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MINISTÈRE DE LA QUALITÉ DE LA VIE
DIRECTION DE LA PRÉVENTION DES POLLUTIONS ET NUISANCES
Service des problèmes de l'eau
14, avenue du Général-Leclerc, 92521 NEUILLY-SUR-SEINE
Tél.: 758.12.12
ÉTUDE DE LA PROPAGATION DES NITRATESDANS UN SOL DU VAL DE LOIRE
par
A. LALLEMAND-BARRES, M. BONNET, G. BROSSIER
\
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
Département géologie de l'aménagementDivision hydrogéologie
B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.00.12 UC- ' ^ ' '
l^V f
76 SGN 207 AME Mai 1976
R E S U M E
Cette étude a été réalisée d'une part dans le cadre des
travaux propres du département Aménagement, et d'autre part dans
le cadre d'un contrat pour le Ministère de la Qualité de la Vie
[opération n° 5600-74-0913.
L'objectif de cette recherche était d'étudier la propa-
gation en direction de la nappe d'un nitrate répandu en surface.
La première phase de la recherche consiste en une étude
expérimentale effectuée dans le Val d'Orléans. Cette étude expéri-
mentale, dont ce rapport rend compte, nous a permis de constater
que le nitrate répandu en surface s'infiltrait très vite en direc-
tion de la nappe.
La deuxième phase de la recherche a pour objet une ten-
tative de modélisation des phénomènes observés par les théories
et modèles proposés récemment pour les phénomènes de transfert en
sols non saturés.
S O M M A I R E
Page
INTRODUCTION 1
1. - RAPPELS PRELIMINAIRES 2
1.1 Caractéristiques d'un sol 2
1.2. Pression 3
fl.2.1. Succion 3
1.2.2. Potentiel capillaire 4
1.3. Vitesse et sens de l'écoulement 51.3.1. La loi de Darcy 5
1.3.2. Profils de potentiel et sens de l'écoulement 5
1.4. Calcul des flux 6
2. - METHODES DE MESURE 6
2.1. Mesure des succions 6
2.2. Enregistrement des succions 7
2.3. Mesure des teneurs en eau 92 .3 .1 . Principes 9
2 .3 .2 . Les courbes d'étalonnage 10
2.4. Prélèvements d'eau dans le sol 11
2.5. Dosage du nitrate dans l'eau du sol 11
3. - ETUDE SUR LE TERRAIN 123.1. Description et reconnaissance du site 12
3.1.1. Analyses granulométriques 13
3.1.2. Caractéristiques physiques 14
3.1.3. Analyses minéralogiques 14
3.1.4. Analyses chimiques 16
3.2. Aménagement de la parcelle expérimentale 18
3.3. Expériences de traçage 20
3.4. Interprétation des résultats expérimentaux 223.4.1. Mesure des teneurs en eau 22
3.4.1.1. Calcul des stocks et des variationsde stock 22
3.4.1.2. Tracé des profils hydriques 233.4.1.3. Discussion des résultats 39
3.4.2. Mesure des succions 393.4.2.1. Mesure des gradients de potentiel et
détermination du sens de l'écoulement 393.4.2.2. Profils de potentiel 403.4.2.3. discussion des résultats 56
3.4.3. Calcul des flux et des perméabilités 56
3.4.4. Mesure des teneurs en nitrate 59
3.4.5. Discussion des résultats 68
4. - ESSAI DE MODELISATION 70
4.1. Présentation des modèles disponibles 70
4.2. Sélection d'un modèle 72
4.3. Résultats obtenus 72
CONCLUSION 78
BIBLIOGRAPHIE SOMMAIRE 79
-1-
I N T R O D U C T I O N
Depuis quelques années, l'utilisation intensive d'engrais
azotés a fait passer le taux des nitrates dans les nappes à une va-
leur proche sinon égale à celle du seuil actuellement toléré qui
est de 45 mg/1 de N03 .
Il nous a paru intéressant d'étudier le transfert du ni-
trate à travers un sol non saturé du Val de Loire, les engrais azo-
tés étant couramment utilisés dans cette région et les taux de ni-
trate mesurés dans les nappes pouvant être élevés.
L'objectif de cette étude est d'évaluer quantitativement
comment une substance polluante donnée, en l'occurence l'ion NO3 ,
introduite à la surface du sol dans des conditions définies, se pro-
page en profondeur dans un milieu défini et peut atteindre une nappe
souterraine.
Dans cette optique, nous avons entrepris l'étude hydrody-
namique et hydrochimique d'un système eau - sol - sel dans la zone
non saturée.
