HYDROLOGIE CHIMIQUE

F A I T S I M P O R T A N T S

Il

semble indiscutable que la chimie des eaux douces (eaux souterraines, fluviales et lacustres) soit influencée par les précipitations de sels marins. Cependant, cette influence est généralement négligée dans les recherches sur la composition des eaux douces. L a présence d’éléments solubles a été rattachée le plus souvent

à

l’altération chimique des sols et des roches par des

TABLEAU VIII.

facteurs atmosphériques.

Il

apparaît maintenant que cette altération a

été

fortement surestimée,

du

fait qu’on a

négligé

les éléments transportés par I’atmo- sphère. Eriksson

[23]

a souligné récemment, dans une étude des relations

qui

existent entre la composition des eaux fluviales de Suède et les sels transportés par l’air, que la comparaison entre le rapport Cl/Na des eaux lacustres des régions sèches et le rapport

C1

/ N a des précipitations permet de conclure que la plupart des sels contenus dans les cours d’eau

y

ont été apportés par l’atmosphère.

Il

a également indiqué que les varia- tions de la teneur en chlorures des eaux lacustres reflè- tent, dans une large mesure, celles

du

rapport préci- pitation-ruissellement.

Anderson

[3]

a procédé dans l’État

de

Victoria (Aus- tralie)

à

une étude intéressante sur le rapport entre les sels marins atmosphériques et la composition des eaux fluviales et lacustres des deux côtés de la ligne de séparation des eaux côtières. Prenant les chlorures c o m m e indicateur

de

la présence de sels marins,

il

a

pu

calculer la teneur en chlorure des eaux fluviales à partir de la teneur en chlorures des précipitations ainsi que

du

rapport entre le ruissellement et les précipita- tions. Les résultats qu’il a obtenus, et

qui

présentent un grand intérêt pour la présente étude, sont indiqués dans le tableau

VIII.

L a concordance entre les résultats des calculs et ceux des observations en ce

qui

concerne la teneur en chlo- rures est remarquable et n e laisse guère de doute quant à la valeur des hypothèses. Mais peut-être indique-t-elie aussi qu’il

n’y

a pas

là

d’interception de noyaux salins semblable

à

celle qu’Ericksson a observée dans les fleuves suédois.

Il

faudrait rechercher les causes de cette différence.

Anderson a également étudié la composition chimique

de

certaines eaux lacustres et fluviales, et a fait une observation intéressante. D a n s les régions

où

le rapport

de

ruissellement est relativement

élevé,

la composition des eaux fluviales est davantage influencée par la dénu- dation des sols sous l’effet d’agents chimiques que dans les régions

à faible

pourcentage de ruissellement, où les eaux fluviales ont une composition assez analogue

à

celle des précipitations.

Il

prend

pour

exemple la retenue de Mundaring, citée plus haut, dont l’eau a une salinité correspondant

à

celle d‘me solution d’eau

Aire d’alimentation

Tenour moyenne en chlorures Rapport entre le

ies précipiraiions Préci-

Précipitations ruissellement et Eaux jZuviales Superficie

de t’aire

Calculs Observations pifations

km’ cm

. . . . . . .

Upper Murray 259605 84,30 0,283

$8

3,5 374

O’Shamassy

R.. . . . . . .

120 160,75 0,520 297 5 2 4,75

Yarra

R. . . . . . . . .

2 517 112,16 0,311 4,4 14*,2 15,3

Barwan

R..

3691 64,33 0,075 874

Helena

R.

(Australie-Occidentale)

. . .

1474 71,13 0,034 6 7 197 203

. . . . . . .

112 134

L e climat c h i m i q u e et les sols salins dans la zone uride solubilité

du

carbonate

de

magnésium. Pour le carbo- nate hydraté

MgCO, x 3H,O,

le produit de solubilité a été fixé

à 10-5,

tandis que les chiffres

du

Bureau of Standards concernant l’énergie libre donnent

8 x

10-9.

Si

l’on

prend

la première valeur, étant donné une pression partielle de

3 x

^10-4 atmospheres de

CO,

dans l’air, aucun carbonate

de

magnésium ne serait jamais précipité dans la nature, car l’hydroxyde est précipité d’abord.

Si

l’on prend l’autre valeur, moins forte, la situation

du

carbonate de magnésium est

à

ce point semblable à celle

du

carbonate de calcium qu’il faut supposer m e sursaturation de l’eau de m e r en carbonate de magnésium,

qui

ne correspond pas

à

la réalité.

Les chiffres

du

tableau indiquent qu’il

y

a

déjà

une certaine déperdition de sulfates dans le sel, avant

qu’il

ne pénètre dans un cours d’eau. Cette déperdi- tion se poursuit dans le lac, lequel, d’après Anderson, sentait l’hydrogène sulfuré.

Dans les cours d’eau,

il

doit

y

avoir, dans une cer- taine mesure, sursaturation, notamment de calcium.

On

observe, en général, une sursaturation de carbo- nate de calcium dans les océans chauds où la précipi- tation

du

carbonate est facilitée par les foraminifères pélagiques.

de mer

à 1 y .

en volume. Les chiffres sont indiqués au tableau

IX.

