d km 5 REPUBLIQUE DU SENEGAL . ...
d
km
5
REPUBLIQUE DU SENEGAL
.
SECRETARIAT D'ETAT
PRIMATURE
A LA RECHERCHE SCIENTIFI4UE ET TECHNbJLJE
CARACTERIXATION HYDRODYNAMIQUE
D' UN SOL DE LA REGPBN DE BAMW
f. BARET et M. BEYE
Centre National de Recherches Agronomiques .,_
de BAMBEY
r; 1: PI L ii C 1 E FI E M T S
-------.-1-1--__-1--------
-, ,’
2/
1 NTROûUCT IClf'i
---~"------------"-,----
La connai:zsancc des caractéristiques hydrodynamiques
d'un sol permet de quantifier les transferts de l'eau : on peut
ainsi déterminer les termes du bilan hydrique in situ : évapo-
transpiration, extraction
racinairc, drainage, ruissellement,
Cette exp0rience s'inscrit dans le cadre d'un program-
me de caractérisation hydrodynamique des principaux types de sol
du SénGgal, en ccllaboration avec l'AIEA (Aganca Internationale
pour 1'Energie Atomi.qua) et l'Institut de r,?écaniquu de Grenoble.
La méthodologie utilis6o est maintenant bien ddfinie
(Vachaud et al, 1378) et plusieurs fois 6prouvée : (Vachaud et
al, 1778 ; Hamon, 1978 ; Imbernon, 1979).
1
- SITUATION, CHOIX IIE L 'r.~;:~t_I.!:i--Mr'I'~T
.œ"-"m-..--
---------------I,--,~a"
Page
1.1 Situation ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?
??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ?
?
1.2 iliskribution :;pûtiale d e l a f r a c t i o n A + L . . . . . . . . . . 0.
.***.**....*..*.*...............*.*.
2
2.1 Principe
2.2 D i s p o s i t i f cxPcrinenta1
2.2.1 Lo monolithe
2.2.2 Mesuîo de l'humidit& . . . ..*...*e....*..H**.....
3
2.2.3 Mesure de la charge hydraulique tota:Lc .**..***.
2.2.4 Disposit;if .-l'appo_rt
d'eau .**..."....n*.Y,..*...
4
3.1 I n f i l t r a t i o n
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
5
3.2 Redistribution interne . ..*..*.*......**.*.l..**......
6
3.2.1 Introduc:tion
3,2,2 Osmarche
3.2.2.1 Evolution do l'hunidit6
3.2.2.2 Evolution de la charge
3.2.2 .3 Evolution des stocks hydriqucs . . . . . . . . .
7
3.3 Evaporation nattircllo
IV - LES CARACTERISTIQUES i-IYDRODYi\\rAMIQUES
--"_---~--~-~-I~~---__11_____3__1___
..*...*..***.**....*.
8
k.'l Relation - tension - ilum.i.ditz
(1.2 Relation permGabilité -. humiditb
v - CONCLUSION
-m------m-
..*.........*.........*.........**...*........
9
BIBLIOGHAPHIE
---II--------
1
5/
iI 1 . STUATIUN, CHDIX DE. L'EMPLACEMENT
1.1 - Situation :
L'essai se trouve Cl7 sole II r\\lord (ferme irriguÉje) du CNRR de
: .pmbey, sur un 501 de d&nomination vernaculaire dior-dcck,
classé dans les sols ferrugineux tropicaux non lessives,
(Bonfilfs
ct Faure)
Ce site a Oté ch0 isi car on avait besoin de la relation humi-
dité-charge hydraulique pour deduire de mesures tcnsionitri-
CjUSS
faites sur i;
II .3u1, bLSia d'irrigûtion localiseo, les humidi-
tes correspondantes (cf figure 1.1)
11 fzllà.it
d ont se placer en un endroit pnssedant une texture
et structure aussi proches que possible
de colles des 4 points
envisages
précddemment.
1.2, - kistribution spatiale de la fraction A t L
-..
La structure Qtant
supposée semblable en chaque point 3'6tudo
(neme type do sol, memes techniques culturalua), ou s'intéresse-
ri7 a la fraction A + L, cûracturistiquti tcxturale EApliquant lc
mieux les propri2tes physiques dos sols sableux du Sénegal,
La figure 1.2 reilroduit les profils R + L des 4 points de mesu-
re tcnsiometriquc
et des 5 autres points envisagl55,
C'est le point b que nous choisirons comme site de l'essai,
II
iI 2: MATERIEL ET METHODCS
2.1 - Principe : La methodc utilisee est principalement celle dite
du drainage interne, ciecrite par Wachaucl et a1 (1978). Cette
methode :>ermet do déterminer les relations h(ti) et X(Q) :
L'équation géndrcilo dos transferts
(l(-,:L d.2 Darcy génCralisée)
e s t :
cl = flux (ou rj6bi.L surfaciquo)
q = -KiEd$
K = conductivité
E) - humidité volumiquc
Ii = charge hydraulique totala
z - profondeur.
Ccttc relation n'est valable que pour un ecoulement unidimen-
siorinel, Il
_,
s’aait donc do mesurer simultanément et B chayuc.cct-:
. . /
. .
* 8 : h u m i d i t é v o l u m i q u e
++ H : charge h y d r a u l i q u e t o t a l e
o n p e u t ainsi o b t e n i r le g r a d i e n t d e c h a r g e 2
“q: d é b i t surfacique. P o u r m e s u r e r q9 o n s e p l a c e e n
c o n d i t i o n d e drainago u n i q u e m e n t ( s u r f a c e d u s o l
r e c o u v e r t e , r e n d a n t l’évaporütion p r a t i q u e m e n t
n u l l e ) . D a n s c 13 s CO n d :i. t i 0 n s , l a v a r i a t i o n d e s t o c k
d ’ e a u 5, d e la s u r f a c e à u n n i v o a u z, d o n n e l e debit
d e d r a i n a g e à t r a v e r s z :
dSz (equation d e c o n s e r v a t i o n d e n a s s e )
qz = r
il s ’ a g i t d o n c :
. d ’ i s o l e r u n m o n o l i t h e d e s o l d e manikrc à l i m i t e r l e s
pcrtcs laterales (hypothese d ‘un écoulement unidimen-
sionnel v e r t i c a l >;
. d e f a i r e i n f i l t r e r u n e ccrt.aino quantit6 d’eau d e m a n i è r e
a Qtre p r o c h e d e l a saturaf;ion
.
d e r e c o u v r i r onsuite l a surfacc d u s o l p o u r annuler
l e t e r m e éva,poratif.
U n s u i t :i c h a q u e p r o f o n d e u r l’evolution d o l’humidite
ot d o la cha.rge hydraulique t o t a l e p o u r e n d é d u i r e :
. L e yradiant d o c h a r g e dH/dz
. LOS v a r i a t i o n s d e s s t o c k s h y d r i q u e s dS/dt
. L a c o n d u c t i v i t é h y d r a u l i q u e
K (8) = - g,/dH/dz
2.2 - D i s p o s i t i f experimental :
2 . 2 .l. La rnonoI.ithe : Lc m o n o l i t h e d e s o l e s t d e f o r m e c y l i n -
d r i q u e ( f i g n D 221) de 1,s m do p r o f o n d e u r e t 1,25 m
de rayon, representant uni! surface d ’ e n v i r o n 5 m2. L a
forma c y l i n d r i q u e d u m o n o l i t h c , a 3tQ c h o i s i e p o u r
2 r a i s o n s :
.
r a p p o r t périmàtre - s u r f a c e l e p l u s faible, roduisant a u
m a x i m u m l a m a i n d ‘oeuvre i;i; le tcrnps nécessaire 0 1 ‘jso-
lument d u m o n o l i t h o ( s i t r a n c h e s
d e il, 5 m do largeur
et 1,5 m d
e
profondeur: L a formrs c i r c u l a i r e Bc0nomisO
1 p 3 m3 de creusement sur la formi, carree),
/
. . . .
. beaucoup moins de problèmes de "tenue" que pour la
forme carrés, dont les angles avaient tendance à se
casser.