-2-
1. - RAPPELS PRELIMINAIRES
Les processus d'écoulement en milieu non saturé ne sont pas
simples ; ils sont très difficiles à décrire quantitativement. Ils
mettent en jeu des relations complexes entre les variables, notamment
les teneurs en eau et les succions.
Nous rappellerons les grandeurs fondamentales qui intervien-
nent dans la résolution de ces problèmes.
1.1. Çaraçténstigues_çTun_so1
- 6s le poids spécifique est le poids de l'unité de volume d'un grain
solide.
- ph la densité "humide" ou poids spécifique apparent d'un sol est le
poids de l'unité de volume du sol, eau comprise.
- ps la densité "sèche" est le poids de l'unité de volume du sol, sans
eau intersticielle.
Ces trois valeurs s'expriment en g/cm3.
- W la teneur en eau pondérale est le rapport du poids d'eau contenu
dans le sol au poids sec de l'échantillon. On l'exprime en pour cent.
- e la teneur en eau volumique est le rapport du volume d'eau au volume
du sol en place.
Principales relations :
e = w.psph = psM + W]
-3-
Sur le terrain, la courbe donnant la répartition de la teneur
en eau sur une verticale en fonction de la profondeur s'appelle un pro-
fil hydrique. En ordonnée, on porte la profondeur z par rapport à la
surface, et en abscisse, la teneur en eau volumique. Pour des réparti-
tions unidimensionnelles, le volume d'eau contenu dans un cylindre ver-
tical de section da et limité par deux plans de cote 7.\ et Z2 est pro-
portionnel à la surface de a :
dv Czi,z2) = 9dv = da 6dz
9dz appelé stock d'eau caractérise la quantité d'eau contenue dans
une tranche de sol.
La variation du stock d'eau entre deux instants t^ et t2
s'exprime par la différence entre le stock d'eau au temps t2 et celui
au temps t1.
dS = St2 (z!, z23 - Stj (z1,z2)
dt t2 - tj
Le terme _dS_ a la dimension d'une vitesse. Il représente aussi
un volume d'eau par unité de temps et de section horizontale.
1.2. Pression
1.2.1. Succion
II est usuel de définir la différence de pression entre les
phases eau et air dans la zone non saturée par le terme de pression ca-
pillaire Pc = Pa - Pw Pa : pression de l'airPw : pression de l'eau
et par la hauteur capillaire :
(Pa - Pw) pw : masse volumique de l'eaug : accélération de la pesanteur
pwg s
-4-
Si l'on admet que l'air constitue une phase continue et
inerte, se trouvant en tous points à la pression atmosphérique, on
introduit alors la notion de succion :
* • Í P " - P a t )
pwg
La pression de l'eau dans le sol dans la zone non saturée
est inférieure à la pression atmosphérique.
Notons que la succion ainsi définie est une grandeur négati-
ve dans la zone non saturée, et liée de façon complexe à la teneur en
eau.
1.2.2. Potentiel capillaire
On définit le potentiel capillaire par :
<f> = i|i - z
l'axe des z ayant pour origine la surface du sol et étant orienté vers
le bas.
L'expression $ = i|> - z est une expression algébrique, ty étant
négatif lorsque le sol n'est pas saturé.
Si l'on dispose de mesures de potentiel à des cotes différen-
tes zi, Z2, etc..., on peut calculer des gradients de potentiel :
2 - PQtlz2-Zl
-5-
1.3. Vitesse_et_sens_de 1^écoulement
1.3.1. La loi de Darcy
La loi de Darcy, appliquée au milieu poreux non saturé, s'é-
crit de la manière suivante :
fiz
—•*- réprésente le gradient de potentielfiz
KC9) représente la conductivité hydraulique.
Le coefficient de perméabilité K dépend, dans ce cas, de la
teneur en eau.
1.3.2. Profils de potentiel et sens de l'écoulement
Le profil de potentiel représente la distribution verticale
des potentiels dans le sol. En ordonnée, on porte la profondeur z
orientée positivement vers le bas, et en abscisse le potentiel <f> ori-
enté positivement vers la droite.
Comme le montre l'équation de Darcy, le signe du vecteur vi-
tesse dépend directement du signe du gradient de potentiel. Le sens de
l'écoulement découle du signe du vecteur de vitesse (v).
Si v<0, il y a evaporation
Si v>0, il y a infiltration.
L'examen des profils de potentiel permet de visualiser rapi-
dement le sens des écoulements dans un milieu non saturé.
