Les débits solides des cours d'eau

Proceedings Chapter

Reference

Les débits solides des cours d'eau

COLLET, Léon William

COLLET, Léon William. Les débits solides des cours d'eau. In: Rapports / Congrès national de navigation intérieure et d'aménagement des eaux . Paris : Ligue générale pour l'aménagement et l'utilisation des eaux, 1925. p. 1-20

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:138422

Disclaimer: layout of this document may differ from the published version.

1 / 1

•

Congrès National de Navigation Intérieure et d'Aménagement des Eaux

Grenoble-Lyon (16-22 Juillet 1926)

--~~

Rapport N° i

Les débits solides des cours d'eau

PAR

Léon W. C9.J.LE?-'

Aricien Dfreétew· du StH'Vice de l'Jfyd1·ographie nationale SuiSsr, f f1 Doyen de la Faculté des Sciences de l'Université de Genève,

t

^U

Professeur de Géologie . ~-~ .. - -.- ·. - .. S...._

Avec une planche.

Q ~.

---

^~"

INTRODUCTION . ~de t·~ I d .1i 6ee\ . Les cours d'eau des Alpes ayant un régime glaciaire~

~ stl!i â

étiage d'hiver, la première condition d'une mise en valeur ration- nelle, - qùe ce soit pour l'industrie, l'éclairage ou pour la trac- -tion électrique des chemins de fer, - est d'en régulariser le

débit au moyen de réservoirs. En un mot, il s'agit avant tout de créer de la force d'h~ver. G~âce aux progrès de la Science tech- nique, la mise en valeur de petits cours d'eau alpins à faible débit mais par contre à très forte chute et dotés de réservoirs (Fully 1 650 ni.) est aujourd'hui réalisée. La topographie des Alpes s'y prête du reste à merveille.

Comme réservoirs, on utilise :

· 1. Des lacs exi!Stants dont on surélève le niveau au moyen d'un barrage, s'ils ne sont pas assez profonds, ou dont on utilise une certaine tranche d'eau après les avoir mis en perce au moyen d'un tunnel.

1.

Des plaines alluvionnaires que. l'on transforme en lacs a:rti- ficiels en les barrant, ce qui revient souvent à rétablir uil éLaL ancien. En effet ces plaines, dans les Alpes, représentent généra- lement des bassins lacustres qui ont été comblés par les alluvions déposées par les afiluents.

3. Des cours d'eau que l'on barre dans une gorge. ·

L'établissement de bassins d'accumulation en montagne néces-

C OLI.ET.

*

-2-

site des connaissances très diverses, une foule de facteurs devant être pris en considération. Je poserai ici le principe que dans de tellés entreprises, le géologue doit être le collaborateur indispen- sable de -l'ingénieur, non pas seulement lors de rélaboration du projet, mais pendant toute la durée des travaux. On évitera ^a~nsi des déboires sans hombre et des ,pertes de temps et d'argent considérables. Il est grand temps de travailler avec méthode dans ce domaine et de réaliser que l'argent consacré à de solides études est de l'argent bien placé.

Dans tout projet d'accumulation d'eau, il faut tenir compte avant tout :

1. Des conditions hydrographiques du lieu.

2. Des conditions géologiques.

Sous le nom de conditions hydrographiques nous entendons : a) l'alimentation du bief à créer;

b) sa durée, en suite du dépôt des alluvions transportées par les affluents.

Les conditions géologiques à étudier sont : a) l'étanchéité du bassin de retenue;

b) la détermination de la profondeur à laquelle se trouve la roche en place sur laquelle le barrage doit être fondé. .

Nous nous occuperons ici des matériaux transportés par les cours d'eau, soit des cc débits solides » qui jouent un rôle considé- rable dans la détermination de la durée d'un réservoir ou lac

artificiel.

Les débits solides sont constitués :

1. Par les alluvions fines entraînées en suspensi'on dans l'eau ..

2. Par les alluvions roulées sur le fond.

I. - Les alluvions entraînées en suspension

dans les cours d'eau.

L'étude des alluvions entraînées en suspension est non seule- ment nécessaire pour la détermination de la durée probable d'un réservoir, mais encore du point de vue de la corrosion des turbines.

Je connais plusieurs dépotoirs d'usines hydro-électriques dans

•

"

- 3 -

les Alpes, qui furent établis un peu au jugé. ll en est résulté que certain d'entre eux fut complètement comblé, en peu de temps, par des dépôts dus à des hautes eaux. Cette installation destinée à retenir lè sable en facilita l'adduction dans le canal d'amenée.

Telle autre usine n'a pas pris la précaution de faire doser le sable en suspension avant d'établir son dessableur. Ce dernier étant insuffisant, il en résulte une forte usure des turbines et par là même une diminution du rendement. Qu'.on me permette ici une parenthèse. Si l'on étudie le transport d'un cours d'eau du point de vue de la corrosion des turbines, il ne suffira pas de déter- miner le poids de matières véhiculées en suspension <lans l'eau, mais il faudra, encore et surtout, déterminer si les ttoubles sont calcaires ou siliceux. Les alluvions siliceuses, même en faible quantité, rongent les turbines très rapidement. Certaines usines du Valais (Suisse) en ont fait l'expérience.

