TRAVAIL D'ALLUVIONNEMENT DES COURS D'EAU

Principe de raiiuvionnemcnt. — Les rivières qui creusent encore leur li doivent transporter en aval et accumuler quelque part les matériaux provenan

(1) Marcou, Bulletin de la Société géol. de France, 2# série, XXII, p. 290.

ALLUVJONNEMENT. 209

de ce travail ; à moins donc qu'elles ne débouchent directement, sans avoir encore adouci leur pente, dans la mer ou dans un lac, où elles donneraient naissance à des deltas torrentiels, il y a une partie inférieure de leur cours où s'opère le dépôt des éléments transportés. De même, une rivière divagante ne peut changer de lit qu'à la condition de dégrader ses berges et d'en reporter les matériaux à quelque distance dans le sens du courant. Enfin il n'est pas de cours d'eau, si tranquille et si stable que soit son régime, qui, lors des grandes pluies de la saison froide, ne charrie au moins une certaine quantité de sable ou de limon. C'est pourquoi, après avoir étudié le travail de dégradation auquel les rivières se livrent dans la partie torrentielle de leur cours, il importe de définir le travail dalluvionnement qui s'accomplit, soit dans le cours inférieur des rivières demeurées torrentielles, soit dans la totalité du cours des rivières divagantes, soit enfin pendant les grandes crues des cours d'eau tranquilles.

Nous avons déjà indiqué la formule générale de ce travail en disant qu'une rivière dégrade ses rives concaves et alluvionne sur les rives convexes; en effet la concavité des rives marque l'effort principal de l'eau courante, venant se réfléchir contre un obstacle qu'elle tend à détruire, tandis qu'à l'opposé se produisent des remous favorables au dépôt des matériaux. Les berges concaves doivent donc prendre, sous l'influence des éboulements qui s'y produisent, un profil escarpé, tandis que les rives convexes doivent s'allonger sous la forme de presqu'îles doucement inclinées, laissant voir, dans les basses eaux, une accumulation de cailloux ou de graviers, suivant la force habituelle du courant. Mais ces presqu'îles ne sont pas stables, les déplacements de la rivière l'amenant quelquefois à s'y ouvrir un nouveau canal. De cette façon, les matériaux qui les composent cheminent peu à peu, s'usant les uns les autres, arrondissant leurs angles et tandis que les plus petits forment des graviers et des sables, les plus gros deviennent des cailloux roulés. Ces cailloux, dans les rivières ordinaires, n'ont pas la forme habituelle des galets marins, résultat d'une perpétuelle mise tntuspension dans l'eau fortement agitée; ils ont seulement leurs angles émousséset gardent, en général, l'ensemble de la figure qu'ils avaient au moment où ils ont été détachés de la roche. Ainsi les cailloux calcaires sont le plus souvent plais et lenticulaires, parce qu'ils proviennent de couches stratifiées, se débitant suivant des surfaces planes, pendant que les silex n'affectent aucune forme particulière et se recouvrent, au bout de quelque temps, d'une patine jaunâtre caractéristique. Quant aux morceaux de granité et de basalte, ils ont une tendance arquée à s'arrondir. Mais lorsque les cailloux roulés proviennent d'une partie torrentielle de la rivière, il n'y a pas de raison pour qu'ils diffèrent sensiblement des galets qu'on observe sur les côtes.

Aitaion» des crues. — Le travail normal des rivières sur leur lit comporte donc un remaniement et un déplacement à peu près continuels des alluvions dont fe cours supérieur a fourni les éléments. Mais là ne se borne pas l'œuvre de lalluvionnement, dont l'efficacité principale se manifeste au moment des crues»

WUmmEIT, TRAITÉ SI afOLMB. 14

Lorsque le cours d'eau, gonflé par des eaux pluviales, que l'imperméabilité du sol a fait arriver rapidement jusqu'aux thalwegs, se répand sur son lit majeur, sa puissance est assez grande pour que, non content de déplacer de proche en proche ses anciennes alluvions, il charrie violemment, au sein môme de sa masse débordée, des cailloux et des graviers. Seulement il ne garde pas longtemps cette faculté de transport direct et bien vite, par l'effet même de l'extension transversale que prend la nappe d'eau, sa vitesse diminue au point de n'y plus permettre la présence de cailloux en suspension. Ainsi se forment les alluvions des crues, dont la disposition obéit à certaines lois générales.