Le point où l'on observe une inversion des gradients, c'est-
à-dire le point pour lequel — — = 0, s'appelle le point de flux nul.dz
-6-
1.4. Ça]çyl_des_flux
Pour calculer les flux, on admet que la variation du stock
d'eau .• , entre deux cotes z-i et z?, est égale à la différence en-dt -1 t-
tre les flux entrant et sortant dans la couche de terrain. Les flux
entrant sont comptés positivement et les flux sortant négativement.ds = vx - v2dt
II suffit de connaître le flux en un point pour calculer
le flux en tous les points.
Si l'on observe un point de flux nul sur un profil de poten-
tiel, on délimite ainsi deux zones : l'une où lea flux sont ascendants,
l'autre où les flux sont descendants.
2. - METHODES DE MESURE
2.1. Mesure_des_suççions
L'appareil principal de la mesure est une cellule poreuse de
céramique, placée en contact intime avec le sol, et dénommée tensiomè-
tre. Cette cellule poreuse perméable saturée assure l'égalité de pres-
sion entre l'eau du sol avec laquelle elle est en contact et une en-
ceinte remplie d'eau, reliée au système -de mesure.
Le procédé de mesure des pressions nécessite une variation
du volume d'eau contenu dans l'enceinte de mesure et les tubes de
liaison.
On caractérise le traducteur de pression par sa sensibilité :
S =AV
-7-
II y a donc intérêt à choisir un système de mesure des pres-
sions qui nécessitera une variation de volume minimale, et on aura
ainsi une sensibilité plus grande.
C'est pourquoi nous avons choisi le système qui consiste à
coupler chacun des tensiomètres à un capteur de pression.
Les capteurs utilisés dans le cadre de cette expérience sont
des capteurs de marque NS. Ils étaient reliés aux cellules poreuses
suivant le montage schématisé page suivante.
2.2. Enregistrement_des_sucçions
Les informations transmises par le capteur sont amplifiées
puis enregistrées sur bandes par l'intermédiaire d'un enregistreur ma-
gnétique microdata. L'ensemble du système de mesure est appelé
"S.D.P.H.I.S.".
La lecture de ces bandes magnétiques se fait ensuite à l'ai-
de d'un programme de calcul sur ordinateur. A la sortie du traitement,
on dispose des valeurs des succions en dm d'eau pour chaque capteur, et
aux intervalles de temps que l'on aura choisis préalablement grâce à
une horloge microdata intégrée au système SQPHIS.
La photo n°1 présente ce système de mesure.
bouchonsde purge
câble capteur
a:
oms
eu
tuyau rilsan
canne PVC
rilsan
tube PVC
capteur
remplissagehuile
latex
bougie porcelaine
-9-
2.3. Mesure des teneurs en_eau
2.3.1. Principes
La sondo à neutrons utilisée est une sonde Pitmann. Son prin-
cipe est le suivant : une source d'americium-beriIlium émet des neu-
trons rapides dans le sol. Ces neutrons rapides sont transformés en
neutrons lents par leur choc avec les atomes d'oxygène. Ce ralentis-
sement est proportionel à la teneur en atomes d'hydrogène du sol. Le
détecteur n'est pas séparé de la source, car ce détecteur de neutrons
lents n'est pas sensible à la gamme_dpénergie des neutrons émis. Il
faut évidemment établir une relation (courbe d'étalonnage] entre la
réponse du détecteur, en nombre de coups, et la teneur en eau.
Photo 2
Vue de la sonde nucléaire
et de
l'échelle de comptage
-10-
2.3.2. Les courbes d'étalonnage
On distingue trois manières d'établir la courbe d'étalonnage :
- un étalonnage en laboratoire :
qui consiste à remplir un fût avec le terrain choisi L1échantillonage,
séchage du terrain et compactage pour obtenir une densité constante
sont onéreux et compliqués. On obtient deux points dont la mesure est
précise : le point où le sol est sec et la saturation. Puis on laisse
drainer jusqu'à équilibre.
- un étalonnage théorique à partir des données suivantes :
analyse chimique des éléments majeurs du terrain, adsorption neutroni-
que sur un profil, teneur en eau de constitution, densité sèche et
poids spécifique. Cette courbe est établie a l'aide d'un modèle mis au
point au CEN de Cadarache.
Il n'a pas été possible lors de cette recherche de faire établir la
courbe d'étalonnage de la sonde pour le terrain étudié au CEN Cadarache.
