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Author: Piotr Maloszewski Publisher: CRC Press ISBN: 0203137655 Category : Science Languages : en Pages : 370
Book Description
Sustainable groundwater development requires knowledge of the appropriate recharge and transport-processes. This is a prerequisite to understanding: (i) groundwater resources and their availability, and (ii) the dependence between groundwater and the environment. Conceptual understanding of groundwater flow at both temporal and spatial sc
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Cette thèse consiste en l'établissement d'une méthode d'estimation des paramètres hydrodynamiques du sol par le biais d'une modélisation inverse d'une infiltration à disque pendant laquelle des mesures de résistivité électrique sont réalisées dans la zone du bulbe d'infiltration. Après avoir suggéré l'intérêt et les avantages d'une telle méthode, on a démontré, par le biais d'une étude numérique que la méthode peut conduire aux résultats escomptés. Pour cela des représentations de la fonction objective ont été proposées, et des scénarios d'inversion ont été testés. 3 paramètres hydrodynamiques et 2 paramètres pétrophysiques, qui assurent' via la relation de Rhoades et al. (1976) la correspondance entre la teneur en eau volumique du sol et sa résistivité électrique, ont été inversés. On a montré que la méthode est adaptée à la détermination des paramètres hydrodynamiques, mais pas à celle de paramètres pétrophysiques. Enfin, des expériences de terrain et des inversions numériques associées ont été réalisées. Pour les 3 sols de textures différentes testés, 4 scénarios d'inversion ont été proposés. Il a été observé, que dans le cas du sol limoneux la méthode conduit vers une estimation correcte des paramètres hydrodynamiques, que les paramètres de Rhoades ne peuvent être inversés qu'avec une incertitude très large, tout comme la dispersivité. Pour les sols sableux et argileux, les paramètres hydrodynamiques ont été optimisés avec des incertitudes plus importantes que dans le cas du sol limoneux. Pour le sol argileux, l'optimisation de la dispersivité s'est révélé impossible. A ce stade de développement, la méthode semble bien adaptée pour les sols de texture moyenne.
Author: Piotr Maloszewski Publisher: CRC Press ISBN: 0203137655 Category : Science Languages : en Pages : 370
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Sustainable groundwater development requires knowledge of the appropriate recharge and transport-processes. This is a prerequisite to understanding: (i) groundwater resources and their availability, and (ii) the dependence between groundwater and the environment. Conceptual understanding of groundwater flow at both temporal and spatial sc
Author: José Miguel Soria Ugalde Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
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Dans ce travail une méthodologie est développée pour l'estimation des paramètres hydrodynamiques des sols pour la modélisation des transferts d'eau 1D à différentes échelles hydrologiques. La variabilité du sol dans un domaine hydrologique est prise en compte par la mesure des signales de flux agrégées à l'échelle requise. Deux méthodes de modélisation inverse de flux ont étés utilisées pour la estimation des paramètres hydrodynamiques. Les méthodes sont fondées sur l'approche "Beerkan" qui propose la détermination des paramètres de forme des caractéristiques hydrodynamiques, K(q) et h(q), à partir des informations texturales et des paramètres structuraux en utilisant l'inversion numérique du flux. La première méthode utilisé des modèles analytiques d'infiltration simples. La deuxième méthode emploie un "modèle numérique" non dimensionnel très précis, qui prends en compte des conditions initiales et aux limites plus complexes que la première, ainsi que le cas 3D axisymétrique.