Lorsqu'une rivière déborde, c'est au moment où les grandes eaux s'étalent par-dessus les rives du lit mineur que leur vitesse s'amortit le plus brusquement; c'est donc dans le voisinage de ces rives que les matériaux les plus grossiers doivent se déposer et leur dépôt a lieu en couches inclinées, à cause de la vitesse du courant ; les sables sont entraînés plus loin et les limons, que leur consistance floconneuse retient longtemps en suspension, ne se précipitent que quand la nappe d'eau est devenue stagnante, ce qui a toujours lieu à une certaine distance du lit normal.

Surélévation des rive». — De cette manière, les alluvions de gravier et de sable forment, sur les deux rives du lit mineur, une sorte de bourrelet, généralement plus élevé que le reste du lit majeur. Si la vallée est très large, cette surélévation persiste et son fond tend ainsi à devenir convexe ; c'est ce qui arrive à la vallée du Nil. De même, n amont de la Nouvelle-Orléans, la rive naturelle du fleuve est plus élevée de 5"*,55 qu'un point du lit majeur situé, à 2100 mètres de distance, sur une perpendiculaire à la rive. Mais si la vallée n'a qu'une faible dimension transversale et que ses versants soient en majorité imperméables, les matériaux entraînés par ruissellement le long de ces versants recouvrent le lit majeur, où ils viennent se fondre avec le produit des crues, de telle sorte que le profil général de la vallée demeure nettement concave (fig. 35). Enfin, quand un cours d'eau est alimenté surtout par un bassin per-

jm^ Rivière

Fi£. 55. — Profil d'une vallée à versants imperméables (d'après Belgrand).

méable, la faible quantité de matériaux meubles qu'il charrie se déposant tout contre le lit mineur et le ruissellement ne se produisant pas sur les versants, la convexité du fond peut être très marquée (ûg. 36). Le cours d'eau en arrive à couler sur le point le plus haut du profil transversal et, entre son lit et le pied des coteaux qui le limitent, s'étendent, à droite et à gauche, des plaines marécageuses, que longent de fausses rivières latérales, destinées à aller rejoindre un

ALLUYIONNEMENT.

peu plus loin le cours d'eau principal. La vallée d'Ource, à Riel-les-Eaux, en

Rivière

Pig. 36. — Profils de vallées à versants perméables (d'après Belgrand).

Bourgogne, offre un exemple très net de cette structure, signalée par Belgrand (1), à qui la figure 37 est empruntée.

Pig. 37. — Profil de la vallée de l'Ource (d'après Belgrand).

Indépendamment de la disposition ci-dessus expliquée, en vertu de laquelle

les matériaux des alluvions sont d'autant plus fins, en général, qu'ils se déposent

plus loin du lit mineur, il se produit aussi une stratification verticale parmi les

éléments de chaque crue particulière. Au début, quand l'inondation commence,

\a vitesse des eaux est grande et elles charrient, même jusqu'aux limites du lit

majeur, de menus graviers. Quand la crue atteint son apogée, les limons et les

sables fins se précipitent ; enfin, en rentrant dans son lit, la rivière abandonne»

à la surface des alluvions, tous les débris végétaux, herbes, joncs et roseaux, que

la violence primitive du courant avait détachés des rives. Si donc il arrive que

ces débris soient, au moins en partie, préservés d'une décomposition à l'air libre,

il en résultera une couche charbonneuse formant la partie supérieure de l'allu-

ïion. Ainsi les trois périodes principales d'une même crue pourront parfois se

reconnaître à cette triple succession, sous une faible épaisseur, de veines aré-

nacées, limoneuses et charbonneuses.

