La Bourgogne, Terre Nourricière D'hydrauliciens

Colloque International OH2 « Origines et Histoire de l’Hydrologie », Dijon, 9-11 mai 2001 International Symposium OH2 ‘Origins and History of Hydrology’, Dijon, May, 9-11, 2001

La Bourgogne, terre nourricière d’hydrauliciens

Burgundy, mother Earth of hydraulicians

Michel PAUTY Professeur émérite, Université de Bourgogne Département de Physique, Bâtiment Mirande 21000 Dijon (France) Président de l’Académie des Sciences, Arts et Belles Lettres de Dijon

Résumé Les sources de la Seine et toutes les eaux salvatrices de Bourgogne pourraient laisser supposer que la capitale de la Bourgogne qui accueille aujourd’hui un colloque « OH2 : "Origines et Histoire de l’Hydrologie’’ », était une ville où l’eau avait droit de cité. Il n’en était rien, et il fallut attendre le milieu du XIXe siècle et Henri Darcy pour que Dijon eût un réseau d’eau qui en fit l’une des villes les plus propres de France, avec une fontaine chaque cent mètres.

Peu de provinces, pourtant, peuvent s’enorgueillir d’avoir eu autant de spécialistes de l’hydraulique et des propriétés de l’eau. Le premier dont on trouve la trace au milieu du XVIe siècle sera Hugu es Sambin, certes plus connu pour le « Chou bourguignon » que par ses travaux d’hydraulique ; Edmé Mariotte, une centaine d’années plus tard, écrira un « Traité du mouvement des eaux et des autres corps fluide » et reprendra les travaux de Perrault sur le bilan hydrologique de la Seine à Paris à partir de l’estimation des pluies et des débits sur le bassin de la Haute-Seine à Aignay-le-Duc et Dijon. Encore un siècle de plus, et il faudra évoquer les tribulations du canal de Bourgogne avec Perronnet, Gauthey, Antoine, Forey. Le Beaunois Monge réalise la première synthèse de l’eau et peu de temps après, Thénard découvre l’eau oxygénée. L’eau n’a pas encore droit de cité dans la ville de Dijon, les projets abondent et n’aboutissent pas (Chapus, de Chézy, Le Jolivet, l’abbé Audra, Arnollet…) ; pourtant, de brillants ingénieurs se penchent sur le problème du comportement d’un liquide en mouvement dans une canalisation, et en 1742, le premier sujet de concours proposé par l’Académie des Sciences, Arts et Belles Lettres de Dijon était : « Déterminer la différence des vitesses d’un liquide qui passe par des tuyaux inflexibles et de celui qui passe par des tuyaux élastiques ». Parmi les travaux les plus originaux qui vont ensuite venir, ceux d’Henri Navier qui aboutiront à la formule de Navier-Stokes utilisée couramment aujourd’hui. Rapidement, les Dijonnais vont donner d’autres formules et nous aurons les formules de Darcy pour la filtration, puis de Bazin pour les égouts, tous les deux seront associés pour leurs études sur le mouvement des eaux dans les canaux. Dijon a beaucoup d’eau depuis le 6 septembre 1840 où, grâce à Darcy, sept mille litres arrivent par minute au réservoir de la place Guillaume. Les bases de l’hydraulique sont bien 1 © Université de Bourgogne Colloque International OH2 « Origines et Histoire de l’Hydrologie », Dijon, 9-11 mai 2001 International Symposium OH2 ‘Origins and History of Hydrology’, Dijon, May, 9-11, 2001

établies ; d’Estoquois, professeur à la Faculté des Sciences de Dijon publie, en 1874, un mémoire sur les « Recherches d’Hydrodynamique », notamment sur les mouvements d’un liquide dans un vase de forme donnée ; les travaux sur les canaux continuent, et Galliot s’illustre dans cette voie et innove dans l’emploi de l’électricité en navigation intérieure, et quelques centrales électriques au fil de l’eau sont créées… Eiffel procède à des essais sur modèles pour déterminer les pressions exercées par le vent ; on peut le considérer comme le père de l’aérodynamique, mais il s’occupe aussi du canal de Panama. Actuellement, l’aventure théorique se poursuit à Dijon avec l’étude des ondes solitaires esquissée par Bazin.

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« Mets de l’eau dans ton vin ». Ce dicton populaire pourrait peut-être symboliser notre Bourgogne, car si elle est bien connue pour ses crus réputés, elle n’a pas été épargnée, cette année, par les crues de ses rivières ; si l’on connaît de par le monde les Corton Charlemagne, les Romanée Conti, on ignore même à Dijon que notre Bourgogne a été aussi Terre nourricière pour de nombreux hydrauliciens, et je vous invite maintenant à les découvrir en suivant une chronologie très partiale et très partielle de l’Histoire de l’Hydrologie bourguignonne.

