Protocole d’essai en lysimètre LUGH .1 Débits utilisés

Dans le cadre de notre étude, un débit (40 l h^-1) est appliqué pour le profil PROF1 et trois débits (40 l h^-1, 8 l h^-1, et 4 l h^-1) sont appliqués pour le profil PROF2. Ils ont été choisis en considérant la capacité du système d’arrosage, de la pompe d’évacuation des exédants d’eau drainée, ainsi que du temps prévu d’essai (respectivement 1, 3, et 5 jours pour ces trois débits). En supposant que l’eau est distribuée uniformément sur une partie de la surface de lysimètre LUGH, ces débits correspondent respectivement aux trois vitesses de Darcy suivantes : 0.3125 m j^-1, 0.6250 m j^-1, et 3.125 m j^-1.

Ces vitesses garantissent le respect du domaine de validité de l’équation de Darcy et correspondent à l’ordre de grandeur des vitesses des études de transfert de solutés en colonne (voir II.4.4.1). Elles sont également proches les vitesses utilisées dans les essais en lysimètre (Walter et al., 2000; Bussière et al., 2003; Anguela, 2004; Kaskassian et al., 2009). Ces trois vitesses d’infiltration assurent des états hydriques non saturés différents et contrastés du lysimètre. Elles permettent d’étudier l’influence de la vitesse d’infiltration et l’histoire hydrique du sol sur le rôle des hétérogénéités.

II.5.3.2 Etat permanent

L’état permanent des essais en lysimètre est vérifié par la stationnarité des débits en sortie des 15 effluents en fonction de temps. En cause des débits importants, nous ne pouvons pas receuillir toute l’eau en sortie. Le débit de chaque effluent est mesuré par la mesure du temps nécessaire pour remplir un flacon de 100 ml. La mesure est effectuée deux fois par jour jusqu’à l’état permanent. En général, le lysimètre atteint le régime stationnaire après 2 jours pour le débit 40 l h^-1 et après une semaine pour le débit 4 l h^-1.

En parallèle de la mesure des débits en sortie, l’état permanent du lysimètre est vérifié grâce à la stationnarité des valeurs des capteurs TDR situés dans le lysimètre. Bien que la stationarité de la teneur volumique en eau des points d’observation ne représente pas la stationarité de tout le lysimètre LUGH, les valeurs des capteurs nous permettent de vérifier toute anomalie ou discontinuité éventuelle du système d’arrosage au cours d’essai.

II.5.3.3 Créneau de soluté

Nous pouvons estimer la teneur volumique en eau du sol initiale (avant de premier essai d’infiltration) et contrôler le volume d’eau d’alimentation et le volume d’eau en sortie. Néanmoins, la durée longue des essais (quelques semaines par essai), les différents cycles d’alimentation-drainage avec des débits différents en entrée, ainsi que l’évaporation d’eau, provoquent beaucoup de difficultés pour mesurer précisement le volume d’eau dans le lysimètre. De plus, le profil hydrique du lysimètre n’est pas uniforme. Par conséquent, dans l’essai en lysimètre, nous ne calculons pas le créneau de soluté en fonction du volume de pore comme dans les essais en colonne.

Pour avoir une base pour comparer des essais différents, nous appliquons un même volume de soluté dans tous les essais avec des profils et des vitesses d’infiltration différents. Le volume total de soluté apporté est de 0.03 m³ ce qui correspond à un demi-volume de pore, Vp, des matériaux placés directement sous la zone d’infiltration, à savoir :

�� ⁼����^×����^×� (2-30)

où Sinf [L²] est la surface d’infiltration, Sinf = 0.96x0.32 m², eZNS [L] est l’épaisseur totale du profil, eZNS = 0.6 m,

ε [-] est la porosité totale, ε = 0.329 pour le PROF1 et ε = 0.353 pour le PROF2, soit 0.0606 m³ et 0.0651 m³ pour PROF1 et PROF2, respectivement.

II.5.3.4 Collecteur des échantillons

Figure II-25 : Collecte des échantillons.

Comme nous avons abordé dans la partie II.5.1.4, la collecte des échantillons a été faite manuellement. Pour receuillir les échantillons de quinze effluents à la fois, les tuyaux connectés de quinze blocs du béton sont fixés sur un cadre en acier au-dessous de lysimètre LUGH. Un plateau contenant des flacons de 40 ml est placé en bas de ce cadre à receullir

Lorsque le soluté est appliqué sur la surface du lysimètre, les échantillons sont collectés chaque 1/4 h pour le débit 40 l h^-1, chaque 1 h pour le débit 8 l h^-1 et toutes les 2 h pour le débit 4 l h^-1. Ce processus se prolonge jusqu’à ce que 200 l (environ 3Vp, voir équ. 2-32) de solution soient apportés au lysimètre. Puis le temps de collecte est doublé jusqu’à la fin de la percolation (environ 400 l correpondant 6Vp).

II.5.3.5 Analyse des échantillons

Deux types d’analyse ont été menés sur les échantillons issus des essais : une analyse chimique et une analyse physique. L’analyse chimique est une mesure précise de la concentration de l’ion bromure avec un chromatographe ionique (DIONEX DX-100 ION CHROMATOGRAPH). Ces analyses sont très consommatrices de temps (15 minutes par échantillon, pour 600 échantillons par essai, soit environ un mois de travail de technicien d’analyse pour un essai). Inversement, l’analyse physique est rapide (une minute par échantillon, donc, deux jours de travail par essai) à l’aide d’un conductimètre électrique (LF 318/SET). Cet appareil correctement étalonné permet une mesure indirecte, rapide et assez précise de la concentration.

En effet, la qualité de l’eau d’alimentation (eau de la nappe) est suivie régulièrement pendant chaque essai. Cette eau de nappe contient une quantité d'ions relativement fixe et l’addition du traceur augmente nettement la conductivité électrique. Il est donc possible, par corrélation, d’estimer la concentration en traceur à partir de la conductivité électrique. En effet, si la solution n’est pas trop concentrée en ions, la conductivité électrique totale d’un électrolyte est égale à la somme des conductivités électriques dues à tous les types d’ions en solution :

� = � �_�

�

�_{� (2-31)}

où : σ [I2T³L^-3M^-1] est la conductivité électrique de la solution en, λ [I2T³M^-1N^-1] est la conductivité électrique molaire ionique, C [N L^-3] est la concentration de soluté.

Lorsque la concentration molaire C de la solution ne dépasse pas 10^-2 mol l^-1 (ou 10 mol m^-3), λ ne dépend pas de C, et σ est donc proportionnelle à C. Dans notre étude, σ est mesurée directement par le conductimètre, et les variations de σ sont provoquées par les changements de la concentration en traceur.

Les courbes d’élution obtenues par les deux méthodes sont représentées graphiquement avec en ordonnées la concentration relative, C/C0, et en abscisses le temps d’essai. La comparaison sera effectuée dans le chapitre 3. Cette méthode d’analyse nous permet de trouver une solution raisonable pour traiter un nombre énorme d’échantillons de soluté.