Caractérisation hydrodynamique des sols non-saturés par infiltration des fluides newtoniens et non newtoniens PDF Download
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Author: Sofia Bouarafa Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 159
Book Description
Les eaux de ruissellement urbain sont dans certains cas dirigées vers des dispositifs d'infiltration appelés SuDS (Sustainable drainage systems). La caractérisation de l'hétérogénéité structurale de ces ouvrages est nécessaire pour garantir leur bon fonctionnement. Le but scientifique de la thèse est de développer une méthodologie de caractérisation hydrodynamique des SuDS par des techniques d'infiltrométrie in-situ simples et non destructives. La première approche abordée a pour objectif de décrire le fonctionnement hydrodynamique des SuDS en se basant sur des essais d'infiltration d'eau par le dispositif Beerkan et par infiltrométrie à disque à multi-tensions. Les courbes d'infiltration Beerkan ont été analysées par les trois méthodes BEST (Beerkan estimation of soil transfer parameters) : slope, intercept et steady, et les courbes d'infiltration établies par les infiltromètres à disque ont été étudiées par les méthodes analytiques validées dans la littérature. Ces techniques ont pu caractériser efficacement les ouvrages étudiés et ont révélé certains dysfonctionnements hydrodynamiques. La deuxième approche abordée dans ce travail s'intéresse à la caractérisation de la distribution des pores effectifs par l'analyse de l'infiltration de l'eau et des fluides non-Newtoniens à l'aide du modèle ANA (du nom de ses concepteurs Abou-Najm et Atallah) qui n'a été appliqué jusqu'à maintenant que sur des milieux poreux synthétiques sous des conditions hydrauliques contrôlées en laboratoire. Ce modèle a été ajusté aux SuDS en développant un protocole de mesures et une méthodologie de calcul des paramètres d'entrée du modèle à partir des données expérimentales de terrain, en combinant la méthode Beerkan, le modèle BEST et le modèle ANA. La comparaison des distributions obtenues aux résultats de l'approche classique d'estimation de la porosité effective par infiltrométrie a permis de confirmer l'efficacité de la méthode, d'identifier les limites des hypothèses considérées lors des calculs et de définir les perspectives envisageables pour améliorer la précision des résultats.
Author: Sofia Bouarafa Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 159
Book Description
Les eaux de ruissellement urbain sont dans certains cas dirigées vers des dispositifs d'infiltration appelés SuDS (Sustainable drainage systems). La caractérisation de l'hétérogénéité structurale de ces ouvrages est nécessaire pour garantir leur bon fonctionnement. Le but scientifique de la thèse est de développer une méthodologie de caractérisation hydrodynamique des SuDS par des techniques d'infiltrométrie in-situ simples et non destructives. La première approche abordée a pour objectif de décrire le fonctionnement hydrodynamique des SuDS en se basant sur des essais d'infiltration d'eau par le dispositif Beerkan et par infiltrométrie à disque à multi-tensions. Les courbes d'infiltration Beerkan ont été analysées par les trois méthodes BEST (Beerkan estimation of soil transfer parameters) : slope, intercept et steady, et les courbes d'infiltration établies par les infiltromètres à disque ont été étudiées par les méthodes analytiques validées dans la littérature. Ces techniques ont pu caractériser efficacement les ouvrages étudiés et ont révélé certains dysfonctionnements hydrodynamiques. La deuxième approche abordée dans ce travail s'intéresse à la caractérisation de la distribution des pores effectifs par l'analyse de l'infiltration de l'eau et des fluides non-Newtoniens à l'aide du modèle ANA (du nom de ses concepteurs Abou-Najm et Atallah) qui n'a été appliqué jusqu'à maintenant que sur des milieux poreux synthétiques sous des conditions hydrauliques contrôlées en laboratoire. Ce modèle a été ajusté aux SuDS en développant un protocole de mesures et une méthodologie de calcul des paramètres d'entrée du modèle à partir des données expérimentales de terrain, en combinant la méthode Beerkan, le modèle BEST et le modèle ANA. La comparaison des distributions obtenues aux résultats de l'approche classique d'estimation de la porosité effective par infiltrométrie a permis de confirmer l'efficacité de la méthode, d'identifier les limites des hypothèses considérées lors des calculs et de définir les perspectives envisageables pour améliorer la précision des résultats.