Les observations. La récolte de l'eau, en surface, doit 'être ins- tantanée. Elle se fait au moyen d'un récipient, muni d'un robinet

d'une contenance de 0,6 à 1 1. L'eau est filtrée et le poids des matières en suspension déterminé par pesées exactes et toujours rapportées à 1 1. d'eau. La quantité de matières en suspension s'exprime en grammes par litre et en tonnes par jour. Pour passer des poids aux volumes, qui seuls importent lorsqu'on veut déter- miner la durée d'un lac artificiel ou d'un barrage-réservoir, il faut tenir compte de la densité des alluvions.

LA 'DENSITÉ DES ALLUVIONS.

Pour pouvoir calculer le volume d'un dépôt, connaissant son poids à l'état sec, il faut connaître sa densité dans l'eau, c'est-à- dire à l'état de .boûe tassée, et cette densité fictive doit être le quotient du poids d'une certaine quantité de matière sèche par le volume total de la boue qui en résulte après dépôt dans l'eau.

Suivant le degré de tassement, ce volume est plus ou moins variable, mais toujours différent de celui qu'occuperait l'allu- vion desséchée.

,!.lonc, dans le cas des alluvions, de distinguer trois densités différentes :

1. La densité réelle del' alluvion desséchée, soit le rapport du poids

COLLET.

**

-4-

de la matière sèche au volume de l'eau déplacée, densité que nous désignerons par d = !!_. _V

2. La densité réelle de l'alluvion déposée dans l'eau, soit le rap- port de la somme des poids de la matière sèche et de l'eau d'im- prégnation au volume total de la boue, densité que nous désigne.- rons par

d' · P:.

_V

3. La densité fictive dont il faut tenir compte pour les calculs de la durée d'un réservoir, soit le rapport du poids de la matière sèche au volunie total de la boue, densité que nous désignerons

p .

par D = ,. V

Dans les formules ci-dessus

d est la densité réelle de l'alluvion desséchée;

p le poids de l'alluvion sèche employée pour l'expérience;

v son volume à l'état sec, c'est-à-dire le volume de l'eau déplacée;

d' la densité réelle de l'alluvion tassée dans l'eau, soit de la boue;

p' le poids total du dépôt (alluvion

+

eau d'imprégnation);

v' le volume du dépôt;

D la densité fictive ci-dessus définie.

La preinère de ces valeurs (d) peut donner des indications sur la nature chimique des minéraux constituant l'alluvion. La seconde (d') permet d'évaluer, avec une approximation du reste assez grossière, le degré moyen de division des matières déposées. La troisième ^~nfin (D) n'a d'autre objet que les calculs de colmatage d'après le poids de matériaux transportés, ces derniers étant exprimés en grammes de substance sèche par litre d'eau.

Si j'attire ici l'attention des techniciens sur cette question des·

densités, c'est que les auteurs qui ont traité l'intéressante ques- tion du dépôt des alluvions n'ont pas toujours fait cette distinc- tion, si l'on en juge par les chiffres souvent très différents qu'ils donnent comme valeur. de la densité. Les uns nous paraissent avoir considéré la densité réelle de la matière desséchée. En par- ticulier les valeurs supérieures à 2, admises par certains auteurs, correspondent déjà à la densité de vases consolidées (calcaires,

'--- 5 '--•

argiles, marfles). Les autres semblent avoir déterminé la valeur réelle de la densité de l'alluvion déposée.

Ayant eu l'occasion d'étudier avec mon collèguè et ami, le professeur R. Mellet, les troubles en suspension dans les eaux de la Massa, émissaire du glacier d' Aletsch, nous avons été amenés à en déterminer la densité. Nous avons obtenu les résultats suivants:

Densité de ·l'alluvion desséchée Densité réelle.

Densité fictive . . . .

d = 2,38 d' = 1,48 d = 0,83

Ces expér~ences montrent que les valeurs de densités dont on a tenu compte jusqu'ici pour les calculs .de colmatage paraissent généralement trop fortes. Il est possible que le tassement des alluvions sur le fond d'une nappe d'eau soit plus complet que dans les récipients pour expériences de laboratoire. Il me paraît plus sage, dans le calcul du temps nécessaire au remplissage d'un bassin d'accumulation, de compter avec une densité trop faible, puisque, pour un poids déterminé d'alluvions déposées, les volumes à évaluer varient en raison inverse de la densité.

LES VARIATIONS DE LA ·CHARGE EN ALLUVIONS DANS LES EAUX DE SURFACE ET ENTRE LA SURFACE ET LE FOND.

Les eaux de surface. - Dans les cours d'eau à régime glaciaire nous avons des variations diurnes du niveau qui sont fonction .- des variations de la température dans les parties glaciées du bas-

sin d'alimentation. D'une manière générale, nous pouvons admet- tre que les variations de la teneur en sable dans les eaux de sur- face correspondent aux variations du niveau, quand les. pluies dans le bassin d'alüneutation ne viennent pas augmenter la charge des alluvions sans augmenter d'une manière· sensible le débit du .cours d'eau principal. Dans le tableau ci-après on trouvera un exemple de la variation diurne dans la teneur en sable du Rhône à Gampenen (93 km. à l'amont de l'embouchure dans le lac de Genève).