1. Quelques eaux de Bourgogne et de Dijon en particulier

Comme point de départ, nous évoquerons les Fontaines Salées proches de Vézelay où, mille ans avant notre ère, un culte était célébré autour des sources situées au bord de la Cure ; les fouilles furent conduites à partir de la chanson de geste de Girart de Roussillon (1). Quant aux origines de Bourbon-Lancy, ce nom celtique se rapproche de Borvo, dieu gaulois et dieu des sources ; la station figure sur la carte de Peutinger parmi les thermes médicaux de l’Empire Romain, et Catherine de Médicis y vint soigner une stérilité. Grégoire de Tours (538-594 ?) dans son « Historia Francorum » (2) parle en ces termes des rivières dijonnaises :

« Au midi, coule la rivière d’Ouche, qui est très poissonneuse ; du nord vient une autre petite rivière qui entre par une des portes, passe sous un pont, ressort par une autre porte et entoure les remparts de son eau paisible ; devant cette dernière porte, elle fait tourner des moulins avec une merveilleuse rapidité ».

Ainsi était le tour de Dijon au VIe siècle ; cependant, le problème de l’eau à Dijon a été, pendant des siècles, cause de nombreuses démarches. Darcy, dans son ouvrage sur « L’Histoire des Fontaines Publiques de Dijon » (3), paru en 1856, en a donné la chronologie. On peut apprendre ainsi que si, au VIe siècle, le Suzon était une vraie rivière, la Chambre de Ville délibéra le 22 juin 1418 pour que « L’eau du dict Suzon vienne plus souvent à Dijonct qu’elle ne faict » ; torrentiel lors des orages et à la fonte des neiges, il envahissait rues et caves. Spécialiste

2 © Université de Bourgogne Colloque International OH2 « Origines et Histoire de l’Hydrologie », Dijon, 9-11 mai 2001 International Symposium OH2 ‘Origins and History of Hydrology’, Dijon, May, 9-11, 2001 d’hydraulique, Hugues Sambin est en Bourgogne plus connu comme sculpteur sur bois, graveur, architecte que comme ingénieur. Il est probablement né en 1520 à Gray, et est fils d’un menuisier de cette ville. Il s’occupe de la circulation du Suzon qui, à l’époque, était à ciel ouvert et servait d’égout et de dépôt d’ordures. Avec Aubert Fleutelot (4), juré arpenteur pour le Roi en Bourgogne, il propose le 10 octobre 1561, un nettoyage complet, la condamnation de toutes les ouvertures donnant sur la rivière et l’érection de hautes murailles avec regards, mais les guerres de Religion ne permettent pas de mettre tout le programme en œuvre. Ils étudient aussi la possibilité d’utiliser les eaux du Val Suzon ; cette solution ne pouvant être retenue, l’utilisation de la fontaine de « Rozay », maintenant du Rosoir, est envisagée, mais ils ne savent pas s’il faut amener l’eau « dans des rivières simantées ou dans des cors en boys, ce qui est chose de grands frais et de peu de profits ».

Étienne Tabourot, que rapidement, suivant la tradition, nous appellerons le Rabelais bourguignon, va dresser la première carte du Duché. En effet, dans le prologue du « Theatrum orbis terrarum » d’Abraham Ortelius, édition de 1584 (5), apparaît le nom d’Étienne Tabourot. Cette carte est orientée comme les cartes modernes avec le nord en haut de la feuille et l’échelle est donnée en lieues de Bourgogne de cinq mille quatre cent quarante-quatre mètres. Dijon est signalé par un ensemble de monuments. Le tracé des rivières est assez correct. Ce sera donc la première représentation de nos voies de communication bourguignonnes, et comme l’a indiqué Jean Richard dans son article consacré à Tabourot, cartographe : « le réseau hydrographique qui va servir de trame à toutes les représentations cartographiques est déjà singulièrement serré ».

En 1606, Antoine de Menay s’ aperçoit que, si le Suzon se perd, c’est que son lit est composé de « roc pourry et entremêlé de sable mouvant », et il propose de creuser un canal latéral pour amener les eaux, non pas pour donner de l’eau à boire, mais pour assainir la ville. Comme on peut le voir sur le plan Bredin (6), le Suzon arrivait par la tour aux Ânes , formait le bief des moulins communaux et pénétrait dans l’enclos des Jacobins, puis il partait vers la rue de la Grande Boucherie (du Bourg), la rue Poulaillerie (Piron) puis la place du Morimond (Émile Zola), faisait tourner les moulins de l’Hôpital du Saint Esprit, gagnait la rue du Sachot et finalement sortait par la Tour de la Porte d’Ouche.

2. Les premiers hydrologues

Notre région intéresse ensuite les chercheurs de la fin du XVIIe siècle. C’est ainsi que Claude Perrault, frère du célèbre conteur, publie en 1674 un traité intitulé : « De l’origine des fontaines » (7).

