SOURCES

MéipiiBe dem aourees dans les régioa» ealealres. — Le régime des sources ^ dans les terrains calcaires, offre des particularités remarquables lorsque les eaux d'infiltration n'y peuvent pas pénétrer par toute la superficie qui reçoit la pluie. Ce cas se réalise sur les plateaux de la Normandie, aux environs du Havre, où la nappe aquifère emmagasinée dans la craie fissurée et retenue par les argiles du terrain crétacé inférieur, est séparée de la surface du sol par Targile à silex. Il résulte de cette disposition que l'infiltration se produit seulement sur les flancs des vallons où affleure la craie et aussi dans les points où les piliers crayeux qui séparent les poches d'argile imperméable peuvent arriver jusqu'au jour. Dès lors, ainsi que l'a bien établi M. Meurdra (1), l'eau de pluie ne réussit à pénétrer qu'après avoir accompli un long trajet à l'état d'eau sauvage et avoir subi en i*oute des pertes importantes. La pluie ne peut donc être profitable aux sources que si elle est suffisamment intense.

De plus, en raison même de la nature des calcaires dont la craie est constituée, le bassin souterrain de la nappe d'infiltration doit comprendre des poches, des cuvettes, des couloirs, des plans inclinés et des ondulations de diverses natures. Si on le suppose entièrement à sec, il faut que les premières eaux d'infiltration remplissent les cavités qu'elles rencontrent tout d'abord, et passent de l'une à l'autre en franchissant les seuils qui les séparent, avant d'arriver aux orifices de §ortie. Dans ces conditions, tant que les eaux affiuentes sont peu abondantes, le débit des sources reste faible et régulier. Aussitôt qu'une crue survient, le débit augmente, jusqu'à ce que toutes les cavités soient remplies de la base au plafond; alors l'écoulement par siphons se substitue à l'écoulement par déversoirs et le débit des sources s'accroît au point de vider des poches qui fussent restées indéfiniment pleines, si les pluies n'avaient pas cessé d'être régulières et modérées.

Ainsi s'explique, selon M. Meurdra, le fait, bien constaté au Havre, que le tribut d'un hiver pluvieux met quelquefois trente mois à s'écouler : c'est que, par la mise en jeu des siphons, les sources en viennent à débiter de l'eau emmagasinée peut-être depuis des années.

Endéfinitive, rienn'est plus irrégulier que le régime hydrologique des formations qui ne doivent leur perméabilité qu'à des fissures. Les nappes y occupent des poches inconnues, y forment des fleuves souterrains ; des rivières s'y perdent pour reparaître plus loin au jour, sans que bien souvent l'allure de la surface permette de prévoir aucune de ces particularités.

■APPBS ARTÉSIXmiBS

FonMiUoa des sappes Jaillissantes. — Les nappes d'infiltration ne s'écoulent au dehors, sous la forme de sources, que là où elles sont rencontrées par (1) kuoeiation frahçaue, Session da Havre« p 467 ^

un thalweg; toute la partie de ces nappes située au-dessous des vallées les plus profondes demeure emmagasinée dans le sous-sol et ainsi les couches superficielles de Técorce terrestre peuvent être considérées comme saturées d'humi* dite. On en a facilement la preuve dans les mines où» même en Tabsence de toute fissure, on voit l'eau suinter sur les parois des galeries, fussent-elles constituées par le granité le plus compact. Une roche perméable, par exemple une assise de sable, qui affleure au jour sur une étendue suffisante, devient donc, dans la profondeur, un véritable réservoir d'eau. S'il arrive que cette assise plonge, à partir de son affleurement, sous une couche imperméable, la nappe souterraine, obligée de partager l'inclinaison du sable qui la contient, finira par acquérir une pression d'autant plus grande qu'elle descendra plus bas au-dessous des dernières coupures de la surface par lesquelles elle puisse s'épancher. Soit CD (fig. 45) une assise de ce genre, affectant la forme d'une cuvette et

Fig. 43. — Puits artésien. AB, couche imperméable; CD, couche aquifère; EF, Puits artésien.