- 6 -

SABLE N l VEAU DÉBlT SAB LE

DATES

.

par litre. ^{en gr.} l'échelle . a _{en 1n8. en kg. par sec.}

1

6 août 1913 : 8 h .. 0,482 4,12 175,0 84,350

-

^{12 h . .}

^{.. .}

^{0,275 4,06 166,2 45,705}

- · _-

^{Hi h . .} _{20 h ..} ^0,329 _0,350 ^4,10 _4,16 ^172,0 _{181,0 63,350} ^56,588

-

^{24 h . . • '} . ^{0,562 4,50 329,7 185,291}

7 août 1913 : 4 h. 0,273 4,15 179,5 49,004

- _-

_{12 h ..} ^{8 h .. 0,191} _0,210 ^4,00 _3,92 ^157,6 _146,4 ^30,Hl2 _{30, 744}

- · _-

^{16 h . .} _{20 h . .} ^0,312 _0,421 ^3,94 _4,10 ^149,2 _172.0 ^46,550 _72,412

Dans un torrent dont les variations sont uniquement dues aux précipitations atmosphériques, la teneur en troubles n'est pas proportionnelle à la hauteur d'eau, comme les chiffres ci-dessous le prouvent. Il s'agit ici de la Petite Emme à Schupfheim (Suisse).

DATES _il ^NIVEAU l'échelle. en gr. p a1• ^{S ABL E} lilre,

1913. 14 novembre . 6,52 0,501

1914. 10 janvier . 6,59 2,509

- 6 ₇ mars .

_{- .}

_" ^. _.. ^. ·

.

^~..

_{. ...}

^{'1 6,98} _7,04 ^0,700 _1,991

- 8 avril

'

^{6,30 2,322}

- 15 mai. 6,41 0,728

-

^{1er juillet.}

.. .

^{7,10 '18,687}

- 15

-

^{6,45 7,886}

- 6 août a. m . . 6,98 5,385

- 6 - p.m ..

. .

^{7,05 1,972}

Les eaux entre la surface et le fond. - R. Boissier, un de mes élèves, a montré que dans °les eaux de l' Arve la charge en allu- vions augmentait considérablement de la surface au fond. L' Arve ayant un régime torrentiel, greffé sur un régime glaciaire, il était indiqué de rechercher si le même phénomène se présentait dans un cours d'eau de pente plus faible. J'ai choisi à cet effet le Rhôhe, à la Porte du Scex. (Station du Service Suisse des eaux, avec appareil enregistreur ét courbe de débits.)

- 7 -'-

Au moyen d'un appareil spécial dont on trouvera la description dans mon volume sur les lacs ¹ (p. 223) 38 échantillons d'eau furent récoltés de la surface ver& le fond, le long de 8 ordonnées du }}rofil en travers. L'opération fut effectuée le 26 mai 1916, pendant la montée d'une vague: de hautes eaux, et répétée le lendemain à un niveau de 5 cm. plus élevé.

Les résultats ci-dessous montrent l'erreur que l'on peut ^corn~

mettre en calculant le transport des alluvions en se basant uni- quement sur des prises en surface :

a) Matières en suspension, calculées d'après les prises en surface parsec.

b) Matières en suspension, calculées d'après 42 prises à difîérentes profondeurs par sec.

Débit du Hhône . Rapport de b à a . . .

26 mai 1916. 27 mai 1016.

205 kg.

263 kg.

394 m³ 1,28

260 kg.

331 kg, 420 m³ 1,27 La teneur en sable en suspension atteint généralement son maximum tout près du fond. Il n'y a pas lieu de nous en étonner car Osborne Reynolds a montré dans ses remarquables travaux sur le régime des estuaires et des rivières, qu'au moment où l'écou- lement d'un cours d'eau passe du régime de Poiseuille (filets rec- tilignes) au régime tourbillonnaire les grains de sable sont soule- vés du fond à une certaine hauteur. Mais si la charge des matières en suspension est à son maximum près du fond, c'est précisé- ment aux points où les vitesses de l'eau sont très faibles. Les résultats que l'on obtient en multipliant la moyenne arithmé- tique des teneurs en sable par le débit moyen sont erronés et dans · la règle trop élevés. On peut arriver. à une grande exactitude à . ^. l'aide d'une méthode analogue à celle employée pour le calcul du débit par jeaugeage au moulinet. Le lecteur que cette question pourrait intéresser, trouvera dans mon volume sur les lacs (p. 205) le détail de la méthode de calcl!ll.

_Il faut donc au moyen des prises en profondeur, effectuées dans plusieurs ordonnées du profil mouillé, et cela pour diffé- rents débits, arriver à établir un facteur de correction quî per-

1. Léon W. Collet. - Les Lacs, leur mode de formation, leurs eaux, leur destin.

- G. Doin. Paris, 1925,

- 8 -

mette de calculer le transport total par secoilde, d'après les prises de surface.

Pour les torrents alpins, à régime glaciaire, à forte pente, il n'y a pas de différence entre la teneur en tr01.1:bles des eaux de surface et celles de fond. Il ne s'agit presque plus dans ces cas d'un écou- lement de l'eau, mais presque d'uri ^cc roulement» de l'eau qui pro- duit un brassage complet.

Nous avons vu que dans le cas du Rhône, près de son embou- chure dans le lac de Genève, le facteur de correction est de 1,27 à 1,28. Dans le cas de l' Arve un peu à l'amont de Genève, des erreurs considérables seraient faites si l'on ne tenait compte que des valeurs représentant la charge des alluvions dans les eaux de surface, le facteur de correction étant de 2, 129.