On appliqua un film plastioue contre les parois du monolithe
afin de l’isoler totalement du sol environnant, puis rebouchames
la tranchée peripheriouc. En surface et sur le périmetre du monoli-
the, on fit un bourrelet de sable do 'TO cm de hauteur, destiné à
retenir le film plastioue depassant, permettant ainsi de maintenir
une lame d'eau au dessus du monolithe. La surface 16gèrsment incli-
née a et6 rendue horizontale grace h un leger ratissage. La struc-
ture de surface n'en a été que peu affectée, car elle était prati-
quement inexistante.
2.2.2. Mesure de l*humidité : Les mesures d'humiditQ se font (en
profondeur) avec un humidimètre à neutrons TRCIXLER,, possédant
une source Am-Be de 100 mcu,
Le coefficient de variation a ete mesure dans lreau (Imbernon,
1978) et est de 0,4 $. En fait il varie avec l!humi.dite, et
nous avons fixé le temps de comptage à 15 s de telle manière
que l'on ait une erreur nettement inférieure à 5 $, m@me à
très faible humidité,
Le tube d'acc6.s de sonde “en durai” permettant de faire des
mesures jusqu’à 3,65 m de profondeur, coïncide avec, l’axe
vertical du monolithe (voir fig. 2.2.l.).
L'étalonnage a Qté fait in situ par gravimétrie (voir
fig. 2.2.2.). La densité apparente a éte mesurée : de 1 ,50
en surface, elle passe à 1,55 à 30 cm de profondeur.
La mesure d'humidité de surface jusqu'à 20 cm se fait par
la méthode gravimétrique.
Nous nous sommes fixés un pas de mesure de 10 cm : ?O-20030...
2.2.3. Mesur@ de la charqe hydraulique totale :
Nous avons utilise les tensiomktres "Soi1 Moisturo” multi-
ples implantes à 10-20-30-40-50-40-80-100-120-150 cm. Ils
sont disposés (fig 221) selon un cercle do 0,45 cm de rayon,
centré sur le tube d'accès de la sonde. La pression est
donnée en mb (cm d'eau). Nous avons pria comme niveau de
référence, le niveau du sal.
2.2.4.
Dispositif d’apport d'eau : 4 fûts do 200 1, face superieure
ouverte, et communiquant A leur base &
un tuyau d'arrosage,
permettaient d'apporter l'eau d’infiltration, 11s Qtaient
places à environ 50 cm de hauteur, On p0uvai.t mesurer le débit
de fuite en suivant c! intervalles de temps réguliers les
variations du niveau d'eau interieur, gr&e à uns regletto
gradueo, On pouvait rdgler lc debit en faisant participer
un plus ou moins grand nombre de fQts, ou en pinçarIt plus
ou moins le tuyau plastiquo d'amenée, afin de maintenir une
lame d’eau de hauteur à peu près constante (4 cm) au dessus
du monolithe.
3. L'E S 5 A 1 I
L3.1 Infiltratinj
Premier temps de la manipulation, consiste donc à apporter
une certaine quantitQ d’eau de manière à se rapprocher du point de
saturation sur une profondeur suffisante.
La lame d'eau de 4 cm fut rapidement formée; elle fut mainto-
nue pendant 147 minutes. La lame d'eau disparut 11; minutes apres
l’arr@t des apports d'eau.
Le front d’humidité attoignait alors
1,5 m de profondeur (cf fig 312). Le volume infiltré est de ‘l,92 rn3
soit une lame d'eau de 388 mm,
* La fig 7-I S;? montro lo cinbtiouo d’infiitration :: Au bout
de 70 minutas, la vitosso d'infiltration devient constante, st on
l’assimilara à la conductivité hydraulique h saturation :
KS = 2,c3 mm/mn = 12 cm/h = 288 cm/j,
Les 1Ggères ondulations obsor-
vécs autour de la droito correspondant au KS, sont duos à des va-
riatiuns de la hau%;!ur de la lame autour do sa V:S.~E!LJI’ moy::nns fixée
à 4 cm. Nous n ‘avons pas remarque do rornontGe do buflos d’air ni
d'écoulement préfont’iel (trous dd rongeurs,, , . ) depuis la surface,
.
La fig 3-1.2 montre 1'6volution dos profils d’humidité
durant 1 ‘infiltration, Les 20 prcmizrs contimetrcs ne figurent pas
du fait de l’impossibilité dB fairE des pr~l&vemer,ts & la fX,.:J~.:jI’C
dans du sable sature : il n'est donc pas possible do
relier les
variations do stock hydriquc, au debit do fuito dos fûts.
. ./ . .
.
La fi.9 3-1.3 rcpr6scnte l'évolution de la charqo hydrau-
liquo.
totale on fonction du temps : jllste avant -‘%.’ ~~~,“~~~?~l-lSE.I”
des tcnsiom&trtis,
cozruspondant au passage du front d'humidité, on
onruqistru uno lUg$ro romont&c: dc marcur,.? dans Ies capillaires :
11
licmblc qu'il cxistz un coussin d’air cmprisunilc ::~JUS ,Tl.m.l:~~~
d'eau dcscondante ; cet air chasserait transitoiïcment l'eau ret<-
nue aux abords dos tenslométrcs,co
qui causnrait un appel de l'eau
das bouqios des tvnsiom3tros ut donc IJ~L rL;montBe 18q&ra du mzrcurû
du capillairu, Cc: phénom&no est difficilti B mottri? cn Bvidt;nco avec
la sonde à ncutron,c;uL c uno sphCrr> SiinfluEnce beaucoup trop
importantu,
. La fig. 3-1.4, nontro la proqrcssion verticale dC:s diffé-
rents fronts :
9 un prcmicr *Front dit d'humoctation., mais corraspondant en
f a i t à une différoncz d[> 1000 coups avec la masure initialu (t = CI),
apparait;il t3st suivi d’un front dit cil: vaturêtion (TO cm ou 35 mm
-Lc
dc: décalayu) correspondant, lui, ?A u n comptsgo sup6ticur à 10û00
coups
Cos s e u i l s de 1000 et 1 0 0 0 0 c o u p s o n 15 9 on,t 6té c h o i s i s
arbitrairomcnt.
* Ensuite, ~VI!C u n ddcalaqc du 5 2 15 m i n u t e s sur ci! dernier
front, (, '1 *.
,':
fi à 10 sm) il. y a r6activn d e s tonsiom&tros,
Ce dernier dkcalagc s'explique D
- d ‘UiiV part du fait que la mi?suro ci2
clhargo hydr3uijTque s s t
qua s j, ;,1 J (-; $
ponctuclln, i2ontrairomunt
û colle d:humidité faj.te avec
l a sondo : quand il cxisto un front raide d'humid.it6 comme dans
notrf2
essai , l'humidi.té c?st sous ostirnrk irm:~rSdi~t~rn~nt au dessus du
front, ct sur-cstirnéL( immédiatcmsnt en ljcssous (*I[l B 20 cm) : la
r6action dz l a sondti 21. l ’ a r r i v é e d u f r o n t , l e pr6c6dzra d o n c .
- d’autre part,, les tensi,omGtros nc> réagissent qulavcc un
certain temps de latcncc,
a dos variation; dc; succion du sol : ils
doivent se mattro en é q u i l i b r e avec 1;cau d u s o l .
p;iç
9
part les dbçalages obscrv6:; ci dessus, 1.~2~ vittissEs
sont du m&mo ordre dc grandeur,
3.2. Redistribution interne
3.2 .l. I ntroduc tion
A l a f i n de l’infiltration, la lame d'eau vorsee commcnco
à se redistribuer dans lo profil du sol. L’evapora%ion d u
sol nu 6tant ompt!!chee par un mulch rocouvrant le monolitho
le processus do
redistribution se caracterise cssonticlle-
ment par un drainage de l’eau vers les horizons de profon-
deur. Lzs h o r i z o n s suparficicls amenés a saturakion au cours
de L'infiLtration voient leur humidit6 diminuer progrcssi-
vemcnt au profit dos horizons plus profonds.