Succession des dépôts auicieos. — Hais la succession qu'on observe lors- V'on vient à entamer les anciennes alluvions d'une rivière est, en général, d'une autre nature. A la base, on trouve une nappe, plus ou moins épaisse, de gros gravier ou gravier de fond, qui représente le travail de la rivière pendant une période de creusement. Par-dessus vient un système formé de sables assez fins, 'nais pourvus d'un grain très net, avec de nombreuses veines de cailloux: c'est ■œuvre du cours d'eau quand sa pente d'amont était déjà bien réduite. Ces sables *>nt recouverts par un sable gras ou terreux, déposé par les crues d'une rivière Tw»me de l'état de régime. Enfin le tout est couronné par le limon de déborde- T^U de couleur ocreuse caractéristique, véritable terre végétale et en même kfops terre à brique.

■^■. — Le limon n'est jamais zone, ce qui prouve que son dépôt a eu lieu

(1) la Seine, Élude* hydrologiques, Paris, 1872.

plutôt par précipitation que par sédimentation, dans une eau dépourvue de toute vitesse, au milieu de laquelle il était suspendu comme en flocons. Ses éléments résultent de ia trituration de toutes les matières arrachées au bassin de la rivière et dont la transformation en limon peut s'accomplir, selon M. Duponchel (1), après un parcours qui n'excède pas 30 à 40 kilomètres. Les particules limoneuses ne sont pas orientées, mais adhèrent fortement les unes aux autres, surtout sous l'action d'une certaine pression. Aussi une berge verticale formée de limon se désagrège-t-elle très peu, tandis que sa surface horizontale n'offre aucune résistance à l'action du courant de crue qui vient s'y déverser. Au contraire, les sables quartzeux sont formés de particules ayant des formes définies et qui, pour cette cause, s'orientent et s'enchevêtrent les unes dans les autres en présentant, dans le sens du courant, une résistance sensiblement horizontale ; mais comme l'adhérence de ces particules est nulle, la moindre action latérale les affouille et les fait ébouler (2).

La masse de limon que dépose une seule crue est généralement peu considérable. On évalue à 0m,126 la quantité dont le dépôt du limon élève, en un siècle, le sol de la vallée du Nil. La moyenne annuelle serait donc seulement d'un peu plus d'un millimètre. La Loire, dans ses crues, renferme habituellement une proportion de limon capable de former une couche de ^ de millimètre. La composition des limons est d'ailleurs variable; mais, dans la plupart, il y a prédominance de silicate d'alumine, avec une certaine proportion de menus fragments quartzeux, ayant de j^ à ^ de millimètre et de l'oxyde de fer, qui donne la coloration brune.

Jonction de deux cour» d'eau. — Lorsque deux cours d'eau viennent à se réunir, le lit commun qui reçoit leurs eaux mélangées n'a jamais une largeur égale à la somme de celles des deux lits affluents. Mais la section du tronc commun est plus profonde et la vitesse de l'eau plus grande, en sorte que la puissance du courant total est augmentée. C'est pourquoi il ne se forme pas d'ail uvions en aval du confluent, malgré les remous auquel peut donner lieu le choc de filets d'eau animés de vitesses qui n'ont ni la môme intensité, ni la même direction. C'est à la pointe môme du confluent que l'alluvionnement se produit, parce que les reraou3 y ont lieu dans une eau superficielle et sous la protection d'une langue de terre. Aussi cette pointe tend-elle sans cesse à s'agrandir» du moins toutes les fois que la rencontre des deux cours d'eau a lieu dans une plaine alluviale et avec des conditions de pente qui permettent le dépôt des matériaux transportés. L'augmentation de la péninsule doit nécessairement se faire aux dépens de la moins importante des deux rivières et ainsi cette dernière est de plus en plus déviée et allongée dans un sens parallèle à celui du cours d'eau principal. Tel est le cas de 1*111 et de beaucoup d'affluents du Rhin dans la grande plaine d'alluvions comprise entre Bâle et Mayence. La plupart

(1 ) Traité d'hydraulique et de géologie agricoles t Paris, 1868. (2) Duponchel : loc. cit.