Certes, Claude Perrault (1608-1680) n’est pas bourguignon, puisque né à Paris, mais, grâce à l’estimation des pluies et des débits sur le bassin de la Haute-

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Seine, à Aignay le Duc notamment, il est le premier à démontrer que le volume des précipitations sur un bassin était bien supérieur au volume qui s’écoulait à l’exutoire de ce bassin. Il pensait que le débit des rivières trouvait son origine dans ces précipitations. Avant de reprendre ces résultats, écoutons maintenant Condorcet qui commence ainsi son éloge de l’Abbé Mariotte (1620-1684) (8) : « Peu de villes ont produit un plus grand nombre d’hommes de mérite, parce que peu de villes ont senti avec tant d’enthousiasme le prix du talent et leur ont autant décerné d’hommages publics ». La vie d’Edme Mariotte est une énigme (9). On sait qu’il doit être né en 1620 sans doute en Bourgogne et la probabilité est grande d’en faire un enfant de Chazeuil, à 35 km de Dijon. La date de sa mort est vraisemblablement le 12 mai 1684. D’autre part, fut-il vraiment prêtre ? On l’ignore. On lui a attribué le prieuré de Saint Martin de Beaumont sur Vingeanne, ce qui semble aujourd’hui exact, mais aussi celui de Saint Martin sous Beaune et de Saint Martin Baulme la Roche. Ce qui est sûr, c’est qu’il fit partie de l’Académie Royale des Sciences à une date elle aussi inconnue, mais que le 29 décembre 1668, il reçut la gratification annuelle accordée par le Roi. Il a publié en 1686 le « Traité du mouvement des eaux et des autres corps fluides » (10). L’écoulement de l’eau dans des tuyaux en forme de prisme ou de cylindre « par l’ouverture tout entière de la base » est alors envisagé ; on trouve aussi la description du « vase de Mariotte », qui est utilisé pour fournir un dispositif à charge constante, l’étude de la déviation d’un jet d’eau par une surface normale et des règles sur la mesure des eaux courantes ; et il reprend les travaux de Perrault sur le bilan hydrologique de la Seine à Paris sur un bassin-versant beaucoup plus vaste et fermé. Il se pose cette question : « D’où provient l’eau de source ? ». D’après des observations qui sont entreprises à Dijon, il évalue à quinze pouces l’épaisseur de la couche d’eau tombée dans l’année. Il considère le Bassin de la Seine comme ayant une surface de trois mille lieues carrées et la quantité d’eau transportée annuellement par la Seine à travers Paris égale à cent cinq milliards cent vingt millions de pieds cubes. D’après cela, il prouve par le calcul que la Seine ne charrie pas à Paris la sixième partie de l’eau qui tombe du ciel sur le bassin dans le cours d’une année. Les cinq sixièmes qui restent suffisent donc pour alimenter toutes les sources existantes. Par là, il met en doute que l’infiltration de l’eau à travers le terrain est aussi faible qu’elle le paraît, et il s’attire les objections de Perrault et de la Hire. Mariotte fait faire à Dijon des mesures sur les précipitations afin d’évaluer la couche de pluie tombée. Il trouve environ quinze pouces pour l’année. On peut rappeler qu’actuellement les précipitations annuelles sont comprises entre sept cents et neuf cents millimètres. Une moyenne portant sur quatre-vingt-quatorze années jusqu’en 1909 donnait six cent soixante-dix-neuf millimètres d’eau avec neuf cent treize millimètres en 1856 (maximum) et quatre cent deux en 1870, pratiquement ce qui avait été mesuré du temps de Mariotte. Il ne faut pas oublier non plus que Mariotte est l’auteur, avec Boyle, de la loi qui porte les deux noms : « À température constante, le produit de la pression P d’une masse donnée d’un gaz parfait par son volume V est constant », et aussi qu’il publia de Dijon (en 1668 ?) une lettre où il décrit l’expérience qui lui a permis de découvrir la tache aveugle,

4 © Université de Bourgogne Colloque International OH2 « Origines et Histoire de l’Hydrologie », Dijon, 9-11 mai 2001 International Symposium OH2 ‘Origins and History of Hydrology’, Dijon, May, 9-11, 2001 qu’il s’occupa aussi de la théorie de l’arc-en-ciel, de physiologie végétale. Mariotte a aussi écrit le « Traité du nivellement avec la description de quelques niveaux nouvellement inventés par M. Mariotte de l’Académie royale des Sciences » (11), qui paraît en 1672 et est lié aux grands travaux de canaux qui commencent à l’époque. Les XVIIe, XVIIIe et XIXe siècles ont vu la réalisation en Bourgogne de toute une série de canaux : le bassin de la Seine est relié à celui du Rhône par le Canal de Bourgogne qui joint l’Yonne à la Saône ; il est relié au Bassin de la Loire par le Canal de Briare et le Canal du Nivernais, tandis que le Canal du Centre unit la Saône à la Loire. Nous n’évoquerons que le Canal de Bourgogne.

