Estimation des paramètres hydrodynamiques des sols à partir d’une modélisation inverse de données d’infiltration et de résistivité électrique

Estimation of soil unsaturated hydraulic parameters from a joint inversion of infiltration data and electrical resistivity data

• Auteur / Autrice : Sébastien Schneider
• Direction : Yves Coquet, Marc Pessel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Infiltration

Zone d'aération

Humidité du sol

Résumé

Cette thèse consiste en l'établissement d'une méthode d'estimation des paramètres hydrodynamiques du sol par le biais d'une modélisation inverse d'une infiltration à disque pendant laquelle des mesures de résistivité électrique sont réalisées dans la zone du bulbe d'infiltration. Après avoir suggéré l'intérêt et les avantages d'une telle méthode, on a démontré, par le biais d'une étude numérique que la méthode peut conduire aux résultats escomptés. Pour cela des représentations de la fonction objective ont été proposées, et des scénarios d'inversion ont été testés. 3 paramètres hydrodynamiques et 2 paramètres pétrophysiques, qui assurent' via la relation de Rhoades et al. (1976) la correspondance entre la teneur en eau volumique du sol et sa résistivité électrique, ont été inversés. On a montré que la méthode est adaptée à la détermination des paramètres hydrodynamiques, mais pas à celle de paramètres pétrophysiques. Enfin, des expériences de terrain et des inversions numériques associées ont été réalisées. Pour les 3 sols de textures différentes testés, 4 scénarios d'inversion ont été proposés. Il a été observé, que dans le cas du sol limoneux la méthode conduit vers une estimation correcte des paramètres hydrodynamiques, que les paramètres de Rhoades ne peuvent être inversés qu'avec une incertitude très large, tout comme la dispersivité. Pour les sols sableux et argileux, les paramètres hydrodynamiques ont été optimisés avec des incertitudes plus importantes que dans le cas du sol limoneux. Pour le sol argileux, l'optimisation de la dispersivité s'est révélé impossible. A ce stade de développement, la méthode semble bien adaptée pour les sols de texture moyenne.

This thesis work aims to establish an inverse method for estimating soil hydraulic properties using infiltration data (during a disc infiltromètre experiment) and electrical resistivity data obtained in the wetting bulb zone. After introducing the method and suggesting it’s the relevance, we realized numeric study (synthetic data) for demonstrating the capability of the method to get a correct estimation of the hydraulic parameters (parameters of the Mualem-van Genuchten). Therefore maps of the objective function have been realized, and inversion scenarios have been tested. Three hydraulic parameters and two petrophysical parameters witch allow to convert by the Rhoades's law (1976) the soil electrical resistivity to the volumetric water content. The numerical study showed that the method is well suited for estimating the hydraulic parameters but not for the petrophysical parameters. The last chapter deals will real experiments and their associated numerical inversions. For the 3 soil textures tested, 4 inverse scenarios were realized. In comparison with other methods, we concluded, that, for the loamy soil case, the method has led to the correct estimations of the hydraulic parameters, but estimations on the Rhoades parameters is incorrect. The dispersivity is estimated with a large uncertainty. For the sandy soil estimations the hydraulic parameters and of the dispersivity are less accurate than for the loamy case. For the clay soil, hydraulic parameters are also estimated with a large uncertainty. The method, at this stage of development, seems to be more adapted for soils with medium texture.