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Interaction Gouttes de Pluie - Transport de Sédiments : Etude Expérimentale

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Academic year: 2021

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Texte intégral

(1)

HAL Id: hal-02795581

https://hal.inrae.fr/hal-02795581

Submitted on 5 Jun 2020

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Interaction Gouttes de Pluie - Transport de Sédiments : Etude Expérimentale

Amina Nouhou Bako, Frédéric Darboux, Francois James, Carine Lucas

To cite this version:

Amina Nouhou Bako, Frédéric Darboux, Francois James, Carine Lucas. Interaction Gouttes de Pluie - Transport de Sédiments : Etude Expérimentale. 4. école EGRIN, Ecoulements Gravitaires et RIsques Naturels, May 2016, Piriac-sur-Mer, France. �hal-02795581�

(2)

Egrin 2016

(3)

Enjeux

(4)

Introduction

Modèles d'érosion : USLE (Wischmeier et Smith (1978)), EUROSEM (Morgan et al. (1998)),

WEPP (Nearing et al. (1989)), LISEM (Roo et Jetten (1999)) etc ...

(5)

Figure1 : Efficacité des modèles d’érosion. Source : Jetten et al. (1999).

Introduction

Modèles d'érosion :

Efficacité ?

USLE (Wischmeier et Smith (1978)), EUROSEM (Morgan et al. (1998)),

WEPP (Nearing et al. (1989)), LISEM (Roo et Jetten (1999)) etc ...

(6)

Cadre de l'étude : érosion diffuse

Ensemble de processus provoquant la dégradation du sol sous l'action de l'eau

Érosion hydrique des sols :

Processus : Détachement +Transport + Sédimentation

(7)

Cadre de l'étude : érosion diffuse

Érosion hydrique des sols :

Processus : Détachement +Transport + Sédimentation

2 grands types d'érosion hydrique :

Érosion diffuse : faibles vitesses d'écoulement

faibles épaisseurs de lame d'eau Érosion concentrée : fortes vitesses d'écoulement

Ensemble de processus provoquant la dégradation du sol

sous l'action de l'eau

(8)

Les mécanismes d'érosion diffuse pris en compte dans les modèles

Détachement

Transport + sédimentation

x

(9)

Détachement

Transport + sédimentation

x

Objectif général de notre étude : étudier l'effet des gouttes de pluie dans les différents processus de l'érosion diffuse

Les mécanismes d'érosion diffuse pris en compte

dans les modèles

(10)

Transport : rôle des gouttes =

Détachement : rôle des gouttes = détachement des particules de sols

État de l'art : effet des gouttes de pluie

Transport par Splash

Translation par la lame d'eau

(11)

Transport : rôle des gouttes =

Objectif spécifique : Étudier expérimentalement l'effet de la pluie sur la vitesse de sédimentation des particules

Détachement : rôle des gouttes = détachement des particules de sols

État de l'art : effet des gouttes de pluie

Sédimentation : rôle des gouttes ?

Calibrations de la vitesse de sédimentation :

Pas de mesures expérimentales...

Transport par Splash

Translation par la lame d'eau

(12)

h u

Sortie

A. Principe de l'étude

Zone expérimentale 50 cm

Détachement éliminé : -h>3d

-fond rugueux

(13)

Sédiments (100-200 µm) au-dessus de la lame d'eau

u

Sédiments

h

Sortie

A. Principe de l'étude

Zone expérimentale 50 cm

Détachement éliminé : -h>3d

-fond rugueux

Les sédiments sont transportés par la lame d'eau avant de sédimenter

(14)

Pluie

u

Sédiments

h

Sortie

A. Principe de l'étude

Zone expérimentale 50 cm

Détachement éliminé : -h>3d

-fond rugueux

Les sédiments sont transportés par la lame d'eau avant de sédimenter Sédiments (100-200 µm)

au-dessus de la lame d'eau

(15)

Pluie

u

Zone expérimentale 50 cm Sédiments

h

Sortie

Détachement éliminé : -h>3d

-fond rugueux

A. Principe de l'étude

Pas de mesure directe de la vitesse de sédimentation

Comparaison de la concentration à la sortie : -Sans pluie -Avec pluie

Sédiments (100-200 µm)

au-dessus de la lame d'eau

(16)

B. Dispositif expérimental

Pluie

u

Zone expérimentale 50 cm Sédiments

h

Sortie

Dimensions : 1,5mx0,5m

(17)

1. Simulateurs de Pluie

Simulateur à buses oscillantes

Intensité (mm/h) 175 (écart-type=5)

Diamètre moyen (mm) 1,6

Énergie cinétique (J.min

-1

.m

2

) 18

Avantage : -permet de faire ressortir l'effet des gouttes -faible variation spatiale

Inconvénient : pluie discontinue

(18)

1. Simulateurs de Pluie

Simulateur à buses oscillantes

Simulateur à tuyau poreux

Intensité (mm/h) 175 (écart-type=5)

Diamètre moyen (mm) 1,6

Énergie cinétique (J.min

-1

.m

2

) 18

Intensité (mm/h) 50

(écart-type=10)

35

(écart-type=7)

13

(écart-type=3)

Diamètre moyen (mm) 3 3 3

Énergie cinétique (J.min

-1

.m

2

) 30 19 7

Inconvénient : pluie discontinue

Avantage : -permet de faire ressortir

l'effet des gouttes

-faible variation spatiale

(19)

2. Conditions hydrodynamiques

Hauteur d 'écoulement

Écart-type = 1 mm

Mesures avant Pluie

SPi : i

ème

expérience sans pluie

Pi : i

ème

expérience avec pluie

(20)

2. Conditions hydrodynamiques

Hauteur d 'écoulement

Écart-type = 1 mm

(21)

Écart-type = 1 l.min

-1

2. Conditions hydrodynamiques

Débit d 'écoulement

Contribution de la pluie : 0.8 l.min

-1

Réglage du débit

(22)

2. Conditions hydrodynamiques

Vitesse d 'écoulement

Écart-type < 1 cm.s

-1

(23)

3. Apport en sédiments

Débit de sédiments :

apport homogène sur toute la largeur du banc

0.23 g.min

-1

.cm

-1

de largueur

du banc (écart-type= 0.02 g.min

-1

.cm

-1

)

contrôlé par un moteur (mode micro-

pas)

(24)

C. Résultats expérimentaux

(25)

Résultats expérimentaux : Buses Oscillantes

Sédiments à l'exutoire

Environ 35% de moins avec la pluie

Sans Pluie

Avec Pluie

(26)

Résultats expérimentaux : Buses Oscillantes

Sans Pluie

Avec Pluie

Sédiments à l'exutoire

La pluie accélère la sédimentation

des particules

Environ 35% de

moins avec la pluie

(27)

Résultats expérimentaux : Tuyaux Poreux

Sans Pluie

Pluie de 50 mm/h Pluie de 35 mm/h

Pluie de 13 mm/h

La pluie accélère la sédimentation des

particules

L' effet de la pluie ne semble pas linéaire !

Mécanisme sous-jacent ?

Sédiments à l'exutoire

Pas de répétitions 

des expériences!

(28)

Conclusions et perspectives

La pluie a bien un effet sur la vitesse de sédimentation des particules !

La pluie accélère la sédimentation des particules !

Besoin d'autres expériences :

pour quantifier l'effet de la pluie

pour comprendre le mécanisme sous-jacent

(idées bienvenues!)

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