Protocole expérimental, traitement des données

L’objectif des essais menés sur la maquette est de pouvoir vérifier expérimentalement l’existence de la relation précédemment mise en évidence par l’approche numérique, reliant débit drainé et hauteur de suintement, et ce dans différentes situations : régime permanent, régime transitoire, fossé vide ou avec un niveau d’eau constant. Nous avons mené les expérimentations durant le printemps et l’été 2000, le drain aval étant bouché avec un boudin compact de géotextile (Dere, 2000). Durant le printemps 2001, des expérimentations complémentaires ont été réalisées avec le drain aval rempli de sol identique à celui de la maquette. Durant ces deux périodes de travail, nous avons suivi le même type de protocole

III.2.1. Conditions générales de réalisation des expériences.

Dans les essais réalisés, la condition initiale du système est généralement l’équilibre hydrostatique, la nappe étant à l’équilibre avec le niveau d’eau libre du fossé. Lors d’un essai, la première étape est de

régler par un « trop plein » le niveau d’eau dans le fossé à la côte Hw désirée, tout en imposant en

surface une recharge soit à débit nul, soit constant, soit variable. On mesure alors les débits évacués par pesée tout en déterminant à pas de temps fixe la répartition de la charge hydraulique par profils tensiométriques.

Durant les essais en régime permanent, on cherche à atteindre une situation d’équilibre de la nappe et d’égalité entre débits entrant et sortant. Dans ces cas, tous les tensiomètres de la chaîne sont interrogés avec un pas de temps de 10 minutes. Les débits (aspersion et exutoire) sont évalués toutes les 30 à 60 secondes.

Pour ce qui concerne les essais en régime transitoire, deux situations ont été testées : (i) sans recharge en surface et chute brutale du niveau aval dans le fossé (essai de tarissement) ; (ii) recharge à débit

variable et niveau d’eau libre aval Hw constant (régime transitoire de pluie). Pour les raisons explicitées

précédemment (temps de scrutation), les mesures tensiométriques sont alors faites uniquement sur le profil de tensiomètres situé à 5cm du fossé drainant. Elles sont réalisées toutes les 5 minutes. Pour la mesure des débits à l’exutoire, l’échantillonnage se fait selon un pas de temps de 30 secondes.

La gamme de débit d’aspersion qui a pu être investiguée est relativement réduite (6 à 19 mm/h), et ce pour trois principales raisons. Pour les faibles débits, le système d’aspersion brumise l’eau à des pressions importantes (> 2 bars) et l’apport d’eau parvenant réellement en surface du sol n’est pas garanti, ce qui peut être source d’erreur dans l’établissement du régime permanent par exemple. D’autre part, pour les débits inférieurs à 8 mm/h, la nappe est très basse et on ne peut pas détecter précisément la position de la surface libre au bord du fossé, ce qui engendre des erreurs dans l’estimation de la hauteur de suintement. Enfin, pour les forts débits, la nappe peut affleurer et une partie de l’eau se stocke en surface, modifiant ainsi les conditions de recharge de la nappe et l’évaluation correcte du bilan hydrique.

III.2.2. Traitement des données tensiométriques.

La hauteur de suintement est définie comme la différence d’altitude entre le niveau d’eau libre dans le fossé, et la position de la surface libre de la nappe à la frontière avec le fossé drainant. Expérimentalement, il est très difficile de pouvoir mesurer la pression de l’eau strictement au bord du fossé et la hauteur de suintement ne peut pas être directement mesurée. Le profil tensiométrique le plus proche du fossé drainant se trouve à 5 cm du bord. Une analyse des profils de pression le long de cette verticale nous a conduit à estimer que l’évaluation de la hauteur de suintement peut être réalisée de façon satisfaisante à cette distance du bord. Un exemple de profil de charges hydrauliques mesuré à 5cm du bord, pour un essai de régime permanent avec fossé vide et un débit de 19mm/h, est présenté sur la figure C3. III. 5.

Profil de charge en x=5cm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Charge en cm C ô te e n c m

équilibre hydrostatique initial régime permanent atteint droite charge=côte Zone saturée Zone non

saturée

Fig. C3. III. 5 : profils verticaux de charge (cm) mesurés à 5cm du bord du fossé drainant, à l’état initial et une fois le régime permanent atteint. Le débit d’aspersion est de 19 mm/h.

Pour chaque période de scrutation, la position de la surface libre de la nappe (h = 0) est calculée sur un ou plusieurs profils par interpolation linéaire entre deux tensiomètres consécutifs dont un se trouve dans la zone saturée (h > 0), et l’autre dans la zone non-saturée (h < 0). L’incertitude sur la position de la surface libre par interpolation entre deux tensiomètres a été estimée à 2,5 cm, si on considère un

cote du tensiomètre le plus bas sur une verticale, on estime sa position par extrapolation du profil. Cela est parfois nécessaire, notamment lorsque la surface de suintement est peu développée (essais de tarissement, ou régimes permanents avec recharge en surface de faible intensité). Cette extrapolation est néanmoins une source d’erreur potentielle et nous en avons limité l’emploi.

Nous avons choisi d’estimer la position de la surface de suintement par la position de la surface libre mesurée à 5 cm du bord du fossé. C’est a priori une légère surestimation de la réalité. Il a été envisagé d’évaluer la position de la surface libre au bord du fossé en extrapolant linéairement la position de la surface libre estimée à 5 cm et 30 cm du bord. Cette idée a été abandonnée, et ce pour plusieurs raisons. Tout d’abord, l’extrapolation linéaire n’est pas forcement la plus adaptée pour cette évaluation, on ne connaît pas exactement le comportement de la nappe proche de cette interface. Ensuite, le fait d’extrapoler la position de la surface libre à partir de la position évaluée par interpolation sur deux autres verticales, ajoute une incertitude sur la valeur ainsi calculée. En effet, il existe déjà une incertitude de l’ordre de 2.5 cm sur la position de la surface libre, à laquelle va s’ajouter l’incertitude liée à l’extrapolation elle-même. Le fait de chercher à recalculer la hauteur de suintement par des moyens indirects peut donc aboutir à une évaluation moins fiable de la hauteur de suintement que si l’on utilise la position de la surface libre évaluée en x = 5 cm. On retiendra en tout cas que l’indétermination sur l’estimation de la hauteur de suintement est tout au plus de quelques centimètres.