Hydrométrie

“ Ces études devront être poursuivies ultérieurement de façon systématique ; il faudra notamment :
1° Réviser périodiquement l' hydrographie de la région déjà étudiée, en y ajoutant celle de la passe belge; ce travail devra être fait aux hautes-eaux aussi bien qu’aux basses-eaux. On se rendra compte ainsi des variations de fond suivant les années et suivant les phases de la crue.
2° Reprendre les mesures de vitesses, dans une même section, à diffé-
rentes époques, de façon à obtenir une évaluation du débit à tous les états du fleuve. ”

“ Bien que l'étude de ces questions relève plutôt de l'hydrologie que de l'hydraulique, elles touchent à l'amélioration du régime des sources et, par ce motif, il nous paraît utile de présenter à leur sujet quelques considérations.
Dans quelle mesure l'homme peut-il agir sur ces deux facteurs de la formation des nappes, la pluie et l'absorption des eaux météoriques ? ”

“ DÉFINITIONS. — La science de l'hydraulique comprend : l'hydrostatique, qui traite de l'équilibre des fluides, et l'hydrodynamique, qui fixe les conditions de leur mouvement. Les considérations sur l'équilibre et sur le mouvement des fluides s'appliquent, à leur tour, aux fluides incompressibles : aux liquides; et aux fluides compressibles : aux gaz, et principalement à l'air, et elles nous conduisent successivement à l'étude des machines à eau et à gaz. Comme questions accessoires, nous avons à examiner le mesurage de la vitesse et de la dépense des fluides ”

“ Débit d'une source en crue dans le cas d'un apport pluvial constant.
- Considérons une nappe à fond horizontal, au moment où elle est au régime permanent et où elle a la forme d'une ellipse. À ce moment, l'apport pluvial est égal à h par seconde, et le débit de la source est aussi égal à h par mètre carré de son bassin alimentaire. Les pertes compensent les apports. ”

“ Quant à la crue, elle sera observée méthodiquement suivant les principes déjà posés au cours de la mission. En tout passage délicat on établira quatre échelles une immédiatement en aval, une immédiatement en amont du seuil, puis une autre à 1 kilomètre par exemple en amont et à 1 kilomètre en aval. La comparaison des lectures à ces quatre échelles — dont lès zéros seront nivelés soigneusement — permettra de suivre la variation de pente du fleuve, et de mesurer par conséquent les variations du profil en long et du courant. ”

“ Mais la mesure de la quantité d'eau écoulée et des matériaux entraînés est beaucoup plus difficile; on peut même affirmer qu'elle est impossible en employant les moyens et formules ordinaires , au moins tant que le torrent charrie des matériaux ; l'on est donc obligé, dans la première période des travaux, de se contenter de données approximatives : à cet effet, au moment des orages, des observateurs convenablement disposés notent la durée de la crue, son intensité, sa section sur le couronnement des barrages, sa nature et ses effets tant sur les berges que sur le cône de déjections ”

“ Cette donnée sera fournie, soit par un nivellement direct, soit à la rigueur par des calculs théoriques basés sur des mesures de débit.
2° Décomposer la longueur du fleuve en sections telles que dans chacune, l’un quelconque des profils puisse être remplacé par une droite moyenne s’en écartant au plus de 0 m, 20.
3° Etablir une échelle de crue à tous les changements de section. Faire en
sorte, pour simplifier la pratique des calculs, que toutes ces échelles aient leur 0 à l’étiage local minimum. ”

“ L'eau qui tombe du ciel est le résultat de l'évaporation de l'eau de la mer et de toutes les surfaces liquides ; cette évaporation est immense : en effet, un mètre carré d'une surface liquide, laisse évaporer un décimètre cube ou un litre d'eau en vingt-quatre heures, d'où il suit qu'un kilomètre carré de la surface de la mer, produit chaque jour un million de litres ou mille mètres cubes de vapeur d'eau, ou, en d'autres termes, qu'une masse d'eau diminue d'un millimètre de hauteur en vingt-quatre heures à la température, ordinaire. ”

“ Hydromètre. — On peut expliquer ainsi qu'il suit le principe de cet instrument. Un corps, quand il se maintient flottant dans un fluide, déplace une quantité de ce fluide précisément égale à son propre poids. Si done le même corps est rendu flottant dans différens fluides, les quantités de ces fluides qu'il déplace, en s'y maintenant flottant, dépendront de leurs gravités ou pesanteurs spécifiques. Il doit donc déplacer plus du fluide le plus léger pour y flotter, que du fluide le plus pesant. Donc il plonge plus profondément dans le fluide le plus léger que dans le plus pesant. ”

