Rapide (hydrologie)

“ Si donc on veut déterminer expérimentalement la vitesse de propagation des crues sur un cours d'eau, il faut tenir compte de ces deux circonstances : leur hauteur, et celle du régime antérieur. Une crue de 2 mètres, par exemple, va plus vite sur le même cours d'eau lorsque le régime antérieur est à 3 mètres que lorsqu'il est à 2 mètres. On ne peut donc pas dire qu'entre deux villes les crues mettent tant d'heures à se rendre de celle d'amont à celle d'aval ; ce temps est variable à toutes les crues.
Il faut d'ailleurs s'entendre sur le point de la crue qui sert à mesurer la vitesse. ”

“ Dans les canaux et dans les rivières, le mouvement est plus rapide dans les endroits étroits, et plus lent dans les endroits où le lit est plus large. La vitesse dépend aussi de la pente du terrain. Si le lit devient à peu près horizontal, l'eau marche encore dans cet endroit par la charge des quantités d'eau que la source fournit. ”

“ 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. ”

“ En résumé on voit que tous les problèmes relatifs au mouvement ordinaire de l'eau, problèmes qu'on résout aujourd'hui à l'aide de certaines formules d'hydraulique, peuvent aussi se résoudre quand il s'agit du mouvement de l'eau à travers les terrains perméables. Il y a plus même, c'est que dans le mouvement ordinaire on ne parvient à la solution de la plupart de ces problèmes qu'en introduisant dans le calcul la vitesse moyenne au lieu de la vitesse de chacun des filets, c'est-àdire en négligeant les phénomènes de l'adhérence des filets entre eux. ”

“ Cela doit, en effet, arriver toutes les fois que l’eau aura une très grande rapidité ; la vitesse avec laquelle elle est emportée, diminuant l’action de sa pesanteur, l’eau qui forme le courant ne se met pas en équilibre par tout son poids avec l’eau qui est près des bords, et c’est ce qui fait qu’elle demeure plus élevée que celle-ci. ”

“ Le seul pour lequel il soit possible de l'apprécier et de la calculer avec exactitude, c'est l'extrémité aval de la tète, parce que seul il est bien déterminé et forme sur le courant une solution de continuité. Comme nous venons de le dire, la vitesse de ce point va sans cesse en diminuant à mesure qu'il descend le courant, parce que l'angle que forme le flot avec le régime uniforme devient plus aigu.
Le maximum de la crue est un point indécis par cela même qu'il est un maximum, et que de plus il a pour ainsi dire une vitesse relative par rapport au flot. ”

“ 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 ? ”

“ La vitesse du courant, qui est de 5 kilomètres à l'heure en moyenne, s'élève à 8 ou 10 kilomètres en temps de crue : les eaux attaquent alors même les rives rocheuses, des blocs s'écroulent pêle-mêle avec des amas de sable et de vase, le lit s'obstrue et la rivière se déplace parfois de plusieurs kilomètres en quelques semaines sur une rive ou sur l'autre. ”

“ Les molécules d' eau abandonnées , se réunissant en vertu de l' inégalité de leurs vitesses centrifuges , composent les gouttes qui se dispersent latéralement , et forment une pluie , dont l' abondance dépend de la rapidité du mouvement de rotation et qui peuvent se convertir en grêle , lorsque leur vitesse de projection ou la hauteur
hauteur leur chute est suffisante . ”

“ 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 ”

“ Le poids de l’eau contribue donc beaucoup à la vitesse de l’eau ; et c’est pour cette raison que la plus grande vitesse du courant n’est ni à la surface de l’eau ni au fond, mais à peu près dans le milieu de la hauteur de l’eau, parce qu’elle est produite par l’action du poids de l’eau qui est à la surface, et par la réaction du fond. ”

“ Lorsqu’il doit arriver une grande crue d’eau, les gens de rivière s’en aperçoivent par un mouvement particulier qu’ils remarquent dans l’eau ; ils disent que la rivière mouve de fond, c’est-à-dire que l’eau du fond de la rivière coule plus vite qu’elle ne coule ordinairement. Cette augmentation de vitesse dans l’eau du fond de la rivière annonce toujours, selon eux, un prompt et subit accroissement des eaux. ”