Cctto redistribution do l’eau après infiltration est d'une
très grande importance
pour l'alimantation hydriquo do la
planto puisqu'elle dGi;ermine, à tout momcnt, la quantité
d ’ e a u offect:iLvcmcnt rctcnua d a n s l e p r o f i l . Elle e s t influenh
CQ3 p a r plusieurs f a c t e u r s d o n t l a texture du sol, sa teneur
en matihre organique, 10 t y p e d ’ a r g i l e e n pr6scnce d a n s lc
profil, l a p r o f o n d e u r d’humcctation, l ’ h u m i d i t é precxistantc
et le phénomi;nc d’hystbrr&~;,. ’ (c? L’achaud. .ot Thony ‘~c371).
3.2.2.
Démarche
3.2
1, Evolutions de l'humidité
? ? ? ?
Comme le montre lo fig. 3.2.1. l a v i t e s s e d e r e d i s t r i b u t i o n
diminue progr L
passivement et tend vers une valeur nulle,
qu'ells n’atteindra (si jamais cotte valeur est atteinte)
qu'au bout d'une longue periodc. La fig. 3.2.3.ropreser\\te
1CS profil!;
cio r e d i s t r i b u t i o n , On constate qu'ou bcut de
10 j o u r s ûprts l ’ i n f i l t r a t i o n , la redistribution interne se
fait avec une extr&mc lenteur, les profils hydriques des
10~2 e t 730 jciurs s e superposant pratiquement,,
3.2.2 .2. Evolution de la charqo (fig. 3.2.2.)
Romarquons quo :
(1) o dH,'dz = 0 ù z = 0 (flux nul on surface suite au mulch)
(2) : dH,'dz 2, 0 pour z ::>Cl c e q u i t r a d u i t u n e d i r e c t i o n d e
transfcrk de ‘l’eau du haut vers les couches
profondos.
(3) : dH/dz # 1 l a gradient d e c h a r g e n’est p a s t o u t à f a i t
unitairt.: au dessous do 50 cm do profonde’ur :
L a m é t h o d e d e c a r a c t é r i s a t i o n lbgbrc, bas6c
sur cztte hypothese n’aurait donc pas Qte
valable dans c e c a s (t-lamon, 1980).
/
. . .*
#
f
l
ap H
I
f
B
-----Y. -_^---
3 . 2 . 2 . 3 . E v o l u t i o n s d e s s t o c k s S(t) - (fis. 3.2.4.:)
L o s s t o c k s h y d r i q u e s o n t et6 6values p a r integration e n
e s c a l i e r d o s c o u r b e s e(Z)
-jx 100
st g-ZeeL: = i-7.5 Qls f 4J2s -t . . . . . ..ezwl
-t 0 . 5 6, 1
.
-.
L e s U n i t é s s o n t : S t cn m m e t g e n n o m b r e adimcntionnel,
z en mm
Pour choque profondeur, comprise entre '113 et 15U cm, divarses
valeurs dc! St ont étH calculées, La figuri- 3.2.4. rcpresentc
lss evolutionsi S(t,z), S i , à u n e cota 2, la v a r i a t i o n d u
s t o c k h y d r i q u e e s t d”
s p e n d a n t u n intervalle d e t e m p s d t ,
l e f l u x q u i a t r a v e r s e l e p l a n d e l a c o t e z e s t , cn v a l e u r
a b s o l u e , q = E
d t
L e f l u x q , p o u r u n e cote d o n n é e , é l e v é a u debut do l a r e d i s -
t r i b u t i o n , ldimin*uz et tend assymptotiqucmont vers une valeur
nulle.
I l f a u t r e m a r q u e r q u ’ i l e x i s t e u n e diff0ranco entre 10
volume infilltré mesure réellement et J.J stock d'eau calcule
e n f i n d ’ i n f i l t r a t i o n ( c f f i g . 3.2.2) , S’agit-il
d’un
é c o u l e m e n t pr<férentiel n o n détectd p a r l a sondc n i l e s ten-
siométrcs
p e u t &za l e l o n g d u t u b e d’accàs d e s o n d e ~
’ :ia cwktiur
d u monolitho, 1~: l o n g d u f i l m p l a s t i q u e ?
3.3, E v a p o r a t i o n naturelle
Nous avons s u i v i l’ovolution d o l’humidite e t d o l a tansion
d u r a n t l e s 80 j o u r s aores “dBcouverture”du m o n o l i t h e .
O n p a r t d’un s t o c k s u r l e le m è t r e d e j,iOrnrn a u m o m e n t d e l a
“découwerture~’ pour attcindre rdspoctivemant A;; mm et 53 mm
a u b o u t d o 20 c i ; 80 j o u r s . E n 1 m o i s ct s u r Iv p r e m i e r metre
15 mm SC sont évaporés et 2’: mm ont pcrcolb.
L’evagoration e t ; l a porcolation s o n t s u r t o u t intenses j u s t o
aprtis l a découvcrtwe.
L a p r o f o n d e u r d u p l a n d e f l u x n u l e s t d i f f i c i l e à fixer ~XX--
temcnt j u s q u e vers 1 m o i s : Il e x i s t e , p o n d a n t le p r e m i e r
mois, une zi3no
$.‘et!>ndant do 25 à 4 5 c m d e p r o f o n d e u r , o ù l e
f l u x n e t o s t negligeablo ( t r è s faible g r a d i c n t de charga),
c o t t e z o n e c o r r e s p o n d & u n h o r i z o n p l u s argilsux, o ù 1’eau
est rotenue d'unIa manibro plus forte,
20
4 . LES CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES :
-LII"--~""I"I"I-"-LI--~"-""-"-"~"-"-
l/ UV Rcïstion h (8)
La figure 4.1 flou s montre cette relation.
La p&cision de la mesure de l'humidite Jbduite l-ie la
mesure de la tcnsion (un des objectifs de l'~:xp:~ri.ence) dopendra
donc :
, ds la te,xture du sol : plus le sol sera argileux, plus
les variations de h fonction ds 0 seront progressives,
0t i~C?ill@lJrE? sera la precision,
de la valeur de la tension à laquelle on est : relati-
?
vonsnt précise pour des tensions soperieures à 75 mb,
entre 40 et 75 mb, elle sera trbs a16atoira.
D'autre Pa:rt, l'application de ces resultats à un sol
voisin, ayant une te>:turc
similaire reste d6licatc : on observe des
variations assez importantes entre la relation h (8) d'horizons
ayant une texture ($ ?i + L) similaire, C'est ainsi outaux cc-jtes
30 cm et 00 cm, le toux A + L vaut respectivement 8.3 $ et a.6 $ ;
paur h = 50 mb on a respectivement 22.7 $ et 14.7 ;5 d@humilité
volumiclue, soiL une erreur relative d'environ 40 ;;.
21 ” Relation K m
-
-
Chaque horiZon suit grossieremcnt une mBmc loi semi loga-
rithmioua (fig. 4.2) : c;'dc/uation : lg K = Q,li? 8 V - 3,:io (1) avec
r
z !&y:
à 8 = 27 $ d'humidit6, proche de la "saturation", La perméabilit6
est ds ltordrG de 1130 mm/h, Or le KS dhduit de la cinetigun d'infil-
tration est nettemont inférieur, de l'ordre de 120 mm,/h, Cette dif-
ference semble slexplioucr en invoquant l'existancc dtun horizon
"limitant" ayant un KS propre faible. CE serait le cas de l'horizon
30 cm, le plus argileux et le plus compact.
La relation K(8) peut se mettre aussi sous la forme :
(2) K = KW NB. La ragression de 1.9 K fonction de 13 8
0 0
Ko
ET
montre que B = 7,213 (lg k = 7,28 lg & + 0,40) (3)
L'eouation (3) confrontec à l'equation theorioue montre que le Ko
,-..=&l rt,l6 f.5n,,r.c:.-.-
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CO réa1 = 120mm Ih
A
BO = 2 7 %
K* K o +)P
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-
-
9= ?,28
cl
a
+
4 0,85
0
Ko cokuri z ?iUlmm/
m
A
-.-a..-..---
--.I.__
L..
---v ---.. -_-..._.
Y
A
I__ ---__.<--
“.