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La modelisation quantitative du transfert de l'eau et des solutes dans la zone non saturee des sols necessite la mesure in situ des parametres hydro-dispersifs. L'infiltrometrie sous pression controlee couplee a l'utilisation de traceurs de l'ecoulement de l'eau est pour cela un outil efficace et simple a mettre en uvre sur le terrain. La modelisation des transferts et l'analyse des resultats des calculs conduit a une methode simplifiee de caracterisation hydro-dispersive par infiltrometrie. La conductivite hydraulique k et la sorptivite s sont estimees a partir de l'analyse aux temps courts ou aux temps longs de l'infiltration cumulee. La methode mono-tracage est utilisee pour le calcul de la fraction d'eau mobile f. Une nouvelle methode d'estimation du coefficient de dispersion d est proposee. Elle est telle que d reste l'unique parametre a ajuster sur les donnees issues de l'echantillonnage du sol a la fin de l'infiltration. L'incertitude d'estimation est de plus definie pour chacun des parametres. Le domaine de validite des methodes est precise a partir de donnees generees numeriquement. Pour le calcul de k, s et f, il est defini a partir des temps caracteristiques de l'ecoulement de l'eau, de la lame de solution infiltree et de la dispersivite du milieu. La validite du mode de determination de d depend du nombre adimensionnel pext. Trois sols sont caracterises in situ. La porosite bimodale des deux premiers induit une forte augmentation des parametres hydrodynamiques a l'approche de la saturation, et de f avec la taille moyenne de pores hydrauliquement fonctionnels. Le troisieme est soumis a l'encroutement de surface. Les resultats de la caracterisation hydro-dispersive renforces par l'observation du reseau poral sur lames minces montre que le role des croutes de surface sur l'infiltrabilite est minimise par rapport a celui du sol sous-jacent. De plus, le sol sous-jacent semble protege de la coalescence par les croutes de surface.
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LA MODELISATION QUANTITATIVE DU TRANSFERT DE L'EAU ET DES SOLUTES DANS LA ZONE NON SATUREE DES SOLS NECESSITE LA MESURE IN SITU DES PARAMETRES HYDRO-DISPERSIFS. L'INFILTROMETRIE SOUS PRESSION CONTROLEE COUPLEE A L'UTILISATION DE TRACEURS DE L'ECOULEMENT DE L'EAU EST POUR CELA UN OUTIL EFFICACE ET SIMPLE A METTRE EN UVRE SUR LE TERRAIN. LA MODELISATION DES TRANSFERTS ET L'ANALYSE DES RESULTATS DES CALCULS CONDUIT A UNE METHODE SIMPLIFIEE DE CARACTERISATION HYDRO-DISPERSIVE PAR INFILTROMETRIE. LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE K ET LA SORPTIVITE S SONT ESTIMEES A PARTIR DE