Comment caractériser un sol en vue d’implanter une ZRV · Étape 1: Cartographie des hétérogénéités de surface ©Irstea. Journée de restitution ZRV –28 mars 2019 Prospection

Journée de restitution ZRV – 28 mars 2019

Comment caractériser un sol en vue d’implanter une ZRV

Journée de restitution du programme ZRV

28 mars 2019 – Espace HEMERA – Valence TGV

Nicolas Forquet, Rémi Clément, Sara Bisone, Alain Petitjean, Magali Moreau

[email protected]@irstea.fr

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


L’infiltration de l’eau dans le sol

vitesse d’infiltration VS. conductivité hydraulique

La vitesse d’infiltration, généralement notée v, est la vitesse à laquelle le sol est capable d'absorber l’eau se trouvant à sa surface. L'infiltration est exprimée en millimètre par heure.

La conductivité hydraulique, généralement notée K, est une grandeur qui exprime l'aptitude d'un milieu poreux à laisser passer un fluide sous l'effet d'un gradient de pression. La conductivité hydraulique est exprimée en mètre par seconde.La conductivité hydraulique dépend de la nature du sol et de sa teneur en eau.

𝑣 = 𝐾 × 𝑖

Vitesse d’infiltration

Conductivité hydraulique

Gradient hydraulique


L’infiltration de l’eau dans le sol

vitesse d’infiltration VS. conductivité hydraulique

Lorsque le sol est saturé : 𝐾 = 𝐾𝑠

𝑣 = 𝐾𝑠𝑖 = 𝐾𝑠∆𝐻

𝐿

Vitesse d’infiltration

(mm/h)

Gradient hydraulique (-)

3,6 0,1

36 1

360 10

Sol limono-sableux, 𝐾𝑠 = 1 × 10−5𝑚/𝑠

Attention aux échelles de grandeur !

(m/s)

Vitesse d’infiltration avec i=1

v=180 mm/h

v=7,2 mm/h

v=0,36 mm/h


Importance des conditions aux limites

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Q = 94 m3/j Q = 34 m3/j

Sans limitation Avec limitations

Exemple :ZRV de type prairie 10 m x 10 m

Ks= 10-5 m/s

Exemple :ZRV de type prairie 10 m x 10 m

Limitation = Nappe à 2 mètres de profondeurKs= 10-5 m/s

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Pour estimer les débits infiltrés, il faut :

• Une estimation de la conductivité hydraulique• Des conditions aux limites connues

Mais que faire lorsque le site est très hétérogène ?


Caractérisation du sol d’une future ZRV : exemple du projet « Biotrytis »

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Étape 1 : Cartographie des hétérogénéités de surface

Étape 2 : Cartographie des hétérogénéités en profondeur

Étape 3 : Estimation de la conductivité hydraulique

Étape 0 : Recherche d’informations disponibles (bases de données)

Dimensionnement



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Étape 1 Cartographie des hétérogénéités de surface

Étape 2 Cartographie des hétérogénéités en profondeur

Étape 3 Estimation de la conductivité hydraulique

Étape 0 : Recherche d’informations disponibles (bases de données)

Dimensionnement


Recherches historiques (outils gratuits et disponibles)

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Bègles, France « Le Clos de Hilde »

Contexte géologique :• Proche de la Garonne zone de dépôt argileux• 4 premiers mètres du sol d’argile limoneuse à

sableuse et observation de lentilles sableuses

Étape 0: Recherche d’informations disponibles

https://www.geoportail.gouv.fr

La carte géologique historique montre une voirie qui a existé sur la parcelle (conditionnement des écoulements)

Carte Géologique


• Photo aérienne de 1943 (source Google maps), présence claire d’une voirie avec des arbres

• Peu probable que cette voirie ait été retirée dans son intégralité on la retrouve en 1998

1943

1998

La photo aérienne en ligne un outil intéressant, pour la localisation d’hétérogénéités spatiales

Modèle conceptuel



Construction de la seconde phase de la station d’épuration 2006

D’un point de vue hydraulique, forte chance de se trouver sur un site hétérogène remanié avec des éléments anthropiques et naturels

