La source intermittente (ou fontaine intermittente) de Fontestorbes est située sur le territoire de la commune de Bélesta, près de Lavelanet, en Ariège. Lorsqu'on arrive près de la source, rien de très anormal à première vue: il s'agit d'une résurgence importante, qui sort de la bouche d'une sorte de caverne s'enfonçant dans le flanc de la montagne à quelques pas de la route et du lit de l'Hers, tout proche en contrebas. Il faut rester plus d'une demi-heure pour se rendre compte de la particularité de la source: à un moment donné, le flot va gonfler peu à peu, puis prendre la forme d'un véritable torrent grondant en se jetant dans l'Hers. L'entrée de la caverne, parfaitement praticable quelques minutes auparavant, se transforme en cascade et devient totalement immergée. Ce phénomène est expliqué en détail plus bas.
Au cours de chaque intermittence, d'une durée variable mais voisine d'une heure, la fontaine s'assèche presque totalement (débit minimal compris entre 0,02 et 0,2 m³/s) puis remonte à un débit maximal (1,6 à 1,8 m³/s). En fait nous sommes en pays calcaire, et, comme cela arrive souvent dans ce cas, nous nous trouvons dans une zone karstique, c'est à dire que la montagne est percée par de multiples cavités, couloirs et conduites souterraines creusées par l'eau elle-même, l'acidité liée au dioxide de carbone contenu dans l'eau de pluie suffisant à dissoudre la roche calcaire. La fontaine de Fontestorbes est en fait la résurgence d'un vaste bassin versant situé bien plus haut, sur le plateau de Sault, ce qui explique son fort débit, car elle capte l'eau d'un vaste territoire.
Il faut bien noter que Fontestorbes n'est pas toujours intermittente: en général l'intermittence se produit entre juillet et octobre. En hiver le débit est fort en permanence. Toutefois, même en été, en cas de forte pluviosité, le débit reste maximal en permanence, tandis qu'en cas de forte sécheresse, le débit reste minimal en permanence. Nous expliquerons également les raisons de ces phénomènes plus bas. Mais en général, le touriste qui arrive à l'improviste en été a de très bonnes chances de voir la fontaine intermittente à l'oeuvre.
Il existe deux "modèles" pour expliquer l'intermittence de la fontaine de Fontestorbes: le modèle ancien, ou simple, proposé au XIXème siècle, qui ne fait appel qu'à un siphon et une conduite forcée; et un modèle récent, plus complexe, faisant appel au phénomène de succion dans une conduite forcée, et donc à un conduit supplémentaire dit "de prise d'air". Ici, on n'explique en détail que le premier modèle, facile à mettre en oeuvre expérimentalement chez soi. En ce qui concerne le second modèle, il est présenté ici, mais sans grand détail, en se basant sur les sources disponibles.J'en ferai une description détaillés si je parviens à le mettre en oeuvre expérimentalement.
Tout d'abord, avant de comprendre le principe de la fontaine intermittente de Fontestorbes, il faut bien comprendre le principe de la conduite forcée. Examinons le schéma 1 ci-dessous. Nous avons deux cuvettes identiques remplies d'eau. Leur fond est percé d'un trou, auquel est assujetti un tuyau rigide assez large, fermé par un robinet. La seule différence est que pour la cuvette A, le tuyau est très court, tandis que pour la cuvette B, le tuyau est long. Les deux tuyaux ont toutefois le même diamètre.
Maintenant, si nous ouvrons les deux robinets au même moment, la cuvette B va se vider bien plus rapidement que la cuvette A. Cela est du à l'effet de conduite forcée produit par le long tuyau de la cuvette B. En effet, lorsque les robinets sont fermés, la pression au robinet B est plus forte que la pression au robinet A: la différence de pression est égale à la hauteur d'eau entre les deux robinets. Si la différence de hauteur entre les deux robinets est de 10 mètres, la différence de pression sera de 1 bar, ou 1 atmosphère, ou encore 1000 hectoPascal (hPa), c'est à dire que la différence de pression sera égale à la pression atmosphérique. Si de plus la hauteur d'eau dans les cuvettes est de 2 mètres, alors la pression d'eau au robinet A sera donc de 0.2 bar, tandis qu'au robinet B, la pression sera 1.2 bar. On comprend qu'avec une telle différence de pression, l'eau va sortir beaucoup plus violemment du robinet B que du robinet A, lorsque nous les ouvrirons.
On peut faire facilement l'expérience avec des récipients en plastique, mais attention, pour que la différence de durée de vidange des cuvettes A et B soit grande, il faut tout de même que le volume des cuvette soit beaucoup plus important que le volume intérieur du tuyau B, sinon tout ira trop vite et l'on aura du mal à mesurer la différence de durée.
Pour les spécialistes, ajoutons deux remarques supplémentaires. (1) D'abord, pour que ce qui est dit au dessus soit vrai, il faut que l'eau puisse s'écouler relativement librement dans le tuyau B. En effet, les considérations sur les pressions statiques (lorsque les robinets sont fermés) dont nous avons parlé ci-dessus ne peuvent véritablement se traduire par des considérations sur des débits que si les pertes de charges dynamiques ne sont pas trop importantes lors de l'écoulement. Si le tuyau de B était très fin, avec beaucoup de coudes, de telle sorte que l'eau ait du mal à passer dedans, le raisonnement serait caduque. C'est pour cela que nous avons parlé de tuyaux "assez larges". (2) Ensuite, il faut que les tuyaux soient assez rigides, dans le sens ou leur volume intérieur ne doit pas pouvoir trop varier en fonction de la pression. En effet, si on prenait comme tuyau B un long ballon de baudruche, eh bien, lorsque le robinet B serait fermé, le volume en bas du tuyau serait énorme à cause de la déformation liée à la pression, et lorsque le robinet B serait ouvert, le tuyau se mettrait rapidement à s'aplatir au voisinage de robinet, et il ne pourrait plus laisser passer l'eau librement. Le débit serait alors considérablement réduit. C'est pourquoi les conduites forcées des centrales hydroélectriques doivent être grosses (défigurant ainsi le paysage) et rigides (elles sont en métal épais).
Maintenant, il nous faut comprendre le principe du siphon. Examinons le schéma 2 ci-dessous:
Les robinets sont fermés sur les deux figures dessinées, et les tuyaux
qui passent par dessus les cuvettes sont rigides.
D'abord, que va-t-il se passer si l'on ouvre le robinet A ? réponse: rien du tout.
En effet, la pression au niveau du robinet est égalé à la pression atmosphérique,
donc son ouverture ne change rien.
Maintenant que va-t-il se passer si on ouvre le robinet B ? réponse: la cuvette va
se vider jusqu'à ce que le niveau de l'eau arrive au niveau de l'entrée du tuyau.
Donc à la fin, il restera un peu d'eau dans la cuvette B, et le tuyau sera plein d'air.