L'ANALYSE AUX TEMPS COURTS OU AUX TEMPS LONGS DE L'INFILTRATION CUMULEE. LA METHODE MONO-TRACAGE EST UTILISEE POUR LE CALCUL DE LA FRACTION D'EAU MOBILE F. UNE NOUVELLE METHODE D'ESTIMATION DU COEFFICIENT DE DISPERSION D EST PROPOSEE. ELLE EST TELLE QUE D RESTE L'UNIQUE PARAMETRE A AJUSTER SUR LES DONNEES ISSUES DE L'ECHANTILLONNAGE DU SOL A LA FIN DE L'INFILTRATION. L'INCERTITUDE D'ESTIMATION EST DE PLUS DEFINIE POUR CHACUN DES PARAMETRES. LE DOMAINE DE VALIDITE DES METHODES EST PRECISE A PARTIR DE DONNEES GENEREES NUMERIQUEMENT. POUR LE CALCUL DE K, S ET F, IL EST DEFINI A PARTIR DES TEMPS CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT DE L'EAU, DE LA LAME DE SOLUTION INFILTREE ET DE LA DISPERSIVITE DU MILIEU. LA VALIDITE DU MODE DE DETERMINATION DE D DEPEND DU NOMBRE ADIMENSIONNEL PEXT. TROIS SOLS SONT CARACTERISES IN SITU. LA POROSITE BIMODALE DES DEUX PREMIERS INDUIT UNE FORTE AUGMENTATION DES PARAMETRES HYDRODYNAMIQUES A L'APPROCHE DE LA SATURATION, ET DE F AVEC LA TAILLE MOYENNE DE PORES HYDRAULIQUEMENT FONCTIONNELS. LE TROISIEME EST SOUMIS A L'ENCROUTEMENT DE SURFACE. LES RESULTATS DE LA CARACTERISATION HYDRO-DISPERSIVE RENFORCES PAR L'OBSERVATION DU RESEAU PORAL SUR LAMES MINCES MONTRE QUE LE ROLE DES CROUTES DE SURFACE SUR L'INFILTRABILITE EST MINIMISE PAR RAPPORT A CELUI DU SOL SOUS-JACENT. DE PLUS, LE SOL SOUS-JACENT SEMBLE PROTEGE DE LA COALESCENCE PAR LES CROUTES DE SURFACE.
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LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE EST CONSACRE A LA CARACTERISATION HYDRODYNAMIQUE IN SITU DES SOLS, AU VOISINAGE DE LA SATURATION, PAR L'UTILISATION DES INFILTROMETRES A DISQUES A SUCCION CONTROLEE. L'ETUDE S'ARTICULE AUTOUR DE TROIS PARTIES. LA PREMIERE PARTIE FAIT L'INVENTAIRE DES METHODES EXISTANTES FONDEES SUR L'ANALYSE DES REGIMES PERMANENTS D'INFILTRATION AXISYMETRIQUE APPLIQUEE A LA SOLUTION DE WOODING. ON MONTRE QUE CELLE REPOSANT SUR L'APPLICATION D'UNE SERIE DE POTENTIELS IMPOSES EST LA PLUS STABLE ET N'EST PAS LIMITEE AUX SOLS QUASI-LINEAIRES. LA DEUXIEME PARTIE MONTRE COMMENT EXPLOITER, DANS LA PRATIQUE, UNE EQUATION SIMPLE DU REGIME TRANSITOIRE AXISYMETRIQUE POUR DETERMINER LA SORPTIVITE CAPILLAIRE ET LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE DES SOLS NON SATURES SANS ATTEINDRE LE REGIME PERMANENT. DANS CET OBJECTIF, UNE NOUVELLE METHODE DE DETERMINATION DE LA SORPTIVITE AUX TEMPS COURTS EST PROPOSEE, PRENANT EN COMPTE LES EFFETS DE LA COUCHE DE SABLE DE CONTACT. DIVERSES METHODES SONT ENSUITE PROPOSEES, TESTEES NUMERIQUEMENT ET COMPAREES AVEC L'APPROCHE CLASSIQUE, POUR L'ESTIMATION DE LA CONDUCTIVITE. ON MONTRE QUE LES ORDRES DE GRANDEUR