LES CRUES.

Les crues dues à de fortes pluies jouent un rôle considérable dans le transport des matières en suspension dans l'eau des cours d'eau. D'une manière générale, mes études m'ont montré que le maximum de transport ne correspond pas au maximum de la crue mais au commencement de cette dernière. En effet, les ter- rains sont délavés par ruissellement au commencement de la crue.

Nous avo1is vu précédemment que dans les cours d'eau à régime glaciaire, les matières en suspension sont, d'une manière générale, proportionnelles aux hauteurs d'eau. Cependant au commencement de la crue d'été la charge en alluvions est toujours plus forte qu'au milieu de l'été, parce que le délavage des terrains se fait à la fonte des neiges. .

L' éxemple suivant, pris sur l' Arve, un peu à l'amont de Genève, montre l'importanèe des crues et la nécessité de les suivre d'heure en heure si l'on veut obtenir des résultats exacts :

Dates.

6 juin.

7 8 9

Crue de l'Arve des 7 et 8 juin 1915.

Observations de R. BoissmR.

Débit de l' Arve en mètres cubes.

17 200 000 19 000 000 19 267 000 17 200 000

Matières en suspension

en tonnes.

4 814 91 352 32 118 7 565

-9 -

Le maximum de la vague de sable passa le 7 juih à 22 h. 30 avec 20,864 gr. par litre. Comm'e il s'agissait d'une étude détaillée effectuée à l'usine de Vessy, des observations étaient faites même de nuit d'heure en_ heure. Si tel n'avait pas été le cas la vague de sable n'aurait pas été *enregistrée,car elle passa: de nuit. Les chif- fres ci-dessus montrent de plus que la crue d'eau dura deux jours avec une intensité presque égale, tandis que la crue de sable est beaucoup plus nettement marquée le 7 juin. En un seul jour, l' Arve a charrié plus de. matières en suspension que pendant les mois de janvier, février, mars et octobre réunis. Ce phénomène d'une vague de sable n'est pas isolé comme on peut. s'en rendre compte en consultant la planche ci-jointe où les observations faites sur l' Arve sont représentées graphiquement.

CONCLUSIONS.

Si l'on ne veut entreprendre qu'une étude d'orientation sur le transport des matières en suspension une pris·e d'eau par jour, en surface, est suffisante à condition d'avoir au préalable déterminé le régime du cours d'eau, demanière à opérer sur des échantillons représentant une valeur moyenne. En comparant le cas étudié à ceux que j'ai traités plus haut, on pourra obtenir un facteur de correction pour tenir compte de l'accroissement des troubles avec la profondeur. Par contre, si l'on sort du cadre d'une étude d'orientation, il est absolument né.cessaire d'effectuer les prises à une station possédant un appareil enregistreur des variations de niveau, avec courbe de débits. De plus les crues devront être suivies et on s'efforcera de déterminer des facteurs de correction en faisant d"ês prises en profondeur.

Le cas de l'Arve que je traite ci-après peut servir d'exemple pour une étude détaillée.

LES MATIÈRES EN SUSPENSION DANS LES EAUX DE L'ARVE A VESSY PRÈS GENÈVE.

Le régime de l'Arve. - Avant d'attaquer le problème du char- riage des ~lluvions, voyons rapidement le régime de cette rivière.

Le niveau de l' Arve, à Genève, commence à monter dès le mois de

10-

mars sous l'action des affluents subalpins grossis par la fonte des neiges. Quand cette action subalpine touche à sa fin, l'apport des affluents alpins venant des glaciers, commence déjà à se faire sentir. Il atteint son maximum en juin et juillet. Les torrents subalpins passant par leur étiage au moment où les torrents gla- ciaires commencent à baisser, l' Arve passe généralement par une période de débit relativement faible de septembre à novembre.

L'action des crues d'automne et souvent d'hiver des torrents subalpins se fait alors sentir et provoque une nouvelle période de hautes eaux en novembre, décembre et même janvier, sui- vant les années.

Les crues soudaines dues à de fortes pluies jouent un rôle capi- tal au point de vue du transport des alluvions.

1. Les observations. - L' Arve a été étudiée en 1890 par Baeff et en 1915-1916 par l'auteur et R. Baissier. BaefI qui n'était pas hydrographe a quelque peu négligé la détermination des débits de l'Arve. Il est ainsi arrivé à un débit moyen annuel de 54,36 m³ par seconde, alors que le Service fédéral suisse des Eaux pour cette même année donne 77,20 rn³ par seconde. De plus BaefT ne s'est pas préoccupé des matières en suspension au-dessous de la sur- face. Il est facile cependant de corriger ces résultaLs el nous

arrivons ainsi aux chiffres suivants :

Matières ~n suspension dans les eaux de surface de l'Arve, à Genève en 1890.

Mois.

Janvier Février.

Mars.

Avril.

Mai.

Juin.

Juillet.

Août ..

Septembre Octobre . Novembre Décembre

Matières en suspension en tonnes.

24 228;'483 331,646:

3 975,948 11 005,636 49 296,222 201 44tl,p72 104 199,371 225 741,29-1 23 372,849 55 507,000 7 287,520 1 404,731 707 795,372

- 11

L'étude que j'ai effectuée avec R. Baissier, en 1915-1916, est de beaucoup plus complète que celle de Baeff. Au total 16 crues ont été suivies d'heure en heure et la charge en sable mesurée plu- sieurs fois, à des nïveaux différents, de la surface vers le fond dans tout le profil mouillé pour déterminer un facteur de correction.