En effet, au moment où l'on ouvre le robinet, l'eau qui se trouve dans la partie haute du tuyau
se demande si elle doit tomber dans la cuvette vers la gauche ou vers le robinet à droite:
en fait elle va se diriger dans la direction où la pression est la plus faible. La partie qui descend vers la
gauche crée une petite dépression égale à la hauteur entre la surface
de l'eau dans la cuvette et le sommet du tube, mais la partie qui descend vers la droite
crée une grande dépression égale à la hauteur du robinet et le sommet du tube.
C'est donc vers la droite que l'eau va se diriger, et ce tant qu'il reste assez d'eau
dans la cuvette pour que la bouche du tuyau soit immergée.
On remarque aussi que plus le robinet se trouve bas par rapport à la surface de l'eau dans la cuvette, plus le débit sera grand, car l'effet de conduite forcée agit et accélère l'eau au niveau du robinet. On peut s'en rendre compte facilement en utilisant un tuyau assez souple (tuyau d'arrosage) et en montant/descendant la sortie du tuyau: plus on baisse la sortie, plus le débit augmente. Attention à ne pas élever la sortie du tuyau plus haut que l'eau dans la cuvette car le débit va alors s'inverser, et c'est de l'air qui va entrer dans le tuyau, et désamorcer le siphon.
On peut dire que le débit du dispositif décrit ici est à peu près égal au débit de celui du schéma 1.B si la hauteur du robinet par rapport à la surface de l'eau est la même. C'est à dire que la petite montée et la petite descente supplémentaire du schéma 2B par rapport au schéma 1B ne changent pas beaucoup le débit.
Tout d'abord il faut souligner que remplir d'eau un long tuyau qui est initialement plein d'air n'est pas une chose très facile, surtout si le tuyau est rigide et courbé, et si il ne peut pas être déplacé. Pour un tuyau souple déplaçable, c'est plus simple: on courbe le tuyau en forme de "U" et on remplit lentement par une extrémité jusqu'à ce que l'eau parvienne à l'autre extrémité; alors on bouche les deux extrémités et on place le tuyau comme dans le schéma 2B. Pour un tuyau rigide ou qui ne peut pas être déplacé, il y a deux méthodes: amorçage par le bas et amorçage par le haut. Voyons d'abord l'amorçage par le bas.
Pour cela, en partant de la situation décrite dans le schéma 1A, il suffit d'ouvrir le robinet et d'aspirer l'air avec une dépression supérieure à celle nécessaire pour que l'eau atteigne la partie haute du tuyau. Il faut que l'aspiration soit assez violente pour que la majeure partie de l'air du tuyau soit aspiré totalement avant que l'eau n'arrive à la sortie, car le siphon ne fonctionne pas s'il reste de l'air dans la partie haute du tuyau. Le siphon est donc plus facile à amorcer si le tuyau est fin, car l'eau entraîne alors plus facilement avec elle les résidus d'air présents dans le tuyau.
Pour remplir le tuyau d'eau, pourrait injecter de l'eau sous forte pression par l'un des bouts du tuyau: l'air se trouve alors entraîné dans le courant d'eau et sort du tuyau. Néanmoins, si on n'a pas cette possibilité, on peut encore s'en sortir , mais seulement pour une configuration bien précise du dispositif, décrite dans le schéma 3.
Supposons qu'on veuille vider l'eau de la cuvette qui est à gauche, mais qu'on ne peut pas la faire bouger. On suppose qu'on ne peut pas aspirer en bas et qu'on ne peut pas la vider directement non plus avec l'aide d'un gobelet ou autre, car il y a par exemple une lourde grille dessus.
Comment faire ?
Eh bien, pour vider la cuvette, nous allons verser de l'eau dedans !! Nous versons une grande quantité d'eau dedans, de telle sorte que le niveau de l'eau monte largement au dessus du niveau du sommet du tube de droite. Alors l'eau est forcée de s'échapper par le tuyau. Comme le niveau de l'eau dans la cuvette est très haut, et le tuyau assez fin, l'eau s'échappe assez vite pour entraîner petit à petit tout l'air initialement contenu dans le tuyau avec elle. Assez rapidement, on se retrouve alors dans la situation décrite dans la partie B du schéma 3: il n'y a plus d'air du tout dans le tuyau, et celui-ci joue son rôle de siphon. La fin du scénario est connue: la cuvette va maintenant se vider de pratiquement toute son eau car l'entrée du siphon est tout au fond de la cuvette.
Cette méthode constitue aussi une méthode pour amorcer le siphon: il suffit d'arrêter le débit en bas lorsque le tuyau est rempli d'eau, et nous alors avons une cuvette pleine avec son siphon rempli.
On remarque un détail très important: pour que le siphon puisse s'amorcer (c'est à dire pour que le tuyau puisse se vider de son air) il faut un certain débit minimum que nous appelerons débit d'amorçage. Cela veut dire qu'après qu'on a versé l'eau dans la cuvette il faut que la hauteur d'eau y soit suffisante pour assurer ce débit d'amorçage même quand le siphon n'est pas amorcé. Si l'eau ne dépasse qu'à peine le niveau du tuyau, l'écoulement va devenir comme celui décrit dans le schéma 3C: un filet d'eau passe par dessus le point haut du siphon, mais n'est pas suffisant pour entraîner l'air avec lui. C'est pour cela qu'il faut verser une bonne dose d'eau dans la cuvette, afin que le niveau de l'eau monte suffisamment pour que la méthode fonctionne. En revanche, lorsque le siphon est bien amorcé, le débit devient très important à cause de l'effet de conduite forcée, c'est ce que nous appelerons le débit de conduite forcée, qui est plus grand que le débit d'amorçage.
Lorsque la cuvette se vide comme sur le schéma 3B, le siphon débite un certain débit de vidange Dv et finit par se désamorcer tout seul lorsqu'il n'y a plus assez d'eau dans la cuvette. Mais si au lieu de laisser la cuvette se vider entièrement, on la réalimente en permanence par le haut avec un débit d'alimentation d1 constant mais inférieur au débit de vidange, deux cas peuvent se produire:
Le débit d'alimentation d1 est trop faible pour empêcher le siphon de se désamorcer: tout se passe comme si on n'apportait pas d'eau dans la cuvette: le siphon se désamorçe rapidement lorsque de l'air est ingéré par celui-ci.
Le débit d'alimentation d1 est plus important: on observe une stabilisation de l'écoulement dans un état d'équilibre où c'est un mélange d'air et d'eau qui est ingéré par le siphon (dans des proportions qui peuvent varier dans le temps, par bouffées). Alors le siphon ne parvient pas à se désamorcer, et il débite évidemment un débit égal au débit d'alimentation d1, mais donc plus faible que le débit de vidange Dv. La cuvette ne peut pas se remplir car le débit d'alimentation est inférieur au débit de vidange: dès que l'orifice du siphon se retrouve immergé, le siphon ingère de l'eau pure et la conduite forcée se remet aussitôt en fonction, faisant ainsi aussitôt rebaisser le niveau dans la cuvette. C'est pour cela que le débit du siphon montre souvent des bouffées, qui correspondent aux cours moments où il ingère de l'eau pure, et aux moments où il ingère un mélange air/eau.