COMPARABLES ENTRE EFFETS GRAVITAIRE ET CAPILLAIRE LATERAL SUR L'ECOULEMENT, POUR LA PLUPART DES SOLS EN PLACE, AUTORISE LA DETERMINATION A LA FOIS DE LA SORPTIVITE ET DE LA CONDUCTIVITE. UNE NOUVELLE ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE, PRENANT EN COMPTE LA COMBINAISON DE CES DEUX EFFETS, PEUT ETRE CALCULEE POUR LES INFILTROMETRES A DISQUE. LA TROISIEME PARTIE TRAITE LE CAS DES SOLS ENCROUTES POUR LESQUELS LES METHODES CLASSIQUES NE PEUVENT ETRE APPLIQUEES. L'UTILISATION D'UN MINITENSIOMETRE COUPLE AVEC L'INFILTROMETRE PERMET DE DISCRIMINER LES PHASES D'INFILTRATION DANS LA CROUTE ET DANS LE SOL SOUS-JACENT. LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE DE LA CROUTE EST ENSUITE ESTIMEE A PARTIR D'UNE SERIE DE MESURES DE SORPTIVITE. LES VALEURS AINSI OBTENUES SONT VALIDEES, PAR COMPARAISON DE MESURES DE RUISSELLEMENT, AVEC LES PREDICTIONS FOURNIES PAR UN MODELE D'INFILTRATION BI-COUCHE REPOSANT SUR LE PRINCIPE DE GREEN ET AMPT. ON MONTRE L'IMPACT CONSIDERABLE DE LA PRESENCE DE CROUTES D'EPAISSEUR CENTIMETRIQUE SUR LES VOLUMES RUISSELES
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ANALYSE DU CONFINEMENT DE L'AIR ET DU CARACTERE MULTIDIMENSIONNEL DE L'ECOULEMENT LORS DES ESSAIS DE CARACTERISATION HYDRODYNAMIQUE D'UN SOL PAR LA METHODE DU DRAINAGE INTERNE
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PREDIRE LA VITESSE D'ECOULEMENT DES EAUX POLLUEES PROVENANT DES DECHETS STOCKES DANS LES DECHARGES EST NECESSAIRE POUR EVALUER LES RISQUES DE CONTAMINATION DE LA NAPPE PHREATIQUE. PAR AILLEURS, L'ETUDE DES RISQUES D'INONDATION APRES UNE PERIODE PLUVIALE NECESSITE LA QUANTIFICATION DES FLUX D'EAU INFILTRES DANS LES SOLS NATURELS. CECI EXIGE LA CONNAISSANCE DES PROPRIETES HYDRODYNAMIQUES DU SOL A L'ETAT PARTIELLEMENT SATURE. CE TRAVAIL S'INTERESSE A L'INFILTRATION DANS LES SOLS FINS NON SATURES, INTACTS ET COMPACTES, AU LABORATOIRE ET IN SITU. UN DISPOSITIF DE MESURE EN REGIME TRANSITOIRE DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE EST MIS AU POINT ET DEVELOPPE AU LABORATOIRE. IL PERMET D'UTILISER LA METHODE DES PROFILS INSTANTANES PAR DES MINI-TENSIOMETRES. LES RESULTATS ONT MONTRE QUE SUR LES ECHANTILLONS COMPACTES, L'AUGMENTATION DE LA TENEUR EN EAU INITIALE DU SOL N'INFLUENCE PAS DE FACON SIGNIFICATIVE LA RELATION ENTRE SA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE ET SA SUCCION. TOUTEFOIS, ELLE REDUIT LA VITESSE D'INFILTRATION AINSI QUE L'AVANCEMENT DU FRONT D'HUMIDIFICATION. PAR AILLEURS, L'AUGMENTATION DE LA DENSITE DU SOL REDUIT SA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE POUR DES FAIBLES VALEURS DE SUCCION. LES CHEMINS D'ECOULEMENT PREFERENTIELS, CREES