Voir Revue des Eaux et Forêts, 1869, p

géologique identique, l'une nue, l'autre boisée, différeront dans le volume de leurs eaux souterraines et, au cas de Taffirmative, dans quel sens?

De quoi dépend l'approvisionnement en eaux souterraines dans les régions de plaines ?

Des divers facteurs suivants :

De la quantité des eaux météoriques, a, qui tombent, soit sur le sol nu, soit sur le sol boisé. •

Une certaine portion de ces eaux météoriques (pluie, neige, rosée, givre, etc.) s'évapore soit, b, à la surface des végétaux, soit, c, à la surface du sol et retourne aussitôt à l'état de vapeur dans l'atmosphère.

Une autre portion, d, est absorbée par les racines pour servir à la nutrition ou à la transpiration des végétaux.

Le reste, e, est fixé par le sol d'abord à l'état d'eau globulaire et d'eau capillaire ; une fois que les particules du sol sont saturées, même avant, si le sol est sillonné de crevasses, l'excédent s'écoule en obéissant aux lois de la pesanteur et de l'écoulement des liquides et vient se réunir à la surface des couches imperméables pour former les nappes d'eaux souterraines qui alimentent les puits et les sources.

Dans le cas de pentes avec sol imperméable ou demi-perméable, il y aurait à tenir compte des eaux de ruissellement ; mais il n'y en a pas dans les régions de plaines.

Pour déterminer exactement le volume d'eau qui s'infiltre dans les profondeurs, il faut résoudre successivement les questions suivantes :

1* PletU'ilplus dans les régions boisées que dans les ré ff ions déboisées, toutes autres conditions égales ?

On a maintenant le droit de répondre oui à cette question ; car toutes les observations faites dans de bonnes conditions sont concordantes.

Sans parler des faits bien connus rapportés par Boussingault, Blanqui, Becquerel et autres, citons' quelques chiffres précis :

L'épaisseur moyenne de la lame d'eau reçue annuellement par le

sol découvert a été de 0'",80 à la station des Cinq-Tranchées, au milieu de la forêt de Haye, près de Nancy, et de 0™,65 seulement à la station d'Amance, située à la même altitude, à 48 kilomètres de la précédente, dans une région peu boisée.

Ces chiflres sont les moyennes des onze premières années d'observations faites par M. Mathieu, de 4867 à 1877. La moyenne des onze années suivantes (4878 à 4888) a été de 0",85 pour la station forestière de Bellefontaine et de 0'°,69 pour la station agricole de la Bouzule, toutes deux situées à la même altitude. Enfin pour la période s' étendant de 4889 à 4895, les moyennes de ces deux stations ont été de 0"*,75 et de 0",60. Donc, depuis 30 ans, les résultats sont toujours concordants ; aux environs de Nancy, la lame d'eau qui tombe sur les régions boisées est de 0",45 plus épaisse que celle qui tombe sur les régions agricoles peu boisées.

Ebermayer\ après avoir constaté que la hauteur d'eau tombant au centre du massif boisé du Spessart était eifviron d'un tiers plus forte qu'à Aschaffenburg, éloigné seulement de 4 lieues, mais situé à 300 mètres plus bas, conclut de ses observations que le Spessart doit sa plus grande abondance de pluie et de neige à son altitude et à sa situation et que la forêt n'a sur le phénomène qu'une action relativement faible.

M. Fautrat^ a installé des pluviomètres au-dessus de massifs boisés feuillus ou résineux et d'autres en plein champ, à 300 mètres seulement de la forêt et pendant quatre années consécutives (4874- 4877), même à une aussi faible distance, il est tombé plus d'eau sur la forêt, en moyenne 0",025 en plus sur la forêt feuillue et 0",057 sur le massif de résineux.

Enfin, les observations récentes faites en Russie établissent aussi qu'il pleut plus dans les régions boisées et cette constatation offre une importance particulière en Russie, parce que dans la région des steppes où elle a été faite, on ne peut invoquer l'influence de l'alti-

1 . Die physikalischen Eintvirkungen des Waldes auf Luft und Bodcn, par le D"^ Ebermayer. Aschaffenburg, 1873, p. 200.