A l'exacte limite entre ces deux cas, il y a un débit Dd qui est tout juste suffisant pour assurer le désamorçage: si le débit d'alimentation est plus faible que Dd, il y a désamorçage, et si le débit d'alimentation est plus important que Dd, il n'y a pas désamorçage. Nous appelerons débit de désamorçage ce débit Dd.
Nous avons maintenant assez de connaissances pour comprendre comment fonctionne la fontaine intermittente de Fontestorbes. Prenons le dispositif décrit dans le schéma 4A: c'est une fontaine intermittente artificielle que chacun peut fabriquer chez soi et qui fonctionne presque exactement comme celle de Fontestorbes. Tout en haut un robinet qui coule en permanence avec un débit "d1" constant (par exemple un robinet branché sur le réseau d'eau de la ville). L'eau s'écoule dans une cuvette qui possède vers le fond un tuyau en forme de siphon.
Pendant un certain temps, le niveau de l'eau est inférieur au au niveau du sommet du siphon. Alors la cuvette se remplit tandis qu'aucune eau ne coule par le tuyau, comme indiqué sur le schéma 4A. Au bout d'un certain temps, le niveau de l'eau commence à affleurer le bas de la partie supérieure du siphon, comme indiqué sur le schéma 4B.
Peu après cet instant, le niveau de l'eau va monter encore un petit peu et elle va commencer à passer tout doucement de l'autre côté, comme indiqué sur le schéma 4C. Le débit (que l'on voit en bas du dessin) dans le tuyau est encore faible, et inférieur au débit d'amorçage, donc l'air n'est pas encore entraîné hors du tuyau par le courant de l'eau. On est pour l'instant dans la situation décrite dans le schéma 3C.
Si d1 est plus grand que le débit d'amorçage "Da", le niveau va encore monter dans la cuvette. Même si on ne verse pas l'eau violemment comme dans l'expérience ci-dessus, le niveau monte inexorablement dans la cuvette et le débit dans le tuyau augmente inexorablement à cause de la différence de niveau entre l'eau de la cuvette et le haut du siphon. Lorsque le niveau d'eau dans la cuvette continue de monter (et si la cuvette est assez haute!), il survient fatalement un moment où le débit dans le tuyau atteint le débit d'amorçage Da. C'est ce moment qui est décrit sur le schéma 4D: on voit que l'air commence à être entraîné vers la sortie du tuyau par le courant d'eau. C'est que pour supporter un tel débit dans le tuyau, l'eau a maintenant besoin de toute la place.
Après que le débit d'amorçage est atteint, il va donc y avoir un très court laps de temps où l'air va être chassé du tuyau. Le débit du tuyau augmente donc encore, mais cette fois-ci très rapidement, pour atteindre enfin le débit de conduite forcée ou débit de vidange "Dv". Si on suppose maintenant que Dv est supérieur à d1 , il est évident qu'à partir du moment où le débit du tuyau se met à dépasser d1, le niveau dans la cuvette cesse de monter. Et lorsque le débit Dv est atteint, la cuvette se met à se vider à une vitesse constante égale à (Dv-d1), comme indiqué sur le schéma 4E:
Au bout d'un certain temps, la cuvette est tellement vidée que le niveau de l'eau vient affleurer le niveau supérieur de la prise d'eau au fond de la cuvette. Des bulles d'air commencent à envahir le tuyau, et le siphon commence donc à se désamorcer. Le débit du tuyau commence à diminuer. Cette situation est décrite sur le schéma 4F:
Ensuite, deux cas sont possibles: soit le débit d'alimentation d1 est supérieur au débit désamorçage Dd, et alors le siphon ne parvient pas à se désamorcer, la fontaine n'est alors pas intermittente; soit le débit d'alimentation d1 est inférieur au débit désamorçage Dd, et alors une quantité de plus en plus importante d'air envahit le tuyau et le siphon se désamorce complètement. Le débit dans le tuyau s'arrête alors complètement, et on se retrouve à nouveau dans la situation décrite dans le schéma A4. Dans ce cas la fontaine est intermittente.
On voit que les conditions de fonctionnement de la fontaine intermittente sont:
Da < d1 < (Dv et Dd)
Ce qui s'écrit mathématiquement:
Da < d1 < Min (Dv, Dd)
Ces conditions sont nécessairement remplies pour la fontaine de Fontestorbes puisqu'elle fonctionne. Est-ce une extraordinaire coincidence ou non? En d'autres termes, est-ce que la combinaison de ces conditions est difficile à remplir ou non ? La réponse est non, la preuve c'est que Fontestorbes fonctionne la plupart du temps, alors que son débit d'alimentation d1 varie en permanence, et ce, dans d'importantes proportions.
On remarque d'abord que Da, Dd et Dv sont des données fixes, qui ne varient jamais, car ces trois valeurs sont directement liées aux caractéristiques des cavités de la roche dans la fontaine intermittente: en gros les débits Da et Dd sont liés à la section de la conduite d'eau au niveau du siphon, tandis que Dv est lié à la section de la conduite à la sortie, et à la différence de hauteur entre la sortie du tuyau et le niveau de l'eau dans le réservoir principal (la cuvette pour notre dispositif artificiel). Seul le débit d1 peut varier dans le temps. Il varie en fonction de la pluviosité sur le bassin versant dans les jours ou les semaines qui précédent.
Afin que la fontaine intermittente puisse fonctionner pour une grande variété de débits d'alimentation d1, il faut que le débit d'amorçage Da soit beaucoup plus faible que le débit de vidange Dv, de telle sorte que la condition ci-dessus soit assez facile à satisfaire. Précisément, pour un système siphon/conduite donné, le débit d'amorçage est plus petit que le débit de désamorçage, ce qui doit être dû à la fluidité plus importante de l'air par rapport à celle de l'eau. Pour qu'une fontaine donnée puisse être intermittente, il suffit donc que le tuyau d'évacuation soit relativement fin, surtout au niveau du siphon (pour que le débit d'amorçage soit faible) mais que la hauteur de chute du tuyau soit grande (pour que le débit de vidange soit important). C'est sans doute cette combinaison qui est à l'oeuvre dans la fontaine intermittente de Fontestorbes, car elle est assez souvent en fonctionnement. Notons tout de même que les diverses cavités, boyaux, réservoirs contenus dans la roche de la région contribuent probablement à réguler plus ou moins le débit d1 sur des courtes échelles de temps. En effet, tous ces éléments jouent un peu le rôle de filtre naturel et de régulateur.
Si le débit d'alimentation d1 devient très faible (inférieur au débit d'amorçage Da ), alors on se retrouve dans la situation décrite dans le schéma 3C. L'eau s'écoule dans le siphon sans que celui-ci puisse s'amorcer. La fontaine n'est donc plus intermittente. C'est ce qui peut se passer en cas de forte sécheresse de fin d'été, lorsque le niveau d'eau dans l'ensemble des réservoirs à l'intérieur de la roche baisse trop.