Cette précaution était bien nécessaire comme le montrent les cliiffres suivants : le 28 mai 1915, l' Arve n'aurait transporté que 39,6 kg. par seconde si l'on n'avait t enu compte que de prises effectuées en surface, tandis que ^le~ mesures faites en profondeur ont démontré que ce cours d'eau transportait en réalité 123,5 kg.

par seconde.

Le tableau ci-dessous renferme la charge minimum et maximum de màtières en· suspension pour chaque mois, en ^reg~rd de la hauteur d'eau à l'échelle.

ARVE. -- Charge minimum et maximum dans les eaux de surface (1915 -1916).

-

^{HAUTEUR MINDIUM HAUTEUR}

DATES il sable gr. à

!'échelle. pai1 lltre. l'échelle~

1916. Janvier

.. .

3,29 0,002 4,54

-

^{Février . 3,28 0,005 LJ,10}

-

^{Mars. ·:}

^.

^{3,27 0,010 4,16}

- Avril.

.

^{" 3,60 0,002 4,54}

1915. Mai . 4,24 0,090 4,17

-

^{Juin. 3,91 0,110 4,68}

--

.Juillet . 3,82 0,150 3,97

-

^{Août. 3,73 1,150 4,22}

-

Septembre . 3,60 0,090 4,22

-

^{Octobre 3,36 0,005 3,80}

-

^Novembre

.. .

^{3,40 0,010 4,54}

-

^{Décembre. 3,73 0,030 4,68}

MAXIMUM sable gr.

par litl'e.

2,270 0,660 0,210 2,466 2,240 20,864

9,100 1,870 0,950 0,540 2,120 2,770

Le lecteur trouvera en annexe, à la fin de ce mémoire, la valeur du transport des matières en suspension dans les eaux de surface de l'Arve pour chaque jour de l'année 1915-1916.

Le tableau ci-dessous résume ces données pour chaque mois.

12 -

Arve (1915-1916).

MATIÈRES EN SUSPENSION

DATES CALCULÉES D'APRÈS LES PRISES

EN SURFACE (en tonnes)

1916. Janvier .. 43 226

-

^{Février. 14141}

-

^{Mars. 19 053}

1915. Avril. 76 623

-

^{Mai 276 753}

-

^{Juir:. . 296 673}

-

Juillet . . .. ^"

•

^{458 880}

-

^{Aoû ~ . 179 808}

- Septembre 65 012

-

Octobre .. ^~ . ^{; 15 638}

-

^{Novembre 69 281}

-

Décembre ..

.. .

^{• • ':. 1 196 863}

1 711 951

Nous avons à multiplier ce chiffre par le facteur de correction déterminé au moyen des prises en profondeur, soit par 2, 129 :

1 711 951 X 2,129

=

3 644 667 .t. en 1915,

ce qui représente 1 822 t. par km² du bassin d'alimentation, soit 1 214 m³ par an et par km²

en admettant une densité de 1,5.

Si nous multiplions le chiffre optenu pour le transport dans les eaux de surface en 1890, par le même coefficient, nous obtenons :

707 795 X 2, 129 = 1 506 896 t. en 1890,

ce qui représente 763 t. par km² du bassiù d'alimentation, soit 502 m³ par an et par km²

en admettant une densité de 1,5.

Il nous reste maintenant à expliquer la formidable différence, du simple au double, dans le transport des alluvions en 1890 et en 1915. La statistique des débits del' Arve, établie par le Ser- vice fédéral Suisse des Eaux, donne pour la période 1904-1916 les ^d~its annuels moyens suivants pour l'Arve:

-13-

ANNÉES DÉBIT

en mètres cubes.

1890 . .

. . .

. ⁷⁵

1904 . . 79

1905 .

. .

. 1 77

1906 .

. .

^.

. .

⁶³ Débit annuel moy.en

1907 . 70

1908 . . .

.

.

.

⁶⁷ de la période

1909 . . .

.

^{• ' 77}

1910 . . . . .. . 109 1904-1916

1911

. . .

.

.

^{i 75}

1912 . ..

. . .

^{87 82 ,98 m3-sec.}

1913 . '

. . . .

⁶⁷

1914 . . . . .. 104 1915 . . ., . 104 1916 . ..

. ..

⁹⁸

Nous voyons ainsi que les chiffres obtenus pour l'année 1890 sont légèrement· au-dessous de la moyenne et que les chiffres pour l'année 19.15 SO!lt considérablement en dessus. Nous arri- vons ainsi à la conclusion que :

le chiffre de 502 m³ par an et par km² (1890) est inférieur à la moyenne,

celui de 1 214 m³ par an et par km² (1915) est un maximum.

Enfin, pour faciliter des comparaisons, dis.ons que la surface du bassin versant del' Arve, jusqu'au Rhône, est de 2 080 km^2, dont 132,15 km² occupés par des névés et glaciers:

II. - Les alluvions roulées sur le fond.

Il est très difficile de déterminer la valeur du transport par roulement des alluvions sur le fond d'un cours d'eau. Le pro- blème a été, il est vrai, abordé par les mathématiques et il existe une série de formules qui malheureusement ne peuvent tenir compte de la complexité de ce phénomène naturel. C'est la raison pour laquelle je me suis efforcé d'étudier cette question importante par l'observatiün directe sur le terrain.

