occupe*. Quelques parties de gravier naturellement dépourvues de sables sont d'une perméabilité bien supérieure à la moyenne.

A la suite des crues et des basses eaux des rivières, le niveau des puits s'élève et s'abaisse*. La correspondance n'est pas instantanée; abstraction faite de l'influence directe de la pluie, la hauteur de la nappe souterraine présente un retard de plusieurs heures ou de plusieurs jours sur l'état, maximum ou minimum, de la rivière, en raison de la résistance que l'eau éprouve dans son mouvement souterrain. Aussi le long des cours d'eau sujets à des variations fréquentes et rapides, l'eau des puits, au lieu d'être de niveau avec la rivière, est ordinairement en contre-haut ou plus rarement en contre-bas (fig. 10). L'amplitude des oscillations souterraines est en général moindre que celle des cours d'eau •

Souvent le volume du Rhin augmente beaucoup, sans qu'il soit tombé d'eau sur la partie moyenne du fleuve, parce qu'il y a eu des fontes de neige ou des chutes de pluie dans la partie alpestre de son bassin. Dans cette région moyenne, le niveau de la nappe d'eau souterraine s'élève néanmoins, d'abord près de la rivière, puis l'élévation de niveau gagne de proche en proche ; ce qui doit résulter de ce que le fleuve, en s'élevant, s'infiltre latéralement dans le gravier

* Quelques chiffres sur ce sujet sont consignés dans la Deêcriptian géologique du Boê-Rhin, p. 343 et 344.

* On peut d'ailleurs obsenrer, en petit, le même fait au bord de la mer, à l'aide d'un simple trou creusé dans le sable fin que découvre la marée basse.

M RËGUIK DES KAUX DANS LES TERRAINS PERMÉARLES.

voisin. Le mouvement transversal dont il est question se fait avec lenteur; cependant si la crue du fleuve dure quelque temps, toute la plaine voisine se trouve Imbibée au-dessus du niveau moyen. La baisse du fleuve détermine un écoulement en sens inverse, c'est-à-dire de l'intérieur du sol vers le cours d'eau superficiel. Ces oscillations décroissent d'amplitude en s'éloignant de la rivière.

Le long promontoire qui sépare le Rhin de l'IU, à la hauteur de Strasbourg (voir plus haut la figure 9), présente quelquefois un mouvement plus complexe; car, les bassins des deux cours d'eau étant dans des conditions méléorologiques différentes, leurs crues peuvent être indépendantes

l'une de l'autre. Ainsi le Rhin a sa crue d'été lorsque l'Ill est ordinairement très basse. Si les eaux de l'IH viennent à croître subitement, celles du Rhin ne variant pas, ses eaux d'infiltration s'élèvent de proche en proche, à partir de la première rivière, et bientôt une partie de la rivière d'Ill se déverse dans le Rhin par cette voie souterraine. Un mouvement en sens contraire se fait quand c'est le Rhin qui est en crue.

Contrairement à ce que l'on observe en général, la nappe aquii'êie dont il vient d'être question donne lieu, en quelques points, au jaillissement de sources nombreuses et abondantes. Plusieurs de ces sources sont assez volumineuses pour que les ruisseaux qui en naissent servent dès l'origine de moteur

à des usines, comme à Obenheim et à Gerstheim. D'autres forment immédiatement de véritables rivières, ainsi qu'on en peut citer plusieurs dans la plaine du Rhin; telles sont la source située près d'Offendorf, celle de la Loutter, près de Huttenheim, celle de la Blind, près de Colmar et plusieurs des cours d'eau situés aux environs de Schlestadt*. Tous ces ruisseaux et petites rivières, qui jaillissent dans des rigoles peu profondes, à 0"",50 ou 1 mètre en contre-bas de la surface du sol, doivent leur origine à des épanchements de la nappe d'eau d'infiltration*. L'alluvion est loin d'être homogène. Tandis que sur certains points elle consiste en un gravier extrêmement perméable, ailleurs elle est mélangée de limon, de manière à former des digues, à peu près imperméables. Il paraît exister, à peu de profondeur, des espèces de galeries, essentiellement perméables, dans lesquelles il s'opère des dérivations du Rhin et d'autres cours d'eau. Ces dérivations, après quelques kilomètres de trajet souterrain de l'amont vers l'aval, donnent naissance, par suite d'une différence de niveau, à de petites rivières qui jaillissent avec impétuosité du sol. Ce n'est d'ailleurs qu'une variété du mécanisme ordinaire des sources. L'élévation de l'orifice des sources qui nous occupent au-dessous du niveau moyen du fleuve considéré dans une même section transversale de la vallée, leur extrême limpidité, les faibles variations de température qu'elles présentent, sont autant de faits qui apprennent que les orifices de ces sources sont en général assez éloignés de la prise d'eau.