2. Observations météorologiques faites de 1874 à 1878 par M. Fautrat, sous-inspecteur des forêts. Paris, 1878.

lude, des abris, des chaînes de montagne, qui ont, ailleurs, une si grande importance pour la quantité et la répartition des pluies*.

Du reste, cette condensation plus abondante au-dessus des forêts s'explique par ce fait que les feuilles des arbres évaporent d'énormes quantités d'eau qui rendent plus humides et plus froides les couches d'air qui enveloppent la forêt. Les aéronautes qui passent au-dessus de massifs boisés constatent un refroidissement sensible de l'air. Si des vents plus ou moins chargés de vapeur d'eau viennent heurter ces couches froides et humides, une partie de leur vapeur se condense.

II est donc reconnu que les forêts attirent les pluies, que, toutes circonstances égales, il pleut plus sur les forêts que sur les régions déboisées*.

S"* Quelle esl la quaniilé d'eau pluviale que reçoit le sol sous bois et hors bois ?

Ce point est encore nettement établi, grâce aux nombreuses observations faites en France et en divers autres pays. On comprend que la proportion d'eau interceptée par le dôme de feuillage varie dans de larges limit-cs suivant la nature, la densité, l'âge des peuplements, suivant la durée et l'intensité des pluies.

Voici, par ordre de date, les principaux résultats obtenus.

Les premières observations, faites en 4866 dans la forêt de Fon-

1. • Oui, ce fait, établi pour la première fois par TÉcole foresUère de Nancy, que les forêts attirent les ploies, est indubitablement et brillamment confirmé, entre autres, par les travaux les plus nouveaux de notre « Expédition du Département foresUer ». (Extrait d'une lettre de M. Ototzky.)

2. Cependant, plusieurs observateurs, entre autres M. Bûhler, en Suisse, M. von Lorenz-Libarnau, en Âutricbe, n*ont pas constaté ce fait. 11 est néanmoins incontestable. Ëbermayer, qiii n'y croyait pas d'abord, Tadmet depuis que 16 ans d'observations en terrain plat dans la fprét domaniale de Nuremberg et ses environs lui ont montré que la hauteur de pluie a été, en moyenne, de 12 p. 100 plus grande en forêt qu'en plein champ.

Dans le sud des provinces centrales de l'Inde, les recherches de Blanford ont porté sur un territoire d'environ 61 000 milles carrés anglais. Cette surface, d'abord boisée, fut ensuite déboisée pendant assez longtemps et enfin reboisée, depuis 1875, sur les 5/G de son étendue. Dans 13 stations difl"érentes, pendant que le reboisement progressait, il y eut une augmentation de chute de pluie d'environ 12 p. 100 aussi.

tainebleau sous la direction du maréchal Vaillant, ont montré que, sous des bois feuillus, le sol recevait les 60 centièmes de l'eau qui tombe sur un sol nu.

M. Becquerel est arrivé au même résultat.

M. Mathieu a trouvé, pour une moyenne de 44 ans (4867 à 4877) 94 centièmes aux Cinq-Tranchées, 83 centièmes à Bellefontaine.

Dans la première station, M. Bartet a obtenu le même rapport pour les 41 années suivantes (4878 à 4888) ^t pour les 5 années (4891 à 4896).

M. Claudot a retrouvé, à très peu près, le même chiffre, 82 centièmes, pour la station de Bellefontaine.

Au domaine des Barres, M. Gouet a trouvé pour une moyenne de

5 ans (4873 à 4877) 84 centièmes.

M. Fautrat, à Senlis, a constaté que, sous des peuplements à feuilles caduques, le sol forestier avait reçu en moyenne (4875 à 4877) 69 centièmes et sous des peuplements à feuilles persistantes (pins) 50 centièmes seulement de la pluie reçue par un sol nu.

M. Rousseau arrive aussi à un chiffre très voisin du précédent (48 centièmes) pour la proportion de pluie qui arrive au sol sous une forte cépée de chênes verts.

En Allemagne, Ebermayer a trouvé 77 centièmes (moyenne de

6 stations en 4868 et 4869) ; la moyenne des résultats obtenus dans 46 stations allemandes, en 4883 et 4884, est de 69 centièmes et en 4885 de 74 centièmes.

En Suisse, Bûhler obtient, pour moyenne de quatre ans, 73 centièmes dans une station, 89 centièmes dans une autre sous des feuillus et 52 centièmes sous des résineux.