“ L'étude actuelle des eaux et des lieux satisfait mieux que celle de l'air atmosphérique, et, sous ce rapport, la chimie moderne qui a créé la minéralogie, la géologie et l'hydrologie, sciences qui se complètent l'une par l'autre, nous permet de résoudre bien des problèmes d'hygiène, dont la solution était impossible avant elle. La connaissance exacte d'un terrain implique en effet la valeur des eaux, et nous pouvons déclarer qu'il est dangereux d'habiter tel ou tel territoire, comme de se servir de telle ou telle eau. ”

“ Lorsqu'on veut obtenir, avec une rigoureuse exactitude, la température des couches profondes qui contiennent la nappe d'eau d'un puits artésien, on descend jusqu'au fond du forage, à l'aide d'une tige de sonde, un thermomètre enregistreur, à maximum, enfermé dans un étui en métal hermétiquement fermé, afin de soustraire le thermomètre aux chocs et à la pression considérable de l'eau au fond du trou. ”

“ Or c'est une science fort difficile que celle du géologue, une science qui exige à la fois une grande expérience et une profonde intuition. Le critérium hydraulique est beaucoup plus à la portée des ingénieurs, car il repose simplement sur des mesures de niveaux et de débits. ”

“ En matière d'hydraulique l'homme moderne a jusqu'ici consacré exclusivement tous ses efforts aux travaux de captage : dérivation des sources et des rivières, recherches: à l'aide de galeries de drainage, de puits ordinaires, de puits artésiens, des eaux enfouies spontanément dans le sol. Il serait vraiment temps, notamment en régions arides, qu'il élargisse, son programme et aborde enfin l'étude des moyens les plus propres à accroître l'alimentation des nappes d'eau souterraines. ”

“ Le repos apparent, ou la faible vitesse des eaux de la surface, fait donc mal juger de celle de la masse, et nous sommes en droit de conclure que la vitesse moyenne des eaux d'inondation est bien supérieure à celle de la surface, et que si nous réduisons cette vitesse à n'être en moyenne qu'un dixième de celle du courant, nous serons plutôt au-dessous qu'au-dessus du vrai pour un cours d'eau de pente faible, et, à plus forte raison, de pente forte. ”

“ Mais plus intéressante pour l’étude du bilan de l’eau est l’évolution de la quantité d’eau non restituée à l’exutoire (déficit d’écoulement) en fonction de la pluviométrie. Elle est mesurée par la différence entre pluviométrie et débit total. Elle
représente la somme de l’eau qui s’est infiltrée en profondeur (qui pour 13 ha, nous l’avons vu, est importante) et de l’eau évapotranspirée.
La corrélation déficit d’écoulement/pluie est très bonne pour D2-3 et D5. ”

“ Réglementations usinières pour partage de débit et du temps d'usage des eaux entre l'agriculture et l'industrie ; régularisation et défense des rives des cours d'eau; amélioration de leur régime; retenues pour prises d'eau et colmatage des terres riveraines; dessèchements, drainages, irrigations; mise en valeur des terres incultes, etc., sans compter les autres attributions relatives à la statistique des cours d'eau, au régime de leur débit en basses et moyennes eaux et en temps de crues, aux observations métérologiques, etc. ”

“ On doit à deux chimistes, aussi ingénieux que savants , un moyen d'apprécier les qualités des eaux potables, que j'appellerais volontiers l'art de l'hydrotimétrie, tant je trouve le procédé élégant, prompt et sûr. Pour l'exécuter, il suffit de quelques-unes de ces connaissances en chimie et en physique que tout homme bien élevé a puisées au collége ; un peu d'expérience ou les conseils d'une personne déjà exercée (1) .
Les qualités de l'eau potable s'estiment par degrés, comme la chaleur ou l'humidité de l'air. ”

“ Circonstances qui influent sur les crues des sources. — En examinant la formule (165) du débit d'une source en temps de crue, on reconnaît que, de même que pour la baisse des nappes en temps de sécheresse, c'est le coefficient a qui mesure la sensibilité de la source aux effets d'une crue. ”

“ On y trouve réunies les conditions les plus favorables pour les études hydrologiques : un réseau de rivières très développé, des puits, des sources minérales, des ruisseaux d’eau chaude provenant des usines, toutes les variétés d’eaux altérées ou corrompues. L’examen comparatif de ces liquides divers tend à prouver que le critérium des eaux salubres ne peut être ni la couleur, ni l’odeur, ni la saveur, ni la composition chimique. Une eau trouble peut n’offrir aucune altération dangereuse ”

