Manuel liydrologiqiie du bassin do la Seine

M. Victor Fournie a cru reconnaître que les variations séculaires de la hauteur de pluie suivent à i)cu près la même loi pour des stations peu éloignées les unes des autres, et il a posé en conséquence ce principe : que le rapport entre les hauteurs de pluie pour deux localités suffisamment rapprochées est un nombre constant. Bien que l'expé rience ne confirme pas, d'une manière générale, la règle de M. Fournié, on peut admettre qu'elle s'applique assez bien aux moyennes d'un certain nombre d'années dans une région comme le bassin de la Seine, où le climat est rcmarqualDlemcnt homogène.

82. Variations annuelles. — La répartition des pluies entre les diverses saisons de l'année est loin d'être uniforme.

Dans les climats chauds et tempérés, les pluies d'été sont d'ordinaire

moins fréquentes mais plus abondantes que les pluies d'hiver. Or, ce sont les pluies ou les neiges d'hiver qui se rendent en proportion plus considérable dans les thalwegs superficiels ou souterrains et qui contribuent le plus à l'alimentation des cours d'eau, des nappes et des sources. Les eaux pluviales de la saison chaude sont restituées en très grande partie à l'atmosphère par l'évaporation directe du sol et des végétaux. Il est donc fort intéressant de connaître la loi des variations annuelles de la pluie lorsque l'on s'occupe de questions relatives à l'utilisation des eaux.

La courbe {fkj. 4) qui résume les moyennes des constatations faites à l'Observatoire de Montsouris, de 1873 à 1884, accuse nettement la prédominante des pluies de la saison chaude à Paris, dans une période

Le résumé des observations relatives aux périodes antérieures, à l'Observatoire de Paris, montre que cette prédominance est constante :

Fia:. 4.

Périodes.

mi-n97

Saison froide. Saison chaude. Total moyen.

mm

M Dausse qui, depuis longtemps, a fait ressortir ce mode de répartition des pluies à Paris, l'a exprimé par la loi suivante : la quantité (1< pluie du semestre chaud (P^ mai - 30 octoln-c) dépasse en moyenne d. moitié celle du semestre froid novembre - 30 avril).

On a observé égaleaieijt que cette loi s'applique aux stations pluviomctriques du bassin de la Seine, où la hauteur de la pluie est inférieure ;'i la moyenne.

83. L'eau de pluie. — L'eau de pluie provenant immédiatement de la condensation des vapeurs dans l'atmosphère devrait, semble-t-il, se présenter dans un état de pureté presque parfaite. Or, il est loin d'en être ainsi : avant luême de tomber sur le sol, elle s'est chargée de gaz empruntés à l'air ambiant, de substances solubles, de particules solides, rt ti'ès souvent elle est plus riche en matières organiques que les eaux recueillies après un long parcours dans l'épaisseur des terres. Ce fait .s'explique d'ailleurs sans peine si l'on songe que l'atmosphère reçoit nécessairement toutes les impuretés provenant de la resiDiration des plantes et des animaux, de la décomposition des matières organiques à la surface du sol, de la combustion, etc.; que les vents entrament et mettent en suspension des poussières de toute nature, grains de sable, matières salines ou organiques, corps organisés, germes microscoiDiques.

Les gouttelettes d'eau emprisonnent et retiennent, au moment même où elles se forment, toutes les impuretés qui se trouvaient réparties avec la vapeur d'eau dans une masse d'air considérable. Aussi, l'eau de pluie recueillie en mer est-elle plus pure qu'à l'intérieur des terres, en rase campagne que dans le voisinage des villes. Au contraire, la rosée, le givre, les hrouillards, qui se forment dans les couches inférieures de l'atmosphère, sont plus chargés que la pluie provenant de couches plus éloignées du sol.

L'eau de pluie est toujours aérée, et il n'en saurait être autrement puisque, avant de tomber sur le sol, elle a traversé, dans un état de division extrême, une tranche épaisse d'air atmosphérique. Elle contient de 20 à 40 centimètres cubes de gaz dissous par litre (Péligot), dont deux tiers environ d'azote, un quart à un tiers d'oxygène, et jusqu'à un douzième d'acide carbonique. Baumert a trouvé à la température de 11° :

Azote 64,46

Oxygène 33,76

Acide carbonique 1 ^17

L'analyse y décèle la présence d'une quantité notable de matières sohdes : M. Barrai en a trouvé 35 milligrammes par litre, à l'Observatoire de Paris ; M. Marchand, à Fécamp, 50 milligrammes. Très fréquennnent, la proportion est plus inqiortante encore. Ce sont souvent des matières organiques, des composés anmioniacaux, des nitrates, sulfates, chlorures; mais on y rencontre aus.si des alcalis, de la chaux, 'le la magnésie, de l'oxyde de fer, de l'iode, du brome, etc.