3. Le canal de Bourgogne

Dès la seconde moitié du XVIe siècle, un projet attribué aussi à Hugues Sambin prévoit de relier Dijon à la Saône par un canal empruntant l’Ouche et la Vouges, ainsi que le rapporte P.J. Antoine (12) dans son mémoire sur le canal de Dijon à la Saône, le 25 brumaire an X (16 novembre 1801). En 1696, Vauban charge l’ingénieur dijonnais Thomassin d’étudier à nouveau des tracés ; en 1726, l’ingénieur publiera ses « Lettres » sur le canal de Bourgogne. En 1742, l’Académie des Sciences, Arts et Belles Lettres de Dijon propose pour sujet du prix : « Déterminer la différence des vitesses d’un liquide qui passe par des tuyaux inflexibles et de celui qui passe par des tuyaux élastiques ». M. Daché, substitut du procureur général de la chambre des comptes de Montpellier remporte le prix. En 1763, Thomas Dumorey (1717-1782) remporte le prix sur le sujet suivant : « Déterminer relativement à la Bourgogne les avantages du canal projeté en cette province pour la communication des deux mers par la jonction de la Saône et de la Seine » (Archives de l’Académie). De nombreuses discussions arrivent pour le tracé de Dijon à Saint Jean de Losne. L’ingénieur parisien Perronet (1708-1794) veut un tracé en ligne droite, mais Gauthey, ingénieur bourguignon, trouve le tracé trop coûteux et propose un tracé en trois lignes droites qui sera accepté fin 1782. L’installation du port à Dijon soulève des difficultés ; le projet de Gauthey est de le placer dans le faubourg de l’Ouche. Emiland Gauthey (1732-1806), né à Chalon-sur-Saône, avait suivi les cours de l’École des Ponts et Chaussées en 1757 et avait été nommé, en 1782, ingénieur en Chef des États ; il avait fait aboutir le tracé de Dijon à Losne en 1782. On peut retenir deux ouvrages posthumes, un Traité de la construction des Ponts (13) et des « Mémoires sur les canaux de navigation et particulièrement sur le canal du Centre autrefois canal du Charolais », ouvrages publiés par son neveu Navier. Mais le canal n’est toujours pas achevé en 1812. Forey imagine un souterrain à Pouilly, des réservoirs à Grosbois, Chazilly, Cercey et Panthier. C. Forey (1765-1825) était né à Saint Jean de Losne. En 1765, il avait étudié les mathématiques, la mécanique, la chimie et la minéralogie à Dijon, puis il était entré à l’école d’application des Ponts et Chaussées de la ville de Dijon dirigée par E. Gauthey. En 1808, il était arrivé sur le canal de Bourgogne dont il était devenu ingénieur en chef en 1815, pour la section Côte d’Or. Le canal descendra à la Saône par quatre-vingts écluses de deux

5 © Université de Bourgogne Colloque International OH2 « Origines et Histoire de l’Hydrologie », Dijon, 9-11 mai 2001 International Symposium OH2 ‘Origins and History of Hydrology’, Dijon, May, 9-11, 2001 mètres soixante de chute et à l’Yonne par cent sept écluses. Il voudra avoir la responsabilité totale du canal, mais il décèdera avant, en 1825, après avoir eu des problèmes vraisemblablement liés au fait qu’il ne sortait pas de l’École des Ponts et Chaussées. Le passage à Pouilly se fait par une longue voûte de six mètres de haut et presque autant de large, aérée par trente-deux puits verticaux. Les mariniers font avancer les bateaux à la gaffe et en se halant à des chaînes fixées à la voûte. En 1867, on installe un système de touage à chaîne noyée mû à la vapeur ; puis, à partir de 1893, à l’électricité fournie par deux petites centrales de part et d’autre du bief. Ce système est actuellement en cours de réhabilitation. Parmi les acteurs de la construction du Canal de Bourgogne, il est possible aussi de retenir la figure de P.J. Antoine (1730-1814) ; né à Brazey en Plaine, il fut l’un des premiers élèves de l’école des Ponts et Chaussées fondée par Perronnet. Il en sortit en 1753 avec le grade de sous-ingénieur de la province de Bourgogne, et il vécut ensuite à Dijon pendant plus de soixante ans, après avoir été, en 1790, ingénieur en chef ; il défendit le système métrique, composa de nombreux mémoires techniques sur la Navigation en Bourgogne, et aussi : Science hydraulique : de la nécessité et des moyens de propager promptement les travaux hydrauliques sur l’Empire français, pour y amener la plus grande abondance (14), présenta un tétrasphère à l’Académie, permettant à l’aide de deux cartes célestes et un cercle mobile de trouver le mouvement des planètes, et il construisit aussi ponts et églises.

