Variabilite des Proprietes Physiques d'un sol Organique Relativement Au Drainage

RELATIVEMENT AU DRAINAGE

TRAVAIL DE RECHERCHE PRESENTE DANS LE CADRE DU COURS PROJET 336-490-D

AU PROFESSEUR R.S.BROUGHTON AU PROFESSEUR G.V.S RAGHAVAN

A MONSIEUR JACQUES MILLETTE (AGRICULTURE CANADA} par

Gaetan Desmarais 8117807

COLLEGE MACDONALD DE L'UNIVERSITE MCGILL Le 27 avri1 1983

RESUME

Les parcelles lysimetriques de la ferme experimentale d'Agriculture Canada situee

a

Farnham furent le site d'une experience concernant la variabilite des proprietes d'un sol organique relativement au parametre de design d'un systeme de drainage.

Les resultats des differentes rnethodes de tests ant rnontres que de larges coefficients de variation sont obtenus pour les conductivites hydrauliques de parcelles de 15 metres de longueur X 6 metres de largeur.

Des tests statistiques ant certains cas les tests ant

servi

a

1' analyse et dans montres des differences significatives entre les moyennes des resultats de conductivite hydraulique des parcelles.

REMERCIEMENTS

L'auteur aimerait remercier cordialement Agriculture Canada pour lui avoir permis d'utiliser les arrangements des parcelles lysimetr iques pour les experiences de cette recherche.

Specialement 1' auteur aimerait rernercier Monsieur Jacques Millette, Ingenieur et Chercheur

a

la Station de Recherche de St Jean, Quebec, pour lui avoir perrnis de travailler durant 1' ete 1982 sur ce projet. fvlonsieur Millette a su diriger mes recherches de fa9on tres cordiale et sans lui le projet ne serait pas ce qu'il est aujourd'hui.

E g a 1 em e n t u n mer c i spec i a 1

a

~~1o n s i e u r Jean- C 1 a u de Desrosiers pour son dynamisme et son enthousiasme

a

me porter une aide.

Monsieur Jacques Gallichand, Ingenieur fut egalernent une ressource lors de roes analyses et je veux le remercier de son support.

En dernier, j 'airnerais faire un merci tout special

a

Christine pour avoir particulierernent participer d'une faqon dynarnique

a

roes experiences,

a

la redaction du rapport et au support moral.

LISTE DES FIGURES

FIGURE 1 Geometrie et symboles pour les equations d'espacernent des drains.

FIGURE 2 - Profondeur equivalente pour la conductivi te de l'eau dans le sol en dessous des drains.

FIGURE 3 - Cornposante de 1' ecoulement de 1 I eau vers les drains.

FIGURE 4 - Diagramrne schematique montrant. les parcelles lysimetriques et les abris souterrains.

FIGURE 5 - Montage experimental.

FIGURE 6 - Resultats experimentaux sur schema.

FIGURE 7 -Piezometres installes sur la parcelle ::/:1:10 pour mesurer les gradients hydrauliques et evaluer les

fuites d'eau.

GRAPH I QUE 1 - Distribution logar i thmique des conducti vi tes hydrauliques pour les tests des trous

a

tarriere en regime permanent.

GRAPHIQUE 2 - Hauteur d'eau en fonction du debit des drains pour le test #= 9 (en 1982) et resultats des experiences (en 1981).

FIGURE EN APPENDICE - Resultats experimentaux. Figure A-1. Test ~3 Figure A-2. Test~4 Figure A-3. Test ¥6 Figure A-4. Test 1f9

LISTE DES TABLEAUX

TABLEAU 1 - Test par trous

a

tarriere

Tableau 1.1. Conductivite hydraulique Kl Tableau 1.2. Conductivite hydraulique Kavg

TABLEAU 2 - Conductivite hydraulique Kavg

(Regime permanent - nappe d'eau stable)

TABLEAU 3 - Debit moyen, rabattement moyen de la nappe, estimaton de la parasite drainable

et de la conductivite hydraulique

(Rabattement de la nappe-regime non permanent)

Tableau 3.1. Test :tf9, parcelle :ft:9 Tableau 3. 2. Test ~9 1 parcelle +10 Tableau 3. 3. Test -:t:f:.9 1 parcelle ~11 Tableau 3. 4. Test:W-9, parcelle~ 12 Tableau 3.5. Test -t¥6 1 parcel le :tf 9 Tableau 3. 6 0 Test 4}6 1 parcelle :U:-10

TABLEAU EN APPENDICE - Resultats experimentaux

(Exemple du test de drainage ,w6)

Tableau A-1. Parcelle S$-7 Tableau A-2. Parcelle ~8 Tableau A-3. Parcelle

_*9

Tableau A-4. Parcelle ~10 Tableau A-5. Parcelle E-ll Tableau A-6. Parcelle 1}-12

NOMENCLATURE

A mains qu'autrement specifiees dans le texte, les descriptio

suivantes s'appliquent aux symboles dans le texte:

d Distance verticale du centre du tuyau de

drainage jusqu'a la couche impermeable

m

f Porosite drainable %

H Hauteur de nappe d'eau au-dessus des drains m

K Conductivite hydraulique m/jour

L Distance horizontale entre les drains m

Q Debit,volume par unite de temps m/jour

RESUME ii

REMERCIEMENTS iii

LISTE DES FIGURES iv

LISTE DES TABLEAUX V

NOMENCLATURE vii

I - INTRODUCTION 1

II- REVUE DE LITTERATURE

II-1- Theorie de l'ecoulernent des drains 3 II-1-1- L'equation de Hooghoudt pour la nappe

d'eau en equilibre pendant une

precipitation ou !'irrigation. 5 II-1-2- L'hypothese de Dupuit-Forchheimer

appliquee au cas de rabattement de la nappe d'eau en regime non permanent. 7 II-2- Evaluation de la conductivite hydraulique

en condition de sol sature. 9

II-2-1- Test des trous

a

tariere. 9 II-2-2- Calcul de conductivite hydraulique

a

partir des equations d'espacernent

des drains. 11

II-3- Evaluation de la porosite drainable au champ. 12 II-4- Resistance d'entree de l'eau dans le drain. 13 II-5- Proprietes physiques d'un sol organique. 15

II-6- Variabilite des caracteristiques physiques

d'un sol relativement

a

l'eau. 16

I l l - OBJECTIFS 19

IV- MATERIAUX ET METHODES 20

IV-1- Le champ experimental. 20

IV-3-1- Trous

a

tariere. 24 IV-3-2- Les conditions de nappe d'eau stable

en regime permanent de drainage

et irrigation. 25

IV-3-3- Le cas de rabattement de la nappe

d'eau en regime non permanent. 27

IV-4- Mesure de la porosite drainable. 28

IV-5- Exemples de calculs. 29

IV-6- Consideration de !'imperfection du modele

utilise (les parcelles lysimetriques). 30 IV-6-1- Uniformite de l'irrigation.

IV-6-2- Uniformite des proprietes du IV-6-3- Les evenements hydrologiques. IV-6-4- Les fuites d'eau.

sol. 30 31 31 31 V- RESULTATS ET DISCUSSION 35 V-1- Conductivite hydraulique. 35

V-1-1- Les tests de conductivite hydrauligue

par trous

a

tariere. 35

V-1-2- Les tests de conductivite hydrauligue avec l'aide des equations

d'espacement des drains. 38

V-1-2-1- L'equation de Hooghoudth. 38

V-1-2-2- L'equation de Clover-Maasland. 40

V-1-3- Comparaison des resultats. 42

V-2- Porosite drainable 44

V-2-1- Le rabattement de la nappe d'eau versus

l'irrigation des parcelles. 44

V-2-2- Le rabattement de la nappe d'eau versus

le drainage des parcelles. 46

V-3- Les fuites d'eau 47

BIBLIOGAPHIE 54 FIGURES TABLEAUX APPEND ICE A- Resultats experimentaux B- Exemple de calculs

B-1- Conductivite hydraulique evaluee en regime permanent

57 66 76 77

avec nappe d'eau stable. 88 B-2- Rabattement de la nappe d'eau

non permanent pour le calcul

de conductivite hydraulique. 91 B-3- Calcul de parasite drainable lors

du rabattement de la nappe d'eau. 92

I-INTRODUCTION

La connaissance de la nature du cornportement de 1' eau dans le sol est essentielle pour determiner les parametres necessaires au design.d'un systeme de drainage. Le ·cout et la performance du systeme de drainage sont largernent dependants de la precision avec laquelle les parametres de design peuvent etre evalues.