Les études que j'ai dirigées pendant plus de dix ans, en Suisse,

- 14 -

et dont j'exposerai ici quelques résultats, m'ont montré qu'il y a deux manières d'aborder le problème :

1. En mesurant l'accroissement des deltas des cours d'eau daris des lacs.

2. En suivant pas à pas les atterrissements dans U:n barrage réservoir.

Pour avoir quelque valeur, des études de ce genre doivent être effectuées avec la plus grande exactitude possible. Elles demandent un personnel nombreux et par cela même sont très coûteuses. Voyons de plus près ces 'deux méthodes :

L'ACCROISSEMENT DES DELTAS DANS LES LACS.

L'étude de l'accroissement d'un delta consiste dans le levé de la carte bathymétrique, répété à intervalles de d"lx ou vingt ans, suivant la puissance de transport du cours d'eau.

Il va sans dire qu'il s'agit ici de levés de détail et que les mé- thodes de sondage employées pour le levé de la carte bathymé- trique d'un lac sont insuffisantes. Un appareil spéèial de sondage a été construit pour ces travaux sur les indications de M. Stumpf qui s'est fait une spécialité de ces levés au Service fédéral Suisse des Eaux. Le lecteur, que cet appareil intéresserait, trouvera sa description détaillée, avec figures, dans mon volume sur les lacs. Pour donner une idée de l'exactitude d'une carte bathy- métrique d'un delta,

il

me suffira de dire que le levé du delta du Rhin, exécuté par Stumpf ^~n 1921, comprend 8 600 coups de sonde!

On m'objectera que les résultats ainsi obtenus ne repré- sentent pas la totalité des matériaux roulés et charriés en sus- pension, mais seulement les matériaux roulés plus une certaine quantité de matières en suspension qui se sont déposées dans le delta tandis que les autres, plus fines, sont entraînées au large et déposées en avant du delta où il esl impossible de les mesurer.

C'est vrai, mais ce petit inconvénient est grandement compensé par la valeur des résultats qui permettent des comparaisons, pour autant que l'on tient compte de la pente du cours d'eau et de la nature géologique de son bassin d'alimentation. Il est même

- 15 probable que lorsqu'un cer- tain nombre d'observations auront été recueillies, on pourra se risquer à générali- ser. Du reste, les atterrisse- ments dans un barrage ré- servoir représentent toujours le remplissage d'un lac grâce au développement d'u1i delta.

La seule différence, - et elle est .essentie'llé - réside dans le fait qu'une plus ou moins grm1de partie des matières en suspension contribue à combler le barrage réservoir au même titre que le delta, alors que dans un grand lac naturel, le problème de sa durée joue un rôle autrement moins important. C'est la raison pour laquelle nous avons été amenés à étudier précédem- ment aussi la valeur du trans- port. des matières en suspen- sion dans les cours d'eau:

J'ai résumé, dans la table ci-contre, les résultats obte- nus.

On notera la grande diffé- rence entre le chiffre donnant la quantité d'alluvions dépo- sées dans le delta de l' Aar de 1878 à 1897 et la même don- née pour la période 1897 à 1913. Ce fait s'explique aisé- ment. C'est en 1878 que l' Aar fut conduite dans le lac

rll (1)

~

rll ₍₁₎

'C 'C S..

0 s::

....

l/l ~

S.. (1)

l>

~ S.. ~

~ (1)

~

l/l S..

::s

8

l/l (1)

...

g.

₍₁₎

g.

'C (!)

.:!:l (TJ _Cl)

'C

~

....

2 ~

rll ri!

'ë

()

<

()

~ i ;3

~ "1

"'5"'

0 ~ §.~ ~

e:<-cGie

"'

_"

-

^{"OO ...} _.

N ro ^{~ lf)}

z ~r--l ~ ~

~ ::i:: ,! Q.l et: '!""""i

u 'O t: ~

~<~ §<t>

i:Q -ti' ^u~

~ ~ ~ ^~ ,.,,

"1 - " ^OO 0 "c ....<

z

::t

^.,,;.

< " ^.,...,

~ ~~ ^r--,...;

"'E~:nr2

tn <ll ct1 S:: OO ::i - ;j 0 '!""""i

~ mOC ~

~ c ^(/J ce le

~ wt..: OO

""""

^...

'°

^,..;

~ ^N _Cl>

~ ^... ,..:.

" ^{0 .,...,} zU

"'

~" ...

:i:"" cv5 p:; ~ OO 1 OO

~ ... .,;,

E ,.,,

"' ^OO

""

^.-<

""

^.;:J _{E ci ,.,,}

~ OO :i: " "'~ z " ~"" _{..< ~ u} ^.-< 0 ...

"'

~ ...

"'

.

6 ,.,,

"

"' ^OO

""

^.-< cf)

" ^...

" "'

;; ^.,..., r!.

'A

"'

p:; ~ ^OO .,...,

< ^u r.:

<~

"'

~ OO .-<

"' oo

; _r--

""

^{OO ...}

. .