Les fuites qui assurent le débit minimal (cf ci-dessous) pourraient aussi faire que dans ce cas, l'eau ne parvient même pas à monter jusqu'au niveau de le prise d'eau du siphon en bas de la cuvette, et que donc l'eau s'écoulerait uniquement par les conduits de fuite.
Si au contraire le débit d'alimentation d1 est très fort (supérieur au débit de vidange Dv ), alors le niveau de l'eau ne peut plus baisser dans la cuvette, même lorsque le siphon est amorcé et fonctionne en conduite forcée. On peut penser que le niveau de l'eau monte encore plus dans les cavités souterraines situées au-dessus du dispositif, ce qui augmente d'autant la pression à l'entrée du tuyau de siphon. Le débit augmente alors au delà du débit de vidange normal Dv, car c'est maintenant la hauteur totale de la conduite forcée (en comptant les cavités supérieures) qui détermine le débit. L'eau montant dans les cavités supérieures et le débit augmentant de ce fait, un nouvel équilibre s'établit , où le débit est constant et égal à d1, et la hauteur d'eau dans les cavités supérieures est celle qui est nécessaire pour assurer ce débit. La fontaine n'est donc, là aussi, plus intermittente. En cas de crues encores plus fortes, on peut également penser qu'une partie du flux s'écoule par d'autres voies, souterraines ou aériennes.
Le dispositif décrit dans les schémas 4 n'est pas tout à fait conforme à celui de la fontaine de Fontestorbes, car dans le schéma 4, lorsque le siphon est désamorcé, le débit devient nul, alors que pour la fontaine de Fontestorbes, le débit ne devient jamais nul. L'explication est simple: notre dispositif artificiel est trop "parfait". En fait dans le système de la fontaine de Fontestorbes, il y a des petites fuites un peu partout dans la roche vers le bas de la cuvette. Ces fuites ont un débit assez faible pour ne pas perturber le fonctionnement du système, mais suffisant pour assurer un débit minimal lorsque le siphon est désamorcé. On peut imaginer une fontaine intermittente artificielle qui reproduit exactement la fontaine de Fontestorbes en percant un petit trou au fond de notre cuvette dans le schéma 4, et en veillant cette fois à ce que la condition suivante soit respectée:
Da < (d1 - df) < Dv
où df est le débit de fuite du petit trou au fond de la cuvette. Il y a donc en permanence un faible débit de fuite (assez faible pour ne pas empêcher le remplissage de la cuvette), et à ce débit de fuite vient s'ajouter le débit intermittent. Cela reproduit alors exactement ce qui est observé dans la fontaine intermittente de Fontestorbes.
Voici un dessin montrant comment pourrait être le dispositif naturel de la fontaine intermittente:
Attention, avant de vous lancer dans la fabrication d'une fontaine intermittente, lisez également le paragraphe "détails importants" ci-dessous.
On peut, pour réaliser une fontaine intermittente miniature, utiliser un arrosoir vert de 10 litres. Après avoir retiré la pomme, on introduit dans le tube incliné qui sert à arroser, un tronçon de tuyau d'arrosage jaune. Il y a deux possibilités pour faire un siphon par ce moyen:
(a) On introduit le tuyau jaune dans le tube verseur de l'arrosoir jusqu'à ce qu'on le voie apparaître à l'autre bout, dans le réservoir de l'arrosoir.
(b) On introduit le tuyau jaune peu profondément dans le tube verseur de l'arrosoir, en trouvant un moyen de fixer solidement les deux parties (avec des bagues de serrages par exemple)
Dans les deux cas, il faut absolument s'assurer que l'endroit par où le tuyau sort du tube de l'arrosoir est étanche, c'est à dire que si on incline l'arrosoir (comme pour arroser), aucune eau ne doit sortir par le tube, et toute l'eau doit être obligée de passer par le tuyau. Cette précaution est importante pour la suite. Pour le tuyau jaune, j'ai testé deux longueurs qui ont toutes les deux conduit à un fonctionnement correct (2,50 m et 5 m).
On doit ensuite placer ce dispositif arrosoir-siphon en hauteur (par exemple je l'ai accroché dans un arbre). Maintenant, il faut prendre la précaution que le point le plus haut du siphon se trouve moins haut que le niveau maximum possible de l'eau dans le réservoir de l'arrosoir (mais en étant bien sûr plus haut que le fond de l'arrosoir!). Il faut donc incliner légèrement l'arrosoir comme si on voulait arroser un petit peu. Il faut bien fixer le dispositif dans cette position en sorte qu'il ne puisse plus bouger lorsqu'il se remplit ou qu'il se vide (j'ai utilisé des sangles réglables). Il faut aussi s'assurer que le tuyau jaune ne présente pas de pincement à sa sortie du tube de l'arrosoir. Le tuyau que j'ai utilisé étant trop souple, j'ai été obligé de rajouter une sangle pour le soutenir à sa sortie de l'arrosoir, afin qu'il ne se pince pas en faisant un coude (surtout lorsque la conduite est pleine, et que le tuyau doit supporter une partie du poids d'eau qui s'y trouve).
Finalement il faut amener une source d'eau au débit constant dans l'arrosoir. J'ai utilisé un second tuyau jaune que j'ai branché sur un robinet du réseau d'eau de la ville, et j'ai accroché l'autre bout du tuyau dans les branches pour qu'il reste bien dans l'arrosoir, en faisant bien attention que le tuyau ne présente pas de "pincements", qui auraient empêché l'eau d'arriver.
Maintenant il faut ouvrir le robinet assez fort et d'observer ce qui se passe. Au début rien ne coule de la fontaine évidemment, car le niveau d'eau n'atteint pas le siphon. Ensuite il y a trois possibilités:
(1) il ne coule pas grand chose en bas du tuyau de la fontaine, mais le réservoir de l'arrosoir déborde. Ici "pas grand chose" signifie que le tuyau jaune d'écavuation n'est pas complètement rempli d'eau, et qu'il ne se forme pas un jet bien cylindrique à la sortie. Alors, c'est que l'arrosoir n'est pas assez incliné, et qu'il n'y a pas assez de hauteur d'eau possible dans le réservor de l'arrosoir pour amorcer le siphon. Dans ce cas, il faut incliner davantage l'arrosoir pour abaisser le point haut du siphon et élever le niveau maximum d'eau dans le réservor de l'arrosoir. Ensuite il faut bien fixer l'arrosoir (c'est pour cela que des sangles réglables sont utiles ici).
