ECOULEMENT DE L EAU DANS LES SOLS

Transcription

1 Unité d hydrologie et d hydraulique agricole Génie rural et environnemental ECOULEMENT DE L EAU DANS LES SOLS Notes de cours provisoires année académique Aurore Degré

2 Table des matières CHAPITRE 1. GÉNÉRALITÉS LE CADRE DU COURS OBJECTIFS D APPRENTISSAGE... 1 CHAPITRE 2. CARACTERISATION PHYSIQUE DU SOL DESCRIPTION GENERALE DES SOLS CARACTERISTIQUES DE LA PHASE SOLIDE Dimensions et formes des particules de sol Examens minéralogiques - Bref rappel La surface spécifique La structure du sol La porosité totale et le poids spécifique apparent sec Notion de poids spécifique apparent sec maximum Mesure et évaluation de la porosité totale et du poids spécifique apparent sec Méthodes de mesure directes Evaluations indirectes Facteurs majeurs influencant la structure des sols Matière organique (M.O.) Le travail du sol Le développement racinaire Le régime climatique Les rendements culturaux Quelques lectures CARACTERISTIQUES DE LA PHASE LIQUIDE Tension superficielle Angle de contact Capillarité L humidité du sol Définition de la teneur en eau (humidité) d un sol Mesures de l humidité du sol...29 A Méthode gravimétrique...29 B Principe...30 C Précision de la mesure La méthode TDR (time domain reflectometry)...30 A Principe de fonctionnement...31 B Caractéristiques Les sondes de capacité La méthode neutronique CARACTERISTIQUES DE LA PHASE GAZEUSE LIAISONS ENTRE L EAU ET LA MATRICE DU SOL Etat énergétique de l eau du sol Forces exercées sur l eau du sol Les forces résultant des pressions p, dites interstitielles, au sein de la phase liquide Les forces de sorption (à très faible rayon d action) Les forces externes Potentiel total et potentiel matriciel Influence des sels dissous - Notion de potentiel osmotique Autres terminologies utilisées pour le potentiel capillaire LIAISON ENTRE POTENTIEL MATRICIEL ET TENSION DE VAPEUR DE LA PHASE GAZEUSE PROFIL D HUMIDITE EN EQUILIBRE HYDROSTATIQUE DANS UN SOL NON SATURE...44

3 Cas n 1 : le sol non saturé (ns) surmonte une nappe profonde Cas n 2 : le sol non saturé surmonte une nappe satu rée peu profonde VERIFICATION EXPERIMENTALE DE L EXISTENCE D UN POTENTIEL DE CAPILLARITE MESURE DE LA RELATION TENEUR EN HUMIDITE - POTENTIEL MATRICIEL (COURBE DE PF) Mesure par tensiométrie, en laboratoire Mesure par l'appareil de Richards Mesures in situ Remarque : Les Blocs résistifs INTERPRETATION AGRONOMIQUE DE LA COURBE DE PF Le point de flétrissement permanent La capacité au champ (field capacity) La capacité en bac Distribution de la porosité Porosité totale Distribution des pores et Carbone organique...58 CHAPITRE 3. DYNAMIQUE EN MILIEU SATURE ECHELLE MICROSCOPIQUE ECHELLE MACROSCOPIQUE Le gradient de potentiel Unités de conductivité hydraulique Limites d'application de la Loi de Darcy Ecoulement laminaire Cas des argiles Remarque MESURE DU COEFFICIENT DE CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE Mesures en laboratoire Mesures in situ Méthode du trou de sondage Les essais de pompage PERMEABILITE GLOBALE D UN MILIEU HETEROGENE L ECOULEMENT DANS LES MILIEUX FISSURES L EQUATION DE CONTINUITE L EQUATION GENERALE DE L HYDRODYNAMIQUE EN MILIEU SATURE Enoncé de l équation Les conditions aux limites en vue de la résolution Surface imperméable Surface filtrante Surface libre Surface de suintement Résolutions de l équation de Laplace Résolution analytique Résolution numérique CAS PRATIQUE D ECOULEMENT PERMANENT Profondeur minimale de la fiche Equipotentielles et lignes de courant Mise en équations Intervalles de calcul ACTION DE L EAU INTERSTITIELLE SUR LE MILIEU POREUX Les contraintes effectives et les pressions neutres Le soulèvement hydrostatique Les pressions de courant Le phénomène de Renard Le cas particulier des terrains sans cohésion...91

4 3.10 TASSEMENT DU MILIEU POREUX, COLMATAGE ET SUFFOSION...92 CHAPITRE 4. DYNAMIQUE EN MILIEU NON SATURE INTRODUCTION GENERALISATION DE LA LOI DE DARCY EN MILIEU NON SATURE Loi de Darcy généralisée Conductivité hydraulique en milieu non saturé GENERALISATION DE LA LOI DE CONTINUITE EN MILIEU NON SATURE L EQUATION DE RICHARDS Enoncé de l équation Résolution numérique de l équation de Richards Introduction Choix de la méthode numérique Modélisation par différences finies Modélisation par éléments finis A La formulation variationnelle B L approche de Galerkin C Le calcul élémentaire APPLICATION : CAS PRATIQUE D ECOULEMENT PSEUDO-PERMANENT CHAPITRE 5. REDISTRIBUTION DE L HUMIDITE APRES UNE INFILTRATION AU CHAMP INTRODUCTION INFILTRATION VERTICALE ET HORIZONTALE LA REDISTRIBUTION Introduction Le flux de resdistribution Position d équilibre Effet de l hystérèse Formulation mathématique CHAPITRE 6. L EVAPORATION ET LE PRELEVEMENT PAR LES PLANTES L EVAPORATION LE PRELEVEMENT PAR LES PLANTES Continuum sol plante atmosphère Les modèles macroscopiques La fonction d extraction racinaire s La croissance des racines La croissance aérienne Exemple de modèle : Modèle de RITCHIE (1972) CHAPITRE 7. DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE INTRODUCTION LA DYNAMIQUE NATURELLE Les précipitations Cycle humidification/assèchement Cycle gel/dégel Agents biologiques Stabilité structurale DYNAMIQUE LIEE AUX ACTIVITES HUMAINES Généralités Déstructuration due aux tassements Principes de régénération de la structure du sol CHAPITRE 8. ANNEXES : FONCTIONS HYPERBOLIQUES...128

5 LE COURS D ECOULEMENT DE L EAU DANS LES SOLS EST DISTRIBUE PAR L OFFICE DES COURS DE L ASSOCIATION GENERALE DES ETUDIANTS. CONTACT : AGECGBX@HOTAMIL.COM

6