+
.--- --
-..-...<.X_.,_
_
i-
--a---
w
8
‘s
-.-.-...---...--_.--- --_-
A
La comparaisson de la zelatinn K(8) krouv6e avec ceZt.1~~ des
caracterisations nrscr5dentos (/-(amon, 1978 ; IMELKidON9 1373) montre
que les sites les plus proches d'un ,point d(2 vue textural sont ?es
sitEs étudiés par Iriborncn en 1379 : monolithes 15 et 31.
Les caractGrist.iques hydrodynamiques de ces 3 sites sont ~&SU-
mues dans le tableau Ci-dessof;s.
! *-'-I
!
i
!
!
!------r-----------1!-^--,------F---!-------~-------
--m.---w
.--m.-M-”
I Monolithe 31
! -------1
i
6 >; !
20~1
;
25 :G
1-------~---‘-““-‘-~-----,--~-------~------,-
6
,5
079
i
11~96
F
.
. . . ..m-““-mm
! Ferme Irriguée
,7,6 ;d
1
12D
,
27 )i
7,2i;
-A.-----
La permeabilite du site étudié est nettement inférieure h
celle des 2 autres site: (K 111 $ et K 20 7;). Ce fait est confirm& par
la permdabilitG Nuntz (l(, dcduit de la cint?tique d'infiltration)
qui représente saulement 60 à 7!J $ de celle des 2 autres sites. Le
r ô l e d e l a macroporositk, v a r i a b l e suivant l'État hydrique est-il un
c'lbment d'explication ? ; les s i t e s 15 e t 31 dlB$ cn PFfet lSt;g effac-
tllE?s
sur un sol initialemont très sec (prGc3dent cylt!-!ral : jach&re
d’horbcs) alcrs que notre site Ctoi.5 beaucoup plus humida. (prócédcnt
cultural : arachide de bouchi: irriguée) Y mais cela influe'ait-il sur
la permeabilitg mesur6e apr2s la phase d:infiltratFon ?
L ’ I n s t i t u t dz Nécanique de Grenoble essaye actue11urnent d’$la-
b o r e r u n e r e l a t i o n e n t r e 1~: t a u x d ’ a r g i l e e t l i m o n , e t la r e l a t i o n
K (8) mise sans forme de 1't;q:iation (2)
Les premiers résultats montrent (Wauclin, 1990) l'existence
d'une correlation li,Téairf> entre 1~s. taux d'argile et linon et le K,
ct le 9 d e l a relatj.l,~n ( 2 ) a;-,pliquGo CI différents sites, L(2 I(O c o r -
respondant à notre &tude s ‘Ucarto l&garcment de la droite @e 6 mm/h)
p a r c o n t r e l e 60 s’a,juutc b i e n ti la corrGlation Cit&e.
++ ( coefficient de la re.tation 2)
11
I
ÇQNGQJSION f
2 4./
De cotte étude, o n p e u t t i r e r y u e l q u o s c o n c l u s i o n s p r a t i q u e s :
- L e s v a l e u r s d e l a capacite do retention 3. d i v e r s e s p r o f o n -
deurs intéressant las c a l c u l s d’irrigation do cultures marafchéres
sont resumees p a r lo t a b l e a u c i - d e s s o u s :
La capacité d.2 retention a rZt6 definie arbitrairemont comme étant
le stock d’eau res.iduel apres 2 o u 3 j o u r s d e r a s s u y a g o :
!
i
I
!
z
;CR 2 jours
I 82 j o u r s
!
1
.
, CR Jjours ;
!
.
e 3jours !
l
1
mm
(1”1-1---“,“-- I “U 2 ‘..UUU~ 1 --~œœ--~--œ* i ~~.D.“I~-œ.w-œ i. “.....-1--..““1~ I
!
!
343
!
12,o !
!
12>,3
!
!
530
!
67
!
f13,4
!
62
!
” 1233 !
!
!
156
!
13,3 1
102.
!
;z,fJ
!
!
100
!
7 23
!
73,o *
126
!
i2,6
f
!
!
!
!
l
.’
Ces valeurs d’humidité 5 l a capacitd do rétention correspondent biun
& un sol intermediaire e n t r e l e t y p e D i o r e t l e type Dock ;
f3CR D i o r
6CR Sole II Nord
BCR D o c k
10 g
13 5’6
75 g
- L ’ e m p l o i d e l a r e l a t i o n K(g) rusto assez delicat
pour la
detormination du drainage par la mgthoda des flux (application de la
loi de Darcy) dans un bilan hydrique
: on supposant que l*erreur
a b s o l u e f a i t e s u r l a m e s u r e d e l’humidite soit de D,OI cm3,/cm3 (1 /rs
d'humidita), elle i n d u i t u n e erreur r e l a t i v e s u r l a perméaoilité
d’environ
70%. E n iastimant d ’ a u t r e p a r t l ’ e r r e u r relativu s u r l e
gradient do charge à 25 7; on obtiont unc erreur relative sur la d5-
tcrmination du flux de drainage de
lOCI$(voir a n n e x e 1). C e t t e m6-
t h o d o s ’ a v è r e d o n c tr&s impreciso ; A cette imprécision, s'ajoute
la lourdeur de la caractdrisation hydrodynamique tellc qu’ollc a
éte f a i t e , et sa represontativitd spatialo sans doute insuffisante
(Imbcrnon, 1379 >. Des recherches sont en cours qui permettront do
dbduire d ’ u n p e t i t n o m b r e d o parametros (essai Muntz, t e x t u r e , .,.)
les caractoristiqucs hydrodynamiques, et de multiplier les points
de mesure da manière à apprGhendcr la variabilité spatiale de ces
caract6ristiqucs. Quciqu'il en soit, mieux vaudra utiliser la méthode
du b i l a n (Vachaud et al, 7 9 7 8 ) c h a q u e f o i s q u e ce sera possible,
if ci ble:; hur.;i j;.it;t5 n CT1 I~?JCJ~IJÏIC~O~~~?J) POL!~ mieux apprecior 10 drainage
sans une certaine cote.
25/
B I B L I O G R A P H I E
f~~xPCfP~Pccxxaxxxxaxaaa~....-
1955,BONFILS, FAURE : Etude comparative des sols du C.N.R.A. de
Bambcy.
A n nalo s du CRA de Bambey Bull na 15 195.5
1978, HAMDN : Caractérisation hydrodynamique in situ de 2 sols
de culture de la rogion Centra Nord du S6n6yal.
C.N.R.A. BAMBEY - I!:RA
1980, HAMON : Mise en oeuvre et critique de mothodes do caractd-
risation hydrodynamique de la zone non saturée du sol ;
application aux sols de culture du SQn69al. Thèse de doc-
tour-ingénieur Institu"L National Polytechnique de Grenoble
3979, IMBERNON : Cynamique de l'eau et variabilit6 spatial2 du sol
C.N.R.A. BAMBEY - I.S.R.A.
1971, VACHAUD, THOrd! : HysLcros1.s during infiltration and redis-
tribution in a soi1 colu1,1:1 at diffcront initial water
contents Water Rcsourccs Rasoarch,
1978, VACHAUD, DANCETTE, SONKO, THOklY : MGthode de caractsrisation
hydrodynamique in situ d'un sol non saturé, Application ii
deux types de sols du sGnt5gal en vuo de la détarmination
des termos d'u bilan hydriquo.
Annale agronomiques vol 29 (7) p i-36.
1963, CHARREAU C, Dynamique de l'eau dans deux sols du Sénégal
Agro, Trop. 19 (71)
1970, DANCETTE C,
Détermination au champde la capacité da rétention
apr8s irrigation, dans un sol sableux du SBn6gal -
IntCret agronomique dc cette mesure ot application 3. une cul-
ture d'arachide. Agro. Trop. 25 (3)
1930, VAUCLIN : Rapport de Miosicn effectué du 8 Juin au 22 Juin 198s
au CNRA de Bambey.
CALCUL D'ERREUR SUR LE DEBIT DE DRAINAGE PAR LA METHODE DES FLUX
--cI----lll------"--~--"-------------------"---""-~-"--"--"----.--"-
- erreur absolue sur e : 1 $ d'humidité (cf Hamon, 1980)
- erreur sur la conductivité K(B)
Loi K(8) 2 ~OC, K=. a6 + b
avec 6 en $
a = G,“3
b z -394
a@+b
K = 10
' i( z-10 B+b
a (e i- :'A 5 ) + b
6..
t 10
__-,n ’ tt)K = -1 + lua- e z-1 + :Ouf+ -1 * q,7 Id, ",,7
,t'.:
_ K,
..' 70 7: .