ÀLLDV10N3EMENT. 213

courent, sur un espace plus ou moins long, parallèlement au Rhin, bien qu'ils n'en soient séparés que par une plaine basse, tandis que, dans les traversées montagneuses d'amont et d'aval, les affluents débouchent dans le fleuve sous un angle droit ou du moins très ouverl(l).

tafluMuoee de la rotation terrestre. — On a cru constater que, dans notre hémisphère, les rivières coulant du sud au nord avaient une tendance marquée à se porter du côté de leur rive droite- Tel serait le cas des rivières sibériennes et celui de plusieurs des cours d'eau qui descendent des Pyrénées. Ce fait a été attribué a la rotation terrestre. Une molécule d'eau qui se dirige du sud au nord rencontre, dans sa descente, des régions où la vitesse de rotation est de moins en moins prononcée ; elle doit donc conserver un excès de vitesse dans le sens où s'accomplit le mouvement diurne de la terre, c'est-à-dire de l'ouest à l'est et ce serait cet excès qui entraînerait, de préférence, la dégradation des berges orientales. .

Cependant, quand on soumet cette hypothèse au calcul, on trouve des chiffres assez insignifiants. Ainsi H.Duponchel (2) évalue la déviation vers l'est à ïô&th du déplacement longitudinal et H. J. D. Dana (3) trouve que si l'on compare les actions érosives exercées sur ses deux berges par un courant de 300 mètres do largeur et de 3 mètres de profondeur, la première sera à la seconde dans le rapport de 461 à 460. La différence est si faible qu'on se demande si elle peut réellement arriver à produire un effet sensible; d'ailleurs, du moins pour ce qui concerne nos climats, la prédominance marquée des vents pluvieux de l'ouest doit suffire pour placer dans des conditions particulières les versants qui leur font directement face et les rendre plus accessibles au ravinement.

Formation de* lac* de barrage* et de» plaine* alluviale*. — La disposition de certaines rivières en bassins étages, par suite du défaut d'homogénéité des roches à travers lesquelles le creusement a dû s'effectuer, entraine diverses conséquences géologiques intéressantes, qu'il est opportun de faire ressortir ici.

D'après ce que nous venons de voir, toutes les fois qu'un massif de roches 'lare* se présente en torero du lit d'un cours d'eau, ce massif commence par agir à la manière d'un harrage et l'eau doit s'accumuler en arrière, jusqu'à ce qu'elle réussisse à vaincre l'obstacle. Ainsi se forme un lac, dont les eaux se Versent par-dessus le barrage, si elles ne parviennent pas à l'entamer, ou le Inversent suivant une gorge étroite, appelée couloir, si la roche est accessible * l'érosion.

lm 1res bon type de ci! mode de formation parait être la vallée de la Durante . ^le vallée, comme lu remarqué M. Surelt(4), « s'élargit et se resserre succes-

tedui: La Terre, I. p. 1*2.

I llydmulique et Géologie agricole; p. 108. 0) Htm*! o( Geolvgy, 3- Mit., p. 050.

H| titdet lur If torrent» 4e* Hauteo-Alpe», p. 3.

sivement, de façon à former comme un chapelet de bassins successifs, séparés par des étranglements. Ces bassins sont allongés dans le sens de la rivière, » Il est probable qu'à une époque reculée chacun de ces cirques elliptiques était occupé par un lac et qu'alors la rivière était remplacée par une succession de bassins étages, communiquant les uns avec les autres par des cataractes et des rapides, situés à la rencontre des massifs de roches dures. Peu à peu ces dernières se sont creusées et la pente de la rivière est devenue continue. C'est alors que de torrentielle qu'elle était elle a passé à l'état de rivière simplement divagante.

