Etude du transfert d’eau et de solutés dans un sol à nappe superficielle drainée artificiellement

par Thais Paris Anguela

Thèse de doctorat en Sciences de l'eau

Sous la direction de Daniel Zimmer.

Soutenue en 2004

à Paris, ENGREF .


  • Résumé

    La compréhension des mécanismes de transport de solutés dans un milieu poreux variablement saturé tel que les sols à nappe drainée par tuyaux enterrés, est essentielle afin de répondre aux interrogations concernant l’impact de ces systèmes sur la qualité des eaux de surface. L’approche choisie repose sur des expériences de traçage réalisées en régime permanent sur modèle physique de sol au laboratoire, permettant un contrôle des conditions initiales et aux limites. La première partie de la thèse est dédiée aux études monodimensionnelles, afin de caractériser la zone non saturée du sol. Nous avons utilisé une colonne de sol (1*0,15 m²) et un modèle physique de grande taille (1*2*0,5 m3), remplis tous deux d’un sol sablo-limoneux. Les traceurs utilisés sont le H218O et le Cl-. La deuxième partie du travail traite le cas des écoulements bidimensionnels, réalisées uniquement sur le modèle physique. Deux scénarios ont été choisis : un soluté apporté en surface et un soluté résidant dans le sol. Seul le Cl- a alors été utilisé comme traceur. Le transport de solutés a été étudié par un suivi in situ (sondes de conductivité électrique) ainsi qu’à l’exutoire du système. L’analyse des courbes d’élution obtenues pour les études monodimensionnelles a permis l’identification des mécanismes de transport et le calcul des paramètres de transport pertinents (par résolution inverse). Pour les expériences bidimensionnelles, il a été observé une hétérogénéité des champs de vitesses, avec une zone proche du drain où le lessivage est rapide et une zone proche de l’interdrain où le soluté progresse à faible vitesse. Dans le cas du soluté résidant dans le sol, les courbes d’élution (concentration et conductivité électrique) au drain montrent un palier stable puis une diminution de forme «exponentielle» jusqu’à atteindre les concentrations du niveau de base. La migration du soluté dans le cas d’un pulse apporté en surface du sol est singulier. La courbe d’élution en sortie du drain présente deux modes : (i) un premier mode sous forme d’un pic, (ii) et le deuxième sous forme d’un palier constant de concentration. Ces résultats expérimentaux ont été confrontés à la modélisation mécaniste (code HYDRUS-2D), utilisant les paramètres de transport obtenus dans les études monodimensionnelles. L’utilisation d’une deuxième méthode, le suivi de particules (approche lagrangienne), nous a permis d’obtenir le cheminement de l’eau et le temps de transfert des particules dans le sol

  • Titre traduit

    Experimental study of solute transport in an artificially drained shallow water-table


  • Résumé

    The comprehension of solute transport mechanisms in a shallow water table drained soil is essential in order to improve impacts of drained systems on the quality of surface water. Experiments have been carried out in steady state conditions on two physical models at the laboratory, allowing a control of the initial and boundary conditions. The first part of the thesis is dedicated to the one-dimensional studies, in order to characterize the unsaturated zone. A soil column (1*0,15 m²) and a soil tank (1*2*0,5 m3) have been used, both filled with a loamy-sand soil. The tracers used are the H218O and Cl-. The second part of this PhD studies two-dimensional flow in a drained soil. Experiments have only been realized in the soil tank. Two tracer applications have been selected: a pulse input applied at the soil surface and an uniformly distributed tracer in soil. Only Cl- has been then used as tracer. Tracer has been measured in soil by means of EC-probes (measurement of the electrical conductivity of water) and at the tank outlet (analysis of soil solution). The experimental results have been confronted with a numerical code (HYDRUS-2D) using the transport parameters obtained in the one-dimensional studies. A second method, particle tracking (Lagrangian approach), has been utilised to obtain the advance of water and the transfer time of the particles in the soil

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Informations

  • Détails : 1 vol. (210 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 130 réf.

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  • Bibliothèque : AgroParisTech Engref. Centre de documentation.
  • Disponible pour le PEB
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