Effet de la variabilité spatiale des états de surface du sol sur le partage infiltration-ruissellement : caractérisation expérimentale par photogrammétrie et première modélisation
Résumé
Soil surface properties can affect and control the dynamics of the rainfall distribution between infiltration-detention-runoff. These affects must be better understood and integrated into models of runoff. From an experimental point of view, it lacks an effective measure of detention surface that requires a reliable measure of the soil surface microrelief. From a theoretical point of view, the laws used in the infiltration-runoff models, considering a homogeneous environment, may be inadequate because the soil is a complex and heterogeneous milieu. The objective of this work involved therefore these two aspects. As a first step we have developed a sensor photogrammetric (hardware and software) on the one hand to obtain digital elevation models in a small-scale (area of 1 m2), precise and with a fine resolution (1 mm in both directions horizontal), and on the other hand to monitor the water detention on the soil surface during rainfall. This sensor has been validated by comparison with a reference sensor (laser scanner). In a second step, we characterized the effect of the heterogeneity of soil and microrelief of its surface in the infiltration-runoff modeling. To better understand the role of the heterogeneity of the ground in water partition using infiltration–runoff models, we worked under simulated rainfall on a parcel of 1 m2, horizontal, without any marked roughness or apparent variability of surface. The results showed that there is a high variability of local hydrodynamic properties (retention and hydraulic conductivity curves). The influence of these heterogeneities on the runoff was determined by using the model PASTIS. Experiments in controlled conditions on a soil maquette have helped to connect the distributed infiltration and the genesis of the surface runoff. A code was finally developed and validated to manage the distribution side of excess water on the surface. This code can be coupled to a 3D mechanistic-distributed infiltration model infiltration distributed
La répartition des pluies entre infiltration, détention superficielle et ruissellement sous contrôle dynamique des états de surface doivent être mieux compris et intégrés dans les modèles de ruissellement. D’un point de vue expérimental, il manque une mesure effective de la détention superficielle qui nécessite une mesure fiable du microrelief du sol. D’un point de vue théorique, les lois utilisées dans les modèles en considérant un milieu homogène peuvent être inadéquates car le sol est un milieu complexe et hétérogène. L’objectif de ce travail concernait ces deux aspects. Dans un premier temps nous avons développé un capteur photogrammétrique (matériel et logiciel) d’une part pour obtenir des modèles numériques de terrain à petite échelle (surface de 1 m²), précis et avec une résolution spatiale fine (1 mm dans les deux directions horizontales), et d’autre part pour suivre l’évolution de la détention superficielle d’eau au cours de la pluie. Ce capteur a été validé par comparaison avec un capteur de référence (rugosimètre laser). Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé l’effet de l’hétérogénéité du sol et du microrelief de sa surface dans le partage infiltration-ruissellement. Pour mieux comprendre le rôle des hétérogénéités du sol dans le partage infiltration–ruissellement, nous avons travaillé sous simulation de pluie sur une parcelle naturelle de 1 m², horizontale, sans rugosité marquée ni variabilité apparente des états de surface. Les résultats ont montré qu’il existe une forte variabilité locale des propriétés hydrodynamiques (courbes de rétention et de conductivité hydraulique). L’influence de ces hétérogénéités sur le ruissellement a été déterminée par l’utilisation du modèle PASTIS. Des expérimentations en conditions contrôlées sur une maquette physique de sol ont permis de mettre en relation l’infiltration distribuée dans le sol et la genèse du ruissellement à la surface. Un code a finalement été développé et validé pour gérer la redistribution latérale des excès d’eau à la surface du sol. Ce code peut être couplé à un modèle mécaniste d’infiltration distribuée 3D
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