Le probleme consiste en ce que les proprietes physiques d'un sol ne sont pas uniforrnes ou sont variables influen9ant ainsi le comportement de l'eau. Done la precision dans la determination des criteres necessaires au design d'un systeme de drainage depend largement de la variabilite des proprietes physiques du sol.

Comment peut-on avoir une idee de la variabilite des propr ietes physiques d 'un sol. Il apparai t evident qu' il nous est necessaire de tester le sol par des methodes qui rendrons compte des proprietes. Si on veut avoir bne idee de la variabilite, i l nous faut tester le sol

a

plusieurs reprises preferablement dans les memes conditions sinon en considerant les variations de conditions. Les statistiques sont le support de l'analyse.

Notre interet vise un sol particulier c'est-a-dire un sol pour lequel les donnees de variabilite ne sont pas encore connues parfaitement.

Les sols organiques de la ferme de Farnham d'Agriculture Canada offre une possibilite allechante pour !'execution des experiences

lysimetriques y sont installees.

parce que des parcelles Les parcelles lysimetriques nous permettent de diversifier les methodes utilisees pour tester le sol. Ainsi nous pouvons comparer les resultats obtenus par differentes methodes.

!I-REVUE DE LITTERATURE

II-1 Theorie de l'ecoulement des drains

Une grande var iete de situations de drainage peuvent ~tre etudiee nous permettant de determiner quantitativement les proprietes physiques d'un sol.

Les theories developpees anterieurement par plusieurs auteurs sur les differentes situations de drainage seront un outil precieux pour la realisation des buts de ce travail.

Les equations qui seront montrees dans cet ouvrage seront celles qui sont specifiquement applicables au cas de drainage obtenu lors des tests sur les parcelles lysirnetriques.

D'autres cas de drainage sont cites brievement mais les equations ne sont pas developpees. Ces dernieres ont deja ete demontrees par Broughton (1972) et al. dans leurs nombreux travaux de recherche sur le drainage.

Deux propr ietes physiques du sol no us interessant particulierement sont la porosite drainable f et la conductivite hydraulique K.

Drainer lorsque la nappe d'eau demeure apparente a la surface du sol ou drainer lorsque la nappe d'eau rejoint une pOSi ti00 d I equilibre Stable pendant que le terrain est

irrigue, sont des cas de drainage en regime permanent dans des conditions de sol sature (steady saturated flow to drain) .

Si on laisse la nappe d'eau se rabattre apres que les conditions de regime permanent ci-haut rnentionnees aient ete atteintes le cas de rabattement de la nappe en regime non permanent et en condition de sol non sature s'applique (non steady saturated flow to drain or falling water table condition).

Nous voulons calculer la conductivite hydraulique et la parasite drainable du sol. Les cas de drainage cites ci-dessus fournissent le potentiel theorique pour evaluer ces proprietes. Le choix de la theorie depend de la fa9on dont les experiences ont ete conduites.

Dans 1 'experience sur les parcelles lys imetr iques no us avons tente d 'atteindre le cas de regime permanent en appliquant l'irrigation et le cas de rabattement de la nappe en regime non permanent en arretant l'irrigation aprs les . conditions de regime permanent. Ces deux cas de drainage nous permettent de calculer les propr ietes desirees de differentes fagons. Des tests de conductivite hydraulique

la methode des

par trous a ' tarr iere ont egalement ete

II-1-1. L I eguation de Hooghoudt pour la nappe d 'eau en

equilibre pendant une precipitation ou une irrigation.

Le cas de drainage en regime permanent a ete analyse par Hooghoudt et la Figure 1 montre la forme de la nappe d'eau qui s'applique

a

un tel cas. Des drains places paralleles

a

une distance L les uns des autres. forcent la nappe d'eau

a

adopter une forme elliptique.

L' analyse de Hooghoud t suppose que le gradient hydraulique en un point est egal

a

la pente de la nappe d'eau au-dessus de ce point. et ce pour n' importe quel point cho is i dans le prof i 1 hydraulique. Cette hypothese est connue sous le nom de 1 'hypo these de Dupui t-Forchheimer

(Luthin 1978).

Cette hypothese est inexacte parce qu'elle considere que l'ecoulement de l'eau vers le drain se fait horizontalement puisque toutes les lignes equipotentielles sont des plans verticaux. Hooghoudt a fait une modification

a

son equation en C00Siderant le probleffie de 1 I eCOUlement Vertical et de

1 I ecoulement en dessous des drains. La profondeur

equivalente (de) considere ces contraintes (voir Figure 2}.

L'equation de 1 I eCOUlement est

Hooghoudt suppose egalement que en regime permanent et que l'eau d'irrigation fera monter la nappe d'eau jusqu'au moment ou l'ecoulement dans les drains sera egal

a

la quantite d'eau

dtirrigation qui s'infiltre

a

la surface du sol. Ace moment la nappe d'eau atteint un etat d'equilibre stable.

Un plan vertical trace au centre du profil, entre les drains, forme un plan de division d'eau syrnetrique aux deux drains. Toute l'eau qui entre dans le sol

a

droite du plan

rejoindra le drain

a

droite et vice versa.

En premier lieu, considerons l'ecoulement d'eau

a

t r aVerS U n p 1 an Vert i C a 1 traCe d U pOint (X ₁ y) j US qu 1

a

la couche impermeable (voir Figure 1). Toute l'eau qui entre

a

droite de ce plan doit traverser le plan dans son ecoulement vers le drain ..

L'equation differentielle developpee par Hooghoudt est

RL/2 dx - Rx dx

=

Ky dy

Comme on peut voir sur la figure 1 le niveau de la nappe d'eau (H) au dessus du drain est mesure

a

0,5 L du centre du drain. Integrant avec les conditions initiales

O.SL 0.5L 0.5L

j

RL/2 dx -

j

Rx dx

=

j

Ky dy

0 0 0

nous donne l'equation de Hooghoudt :

L2 = 4KH ( 2d

+

H )

Hooghoudt considere l'ecoulement radial en utilisant la profondeur equivalente "de"

a

la place de "d" dans son equation :

L2 = 4KH ( 2de

+

H )

R

II-1-2 L'hypoth'ese de Dupuit-Forchheimer appliquee au cas de rabattement de la nappe d'eau en regime non permanent.

L'equation differentielle qui decrit les mouvements transitoires de la nappe d'eau quand les drains ne penetrent pas une couche impermeable est

Ky (dy/dx) 2. + R

=

f dy/dt

C' est 1' equation linear isee par Kraij enhoff (1958), Dumm et Clover {1954) et Massland (1959) ou la variation en y est consideree petite comparee

a

la variation de dy/dx et ainsi y est considere constant.