Lorsqu'une rivière qui a dû traverser un lac de barrage en sort par un couloir, Y émissaire du lac, limpide puisqu'il vient d'une nappe d'eau sans vitesse et ayant, par conséquent, déposé tout ce qu'elle tenait en suspension, est généralement torrentiel à cause de la pente du couloir. Par suite, il doit peu à peu creuser son lit, d'où résulte un abaissement progressif du niveau de la nappe lacustre (1). C'est parce que le Rhône, à sa sortie du lac de Genève, s'échappe par un couloir de ce genre, aujourd'hui profond de 40 mètres au bois de la Bâtie, que le niveau du lac a subi, à diverses reprises, des changements dont témoignent les anciennes terrasses étagées sur ses rives. A ne considérer que ceux qui se sont accomplis depuis l'époque romaine, on peut constater que l'ensemble a produit un abaissement d'environ deux mètres. Cette descente de la surface du lac ne peut pas être continue ; elle doit en général s'effectuer par saccades et seulement à mesure des progrès du creusement dans le couloir.

Au contraire, à l'entrée du cours d'eau dans le lac, la rivière ne peut manquer de déposer des alluvions; car c'est là que sa vitesse s'amortit tout d'un coup. Il se constitue donc, en cet endroit, une plaine d 'alluvions qui doit gagner peu à peu sur le lac, surtout quand le niveau de ce dernier s'abaisse et dont la pente est celle même du cours d'eau, c'est-à-dire très peu sensible à l'œil. Cette plaine se forme par le fait seul de l'existence du lac et quelles que soient les conditions dans lesquelles se trouve l'émissaire, pourvu toutefois que son cours ne soit pas entravé. Comme d'ailleurs aucun autre mécanisme naturel ne parait propre à rendre compte d'une telle disposition, il est permis de poser en principe, avec H. Dausse(2), que toute plaine alluviale résulte d'un barrage, solide ou liquide, qui la terminait lors de sa formation.

Changements de niveau des lacs de barrages. — Mais les circonstances

sont nécessairement différentes lorsque le cours d'eau, immédiatement au sortir du lac, chemine sur une plaine qu'il ne peut entamer et surtout lorsqu'en ce point il vient à recevoir un affluent torrentiel. En effet, les alluvions de ce dernier, en s'accumulant au confluent sous la forme d'un cône de déjection, font de plus en plus obstacle au déversement du lac, dont le niveau est contraint de s'élever en reculant vers l'amont et, de cette manière, des vallées primitive-

(1) Dausse in Bull, de la Soc. géol. de France \ 3* série, ni, p. 140.

(2) Bull, de la Soc. géol. de France, 2- série, XXIII, p. 449.

ALLUYIONNEMENT. 21!>

ment très saines peuvent devenir de plus en plus marécageuses et infectes. Tel est précisément le cas qui s'est présenté en Suisse, pour les lacs de Walen, de Thoune et de Brienz.

Le remède à ce mal a été trouvé, dès le treizième siècle, ainsi que l'a rappelé

M. Dausse, par les moines Âugustins d'Interlaken. Par cela seul que l'affluent

dont les apports obstruent la sortie du lac est torrentiel, cela veut dire qu'il a

une pente rapide. On peut donc, sans entraver son écoulement, sacrifier une

partie de cette pente en jetant l'affluent, par un canal artificiel, dans le lac

même, c'est-à-dire en amont du confluent naturel. De cette façon, non seulement

on débarrasse l'émissaire de l'obstacle apporté à son cours par les alluvions, et

par conséquent on assainit la région marécageuse où se faisait la jonction des

deux rivières; mais la réunion de leurs eaux donne souvent à l'émissaire une

force qui le met en état de creuser son canal, de telle sorte qu'il en résulte un

èaissement dans le niveau du lac et un assèchement des rives que l'eau tendait

jusqu'alors à envahir de plus en plus.