recouverte par une couche imperméable concordante AB. Au point le plus bas du bassin, en E, la nappe d'infiltration, alimentée par les pluies qui tombent en D et en C, ou du moins par la partie des infiltrations pluviales de D et de C qui ne trouve pas son écoulement dans les sources voisines, est soumise à une pression hydrostatique considérable. Cette pression serait égale au poids d'une colonne d'eau ayant pour hauteur la distance verticale du point E au point I), si la pression pouvait se transmettre intégralement, ce qui n'est pas le cas, à travers la masse de sable au milieu de laquelle l'eau de la nappe est disséminée. Si donc, à l'aide d'un sondage, on met le point E en communication directe avec la surface libre du sol en F, non seulement le trou de sonde EF se remplira d'eau; mais cette eau jaillira au dehors, pour peu que le point F, voisin du centre du bassin, soit sensiblement au-dessous de D. En élevant une colonne de tubes au-dessus de F on y ferait monter l'eau jusqu'en un point G, tel que la distance verticale de G à D représenterait la perte de charge résultant du mélange des particules sableuses. Mais si on laisse l'eau s'échapper librement en F, elle sera loin d'arriver jusqu'en G, d'abord à cause de la résistance de l'air, ensuite parce que le mouvement de l'eau dans le sondage vertical et le trajet qu'elle doit accomplir au voisinage de E pour y arriver, augmentent sensiblement la perte de charge hydrostatique.

Un puits qui réalise ces conditions s'appelle "puitz artésien, du nom de la province d'Artois, où les premiers sondages de ce genre ont été exécutés.

NAPPES ARTÉSIENNES. 239

Nulle part les conditions favorables au forage des puits artésiens ne sont plus complètement réalisées qu*à Paris. En effet, cette capitale occupe le centre d*un bassin géologique formé de cuvettes concentriques dont les bords se relèvent en anneau et viennent affleurer à des altitudes d'autant plus grandes, qu'on s'éloigne davantage vers le sud, Test ou le nord-est. L'une de ces cuvettes est constituée par une assise de sables verts^ très perméables et séparés du grand s^-stème crayeux, facile à percer malgré quelques lits de silex, par Targile compacte et imperméable du gaulL Les sables verts affleurent, sous la forme d'une bande continue, depuis le département des Ardennes jusqu'à la vallée de la Loire au moins, et toujours à une altitude qui, môme dans les vallées, est très supérieure à celle de la plaine parisienne, car en aucun point elle n'est audessous de 100 mètres. Aussi, en allant chercher, sous Paris, ces sables verts, que la sonde rencontre à environ 550 mètres au-dessous de la surface, on obtient une colomie jaillissante, capable de s'élever au moins jusqu'à l'altitude 72 ou 75, c'est-à-dire à 40 mètres au-dessus de la plaine d'alluvions de la Seine.

11 n'est pas nécessaire, comme on le croit quelquefois, pour qu'une nappe soit jaillissante, qu'elle se trouve enfermée entre deux couches imperméables, 11 sufflt, si la nappe est profonde, qu'elle soit comprimée par une seule couche d'argile qui maintienne sa surface supérieure, car, en vertu de l'état de satura-tion de l'écorce terrestre, l'eau de la nappe n'a aucune raison d'être attirée vers le bas. La déperdition d'une nappe ne serait à ci*aindre que si la couche perméable qui la renferme lui fournissait quelque part un écoulement vers la mer ; mais toutes les fois qu'il s'agit de nappes existant à une notable profondeur au dessous du niveau de l'océan, l'assise d'argile qui couronne la masse aquifère doit sufflre à assurer l'ascension de l'eau dans le trou de sonde.

Débit des |i«lu artésiens. — « Le débit d*un puits artésien dépend de la hauteur à laquelle on laisse se faire l'ascension de l'eau. Si on l'emprisonne, audessus du point d'émergence, dans une colonne de tubes dont elle ne puisse pas dépasser le sommet, elle y prend simplement son niveau hydrostatique et le débit est nul. 11 atteint son maximum si l'on supprime la colonne et on peut le régler en arrêtant cette dernière à un point quelconque. A Paris, on laisse arriver l'eau jusqu'à 72 ou 73 mètres d'altitude, trouvant, dans la pression qui en résulte, des facilités de distribution qui compensent la perte faite sur le débit. En tout cas, ce dernier est proportionnel à la section du trou de sonde.

Si, dans un môme bassin, on perce plusieurs puits artésiens et que leurs volumes additionnés ne représentent qu'une fraction insignifiante du volume total de la nappe, le niveau de cette dernière n'en sera pas sensiblement affecté ; dés lors, dans ces puits, supposés prolongés par des colonnes de tubes, l'eau prendra le même niveau hydrostatique que s'il n'y en avait qu'un seul ; par suite, en arrêtant ces colonnes à diverses hauteurs, on pourra, théoriquement, régler à volonté les débits des puits en raison de leurs sections, sans qu'ils

Oigitized by

240 DYNAMIQUE EXIERNE.

doivent s'influencer réciproquement, c'est-à-dire sans que l'ouverture ultérieure de Tun d'eux abaisse le débit des sondages antérieurement exécutés.