/K -
- erreur sur le gradient de chargo
r'; H/A *
r(~ i,;H =
fi(/iH) '2 mb
-1
10 mb
~ (,13z) o,5 cm i pour des valours moyennes ut' p;z = 10 cm
"
donc
donc b
km
5
REPUBLIQUE DU SENEGAL
.
SECRETARIAT D'ETAT
PRIMATURE
A LA RECHERCHE SCIENTIFI4UE ET TECHNbJLJE
CARACTERIXATION HYDRODYNAMIQUE
D' UN SOL DE LA REGPBN DE BAMW
f. BARET et M. BEYE
Centre National de Recherches Agronomiques .,_
de BAMBEY
r; 1: PI L ii C 1 E FI E M T S
-------.-1-1--__-1--------
-, ,’
2/
1 NTROûUCT IClf'i
---~"------------"-,----
La connai:zsancc des caractéristiques hydrodynamiques
d'un sol permet de quantifier les transferts de l'eau : on peut
ainsi déterminer les termes du bilan hydrique in situ : évapo-
transpiration, extraction
racinairc, drainage, ruissellement,
Cette exp0rience s'inscrit dans le cadre d'un program-
me de caractérisation hydrodynamique des principaux types de sol
du SénGgal, en ccllaboration avec l'AIEA (Aganca Internationale
pour 1'Energie Atomi.qua) et l'Institut de r,?écaniquu de Grenoble.
La méthodologie utilis6o est maintenant bien ddfinie
(Vachaud et al, 1378) et plusieurs fois 6prouvée : (Vachaud et
al, 1778 ; Hamon, 1978 ; Imbernon, 1979).
1
- SITUATION, CHOIX IIE L 'r.~;:~t_I.!:i--Mr'I'~T
.œ"-"m-..--
---------------I,--,~a"
Page
1.1 Situation ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?
??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ?
?
1.2 iliskribution :;pûtiale d e l a f r a c t i o n A + L . . . . . . . . . . 0.
.***.**....*..*.*...............*.*.
2
2.1 Principe
2.2 D i s p o s i t i f cxPcrinenta1
2.2.1 Lo monolithe
2.2.2 Mesuîo de l'humidit& . . . ..*...*e....*..H**.....
3
2.2.3 Mesure de la charge hydraulique tota:Lc .**..***.
2.2.4 Disposit;if .-l'appo_rt
d'eau .**..."....n*.Y,..*...
4
3.1 I n f i l t r a t i o n
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
5
3.2 Redistribution interne . ..*..*.*......**.*.l..**......
6
3.2.1 Introduc:tion
3,2,2 Osmarche
3.2.2.1 Evolution do l'hunidit6
3.2.2.2 Evolution de la charge
3.2.2 .3 Evolution des stocks hydriqucs . . . . . . . . .
7
3.3 Evaporation nattircllo
IV - LES CARACTERISTIQUES i-IYDRODYi\\rAMIQUES
--"_---~--~-~-I~~---__11_____3__1___
..*...*..***.**....*.
8
k.'l Relation - tension - ilum.i.ditz
(1.2 Relation permGabilité -. humiditb
v - CONCLUSION
-m------m-
..*.........*.........*.........**...*........
9
BIBLIOGHAPHIE
---II--------
1
5/
iI 1 . STUATIUN, CHDIX DE. L'EMPLACEMENT
1.1 - Situation :
L'essai se trouve Cl7 sole II r\\lord (ferme irriguÉje) du CNRR de
: .pmbey, sur un 501 de d&nomination vernaculaire dior-dcck,
classé dans les sols ferrugineux tropicaux non lessives,
(Bonfilfs
ct Faure)
Ce site a Oté ch0 isi car on avait besoin de la relation humi-
dité-charge hydraulique pour deduire de mesures tcnsionitri-
CjUSS
faites sur i;
II .3u1, bLSia d'irrigûtion localiseo, les humidi-
tes correspondantes (cf figure 1.1)
11 fzllà.it
d ont se placer en un endroit pnssedant une texture
et structure aussi proches que possible
de colles des 4 points
envisages
précddemment.
1.2, - kistribution spatiale de la fraction A t L
-..
La structure Qtant
supposée semblable en chaque point 3'6tudo
(neme type do sol, memes techniques culturalua), ou s'intéresse-
ri7 a la fraction A + L, cûracturistiquti tcxturale EApliquant lc
mieux les propri2tes physiques dos sols sableux du Sénegal,
La figure 1.2 reilroduit les profils R + L des 4 points de mesu-
re tcnsiometriquc
et des 5 autres points envisagl55,
C'est le point b que nous choisirons comme site de l'essai,
II
iI 2: MATERIEL ET METHODCS
2.1 - Principe : La methodc utilisee est principalement celle dite
du drainage interne, ciecrite par Wachaucl et a1 (1978). Cette
methode :>ermet do déterminer les relations h(ti) et X(Q) :
L'équation géndrcilo dos transferts
(l(-,:L d.2 Darcy génCralisée)
e s t :
cl = flux (ou rj6bi.L surfaciquo)
q = -KiEd$
K = conductivité
E) - humidité volumiquc
Ii = charge hydraulique totala
z - profondeur.
Ccttc relation n'est valable que pour un ecoulement unidimen-
siorinel, Il
_,
s’aait donc do mesurer simultanément et B chayuc.cct-:
. . /
. .
* 8 : h u m i d i t é v o l u m i q u e
++ H : charge h y d r a u l i q u e t o t a l e
o n p e u t ainsi o b t e n i r le g r a d i e n t d e c h a r g e 2
“q: d é b i t surfacique. P o u r m e s u r e r q9 o n s e p l a c e e n
c o n d i t i o n d e drainago u n i q u e m e n t ( s u r f a c e d u s o l
r e c o u v e r t e , r e n d a n t l’évaporütion p r a t i q u e m e n t
n u l l e ) . D a n s c 13 s CO n d :i. t i 0 n s , l a v a r i a t i o n d e s t o c k
d ’ e a u 5, d e la s u r f a c e à u n n i v o a u z, d o n n e l e debit
d e d r a i n a g e à t r a v e r s z :
dSz (equation d e c o n s e r v a t i o n d e n a s s e )
qz = r
il s ’ a g i t d o n c :
. d ’ i s o l e r u n m o n o l i t h e d e s o l d e manikrc à l i m i t e r l e s
pcrtcs laterales (hypothese d ‘un écoulement unidimen-
sionnel v e r t i c a l >;
. d e f a i r e i n f i l t r e r u n e ccrt.aino quantit6 d’eau d e m a n i è r e
a Qtre p r o c h e d e l a saturaf;ion
.
d e r e c o u v r i r onsuite l a surfacc d u s o l p o u r annuler
l e t e r m e éva,poratif.
U n s u i t :i c h a q u e p r o f o n d e u r l’evolution d o l’humidite
ot d o la cha.rge hydraulique t o t a l e p o u r e n d é d u i r e :
. L e yradiant d o c h a r g e dH/dz
. LOS v a r i a t i o n s d e s s t o c k s h y d r i q u e s dS/dt
. L a c o n d u c t i v i t é h y d r a u l i q u e
K (8) = - g,/dH/dz
2.2 - D i s p o s i t i f experimental :
2 . 2 .l. La rnonoI.ithe : Lc m o n o l i t h e d e s o l e s t d e f o r m e c y l i n -
d r i q u e ( f i g n D 221) de 1,s m do p r o f o n d e u r e t 1,25 m
de rayon, representant uni! surface d ’ e n v i r o n 5 m2. L a
forma c y l i n d r i q u e d u m o n o l i t h c , a 3tQ c h o i s i e p o u r
2 r a i s o n s :
.
r a p p o r t périmàtre - s u r f a c e l e p l u s faible, roduisant a u
m a x i m u m l a m a i n d ‘oeuvre i;i; le tcrnps nécessaire 0 1 ‘jso-
lument d u m o n o l i t h o ( s i t r a n c h e s
d e il, 5 m do largeur
et 1,5 m d
e
profondeur: L a formrs c i r c u l a i r e Bc0nomisO
1 p 3 m3 de creusement sur la formi, carree),
/
. . . .