(2) il ne coule pas grand chose en bas du tuyau de la fontaine, mais le réservoir de l'arrosoir ne déborde pas et le niveau d'eau dans l'arrosoir finit par se stabiliser. Cela ne devrait pas arriver si le robinet d'eau a été ouvert en grand, car cela signifie que le débit du robinet est insuffisant pour que l'eau du réservoir atteigne un niveau suffisant pour permettre l'amorçage du siphon. Le siphon n'est pas amorcé, mais le niveau dans le réservoir cesse d'augmenter, c'est donc que la condition Da < d1 n'est pas satisfaite. Si vraiment cela arrive, c'est que vos tuyaux et tube d'arrosoir sont d'un diamètre trop grand pour le débit d'eau que vous êtes capable d'amener. En d'autres termes, comme vous ne pourrez pas augmenter d1 , il vout faut réduire Da .
(3) il se met tout d'un coup à couler beaucoup en bas du tuyau de la fontaine, c'est à dire que le jet qui sort est rond, plein et sort à grande vitesse. C'est à cela qu'on voit qu'il n'y a plus d'air du tout dans le tuyau. Le réservoir de l'arrosoir peut aussi se mettre à déborder (ou non) au bout d'un moment, mais cela n'a pas d'importance, car pour nous, ce cas signifie que le dispositif est capable de fonctionner, c'est à dire que le siphon est capable de s'amorcer par sa simple différence de niveau avec le réservoir de l'arrosoir avant que celui-ci ne soit totalement plein.
Maintenant, en supposant que l'on soit parvenu à se mettre dans le cas (3) qui nous intéresse, fermons totalement le robinet. L'eau de l'arrosoir continue de se vider à grand débit par la fontaine jusqu'à ce que le siphon se remplisse d'air (dans un bruit de succion d'air caractéristique, comme lorsqu'on aspire dans un verre presque vide avec une paille). Alors le débit s'arrête assez brusquement. Le siphon est désamorcé (c'est à dire qu'il contient de l'air).
A présent, ouvrons le robinet de nouveau, mais avec un faible débit. Le réservoir se remplit et au bout d'un moment l'eau se met à couler en bas de la fontaine (il faut se méfier de ce qu'il faut parfois un certain temps pour que le débit du robinet lui-même se stabilise...). Ici, deux cas peuvent se produire:
(1) il ne coule pas grand chose de la fontaine et le niveau d'eau dans le réservoir cesse totalement d'augmenter. Par ailleurs le débit de la fontaine se stabilise et reste toujours faible, sans variations. Alors, c'est que le débit d'alimentation est trop faible; il est inférieur au débit d'amorçage, et la condition Da < d1 n'est pas satisfaite. Il faut alors augmenter d1 progressivement jusqu'à ce que le siphon s'amorce (c'est assez brusque). Alors le niveau d'eau dans le réservoir va baisser très vite, et de l'air va finir par s'introduire dans le siphon.
(2) pendant un petit moment, il ne coule pas grand chose de la fontaine, mais rapidement le débit se met à augmenter, et le jet devient bien rond et rapide. Le débit d'alimentation est suffisant pour amorcer le siphon. Lorsque le débit de la conduite est grand, le réservoir se vide rapidement et au bout d'un moment, l'air commence à entrer dans le siphon. Nous sommes dans le cas où le débit d'alimentation est suffisant pour amorcer le siphon: Da < d1 .
Enfin, en supposant que l'on vienne du cas (1) ou du cas (2), observons ce qui se passe au moment où l'air s'introduit dans le siphon après que la fontaine ait présenté son débit maximal. Ici encore, deux cas peuvent se produire:
(1) le bruit de succion d'air s'arrête plus ou moins rapidement (d'un seul coup ou en plusieurs bouffées). Normalement, si vous venez du cas (1) ci-dessus, et que vous avez augmenté progressivement le débit d1 jusqu'à l'amorçage du siphon, cela devrait être ce que vous observez. Lorsque le bruit de succion cesse, le débit en bas de la fontaine cesse alors lui aussi et il n'en coule pratiquement rien, ou même rien du tout. Alors c'est que le siphon est complètement désamorcé, et la fontaine fonctionne parfaitement. Maintenant que plus rien ne coule en bas de la fontaine, le réservoir va se remplir à nouveau et le processus intermittent va reprendre.
(2) le bruit de succion d'air ne veut pas s'arrêter: on voit un débit modéré qui coule en permanence en bas de la fontaine, et on entend un bruit de succion en permanence, et tout se stabilise ainsi, avec des possible bouffées. Alors ,vous venez probablement du cas (2) ci-dessus, mais votre débit d'alimentation d1 est supérieur au débit de désamorçage: il vous faut réduire le débit d'alimentation pour le faire passer au dessous du débit de désamorçage. En effet, si le débit d'alimentation du robinet est supérieur au débit de désamorçage du siphon, celui-ci ne parvient pas à s'emplir d'air totalement. Le tuyau de la fontaine ingère en fait un mélange d'eau et d'air en permanence. Réduisez le débit progressivement jusqu'à ce que le siphon se désamorce vraiment.
Mes toutes premières expériences ont échoué, et j'ai assez rapidement trouvé la cause de ces échecs: chaque dispositif possède son débit d'amorçage Da, mais aussi son débit de désamorçage Dd. Alors, la condition pour que le dispositif fonctionne est:
Da < d1 < Min (Dd , Dv )
C'est à dire qu'il faut que le débit d'alimentation soit assez grand pour amorcer le siphon, mais aussi, assez faible pour qu'il puisse se désamorcer. Seulement, si on ne prend pas de précaution, il se peut fort bien que pour un dispositif donné, Da soit égal ou même supérieur à Dd . Dans ce cas-là, pas de fontaine intermittente possible avec ce dispositif, quel que soit le débit d'alimentation.
Dans mes premières expériences, le tuyau que j'introduisais dans le tube de l'arrosoir était coupé à angle droit et descendait jusqu'au fond de l'arrosoir (voir figures ci-dessous). Avec ce dispositif, lorsque l'air commence à s'introduire dans le siphon, une toute petite ouverture se produit en haut de l'entrée inférieure du tuyau, et donc très peu d'air peut entrer avant que le niveau d'eau n'augmente à nouveau, à cause de la baisse de débit de la fontaine, ce qui refermait l'entrée d'air et ainsi de suite. La section du tuyau agissait alors comme un régulateur de débit d'air, et finalement il se trouvait un équilibre où quelques bulles d'air passaient dans le tuyau, mais pas en quantité suffisante pour désamorcer le siphon.
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| Configuration initiale ne fonctionnant pas bien. Le tuyau est coupé perpendiculairement et s'enfonce dans le tube de l'arrosoir, jouant ainsi le rôle d'orifice pour l'air. | L'orifice pour l'air est tout petit, et ne permet pas un remplissage efficace du siphon avec de l'air lorsque le niveau d'eau atteint le niveau d'ingestion d'air. Seules quelques petites bulles parviennent à entrer. |
La première solution a consisté à couper l'extémité du tuyau entrant dans le tube de l'arrosoir en biseau assez marqué, de telle sorte qu'une fois assujetti en bas du tube, la section du tuyau soit quasi horizontale, et tournée vers le bas (voir figures ci-dessous). Dans ce cas, l'ouverture de l'entrée d'air n'est plus du tout progressive mais s'effectue d'un seul coup. C'est alors soit de l'eau, soit de l'air qui entre, mais pas les deux à la fois. Cela a permis de faire fonctionner parfaitement la fontaine intermittente. Il faut noter toutefois que le désamorçage complet du siphon peut nécessiter plusieurs bouffées de succion d'air rapprochées. On passe alors du débit maximum au débit nul par une série de soubressauts dans le débit, correspondant aux moments où le siphon, partiellement désamorcé à ingéré des bouffées d'eau.