La question de la quantité d'eau interceptée par le feuillage des arbres est. résolue par cette multitude d'observations aussi bien qu'elle peut l'être et, à mon avis, c'est perdre son temps que de continuer des recherches dans ce sens.

Les chiffres extrêmes trouvés pour les arbres à feuilles caduques sont 65 et 94, pour les arbres à feuilles persistantes 48 et 52.

Les arbres à feuilles persistantes intei'ceptent donc environ la moitié de l'eau météorique et les arbres à feuilles caduques, de 4 à 3 dixièmes seulement.

3* Quelle est la quantité d'eau qu'évapore soit un sol nu, soit un sol boisé?

Sur ce point nous sommes beaucoup moins bien renseignés que sur le précédent; c'est qu'aussi la question est pleine de difficultés. Comment déterminer la quantité d'eau que perdent à chaque instant hors bois et sous bois des sols naturels avec les modifications incessantes qu'amène l'action des agents atmosphériques, des êtres organiséSy des nappes souterraines en circulation ?

Aussi, s'est-on généralement borné à comparer l'évaporation d'une lame d'eau sous bois et hors bois, ce qui est très facile, mais ce qui ne donne qu'une idée très grossièrement approchée sans doute du phénomène. Comme l'ont montré des expériences comparatives, un sol saturé évapore à peu près autant qu'une nappe d'eau; mais en dehors des très rares moments où le sol est saturé, nous ne savons rien ni sur les quantités absolues d'eau évaporées par un sol nu et par un sol boisé, ni même sur leurs quantités relatives.

Quant a la différence d'évaporation d'une lame d'eau sous bois et hors bois, tous les observateurs arrivent à des résultais concordants, D s'évapore hors bois de 2,3 fois à 3 fois plus d'eau que sous bois. Le chiffre donné par Mathieu est 3,H (moyenne de 44 ans, 4867 à 1878), par Bartet 3,22 (moyenne de 44 ans, 4878 à 4888),. par Ebermayer 2,7 à 3, par Fautrat 3, par Mûttrich 2,3 (moyenne d'observations faites dans 46 stations allemandes).

On peut donc admettre que l'évaporation d'une nappe d'eau est environ 3 fois moins active sous bois qu'en plein air.

Voilà encore un point résolu, et de nouvelles observations n'ajouteront rien à ce résultat; mieux vaudrait, semble- t-il, s'efforcer de résoudre cette question : Quelle est la quantité d'eau qu'évapore un même sol sous bois et hors bois en se plaçant dans des conditions aussi voisines que possible de celles des sols en place. M. Fautrat^ avait installé dans la forêt d'Ermenonville, en 4878, des expériences fort bien conçues qui auraient pu donner, pour des sols en plaine à nappe souterraine immobile, des résultats assez rapprochés de la réa-

T. Observations méléorologiqites faites de 1874 à 1878, par M. Fautrat. Paris, Imprimerie nationale, 1878, p. 29.

16 AJOIAUES m LA. SCIEXGE A^rBOXOSlOUK.

lilé; mais elles ne sembleol pas aToir été contiiioées ; en touscas^je ne o^ois pas qa'aocan dii£Gre ait élé publié.

La statioo suisse de recherches forestières s'est occupée de cette quef^lioa, mais elle a opéré dans des cooditions tellemeni défectiiea$eSy qu'on ne peut guère tenir compte de ses résultals^

On a aussi étudié Tinfluence de la couTerture morte sur l'évaporation du soL Suivant Ebermayer, elle serait de même grandeur que celle du couvert; d'où Ton peut admettre qu'un sol boisé couTeit de mousse et de feuilles mortes évapore 6 fois moins qu'un sol nu, mais toujours dans l'hypothèse inexacte d*un sol constamment sa* turé*

4' L*eau qui n*est pas évaporée à la surface du sol pénètre dans ses interstices ; une fraction est retenue par les particules de terre et d'humus sous forme d'eau d'imbibition ; une autre est absorbée par les racines pour les besoins de la nutrition et de la transpiration ; le surplus s'écoule dans les profondeurs pour alimenter la nappe souterraine. La première fraction, l'eau d'imbibition, s'apprécie aisément par la dessiccalion d*écbanlillons de sol que Ton peut prendre simulUinémenl dans les sols nus el boisés à des intei-valles au^si rapprochés qu'on le veut el à diverses profondeurs.