4. La synthèse de l’eau

Mais s’il était bien d’avoir des canaux, les savants se penchaient aussi sur la nature même de l’eau... et nous retournons un peu en arrière pour nous retrouver à Mézières en juin et juillet 1783 : Monge le Beaunois (1746-1818), indépendamment de Cavendish et de Lavoisier et Laplace, réussit « l’inflammation du Gaz inflammable et de l’air déphlogistiqué dans des vaisseaux clos » (15), et il donne le dispositif expérimental. Le 24 juin 1783, à Paris, devant des envoyés de la Royal Society, Lavoisier et Laplace font la synthèse de l’eau à partir d’hydrogène et d’oxygène. Voici ce qu’écrit Lavoisier à ce sujet :

« Nous ignorions alors que M.Monge s’occupât du même objet, et nous ne l’apprîmes que quelques jours après, par une lettre qu’il adressa à Van der Monde et que ce dernier lut à l’Académie ; il y rendait compte d’une expérience du même genre et qui lui a donné un résultat tout semblable. L’appareil est extrêmement ingénieux ; il a apporté infiniment de soin à déterminer la pesanteur spécifique des deux gaz ; il a opéré sans perte ; de sorte que son expérience est beaucoup plus concluante que la nôtre et ne laisse rien à désirer. Le résultat qu’il a obtenu a été de l’eau pure dont le poids s’est trouvé, à très peu de choses près, égal à celui des deux gaz ».

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1784, Lavoisier publie son mémoire final (16).

Un des élèves de Monge, Meusnier, aide Lavoisier dans la détermination pondérale de la composition de l’eau : 85 % d’oxygène et 15 % d’hydrogène. On est presque aux bonnes proportions... L’année de la mort de Monge, L.J. Thénard (1777-1857), dont les attaches avec la Bourgogne sont nombreuses, découvre l’eau oxygénée.

5. Les polytechniciens au service des eaux

Henri Navier (1785-1836), né à Dijon, entra à l’École Polytechnique en 1802 et, en 1804, à celle des Ponts et Chaussées. Il fut disciple et ami de Fourier l’Auxerrois. Il publia un mémoire sur les canaux de navigation en 1816, et un autre sur les ponts suspendus, mais il ne semble pas avoir participé aux études sur le Canal de Bourgogne. Professeur à Polytechnique, il établit une équation relative aux écoulements qui, perfectionnée par Stokes, deviendra la formule de Navier-Stokes pour prévoir le comportement d’un liquide en mouvement à l’intérieur d’une canalisation, formule toujours utilisée et livrée aux ordinateurs les plus puissants (17). Il s’intéressera aussi à la mesure de la vitesse de détente isotherme d’un gaz parfait, et à l’étude de la flexion des lames élastiques, et donc à l’élasticité comme Mariotte l’avait aussi fait cent cinquante ans auparavant.

Arnollet (1826-1830) (18) est né à Pontailler-sur-Saône ; reçu au concours de l’École Centrale des Travaux Publics en 1794, il n’y reste pas pour cause de maladie, et en 1796, il entre à l’École Polytechnique, puis à l’École des Ponts et Chaussées. Il fait ensuite la campagne d’Égypte et en 1802, il arrive à Dijon comme ingénieur des Ponts et Chaussées, et l’une de ses grandes préoccupations concerne l’alimentation en eau de Dijon ; il entre au Conseil Municipal de Dijon. En 1823, les Dijonnais s’émeuvent de la mauvaise qualité de l’eau des puits, si bien qu’à sa mort, le chanoine Audra lègue sa fortune à la ville pour l’établissement de fontaines publiques dans les rues et les places publiques. Encore faut-il avoir de l’eau pour alimenter ces fontaines. L’affaire évolue peu de 1825 à 1828 où, à l’initiative d’Arnollet, le Conseil décide le creusement d’un puits artésien. Les travaux pour le creusement d’un puits place Saint Michel sont finalement entrepris au cours de l’été 1829. En octobre, on atteint une profondeur d’une centaine de mètres, sans résultat. Arnollet est évincé des Ponts et du Conseil Municipal en 1831 ; les travaux du puits n’en continuent pas moins, cette fois sous la direction de Darcy (X 1821). L’eau est finalement trouvée en octobre 1832 à cent cinquante mètres, mais elle n’arrive pas au niveau du sol. La municipalité décide alors d’arrêter les frais et charge Darcy de présenter un rapport sur les diverses solutions possibles. Arnollet propose de l’équiper avec une pompe de sa fabrication, mue à la main ou par une machine à vapeur. Darcy propose, par contre, la construction d’une conduite pour amener l’eau captée à la source du Rosoir à Messigny. Mais Darcy montre, en 1834, que la solution