DANS LES EPROUVETTES COMPACTEES DYNAMIQUEMENT, ONT ETE ANALYSES A L'AIDE D'UN TRACEUR. UN SYSTEME DE TRAITEMENT D'IMAGES A PERMIS DE QUANTIFIER LES PARAMETRES INFLUENCANT CE TYPE D'ECOULEMENT. LE PERMEAMETRE DE GUELPH A ETE UTILISE DANS DES CAMPAGNES D'ETUDE IN SITU ET AU LABORATOIRE. IL A ETE MODIFIE ET ADAPTE AUX SOLS FINS TRES PEU PERMEABLES. LES VALEURS DE COEFFICIENT DE CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE SONT PLUS PETITES AU LABORATOIRE QUE IN SITU. EN PARALLELE, LES RESULTATS OBTENUS EXPERIMENTALEMENT ONT ETE COMPARES A CEUX PREDITS PAR DIFFERENTS MODELES ANALYTIQUES ; LA COURBE DE RETENTION EST TRES BIEN AJUSTEE PAR LE MODELE DE FREDLUND ET XING, PAR CONTRE LA CONDUCTIVITE OBTENUE PAR CE MODELE SOUS-ESTIME LES VALEURS EXPERIMENTALES
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L'UTILISATION, EN CENTRES DE STOCKAGE DE DECHETS, DE MATERIAUX DEFORMABLES PARTIELLEMENT SATURES COMME BARRIERES ETANCHES REND NECESSAIRE LA CARACTERISATION DE LEURS PROPRIETES HYDRODYNAMIQUES, EN PARTICULIER LEUR PERMEABILITE. CES DERNIERES SONT EXAMINEES ICI SOUS TROIS ANGLES ANALYTIQUE, EXPERIMENTAL ET NUMERIQUE. SI L'ON SUPPOSE APPLICABLE LA LOI DE DARCY POUR DES MILIEUX FAIBLEMENT PERMEABLES, LE TRANSPORT DE L'EAU EN MILIEU DEFORMABLE PEUT ETRE MODELISE DE MANIERE EQUIVALENTE EN COORDONNEES SPATIALES (FORMALISME EULERIEN) OU MATERIELLES (FORMALISME LAGRANGIEN). LES EQUATIONS DE TRANSFERTS AINSI ETABLIES RELIENT LES TROIS RELATIONS FONCTIONNELLES RETENTION, CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE ET COURBE DE GONFLEMENT. L'ANALYSE DE L'INFILTRATION EN MILIEU NON SATURE, TENANT COMPTE DU CHEMIN DE DEFORMATION, PERMET ALORS D'INTRODUIRE LE CONCEPT DE SORPTIVITE APPARENTE DE LA PHASE SOLIDE, COMPLEMENTAIRE DE CELUI DE SORPTIVITE CAPILLAIRE. DES TECHNIQUES EXPERIMENTALES, DE LABORATOIRE (SPECTROMETRIE GAMMA DOUBLE ENERGIE) ET DE TERRAIN (INFILTROMETRIES A DISQUES ET A ANNEAUX), SONT ENSUITE APPLIQUEES A L'ETUDE EN REGIME TRANSITOIRE DE L'INFILTRATION DANS DES MATERIAUX COMPACTES NATURELS (ARGILES) ET ARTIFICIELS (MELANGE SABLE-BENTONITE). ENFIN, LES PHENOMENES EXPERIMENTAUX OBSERVES SONT REPRODUITS NUMERIQUEMENT A L'AIDE DU CODE INFORMATIQUE WISP DEVELOPPE POUR L'OCCASION. CELUI-CI PERMET L'ETUDE DES FACTEURS CLEFS DE L'ECOULEMENT EN MILIEU PEU PERMEABLE. DES DIFFERENTS RESULTATS OBTENUS SELON CES TROIS APPROCHES, ON CONCLUT QUE LA CAPILLARITE EST DE LOIN LE PRINCIPAL MOTEUR DU TRANSPORT DANS LE TYPE DE MILIEUX CONSIDERES. ON MONTRE PAR AILLEURS QUE LA PRISE EN COMPTE DU GONFLEMENT ET LA BONNE CONNAISSANCE DU CHEMIN DE DEFORMATION SONT INDISPENSABLES A UNE ESTIMATION CORRECTE DES PROPRIETES HYDRODYNAMIQUES.
