Chapitre 4 : Caractérisation hydrodynamique des
sols
La redistribution de l'eau arrivant au sol est largement
conditionnée par les propriétés physiques
(rétention hydrique, conductivité hydraulique) des sols. Ces
propriétés sont contrôlées par la structure et la
texture des milieux poreux, très variables tant verticalement (selon les
horizons dans les profils de sol) que latéralement (suivant les
conditions de dépôt et les formations superficielles).
4.1. Transfert d'eau en milieu non saturé
La plupart des processus de transfert d'eau dans les sols se
déroulent dans des conditions caractérisées par une teneur
en eau inférieure à la saturation (Musy et Soutter, 1991).
4.1.1. Variables de base
Au niveau du formalisme, on considère que le sol est un
milieu poreux, homogène, incompressible et isotrope. A tout instant,
l'état hydrique du milieu poreux, non saturé peut être
défini par ses variables d'états : la teneur en eau volumique O
(cm3/cm3) et la pression matricielle hm
(cm).
4.1.2. Equation générale de
l'écoulement de l'eau
Les lois de transfert d'eau dans le sol sont régies par
l'équation de Darcy et la conservation de la masse. Pour
l'établissement de l'équation, l'écoulement est
considéré comme monodirectionnel et vertical et les mouvements
d'eau se font exclusivement en phase liquide.
? loi de Darcy
La première des relations d'hydrodynamique a
été proposée par Darcy (1856) cité par Musy et
Soutter (1991) pour un écoulement en milieu saturé et
étendue aux milieux non saturés par Richards (1931).
q=-K(O,z) dH (4-1)
dz
Où q (m/s) est le flux d'eau qui traverse une section
donnée en une unité de temps donnée; K(O,z) (cm/h) est la
fonction de conductivité hydraulique. Elle exprime la capacité du
sol à transmettre l'eau suivant son état de saturation
mesuré par O ou ?. La conductivité est minimale à
saturation;
O (cm3/cm3) est la teneur en eau
volumique. C'est une variable adimensionnelle qui donne le pourcentage
volumique de sol occupé par l'eau;
z (cm) est la profondeur de la couche de sol
considérée;
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Etat de l'art-Chapitre 4. Caractérisation hydrodynamique
des sols
H (cm) est la charge hydraulique. Elle est égale
à la somme du potentiel gravitaire et du potentiel de pression
matricielle hm (les potentiels chimique, osmotique et d'adsorption
sont négligés). La tension hydraulique ou pression matricielle
hm mesure l'état énergétique et traduit la plus
ou moins grande saturation du sol en eau. Elle est faible dans les sols humides
et augmente dans les sols secs. C'est une grandeur négative
exprimée en colonne d'eau. H représente l'énergie
potentielle totale de l'eau dans le sol à l'instant t à la
profondeur z. son expression se présente comme suit :
H=hm-z (4-2)
dH
est le gradient de charge hydraulique. Cette grandeur permet de
déterminer le sens de
dz
déplacement des flux hydriques lors de l'exploitation des
données des tensiomètres.
? Conservation de la masse
En absence de végétation, la conservation de masse
se présente comme suit :
?6
?t
=-divq? (4-3)
La combinaison des équations (4-1) et (4-3) aboutit
à l'équation générale des écoulements en
milieu non saturé définit par:
|
?6
?t
|
=div[K(6)×gradH(6)] 4-4)
|
En système monodimensionnel vertical, (4-4) devient :
?6
=
?t
?z [K(6)× ?h(6)
? ?z -1] (4-5)
| 