Cest ainsi qu'en dérivant la Lûtschinen dans le lac de Brienz, on a pu assainir la plaine située entre ce lac et celui de Thoune. En 1714, les échevins de Thoune firent la même chose pour la Kander, dont les alluvions obstruaient le lit de l'Àar à sa sortie du lac. Un tunnel fut creusé, qui permit de faire déboucher la rivière dans le lac de Thoune, à près de trois kilomètres en amont du déversoir. La ville, auparavant malsaine et goitreuse, fut assainie par ce travail, qui produisit en outre un résultat géologique intéressant. La dérivation de la Kander, obtenue à l'aide d'un passage souterrain, étant beaucoup plus courte que l'ancien lit de la rivière, sa pente devait être sensiblement plus forte; le cours d'eau artificiel, tombant en cascade d'une trentaine de mètres au milieu d'un terrain sans consistance, formé de sable, de gravier, de terre et d'un grossier poudingue, se mit immédiatement à creuser son canal et à en faire ébouler les parois. Son affluent, laSimmen, dut participer à ce travail et les deux rivières réunies firent naître, dans l'ancienne plaine où se faisait leur jonction, une excavation profonde de 20 mètres et plus, dont la largeur varie de 50 à 300 mètres. M. Dausse (1) n'évalue pas à moins de 40 ou 50 millions de mètres cubes le volume des matériaux ainsi versés dans le lac en dix ou vingt ans.

Ce rapide encombrement, qui, au début, amena l'inondation de la ville de Thoune, frappa tellement les esprits que Haller témoigna la crainte de voir le lac obstrué et relevé un jour au point d'être réuni au lac de Brienz. C'était supposer ^e l'œuvre de la Kander allait se poursuivre avec la même activité; mais l'im- ««nse énergie déployée au début tenait à ce que l'équilibre avait été brusquent rompu entre la force du courant et la résistance du fond et un nouvel état de stabilité ne devait pas tarder à se produire (2). Exemple bien frappant de la rapidité avec laquelle s'accomplit le travail des agents naturels d'érosion et de

(1) Étude* relatives aux inondations, Paris, Imprimerie nationale, 1872* M tousse : loc. cit.

transport, quand ils trouvent réunies toutes les conditions propres à donner à l'eau courante une grande puissance vive.

Escher de la Linth, en jetant dans le lac de Walen la rivière dont le nom lui a été donné en souvenir de ce bienfait et en resserrant le lit de l'émissaire du lac, a assaini cette vallée, les eaux ayant acquis assez de puissance pour approfondir le couloir de 4 mètres à travers la barre de cailloux qui l'obstruait auparavant. Enfin, tout récemment, on a entrepris de débarrasser la contrée du Seeland des eaux stagnantes dont elle souffrait en jetant l'Aar dans le lac de Bienne. Ce travail a déjà eu pour résultat de faire baisser de deux mètres le niveau des lacs de Morat, de Neuchâtel et de Bienne. Plusieurs anciennes stations lacustres se sont trouvées ainsi émergées. A St-Blaise, un banc de tourbe a été mis à découvert sur une grande étendue, en même temps que les traces d'une forêt de pins sylvestres, et sur les berges de la Tine, on a pu voir affleurer une plage de sable et de gravier, qui contenait, avec des briques et des tuiles romaines, des monnaies d'Auguste, de Tibère, de Claude et d'Adrien (i).

Or ce que l'homme est capable de faire par un simple travail de dérivation, mille causes naturelles ont pu l'accomplir dans le passé; le régime des lacs a donc varié bien des fois; mais en général, les époques de changement de niveau ont été séparées par des intervalles d'équilibre , pendant lesquels les cailloux amenés sur les rives s'y étalaient en plages sous l'action des vagues; ce sont ces plages qui, aujourd'hui, forment les terrasses lacustres qu'on observe à différents niveaux sur les bords des lacs et où l'on doit voir les témoins, non de leur creusement, mais de rabaissement progressif de leur surface.