- un étalonnage sur le terrain :
C'est la méthode que nous avons utilisée. Pour ce faire, nous avons ef-
fectué un sondage de 2m20. Toutes les carottes issues de ce sondage
ont été prélevées intactes. Nous avons procédé ensuite à la mise en
place d'un tube en durai, et les mesures à la sonde à neutrons ont
été effectuées aux cotes de prélèvement.
Sur les échantillons prélevés, on a fait au laboratoire des mesures de
teneur en eau pondérale et de densité humide.
La teneur en eau volumique est donnée par les relaticis :
0 = wps 6 : teneur en eau volumiqueph w : teneur en eau pondérale
ps = — — r
(1+w) ps : densité sècheph : densité humide
4 O % -
Y= e
30%
20%
10 % •
D A R V O Y
Y = 34,47 x
ETALONNAG
0%
23. 4 . 75
+ 6,24
E DE LA SONlDE A NEUTROlNS
erH-in
O,1 0.2 0.3 0,4 0.5 0,6 0.7 0.8 0,9 N / N o
-11-
On porte la teneur en eau volumique 8 en fonction de N/No.
N = nombre de coups lu sur l'échelle de comptage au point de mesureconsidéré.
No= nombre de coups lu au début de chaque série de mesures, la sourceétant dans sa protection.
On obtient un faisceau de points, et l'équation de la droite d'étalon
nage est calculée par la méthode des moindres carrés.
La droite obtenue pour le site de Darvoy est donnée en annexe.
2.4.
L'appareil utilisé est constitué d'une cellule poreuse en
céramique d'un diamètre voisin de 40 mm, surmontée d'un tubr creux en
plastique, de même diamètre, fermé par un bouchon muni d'une ou deux
tubulures.
Pour extraire de l'eau du terrain, on établit une dépression
dans l'appareil. Le temps nécessaire pour que le volume d'eau qui dif-
fuse dans la bougie soit suffisant pour permettre une analyse chimique
dépendra évidemment de l'état hydrique du terrain.
L'eau recueillie dans l'appareil de marque "soilmoisture"
est prélevée ensuite par l'intermédiaire d'une petite pompe.
2.5. Dosage_du_nitrate_dans_12eau du_so]
L'appareil de mesure utilisé pour les dosages de nitrate est
un ionomètre spécifique de marque Orion, relié à une électrode à mem-
branne et à échangeur d'ions liquides. Le dosage des nitrates au moyen
de cette électrode est plus simple et plus rapide que par toute autre
méthode et fournit pourtant une précision comparable.
-12-
Photo 3 : Ionomètre Orion.
3. - ETUDE SUR LE TERRAIN
3.1. Desçrigtion_et_reçonnaissançe_du_si te
La parcelle expérimentale a été implantée dans le Val de
Loire en zone agricole, près du village de Darvoy. On sait que dans
toute cette région les teneurs en nitrates observées depuis quelques
années dans la nappe se révèlent souvent dangereusement élevées. D'au-
tre part, le site est relativement proche du BRGM, donc d'un accès
aisé et il avait été équipé de piézomètres lors de précédentes expé-
riences. Une carotte a été prélevée sur ce terrain lors de l'aménage-
ment de la p-arcelle. Sur les échantillons recueillis, les analyses
suivantes ont été effectuées.
-13-
3.1 .1 . Analyses granulométriques
Les résultats obtenus lors de l'établissement des courbes
granulométriques peuvent être résumés dans le tableau 1.
profondeurcm
0- 1010- 2020- 3030- 4040- 5050- 6060- 7070- 8080- 9090-100100-110110-120120-130130-140140-150150-160160-170170-180
> 2 mmgraviers %
42333112-139535144321829
200y-2 mmgros sable%
24225263435168
3036404450293341526355
20 - 200ysable fin %
303534242521192020211741181615161916
2 - 20ylimon %
24222114172226171713110000000
< 2yargile %
18161625204046312725250000000
Tableau 1 : Compositions granulométriques
On trouve approximativement des sables limoneux jusqu'à 50cm,
puis un banc d'argile limoneuse de 50 à 80cm et de nouveau des sables
argileux jusqu'à 110
Au-dessous de 1,10 m, les fractions argileuses et limoneuses
disparaissent pour laisser place à des sables grossiers et à des gra-
viers.