J'ai encore eu l'occasion d'observer deux faits instructifs sur la marche des eaux souterraines.

L'eau fournie, à Strasbourg, par les puits de plusieurs

* Description géologique du Bas-Rhin^ p. 11 et 347.

* En Alsace, on a donné .le nom de Graben h un certain nombre d'entre eux (Riethgrabeni Dorfgraben), bien que leur origine ne soit pas artificielle.

maisons du Faubourg de Pierre devint impure à peu près simultanément, en 1848. Au moment où cette eau sortait des pompes, elle répandit une odeur semblable à celle du bitume obtenu par la fabrication du gaz; abandonnée à ellemême, elle se recouvrait bientôt d'une pellicule, due à la présence du goudron. Les puits infectés formaient une bande étroite et allongée, qui s'étendait à partir de Tusine à gaz jusqu'à 300 mètres environ de distance. Or, la direction de cette zone est placée, comme une résultante, formant diagonale entre les directions de deux courants qui tendent à s'opérer, l'un dans le sens du canal des Faux- Remparts, l'autre de ce dernier canal dans les fossés des fortiiicationsV On a bientôt remédié à l'inconvénient dont il vient d'être question, en rendant imperméable le réservoir à bitume de l'usine à gaz.

A Haguenau 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 la déversait une machine à vapeur qui en portait la température à 29 degrés. Certains puits du voisinage n'étaient pas sensiblement influencés ; mais un puits situé à 55 mètres de distance, vers E. S. E. donnait au thermomètre 18\4, c'est-à-dire un échauffement d'environ 6 degrés. Un second puits situé à 70 mètres de distance, dans la même direction, était échauffé de 1 degré« Ce fait montre que l'eau se mouvait alors dans le gravier, du puits vers la Moder, suivant une ligne oblique dirigée E. S. E.

On doit s'étonner de l'incurie avec laquelle, même dans de grandes villes, on a laissé, pendant des siècles, les nappes phréatiques se vicier par des infiltrations pernicieuses.

* Ajoutons que la première eau aspirée des pompes était toujours moins chargée de bitume, ce qui résultait sans doute de ce que l'eau souterraine, abandonnée au repos, se dépouillait du bitume qu'elle avait entraînée.

C'est pourquoi nous croyons utile de donner encore avec détails, des exemples choisis dans des localités variées.

Environ» de Bonn et de Dnsseldorf. — Lc dépôt dc gravicr

qui, aux environs de Bonn, couronne le plateau jusqu'à la hauteur du Roderberg, à 140 mètres au-dessus du Rhin , est formé de gros cailloux sur une épaisseur moyenne de 6 mètres et qui dépasse 20 mètres. A leur pied s'étend le gravier d'alluvion. Les deux dépôts sont également importants pour les eaux souterraines des environs de Bonn' qui ont leurs analogues dans la nappe d'eau alimentant les puits de Dusseldorf.

Le canal exécuté pour assécher la partie sud-ouest de la ville de Bonn a donné lieu à des observations de la part de M. Heymann sur les variations de niveau des eaux phréatiques dans 8 stations éloignées du Rhin de 263 à 534 mètres, distance à laquelle les changements de niveau du fleuve se font encore sentir; l'eau souterraine s'élève peu à peu, mais sans atteindre le niveau des hautes eaux du fleuve.

Environode BraxcUes. — En 1851, lorsqu'il s'agit de doter la ville de Bruxelles d*une distribution d'eau complète, cette capitale, pour ses 14700 maisons et 134 000 habitants, possédait, outre les citernes, 8194 puits et 29 fontaines publiques. Les puits d'une profondeur atteignant 35 mètres sont alimentés par une nappe que soutient l'argile compacte éocène (yprésienne). D'après les études de M. Verstraeten, cette couche aquifère existe sans interruption ; on la voit affleurer au fond des vallées, sous forme de suintements et de sources qui donnent naissance à des ruisseaux, des étangs et des rivières.

Lorsqu'on passe d'une vallée à une vallée voisine, par

* Blahme. Verhandlungen des naturhUtoriêchen Veretnes des preuasUchen Westpha- Un, t. XXVni. 1871.

exemple lorsqu'on traverse Bruxelles, de la Senne au Maelbeek, on reconnaît, d'après les niveaux de Teau des puits, que la surface supérieure de la couche aquifère s'élève constamment dans le sous-sol, jusque sous le plateau, pour descendre ensuite vers le Maelbeek (fig. il). Cette sur-

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