Par tan t d I une nappe d 'eau uniformement repartie

a

la

surface du sol resultent les conditions initiales suivantes

y

=

yo

=

d

+

Ho pour 0 ( x

<

L a '

t=O

'

dy/dx =0 pour x = L/2 a '\

Une solution avec les series de Fourier donne

H

=

y - d

=

4Ho/1f )

~

( 1/n) sin (n x/L) exp ( -n2 1(2KDt/fL2) n=l,3,5

Clover (1954) a pris le y moyen egal

a

D

=

d

+

Ho/2. Lorsque la nappe d'eau atteint une geometrie elliptique les

termes de plus grand ordre dans la serie de Fourier peuvent etre negliges:

f

L' equation devient plus applicable si on utilise la profondeur equivalente (de) developpee par Hooghoudt. Egalement si la difference (Ho-H) devient large, l'utilisation du D base sur Ho devient moins adequate.

Une forme plus utile de l'equation est obtenue L2= K t

rf(

de

+

Ho/2)

f ln (4Ho/1fH)

Cette equation doit etre utilisee en etapes successives pour des petites valeurs de (Ho-H) ou des petites valeurs de temps t pour tenir compte de l'erreur faite par une large difference entre Ho et H.

II-2 Evaluation de la conductivite hydraulique en condition de sol sature

II-2-1 Test des trous 'a tari'ere

A un endroi t ou la nappe d 'eau est relati vernent stable et ou elle est

a

un niveau plus haut que le niveau ou l'on veut determiner la conductivite hydraulique du sol, la methode du trou

a

tarriere peut etre utilisee pour mesurer la conductivite hydraulique.

La methode du trou ' _{a tar i ere utilise un trou}

cylindrique duquel l'eau est pompee et la vitesse de remontee de la nappe dans le trou est observee apres le pompage.

A

L'ecoulement de l'eau dans le trou peut etre exprime comme

dv/dt

= -

~r

dH/dt

=

KHS

oil dv/dt

=

vitesse de remplissage du volume.

H = difference d'elevation entre la nappe d'eau et le niveau d'eau dans le trou.

s

=

facteur geometrique.

r

=

rayon du trou cylindrique.

t2 nous donne :

K = 1fr2 ( ln (Hl/H2)/(t2-tl))

s

Boelter (1965)

a

mesurer des conductivites hydrauliques dans des sols organiqus

a

different stage de decomposition clans Mar cell Experimental Forest si tue au centre nord du Minnessota.

I l a utilise quatre methodes de test dont deux consistent en des methodes d'evaluation au champ tandis que

les deux autres sont des rnethodes de laboratoire.

Boe1 ter conclu que les methodes d I evaluation au champ

representent rnieux la realite pour les valeurs de conductivite hydraulique.

La methode des piezornetres a perrnis

a

Boelter d ,·evaluer au champ la conductivite hydraulique horizontale du profil de sol. Une methode utilisant des tubes lui a permis d'evaluer au champ la conductivite hydraulique verticale du profil.

Boelter (1965) conclu que la difference des resultats de conductivite hydraulique horizontale et verticale ne sont pas significative de sorte que l'une ou l'autre des methodes peat etre utilisee pour l'analyse.

La methode de test par trou

a

tariere evalue la

"

utilisee pour l'analyse.

II-2-2 Calculs de conductivite hydraulique 'a partir des equations d'espacement des drains.

Broughton (1972) a calcule des conductivites hydrauliques de certains types de sol dans la region des plaines du St-Laurent en utilisant l'equation de Hooghoudt. Il a egalement utilise l'equation de Clover et Massland pour le cas de rabattement de nappe d'eau en regime d'ecoulement non permanent. Il conclu que ces equations sont applicables au sol arg ileux et que la forme typique de geometr ie elliptique de la nappe d'eau a ete approchee suffisamment pour permettre des calculs avec ces equations.

Hoffman et Schwab (1964) ont egalement calcule des C 0 n d U C t i V i t e S h y d r a U 1 i qUe S

a

par t i r de 1 ' e q U a .t i 0 n de rabattement de la nappe pour un sol argileux. Ils concluent que ces calculs leur donnent des resultats beaucoup moins disperses que les tests par trous

a

tarri~re ou les tests en laboratoire.

Aucun compte rendu n'a ete trouve discutant de 1' application des equations d 'espacement des drains pour determiner la conducivite hydraulique des sols organiques.

II-3 Evaluation de la porosite drainable au champ.

La definition de la porosite drainable f est la fraction du volume dans le sol qui est vide entre la teneur en eau du sol

a

saturation et sa capacite au champ.

La capac:Lte au champ est le contenu d'eau d'un sol apres que ce sol ait ete draine par gravite (Broughton 1972). Le sol est

a

sa capacite au champ quand l'eau de gravite est drainee de fa9on naturelle (Brady 1974).

Les variations de capacite au champ sont associees aux dimensions des pores du sol. Pour un sable limoneux la valeur de la capac i te au champ et de teneur en eau a saturation demeure constante (Boelter 1974, Childs 1970).

Boel ter ( 1964) a montre que la porosi te drainabe d 'un sol organique est dependante du degre de decornposi tion du sol. Les sols les moins decompose, habitullement situes en suface dans un profil de sol, contiennent le plus d'eau

a

saturation ( 95

a

presque lOO% par volume), indicant une haute porosite. Ces sols rendent presques toutes leurs eau

a

des suctions de 0

a

15 millibarso

Par centre, les sols partiellernent decomposes avec des particules de bois, les sols decomposes, les sols herbeux sont plus denses et presentent des porosites drainables plus faibles.

Boelter (1964) donne une idee de ce que peuvent etre les variations du niveau de la nappe d'eau en fonction du niveau de decomposition des sols organiques.

Pour les sols les mains decomposes, un rabattement de nappe d'eau de 1 cm dans le profil peut vouloir dire de 0.6 a 0.8 cm d'eau de recupere. Dans 1es sols organiques herbeux ou plus decomposes la meme variation de nappe d'eau peut signifier 0.1 cm d'eau de recupere

L' enreg istrement de 1' ecoulement volumique total des drains versus les niveaux transitoires de la nappe d'eau lorsqu'elle est rabattue nous permet d'evaluer la parasite drainable du sol (Hoffman et Schwab 1964). Egalement mesurer la remontee de la nappe d'eau suivant une irrigation ou une pluie nous permet d'evaluer sur le champ la parasite drainable du sol.

II-4 Resistance d'entree de l'eau dans le drain

Les equations developpees precedemment pour 1' evalutation de la conductivite hydraulique, en regime permanent ou non, sont basees sur une geometrie elliptique de la . nappe -d 'eau. Pour satisfaire ces equations le niveau d 'eau, juste au-dessus du drain, doit penetrer ce drain immed iatement lorSqU I il Y a eCOUlement • C I est-a--dire que la

Cette condition n 'est pas toujours obtenue et si un niveau d'eau existe juste au-dessus du drain on considere que le drain exerce une resistance au passage de l'eau. La hauteur d'eau Hest appellee perte de charge

a

l'entree (voir Figure 3}.

Delieman (1976) a divise l'ecoulement de l'eau vers les drains en differentes composantes de la charge totale

Htot -· Hv + Hn +Hr + He

ou Hv, Hn, Hr, He referent aux composantes verticale, horizontale, radiale et

a

la composante d'entree respectivement. La resistance d'entree est definie comme :

Re

=

He/Qu ou Re= HeL/Q

Re = resistance d'entree en jours par metre. de A d'eau ' _{l'entree metres.}

He = perte tete a en

L = longueur des drains en metres.

Qu = ne bit en metre cube par jour par unite de longueur du drain.

II-5 Proprietes physiques d'un sol organique

Boelter (1969) rapporte que les caracteristiques physiques importantes des sols organiques comrne la retention d'eau, le coeficient de recolte d'eau et la conductivite hydraulique varient largement avec le degre de decomposition du sol. Cette derniere caracteristique determine largement la parasite et la distribution des grandeurs des pores d'un sol.

Le contenu en fibre (fiber content) et la densite (bulk density) sont les proprietes souvent mesurees pour indiquer

le degre de decomposition des matieres organiques.