Puisque révaporation est diminuée sous bois dans une proportion qui n'est pas encore déterminée, mais qui est certainement très considérable^ la quantité d'eau remontant des couches profondes à la surface, suivant les lois de la capillarité*, est moindre qu'en plein champ, toutes circonstances égales, de telle sorte que de deux zones également humides situées à égale profondeur dans deux sols identiques, celle du sol forestier devrait garder plus d'humidité. C'est cependant le contraire qu'on observe en été à cause de l'absorption des racines.

1. Voir MiU/ieilungcn der Schweizerischen Centralanstall far dos forstlkhe Versuchswesen, par le D' Anton Bùhler, IV. Band. Zurich, 1895, p. 315-323.

2. « I.a hauteur d'eau soulevée par capillarité, presque nulle dans les graviers, est de 0'",30 dans les sables moyens (sables de verrerie), d'environ 0",60 dans les terres urgiio-sableuses, cl on lui a assigné l'",jO et plus dans les argiles et les marnes coiiipactos. » (DaubiTO, fes Faux souterraines.)

Ainsi, M. Bliznin, cité par M. Ototzky, a trouvé qu'en mai, juin et juillet les couches supérieures du sol de la forêt Noire (gouvernement de Kherson) jusqu'à 1",20 sont plus humides que celles des champs cultivés et qu'au-dessous (de l'^jSO à 1",50) elles sont au contraire plus sèches. Les points où ont eu lieu les prélèvements ont été choisis de telle façon, affirme M. Bliznin, que la différence d'humidité ne peut être attribuée qu'à l'influence de la végétation.

D'autres dosages faits aussi en Russie dans le gouvernement de Jekaterinoslav, <mt montré qu'en été (de juin à septembre) le sol forestier est, à 9 centimètres de profondeur, toujours plus humide, et, à 70 centimètres, toujours plus sec que le sol découvert.

Dans le parc de l'École forestière à Saint-Pétersbourg, M. Kostytcheff fit, en 4881, des déterminations nombreuses et rigoureuses dans des conditions de sol absolument identiques et toujours il trouva que le taux d'humidité du sol, pris sur 0'",75 d'épaisseur, était plus faible en forêt qu'en plein champ, et d'autant plus que le peuplement était plus âgé.

Les observations, prolongées pendant 8 ans par M. Ismaïlsky dans le gouvernement de Poltava, conduisirent encore à ce même résultat.

D'après Ebermayer\ les sols forestiers, dans la région des racines (40 à 80 centimètres .de profondeur), ont été, pendant toute l'année, sensiblement plus secs que les sols nus en plein champ.

Mais tous les observateurs sont d'accord aussi pour reconnaître que les-couches superficielles du sol, tant qu'elles ne sont point parcourues en tous sens par les racines, sont plus humides que les mêmes couches dans un champ dépourvu de végétation. En d'autres termes, en été, la couche du sol qui se dessèche le plus est la couche supérieure en terrain découvert, la couche profonde en forêt.

Celle couche profonde s'assèche d'autant plus que la consommation d'eau faite par les arbres est plus grande et que les peuplements retiennent mieux les précipitations atmosphériques (arbres à

1. Article paini dans VAllgemeine Forsl^und Jagdzeitung, numéro de janvier 1889. et traduit dans les Annales de la Science agronomique française et étrangère^ 1889, t. l, p. 424-454.

feuilles persistantes). En été, ce drainajje par les racines est si intense que même à la suite de grandes pluies le sol couvert de plantes agricoles ou forestières ne donne pas d'eau d'infiltration.

C'est en hiver que le sol refait sa provision d'eau ; c'est au printemps, avant le réveil de la végétation, qu'il a son maximum d'humidité.

La quantité d'eau d'imblbition retenue par le sol varie énormément suivant diverses circonstances, notamment la grosseur des particules, la proximité de la nappe aquifère. On trouve souvent pour la moyenne annuelle du taux d'eau d'une même couche 42 à 48 p. 400 en poids. On a calculé qu'à Eberswalde, où il tombe 60 centimètres d'eau par an, une couche de sol sablonneux de 7 à 8 mètres ou une couche de lehm de â à 4 mètres contient une quantité d'eau égale à celle qui tombe dans l'année.