Author: Hugo Delottier Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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La gestion durable des aquifères est une problématique grandissante depuis la fin du 20ème siècle. L'exploitation d'une ressource en eau souterraine est qualifiée de durable lorsque la capture des flux environnementaux est considérée comme acceptable sur le long terme. La modélisation hydrodynamique s'impose comme un outil indispensable pour remplacer une gestion réactive par une approche anticipative. Les paramètres hydrodynamiques qui caractérisent un aquifère et contrôlent les variables de sorties des modèles hydrodynamiques sont souvent mal connus. L'estimation de ces paramètres par la modélisation inverse souffre de la non-unicité de la solution optimale. Une approche simplifiée pour la quantification des incertitudes (analyse linéaire) est présentée comme une alternative pragmatique à des méthodes stochastiques inapplicables pour des modèles opérationnels. A partir de la réalisation d'une station expérimentale pilote, différentes méthodes (parfois complémentaires) ont été évaluées pour contraindre la recharge météorique et les propriétés hydrauliques d'un aquifère afin de réduire l'incertitude prédictive. La réalisation d'un modèle vertical couplé sol-surface a permis de démontrer que, dans le contexte étudié, la tension matricielle apporte suffisamment d'informations afin de contraindre la recharge prédite. Une interprétation conjointe d'un essai de nappe libre et des fluctuations piézométriques a permis une estimation intégrée de la recharge et des paramètres hydrodynamiques de la nappe libre. Ce travail de thèse a ainsi permis (i) de démontrer l'intérêt de disposer de méthodes algorithmiques pour la calibration et la quantification des incertitudes paramétriques pour un modèle hydrodynamique de gestion ; (ii) de mener une réflexion méthodologique sur l'utilisation de méthodes existantes afin d'apporter de l'information complémentaire fiable sur les paramètres hydrodynamiques ainsi que sur la recharge météorique. Ce travail offre des perspectives quant à la mise en place d'un réseau de suivi complet à l'échelle d'un bassin hydrogéologique.
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Les propriétés hydrodynamiques des sols, représentées par les fonctions de rétention en eau et de conductivité hydraulique, régissent les écoulements d'eau et de solutés de puis la surface jusqu'aux nappes souterraines. La caractérisation et la compréhension de cette dynamique des fluides ont énormément d'importance pour la détermination des ressources en eau disponibles, la pollution des sols et des eaux souterraines. Le radar de sol est une méthode d'imagerie géophysique particulièrement adaptée pour détecter les contrastes de paramètres électromagnétiques tels que ceux engendrés par des gradients de teneur en eau. La problématique à laquelle répond cette thèse est de savoir si le suivi temporel par radar de sol de phénomènes de dynamique des fluides en proche surface, tels que des infiltrations, est suffisant pour retrouver les paramètres hydrodynamiques du sol considéré, de manière plus efficace que les procédés d'estimation classiques.Nous avons développé des algorithmes couplant des modèles hydrodynamique et électromagnétique, afin d'obtenir les propriétés hydrodynamiques de sols, en inversant les temps aller-retour des ondes électromagnétiques correspondant à des réflexions sur des contrastes de permittivité forts comme ceux rencontrés sur des fronts ou bulbes d'infiltration.Nous avons développé le suivi radar de deux techniques d'infiltration, en simple anneau et en forage de faible profondeur. La première permet une modélisation unidimensionnelle alors que la seconde utilise une modélisation 2D-axisymétrique. Dans chaque cas, nos méthodes originales ont été testées numériquement, puis appliquées à différentes expériences de terrain, principalement sur des sols sableux. Les paramètres des fonctions de rétention en eau et de conductivité hydraulique retrouvés sont en accord avec ceux obtenus classiquement par des méthodes telles que des mesures sur échantillons en colonne suspendue et in situ par infiltromètrie à disque. Au-delà de l'aspect quantitatif des processus hydrodynamiques, l'interaction de ces derniers avec les champs électromagnétiques conduit à l'observation de phénomènes atypiques, comme des guides d'ondes créés par des bulbes d'infiltration.De plus, nous avons montré que le radar de sol est assez précis pour détecter des différences dans les profils de teneur en eau selon le cycle drainage-imbibition, causées par l'hystérèse sur les fonctions de rétention en eau et de conductivité hydraulique. Les paramètres de ces fonctions ont été obtenus par inversion de données radar lors de suivis de battements de nappe au sein de réservoirs, de l'ordre du mètre cube, en laboratoire.