Done la classification des sols organiques basee sur le degre de decomposition mesure par le contenu en fibre et la densite donne des informations significatives sur leur propriete physiques.

En ce qui concerne la parasite drainable1 le sol organique le mains decompose aura plusieurs larges pores qui lorsque drainees permettent des mouvements rapides de l'eau. Egalement 1 pour le sol organique le mains decompose 1 la

capacite au champ et la teneur en eau

a

saturation seront des valeurs relativement constantes.

Le sol organique le plus decompose a pour sa part des pores tres fins. Ainsi il maintient son eau beaucoup plus facilement et permet un mouvement d'eau tres lent (Boelter

1974). La capacite au champ et la saturation peuvent varier relativernent en grandeur calculee pour cette categorie.

Boelter (1969) a montre que les conductivites hydrauliques d'un sol organique sont egalernent dependantes du degre de decomposition du sol mais que les quantites mesurees pevent etre largernent variable specialement pour les sols les moins decomposes.

Habituellement les sols organiques les moins decomposes sont retrouves dans les strates les plus elevees de 1'horizon et les plus decomposes se retrouvent en-dessous (Brady 1974). Pour le drainage cela implique que la nappe d'eau s'abaissera rapidement vis

a

vis des couches de surface et 1es couches du dessous seront plus lentes

a

drainer.

Boelter (1974) reporte que 1'efficacite d'un systerne de drainage varie avec la conductivite hydraulique du sol organique

a

travers lequel l'eau doit passer.

II-6 Variabilite des caracteristiques physiques d'un sol relativement

a

l'eau.

Selon Delieman (1976) ; les facteurs qui influencent le fonctionnement d'un systeme de drainage sont l'uniformite des proprietes du sol, la profondeur des differentes couches dans un profil de sol et la conductivite hydraulique de ces couches.

L'uniformite d'un sol, opposee

a

la variabilite, est desirable et joue un role important dans les travaux experimentaux de tests sur le systeme de drainage, rnais il est improbable qu'une tel1e uniforrnite soit observee.

La V a r i ab i 1 i t e s e r a d i f fer en t e pour c hac u ne des proprietes. La conductivite hydraulique d 'un sol rnontrera une tendance naturelle

a

var ier largernent. Une difference d'un facteur multiplicatif de 10 de la plus haute

a

la plus petite valeur est frequente (Delieman 1976).

Warrick et Nielsen (1980) proposent d'utilise le coefficient de variation (C.V.) comme mesure de la variabilite.

Le c 0 e f f i c i en t de V a r i ab i 1 it e (

c •

V. ) d I u ne popu 1 at i 0 n donnee est defini par le rapport de sa variation standard

(ecart-type) sur sa moyenne. Warrick et Nielsen (1980) ant trouve des

c.v.

aussi hauts que 100% meme plus grands pour la conductivite hydraulique en sol sature.

D' autres parametres physiques comme la parasite ant montres des coefficients de variation plus bas tandis que la conductivite hydraulique en sol non sature a montre plus de variation ••

Jacques Millette (1981) et al. rapporte que la recherche faite sur la variabilite des sols a ete poursuivie

principalement sur 1es sols mineraux

Boelter (1974) _{a trouve de 1arges variations pour la} retention d'eau, porosite et conductivite hydraulique pour

differents types de sol organique. Cependant pour un meme ,.

sol i 1 n • y a pas de compte rendu sur la var iabili te des proprietes.

III - OBJECTIFS

Deux principaux objectifs sont projetes dans ce travail;

ler object if Me surer et determiner les propr ietes

physiques d 'un sol organique

a

1' aide des differentes

methodes et equations proposees.

Ceci en utilisant ferme de Farnham experimental.

les parcelles d'Agriculture

lys imetr iques de la Canada comme site

2 ierne obj ectif Mesurer et determiner la var iabili te

des proprietes du sol organique dans un espace restreint.

Ces proprietes ont ete evaluees au premier objectif et une analyse s tatistique sera utili see pour determiner la variabilite.

IV MATERIAUX ET METHODES

IV-1 Le champ experimental

Les experiences ont ete executees a la ferme

experimentale d'Agriculture Canada situee a Farnham Quebec. Les depots de sol organique de Farnham dans le comte de Missisquoi (45 , 17'N, 73 , 03'W) s'etendent sur une surface

totale de 2065 hectares divisee en trois lobes. Les sols

organiques du lobe nordique ou le site experimental est situe

ont une profondeur variant entre 3.5 et 4.5 m. Ce lobe est

c1assifie comme un depot deve1oppe sous des conditions minerotrophique et est considere comme un sol organique Sapric-Borohemist (Leveque et Millette 1977).

La morpho1ogie stratigraphique du depot est difficile a etablir dans les couches superieures (1.5 m de la surface du sol) parce que le materiel organique est bien decompose

(Millette 1982). Le materiel de surface est compose de

racines, de particules de bois et de plantes en decomposition.

Pendant l'hiver 1978-1979 des abris souterrains (3,8 m

x 4.6 m) ont ete construits

a

la ferme de Farnham suivis par

la construction de 12 parcelles lysimetriques (6 m x 15 m

chaque) durant 1' ete 1979 (voir Figure 4). Les parcel1es

lysimetriques sont separees l'une de l'autre et iso1ees de l'exterieur par des feuilles de plastique allant jusqu'a 1.5

metre de profondeur. Le fond des parcelles lysimetriques n'est pas isole. (voir Figure en Appendice A)

Chaque parcelle est drainee par un drain souterrain et un drain de surface, chacun ayant sa sortie dans les abris

souterrains Figure 4). Des drains de plastique non

perfores sont utilises parcelles jusqu'aux abris. les drains souterrains

pour connecter les drains des Pour notre experience, seulement on t une utili te. Les drains de surface ant ete bouches temporairement.

Les drains souterrains consistent en des drains de plastique corrugue, 100 mm de diametre, installes

a

des profondeurs variant entre 0.9 et 1.2 m

a

une pente de 1 %. Un releve des niveaux des drains dans le sol a montre que les drains n 'etaient pas toujours

a

une pente de 1%. Cette situation peut avoir ete causee par une mauvaise installation des drains ou

a

l'affaissement des drains dans le sol.

Une attention particuliere a ete apportee pour essayer de ne pas deranger le sol intensivement lorsque les drains ant ete installes. Un retro-excavateur de 300 mm de largeur a ete utilise pour minimiser les perturbations dans les

·parcelles.

Dans chaque parcelle,

a

la ligne centrale, trois puits d'observation consistant en des tuyaux PVC perfores (13 mm de diametre) sont installes : un tres pres du drain, les deux

autres 1.8 m (0.3 L) de chaque cote du drain souterrain.

Dans notre experience, des puits d'observation additionnels ont ete ajoutes sur les parcelles et au dehors des limi tes des barr ieres de plastique pour rend re compte d 1

une vue tr id imens ionnelle de la nappe d 'eau dans les parcelles etudiees. Ceci egalement pour avoir une idee des positions relatives de la nappe

a

l'exterieur et a ' l'interieur des parcelles(voir Figure 5) Les niveaux de nappe ont ete enregistres avec une sonde electrique penetrant les puits d 1_observation.

A 1 I inter ieur des abr is souterrains,

a

1 'embouchure de

la

sortie des drains, des augets basculateurs (tipping bucket) en plastique dotes d'un m~chanisme d'enregistrement du nombre de bascules (calibre

a

400 ml/bascule ou 800 ml/tip) nous perrnettent d 'enregistrer les debits et les volumes d 1_{eau drainee.}

Des tests sur les augets basculateurs ont montre que l'erreur sur une lecture de debit de 550 litres/heure peut etre mesuree avec mains de 16% d'erreur (Millette 1982).