La Connnission anglaise d'enquête sur la pollution des rivières a trouvé, dans 81 échantillons d'eau de pluie ou de neige (|u'ellr a fait

analyser, de 0""^, 26 à S""'^, 72 de carbone et 0""% 03 à 0"'^ G6 d'azote organique par litre.

M. Barrai et surtout M. Boussingault ont fait de noniln-euses observations sur la teneur de l'eau de pluie en ammoniaque. Ils ont trouvé à Paris des résultats variables, entre 1 et 10 milligrammes par litre, avec une moyenne de 3 milligrammes. Il semble d'ailleurs que la quantité d'ammoniaque aille en diminuant quand l'altitude augmente. M. Bobierre, à Nantes, en a trouvé 5""*-', 94 à 7 mètres du sol et 2 milligrammes à 47 mètres ; dans les Vosges, M. Boussingault indicpic 0"'-, 79 seulement. Au conmiencement d'une averse, l'eau de pluie contient plus d'ammoniaque qu'à la fin ; dans un des exemples cités par M. Boussingault, la quantité,d'ammoniaque a passé de 6^., 59 à O"-, 30.

Matières organiques et ammoniaque paraissent provenir surtout du sol. La rosée en contient beaucoup, le brouillard plus encore. Et c'est un fait connu que, pour la neige, la proportion augmente par le séjour sur le sol : après trente-six heures, on a trouvé 10™-, 34 d'ammoniaque au lieu de 1""^ 78 (Boussingault), et 3 milligrammes au lieu de 0"'-, 00 (Lawes et Gilbert).

L'acide azotique existe presque toujours dans l'eau de pluie, généralement à l'état d'azotate d'ammoniaque. M. Barrai en a trouvé l""- ,84 à 36 milligrammes. La proportion est généralement assez forte dans les pluies d'orage, où l'on constate en même temps la présence de l'ozone.

Le chlorure de sodium, provenant de l'océan, est entraîné au loin dans l'atmosphère ; l'air est salé au bord de- la mer, et nulle part on ne le trouve exempt de traces de soude ; aussi l'eau de pluie en contient-elle toujours. M. Barrai, à Paris, accuse une teneur de chlorure de sodium de 2-"^ 26 à 7'"^ 61, avec une moyenne de 3°"?, 5 par litre ; au voisinage de la mer, la proportion est plus forte : Fécamp, 15 milligrammes ; Marseille, 7 milligrammes ; Caen, 6 milligrammes ; Manchester, 15 milligrammes. M. Chatin a signalé la présence de l'iode dans l'eau de pluie : les iodures et bromures accompagnent en effet presque toujours les chlorures.

A Paris, l'eau de pluie renferme toujours du sulfate de chaux ; dans les pays manufacturiers, elle est d'ordinaire chargée d'acide sulfiu-iquc emprunté aux produits de la combustion de la houdle.

84. Emploi de l'eau de pluie. — Tout ce qui précède se rapporte à l'eau de pluie telle qu'elle est recueillie dans les laboraton-es. Mais, lorsqu'elle est reçue après avoir ruisselé sur les toits, dans les gouttières, elle est beaucoup moins pure encore ; sur son passage, elle a recueilli des poussières, des débris de charbon, des matières étrangères de toute nature. yVussi est-elle très sujette à se gâter lors(iu'on la conserve pendant quelque temps. Ilippocrate recommandait de la faire bouillir pour

§ 3. — LES EAUX SUPERFICIELLES 81 en prévenir la corruption et l'empêcher de contracter une odeur désagréable.

Quoi qu'il en soit, l'eau de pluie est plus pure que la plupart 'des eaux de sources ou de rivières .: aussi est-elle d'un usage constant dans un o-i-and nombre de localités. Bien que certains auteurs la considèrent comme fade et peu digestible, elle est habituellement acceptée sans peine pour la boisson. Excellente pour les bains, le lessivage du linge et les diverses opérations de l'industrie, elle est souvent employée au lieu d'eau distillée dans les laboratoires de chimie et dans les pharmacies.

Comme il est extrêmement difficile de se la procurer en grande quantité sur un point donné, l'eau de pluie ne se prête guère qu'à des alimentations ti'ès restreintes, celles d'une maison ou d'une ferme, d'un établissement industriel, d'un petit groupe d'habitations, par exemple. Elle ne saurait être la base d'une distribution d'eau publique de quelque importance.

85. Les eaux à la surface du sol. — Les eaux que l'on rencontre à la surface du sol peuvent être classées en deux catégories distinctes.

