Modélisation couplée du drainage souterrain et du drainage de surface : Application à la conception du drainage agricole dans le périmètre irrigué du Gharb (Maroc)

• Auteur / Autrice : Ali Hammani
• Direction : Daniel Zimmer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'eau
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris, ENGREF

Mots clés

Mots clés contrôlés

Drainage

Mots clés libres

Sciences de l'eau

Drainage souterrain

Conception du drainage

Drainage de surface

Gharb

Maroc

Résumé

Le périmètre irrigué du Gharb est celui qui présente le plus grand besoin d'aménagements hydro-agricoles au Maroc. La mise en valeur du Gharb est cependant entravée par des problèmes de drainage liés à des engorgements des sols dus aux excès d'eau de pluie d'hiver, à la faible perméabilité des sols et à (absence de drainage naturel. Les problèmes de drainage persistent malgré (installation d'un réseau de drainage souterrain et d'un réseau d'assainissement pour l'évacuation des excès d'eau vers l'extérieur du périmètre. La question de l'efficacité et de l'efficience du drainage est posée dans le périmètre irrigué du Gharb. Pour répondre à cette problématique et pour disposer de références sur le drainage dans le périmètre irrigué du Gharb, l'Office Régional de Mise en Valeur Agricole du Gharb et le Cemagref ont mis en place une station expérimentale dans la région de Souk Tlet. Pendant les deux premières campagnes de suivi de la station expérimentale, l'importance du drainage de surface (ruissellement) dans l'évacuation de l'excès d'eau de pluie a été mise en évidence. Sur le plan scientifique, la modélisation du drainage souterrain a été toujours dissociée du drainage de surface qui n'est pris en compte que d'une manière sommaire à travers l'utilisation d'un coefficient de restitution. L'apport novateur de la présente thèse consiste en la mise au point d'un outil de simulation couplant drainage souterrain et drainage de surface. L'utilisation d'un tel outil permet une meilleure compréhension du fonctionnement hydrologique et hydraulique du drainage dans le Gharb. Pour cela le choix a porté sur le couplage d'un modèle bidimensionnel horizontal de l'écoulement souterrain et d'un modèle de ruissellement. Pour permettre au modèle d'écoulement souterrain de prédire correctement les écoulements souterrains vers les systèmes de drainage par tuyaux enterrés, il a fallu corriger l'hypothèse de Dupuit-Forchheimer. Deux équations mathématiques ont été développées et incorporées au modèle horizontal afin que celui ci puisse prendre en considération la composante verticale de l'écoulement souterrain. La première équation permet de prendre en considération les pertes de charge sur l'ensemble du système par le calcul d'une profondeur effective du substratum imperméable, et par conséquent, d'une transmissivité effective. La seconde équation permet de calculer une hauteur de la nappe au-dessus du drain pour tenir compte de la convergence des écoulements au voisinage des drains de section circulaire. Le deuxième point novateur de la thèse est que les équations développées, couplées à une formule de drainage souterrain, donnent une meilleure estimation de la hauteur de la nappe à l'interdrain. Le modèle d'écoulement souterrain est couplé à un modèle d'écoulement de surface à l'échelle des mailles de différences finies définissant le schéma de discrétisation spatiale en prenant en considération les échanges entre mailles. Les débits de ruissellement pris en compte sont ceux générés au niveau des ouvrages de captage (fossés à ciel ouvert). Le modèle de ruissellement retenu est un modèle conceptuel à un seul réservoir permettant de calculer l'infiltration et le ruissellement dans chaque maille. Il permet la simulation à la fois le ruissellement de type hotonien que le ruissellement généré par l'affleurement de nappe. Le modèle de surface est contrôlé par trois types de paramètres : (i) des paramètres permettant de calculer l'infiltration en fonction de la profondeur de la nappe, (ii) des paramètres de stockage permettant de contrôler la genèse du ruissellement et (iii) des paramètres de routage. L'étude du fonctionnement hydrologique et hydraulique du drainage dans la station expérimentale de Souk Tlet du Gharb a été réalisée dans le but de valider le modèle et de déterminer ses paramètres. Le modèle couplé restitue, d'une manière satisfaisante, les tendances de l'évolution des débits de drainage souterrain et de surface ainsi que des hauteurs de nappe. Il a également permis d'expliquer les résultats expérimentaux caractérisés par une hétérogénéité de fonctionnement entre les différentes parcelles. Les connaissances acquises sur la station expérimentale ainsi que les résultats de la modélisation du drainage ont été capitalisés d'une part, pour développer une nouvelle méthode de conception permettant de raisonner conjointement le drainage de surface souterrain, et d'autre part, pour orienter la conception et le choix de la technique de drainage dans le périmètre irrigué du Gharb. Le modèle couplé s'est avéré un bon outil pour le choix du couple écartement - débit de projet à travers une étude statistique des débits de drainage, simulés sur une longue période. L'outil de simulation développé présente, cependant, un certain nombre de limitations liées (i) à la paramétrisation du ruissellement qui reste dépendante du site expérimental, (ii) au fait que la loi de prélèvement directe de la nappe par évapotranspiration n'a pas été validée et (iii) à une absence d'étude de sensibilité des paramètres. Le modèle serait, cependant, utile pour d'autres régions où le climat est caractérisé par des pluies intenses donnant lieu à d'importants écoulements de surface.