Conclusion du chapitre 3

Les propriétés hydrodynamiques de la croûte de battance ont été estimées à partir d’une série d’expériences d’infiltration en laboratoire sous simulateur de pluie. Deux sols limoneux, celui de Mélarchez (77) et celui du Pays de Caux (76), ont été étudiés et l’effet de la pression capillaire initiale en surface, imposée à –30 cm et –70 cm d’eau, a été testé dans l’objectif de reproduire les conditions d’humidité moyenne au-dessus du drain et à l’interdrain dans une parcelle agricole drainée pendant la saison de drainage intense.

Le modèle choisi pour représenter la croûte de battance suppose que les propriétés hydrodynamiques sont reliées à la masse volumique des premiers centimètres en surface du sol. Après calage des paramètres de ce modèle par résolution inverse de l’équation de Richards, les variables mesurées pendant l’expérimentation, pression de l’eau, débit infiltré en surface et débit drainé à la base du massif de sol, sont correctement reproduites : le coefficient d’efficience de Nash moyen est égal à 0,57 pour l’ensemble des simulations numériques. En outre, les profils de masse volumique déduits de ce calage sont comparables que les profils mesurés par radiographie aux rayons X d’échantillons prélevés en fin d’expérience.

Cependant, l’analyse de la qualité du calage par méthode inverse souligne que la faible sensibilité du modèle à certains paramètres et/ou les corrélations existantes entre eux engendrent des fortes incertitudes sur l’estimation. L’information fournie par les données expérimentales est souvent insuffisante pour estimer la valeur de tous les paramètres avec précision (l’estimation est précise lorsque l’incertitude est assez faible pour que le paramètre soit significativement différent de zéro).

Le paramètre représentant l’évolution temporelle de la masse volumique lors de la formation de la croûte (β*) compte parmi les paramètres présentant une forte incertitude. L’effet de la pression initiale imposée en surface du sol sur la vitesse de formation de la croûte, mis en évidence par des mesures de masse volumique dans le chapitre 2, n’a donc pas pu être confirmé par l’étude des propriétés hydrodynamiques de la croûte.

De plus, le paramètre d’augmentation maximale de la masse volumique de la croûte (∆ρ0m)

estimé pour le sol de Mélarchez augmente avec la pression initiale, comme observé dans le chapitre 2, alors qu’il diminue légèrement pour le sol de Pays de Caux. Cette tendance se retrouve logiquement inversée pour les conductivités hydrauliques estimées.

En terme de propriétés hydrodynamiques, il n’est donc pas possible d’établir des différences entre les situations représentant l’interdrain et la zone au-dessus du drain.

Toutefois, les résultats confirment que la conductivité hydraulique à saturation en surface est fortement réduite par la présence d’une croûte de battance formée, dans cette expérience, lors d’une pluie de 30 mm/h de durée 1h. En conditions naturelles, la variabilité saisonnière de la pluie conditionne la fermeture de la surface du sol sous l’impact des gouttes de pluie. Dans les climats tempérés, les pluies d’intensité voisine de 30 mm/h de l’ordre d’une heure correspondent à des orages ou des giboulées et sont susceptibles de se produire plutôt en automne ou au printemps, ce qui coïnciderait respectivement avec le début et la fin de la période de drainage intense (définie dans la partie 1.3.1). Le rôle joué par la croûte de battance dans l’apparition du ruissellement serait donc dépendant des caractéristiques de la pluviométrie à ces périodes. En particulier, les pluies automnales succédant au dernier travail du sol peuvent réduire l’infiltrabilité pendant toute la saison de drainage si l’hiver est pluvieux, car pendant la période de fluctuation de la nappe à proximité de la surface, la portance du sol est très faible et aucun travail du sol supplémentaire ne peut être envisagé.

Durant la saison de drainage intense, un deuxième facteur est également susceptible de déclencher du ruissellement : l’affleurement de la nappe drainée à la surface du sol. Le chapitre suivant propose une étude combinée des effets de ce facteur et de la croûte de battance sur la genèse du ruissellement. Pour tenir compte des écoulements dans la nappe, l’échelle d’investigation alors s’étendre à toute la longueur entre le drain et l’interdrain.

Chapitre 4.

4 Déterminants de la genèse du ruissellement en parcelle agricole

drainée, quelle hiérarchie observée in situ et quels apports de la

modélisation ?

Nous venons de voir que les modifications de la structure du sol en surface liées à l’impact des gouttes de pluie et à la présence d’une nappe superficielle engendrent un changement de propriétés hydrodynamiques de la surface du sol qui, dans les conditions expérimentales testées, contrôle fortement la genèse du ruissellement. Or, sur une parcelle drainée, ce premier déterminant du ruissellement se trouve en compétition avec le mécanisme de ruissellement sur surface saturée dû à l’affleurement de la nappe superficielle.

Une expérimentation a été implantée sur une parcelle agricole drainée du site de Mélarchez (77) afin comprendre cette interaction. Les données recueillies lors de l’hiver 2003-2004, indiquent que la genèse du ruissellement en parcelles drainées est essentiellement contrôlée par le niveau de la nappe. La croûte de battance, formée notamment par ces écoulements en surface, provoque des épisodes de ruissellement uniquement en fin d’hiver. La modélisation développée, fondée sur le code HYDRUS 2D (Simunek et al., 1999), conforte ces résultats et démontre également que le déchaumage en surface réduit fortement le ruissellement. Appliqué à l’hiver fortement pluvieux 2000- 2001, le modèle confirme la prépondérance du ruissellement sur surface saturée, qui se produit pour des pluies de périodes de retour courantes, dépendant de la profondeur initiale de la nappe. Enfin, le modèle est utilisé pour valider une approche analytique décrivant la montée de la nappe et pour étudier les écoulements en période d’affleurement de celle-ci.