IV-2 Instrumentation et ~eparation du champ

Premierement, une collection complete de toutes les donnees

a'

arpentage necessaires

a

l'experience a ete executee. Ensuite une localisation physique des drains dans les parcelles avec leur profondeur de la surface du sol a ete faite.

Durant l'experience nous voulions irriguer les parcelles independemment les unes des autres. Pour ceci nous avons choisi d'irriguer en surface par gravite au lieu d'irriguer avec des gicleurs. L'irrigation de surface n'exigeait pas !'utilisation d'une pornpe

a

haute pression et permettait plus de mob i 1 i te pour le choix des parcelles

a

irr iguer. Une pompe submersible delivrant de larges volumes d'eau concordait parfaitement au besoin de !'experience. L'eau d'irrigation etait pompee d'un fosse de drainage environnant par une pompe submersible de 1/3 de chevaux vapeur.

L'irrigation de surface est cependant deficiente en ce qui concerne l'uniformite de l'irrigation. Il nou_s a fallu creuser des canaux d' irrigation a ... rneme les parcelles ,.. lysimetriques. Nous devions nous assurer qu 'aucune fui te d 'eau n 'arrive lor s des experiences de drainage. Ainsi chaque drain dans les abris a et~ inspectes et etancheifies.

Des arrangements speciaux des sorties des drains dans les abris souterrains ont ete mis en place pour perrnettre la

polyvalence necessa1re ,

.

l'enregistrement des debits et volumes lor sque le s parcelles eta i en t drainees et pour permettre de boucher les drains lorsqu'une remontee de la nappe etait desiree dans les parcelles.

Des instruments tels qu'un pluviometre, un bac d I evaporatiOn 1 deS lymnigrapheS et UD aneffiOffietre pOUr

detecter la vitesse du vent ant ete installes pour rendre compte des donnees hydrologiques.

IV-3 Mesure de la conductivite hydraulique

IV-3-1 Trous a tari ere \ \

Quatre trous de tariere

a

deux profondeurs differentes, un

a

1,2 m pour la conductivite hydraulique Kl et un autre

a

1, 8 m pour pour la conducti vi te hydr aulique Kavg ant ete effectues sur six des douze parcelles lysimetriques. La Figre 5 montre l'emplacement des trous sur les parcelles et les parcelles choisies pour l'experience.

Ce dernier choix a ete influence par les resultats obtenus par Jacques Millette dans son experience executee en

1981. Les trous ant ete faits ou le sol a ete le mains derange lors de la pose des drains.

IV-3-2 Les conditions de nappe d 'eau stable en regime

permanent de drainage et irrigation

Lorsque la nappe d'eau atteint une position stable avec

des conditions d 1 _{irrigation et de drainage en regime}

permanent, l'equation de Hooghoudt peut etre utilisee pour

calculer la conductivite hydraulique.

Les conditions de symetrie rencontrees dans le

developpement de 1 'equation de Hooghoudt nous permettent

d'utiliser la geometrie des parcelles lysimetriques. La

difference entre la geometrie des parcelles lysimetriques et

la geometrie utilisee par Hooghoudt dans le developpement de

son equation se situe dans l'emplacement de l'observation des

niveaux de nappe d'eau.

Hooghoudt developpe son equation pour l'observation des

niveaux de nappe

a

0. 5 L c 'est-a-dire la moitie de 1' espacement des drains. (voir Figures Append ice A) Dans

notre cas les puits sont places

a

0.3 L ou 1/3 de l'espacement des drains, l'equation doit done etre developpee

en consequence des nouvelles conditions initiales :

RL/2 dx - Rx dx

=

Ky dy

L2

=

4.76 KH/R ( H + 2d )

et remplacant "d" par la profondeur equivalente "de" : L2 =4.76 KH/R ( H + 2 de )

La difference entre cette derniere equation et 1 'equation de Hooghoudt se si tue dans la constante de multiplication passant

a

4.76 au lieu de 4 .

Durant l ' e t e 1982, plusieurs series de situations d' irrigation et de drainage ont ete essayees sur les parcelles lysimetriques. Ces situations se sont regroupees en series de tests et furent nommees ainsi. Done plusieurs series de tests ant ete effectuees et dans certains tests nous avons pu rejoindre les conditions esperees. Par exemple le test :t\- 9 nous a permis de faire des calculs de conductivite hydraulique en regime permanent pour les parcelles ~ 9, 10, 11, 12. La serie #6 nous permis de faire les memes calculs mais pour les parcelles :ft 9 et # 10 seulernent. Au total neuf series de tests furent effectuees. Seulement les tests pertinents

a

nos calculs ont ete conserves dans ce rapport (voir appendice A, Tableaux et Figures). Soit les tests -:tf-3,4,6,9.

IV- 3-3 Le cas de rabattement de la nappe d'eau en r~gime non permanent

De la m erne " fa~on que la situation en regime permanent evaluait les niveaux de nappe au mi-espacement dans la

theorie originale, les equations developpees en regime non

permanent utilisent le 0,5 L. Nous devons done utiliser une

equation modifiee.

La theorie decrivant le rabattement de la nappe d'eau

suppose que l'on peut negliger les derniers termes de la

serie de Fourier lorsque la nappe d'eau a atteint une forme

elliptique.Soit lorsque le regime permanent de nappe d'eau

stable a ete atteint. La nouvelle equation developpee pour

la geometrie des parcelles lysimetriques est la suivante en

isolant la conductivite hydraulique K :

K =f L 21n { 4Ho sin ( 0. 3

Tf )

I

-IT

H)

---~2(-a~-~-~~~;->~---A remarquer que le 0.3 provenant du 1/3 de l'espacement

apparait encore dans l'equation modifiee. Il nous est

necessaire de determiner la porosite drainable f du sol pour

IV-4 Mesure de la porosite drainable f.

Deux methodes nous permettent d 'evaluer la porosite drainable du sol.

La premiere on bouche la sortie des drains dans les abris et on irrigue les parcelles.

L'enregistrement du niveau d'eau et du volume irrigue

a

differents temps, nous permet d 'evaluer la porosite drainable. Ce test nous permet egalement de saturer le sol des parcelles lysimetriques.

La deuxieme on laisse les drains couler pendant que la nappe d'eau s'abaisse . Aucune irrigation ne survient ace moment.

L'enregistrement du niveau de nappe versus volume d'eau recupere par les drains nous permet d'evaluer la porosite drainable du sol. Ce test etait effectue simultanement avec le cas de calcul de conductivite hydraulique avec rabattement de nappe en regime non permanent.

IV-5 Exemple de calculs

L'appendice B presente un exernple de calcul pour toutes les conditions de tests developpees plus haut. A l'exception des cas de calcul de conductivite par trou

a

tarriere et de la porosite drainable par rernontee de la nappe d'eau.

Le calcul de conductivite par trou

a

tarriere est une procedure relativernent standard et largernent connue par les ingenieurs agricoles ayant quelques notions des theories et de la pratique du drainage. C'est la raison pour laquelle aucun calcul detaille de cette procedure ne sera montre dans ce· rapport. Ceci n'empeche pas les tests de conductivite hydaulique par trou ' _{a tar r iere de prendre une large} importance dans les resultats de notre experience. Il faut preciser que le trou

a

1.2 m de profondeur sert

a

evaluer Kl et le trou

a

1.8 m determine Kavg. Les parcelles choisies sont montrees

a

la Figure 5 et une analyse statistique des resultats a ete faite (voir Appendice

C).

Le calcul de porosite drainable pour la remontee de la nappe d'eau par irrigation n'a pas·

ete

effectue pour des raisons expliquees dans la section "resultats et discussions"

(voir section V) .

La ser ie de tests ~ 6 citee en exemple auparavant servira d'exernple pour les calculs execute en appendice B.

IV-6 Consideration de 1' imperfection du modele utilise (Les parcelles lysimetriques)

Les causes d I er reurs inherentes

a

1 I utilisation des

parcelles lisymetriques comme instrument pour nos experiences ne sont pas negligeables et nous devons considerer certains aspects de ces erreurs dans nos calculs.