0 ll')

18

_N OO ^{... 0} ... ^o. ... OO

OO ll')r< ll')

OO..;< 0 r--r-- ll') ..;

C>OO OO 0

0 ....<

N

r-- 0 ~

N ô

1;;;

,.,, ,.,, ₀ ^N

t'- .,..., M M or--ll') OO

Or< 0 0

r--,., N' ^~

..;<..;< M r-- C>..-< OO ...

M OO OO 0

OO _OO ~ ⁰

N .,3

....<<:!> .,..., ll') ..-<r-- ,.,, ..;<

ll'>N N

OO o.

OO ..;<

ll').-1 .-< _C> ,..,_

... r-- ll') r-- ..;< .... ,.,,

"'

_{. .o}

ll')

=

0 oo"

=- <';_ N

I ~ =-^=-0 0 ^N

'°

^.-< ";" ^{ll') ~}

"'

oo '°

oo oo <';_ o.

00 '1< .-<

"'

""'""

^{N ....<}

r-- ,.,, ....

M

oo oo <';_ ...

MO C'i'

,.,,,.,, "'

^{... ...}

"'""

^{M ...}

..;<..-< ....<

N OO OO

""·

^o.

O'Of< ... .-<

0011'> C> ..;<

OM ^r--M

""

^{.-< N}

,.,,

~ .. § . §.S

~·§:µ·c..~ .

• ...: ,_.2 . ro $i::

'Ororoi:: P. p o ,,,'6~"',,,-o :.::l d,,)~4)s .4.) ·~r~

.Q ;j.QZ:: .Q ·i::

::1 Ol ::l Ol • ::l .;.: ^Q) u _{~ ~"' 0}

"'=' "

_{Q.) ' ~ s:: •} Ns "' l<! .::i ^Q) P.Oi ^1:2

'""'•1"""1 '""' !J) i....-+-> ~

~?~~~~~"d

~ ~p:) ';21

a

- 16

de Bienne par le canal d'l1agnek. La pente de la rivière ayant été, de ce fait, considérablement augmentée, nous devons nous attendre à un transport d'alluvions très fort durant cette période.

Dans la seconde période, c'est-à-dire vingt ans après, l' Aar doit avoir commencé à régulariser son cours et doit donc entraî- ner beaucoup moins d'alluvions. Les résultats d-dessus confir- ment cette manière de voir.

Pour le delta du Rhin les différences entre les deux périodes sont considérables. Le chiffre de 7, 14 m³ par an et pat kmz indique que le Rhin n'avait plus la force de charrier des alluvions sur son lit, sa pente sur les 9 km. en amont du lac n'était en effet que de 0,40 à 0,48 p. 1 000. C'est la raison pour fa.quelle la cor- rection du Rhin fut décidée par la Suisse et l'Autriche en 1892.

Le chiffre indiquant le dépôt dans le deltà de 1911 à 1921 soit 456,0 m³ par an et par km² indique l'effet de la -correction.

LES ATTERRISSEMENTS DANS LE BARRAGE RÉSERVOIR DE KALLNACH.

Sur la figure nous remarquons qu'un barrage:-réservoir a été établi directement en aval du confluent de l' Aar et de la Sarine C'est là que se trouve la prise d'eau de l'Usine hydro-électrique de Kallnach. En 1913, ayant estimé que les matériaux entraînés par l' Aar dans le la.c de Bienne se déposeraient en totalité dans le barrage-réservoir de cette usine, j'ai fait étudier dès 1914.

date de la mise en exploitation, l'alluvionnement dans le barrage- réservoir. Après mon départ de Berne, ces études furent poursùi- vies par mon successeur le Dr C. Mutzner. Nous 'possédons actuellement 6 années d'observations effectuées avec beaucoup de soin, dans des conditions souvent très difficiles, par l'ingénieur Gilgen. C'est au moyen de profils eil travers, très serrés et levés en basses eaux (hiver), que l'on a déterminé chaque année la valeur des atterrissements dans le barrage-réservoir de Kall- nach et dans la partie. de la Sarine et de l' Aar influencée par le remous. Voici les résultats obtenus.

0

Landeron

•

1914.

1915.

1916.

1917.

1918.

1919.

Moyenne 1914-1919.

-17-

140 m³ par km² de bassin versant.

186 120 120 89 94

125 m³ par km² de bassin versant.

L'alluvionnement considérable de 1915 s'explique par des hautes eaux (Sarine) du mois de mai, qui sont de beaucoup les plus fortes de cette série de six ans.

• Rade\r.ngen

;1·

• frieswil

.r

~ ...

'\

Nous avons vu plus haut que l'accroissement du delta del' Aar dans le lac de Bienne, avant la construction de l'Usine de Kall- nach avait été de 112 m³ par an et par kilomètre carré du bassin d'alimentation (moyenne des années 18~7-19~3). Il n'y a pas

~'a.~ ...

Léon w. Colle! -l ê5 néh!m. solides. -

onne5 1 1\ ni IV

1915

V mu VJ.UJllM!n VI vn

1915

Vl,P

1915

IX 1915

X 1915

XI 1915

XII T~:s

...

_{1916 1916 1916 1915 1915 1915} ^.,_

c- 70- t-: -

..

~ --~~,___---~---<---<>---+--1•---... --t---tt-+--- ---;---+-- - - ---t---r---

., ___ _,.._M_a_t ^._1 è_r e_s_e_n suspension

~n IOQQ ~onne:!I par )OUJ"

,._,.,,__. --l---i---+---i-+-H----+--H-&--l+l---+---11---+---+-~,....~~),)-

dans l'eau de surface ,

::==::===~==~~~===:~========:=~

..