“ Dans la recherche des eaux de source le thermomètre nous donne les meilleurs renseignements, et on ne devrait jamais faire les essais d'eau sur place sans avoir recours à un thermomètre bien exact. En faisant ainsi un certain nombre d'observations, on reconnaîtra bientôt la température qui caractérise les sources de la contrée. S'il se présente des oscillations il faudra faire de nouvelles recherches, et on aura ainsi des notions très-précieuses sur les conditions météorologiques de la contrée. ”

“ Voici en quoi elle consiste : les eaux pluviales pénètrent dans le sein de la terre par des fissures plus ou moins profondes et arrivent dans de vastes cavernes, véritables réservoirs situés à une grande profondeur, à 3000 mètres par exemple, où elles subissent l'influence de la chaleur ; elles s'échauffent à 100°, se dilatent, deviennent plus légères et remontent par d'autres fissures par lesquelles elles sourdent à la surface de la terre, de manière qu'il s'établit ainsi deux courants, l'un descendant d'eau froide, l'autre ascendant d'eau chaude. ”

“ Le coefficient (i + K) a entre dans toutes les formules relatives aux crues ou décrues des sources. Lorsqu'on possède une statistique des débits d'une source, sans connaître aucun des éléments de la nappe aquifère qui l'alimente, il semble qu'on n'ait aucun moyen d'avoir la valeur de ce coefficient. Nous allons voir cependant qu'on peut le déduire de l'examen du graphique des débits -de la source, et même de l'observation des débits, soigneusement faite pendant une seule période de sécheresse, vers la fin du printemps, alors que le débit n'est pas éloigné du débit moyen. ”

“ L’eau ira très vite dans une rivière encaissée. Vous facilitez l’écoulement. Vous aurez une courbe de débit intégral plus courte, et, comme il faut que la surface de la courbe soit toujours la même, le débit maximum sera beaucoup plus fort. C’est pour montrer que tout ceci est une question de mesure. Une régularisation faite dans des limites raisonnables ne peut avoir d’inconvénient au point de vue de l’écoulement des crues, mais il ne faut pas pousser les choses trop loin. Si vous arrivez à réduire à une très petite largeur pour obtenir tout en profondeur, les résultats seront mauvais. ”

“ En conséquence, il lui apparaît que les études préparatoires à l'utilisation complète d'un cours d'eau nécessitent la collaboration de mathématiciens, chargés de constater le régime et de l'exprimer par des chiffres, et d'hydrologues pourvus de connaissances assez étendues en météorologie, en géologie, en hydrologie générale, les qualités de l'un et de l'autre de ces techniciens pouvant d'ailleurs
-1.1 se rencontrer dans les mêmes hommes ”

“ La plupart du temps, l'analyse sommaire, dont nous allons nous occuper, suffira pour faire connaître si une eau est potable, si elle peut être employée à l'alimentation des chaudières à vapeur et si elle est de nature à laisser des dépôts incrustants dans les tuyaux de conduite. ”

“ Dans l'établissement de ces canaux, on a cherché avant tout à régler les sections et les pentes, de telle sorte que l'énorme masse d'eau que demande l'agriculture, au moment de la crue, puisse être répandue sur les terres par gravitation, sans élévation mécanique. ”

“ Ainsi que nous venons de l'expliquer, la dotation d'un canal d'arrosage se fixe en tenant compte, d'une part, de la surface totale arrosable et, d'autre part, des besoins plus ou moins grands de l'arrosage suivant la nature du terrain. Le rapport entre le débit réservé à une zone et la surface dominée s'appelle le coefficient d'arrosage. ”

“ « A quelle profondeur sommes-nous? demanda miss Victoria.
Nous avons sur nous une couche d'eau épaisse de cent cinquante mètres, répondit Maxime Montgeron après avoir regardé le manomètre. »
Le manomètre marquant parfaitement la pression, il devenait facile d'évaluer la profondeur.
Chaque fois, en effet, qu'un corps plongé dans l'eau s'enfonce de dix mètres, il supporte la pression d'une atmosphère. A cent cinquante mètres, l'hydrostat était soumis à l'énorme pression de
seize atmosphères ”

“ Dans les régions où l'arrosage n'exige pas de très grandes quantités d'eau, et lorsque le volume disponible est suffisant pour permettre de desservir la totalité du périmètre dominé, ou ne se préoccupe pas de répartir la dotation entre les diverses zones et l'on se contente de donner aux canaux secondaires des dimensions telles qu'ils puissent débiter, au besoin, la quantité d'eau nécessaire à l'arrosage de toute la surface qu'ils dominent. ”

“ La perméabilité du sol contribue à l'instabilité des sources.
Le coefficient a est en raison directe de la racine carrée de l'apport pluvial, ce qui veut dire que les sources qui fournissent le plus grand débit par mètre carré de bassin sont aussi les plus instables. ”