A noter que tous les calculs executes

'

taus les

tableaux de resultats calcules sent presentes dans ce tiavail

avec les valeurs non modifiees. C1_{est-a-dire sans}

consideration d'un facteur de correction pour les erreurs. Les facteurs causant les errreurs sent decrits dans les

lignes qui suivent et sont analyses

a

la section V. (section

Discussion)

IV-6-1 Uniformite de l'irrigation

Des canaux d'irrigation de surface ant ete creuses sur

les parcelles lysimetr iques dans le but d 1

uniformiser

l'irrigation. Dans nos calculs nous considerons que

1' irrigation a ete relativement uniforme et que la nappe

d I eaU est repartie

a

Un niveaU UnifOrffie SUr tOUte la

parcelle. Les resultats immediats obtenus lors des

experiences ant rnontre que notre approximation se rapproche de la realite.

IV-6-2 Uniformite des proprietes du sol

Nous avons deja rnentionne que le sol avait ete derange lors de la pose

des drains. Le testE 3 nous montre comment l'uniformite des proprietes

Figure A-1

du sol peuvent et Discussion) .

influencer nos

IV-6-3 Les ev enements hydrologiques

resultats (voir

Durant les tests les evenements hydrologiques tels que la pluie ou l'evaporation doivent etre pris en consideration pour les calculs. A noter qu'aucun test se produisant lors d'une pluie n'a ete pris en consideration pour les calculs que nous avons faits. L'evaporation est un facteur qui s'est avere le plus souvent negligeable par rapport aux autres quantites d'eau considerees dans les calculs.

IV-6-4 Les fuites d'eau

Un dernier facteur tres important a considerer dans 1 'evaluation des propr ietes du sol consiste en ce que les parcelles lysimetriques peuvent avoir des fuites d'eau importantes soit par percolation profonde ou simplement par fuites d'eau

a

travers des plastiques de separation.

Les causes des fuites n'ont pas toutes ete identifiees de fagon precise mais nous savons que des fuites majeures

peuvent se produire par percolation profonde entre

l'exterieur et l'interieur des parcelles. Nous avons tente

d'evaluer les pertes d'eau par differentes methodes.

Un test avec des piezometres places sur la parcelle

10 nous a permis de detecter les fuites avec l'observation

des mouvements d' eau par gradient de press ion. Nous permettant ainsi d'evaluer qualitativement les fuites d'eau

des parcelles. (voir Figure 5 pour emplacement des piezometres et Figure 7 pour un schema d'installation}

Une methode utilisee pour evaluer quantitativement les

fui tes d 'eau des parcelles consiste en 1' evaluation des

debits d'entree et de sortie lors de l'atteinte du regime

permanent avec position de nappe d'eau stable. A ce moment

l'equation suivante peut etre consideree pour faire un bilan

des quantites d'eau.

Qirrigation

=

Qdraine

+

Qevaporation + Qfuite

+

Qemmagasine dans le sol

Le dernier terme de l'equation est amene

a

zero puisque le sol a ete sature avant que les conditions de stabilite

arrivent. L'evaporation est normalement consideree

negligeable par rapport aux autres termes de l'equation.

Au moment de l'obtention du regime permanent pour la parcelle

t9

Qirrigation = 0.139 m/jour Qdrainage = 0.106 m/jour Qevaporation= 0 m/jour Donc,Qfuite = 0.033 m/jour

Soit 23 %de l'irrigation sur cette parcelle.

"'

Pendant ce meme test, des valeurs de Qfuite ega1ent

a

47%,67% et 18% ont ete enregistre sur les parcelles~l0,11,12

respectivernent. Une· valeur moyenne de Qfuite de 30% a ete evalue en rapport avec l'irrigation totale pour ce test.

Un test a ete effectue specifiquement dans le but d'evaluer les fuites des parcelles. Il s'agit du t~st #4 (voir Figure A-2). La nappe d'eau a ete remontee jusqu'a la surface par irrigation. L'irrigation fut stoppee et aucun drainage n' a ete effectue. L'abaissement de ·la nappe s'effectue par fuite ou par evaporation.

L'abaissement moyen de la nappe d'eau dans le premier intervalle de temps du test ~ 4 pour la parcelle ff9 a ete :

abaissement moyen = 13.33 cm

Soit un rythme de 0.65 cm/hr ou de 0.0001 m/jour.

Des valeurs rapprochees

a

ce dernier resultat ont ete calculees pour les autres parcelles durant le meme test •

A remarquer la difference frappente entre les resultats de ce dernier ·test et le calcul de fuite avec !'equation de regime permanent. On ne peut negliger cette difference dans notre analyse. (Voir section V)

V

=

RESULTATS

Er

DISCUSSIU'5

V-1 Conductivite hydraulique

V-1-1- Les tests de oonductivite hydraulique

par

trous de tari'ere

Les tableaux 1-1 et 1-2 nous rrontre les resultats obtenus pJur les calculs de conductivite hydraulique par trous

a

tar iere. Egalement dans ce tableau la rroyenne ar i trnnetique Krroy et le coefficient de variation CV sont montres pour chague parcelle et pour les deux profondeurs de

tests.

De hauts coefficients de variation ont ete enregistres pour certaines parcelles demontrant les larges possibilites de variation p::>ur les propr ietE~s mesurees. Par exemple un C. V. de 103 % p::>ur la oonductivite hydraulique Kl de la parce1le ~ 5 et un C. V. de 130 % pour la parcelle ij:l2 ont ete enregistres.

Le graphique 1 nous montre que les resultats des conductivites hydrauliques a la profondeur de test de 1.8 metre suivent une distribution logarithmique. Les tests statistigues parametriques (T-test, F-test) sont applicables seulement aux variables normales (Me In tyre, Tanner 1959) .

c •

est p::>urquoi 1es tests de conductivite hydraulique par trous

a

tarriere ont ete analyses avec des tests statistiques

non parametriques (voir Appendice-c}.

Les resultats des tests statistiques non para1retriques pour les tests de conductivite hydraulique par trous

a

tarriere ont montre que :

Pour Kl, trou

a

1,2 metre de profondeur les parcelles ~11 et *12 sont significativement differentes de la parcelle

~1

a

un niveau de signification alpha

=

0,05.

Pour kavg, trou

a

1,8 metre de profondeur les parcelles

~11 et #12 sont significativernent differentes des parcelles ~1 et ~ au rneme niveau de signification.

Il serrble que les parcelles du sua

lJ

10, 11, 12 p::>ssedent des conductivites hydrauliques beaucoup plus petites et significativement differentes des parcelles du nord*l, 4.

Jacques Millette dat1s son exp2r ience preliminaire en

1981 avait denote une telle difference entre les parcelles du sud et du nord pour la conductivite hydraulique.

Les resultats obtenus avec les tests par trous

a

tariere montrent clairement les variations possibles de la conductivite hydraulique dans 1 'espace restraint que represente les parcelles lysimetriques.

par rapport a la validite de ces resultats. Est-ce que les tests ont ete effectues selon la norme ? Est-ce que 1 'application des tests de conductivite hydrauligue est valable pour un sol organique ? Les differences obtenues sont-elles dues au sol lui-meme ou a l'erreur experimentale

? Est-ce que 1 'endroi t choisi pour effectuer les tests, c'est-a-dire la ou les trous ont ete creuses, etait propice a l'evaluation exacte de la conductivite hydraulique de la parcelle ?