TABLEAU IX.

E a u de la retenue de Mundaring

Corps chimique Solution d’eau de mer

Moyenne de 6 Autre à 1 % en volume

L a seule différence entre les deux échantillons d’eau consiste en ce que l’eau de la retenue contient moins

de

sulfate, mais plus de carbonate

-

^ce

^qui

^est

dû

probablement

à

la réduction des sulfates par les bac- téries ou

à

leur absorption par les plantes

-

et surtout, plus de calcium. L a perte

de

sulfates ne conduit pas nécessairement en ce cas à la précipitation

du

calcium et

du

magnésium, car l’eau est relativement diluée, de sorte que son

pH

n’augmente pas.

Si

la teneur en sels

d’un

lac s’élève, par suite d‘une forte évaporation, une réduction des sulfates amènera une diminution

du

calcium et du magnésium, c o m m e l’a indiqué Anderson. Celui-ci prend pour exemple le lac Corangarnite et deux de ses affluents.

Ce

lac est @tué au sud de la ligne de partage des eaux côtières

de

1’Etat de Victoria et contient évidemment beaucoup de sels marins. Les chiffres

du

tableau

X

sont exprimés en pour- centages par rapport a u radical halogénure

(Ci +

^Br.).

On

a évalué les valeurs

du p H

en fonction

du

rap- port

HCO,/CO,

et de la seconde constante de dissocia- tion

de

l’acide carbonique, qui est

4’84 x 10-11 à 250 C.

L a très faible teneur en calcium s’explique facilement

TABLEAU X.

E X P L I C A T I O N S T H É O R I Q U E S

Si

l’on admet que les chlorures des eaux naturelles proviennent de sel marin en suspension dans l’atmo- sphère,

il

devient évident que pour un u état station- naire ))de la circulation de

l’humidité

et des sels, la teneur en chlorures des eaux souterraines

(Cg)

doit

Corps chimique Luc Corangarnite Fleuve Criqu. E a u Je mer

Climatologie, compte rendu de recherclres

être fonction : 10 de

la

teneur en chlorures des précipi- dans le cas extrême l’accumulation sera indépendante

9 sauf modifications des variations

du

rapport

N - E -

tions

(N); 30

de l’évaporation

(E) (y

compris l’évapo-

transpiration), soit : passagères. L’autre extrême est représenté par une

N

aire où les eaux souterraines s’accumulent dans un bassin et sont drainées au-dessus

d‘un

seuil; en ce

c, = c, x -

cas, le raisonnement ci-dessus est entièrement appli- relation déduite de simples considérations de Conti-

cable ; il

est intéressant

de relever

nuité. Cette relation vaut pour autant que

N > E.

que

la

constante

de

temps

cun ^{tel bassin}

Avant d’en étudier les conséquences,

il

faut expli- avec

quer ce qu’on entend par ((état stationnaire ».

11

n’y

Les

effets d’une

modification plus durable du

rap- a évidemment pas d‘états stationnaires dans la nature, port

précipitation-ruissellement

être

illustrés

la périodicité et les fluctuations aléatoires étant des

suit Supposons

cours

soit

alimenté caractères essentiels

de

tous les systèmes. Mais

il

est par

deux ahes de même

étendue,

E étant égal 5 400

possible de réaliser des états quasi stationnaires, en

dans

Ilune, et

à 500 dans

par

peffet

choisissant les échelles de temps et d’espace de manière couverture

végétale

asse2

L~

précipitation,

que

les périodiciths importantes et les faibles fluctua- est

la

même pour

les deux

aires, est

égale à 510 mm.

tions d’amplitude soient presque insensibles. D a n s

L~

quantité

dYeau correspond à 1000

m m l’étude ci-après,

il

est entendu que le temps est exprimé et

la

teneur en

des précipitations

est

de 1 mg

en années et que le système dit stationnaire n’est que

par litre. A

l’état

le de l”ire

plus sèche est égal à

10 1

par mètre carré et par an, et celui de l’autre

à 110 1

par mètre carré et par an.

L a quantité de chlorures drainée sur ces deux aires est la m ê m e : c’est celle

qui

est contenue dans

510

mm

de précipitation. L~

teneur en

chlonires du

cours

,yeau

Sera

donc

:

tations

(C,); 20 de

la quantité annuelle de précipita-

N

N - E

,

aussi bien que la valeur de

C , ,

est constant Pour une aire de drainage donnée,

cg

sera également constant dans les eaux souterraines

du

bassin de drainage. Comiaissant la profondeur

de

la sappe souterraine et la porosité

P

de la couche aqui- fère, on peut calculer la quantité de chlorures atmo- sphériques accumulée dans les eaux souterraines par unité de surface. Supposons par exemple que la nappe souterraine ait

10

m

de

profondeur et que la porosité soit égale

à

0’3 : la quantité de chlorures par mètre carré

(M,)

sera :

510

-

8,5 m g par litre 1 m T - G

-

Si, toutefois, en enlevant de la végétation on réduit l’évaporation dans l’aire

PIUS

sèche de façon qu’elle ait la m ê m e valem que dans l’autre, savoir

400

mm par an, le ruissellement de l’aire plus sèche sera de

110 1

par mètre cube et par an, mais la teneur en chlo- rures ne sera pas sensiblement modifiée,

de

sorte que la quantité de chlorures drainée en un an sur cette aire représentera onze fois celle

qui

lui est apportée par les précipitations. L a teneur en chlorures

du

cours d’eau s’élèvera

donc à

N N - E

M, =

10

x

0,3

x C, =

3

C , x -

Si C,

est exprimé en

m g

par litre, on obtient

Mg

en

g

par mètre carré.