“ On sait que, d’après la vitesse plus ou moins grande des eaux, celles-ci peuvent entraîner des corps plus ou moins pesans. Comme, en arrivant dans les Pays-Bas, les rivières n’ont presque plus de pente, le courant se ralentit extrêmement, et les eaux, débarrassées du gravier, ne tiennent plus en suspension que les particules les plus menues, un peu de sable très fin et de l’argile délayée en molécules tout à fait microscopiques. Là où l’eau douce rencontre l’eau salée, le courant s’arrête tout à fait, et le limon se dépose lentement en couches horizontales. ”

“ L'eau, en descendant d'une grande hauteur, se sépare de plus en plus , au point même qu'après une chute assez grande toutefois, elle devient pour ainsi dire toute surface.— La résistance qu'elle éprouve de la part de l'air est alors très - considérable, et le retard dans sa chute proportionné à cette résistance. C'est ce que montre la différence de vitesse avec laquelle descendent des hauteurs de l'atmosphère le brouillard léger, la brume, la neige, la pluie et la grêle enfin, qui sans cette résistance causeraient pour la plupart d'épouvantables désastres. ”

“ De plus, si l'on mesure la vitesse de l'eau courante à différentes profondeurs, on reconnaît que plus on approche du fond, moins il y a de vitesse. Cette expérience se fait au moyen de deux corps attachés aux extrémités d'un fil, et dont l'un peut plonger dans l'eau, tandis que l'autre plus léger doit flotter à la surface. ”

“ D'abord on reconnaîtra immédiatement que de l'eau ainsi agitée a la propriété de tenir en suspension des matières solides qui, à l'état de repos, se précipitent; ensuite qu'il y a un certain rapport entre la vitesse de l'eau et la quantité de matières suspendues, car le dépôt de matières solides qui reste
immobile au fond, diminue à mesure que la vitesse de l'eau augmente. ”

“ Supposons que la vitesse d'ascension soit de 2 mètres, chaque mètre carré de section débitera 7,200 mètres cubes par heure, et si l'on suppose une durée de fonctionnement de 6 heures, le débit totalisé sera de 43,200 m. c. donnant lieu à une condensation de 1,086 kilos si l'air saturé était à 30° de température. Si la pluie s'étalait sur une surface cent fois plus grande, chaque mètre carré de terrain recevrait une lame d'eau de un centimètre. ”

“ Il est, en effet, naturel que ce frottement du fluide sur la paroi soit proportionnel au nombre des molécules de la paroi rencontrées par le fluide dans l’unité de temps, c’est-à-dire à la vitesse, et augmente en outre avec le rapprochement produit, entre le liquide et le solide, rapprochement que la facilité avec laquelle un liquide se moule instantanément sur un solide doit rendre indépendant de la vitesse, mais qui n’en doit pas moins croître avec la pression. ”

“ La vitesse de la nappe en chaque point et l’abondance de l’eau qui la constitue dépendent de la pente et de la forme du sous-sol imperméable et, selon les lignes où ces quantités atteignent une valeur suffisante, il y a entraînement de toutes les particules solides et apparition d’un filet d’eau coulant à découvert. ”

“ La plus grande partie du liquide, en avant du corps solide, est donc obligée de passer derrière (fig* 45) , une très-petite partie seulement de celui qui est derrière, passe en avant; de sorte que si l'on considère les vitesses relatives des filets qui environnent le corps, par rapport à la vitesse du corps solide, on verra que du côté de la rive doit se former un courant rétrograde beaucoup plus volumineux que le courant direct du côté du large : de là sur le corps une pression latérale qui le pousse vers les filets plus rapides, dans lesquels il doit trouver moins de résistance. ”

“ Les coudes, les sinuosités, les terres avancées, les îles, ne diminuent aussi que très peu la vitesse totale du cours de l’eau. Ce qui produit une diminution très considérable dans cette vitesse, c’est l’abaissement des eaux, comme au contraire l’augmentation du volume d’eau augmente cette vitesse plus qu’aucune autre cause. ”