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Arnollet (avec machine à vapeur) est, certes, la moins coûteuse, mais le débit sera insuffisant, et en tenant compte des frais de fonctionnement, le coût du litre d’eau rendu à Dijon est quatre fois plus élevé qu’avec la solution Darcy. C’est donc celle-ci qui sera retenue par le Conseil. Darcy a su résoudre un problème en suspend depuis deux siècles. Le 6 septembre 1840, une masse d’eau de sept mille litres par minute arrive au réservoir de la Porte Guillaume, et le 18 juillet, une gerbe d’eau de neuf mètres de hauteur jaillit du bassin de la place Saint Pierre. Dijon devient alors l’une des villes les plus propres de France, car on y trouve une fontaine tous les cent mètres. L’analyse de l’eau fut faite par M. Sainte Claire Deville, doyen de la Faculté des Sciences de Besançon, pendant que Alexis Perrey, professeur de Mathématiques à la Faculté des Sciences de Dijon, faisait tous les relevés de températures à la source, aux réservoirs et aux bornes fontaines. Darcy reçut pour salaire une belle médaille et la gratuité à vie de l’eau.

En 1850, Dijon sera la ville la plus propre de France grâce à la multiplicité de ses fontaines qui peuvent apporter cent quatre-vingt-deux litres quatre-vingt- dix-huit par vingt-quatre heures à chacun des vingt-sept mille cinq cent quarante- trois habitants. Les conduites maîtresses circulent à l’intérieur de galeries visitables.

Henry Darcy (19) était né à Dijon en 1803 et est mort à Paris en 1858. Il était entré à l’École Polytechnique à dix-huit ans. En 1848, il est chef de service municipal de la ville de Paris, il poursuit des études sur la filtration et donne sa fameuse formule :

Q = K S dp / dh

Q est le débit, S la superficie de la couche filtrante, K un coefficient qui dépend de la matière qui constitue l’élément filtrant, dp la différence de pression et dh l’épaisseur de la couche. L’unité de perméabilité sera, depuis 1956, le Darcy, perméabilité d’un milieu qui laisse passer par seconde un centimètre cube d’un liquide dont la viscosité est celle de l’eau à 20°C, sous l’effet d’une différence de pression de une atmosphère. La constante K est fonction de divers paramètres, notamment de la porosité, de la granulométrie des grains de diamètre moyen d, de la viscosité cinématique, de la masse volumique, de la température. Différentes formules ont été données.

En 1857, il publie son traité : « Recherches expérimentales relatives au mouvement de l’eau dans les tuyaux », et donne une formule de perte de charge dans les tuyaux après de nombreuses expériences effectuées sur des tuyaux de diamètres allant de seize centimètres à cinquante centimètres.

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Si J est la perte de charge par mètre, D le diamètre et U la vitesse moyenne 2 1/4 D J = b U 1 -2 b = a + b / D b est exprimé en ms 1 1 -2 Pour des tuyaux en fonte neufs et lisses : a = 0,0002535 ms -2 b = 0,00000647 s -2 Pour des tuyaux en fonte avec des dépôts : a = 0,000507 ms -2 b = 0,00001294 s

Darcy, dans ses études sur le mouvement des eaux, fut aidé par Bazin (1829-1917), né à Nancy, mais décédé à Dijon. Ingénieur (Polytechnique et Ponts et Chaussées), il fit une grande partie de sa carrière à Dijon. Il aide, en 1856, Darcy dans ses études sur le mouvement des eaux dans les canaux, notamment le Canal de Bourgogne. Il sera membre de l’Académie des Sciences. Ses études, en 1888, sur le débit des déversoirs à crête mince, verticaux et inclinés, ainsi que sur les déversoirs noyés, à crête épaisse ou arrondie, aboutirent à des résultats utilisés encore de nos jours. Il publia aussi, en 1897, une formule utilisée par tous les hydrauliciens et en particulier pour l’étude des égoûts. Il s’occupa aussi de la propagation des ondes solitaires, reprenant les travaux de Russel, travaux qui donnèrent naissance récemment à la notion de « soliton » sur laquelle se penchent actuellement des chercheurs dijonnais (20).

Les expériences ont été faites sur un bief du Canal de Bourgogne. Le passage de l’onde était indiqué par un flotteur dont la corde passait sur deux poulies très mobiles et qui était équilibré par un contrepoids. Une des poulies portait une aiguille dont la pointe se déplaçait sur un cadran. L’onde était produite par l’ouverture momentanée d’une vanne d’écluse d’amont et ainsi de suite. La profondeur moyenne sur l’axe du canal était voisine de un mètre quatre- vingts.

L’onde fit dix parcours, soit dix mille deux cents mètres, avec une vitesse moyenne de trois mètres quatre-vingts par seconde. La hauteur de l’onde était encore de cinq millimètres après le parcours total. L’expérience dura quarante- cinq minutes.

Galliot (1857-1923) a été, lui aussi, ancien élève de Polytechnique et s’est occupé de pertes d’eau dans les canaux, et d’innovations dans l’emploi de l’électricité en navigation intérieure. En Russie, il s’occupa de remettre sur pied la canalisation du Dniepr et étudia pour l’Autriche, en 1908, le Canal Danube- Vistule.