En

maintenant l’évaporation

E

constante

à 500 mm /l

et

C,

constant à

1

mg par litre et en faisant varier la

N

en mm 1000 750 600 550 525 510 505

C,,

en mg/l 2 3 6 11 21 51 101 c’est-à-dire qu’elle passera

du

simple au triple. Cette l8 33 63 153 303 situation durera assez longtemps, jusqu’à ce

que

toute

M,

en g/m2

6o 180 330 630 1530 3030 la nappe souterraine ait été renouvelée. Ce phéno-

M,

en kg/ha

Constante de

temps en années 12 3o 6o 120 3oo 6oo mène est intéressant

du

point de vue

de

la théorie énoncée par W o o d concernant l’augmentation de la L a constante de temps est simplement le quotient teneur en sels des cours d’eau de l’Australie-Occiden- des quantités accumulées par la quantité annuelle de tale

à

la suite

de

la destruction de la végétation autoch- précipitation.

Elle

donne une idée de la durée néccs- tone.

saire pour atteindre un ((état stationnaire ». L’exemple ci-dessus est évidemment très simplifié, Ces Calculs ne peuvent

évidemment

s’appliquer car les échanges qui se produisent dans les eaux SOU- terraines sont

loin

d’être aussi simples. L a pente de la immédiatement

à

une aire de drainage où ___

-

^varie

couche aquifère déterminera la direction

de

l’écoule-

$un point

à

l’autre.

Si

le drainage se produit le long ment des filets d’eau et, par conséquent, la vitesse de d’une pente, la profondeur de la nappe souterraine cet écoulement en divers points

du

bassin.

En

raison

N

des fortes variations de la vitesse

de

1’6coulement variera approximativement en fonction

de

^____

N - E

et’ laminaire dans

un

corps poreux,

il

doit se produire précipitation, on obtient les résultats suivants

:

⁵¹⁰

__

⁺

‘’ ₌

_{27,8 m g par litre}

110

+

110

N

Le climat chimique et les sols salins dans la zone aride des mélanges entre les filets d’eau, de sorte que les

deux masses d’eau se rencontrent en de multiples points. D a n s l’exemple ci-dessus,

il

semble qu’après avoir enIevé de la végétation, on devrait enregistrer d’abord une élévation soudaine, mais inférieure peut- être

à

celle qu’on a calculée, de la teneur en chlorures

du

cours d’eau,

puis

une diminution continue d’année en année jusqu’à I’établissement d’un nouvel état stationnaire, après une période considérable, bien plus longue que la constante de temps de la nouvelle nappe

souterraine.

peut également se modifier L e rapport ___

sous l’effet de tendances annuelles

ou

de variations de longue période dans l’intensité des pluies. Ces modi- fications présentent peut-être une importance encore plus grande dans la planification à long terme.

On

a récemment démontré l’existence a u Mexique

[68]

de tendances de la pluviosité annuelle,

qui

doivent exercer une forte influence sur les variations de la salinité dans les eaux souterraines et fluviales des régions arides de ce pays. Les précipitations subissent des fluctuations de longue période. Les effets des variations de la précipitation sur la salinité des eaux fluviales et souterraines atteindront leur m a x i m u m s’il arrive que cette période coïncide avec la ((constante de temps ⁾⁾d‘une nappe d’eau souterraine (voir plus haut).

Lorsque l’aridité est telle que les sels se précipitent, on trouvera des couches de sels. Si l’évaporation compense la précipitation, les sels s’accumulent, et cette accumulation peut se poursuivre pendant des périodes géologiques. Lorsque le régime des précipi- tations subit des variations de très longue période, les sels sont alternativement déposés et lessivés; les eaux souterraines et fluviales et les eaux de source seront très salines pendant les périodes de pluie;

il

faut donc se montrer très prudent en évaluant, d’après les résultats de l’analyse des eaux fluviales, la quantité de sels marins précipités par an dans des régions arides.

U n e série d’observations portant sur une seule année risque d’indu&e gravement en erreur. Néanmoins, les données concernant la quantité annuelle de sels marins précipités peuvent être très utiles pour évaluer le volume des eaux souterraines,

à

condition que l’on connaisse le climat antérieur; mais

pour

cela des observations portant sur les eaux fluviales et les préci- pitations doivent être poursuivies pendant plusieurs années. U n e étude méthodique et bien préparée de la teneur en sels marins des eaux souterraines, des eaux fluviales et des précipitations serait très utile pour l’évaluation de l’économie hydraulique des régions arides et m ê m e de la plupart des régions

du

monde.

N

N - E

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