Les unes sont soumises à un écoulement continu, et, obéissant aux lois de la pesanteur, descendent peu à peu des points relativement élevés où commence leur cours, jusqu'à l'océan où elles vont finalement aboutir. Elles occupent les thalwegs des diverses régions qu'elles traversent et y forment des torrents, lorsque la vitesse dont elles sont animées est grande et que leur régime est très irrégulier; des ruisseaux, quand elles ont une vitesse moindre, un régime moins variable et un faible débit; des rivières, quand le débit est plus considérable; des fleuves dans la dernière partie de leur course vers la mer. On les comprend sous le nom générique d'eaita: courantes.

Les autres, au contraire, accumulées dans certaines dépressions naturelles du sol, y demeurent perpétuellement immobiles et méritent l'appellation d'eciitx dormantes. Si elles s'épanchent sur un terrain peU déclive et le recouvrent d'une couche liquide sans profondeur, elles constituent un étang ; quand les bords de la cuvette sont plus escarpés et la masse d'eau plus profonde, c'est un lac.

Toutes les eaux de superficie sont dues, au moins en partie, à la réunion des filets liquides provenant du ruissellement de la pluie à la surface du sol. Mais il arrive souvent qu'elles reçoivent un complément d'alimentation, soit des affleurements d'une nappe souterraine, soit des sources qui jaillissent sur les bords ou dans le fond même de leur ht.

Suivant que l'un ou l'autre mode de formation domine, ces eaux diffèrent plus ou moins des eaux météoriques par la quantité et la nature des substances qu'elles tiennent on dissolution ; généralement plus riches en matières minérales, lorsque la proportion d'eau de source est irrandc, elles ont toujours une composition très variable et en rapport direct avec celle des terrains qu'elles ont traversés.

Si elles proviennent surtout des eaux pluviales, leur température suit une loi peu différente de celle de l'air, quoique les variations en soient moins rapides et moins étendues ; dans le cas contraire, e le end ordinairement à se rapprocher de la température moyenne, et dillerf. parfois très sensiblement de la température de l'air suivant la proportion des eaux souterraines et la profondeur des couches d ou elles

*'''soir rhvfluonce de la chaleur et de la lumière, la vie végétale et animale se développe dans toutes les eaux de superficie : plantes aquatiques, poissons, mollusques, algues et microbes y vivent et y meurent, V croissent et s'y reproduisent. Il n'en résulte aucune altération de la aualité de l'eau, lorsque cette eau est constamment et abondamment renouvelée, lorsque le mouvement continu auquel elle est soumise favorise l'action de l'oxygène sur les matières organiques provenant de la décomposition des substances animales ou végétales Ne sait-on pas IL les eaux les plus pures sont celles où vit la trmte et ou croit le cresson de fontaine? Mais si l'eau est peu ou point renouvelée, et forme une masse de faible profondeur, la décomposition des végétaux ne tarde à y introdmre des principes pernicieux; des plantes d'un ordre in- 2 J^u^ carex, mousses, cryptogames s'y multip len ; les PO-sons n > peuvent plus vivre ; des odeurs caractéristiques s'y développent, et elle devient absolument impropre à l'alimentation.

Un effet analogue se produit même dans les eaux à c.my-apic^ et pi-lnd lorsqu'on vient à y déverser en quantités considérables des es'ius 0 o-anicpies provenant des égouts des villes ou des déjections de., u es ces matières forment des dépôts putrides, a ermentat.on s'opère aux dépens de l'oxygène dissous, des gaz méphitiques se de-

gagent et l'insalubrité f ^-^^^^^f^^^.^^^^,^.^^ particuliers des ea^cx cou-

86. Les eaux courantes. — Lies caiacieies pcuin^t vantes résultent du mouvement incessant dont elles sont animées.

sf elles coulent sur des roches cristallines, elles n'entraînent qu une très faible quantité de matières, et ne tiennent en dissolution <iue Us t aces de chlorures et de sulfates. En passant sur des terrains meul l > i calcaires, elles se chargent de sels de chaux et de magnésie, dont a pv/sence de'l'acide carbonique favorise la dissolution ; on y trouve aloi . smtout du bicarbonate de chaux, sel assez soluble mais peu stable t dont a dissociation donne lieu à des dépôts de carbonate de chaux ; aux eilnsVpseux, elles empruntent le sulfate de chaux, beaucoup phi>

g 3. — LES EAUX SUPERFICIELLES 83

soluble que le carbonate ; mais en même temps les teri-es végétales les dépouillent de certaines substances, telles que l'ammoniaque, la potasse, l'acide phosphorique. Ces deux actions, en sens inverse, ont d'ordinaire pour effet une augmentation des substances minérales dissoutes (|ui se trouvent généralement en plus grande quantité dans les eaux superficielles que dans les eaux pluviales, mais encore en moindre proj)ortion que dans les eaux soutei'raines.