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| Première solution fonctionnant correctement. Le tuyau est coupé en biseau et s'enfonce dans le tube de l'arrosoir de telle sorte que l'orifice d'ingestion soit horizontal. | Au moment de l'ingestion d'air, l'orifice d'aspiration est relativement grand, et permet ainsi un remplissage efficace du siphon avec une bonne quantité d'air lorsque le niveau d'eau atteint le niveau d'ingestion d'air. Ceci permet au siphon de se désamorcer correctement et de faire fonctionner la fontaine intermittente. |
La seconde solution a consisté à ne pas utiliser l'extrémité du tuyau comme entrée d'air, mais plutôt le bas du tube de l'arrosoir (voir figures ci-dessous). En effet, le départ du tube de l'arrosoir est beaucoup plus large que l'entrée du tuyau, et donc l'entrée d'air est beaucoup plus brusque que pour les premières tentatives. Pour ce montage, il est très important que la jonction tuyau-arrosoir soit hermétique. Pour ce montage, il faut également faire attention à ce que la petite patte qui relie le tube verseur de l'arrosoir au corps central de celui-ci ne constitue pas un conduit d'air parasite s'il est creux comme ce fut la cas pour mon arrosoir (j'ai dû boucher ce conduit mince par de l'étoupe et de la pâte à joint). Là aussi, le dispositif à parfaitement fonctionné,
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| Seconde solution fonctionnant correctement. Le tuyau n'est pas enfoncé jusqu'en bas du tube de l'arrosoir, de telle sorte que c'est la large base du tube de l'arrosoir qui joue le rôle d'orifice d'ingestion pour l'air. | Au moment de l'ingestion d'air, l'orifice d'aspiration est relativement grand (par rapport au volume interieur du siphon), et permet ainsi un remplissage efficace du siphon avec une bonne quantité d'air lorsque le niveau d'eau atteint le niveau d'ingestion d'air. Ceci permet au siphon de se désamorcer correctement et de faire fonctionner la fontaine intermittente. |
Voici une image du dispositif que j'ai employé:
Dispositif expérimental. L'eau arrive par le tuyau jaune en haut à droite, et s'évacue par le tuyau jaune à gauche. L'arrosoir est légèrement incliné pour que le siphon puisse s'amorcer avant que le réservoir ne déborde. L'extrémité du tube de l'arrosoir est rendue étanche par des tronçons de chambres à air et un collier de serrage. La sangle verte sert à éviter un basculement de l'arrosoir. La sangle bleue sert à soutenir le tuyau d'évacuation afin d'éviter le pincement sous le poids de l'eau lorsqu'il débite. Entre le tube verseur de l'arrosoir et le corps du réservoir, la petite patte qui était creuse et que j'ai dû boucher.
Dans les expériences décrites ci-dessous, c'est la seconde solution décrite ci-dessus qui est adoptée pour la forme de l'orifice d'entrée du siphon. J'ai utilisé deux longueurs différentes pour le tuyau d'évacuation (qui donnaient une hauteur de conduite forcée de 220 cm et 120 cm). La hauteur du siphon est de 25 cm environ. La hauteur de la conduite forcée est entre 5 et 9 fois plus grande que celle du siphon. Le tuyau jaune d'évacuation était d'un diamètre intérieur assez faible (15 mm, il en existe de plus gros). J'ai mesuré le débit d'amorçage Da, de désamorçage Dd, et de vidange Dv.
Evacuation courte (h=120cm):
Débit d'amorçage: ~0.75 l/mn
Débit de désamorçage: ~6 l/mn
Débit de vidange: ~24 l/mn
Evacuation longue (h=220cm):
Débit d'amorçage: ~0.75 l/mn
Débit de désamorçage: ~6 l/mn
Débit de vidange: non mesuré
On peut faire l'analyse suivante au vu des résultats:
(1) L'intermittence se produit pour une gamme de débits d'alimentation finalement assez large, d'un facteur 1 à 8 approximativement. Cela permet d'exliquer raisonnablement que la fontaine de Fontestorbes puisse être intermittente durant une bonne partie de l'année.
(2) Le débit de désamorçage est beaucoup plus faible que le débit de vidange (d'un facteur 4 approximativement). En conséquence, c'est de loin le débit de désamorçage qui est important pour savoir au-delà de quel débit d'alimentation le régime d'intermittence va cesser. Le régime d'intermittence va cesser dès que le débit d'alimentation sera supérieur au débit de désamorçage. Le mécanisme qui limite l'intermittence aux forts débits d'alimentation est très clairement l'échec du désamorçage et non pas le noyage permanent du siphon. La condition de fonctionnement du régime d'intermittence est donc: Da < d1 < Dd .
(3) Puisque le débit de désamorçage Dd est beaucoup plus faible que le débit de vidange Dv, lorsqu'il y a intermittence, le débit d'alimentation est lui aussi beaucoup plus faible que que le débit de vidange (dans un facteur 4 à 32 fois plus faible pour notre expérience). Donc le débit d'alimentation n'a pas vraiment le temps de "compenser" le débit de vidange pendant la phase de fort débit, et la durée de la phase de fort débit est à peu près constante. Ainsi, pour un volume de 10 litres, la durée de vidange lorsque d1=Da est de 26 secondes alors que lorsque d1=Dd la durée de vidange est de 30 secondes. Si le régime d'intermittence est en place, les variations relatives de la durée des hauts débits ne peuvent excéder 16 %. C'est en période d'alimentation minimale de la fontaine que la phase de haut débit est la moins longue, mais répétons-le, la différence reste toujours assez faible.
(4) En revanche, la durée de la phase de faible débit peut varier significativement en régime d'intermittence. Dans notre expérience, la durée sans débit varie de 100s (lorsque d1=Dd) à 800 s (lorsque d1=Da). Lorsqu'une forte sécheresse a lieu, c'est donc la durée de la phase de faible débit qui s'allonge, ainsi que la durée totale de chaque cycle.
(5) On note toutefois que si on diminuait significativement le rapport des hauteurs de la conduite forcée et du siphon, ces résultats seraient modifiés, car alors le débit de vidange deviendrait significativement moins grand. Néanmoins, pour que l'intermittence puisse se produire, il faut que la vidange puisse se faire et donc il faut que le débit de vidange soit strictement supérieur au débit de désamorçage. Dans notre expérience, le rapport Dv/Dd est de 4, mais dans la fontaine de Fontestorbes il pourrait être plus faible (ou plus grand, mais c'est moins probable). Le résultat numéro (1) tient tant que le débit de vidange est strictement supérieur au débit de désamorçage. Si on se place dans le rapport est de 2 Dv=2 . Dda, en supposant inchangées les valeurs de Da et Dd, alors les durées extrêmes des phases de haut débit deviennent (toujours pour 10 litres) 83 s et 150 s. En revanche, les durées extrêmes des phases de bas débit restent inchangées (100 s à 800 s). Donc une grande constance de la durée des phases de haut débit au cours de l'année semble être le signe d'une grande hauteur de conduite forcée, comparée à la hauteur du siphon.