“ Tout se passe comme dans l'étranglement graduel, si ce n'est qu'un des côtés de la section étant assujetti à rester de niveau, la dénivellation dont nous parlons se produit au moyen d'une autre dénivellation dans le sens du profil en travers. Donc la surface de l'eau, dans un pareil courant, n'est pas horizontale, la vitesse se répartit entre les divers filets d'une manière très-inégale dans chacune des sections; de plus la vitesse des molécules de chaque filet varie sans cesse en passant d'une section à l'autre. ”

“ Lorsqu'une conduite à section constante et à pente uniforme se vide et qu'il n'y a plus de charge d'eau sur la partie supérieure, le rapport devient constant et égal à i, sinus de l'inclinaison de la conduite; on a donc alors
la vitesse et le produit restent constants parce que la charge diminue dans le même rapport que l'épaisseur de la couche à traverser.
On sait que dans le mouvement ordinaire, la vitesse de l'eau sortant d'un vase qui se vide, va toujours en diminuant; ici la vitesse de l'eau est constante et ne dépend que de la perméabilité du terrain et de l'inclinaison de la conduite. ”

“ Mais en admettant, ce qui est loin d'être démontré, qu'on puisse trouver un moyen de réaliser le problême pour une lame d'eau très-mince dont la pente de superficie est la même que celle du fond, et dont la vitesse n'est, en conséquence, fonction que de cette dernière, que devient le système dans le cas d'une pente de superficie sensible, en un mot que devient le procédé de décantation à la première crue? ”

“ Remarquons d'abord que la cause du phénomène n'est pas la vitesse de l'eau, quoique cette circonstance raccompagne presque toujours. L'état de repos n'est, en effet, qu'une abstraction mathématique qu'on peut concevoir, mais non réaliser, puisque tous les corps prennent part au double mouvement de la terre : l'eau stagnante des étangs, qui n'est stagnante que pour l'observateur placé sur la terre, peut avoir une vitesse absolue, plus considérable que celle des torrents les plus rapides. ”

“ Ainsi un fleuve qui rompt les digues qui le contiennent et perd dans une section plus large la vitesse qu'il a en amont dans une section rétrécie, peut s'élever dans cet élargissement accidentel à une grande hauteur, si sa vitesse primitive était considérable. De même, il arrive que la hauteur se transforme en vitesse : ainsi lorsqu'on resserre
un courant il s'abaisse d'une quantité telle que la chute donne une vitesse suffisante à la section rétrécie. ”

“ Tous ces mouvements divers dépendent de plusieurs causes, débit, vitesse, etc., mais surtout de la forme du lit. Plus la courbure est accentuée, plus la convergence des filets liquides vers la partie concave est considérable et plus l'affouillement est prononcé.
Les choses ne se passent pas de la même manière dans un grand cours d'eau que dans un petit, car l'influence de la largeur est considérable. D'une mouille à'autre, les iilets liquides se réfléchissent de rive à rive dans une rivière moyenne, tandis que ces réflexions ne peuvent s'opérer dans un fleuve trop large ”

“ Vitesse. — La vitesse d'un cours d'eau dépend de la pente du sol et de son débit ; elle varie pour un même cours d'eau avec les obstacles qu'il peut rencontrer ; la vitesse est aussi plus grande quand la nature des terrains traversés fait le lit plus étroit, et plus ”

“ JI ne faut pas s'attendre à ce qu'on arrive jamais à rien de précis pour des circonstances aussi accidentelles, aussi irrégulières que celles des grands cours d'eau naturels. Tout ce , qu'on peut espérer des progrès de la théorie et de l'expérience, c'est de renfermer les erreurs dans des limites plus restreintes.
Ainsi, par exemple, si les trois coefficients a, b, E étaient connus d'une manière suffisamment précise, on en déduirait, comme dans l'exemple que nous venons de citer, la vitesse moyenne qui existerait si dans le cours d'eau la section et la pente étaient constantes. ”

“ Nous ferons d'ailleurs observer que lorsque l'eau se meut dans les cours d'eau naturels d'une manière régulière, tranquille et non tumultueuse, il se passe un phénomène général que nous devons signaler, c'est que la vitesse verticale de la surface est toujours très-petite par rapport à la vitesse horizontale. C'est par mètres par , seconde que celle-ci se mesure, et il n'est pas rare de trouver des vitesses de plusieurs mètres, tandis que l'ascension de la surface est relativement toujours très-lente. ”