. beaucoup moins de problèmes de "tenue" que pour la
forme carrés, dont les angles avaient tendance à se
casser.
On appliqua un film plastioue contre les parois du monolithe
afin de l’isoler totalement du sol environnant, puis rebouchames
la tranchée peripheriouc. En surface et sur le périmetre du monoli-
the, on fit un bourrelet de sable do 'TO cm de hauteur, destiné à
retenir le film plastioue depassant, permettant ainsi de maintenir
une lame d'eau au dessus du monolithe. La surface 16gèrsment incli-
née a et6 rendue horizontale grace h un leger ratissage. La struc-
ture de surface n'en a été que peu affectée, car elle était prati-
quement inexistante.
2.2.2. Mesure de l*humidité : Les mesures d'humiditQ se font (en
profondeur) avec un humidimètre à neutrons TRCIXLER,, possédant
une source Am-Be de 100 mcu,
Le coefficient de variation a ete mesure dans lreau (Imbernon,
1978) et est de 0,4 $. En fait il varie avec l!humi.dite, et
nous avons fixé le temps de comptage à 15 s de telle manière
que l'on ait une erreur nettement inférieure à 5 $, m@me à
très faible humidité,
Le tube d'acc6.s de sonde “en durai” permettant de faire des
mesures jusqu’à 3,65 m de profondeur, coïncide avec, l’axe
vertical du monolithe (voir fig. 2.2.l.).
L'étalonnage a Qté fait in situ par gravimétrie (voir
fig. 2.2.2.). La densité apparente a éte mesurée : de 1 ,50
en surface, elle passe à 1,55 à 30 cm de profondeur.
La mesure d'humidité de surface jusqu'à 20 cm se fait par
la méthode gravimétrique.
Nous nous sommes fixés un pas de mesure de 10 cm : ?O-20030...
2.2.3. Mesur@ de la charqe hydraulique totale :
Nous avons utilise les tensiomktres "Soi1 Moisturo” multi-
ples implantes à 10-20-30-40-50-40-80-100-120-150 cm. Ils
sont disposés (fig 221) selon un cercle do 0,45 cm de rayon,
centré sur le tube d'accès de la sonde. La pression est
donnée en mb (cm d'eau). Nous avons pria comme niveau de
référence, le niveau du sal.
2.2.4.
Dispositif d’apport d'eau : 4 fûts do 200 1, face superieure
ouverte, et communiquant A leur base &
un tuyau d'arrosage,
permettaient d'apporter l'eau d’infiltration, 11s Qtaient
places à environ 50 cm de hauteur, On p0uvai.t mesurer le débit
de fuite en suivant c! intervalles de temps réguliers les
variations du niveau d'eau interieur, gr&e à uns regletto
gradueo, On pouvait rdgler lc debit en faisant participer
un plus ou moins grand nombre de fQts, ou en pinçarIt plus
ou moins le tuyau plastiquo d'amenée, afin de maintenir une
lame d’eau de hauteur à peu près constante (4 cm) au dessus
du monolithe.
3. L'E S 5 A 1 I
L3.1 Infiltratinj
Premier temps de la manipulation, consiste donc à apporter
une certaine quantitQ d’eau de manière à se rapprocher du point de
saturation sur une profondeur suffisante.
La lame d'eau de 4 cm fut rapidement formée; elle fut mainto-
nue pendant 147 minutes. La lame d'eau disparut 11; minutes apres
l’arr@t des apports d'eau.
Le front d’humidité attoignait alors
1,5 m de profondeur (cf fig 312). Le volume infiltré est de ‘l,92 rn3
soit une lame d'eau de 388 mm,
* La fig 7-I S;? montro lo cinbtiouo d’infiitration :: Au bout
de 70 minutas, la vitosso d'infiltration devient constante, st on
l’assimilara à la conductivité hydraulique h saturation :
KS = 2,c3 mm/mn = 12 cm/h = 288 cm/j,
Les 1Ggères ondulations obsor-
vécs autour de la droito correspondant au KS, sont duos à des va-
riatiuns de la hau%;!ur de la lame autour do sa V:S.~E!LJI’ moy::nns fixée
à 4 cm. Nous n ‘avons pas remarque do rornontGe do buflos d’air ni
d'écoulement préfont’iel (trous dd rongeurs,, , . ) depuis la surface,
.
La fig 3-1.2 montre 1'6volution dos profils d’humidité
durant 1 ‘infiltration, Les 20 prcmizrs contimetrcs ne figurent pas
du fait de l’impossibilité dB fairE des pr~l&vemer,ts & la fX,.:J~.:jI’C
dans du sable sature : il n'est donc pas possible do
relier les
variations do stock hydriquc, au debit do fuito dos fûts.
. ./ . .
.
La fi.9 3-1.3 rcpr6scnte l'évolution de la charqo hydrau-
liquo.
totale on fonction du temps : jllste avant -‘%.’ ~~~,“~~~?~l-lSE.I”
des tcnsiom&trtis,
cozruspondant au passage du front d'humidité, on
onruqistru uno lUg$ro romont&c: dc marcur,.? dans Ies capillaires :
11
licmblc qu'il cxistz un coussin d’air cmprisunilc ::~JUS ,Tl.m.l:~~~
d'eau dcscondante ; cet air chasserait transitoiïcment l'eau ret<-
nue aux abords dos tenslométrcs,co
qui causnrait un appel de l'eau
das bouqios des tvnsiom3tros ut donc IJ~L rL;montBe 18q&ra du mzrcurû
du capillairu, Cc: phénom&no est difficilti B mottri? cn Bvidt;nco avec
la sonde à ncutron,c;uL c uno sphCrr> SiinfluEnce beaucoup trop
importantu,
. La fig. 3-1.4, nontro la proqrcssion verticale dC:s diffé-
rents fronts :
9 un prcmicr *Front dit d'humoctation., mais corraspondant en
f a i t à une différoncz d[> 1000 coups avec la masure initialu (t = CI),
apparait;il t3st suivi d’un front dit cil: vaturêtion (TO cm ou 35 mm
-Lc
dc: décalayu) correspondant, lui, ?A u n comptsgo sup6ticur à 10û00
coups
Cos s e u i l s de 1000 et 1 0 0 0 0 c o u p s o n 15 9 on,t 6té c h o i s i s
arbitrairomcnt.
* Ensuite, ~VI!C u n ddcalaqc du 5 2 15 m i n u t e s sur ci! dernier
front, (, '1 *.
,':
fi à 10 sm) il. y a r6activn d e s tonsiom&tros,
Ce dernier dkcalagc s'explique D
- d ‘UiiV part du fait que la mi?suro ci2
clhargo hydr3uijTque s s t
qua s j, ;,1 J (-; $
ponctuclln, i2ontrairomunt
û colle d:humidité faj.te avec
l a sondo : quand il cxisto un front raide d'humid.it6 comme dans
notrf2
essai , l'humidi.té c?st sous ostirnrk irm:~rSdi~t~rn~nt au dessus du
front, ct sur-cstirnéL( immédiatcmsnt en ljcssous (*I[l B 20 cm) : la
r6action dz l a sondti 21. l ’ a r r i v é e d u f r o n t , l e pr6c6dzra d o n c .
- d’autre part,, les tensi,omGtros nc> réagissent qulavcc un
certain temps de latcncc,
a dos variation; dc; succion du sol : ils
doivent se mattro en é q u i l i b r e avec 1;cau d u s o l .
p;iç
9
part les dbçalages obscrv6:; ci dessus, 1.~2~ vittissEs
sont du m&mo ordre dc grandeur,
3.2. Redistribution interne
3.2 .l. I ntroduc tion
A l a f i n de l’infiltration, la lame d'eau vorsee commcnco
à se redistribuer dans lo profil du sol. L’evapora%ion d u
sol nu 6tant ompt!!chee par un mulch rocouvrant le monolitho
le processus do
redistribution se caracterise cssonticlle-
ment par un drainage de l’eau vers les horizons de profon-
deur. Lzs h o r i z o n s suparficicls amenés a saturakion au cours
de L'infiLtration voient leur humidit6 diminuer progrcssi-
vemcnt au profit dos horizons plus profonds.