(6) Le débits d'amorçage ne dépend pas de la hauteur de la conduite forcée. Ceci semble logique puisque l'amorçage est un phénomène purement localisé lié à lécoulement dans la partie haute du siphon. Le débit de désamorçage lui aussi ne semble pas être très sensible à la hauteur de la conduite forcée, au moins pour les deux longueurs de tuyau utilisées.
Le mécanisme qui est à l'oeuvre dans la fontaine intermittente de Fontestorbes a dû rester mystérieux pendant de long siècles, ce qui explique le grand nombre de légendes (souvent à base de fées...) qui sont attachées au lieu. Lorsque les lois de l'hydrostatique, de l'hydraulique et de l'hydrodynamique ont commencé a être mieux connues, le mystère s'est dévoilé. Sur ce lien évocant la fontaine de Fontestorbes, on trouve les explications suivantes:
"De tout temps, elle a suscité la curiosité et fut étudiée par de nombreux savants. Le père Planque, Astruc (1730), Darcy (1857), Belloc (1903) puis le spéléologue Martel se penchèrent sur le secret de Fontestorbes. Darcy avait conclu à un siphon qui se désamorçait à intervalles réguliers en période de basses eaux.
On peut donc penser que c'est vers le XIX ème siècle que l'explication simple proposée ci-dessus a été donnée pour la première fois. On trouve ensuite un exposé assez détaillé de cette explication dans la revue "La Nature" (année 1904), par Emile Belloc suite à ses travaux de 1903. Le fac-simile des quatre pages de l'article de E. Belloc peut se trouver sur le site des archives du Conservatoire National des Arts et Métiers grâce aux quatre liens ci-après: sur la première page on trouve une description textuelle de la fontaine. Sur la deuxième page il y a une gravure de la source "en pleine activité" et une courbe montrant l'évolution de la hauteur d'eau du plan d'eau de la source en fonction du temps au cours d'une periode d'intermittence. Sur la troisième page il y a une gravure de la source "au débit moyen" . C'est sur cette troisième page que l'on peut trouver mention des travaux du Père Planque en 1730 et d'Astruc. On y trouve aussi un schéma montrant la "coupe idéale de la Fontestorbe", que je reproduis ci-dessous (j'ai aussi reproduit autre gravure similaire mais plus ancienne, tirée d'un livre de 1870).
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"Coupe idéale de la fontestorbes". Schéma extrait de l'article de E. Belloc dans la revue "La Nature" (1904) . |
"Schéma théorique d'une source intermittente". J. PIZZETTA (1870): Les voyages d'une goutte d'eau, Librairie Brunet, Paris, 202 pp. |
Le principe simple exposé ci-dessus permet (en lui adjoignant un conduit de fuite) une explication et une reproduction tout à fait raisonnable du phénomène d'intermittence. Néanmoins ce modèle est remis en cause depuis les années 1970, après notamment les travaux de A. Mangin, du Laboratoire Souterrain de moulis (CNRS). On peut supposer que des mesures de débit ou d'autres observations ont mis en défaut ce modèle simple. Toutefois, je n'ai pas réussi, pour l'instant, à trouver ce qui dans les caractéristiques de Fontestorbes, permet de rejeter le modèle simple primitif sans ambiguité. Après réflexion, cinq types d'objections pourraient a priori être opposés au modèle simple:
(1) L'allure des variations temporelles du débit au cours d'une intermittence n'est pas conforme au modèle simple.
(2) La composition du fluide (proportion air/eau) qui sort de la fontaine n'est pas conforme au modèle simple.
(3) La plage de débits d'alimentation permettant l'intermittence n'est pas conforme au modèle simple.
(4) Les durées relatives de hautes et basses eaux pendant une période d'intermittence ne sont pas conformes.
(5) L'existence d'éléments souterrains observés, qui sont incompatibles avec le modèle simple.
En ce qui concerne le point (1), on pourrait en effet objecter que le modèle simple donne des variations de débit de la fontaine très brutales, alors que les variations de débit observés sont très progressives: la montée du débit dure 15 minutes et sa décroissance 35 minutes. Avec le mécanisme proposé, les variations de débit de la conduite forcée ne devraient s'étaler que sur quelques dizaines de secondes, juste le temps d'amorcer ou désamorcer le siphon, et entre ces deux transitions, le débit devrait être plus ou moins constant. Je pense qu'on peut éliminer cette objection en supposant qu'il y a en aval de la conduite forcée une vasque faisant office de régulateur. La vasque de sortie, située à l'air libre (celle où l'on peut entrer aux basses eaux), où Belloc a effectué ses observations, contribue déjà à cette régulation, mais il se peut qu'une seconde vasque similaire et non visitable existe juste un peu en amont. Ceci expliquerait alors très bien les variations régulières ainsi que le profil disymétrique (montée assez brusque, descente plus lente) observé par E. Belloc pour le niveau de l'eau dans la vasque de sortie.
En ce qui concerne le point (2), il apparaît qu'avec le modèle simple on devrait observer à certains moments de l'air mélé à l'eau qui jaillt de la source. En effet, au moment de l'amorçage et du désamorçage du siphon, c'est de l'air qui est évacué par l'orifice d'évacuation de la conduite forcée. Ce point d'observation n'est pas très clair, certains auteurs remarquent un bouillonnement ou un rondement sourd juste avant la montée des eaux, d'autres, non.. Là aussi, la présence d'une vasque souterraine en contact avec l'air libre par des petites fissures, pourrait expliquer l'absence d'air mélé à l'eau au point de sortie aérienne de la source.
Pour le point (3), on pourrait en effet objecter que le désamorçage du siphon dans le modèle simple est assez dificile à obtenir, et n'est obtenu qu'avec un réglage assez fin du débit d'alimentation. Ceci semble incompatible avec le fait que la fontaine intermittente ne semble pas avoir besoin d'un débit d'alimentation très précis pour pouvoir fonctionner, puisqu'elle fonctionne un bonne partie de l'année. Les expériences ci-dessus avec le dispositif expérimental miniature permettent de lever cette objection, car l'intermittence est obtenue pour des débits d'alimentation variant d'un facteur 1 à 8 environ.