Suivant la vitesse plus ou moins grande de leur écoulement, les eaux courantes exercent sur le sol, lit et rives, une action destructive plus ou moins rapide, action mécanique et chimique tout à la fois. Les dépôts provenant de la désagrégation des roches, les terres meubles, les sables, les graviers sont entraînés en fragments plus ou moins gros, suivant la vitesse de l'eau ; les parties les plus denses se séparent les premières lorsque la vitesse diminue, et forment des dépôts, des alluvions ; les plus fuies, les plus ténues restent fort longtemps en suspension, et constituent le limon, qui ne se dépose que très lentement et voyage souvent jusqu'à la mer. La proportion des matières entraînées peut être considérable : on cite les eaux du Gange, du Mississipi, comme chargées de quantités énormes de matières solides en suspension, celles du Rhône en contiennent ordinairement 20 grammes par mètre cube, celles de la Saône 40, de la Durance 280. Dans les averses, la proportion augmente beaucoup et elle devient extrêmement importante en temps de crue; la Saône entraîne alors 100 grammes par mètre cube d'eau, la Loire 250, la Seine 500,1e Nil L580,la Durance 4.180, le fleuve Jaune jdIus de 5.000.

Aussi la plupart des rivières ont-elles des eaux daireis en temps d'étiage' et se troublent-elles au moment des crues; les cours d'eau torrentiels surtout deviennent extrêmement troubles lorsqu'ils traversent des terrains meubles ; ceux alimentés presque uni(j[uement par des sources deviennent seulement louches. On dit que l'eau est claire lors- (fu'un ol^jet d'un décimètre carré de surface et de couleur blanche y est nettement visible à une profondeur de 0'",50 ; elle est louche tant qu'on le distingue encore, trouble lorsqu'on ne le voit plus.

La durée des troubles varie ])eaucoup avec la constitution géologique du sol ; on a observé en France qu'ils durent trois à quatre jours sur les terrains granitiques, un peu plus longtemps sur le lias, tout le temps des crues sur les terrains calcaires. La Seine, à Paris, est claire pendant 225 jours par an, louche pendant 61, trouble pendant 79 ; l'Yonne à' Ckunccy, est claire 316 jours, louche 25 et trouble 24 ; la Marne, à Saint-Dizier, est claire 58 jours, louche 105 et trouble 202.

Les rivières sont les collecteurs naturels de toutes les eaux rési-. duaires, et, lorsqu'elles traversent de grands centres dépopulation, elles: reçoivent une quantité considérable de matières organiques, de déjections de toute espèce, ([ui peuvent devenir une cause grave dalté-

ration de leurs eaux ; la navigation, lorsqu'elle existe, contribue aussi à cette altération. Heureusement, l'agitation continuelle à laquelle les eaux des rivières sont soumises favorise la dissolution de l'oxygène qui assure la combustion des matières organiques, détruit les germes, combat efficacement la contamination progressive qui serait à redouter, et rend à l'eau sa pureté, son innocuité première. Il en résulte que la proportion d'oxygène dissous fournit une indication de la pureté relative des eaux de rivière, et c'est en étudiant les variations de la quantité d'oxygène qu'on peut suivre les progrès de l'altération ou de la purification naturelle de ces eaux. Les chiffres suivants, relatifs à la Seine entre Choisy-le-Roi et Poissy, c'est-à-dire de 10 kilomètres en amont de Paris à 60 en aval, sont caractéristiques :

d'nprcs d'après GiÎRARDiN M. Albert Liîvy

mg itiK

Choisy-le-Roi 10,8 9,7

Pont d'Ivry 13,6 9,3

Pont d'Austerlitz » 9,5

Usine de Chaillot » 8,3

Billancourt 8,2 8,9

Suresnes '''^ 8,7

Pompe de Neuilly >' "^'1

Aval de Gennevilliers " 8,7

Saint-Denis » 8,2

Épinay , 1^5 5,3

Marly "

Maisons 5,3 8,5

Poissy 8,8 »

ils marquent bien nettement l'effet des égouts, lavoirs, bains, etc., dans la traversée de Paris, puis l'influence néfaste du débouché des grands collecteurs à Clichy et Saint-Denis, dont l'oxydation n'a raison qu'après un fort long parcours. De grands efforts ont été faits en Angleterre pour combattre ce que l'on y a désigné du nom de po H uhon des rivières • une réglementation très sévère oblige les villes et les industries à épurer leurs eaux résiduaires avant de les jeter dans le lit dos cours d'eau qui servent à l'ahmentation; et néanmoins, l'altération des eaux de la Tamise, en amont de Londres, et surtout de celles de la Lea, qui sont aussi distribuées dans la capitale britannique, va constamment en croissant d'une manière véritablement inquiétante

La composition de l'eau des rivières est nécessairement très variable suivant le point de leur cours où on la puise, le moment considère, la nature du sol sur lequel elles coulent, la distance des centres habités, etc. Sa couleur passe du jaune doré sur le granit à la teinte bleuâtre des