Evaporation: le cas des déchets en surface

connaissance de la variation de stock dans les déchets, il est alors impossible d'avoir un bilan hydrique complet.

Pour détourner ces difficultés, deux solutions ont été apportées : - un suivi journalier pendant 14 jours;

- l'utilisation d'un modèle de type réservoir pour estimer la teneur en eau et en déduire l'ETR des déchets.

Le modèle est basé sur le bilan de type Thorthwaite et Matter au pas de temps journalier:

• l'ETR est calculée à partir de l'ETP en tenant compte de l'eau disponible dans les déchets;

• les lixiviats sont générées selon une cinétique d'ordre 1 (le principe est décrit dans le chapitre A, § 5.2.1.2) ;

• le système formant une cuvette, le ruissellement est nul.

L'ETP tient compte de la température des déchets. D'après l'étude bibliographique, la conductivité thermique des déchets varie entre 0,1 et 0,5 W·m-¹·K¹. Dans les simulations, une valeur moyenne de 0,25 W·m-¹·K¹ a donc été prise.

Les déchets produisant de la chaleur par fermentation anaérobie et aérobie, leur température est plus élevée que celle des sols. Les deux lysimètres ont chacun été équipé d'un thermocouple relevé toutes les semaines.

L'écart moyen de température entre les déchets des lysimètres et l'atmosphère est de 20 oC et varie entre 3,5 et 45 oc. Ces valeurs importantes sont à intégrer dans le calcul de la formule de Penman, celle-ci ne tenant pas compte d'un tel phénomène pour les sols.

La formule de Penman modifiée pour les sols nus est (tous les paramètres de cette formule

Tdéchet: température des déchets (OK) ; Tair : température atmosphérique (OK) ;

eC2

h : épaisseur de déchet effective (m)

Dans les simulations une valeur de 0,5 m a été prise (cela correspond à la profondeur de mesure des thermocouples) ;

Ct: conductivité thermique des déchets (W·m-¹·K^1).

Une valeur de 0,3 W·m-¹·K¹ a été considérée (Houi et al., 1997).

1/09/99 10/12/99 19/03/00 27/06/00 5/10/00 19/12/00

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air

Lysimètre 1

.1y~imètre 2 o

100 200 300 400 500

temps Gours)

Figure Cl : Comparaison entre les températures des lysimètres et la température atmosphérique

e =e

1+1 t Vol

Avec:

Vol: volume du lysimètre (m³)

Sur: surface du lysimètre (m²)

S, : teneur en eau des déchets au pas de temps t (v/v) Sc: teneur en eau critique des déchets (v/v)

Pl : hauteur de pluie au pas de temps t (m)

. . . In(2)~t (et -(Je) Vol si Llxlvlatl = 7;'2

ETR_{I :} évapotranspiration réelle des déchets au pas de temps t (m)

~t : pas de temps (1 jour) T1/2 : temps de demi-vie (j)

Figure C2 : Système modélisant le comportement des lysimètres

et> ^(Je

L'équation de Penman utilisée dans le modèle est: justifiée étant donné les variations de ce paramètre.

Le modèle a été développé en deux étapes. Dans un premier temps, il a été utilisé sur la période test de 15 jours, afin de déterminer la valeur du paramètre TI/2 contrôlant la cinétique de la génération de lixiviat.

Durant cette période, deux événements pluvieux ont été observés (figure C3).

0.5 50

Figure C3 : Comparaison entre les mesures et le modèle de prévision de lixiviat du lysimètre 1

Les volumes totaux, sur la période du 21/0812000 (pas de temps 355) au 30/08/2000 (pas de temps 364), sont notés dans le tableau C2.

Dans le second épisode pluvieux (jour 361), on note un écart entre la valeur calculée par le modèle et la mesure. Sur le terrain, la mesure a été faite avant l'épisode pluvieux alors que le modèle considère la pluviométrie de la journée entière.

Tableau C2 : Volumes totaux de lixiviat modélisés et mesurés du 21/08/2000 au

La seconde étape consiste à utiliser le modèle sur toute la période de mesure. Ce dernier a été modifié pour pouvoir le comparer avec les données de terrain. li tient compte de la perte d'informations due aux débordements des cuves récoltant les lixiviats. Le but étant d'estimer l'évapotranspiration réelle des déchets, le modèle a été utilisé avec 3 méthodes de calcul de l'ETP:

- la méthode de Penman classique avec végétation ;

- la méthode de Penman pour sol nu intégrant le gradient thermique entre les déchets et le sol;

- la méthode de Penman pour sol nu sans ce gradient thermique.

Les résultats sont présentés sur la figure C4.

~ 25 . - - - - , r - - - - , - - - , - - - , - - - , - - - , - - - , - - - - , - - - . - - n

Modèle ETP sol nu sans gradient thermique

Modèle ETP sol nu avec gradient thermique

Figure C4 : Volumes cumulés de lixiviat comparaison entre les mesures du lysimètre 1 et le modèle

Tableau C3 : Analyse des résultats des simulations du comportement des lysimètres Modèle

Mesure ETP classique ETP sans ETP avec gradient gradient

Lj'simètre 1 2 1 2 1 2 1 2

Volume total de lixiviat (m^j) 23,66 23,13 22,01 21,98 25,05 24,96 23,62 23,54 Critère de Nash

*** ***

Coefficient de corrélation

*** ***

Le critère de Nash (Annexe 3) et le coefficient de corrélation donnent des résultats satisfaisants quant au comportement du modèle mais ils ne permettent pas de faire la différence entre les méthodes de calcul de l'ETP. Le calcul des volumes totaux de lixiviat est donc utilisé pour déterminer la plus efficace.

La formule de Penman classique surestime globalement l'ETP des déchets de 6 %. Cette tendance est très nette pour les temps supérieurs à 200 (19/03/2000) c'est-à-dire à partir du printemps. Ce comportement est logique dans la mesure où le phénomène de transpiration caractéristique des plantes est inopérant dans les déchets.

Si on considère uniquement un déchet nu sans gradient thermique, on sous-estime l'ETP de 7 %. Avec ce gradient l'ETP, calculée est très proche de celle estimée à l'aide des lysimètres.

Ces résultats sont à prendre avec beaucoup de précautions étant donné :

- la petite taille des lysimètres utilisés (65 m²) qui pose un problème d'échelle lorsque l'on veut extrapoler les conclusions à l'échelle d'un casier en raison des effets de bords;

l'hétérogénéité des déchets (contrastes de formes et de couleurs) qui rend les phénomènes d'évaporation complexes, la détermination de leur albédo est particulièrement délicate;

le confinement des déchets des lysimètres qui ne sont pas en contact hydraulique et thermique avec le reste du massif de déchets situé en dessous. Les phénomènes d'échanges hydriques latéraux et les remontées capillaires ne sont pas intégrées dans la mesure (Itier, 1981).

Toutefois, la démarche est à retenir et les résultats permettent de faire les observations suivantes:

la prise en compte des températures des déchets de surface permet une meilleure estimation de leur ETP ;

l'utilisation d'un coefficient réducteur de 0,4 (cf. chapitre A, § 2.3.4.2) n'est pas forcément adaptée lorsque les écarts de températures entre les déchets de surface et l'atmosphère sont importants.