Tel n'est pas le cas cependant quand les puits sont rapprochés les uns des autres. Ainsi, à Paris, l'ouverture du puits de Passy a abaissé le débit du puits de Grenelle et celle du sondage de la raffinerie Say a influé sur les deux autres, ^'ourtant, les trois puits ensemble ne débitent pas 20 000 mètres cubes par vingt-quatre heures, ce qui certainement n'est qu'une petite fraction de l'infiltration qui s'accomplit dans les sables verts, et de plus on constate que leur débit est indépendant des saisons, ce qui atteste la puissance du réservoir auquel ils s'alimentent. 11 est donc permis de croire que l'influence réciproque constatée tient à la proximité relative de ces puits, ouverts tous trois dans le périmètre de la ville de Paris. Lorsque le premier d'entre eux existait seul, Teau affluait sans doute à sa base par des canaux particuliers qu'elle se frayait au milieu du sable et dont l'équilibre aura été rompu par l'ouverture d'un puits voisin.

Du reste, ce n'est pas impunément qu'on voudrait ouvrir, dans un mémo bassin, un grand nombre de puits artésiens. Quelque étendue que soit la surface d'infiltration, elle ne peut s'alimenter qu'à une petite fraction des eaux pluviales, dont le total annuel, dans le bassin de Paris, n'atteint guère 0",60. De ce chiffre, les deux tiers au moins sont enlevés par l'évaporation ; il reste donc 0",20, et'si l'on en déduit la part des sources et du ruissellement, il n'y a pas, pour les nappes profondes, de quoi suffire à une production annuelle capable d'atteindi*e un grand nombre de millions de mètres cubes.

Détails mmr les pmUm artésleas de Paris. — Le puits de Grenelle a atteint la nappe aquifère des sables verts à 548 mètres de profondeur. A l'origine, c'està-dire en 1842, son débit était de 3200 mètres cubes (i) par 24 heures au sol, c'est-à-dire à 36'",60 ; en forçant l'eau à s'élever, dans la colonne de tubes, jusqu'à l'altitude 73, on a réduit le débit à HOO mètres cubes. La température de l'eau est de 28*^, soit environ i7° de plus que la moyenne annuelle de Paris.

En 1852, par suite d'obstructions dans le trou de sonde, le débit du puits de Grenelle s'était abaissé à 720 mètres cubes : mais il se relevait en 1856 à 900 mètres cubes; 36 heures après l'ouverture du puits de Passy (i861), ce débit s'abaissait à 806, puis à 615 mètres cubes au sol ; dans ces dernières années, il a été d'environ 345 mètres cubes à l'altitude 72,75.

Le débit du puits de Passy était, au début, de 20 000 mètres cubes au sol, c'est-à-dire à l'altitude 53,50. Il a été réglé à 6192 mètres cubes à l'altitude 77,15. La profondeur de ce puits est de 587"»,50.

Enfin le puits deJa raffinerie Say, ouvert en 1872, donnait 7200 mètres cubes à l'altitude 55,30.

L'eau des puits de Passy et de Grenelle contient environ 0«,141 de matières

(1.) Arago. Notices êcientifiques, III, p. 439. — Dumas. Comptée rendue, LUI, p. 571.

COURS DTAU SOUTERRAINS, î241

dissoutes par litre; c'est exactement la proportion contenue dans l'eau du Nil, tandis que Teau de la Vesle contient 0«,227 et celle de l'Ourcq 0«,436 par litre. Sur ces i41 milligrammes, il y a 41 0/0 de carbonate de chaux, 11,5 0/0 de carbonate de magnésie, 14,4 0/0 de carbonate de potasse; notons encore 6,4 0/0 de chlorure de sodium, avec du sulfate de soude, de la silice et de l'alumine.

Wwuéti do pareovurs •ootorraln des eaux arCésIeanes. — Il est intéressant de se rendre compte du temps employé par l'eau, pour arriver souterrainement depuis Taffleurement des sables verts jusqu'aux puits artésiens de Paris. Cesi ce qu'a fait Belgrand en comparant les variations du degré hydrotimétrique de l'eau du puits de Grenelle avec celles du niveau de l'Aisne, qui, dans sa partie supérieure, arrose la région où s'alimente la nappe d'infiltration du puits. Cette nappe se charge de matières en dissolution en raison du temps qu'elle séjourne, sans être renouvelée, au contact des matériaux du terrain encaissant. Son degré hydroUmétrique, mesure de la quantité des substances dissoutes, doit donc s'élever après une longue sécheresse et s'abaisser au contraire quand, par suite de pluies abondantes, le volume de la nappe vient à augmenter. Or l'observation montre que les minima hydrotimétriques du puits de Grenelle sont en retard de plusieurs mois sur les crues de l'Aisne. Tel est donc le temps que met l'eau à parcourir, à travers les interstices du sable vert, les 200 kilomètres qui séparent la capitale de la rivière d'Aisne.