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6. Conclusion

L’histoire de l’hydraulique dijonnaise est presque achevée. Il nous faut rajouter Eiffel (1832-1923) né à Dijon ; après ses études dans notre ville, il entra à l’École Centrale et opta pour la métallurgie, et sa carrière est bien connue. Ce qui l’est peut-être moins, c’est que, dans le domaine des canaux qui nous préoccupe, il fut impliqué dans le scandale financier du Canal de Panama et fut l’un des fondateurs de l’aérodynamique. Th. D’Estocquois fut professeur à la Faculté des Sciences de Dijon et publia, en 1874, un mémoire sur les « Recherches d’Hydrodynamique », notamment sur les mouvements d’un liquide dans un vase de forme donnée (21). Diverses publications analyseront les chutes d’eau sur Dijon et la Bourgogne, reprenant les études de Perrault et Mariotte. On peut, en particulier, citer Charles Mocquery (1846-1915) (22) et Julien Brunhes (1833- 1895) (23). Le fils de ce dernier, Bernard Brunhes (1867-1910) enseigna aussi, il y a cent ans, la physique à la Faculté des Sciences de Dijon, avant de poursuivre une carrière brillante par ses découvertes à l’Université de Clermont-Ferrand, notamment celle de l’inversion du champ magnétique terrestre. Il écrivit un ouvrage : « La dégradation de l’énergie » (24). L’un des chapitres porte le titre : Un agent de dégradation dans la nature : le tourbillon. Il traite de « la tactique tourbillonnaire » dans le travail des eaux courantes. L’étude des marmites torrentielles aux divers stades de leur développement a permis de suivre le mécanisme de creusement des roches par ces « marmites », marmites qui furent aussi étudiées en collaboration avec son frère Jean Brunhes qui écrivit de nombreux ouvrages de géographie que les plus anciens connaissent bien... Pour expliquer leur formation, Bernard Brunhes propose de refaire une expérience de M. Bouquet de la Grye, que nous avons montée avec l’aide d’un collègue de l’université, Michel Jannin :

« Si l’on fait tourner un vase cylindrique plein d’eau recouvrant une couche inférieure d’un liquide plus lourd comme l’aniline, on a l’équivalent du mouvement tourbillonnaire dans lequel on voit le centre du liquide supérieur se creuser en entonnoir , en même temps que le liquide inférieur se creuse aux bords et grimpe au centre en un monticule arrondi au sommet. On peut remplacer l’aniline par du sable, on verra un monticule de sable au cœur ».

Jean Brunhes (1869-1930) trouva des marmites avec de semblables proéminences en 1905 au barrage d’Assouan, à l’îlot des marmites. L’outil dans le forage des marmites est le mélange sable et eau ; parfois, on remarque cependant une pierre polie au fond de la marmite, mais elle n’est pas la seule responsable du creusement.

Nous aurions pu aussi dresser un panorama des recherches actuelles en hydraulique en Bourgogne, avec les ondes solitaires, « solitons », étudiées initialement par Bazin, mais ces problèmes seront traités par mon collègue Michel

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Remoissenet. La porosité est développée dans le cadre des phénomènes d’adsorption par les zéolites au Laboratoire de Réactivité des solides. L’ENITA, devenue ENESAD, avec le laboratoire « Machinisme et génie rural », nous a permis de refaire les expériences de Darcy sur la filtration ; avec le groupe de l’NRA de Dijon (26), ce laboratoire a aussi travaillé sur les problèmes de drainage en ligne directe des anciens drainages pratiqués autrefois..., mais avec des moyens plus modernes. Les problèmes de l’eau dans les aliments et de la lyophilisation, traités par les Laboratoires de l’ENSBANA n’ont pas été évoqués, et pourtant j’ai pu déguster, au début de ma carrière, les premières fraises lyophilisées. Pour la climatologie, même si aujourd’hui, à Dijon elle est plus orientée vers la climatologie tropicale..., les études de Météorage recensent les différents orages qui ont ravagé la Bourgogne et peuvent permettre de voir l’influence de ceux-ci sur le plan économique... Il paraît que celui du 9 juillet 1766 qui s’abattit sur Dijon, lorsque Mozart arrivait dans notre ville, a eu des conséquences catastrophiques sur les récoltes brûlées déjà par la sécheresse. Mais le mot de la fin, je le prendrai dans « L’eau et les rêves » de Gaston Bachelard (27), dont nul n’ignore le souvenir qu’il a laissé dans notre Université :

« En rêvant près de la rivière, j’ai voué mon imagination à l’eau, à l’eau verte et claire, à l’eau qui verdit les prés. Je ne puis m’asseoir près d’un ruisseau sans tomber dans une rêverie profonde, sans revoir mon bonheur. Il n’est pas nécessaire que ce soit le ruisseau de chez nous, l’eau de chez nous. L’eau anonyme sait tous mes secrets. Le même souvenir sort de toutes les fontaines ».