A toutes ces questions peuvent venir de nombreuses reponses. Plusieurs autres heures de tests seraient necessaires pour pouvoir parvenir

a

une reponse precise et affirmative a ces questions. Ces dernieres ne sont pas les objectifs principaux de ce travail mais elles nous amenent a nous interroger sur la validite des resultats en rapport avec les objectifs precis mentionnes au chapitre III

Il n' en reste pas mains que nous nous devons de considerer les tests de conductivite hydrauligue par trous a tarriere comrne valables pour notre analyse. Tbus' les tests ont ete effectues de rnaniere scientifigue et les resultats analyses de la meme fagon. Se guestionner sur la base merne de 1 'application des tests peut etre 1 'objet d 'un autre projet de recherche.

V-1-2- Les tests de conductivite hydraulique avec l'aide des equations d'espacement des drains.

Le graphe 2 montre la relation debit versus hauteur de

nappe d'eau pour un test de drainage (test~) execute sur

les parcelles lysimetriques.

A r~~rquer la concordance de nos resultats

a

ceux des resultats des experiences de Jacgues Millette en 1981. Des niveaux d'eau et des debits plus hauts ont ete atteint grace

a

l'irrigation.

Les debits et hauteurs d'eau d'un test nous permettent d 'utiliser les equations des drains pour calculer la conductivite hydraulique.

V-1-2-1- L'eguation de Hooghoudt.

Le tableau 2 presente les valeurs obtenues PJUr les

calculs de conducti vi te hydrauligue Kavg, avec 1 'aide de 1' equation de HC>O<]houdt lors du cas des observations de nappe d'eau stable en regime permanent pour les differentes series

de tests. Le graphe 2 montre la distribution logarithmique

de probabili te des valeurs de conductivite hydraulique obtenue avec l'equation de Hooghoudt.

Encore une fois nous avons du utiliser le test-statistique non parametrique de Kruskal-Wallis pour

comparer les differences entre les oarcelles. j_ Aucune difference significative n'a ete denotee entre les parcelles testees.

Pour expliquer cette derniere oonstatation nous n'avons

qu'a

regarder quelles parcelles ont ete evaluees. Il s'agit

en effet des parcelles situees au sua (#9,10,11,12} Cornme les tests par trous

a

tarriere nous 1 'ont derrontre ces parcelles sont regroupees dans la meme categorie de oonducti vi te hydr aulique. Il se peut cependant que les tests n'aient pas ete assez precis pour denoter une difference,ce qui est douteux. IX>nc nous n' avons pas de differences significatives pour les tests en en regime permanent.

Le tableau 2 montre les moyennes et le coefficient de variation obtenus pour chague parcelle aux differents tests s'appliquant aux conditions de l'eguation de Hooghoudt.

Encore une fois les resultats obtenus par les tests en regime permanent nous amenent

a

nous poser certaines questions. Est-ce que la formule de Hooghoudt s'applique dans notre cas ? Est-ce que la nappe d' eau rejoint la forme elliptique desiree pour les calculs avec 1 'equation de Hooghoudt ? Nous avons considere les parcelles comme independantes les unes des autres, pourtant certains tests demontrent bien 1' interdependance des parcelles. Est-ce qu'un sol organigue est different d'un autre sol pour ce qui est de la definition de la conductivite hydraulique ?

Iburquoi a-t-on choisi HCXX]houdt et non une autre equation de regime permanent ?

Toutes ces questions d~11anderaient beaucoup plus de precisions et de tests experimentaux supplementaires fOUr

arriver

a

des reponses precises.

Les facteurs irnportants

a

consider er sont; les fui tes d'eau au dehors et entre les parcelles ( voir section V-3)et

la nafP:? d I eaU qui n I atteint paS la fOrffie elliptique dUe

a

la

resistance d'entree offerte soit par le sol autour du drain ou par le drain lui-m€me.

A

Malgre toutes ces contraintes nous avons quand meme utilise le rnodele de Hooghoudt pour la conductivite hydraulique des parcelles. L' a vantage de tester avec un rnodele de la sorte est le fait que l'on oonsidere la parcelle dans son enti te pour le calcul d 'ou une precision

relativement valable algebrigu~11ent.

V-1-2-2- L'eguation de Clover~asland

Les resultats de calculs sont rnontres aux tableaux 3-1

a

3-6 pour l'evaluation de oonductivite hydraulique dans le cas de l'application de l'equation de Clover-Maasland.

Il s'agissait en premier lieu de se referer au schema de rabattement (voir figures Appendice A) p::>ur calculer la oorosite drainable du sol dans l'intervalle de niveau de la

nappe d'eau do~nee. Par la suite, de faire un calcul de conducti vi te hydraulique PJUr les differents intervalles

(voir APPENDICE B-2 }. Il est done evident que la valeur de conductivite hydraulique obtenue est largement dependante du

resultat du calcul de la parasite drainable.

Les tableaux 3-1

a

3-6 montrent egalement des conductivites hydrauliques calculees

a

partir d'une moyenne des parasites drainables obtenue :r;:our le profil considere. Des variations enormes se produisent a travers differentes

strates d'un meme profil, principalement du

a

la parasite drainqble calculee.

Encore une fois jusqu'a quel point les tests sont-ils valables ? D'ou vient l'erreur s'il yen a ? Ce sont des parametres difficiles

a

evaluer meme apres de nombreux tests. L'analyse ainsi que les experiences seraient effectuees d'une fagon totalement differente si on voulait tester 1 'applicabilite des equations. Ce qui n'a pas ete l 'objet de notre experience.

No us nous devons encore d' interpreter nos resultats comrne ils sont, avec des erreurs probables mais non quantitativement determinables. Le cas de rabattement de la na.ppe d 'eau en regime non permanent est theor iquement la plus orecise des methodes de calcul a cause des courts intervalles

.&::

de niveau d'eau pris en compte et de la consideration de 1 I eCOUlement deS drainS SeUlement. Aucune irrigation

a

considerer, simplifiant et diminuant ainsi les causes d'erreurs. Cependant dans notre cas le test a perdu de sa precis ion par la fagon dont la r:orosi

te

drainable a ete evaluee.

V-1-3- Comparaison des resultats

Dans cette .section, le but de la discussion est de pointer les differences ou ressemblances des resultats de calculs de conductivite hydraulique par les differentes methodes de tests utilises. Tbus les resultats ne peuvent etre compares systematiquement mais certains cas sont interessants

a

noter.

Par exemple, la.parcelle ~10 a ete la parcelle testee le plus frequemment et il est interessant de remarquer que les coefficients de variation pour Kl obtenus par trous

a

tarriere et par regime permanent se rejoignent

a

7% environ

(voir Tableau 1 et 2).

En grandeur, les moyennes des Kavg se ressemblent egalement :

trous

a

tarriere Kavg

=

0,3801 regime permanent Kavg

=

0,4185

En ce qui concerne les tests avec rabatte~ent de nappe pour la parcelle

:#10 1 les valeurs semblent se rapprocher de celles

ffientionneeS Ci -haUt 1 p:>Ur CertaineS COUCheS evalueeS ffiaiS sans signification evidente. Pour toutes les autres parcelles ou resultats obtenusl certaines correlations peuvent etre analysees mais il ne semble pas y avoir une evidente relatiOD

a

travers une meTLe parcelle.

Nous pouvons done affirmer que les conductivites hydrauligues obtenues dependent soit des methodes de calcul utilisees soit des erreurs non controlees ou non controlable lors des experiences. AucQne autre parcelle ne semble avoir une correlation significative des resultats pour les differentes meb,odes de tests. Plusieurs facteurs peuvent expliquer la non correlation des resultats :

- Les erreurs experimentales associees

a

chaque metl1ode de test peuvent amener

a

des differences dans les resultats. Par exernple le fait que les tests en regime permanent peuvent avoir ete faits dans des conditions de non permanence. Ou 1 I enOrffie err eUr que peUt ap:r;orter _ leS fui teS d I eaU deS parcelles lysimetriques.