Les minima hydrotimétriques normaux se produisent entre février et août, accusant le résultat des pluies de la saison froide, les seules qui profitent aux sources. Les maxima se font sentir entre août et février. Le degré normal du puits de Grenelle est 9, celui de la Seine étant 18.

COURS D'EAU 80UTERRAI1I8, «ROTTXS, ÉBOULEKE1IT8

Rivières aoaterraines. — Lorsque les eaux de pluie pénètrent en abondance, à la faveur de fissures, dans une formation de calcaires compacts, elles doivent, comme nous l'avons vu, y constituer des nappes discontinues en s'accumulant dans tous les vides que l'intérieur de la roche est susceptible d'offrir. Ces vides ne sont autres que des fentes plus ou moins larges, dont l'ensemble constitue un réseau découpant la formation calcaire et dont l'origine doit être cherchée dans le défaut d'homogénéité de la roche et les mouvements mécaniques auxquels le terrain a été soumis postérieurement à sa consolidation. Ces fentes communiquent les unes avec les autres et s'il arrive que la nappe puisse trouver un écoulement au dehors par quelque coupure profonde, un courant doit nécessairement s'établir dans ce réseau de fissures entre les divers points où se fait l'infiltration et l'orifice ou les orifices de sortie, ii es ainsi que le sous-sol d'un plateau peut être parcouru par des cours d'eau souterrains, dont le débouché seul se révèle

n LAPPABEIT, TBATrtE DI CfOLOGIE. i6

par une source puissante, capable de donner immédiatement naissance à quel que rivière importante.

Rien n'est plus irrégulier, en général, que les lits de ces cours d'eau cachés, sortes de canaux tortueux qui résultent- de l'élargissement des fentes primitives de la roche, sous l'effort même des eaux qui s'y sont infiltrées et où des chambres spacieuses ne communicpient ensemble que par d'étroits couloirs, diversement ramifiés, coupés de cascades et de rapides.

Mode de fomatioii de» grottes. — Il est certains cas favorables où le cours des rivières souterraines peut être directement étudié, les espaces qu'elles occupent formant des grottes accessibles à l'homme. 11 est alors facile de constater la liaison intime de ces cavités avec les fentes ou failles du terrain, c'est-à-dire avec des lignes de moindre résistance. Ainsi, dans les remarquables grottes du Ham, en Belgique, encore parcourues par les rivières de la Lesse, on peut suivre, au plafond des galeries, des fentes alignées suivant la longueur des grottes et le long desquelles le calcaire, malgré sa dureté habituelle, se débite plus facilement en blocs. Dans toutes les grandes chambres, dont l'une a plus de 70 mètres de hauteur, on voit clairement que la voûte est formée par l'élargissement progressif de la fente médiane, dont les parois se sont écroulées peu à peu, accumulant sur le plancher de gigantesques cônes d'éboulis. Quant à la cause de ces écroulements, le torrent souterrain, qui mine encore le pied des voûtes, est là pour l'indiquer. La formation des grottes apparaît donc bien comme l'œuvre d'une érosion souterraine, grandement facilitée par l'état de la roche, mais imputable en définitive à l'action de l'eau courante.

Il est à remarquer que cette action a été puissamment aidée, dans la plupart des cas, par la pression hydrostatique. En effet, même aujourd'hui, dans les hautes eaux, on constate que certaines rivières souterraines gonflent au point, non seulement de remplir leurs galeries jusqu'au plafond, mais de monter à une grande hauteur dans les gouffres de la surface. En s'accumulant ainsi derrière les cloisons qui contrarient leur écoulement, elles peuvent acquérir une pression considérable et la conséquence doit être la rupture violente de ceux de ces barrages naturels qui offrent le moins d'épaisseur. Un tel effet devait s'exercer avec une énergie particulière à l'époque, voisine de la nôtre, où les pluies étaient incomparablement plus abondantes qu'aujourd'hui, en même temps que le régime hydrographique extérieur était encore mal fixé. Chacune des débâcles résultant d'une rupture de digues devenait ainsi, pour les eaux sauvages souterraines, l'occasion d'un redoublement de puissance, et dès lors il n'y a plus lieu de s'étonner du travail qu'elles ont accompli dans les calcaires fissurés.

Exemples de iprottes. — La formation de ce genre la plus remarquable parait être la caverne du Mammouth (MammotKs cave)^ dans le Kentucky. On l'a explorée déjà sur 15 kilomètres de profondeur, par deux cents allées dont le développement total dépasse 350 kilomètres. Elle contient tout un système de lacs et de rivières à divers étages.