Mod?lisation num?rique de l??rosion diffuse des sols : interaction gouttes-ruissellement

par Amina Nouhou Bako

Thèse de doctorat en Math?matiques appliqu?es

Sous la direction de Fran?ois James.

Le président du jury était St?phane Gerbi.

Le jury était composé de Fran?ois James, St?phane Gerbi, Victor Jetten, Jacques Sainte-Marie, Romain Abraham, Christophe Josserand, Fr?d?ric Darboux, Carine Lucas.

Les rapporteurs étaient Victor Jetten, Jacques Sainte-Marie.


  • Résumé

    L?objectif de cette th?se est de proposer un mod?le d??rosion diffuse qui int?gre les principaux processus de ce ph?nom?ne (d?tachement, transport, s?dimentation) et qui prend en compte l?interaction des gouttes de pluie avec ces processus. Dans un premier temps, nous avons ?tabli une loi de d?tachement par la pluie qui inclut l?effet des gouttes et celui de l??paisseur de la lame d?eau qui couvre la surface du sol. Pour obtenir cette loi, une ?tude num?rique avec le logiciel Gerris a permis de mod?liser les cisaillements cr??s par l?impact des gouttes sur des ?paisseurs de lame d?eau variables. Ces cisaillements estiment la quantit? de sol d?tach? par chaque goutte. Nous avons montr?, ? travers une ?tude probabiliste, que les gouttes sont quasiment ind?pendantes lors du d?tachement. Les d?tachements de l?ensemble des gouttes sont donc somm?s pour ?tablir la loi de d?tachement pour la pluie. Par ailleurs, l??tude probabiliste a montr? la possibilit? d?une forte interaction entre les gouttes de pluie et les particules en s?dimentation. Par cons?quent, pour le processus de transport-s?dimentation, nous avons privil?gi? une approche exp?rimentale. Cette ?tude a r?v?l? que l?effet des gouttes de pluie est d?augmenter la vitesse de s?dimentation des particules. Enfin, nous avons propos? un nouveau mod?le d??rosion qui g?n?ralise plusieurs mod?les d??rosion de la litt?rature et d?crit l??volution des concentrations en s?diments avec des effets lin?aires et non-lin?aires. Selon le choix des param?tres du mod?le, celui-ci peut repr?senter l??rosion diffuse et concentr?e ? l??chelle du bassin versant, le transport par charriage dans les rivi?res ou encore le transport chimique. L?int?gration du mod?le dans le logiciel de ruissellement FullSWOF est aussi r?alis?e.

  • Titre traduit

    Numerical modelling of interrill erosion : raindrops-overland flow interaction


  • Résumé

    The aim of this work is to formulate an interrill erosion model. This model should take into account the main erosion processes (detachment, transport and sedimentation) and the interaction of raindrops during these processes. First we develop a law for rainfall detachment that includes the effects of the raindrops and the water layer thickness at the soil surface. We use the Gerris software to simulate the shear stresses created by the impacts of raindrops at the soil surface. These shear stresses allow to evaluate the quantity of soil detached by each raindrop. We have shown with a probabilistic approach that raindrops are almost independent during soil detachment. Then by summing all the raindrops detachments we obtain the rainfall detachment law. Futhermore the probabilistic study has revealed the possibility of a strong interaction between raindrops and settling particles. So, we used specific laboratory experiments to investigate the particles transport and sedimentation processes. These experiments show that the effect of raindrops is to increase the particles settling velocity. Finally, we propose a new erosion model which encompasses previous literature erosion models and that can describe the behavior of sediments concentrations with linear and non-linear behaviors. The model is able to simulate interrill and rill erosions at the watershed scale, bedload transport in rivers and chemical transfer. The integration of the model in the FullSWOF runoff software is also carried out.


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