Hft-_-_-_-_-_-_~~~~-~n:-=.--A-H+-H----+-+/'\~ftllo\-,~-HH,1--\----+-1---11---+--AA1---t-n-Jl~/~\·•~_;;~ ·

' \.... mo. l - A / l V V "'vJ V"" ~ ""' 'Vl..J\ _ _) \ .___, 'AJ\... .) U\,.. J\ \.__ ' 'vJ \ ~ .,,,ld-..

_:___::---1---<=1---i-..jl,...----1--,---J\--+l--l-l----+----11---11-Hll-- l----+---'!---,.,...--+--+----l----I~~~~

A ~ Valria hon du ri veau de l'eaù l _,.,_ -

>--- '~ --+---+---+-+1----+~~~,l~l'...i\~.-~ll.frl-,lHJ\M.l·l--,l--+--T~-H-l-+-f'rif'T\----o+-L•m-n-,9 -,.p-oo_d_o_l'tc~c•_d_e-Mo-'d•-ci-~o--+--+--+---Hll\~1^{-ill -~}

>---•.zo--4--...,--+----i--~++----t,w,,ll.~,-.\y+l,~"~ ... f-W"'"""""\.---.A;::~:ri'-+ll~ll·t·--IT-"'·1~~1_-1!1-!+-... -+1:::====::~:======~=========:~~~:====~:~1~;:1:.·

...

~"-_HI-·-!

1 ~·::

. ...

.,mm

n

I\'

\..__.._ r

I.}""- \

... ...

\ \ I ÎI..

·v "'""''""

j~ Chutes de P.)Ule

•

d• Genev• - V ¹¹ \JI' 1t' ~

,

""-'\ V iV \... !\. ^~ -^{1 ~ \} 'fi- -· \. \\ ,1 1 ,,_, • -·:~m

M'-+

\

:::_~- -- i - ^.1

^{1 1 1} ·t+--..,-11-t· 1 • 1

~ _,..____:.'~

,,__..,.,_

. _;,. . 1• ..

^{..a· ..} ..w.1 .. 1 ... 1 1 ^~ ,

ü

.1.1. __.•.._.__., ... 1·--.- ... ^{~1 ---.-}... 1 ..lk_ ".J

;,-:;-::r

~- 19

une grande:dffférence entre 125

m

^{3 et 112 m3} d'autant plus-que

--..

~ en

... _C- -·~ E

:7

...

_

...

"'

c: "' ...,.

"' ^{Q,) .2 c} ....,

...

0 16

"' ^c... .,,

J'.! ^::r .,,

:.D ^c

_., ^Q _VI

..

"'

...

~~~

=

m E

~

...

~ ₀ ^--cl

..

u ~

..

i~ _{- ...c}

_, -c

....

^-0

.. ..

G>

:;:i

_!:!"'

...c:

~

"'

C> ~

1-_1LJ

z

a::

-

1- X

1

'~

>

>

. _I>

>

>. _E

1 1. 1

gllll~

- ~~

1

i

_:;;

c u

;;-E c

"' ^~ _~

~ ""'

~

1

d

~

vn~lve.

~

(/()/S'{A;t/s/J~ 1 (/J J'.,7"'.~/.(8~

1 ... 1 1 \1

~

~

~ C-

~ :;;

l

§ ~

= _c

u

~

~ - ~

·:::;;; m

la période d'observation n'est pas de même durée dans les deux cas. Nous pouvons-donc admettre que les matériaux qui autre-.

'>

0

'

'

_:_ 20 -

fois se déposaient dans le lac de Bienne se dét>osent aujourd'hui;

dans le. barrage-réservoir de !'Usine de Kallnach. Il est bien évi- dent que des alluvions continueront à se déposer dans le lac dè Bienne, représentant la valeur. de l'ablation du bassin versant situé entre le barrage-réservoir de· Kallnach et l'embouchure de l' Aar dans le lac de Bieirne. Cette quantité doit être très faible, car cette surface n'est que de 37,3 km² -alors que la surface du bassin d'alimentation du barrage-réservoir de Kallnach est de 1 354 km^2, avec des conditions topographiques très différentes (pentes beaucoup plus fortes). Une remarque est ici nécessaire : en réalité le bassin d'alimentation du barrage-réservoir ae Kal- lnach, du point de vue hydrologique, est de 5 102 km^2• Mais si l'on considère seulement le transport des alluvions, on remarque qu'il faut en soustraire le hassin d'alimentation de l'Aar jusqu'au lac de Thoune, 2 477 km^2, et la surface du bassin d'alimentation de la Sarine jusqu'à Fril;wurg, 1 271 km^2, car depuis 1872 tous les graviers de la Sarine se déposent dans le barrage-réservoir de Pérolles.

La planche ci-jointe p_ermet mieux qu'une longue description de se rendre compte des atterrissements à l'amont du barrage- réservoir de l'Usine hydro-électrique de Kallnach de 1914 à 1918.

DU MÊME AUTEUR

LES LACS

Leur mode de formation. - Leurs eaux. - Leur destin.

G. Dain, Paris, 1925.

\

Coulommiers,

'

....