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Afin d'étudier l'intégration des écoulements préférentiels à travers les macropores observés dans les sols fins compactés, 3 approches de modélisation différentes sont développées. La première est celle d'un milieu homogène dont les propriétés hydrodynamiques sont décrites par la formulation de Van Genuchten & Mualem. La deuxième est basée sur le concept de la double porosité où la matrice du sol et les macropores sont traités comme deux domaines d'écoulement présentant des propriétés hydrauliques différentes, et un terme d'échange décrit leur interaction. La troisième suppose que la distribution dimensionnelle de la porosité du sol et par conséquent, les courbes de rétention et de conductivité hydraulique suivent des lois bimodales également décrites par la formulation de Van Genuchten & Mualem. Pour chacune de ces approches, un modèle direct simulant l'infiltration verticale et une procédure d'identification des paramètres par la méthode inverse sont présentés. Les résultats des simulations d'essais d'infiltration au laboratoire sont confrontés aux données expérimentales. Il en ressort que le concept de la double porosité, bien qu'il fournisse une description plus réaliste du processus d'infiltration dans les sols macroporeux, montre ses limites d'applicabilité étant donné que l'estimation de ses paramètres s'avère complexe. Les approches plus pragmatiques, basées sur l'intégration de l'effet hydraulique des macropores dans les propriétés hydrodynamiques du sol à travers les lois unimodale et bimodale, se sont montrées plus intéressantes. Les résultats de l'estimation des paramètres pour ces 2 approches, suggèrent que la distribution dimensionnelle des pores dans les sols fins compactés, varie entre les lois unimodale et bimodale et ce, en fonction de la teneur en eau et du mode de compactage.
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CE TRAVAIL PROPOSE LA MISE AU POINT ET L'APPLICATION D'UNE METHODE ORIGINALE D'ESTIMATION DE PARAMETRES S'INTEGRANT COMPLETEMENT A LA DEMARCHE DE MODELISATION DES AQUIFERES NATURELS. LES TROIS PREMIERS CHAPITRES DE CETTE THESE CONCERNENT LES GRANDES ETAPES DE LA CONCEPTION DU MODELE : DE LA FORMULATION DES EQUATIONS MATHEMATIQUES AU CALAGE DES PARAMETRES EN PASSANT PAR LA CONCEPTUALISATION DES MECANISMES HYDROGEOLOGIQUES. LA DEMARCHE GENERALE D'ANALYSE DE FIABILITE DES RESULTATS ET D'AMELIORATION DU MODELE AINSI CONCUE EST ABORDEE AU QUATRIEME CHAPITRE. LE CINQUIEME CHAPITRE DETAILLE LA TECHNIQUE DE PARAMETRISATION ORIGINALE MISE EN UVRE DANS LE CADRE DE CE TRAVAIL. CETTE METHODE DITE MULTI-ECHELLE REPOSE SUR UNE DESCRIPTION DU DOMAINE ETUDIE PAR UNE SUCCESSION D'ECHELLES EMBOITEES, QUI PERMET, PAR AFFINEMENTS SUCCESSIFS D'AUGMENTER PROGRESSIVEMENT LE NOMBRE DE PARAMETRES ET LA COMPLEXITE DE LA FONCTION DE PARAMETRISATION. LES DEUX DERNIERS CHAPITRES ABOUTISSENT AU DEVELOPPEMENT COMPLET DE L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL SOUS LA FORME D'UN OUTIL DE MODELISATION INTEGRANT PLEINEMENT L'APPROCHE INVERSE. L'ACCENT EST MIS SUR LA RECHERCHE D'INFORMATIONS ET LA FORMULATION DES CONTRAINTES. L'OBJECTIF ULTIME EST DE RECHERCHER L'ENVELOPPE DES POSSIBLES SATISFAISANT CES CONTRAINTES. LE MODELE EST AINSI AMELIORE EN DONNANT UNE PART PLUS IMPORTANTE A LA CONCEPTUALISATION DES SOLLICITATIONS DU SYSTEME. L'ENSEMBLE DES PARAMETRES, INDEPENDANT DU TEMPS, EST ESTIME PAR APPROCHE INVERSE. LA REALISATION DE CALAGES MULTIPLES POUR DES HYPOTHESES DIFFERENTES PERMET D'APPRECIER LA FIABILITE EN ACCEDANT A UNE IMAGE DE L'ENVELOPPE DES POSSIBLES. L'APPLICATION DE CETTE DEMARCHE A UN CAS REEL EN MONTRE LE CARACTERE OPERATIONNEL ET L'INTERET QU'ELLE PRESENTE POUR L'ANALYSE DES SYSTEMES NATURELS COMPLEXES.