La détermination de la quantité d'eau retenue par le sol peut se faire avec autant de précision que l'on veut à l'aide de prises d'échantillon.

5° Quelle est la quantité d'eau absorbée par les racines ?

Celle-là n'est pas susceptible d'une détermination directe. On l'obtient indirectement en mesurant les quantités d'eau reçues par le sol des vases en expérience et perdues par l'évaporalion du sol et l'infiltration ; la différence représente l'eau qui a été absorbée par la plante pour sa nutrition et sa transpiration. On applique aux végétaux croissant librement dans les sols naturels les chifi^res obtenus sur ces plantes en pots installées dans des sols artificiels ; il est probable que les choses ne s'y passent pas absolument comme dans la nature. Et dans la nature, l'eau consommée par un même arbre varie évidemment dans de larges limites d'une année à l'autre, suivant diverses circonstances dont les principales sont l'abondance et la répartition des pluies, les conditions de température. On ne peut donc obtenir que des chiffres approximatifs.

Mais tous les savants qui se sont occupés de ces recherches s'accordent à affirmer que les quantités d'eau ainsi utiUsées sont très considérables.

Wollny a trouvé pour six plantes agricoles (trèfle, orge, avoine.

écigle, fèves, pois) de 3 700000 à 4500 000 kilogr. pour les quantités d'eau absorbées par hectare, du 20 avril à la fin d'août ou de septembre; les quantités de pluie reçues par le sol dans le même temps ont varié de 3 500 000 à 6 500 000 kilogr. ; elles ont été, dans trois cas, égales, et, dans deux cas, supérieures de 500 000 kilogr. seulement aux quantités absorbées par les récoltes.

Von HôhneP. a fait pendant trois ans (1878 à 1880) des expériences sur les végétaux forestiers, et il en conclut qu'un massif plein de hêtres de 145 ans absorbe de 3500000 à 5400 000 kilogr. d'eau, c'est-à-dire à peu près autant ou, en tous cas, guère plus qu'une récolté agricole ; si Theclare est peuplé de 1 300 tiges de 50 à 60 ans, l'évaporalion ne sera plus que de 2300 000 kilogr. et de 700 000 pour un hectare avec 4000 tiges de 35 ans.

Th. Hartig' a trouvé des chiffres beaucoup plus élevés; au. lieu d'une lame d'eau de 35 à 54 centimètres, il en faudrait une de 1"*,02 pour les besoins annuels en eau d'un peuplement plein.

II est certain en tous cas qu'à surface égale les végétaux forestiers évaporent beaucoup moins que les plantes agricoles. M. Risler', à la suite de recherches faites en 1870 et 1871, a constaté que l'évaporation moyenne du chêne est huit fois moindre que celle de la luzerne, quatre fois moindre que celle du chou, trois fois moindre que celle du blé et du gazon.

11 a reconnu aussi qu'un hectare de forêt évapore plus d'eau qu'un rhamp nu et inculte de même surface, mais environ trois fois moins (ju'un hèdtare de terrain garni de plantes fourragères (luzerne, trèfle, graminées).

On voit que les résultats trouvés par un même expérimentateur (Ilôhnel) pour les besoins en eau d'un hectare de forêt varient énormément suivant l'âge du peuplement ; ils varient énormément aussi suivant les auteurs ; enfin les chiffres de Ilôhnel et Wollny, de la comparaison desquels il résulte que la forêt évapore en général

1. Ceiplralblatt fur das gesammte Forstwesen, 1884, Wien, p. 387-409.

2. Allgemeine Forst-und Jagdzeitung, 1878, p. 3, et Botanische Zeitung, 1861, p. 20.

3. Biedermann, Cenlralblatt fUr Agrikulturchemie, 1872, p. 160.

20 ANNALES DE LA SCIENCE AGRONOfiCIQUE.

moins qu'une récolte agricole, comme le soutient aussi Risler, ne s'accordent pas avec les observations faites en Russie.

Gomment expliquer si la forêt transpire trois fois moins d'eau que le gazon, si, d'autre part, l'évaporation du sol, cause importante de perte d'eau, est bien moindre qu'en sol découvert, que la nappe souterraine y soit si pauvrement alimentée ?