Cctto redistribution do l’eau après infiltration est d'une
très grande importance
pour l'alimantation hydriquo do la
planto puisqu'elle dGi;ermine, à tout momcnt, la quantité
d ’ e a u offect:iLvcmcnt rctcnua d a n s l e p r o f i l . Elle e s t influenh
CQ3 p a r plusieurs f a c t e u r s d o n t l a texture du sol, sa teneur
en matihre organique, 10 t y p e d ’ a r g i l e e n pr6scnce d a n s lc
profil, l a p r o f o n d e u r d’humcctation, l ’ h u m i d i t é precxistantc
et le phénomi;nc d’hystbrr&~;,. ’ (c? L’achaud. .ot Thony ‘~c371).
3.2.2.
Démarche
3.2
1, Evolutions de l'humidité
? ? ? ?
Comme le montre lo fig. 3.2.1. l a v i t e s s e d e r e d i s t r i b u t i o n
diminue progr L
passivement et tend vers une valeur nulle,
qu'ells n’atteindra (si jamais cotte valeur est atteinte)
qu'au bout d'une longue periodc. La fig. 3.2.3.ropreser\\te
1CS profil!;
cio r e d i s t r i b u t i o n , On constate qu'ou bcut de
10 j o u r s ûprts l ’ i n f i l t r a t i o n , la redistribution interne se
fait avec une extr&mc lenteur, les profils hydriques des
10~2 e t 730 jciurs s e superposant pratiquement,,
3.2.2 .2. Evolution de la charqo (fig. 3.2.2.)
Romarquons quo :
(1) o dH,'dz = 0 ù z = 0 (flux nul on surface suite au mulch)
(2) : dH,'dz 2, 0 pour z ::>Cl c e q u i t r a d u i t u n e d i r e c t i o n d e
transfcrk de ‘l’eau du haut vers les couches
profondos.
(3) : dH/dz # 1 l a gradient d e c h a r g e n’est p a s t o u t à f a i t
unitairt.: au dessous do 50 cm do profonde’ur :
L a m é t h o d e d e c a r a c t é r i s a t i o n lbgbrc, bas6c
sur cztte hypothese n’aurait donc pas Qte
valable dans c e c a s (t-lamon, 1980).
/
. . .*
#
f
l
ap H
I
f
B
-----Y. -_^---
3 . 2 . 2 . 3 . E v o l u t i o n s d e s s t o c k s S(t) - (fis. 3.2.4.:)
L o s s t o c k s h y d r i q u e s o n t et6 6values p a r integration e n
e s c a l i e r d o s c o u r b e s e(Z)
-jx 100
st g-ZeeL: = i-7.5 Qls f 4J2s -t . . . . . ..ezwl
-t 0 . 5 6, 1
.
-.
L e s U n i t é s s o n t : S t cn m m e t g e n n o m b r e adimcntionnel,
z en mm
Pour choque profondeur, comprise entre '113 et 15U cm, divarses
valeurs dc! St ont étH calculées, La figuri- 3.2.4. rcpresentc
lss evolutionsi S(t,z), S i , à u n e cota 2, la v a r i a t i o n d u
s t o c k h y d r i q u e e s t d”
s p e n d a n t u n intervalle d e t e m p s d t ,
l e f l u x q u i a t r a v e r s e l e p l a n d e l a c o t e z e s t , cn v a l e u r
a b s o l u e , q = E
d t
L e f l u x q , p o u r u n e cote d o n n é e , é l e v é a u debut do l a r e d i s -
t r i b u t i o n , ldimin*uz et tend assymptotiqucmont vers une valeur
nulle.
I l f a u t r e m a r q u e r q u ’ i l e x i s t e u n e diff0ranco entre 10
volume infilltré mesure réellement et J.J stock d'eau calcule
e n f i n d ’ i n f i l t r a t i o n ( c f f i g . 3.2.2) , S’agit-il
d’un
é c o u l e m e n t pr<férentiel n o n détectd p a r l a sondc n i l e s ten-
siométrcs
p e u t &za l e l o n g d u t u b e d’accàs d e s o n d e ~
’ :ia cwktiur
d u monolitho, 1~: l o n g d u f i l m p l a s t i q u e ?
3.3, E v a p o r a t i o n naturelle
Nous avons s u i v i l’ovolution d o l’humidite e t d o l a tansion
d u r a n t l e s 80 j o u r s aores “dBcouverture”du m o n o l i t h e .
O n p a r t d’un s t o c k s u r l e le m è t r e d e j,iOrnrn a u m o m e n t d e l a
“découwerture~’ pour attcindre rdspoctivemant A;; mm et 53 mm
a u b o u t d o 20 c i ; 80 j o u r s . E n 1 m o i s ct s u r Iv p r e m i e r metre
15 mm SC sont évaporés et 2’: mm ont pcrcolb.
L’evagoration e t ; l a porcolation s o n t s u r t o u t intenses j u s t o
aprtis l a découvcrtwe.
L a p r o f o n d e u r d u p l a n d e f l u x n u l e s t d i f f i c i l e à fixer ~XX--
temcnt j u s q u e vers 1 m o i s : Il e x i s t e , p o n d a n t le p r e m i e r
mois, une zi3no
$.‘et!>ndant do 25 à 4 5 c m d e p r o f o n d e u r , o ù l e
f l u x n e t o s t negligeablo ( t r è s faible g r a d i c n t de charga),
c o t t e z o n e c o r r e s p o n d & u n h o r i z o n p l u s argilsux, o ù 1’eau
est rotenue d'unIa manibro plus forte,
20
4 . LES CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES :
-LII"--~""I"I"I-"-LI--~"-""-"-"~"-"-
l/ UV Rcïstion h (8)
La figure 4.1 flou s montre cette relation.
La p&cision de la mesure de l'humidite Jbduite l-ie la
mesure de la tcnsion (un des objectifs de l'~:xp:~ri.ence) dopendra
donc :
, ds la te,xture du sol : plus le sol sera argileux, plus
les variations de h fonction ds 0 seront progressives,
0t i~C?ill@lJrE? sera la precision,
de la valeur de la tension à laquelle on est : relati-
?
vonsnt précise pour des tensions soperieures à 75 mb,
entre 40 et 75 mb, elle sera trbs a16atoira.
D'autre Pa:rt, l'application de ces resultats à un sol
voisin, ayant une te>:turc
similaire reste d6licatc : on observe des
variations assez importantes entre la relation h (8) d'horizons
ayant une texture ($ ?i + L) similaire, C'est ainsi outaux cc-jtes
30 cm et 00 cm, le toux A + L vaut respectivement 8.3 $ et a.6 $ ;
paur h = 50 mb on a respectivement 22.7 $ et 14.7 ;5 d@humilité
volumiclue, soiL une erreur relative d'environ 40 ;;.
21 ” Relation K m
-
-
Chaque horiZon suit grossieremcnt une mBmc loi semi loga-
rithmioua (fig. 4.2) : c;'dc/uation : lg K = Q,li? 8 V - 3,:io (1) avec
r
z !&y:
à 8 = 27 $ d'humidit6, proche de la "saturation", La perméabilit6
est ds ltordrG de 1130 mm/h, Or le KS dhduit de la cinetigun d'infil-
tration est nettemont inférieur, de l'ordre de 120 mm,/h, Cette dif-
ference semble slexplioucr en invoquant l'existancc dtun horizon
"limitant" ayant un KS propre faible. CE serait le cas de l'horizon
30 cm, le plus argileux et le plus compact.