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Le travail vise une meilleure connaissance du transfert simultané de l'eau et du soluté pour un meilleur dimensionnement des dispositifs d'étanchéité. Pour suivre ce transfert en temps réel et en continu, nous avons utilisé les sondes TDR. Le dispositif expérimental mis au point nous a permis la mesure des profils hydriques et de conductivité électrique au cours de l'infiltration. Cette mesure de la teneur en eau et de la conductivité électrique des sols est nécessaire pour évaluer le taux d'infiltration, le flux d'eau dans le sol, les taux de transfert des polluants, et pour évaluer le potentiel de fuite d'une barrière étanche. Nous avons effectué une série d'essais d'infiltration dans des colonnes sur : un sable argileux, une argile (du Gault), deux couches alluvions séparées d'un géosynthétique bentonitique (GSB) et des colonnes contenant une couche drainante. L'étude de l'infiltration de l'eau et des lixiviats dans le sable argileux sous une charge nulle a montré que le processus de saturation d'un sol compacté se fait par la combinaison d'un phénomène de convection et de diffusion. L'analyse des profils de conductivité électrique a montré que le transport de soluté se fait aussi par dispersion et par convection. On a pu constater que l'infiltration d'un liquide ne dépend pas seulement du type de sol, mais dépend aussi du type de liquide et des éléments chimiques qu'il contient. L'impact des lixiviats sur le sol se traduit par la réduction du temps de transit (le lixiviat traverse plus rapidement les couches de sol) et de la teneur en eau d'équilibre c'est-à-dire la quantité d'eau que le sol peut retenir. Les résultats d'essai d'infiltration dans l'argile du Gault ont montré que les paramètres hydrodynamiques sont influencés par le type de liquide infiltré. Les valeurs de la diffusivité dans la colonne où s'infiltre le lixiviat sont supérieures aux celles mesurées dans la colonne où le liquide infiltré est l'eau pure. De même, les conductivités hydrauliques sont plus élevées dans la colonne où le lixiviat est infiltré. Il faut donc prendre en compte le type du liquide infiltré lors du dimensionnement des barrières étanches. Les paramètres hydrodynamiques sont aussi influencés par la présence d'une couche drainante au-dessous ou au-dessus d'une couche moins perméable. Une couche drainante située au dessous d'une couche peu perméable facilite le mouvement des particules fines de cette couches vers le drain. On a pu observer que la valeur de la perméabilité à saturation dans la colonne d'argile est maintenue constante au cours du temps. Par contre la valeur de perméabilité du géosynthétique bentonitique augmente au cours de l'infiltration du lixiviat de scories. Le géosynthétique bentonitique (GSB) perd progressivement sa propriété de barrière étanche lors d'un contact continu avec le lixiviat. On a remarqué qu'un contact direct entre une bentonite et un lixiviat tel que le lixiviat de scories utilisé, peut inhiber le gonflement de cette bentonite. Il faut donc éviter un flux de lixiviat à travers ce matériau. L'étude de la diffusion pure du soluté a montré que la migration des ions se fait dans les deux direction, du lixiviat vers le sol et du sol vers lixiviat. Il existe des ions qui quittent le sol et remontent vers le lixiviat. La migration étant liée à la capacité d'échange d'ions, la présence de lixiviat sur une barrière étanche peut provoquer l'appauvrissement en ions de cette barrière. Cet appauvrissement peut augmenter ou diminuer la perméabilité de la barrière. La conception de barrière étanche doit tenir compte d'un tel phénomène. Les résultats des essais ont montré que les modèles courant de conductivité hydraulique peuvent être appliqués pour la description de la percolation à travers une barrière étanche.