Et je rajouterai, qu’elles soient celles de Claude Perrault, d’Henry Darcy, ou pour finir par une touche musicale, tout simplement la « Fontaine aux oiseaux » de la chanson « Sur la route de Dijon » (28).

Bibliographie

1. Girart de Roussillon, Chanson de geste, traduite pour la première fois par Paul Meyer. Paris, Champion, 1884. 2. Grégoire de Tours, Historia Francorum, Ms de Beauvais. Paris, Berthaud, 1905. 3. Henry Darcy, Les Fontaines publiques de la Ville de Dijon. Paris, Dalmont, 1856, 647 p., 28 pl. 4. Archives Municipales de Dijon, B 199 (1561-1562). 5. Jean Richard, Estienne Tabourot, cartographe dans Tabourot, seigneur des Accords, un Bourguignon poète de la fin de la Renaissance. François Moureau, Michel Simonin, Paris, Klincksieck, 1990. 6. « Le vray pourtraict de la ville de Dijon » par Evrard Bredin, peintre 1574. Publié par exemple par Eugène Fyot dans « Dijon son passé évoqué par ses rues », Dijon, Damidot, 1927, réédition1960. 7. Claude Perrault, De l’origine des fontaines. Paris, Pierre Lepetit, 1674.

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8. Jean Condorcet, Oeuvres publiées par A. Condorcet, O’Connor et M.F. Arago. Paris, Didot, 1847-1849 (Tomes 2 et 3, Éloges). 9. Mariotte, savant et philosophe. Vrin, Paris, 1986. 10. Edme Mariotte, Traité du mouvement des eaux et des autres corps fluides. Édition posthume par Ph. de la Hire, Paris, E. Michallet, 1686. 11. Edme Mariotte, Traité du nivellement avec la description de quelques niveaux nouvellement inventés par M. Mariotte de l’Académie royale des Sciences. Paris, Jean Cusson, 1672. 12. P.J. Antoine, Mémoire pour le canal de Dijon à la Saône. Extrait du Journal des Bâtimens des Monumens et des Arts. 13. E. Gauthey, Traité complet sur la construction des ponts et des canaux navigables laissé manuscrit par Gauthey mais imprimé au moins en partie (1809-1813), 2 vol. in-4° avec notes, additions et éloge historique de l’auteur par son neveu M. Navier, ingénieur. Paris, Firmin Didot. 14. P.J. Antoine, Science hydraulique : De la nécessité et des moyens de propager promptement les travaux hydrauliques sur l’Empire français, pour y amener la plus grande abondance. Messidor an 12, Journal des batimens, des monumens et des arts, n° 402 et 405. 15. Gaspard Monge, « Mémoire sur le résultat de l’inflammation du gaz inflammable et de l’air déphlogistiqué dans des vaisseaux clos », Acad. Sciences, Paris, 1783, p. 78. 16. Lavoisier, Oeuvres de Lavoisier. 6 volumes, Paris, Imprimerie Impériale et Nationale, puis A. Michel (1864-1893), au tome 2, pp. 332-359. 17. Marco Cannone, Ondelettes, paraproduits et Navier Stokes. Diderot Éditeur, Arts et Sciences, Paris, 1995. 18. P. Barbier, Heurs et malheurs d’un polytechnicien de l’an V : Pierre Arnollet. Bulletin de la Sabix, 1999, n° 21, pp. 21-64, Palaiseau. 19. Pour Darcy et Bazin, il est possible de consulter l’article « L’Académie de Dijon et les Ponts et Chaussées » de J. Guyot, dans Mémoires de l’Académie des Sciences, Arts et Belles Lettres de Dijon, 1939, pp. 105-159. 20. M. Remoissenet, Waves called solitons. Springer, Berlin, New York, Paris, 1e éd. 1994, 3e éd. 1999. 21. Th. d’Estoquois, » Recherches d’Hydrodynamique ». Mémoires de l’Académie des Sciences, Arts et Belles Lettres de Dijon, 1874, p. 1. 22. C. Mocquery, Le climat de Dijon, Société bourguignonne de géographie et d’histoire, t. 19, 1903, pp. 133-175. 23. J. Brunhes, Observations météorologiques effectuées à la Faculté des Sciences de Dijon., Revue bourguignonne, t. 3, 1893, et t. 5, 1895. 24. B. Brunhes, La dégradation de l’énergie. Flammarion, Paris, 1909, réédition Champs Flammarion, 1991. 25. id. 20. 26. J. Concarret et coll., Le drainage agricole : Théorie et Pratique. Éditions de la Chambre d’Agriculture de Bourgogne, Dijon, 1981. 27. G. Bachelard, L’eau et les rêves. Corti, Paris, 1942.

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28. Par exemple : « Sur la route de Dijon », Chant populaire, harmonisé par César Geoffray (1941), Éditions À Cœur Joie, Chansons d’autrefois, n° 275.