Author: Gérald Hamon Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 136
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LE BUT DE CETTE ETUDE EST D'EVALUER LES POTENTIALITES DE DEUX METHODES SIMPLIFIEES DE CARACTERISATION HYDRODYNAMIQUE POUR LES CONDITIONS EVOQUEES CI-DESSUS
Author: Philippe Revol Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 221
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LES CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES DU SOL JOUENT UN ROLE ESSENTIEL SUR LA REPARTITION DE L'EAU EN MICRO-IRRIGATION, EN PARTICULIER DANS LE CAS D'UNE SOURCE PONCTUELLE. IL EST DONC IMPORTANT DE POUVOIR CONNAITRE CELLES-CI FACILEMENT LORSQU'ON S'INTERESSE AU DIMENSIONNEMENT ET A LA CONDUITE DES RESEAUX A LA PARCELLE. LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE PRESENTE UNE ETUDE DES PRINCIPALES METHODES DE CARACTERISATION PAR INFILTRATION AXISYMETRIQUE QUI SONT ACTUELLEMENT EN PHASE DE DEVELOPPEMENT. CETTE ETUDE EST EFFECTUEE A PARTIR D'EXPERIMENTATIONS AU CHAMP ET DE LA MODELISATION NUMERIQUE ET ANALYTIQUE DES ESSAIS. NOUS ETUDIONS LES PERFORMANCES DE CES METHODES, ET NOTAMMENT L'INFLUENCE DE L'UTILISATION D'UN REGIME PERMANENT APPROXIMATIF. NOUS MONTRONS, A PARTIR D'UNE SOLUTION ANALYTIQUE TRANSITOIRE, COMMENT S'AFFRANCHIR DE L'HYPOTHESE D'UN REGIME PERMANENT POUR AMELIORER LA PRECISION DES RESULTATS DE L'ANALYSE MULTIDISQUE. NOUS ETUDIONS AUSSI LA POSSIBILITE D'UTILISER LES INSTANTS INITIAUX DES REGIMES TRANSITOIRES, ET L'EFFET DE LA VARIABILITE SPATIALE A COURTE ECHELLE. DANS LA SECONDE PARTIE DE CE MEMOIRE NOUS PRESENTONS UNE SOLUTION QUASI-ANALYTIQUE PSEUDO-TRANSITOIRE POUR L'INFILTRATION SOUS UNE SOURCE PONCTUELLE (IL N'EXISTE PAS DE THEORIE ANALYTIQUE TRANSITOIRE COMPLETE). LES PARAMETRES S'OBTIENNENT PAR LES METHODES ETUDIEES DANS LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE, SAUF UN PARAMETRE CONCERNANT LA DIFFUSIVITE CAPILLAIRE. CETTE SOLUTION APPROCHEE DONNE DES RESULTATS COHERENTS AVEC LES AUTRES TYPES DE MODELISATION ET LES EXPERIMENTATIONS AU LABORATOIRE ET AU CHAMP. ELLE PRESENTE LA PARTICULARITE ESSENTIELLE DE REPRESENTER LES EFFETS DE LA GRAVITE SUR LA DEFORMATION DU FRONT D'HUMECTATION. UNE VERSION SIMPLIFIEE, AVEC EXTRACTIN RACINAIRE, FOURNIT UN MODELE ANALYTIQUE POUR LES TRANSFERTS D'EAU SOUS UN GOUTTEUR EN MICRO-IRRIGATION. CE MODELE PERMET, DANS CERTAINES LIMITES, D'ETUDIER LE DIMENSIONNEMENT ET LA CONDUITE D'UN RESEAU
Author: Sofia Bouarafa
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Author: Stéphanie Roulier
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Author: JEAN-PIERRE.. VANDERVAERE
Author: Jaoudat Touma
Author: Michel Vauclin
Author: Nadia Amraoui
Author: PIERRE.. GERARD MARCHANT
Author: Gérald Hamon
Author: Philippe Revol