Pour le point (4), Le volume "Ariège" de l'Encyclopédie Bonneton (Ed. Bonneton) mentionne que les intermittences sont d'ordinaire entre 60 et 80 minutes, mais qu'en période de basses eaux, l'intermittence peut s'étaler sur plusieurs jours. Tout ceci est compatible avec le modèle simple, pour lequel, en cas de faible débit d'alimentation, le remplissage du siphon se fait très lentement (la durée de la phase de vidange lors du débit élevé, restant sensiblement constante). Dans le modèle simple ci-dessus, c'est surtout la durée du débit minimal qui est variable en fonction du débit d'alimentation. C'est cette donnée-là qu'il faudrait confronter à la réalité.
Enfin, le point (5) concerne des cavités qui ont été explorées par le haut, et notamment le Gouffre des Caoujous (ou Caousou). Au bas de ce gouffre, on trouve des galeries menant à des réservoirs d'eau dont le niveau oscille d'environ 4 mètres en période d'intermittence. Je n'ai pas trouvé d'explication sur le rôle de ces cavités. En tout cas elle ne semblent pas a priori incompatibles avec le modèle simple.
En tout état de cause, les causes précises du rejet du modèle simple restent, pour l'instant, assez peu claires, et il ne semble pas que le modèle simple soit rédhibitoirement incompatible avec les observations.
A. Mangin a proposé dans les années 1970 une nouvelle explication pour le fonctionnement de la fontaine intermittente. Cependant, là aussi, il est assez difficile de trouver des informations précises et exploitables permettant de décrire ce nouveau principe. Les références trouvées jusqu'à présent sur ce sujet sont les suivantes:
a) Un paragraphe de texte sur un site traitant de Fontestorbes,
b) Une courte explication avec figure dans l'Encyclopedia Universalis (rubrique "spéléologie").
c) Une courte explication avec figure dans: "Ariège, Encyclopédie Bonneton", 2002, Ed. Bonneton
Concernant la première référence (a), voici, le texte du paragraphe en question:
Darcy avait conclu à un siphon qui se désamorçait à intervalles réguliers
en période de basses eaux. Cette explication a été acceptée jusqu’aux
travaux de Monsieur Mangin, professeur du laboratoire souterrain du CNRS
de Moulis (1969).
D’après ses conclusions, « il s’agit d’un réservoir vidangé par une
galerie sur laquelle débouche un second conduit de prise d’air, lui-même
en relation avec le réservoir, et dont les deux extrémités sont situées
au même niveau. Ces deux extrémités étant sur le même plan, il n’existe
entre elles aucune pression. En revanche, lors du passage dans la galerie
de vidange se crée une dépression qui va aspirer l’air. Ainsi, dès que
le débit de vidange est supérieur au débit de remplissage, le niveau
baisse dans le réservoir. La prise d’air qui s’effectue alors introduit
celui-ci par inspiration, dans la conduite de vidange. L’intrusion de cet
air dans la galerie de vidange entraîne une diminution du débit, qui devient
inférieur à celui du remplissage. Le niveau remonte alors dans le réservoir,
jusqu’à ce que la prise d’air disparaisse. Le débit de vidange redevient
ce qu’il était ».
Ce phénomène unique n’a pu exister que par hasard ; la source a rencontré
une roche plus dure. Elle l’a contournée et les deux galeries se sont
rejointes au même niveau.
Quant au gouffre de Caoujous, situé à environ 1 km au sud-est, entre
Fontestorbes et l’intermittence, il reste un mystère. On le soupçonne
de jouer le rôle d’appel d’air. Il est constitué d’une succession de
puits conduisant à une galerie dont chaque extrémité débouche sur un
plan d’eau. Or, en saison d’intermittence, on peut constater une
variation de ces plans d’eau, dont l’amplitude avoisine les 4 mètres.
Ce passage ne permet pas, à lui seul, de comprendre le nouveau principe proposé, car on ne sait pas à quel endroit de la galerie de vidange se raccorde le conduit de prise d'air.
Dans la référence (b), l'Encyclopedia Universalis, on trouve les explications suivantes:
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Nous avons toujours un réservoir avec un conduit de vidange, mais cette fois, il y a un conduit dit "de prise d'air" qui communique à la fois avec le conduit de vidange (vers sa partie médiane) et avec la partie intermédiaire de la paroi du réservoir. Le réservoir de vidange ne présente plus de siphon, il est en pente versante sur tout son parcours. L'explication est que lorsque le conduit supérieur (de prise d'air) est entièrement noyé sous l'eau (son orifice supérieur étant donc lui-même entièrement submergé), ce conduit supérieur contribue au débit total, qui est élevé, et le niveau se met à baisser dans le réservoir. Alors, le conduit supérieur se vide peu à peu. Puis lorsque le niveau a suffisamment baissé pour que le conduit supérieur ne puisse plus être alimenté, ce conduit se vide d'eau et ne contient plus que de l'air. Alors, du fait de la vitesse de l'eau à l'extrémité inférieure du conduit supérieur, il se crée à cet endroit une dépression dynamique qui ralentit le débit dans le conduit de vidange. Le niveau peut alors remonter, jusqu'à ce que l'orifice supérieur du conduit de prise d'air soit à nouveau entièrement submergé. Ainsi, le niveau d'eau dans le réservoir va osciller autour des niveaux haut et bas de l'orifice du conduit de prise d'air.
Dans la référence (c), l'Encyclopédie Bonneton, on trouve une figure plus détaillée, qui semble directement issue des travaux de Mangin.
Les explications correspondantes sont les suivantes:
Jadis on pensait que l'intermittence était due à des siphons.
Mais ce seul mécanisme ne permet pas d'expliquer convenablement
la complexité locale avec des longs arrêts annuels.
On [ne] peut comprendre le système que s'il existe une prise d'air
sur le réservoir d'alimentation. La prise d'air doit avoir les
deux extrémités au même niveau et doit être étanche comme la
conduite de vidange, comme l'indique le schéma. Un modèle réduit
réalisé au laboratoire du C.N.R.S. de Moulis a permis de comprendre
ce curieux phénomène fort particulier.
Ainsi sont introduits deux éléments nouveaux par rapport à la
référence (b): d'une part, le modèle ancien ne permettrait pas d'expliquer
correctement les longs arrêts de l'intermittence dans l'année;
d'autre part les deux extémités du conduit de
prise d'air doivent se trouver au même niveau (sur la figure,
cela signifie que l'embranchement A doit se trouver à l'horizontale
de l'embranchement B-C). L'importance de ce dernier détail est
toutefois assez peu claire.
En tout état de cause, le comportement d'un tel dispositf est assez complexe à prévoir, et des expériences seraient nécessaires pour comprendre s'il peut fonctionner de manière satisfaisante. Pour ma part, je pense que ce dispositif est assez complexe car il nécessite une configuration très particulières des conduits dans la roche. L'ancien modèle avait le mérite de ne nécessiter qu'une configuration assez simple, ce qui le rendait plus probable en pratique. De plus le dispositif nouvellement proposé semble plutôt conduire à un faible ralentissement du débit plutôt qu'à une intermittence presque totale, comme observé. Des expériences en minimature avec ce nouveau dispositif seront entreprises dès que possible, et reportées ici.
Page mise à jour le 10 octobre 2006