La relation K(8) peut se mettre aussi sous la forme :
(2) K = KW NB. La ragression de 1.9 K fonction de 13 8
0 0
Ko
ET
montre que B = 7,213 (lg k = 7,28 lg & + 0,40) (3)
L'eouation (3) confrontec à l'equation theorioue montre que le Ko
,-..=&l rt,l6 f.5n,,r.c:.-.-
i-I\\\\ - -
30
8.3
“__ -_ _.-..- -----
--.-.--.“.^--.-
_ . - . -
x
10
*
30
8
50
&
70
0
90
".-a 1$0-...-..--
___. -.-.-- -... *i .-,---.- - .--....x-_I ----.
0
'30
p
150
I
4
1
a
I. . ..,-_. _-.<I_--__ - __^a ..--.
------
-__-.---
~OUATfON :
a
CO réa1 = 120mm Ih
A
BO = 2 7 %
K* K o +)P
-- . “.__ ._I__._._C.__.__
-
-
9= ?,28
cl
a
+
4 0,85
0
Ko cokuri z ?iUlmm/
m
A
-.-a..-..---
--.I.__
L..
---v ---.. -_-..._.
Y
A
I__ ---__.<--
“.
+
.--- --
-..-...<.X_.,_
_
i-
--a---
w
8
‘s
-.-.-...---...--_.--- --_-
A
La comparaisson de la zelatinn K(8) krouv6e avec ceZt.1~~ des
caracterisations nrscr5dentos (/-(amon, 1978 ; IMELKidON9 1373) montre
que les sites les plus proches d'un ,point d(2 vue textural sont ?es
sitEs étudiés par Iriborncn en 1379 : monolithes 15 et 31.
Les caractGrist.iques hydrodynamiques de ces 3 sites sont ~&SU-
mues dans le tableau Ci-dessof;s.
! *-'-I
!
i
!
!
!------r-----------1!-^--,------F---!-------~-------
--m.---w
.--m.-M-”
I Monolithe 31
! -------1
i
6 >; !
20~1
;
25 :G
1-------~---‘-““-‘-~-----,--~-------~------,-
6
,5
079
i
11~96
F
.
. . . ..m-““-mm
! Ferme Irriguée
,7,6 ;d
1
12D
,
27 )i
7,2i;
-A.-----
La permeabilite du site étudié est nettement inférieure h
celle des 2 autres site: (K 111 $ et K 20 7;). Ce fait est confirm& par
la permdabilitG Nuntz (l(, dcduit de la cint?tique d'infiltration)
qui représente saulement 60 à 7!J $ de celle des 2 autres sites. Le
r ô l e d e l a macroporositk, v a r i a b l e suivant l'État hydrique est-il un
c'lbment d'explication ? ; les s i t e s 15 e t 31 dlB$ cn PFfet lSt;g effac-
tllE?s
sur un sol initialemont très sec (prGc3dent cylt!-!ral : jach&re
d’horbcs) alcrs que notre site Ctoi.5 beaucoup plus humida. (prócédcnt
cultural : arachide de bouchi: irriguée) Y mais cela influe'ait-il sur
la permeabilitg mesur6e apr2s la phase d:infiltratFon ?
L ’ I n s t i t u t dz Nécanique de Grenoble essaye actue11urnent d’$la-
b o r e r u n e r e l a t i o n e n t r e 1~: t a u x d ’ a r g i l e e t l i m o n , e t la r e l a t i o n
K (8) mise sans forme de 1't;q:iation (2)
Les premiers résultats montrent (Wauclin, 1990) l'existence
d'une correlation li,Téairf> entre 1~s. taux d'argile et linon et le K,
ct le 9 d e l a relatj.l,~n ( 2 ) a;-,pliquGo CI différents sites, L(2 I(O c o r -
respondant à notre &tude s ‘Ucarto l&garcment de la droite @e 6 mm/h)
p a r c o n t r e l e 60 s’a,juutc b i e n ti la corrGlation Cit&e.
++ ( coefficient de la re.tation 2)
11
I
ÇQNGQJSION f
2 4./
De cotte étude, o n p e u t t i r e r y u e l q u o s c o n c l u s i o n s p r a t i q u e s :
- L e s v a l e u r s d e l a capacite do retention 3. d i v e r s e s p r o f o n -
deurs intéressant las c a l c u l s d’irrigation do cultures marafchéres
sont resumees p a r lo t a b l e a u c i - d e s s o u s :
La capacité d.2 retention a rZt6 definie arbitrairemont comme étant
le stock d’eau res.iduel apres 2 o u 3 j o u r s d e r a s s u y a g o :
!
i
I
!
z
;CR 2 jours
I 82 j o u r s
!
1
.
, CR Jjours ;
!
.
e 3jours !
l
1
mm
(1”1-1---“,“-- I “U 2 ‘..UUU~ 1 --~œœ--~--œ* i ~~.D.“I~-œ.w-œ i. “.....-1--..““1~ I
!
!
343
!
12,o !
!
12>,3
!
!
530
!
67
!
f13,4
!
62
!
” 1233 !
!
!
156
!
13,3 1
102.
!
;z,fJ
!
!
100
!
7 23
!
73,o *
126
!
i2,6
f
!
!
!
!
l
.’
Ces valeurs d’humidité 5 l a capacitd do rétention correspondent biun
& un sol intermediaire e n t r e l e t y p e D i o r e t l e type Dock ;
f3CR D i o r
6CR Sole II Nord
BCR D o c k
10 g
13 5’6
75 g
- L ’ e m p l o i d e l a r e l a t i o n K(g) rusto assez delicat
pour la
detormination du drainage par la mgthoda des flux (application de la
loi de Darcy) dans un bilan hydrique
: on supposant que l*erreur
a b s o l u e f a i t e s u r l a m e s u r e d e l’humidite soit de D,OI cm3,/cm3 (1 /rs
d'humidita), elle i n d u i t u n e erreur r e l a t i v e s u r l a perméaoilité
d’environ
70%. E n iastimant d ’ a u t r e p a r t l ’ e r r e u r relativu s u r l e
gradient do charge à 25 7; on obtiont unc erreur relative sur la d5-
tcrmination du flux de drainage de
lOCI$(voir a n n e x e 1). C e t t e m6-
t h o d o s ’ a v è r e d o n c tr&s impreciso ; A cette imprécision, s'ajoute
la lourdeur de la caractdrisation hydrodynamique tellc qu’ollc a
éte f a i t e , et sa represontativitd spatialo sans doute insuffisante
(Imbcrnon, 1379 >. Des recherches sont en cours qui permettront do
dbduire d ’ u n p e t i t n o m b r e d o parametros (essai Muntz, t e x t u r e , .,.)
les caractoristiqucs hydrodynamiques, et de multiplier les points
de mesure da manière à apprGhendcr la variabilité spatiale de ces
caract6ristiqucs. Quciqu'il en soit, mieux vaudra utiliser la méthode
du b i l a n (Vachaud et al, 7 9 7 8 ) c h a q u e f o i s q u e ce sera possible,
if ci ble:; hur.;i j;.it;t5 n CT1 I~?JCJ~IJÏIC~O~~~?J) POL!~ mieux apprecior 10 drainage
sans une certaine cote.
25/
B I B L I O G R A P H I E
f~~xPCfP~Pccxxaxxxxaxaaa~....-
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tour-ingénieur Institu"L National Polytechnique de Grenoble
3979, IMBERNON : Cynamique de l'eau et variabilit6 spatial2 du sol
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tribution in a soi1 colu1,1:1 at diffcront initial water
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IntCret agronomique dc cette mesure ot application 3. une cul-
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au CNRA de Bambey.
CALCUL D'ERREUR SUR LE DEBIT DE DRAINAGE PAR LA METHODE DES FLUX
--cI----lll------"--~--"-------------------"---""-~-"--"--"----.--"-
- erreur absolue sur e : 1 $ d'humidité (cf Hamon, 1980)
- erreur sur la conductivité K(B)
Loi K(8) 2 ~OC, K=. a6 + b
avec 6 en $
a = G,“3
b z -394
a@+b
K = 10
' i( z-10 B+b
a (e i- :'A 5 ) + b
6..
t 10
__-,n ’ tt)K = -1 + lua- e z-1 + :Ouf+ -1 * q,7 Id, ",,7
,t'.:
_ K,
..' 70 7: .
/K -
- erreur sur le gradient de chargo
r'; H/A *
r(~ i,;H =
fi(/iH) '2 mb
-1
10 mb
~ (,13z) o,5 cm i pour des valours moyennes ut' p;z = 10 cm
"
donc
donc b