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LE RUISSELLEMENT ET L'EROSION SONT A L'ORIGINE DE PERTES EN TERRE ET EN FERTILITE DES SOLS PENDANT LA SAISON DES PLUIES AU SAHEL. LE ROLE DE L'ENCROUTEMENT SUR L'INFILTRABILITE DU SOL A ETE MIS EN EVIDENCE GRACE A 47 ESSAIS D'INFILTRATION EFFECTUES SUR LE SITE DE THYSSE KAYMOR. LES GRADIENTS DE PRESSION ENTRE DES MICROTENSIOMETRES, INSTALLES A DIFFERENTES PROFONDEURS PENDANT CES ESSAIS, ONT PERMIS DE DETERMINER LA COURBE DE CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE PROCHE DE LA SATURATION. DES ESSAIS D'EVAPORATION WIND PORTANT SUR 18 ECHANTILLONS DE SOLS ONT PERMIS DE DETERMINER LES PARAMETRES DES COURBES DE RETENTION ET DE CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE DANS LA GAMME DE PRESSION ENTRE 80 ET 400 CM. LE PARAMETRE DE STRUCTURE H G QUI PRESENTE UNE VALEUR DOUBLE POUR L'HORIZON DE SURFACE QUE POUR L'HORIZON DE PROFONDEUR A MIS EN EVIDENCE LA SIGNATURE DU TRAVAIL DU SOL QUI AFFECTE PRINCIPALEMENT L'HORIZON SUPERFICIEL. L'AJUSTEMENT DE LA COURBE K(H) A ETE EFFECTUEE AVEC SUCCES SUR LE MODELE DE VAN GENUCHTEN QUI EST CAPABLE DE REPRODUIRE LA RAPIDE VARIATION DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE PRES DE LA SATURATION. LA MODELISATION DU PROFIL DE SOL ENTRE 0 ET 45 CM ET L'UTILISATION DE LA METHODE INVERSE (LOGICIEL HYDRUS) SUR LES DONNEES DE SUIVI DE 5 TENSIOMETRES INSTALLES A DIFFERENTES PROFONDEURS PENDANT LA SAISON DES PLUIES 1997 ONT PERMIS DE DETERMINER LA VALEUR DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE DE LA CROUTE. CELLE CI EST DE 2 ORDRES DE GRANDEUR PLUS FAIBLE QUE CELLE DE L'HORIZON DE SURFACE. ENSUITE LA PERIODE DU 20 AU 25/08/1997 A ETE SIMULEE EN UTILISANT LES PROPRIETES HYDRODYNAMIQUES DEDUITES DES EXPERIENCES. LA RESTITUTION DES PRESSIONS MESUREES EST GLOBALEMENT CORRECTE SURTOUT POUR LES TENSIOMETRES DE SURFACE. CE TRAVAIL ESSENTIELLEMENT EXPERIMENTAL A PERMIS DE MIEUX COMPRENDRE LE PROCESSUS D'INFILTRATION DANS LES SOLS ENCROUTES ET CONSTITUE UNE ETAPE IMPORTANTE DANS LA MODELISATION DES PROCESSUS DE RUISSELLEMENT ET D'EROSION DANS LES VERSANTS SAHELIENS.
Author: Piotr Maloszewski
Author: Sébastien Schneider
Author: Piotr Maloszewski
Author: José Miguel Soria Ugalde
Author: Hugo Delottier
Author: Emmanuel Léger
Author: Adel Abdallah
Author: Christian Zammit
Author: ERIC.. CHARDIGNY
Author: Laouni Gaidi
Author: Babacar Ndiaye