Nécessité d’investigations complémentaires

Modèle conceptuel



0 m

1 m

3 m

Remblai

Argile très compacteGris-bleu

Étape 0: Recherche d’informations disponiblesDonnées sol (Données InfoTerre)

Bilan de la recherche documentaire: hétérogénéités de surface et structuration à deux couches


Beaucoup d’informations déjà existantes :

• permet de savoir si l’objectif d’infiltration est réaliste au pas

• permet de définir le cahier des charges et l’ampleur desinvestigation → Ajuster l’effort d’investigation au plusproche des besoins



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Étape 1: Cartographie des hétérogénéités de surface

Étape 2: Cartographie des hétérogénéités en profondeur

Étape 3: Estimation de la conductivité hydraulique

Étape 0: Recherche d’informations disponibles (bases de données)

Dimensionnement


Prospection électromagnétique (EM) de mesure de la conductivité électrique du sol

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• Rapide

• Non-intrusif, non-destructif

• Sans post-traitement

• Obtention rapide de carte sur le terrain

½ journée pour prospecter la parcelle

1 heure pour proposer une carte

½ journée pour l’analyse et le rapport


©Irstea


Prospection électromagnétique (EM)

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Mise en évidence de structures dans le sous-sol

Deux solutions, poursuivre les investigations à la tarière sur les hétérogénéitésou réaliser un complément avec des mesures de tomographie de résistivité électrique (TRE)

TRE car étude expérimentale, dans d’autres cas à prendre en compte en fonction du risque




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Étape 3 Estimation de la conductivité hydraulique

Étape 0 Recherche d’informations disponibles (bases de données)

Dimensionnement


Moins rapide que la prospection EM post-traitement important• 2 journées pour prospecter la parcelle• 2 journées d’analyse• Nécessité d’un expert

Prospection Tomographie de résistivité électrique (TRE)

On travaille le long de lignes qui permettent des représentations de tranches verticales de sol

Étape 2: Cartographie des hétérogénéités en profondeur



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Étape 3: Estimation de la conductivité hydraulique

Étape 0: Recherche d’informations disponibles (bases de données)

Dimensionnement


Infiltrométrie : la démarche classique

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Médiane = 1,45 mm/hMoyenne= 9,25 mm/hMin= 0,1 mm/hMax= 33 mm/h

• Mesures en quantité importante qui auraient pu être optimisées (et réduites) en prenant en compte l’historique et la prospection EM.

• 10 mesures réalisées suivant un échantillonnage structuré

Etape 3: Estimation de la conductivité hydraulique


Estimer l’hétérogénéité du Ks par une démarche itérative

• Importance des études préalables

• Choisir les méthodes d’investigation en fonction du site etdes enjeux

• Approche itérative : permet de guider les échantillonnages àl’étape suivante



Dimensionnement du projet « Biotrytis »

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2 m de remblais(profondeur des fossés drainants autour de la parcelle)

Fossés drainants


Ks = 13,5 mm/h

Ks = 1,4 mm/h

Ks< 1 mm/h

P1 126 m2 24 m2 -

P2 68 m2 82 m2 -

F1 - 65 ml 15 ml

F2 - 18 ml 62 ml

• P1 > P2 > F1 > F2





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prairie

Fossés drainants



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Débit infiltré estimé (m3/j)

Débit infiltré mesuré (m3/j)

P1 (après FPR) 18 39,6

P2 (sortie directe station) 16 10,8

Limites de l’approche

• Géométrie simplifiée• Qualité des tests d’infiltration réalisés :

• 10 min versus 1 heure• Pas de prise en compte de la hauteur d’eau dans le sol lors de l’interprétation des résultats : sous-

évaluation par un facteur 7 des valeurs de conductivité hydraulique.• Réduction de la conductivité plus importante dans le temps sur la prairie alimentée directement par

l’effluent en sortie de station ?


Recommandations

• Quantité d’eau pouvant s’infiltrer : importance deshétérogénéités de la conductivité et des conditions aux limites

• Rechercher les données existantes• Si indices d’un site hétérogène, important de les

cartographier.• Importance de bien réaliser les essais d’infiltration (moins

mais mieux)


Merci de votre attention !

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http://zrv.irstea.fr

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