11 semble donc que jusqu'ici on ne puisse accorder grande confiance aux chiffres donnés. S'il est facile de déterminer par des pesées l'évaporation d'un arbuste en pot ou d'un carré déjeunes plants forestiers, de gazon ou de blé, si l'on peut, à la rigueur, calculer, d'après ces résultats, sans craindre de trop forts écarts, l'évaporation d'un hectare plein de gazon ou de blé ou de jeunes plants forestiers de même hauteur, il est par trop téméraire d'étendre les résultats obtenus sur un arbuste isolé cultivé en pot à une forêt comportant plusieurs étages d'arbres enchevêtrés et superposés dont les feuilles, plus ou moins ombragées, fonctionnent avec des intensités très différentes.

Ce qu'on peut affirmer, c'est que la forêt absorbe d'énormes quantités d'eau dont une très faible partie seulement est fixée dans les tissus des arbres. Cette faible portion peut être exactement déterminée. On sait depuis les recherches des stations bavaroises qu'une forêt pleine produit annuellement 6 000 kilogr. environ de matière organique desséchée à 100* : cette matière organique est formée à très peu près pour moitié de carbone et pour moitié d'eau. Ainsi sur un ou plusieurs' millions de kilogrammes d'eau qui passent a travers le corps ligneux des arbres, 3000 seulement sont fixés.

Dans l'état actuel de la science il n'est donc pas possible de déterminer, pnr différence, d'une manière suffisamment approchée, le volume d'eau qui vient alimenter les nappes souterraines, parce que si l'on connaît exactement le volume des eaux météoriques, celui qui est intercepté par les feuilles, celui qui est retenu par le sol et celui qui est fixé par les arbres, on n'a pas de résultats assez précis sur deux facteurs des plus importants, l'évaporation du sol sous bois et hors bois et la transpiration des arbres.

Malgré la grande imprécision de certaines données, ^essayons, à titre d'indication vague, d'évaluer, à l'aide des renseignements four-

nis par la météorologie forestière, la quantité d'eau qui vient alimenter la nappe soulerraine sous les forêts du tchemozem.

La hauteur de pluie ne dépasse pas 40 centimètres dont il arrive au sol les 9 dixièmes au plus, soit 36 centimètres.

L'atmidomètre à l'air libre évapore à Nancy les 63 centièmes de Teau qu'il a reçue ; admettons que la proportion soit la même en Russie et que, grâce à la forêt et à sa couverture, l'évaporation soit six fois moindre en forêt ; il faut déduire encore de ce chef 4 centimètres. Les 32 centimètres qui restent forment un volume d'eau qui, d'après les chiffres ci-dessus de von Hôhnel, est intermédiaire entre ce qu'absorbe un peuplement de hêtre de 50 à 60 ans et un vieux massif de 145 ans. ♦

La forêt utiliserait donc toutes ou presque toutes les eaux tombées.

Mais on peut chercher à résoudre le problème directement en déterminant par l'expérience la quantité des eaux d'infiltration qui passent à travers les sols. On remplit de grandes cases de 1"*,20 de profondeur avec des sols divers garnis de récoltes variées et on mesure l'eau de drainage qui s'écoule ; on établit, en un mot, ce que . l'on appelle des lysimètres.

Ebermayer* a rempli 5 cases étanches ayant chacune 4 mètres carrés et l'^jSO de profondeur avec des sols divers et nus et il a mesuré pendant 4 ans (1884-1884) l'eau qui tombait sur ces cases et celle qui s'en échappait.

Pour du sable pur à gros grain, dont plus des trois quarts était formé de grains de plus d'un millimètre, le rapport moyen de l'eau de drainage à l'eau de pluie pour ces 4 années a été de 86 p. 100.

Il a été de 107 p. 100 pour du sable rouge fin et pur dont les 9 dixièmes étaient formés de grains ne dépassant pas un demi-millimètre; de 94 p. 100 pour du lehm pur à grains fins, de 43 p. 100 pour du sable calcaire dont plus de moitié était formé de grains d'un millimètre et au-dessus, et de 39 p. 100 pour de la terre noire tourbeuse, qui de tous les sols connus retient le plus d'eau et en évapore le plus.