En effet 1 les tests par piezometres1 le bilan de quantite d'eau lorsque la condition de regime permanent etait atteinte1 et le test de fuite sans drainage (test #4) ont rnontre que les fuites d 'eau etaient importantes et influencent les resultats des tests d' irrigation et de drainage des parcelles.(voir section IV-6-4)

Ces fuites d'eau ont un effet sur les resultats si l'on considere que l'evaluation du coefficient de drainage R

provient du debit des drains et que ce debit n'est pas vraiment celui du regime permanent Ceci Ltlplique que la oonductivite hydraulique evaluee avec l'equation de Hooghoudt·

est faussee.

- _{Les variations des propr ietes du sol peuvent amener}

a

des resultats differents. Cette derniere affirmation rejoint les objectifs du depart.

- Les meG,odes de test elles-memes sont des sources de variation PJUr les resultats. Le fait que les trous

a

tarriere evaluent la oonductivite hydraulique en un point et que le test en regime permanent evalue la conductivite

a

travers toute la parcelle amene

a

des differences qui doivent appara1tre evidentes dans les resultats.

V-2- Porosite drainable

Deux methodes ont ete utilisees pour calculer la porosite drainable des parcelles lysimetriques.

v-2-1- La remontee de la nappe d'eau versus l'irrigation des parcelles

re

test

#

3 est un exe.111ple de ce genre de test. La figure A-1 montre les niveaux de la nappe d'eau

a

differents temps

dans le test. Les ni veaux de nappe d 'eau ainsi que les debits d'irrigation ont ete enregistres.

Il faut voir que les parcelles if 9 et tflO furent irrigu6es

a

des t~~ps successifs. Un trait commun

a

ces deux parcelles : le .niveau de la nappe d'eau monte beaucoup plus

rapidement au centre des parcelles que sur les rotes. Cette situation peut etre causee par la non-uniformi te de l'irrigation ou par le derang~~ent du sol du

a

la pose des drains.

A remarquer que la parcelle ~11 n'a pas ete irriguee et que le ni veau d 'eau s 'est quand meme eleve dans cette parcelle, denontr ant la non inde}?endance des parcelles en ce qui concerne les fuites d'eau par percolation profonde.

Meme s'ils n'ont pas apparus evidents

a

premiere vue, ces deux facteurs importants peuvent avoir ete la cause de nombreuses erreurs dans les calculs qui ont ete executes plus haut.

Le calcul de parasite drainable par cette methode s'est avere impraticable du

a

la non-uniformi te des ni veaux de nappe d'eau.

V-2-2- Le rabattement de la nappe d'eau versus le drainage des parcelles

La methode refere

a

la section IV-4 pour la description et l'appendice B-3 pour un exernple de calcul. Les tableaux 3-1

a

3-6 montrent les porosites drainables obtenues pour les parcelles observees dans les tests~6 et ~9.

Chacune des valeurs calculees represente la :pJrosi te drainable d'une couche de sol. Cette couche de sol se situe entre les deux niveaux de nappe d'eau delL~itant les calculs (voir appendice B-3) • Nos resultats sont des fX)rositE~s

drainables pour differentes strates de sol, ce qui est desirable PJUr tenir compte des variations des proprietes avec la profondeur.

Cependant nos resultats semblent varier de fagon peu concordante avec ce que l'on pourrait s'attendre d'un sol organique.

c •

est-a-dire une PJrosi te de moins en moins

grarrle

a

rresure que 1 'on descend dans les parcelles. Au lieu

nos resultats sont disperses et lorsque les niveaux de nappe d'eau sont tres espaces, c'est-a-dire lorsgue l'intervalle de temps :pJUr prendre des releves de nappe a ete long, une porosite drainable elevee guantitativement a ete calculee.

Encore une fois la methode de calcul de rx:>rosite drainable semble avoir un effet sur les resultats. Le

d 'erreur imfX)rta11te puisque les ni veaux de nappe ont ete interpole

a

partir des trois points releves avec les puits d'observation.

A remarquer que les calculs de la rorosite drainable

pour les differentes couches ont ete faits

a

partir des

donnees des tests de conductivite hydraulique par rabattement de la nappe en regime non permanent. Ainsi les calculs de oonductivite hydraulique dans ce cas est totalement dependant du calcul de porosite drainable. Done nous ne devons pas nous etonner des larges variations obtenues pour la oonductivite hydraulique en regime non permanent.

V-3 Les fuites d'eau.

Sur quelle valeur faut-il se baser pour nos calculs? Le

cas de regL-ne permanent semble avoir d'enormes fuites

a

comparer au test ;t4. Ou _{est cette eau manquante?} Le test

en regime permanent en etait-il vraiment un? Qu'est-ce qui nous le prouve?

Encore une fois les reiX'nses .

a

toutes ces ques-tions

demeurent tres vagues. Plusieurs autres tests seraient

necessaires pour determiner de fac;on tres precise les causes des fuites et la guantite exacte de fuite dans les parcelles.

Il faut noter que le test de fuite en regime permanent s' effectue de fagon dynarnique et les oondi tions de tests

peuvent varier

a

chaque test. L'erreur associee

a

calcul de fuite avec le regime permanent peut etre considerable • Ceci explique en partie les resultats obtenus par ce test.

Spec if ions encore une fois que tous les calculs de conductivite hydraulique et porosite drainable executes dans ce rapport pouvant avoir ete influences par les fuites d'eau

ont ete fait sans tenir compte de ces fuites. Simplernent

parce que le facteur de correction necessaire p:>ur la correction des resultats n'a pas ete determine precisement.

VI --<DNCLlEION

De cette experience nous pouvons deduire

- Les tests de conductivite hydraulique par trous

a

tarriere s'averent revelateurs d'une difference significative

{alpha = 0,05) entre les parcelles sud (~10,11) et les parcelles nord {#1,4).

- En grandeur,certaine des conductivites hydrau1igues

a

1' inter ieur d 'une meme parcelle peuvent reve1er des coefficients de variation plus hauts que 100%.

-La conductivite hydrau1ique eva1uee par l'equation de Hooghoudt n'a pas reveler de difference significative entre 1es resultats.

Les raisons • - Les parcelles evaluees sont des parcelles situees au nord et les trous

a

tarriere nous ont

A

revele que ces parcelles se retrouvent dans une meme categorie de oonductivite hydraulique.

- La methode de test peut ne pas avoir ete assez precise pour reveler des differences significatives.

- La conductivite hydraulique eva1uee par l'equation de Clover-Maasland est largernent dependante du resultat des valeurs de porosite drainable et ces dernieres ont revele de

larges variations. Pr incipaletttent

a

cause de la methooe utilisee pour evaluer les proprietes, on peut attribuer une large erreur aux resultats de :f:X)rosite drainable. Ainsi la conductivite hydrauligue dans le cas de rabattement possede de larges variations et une large erreur.

- Les resultats de conductivite hydraulique obtenus par les differentes me~hodes de test n'ont pas de correlation significative et ainsi les valeurs quantitatives trouvees sont largement dependantes des methodes de test. Chaque methode possede des possibilites d'erreur qui n'ont pas pu etre toutes identifiees.

La quanti te des valeurs trouvees par les tests des trous

a

tarriere nous a permis de faire une analyse plus certaine et d 'en tirer des conclusions plus certaines. Cependant les tests ont une deficience en ce qu' ils n'evaluent la conductivite hydrauligue que point par point, ne representant pas 1' aspect global de 1' eau s' infiltrant dans le drain.

- Les autres methodes de tests utilises sont des methodes dynamigues de tests sur les parcelles lysimetriques dans leur entite. Ce qui au depart se~lait nous fournir un rnoyen d' etre plus precis mais il s' est avere que les caracteristiques inherentes

a

ces parcelles nous ont causee les plus larges taux d'erreur. Je veux parler ici des fuites d'eau des parcelles vers l'exterieur ou entre elles.