-14-
3.1.2. Caractéristiques physiques
Sur cette même série d'échantillons, les mesures physiques :
densité sèche, teneur en eau pondérale, poids spécifique des grains,
ont donné les résultats suivants :
profondeurcm
0- 1010- 2020- 3030- 4040- 5050- 6060- 7070- 8080- 9090-100100-110110-120120-130130-140140-150150-160160-170170-180180-200
densité sèche yd(T/m3)
1,361,281,511,241,261,091,231,191,281,511,521,922,021,931,881,892,001,761,87
teneur en eaupondérale W (%)
20,919,418,623,428,531,231,231,129,821,318,215,79,08,18,610,412,511,610,8
Poids spécifiquedes grains ys
2,32
2,302,762,712,672,752,692,652,362,472,332,682,872,632,672,672,642,74
Une autre carotte a été prélevée sur le site entre 0 et
120 cm. Sur cette deuxième série d'échantillons, on a procédé à des
analyses minéralogiques et chimiques.
3.1.3. Analyses minéralogiques
Une détermination des minéraux présents a été faite d'une
part sur les échantillons tout-venant, d'autre part sur la fraction
argileuse extraite de ces échantillons.
-15-
Ces déterminations sont uniquement qualitatives, les résul-
tats sont indiqués dans le tableau 2.
Tableau 2 : Composition minéralogique
Profondeur
L>ll I
0- 1010- 2020- 3030- 4040- 5050- 6060- 7070- 8080- 9090-100100-110110-120120-130
Quartz
PPPPPPPFFFPPP
Minéraux présents dans le tout-venant
feldspathplagio
PPPPFFTrFTrFATAF
K
AAPPFFTrFFFPFA
Illite
FFTrFFFTrFFFFFF
argilesKaolinite
TrTrTrTrTrTrTrFFFTrFTr
Montmo-rillonite
FFPPAATAATAAPPA
P = présent ¡ F = faible ; Tr = traces ; A = abondant j TA = très abondant
profondeur
cm
0- 1010- 2020- 3030- 4040- 5050- 6060- 7070- 8080- 9090-100100-110110-120120-130
Minéraux présents dans la fraction argileuse
Kaolinite
3222222222222
Illite
434443333333
3
Montmorillonite
3544455555555
-16-
Les chiffres portés dans les colonnes correspondent à une
estimation quantitative du rapport entre eux des minéraux argileux
sur une base décimale.
Ces analyses mettent en évidence la teneur importante en
quartz et plagioclases jusqu' à 40 cm puis au-delà d'un mètre, et une
teneur en argile considérable entre 40 cm et 100 cm. L'argile prédo-
minante est incontestablement la montmorillonite, l'illite étant en
quantité moindre et la kaolinite ne se présentant que sous forme de
traces.
On note aussi la présence de montmorillonite dans l'échan-
tillon tout-venant prélevé entre 120 et 130 cm. Les analyses granu-
lométriques ne révélaient plus d'argile à cette cote. Ceci rend comp-
te de l'hétérogénéité du terrain, les analyses minéralogiques n'ayant
pas été effectuées sur les même série d'échantillons que les analyses
granulométriques.
3.1.4. Analyses chimiques
Les échantillons de cette deuxième carotte ont ensuite été
soumis à une analyse chimique des constituants majeurs. Notons que
cette carotte a été prélevée au mois de juin 1975 et qu'à cette date
il était intéressant de connaître la quantité de nitrate présente
dans le sol, la première expérience d'épandage de nitrate sur la sur-
face ayant été conduite en mai 1975.
Les résultats de l'analyse chimique sont indiqués dans le
tableau 3.
profondeur
cm
0- 1010- 2020- 3030- 4040- 5050- 60B0- 7070- 8080- 9090-100100-110110-120120-130
SiO2
%
64,465,765,464,256,8054,9052,5053,8052,0059,2063,5064,2066,30
A12G3
%
13,2013,6514,5015,1017,5018,0017,8018,0518,0016,4515,1014,7014,15
Fe203
%
4,604,755,205,607,658,208,108,358,106,855,805,355,00
MgO%
1,381,121,331,351,701,981,931,851,851,751,651,401,45
CaO%
2.01,511,511,541,471,511,511,681,681,681,611,541,47
K20%
3,253.213,213,183,043,043,003,042,923,043,113,113,18
Na20%
1.701,701,701,601,291,211,141,141,111,321,461,501,60
S03%
0,050,0380,0330,0250,020,0180,0200,020,020,0180,0180,0130,013
CQ2%
0,610,220,030,330,140,110,170,110,170,170,190,190,03
NO a%
0,110,120,100,100,110,120,130,110,100,070,100,120,10
H2O~%
1,641,580,360,720,571,163,700,904,201,040,721,560,41
H 20+
%
1,472,023,293,585,606,507,257,207,106,055,454,924,48
Perte au fourà 1000°C (%)
8,107,005,865,308,209,85
11,909,15
12,157,656,276,804,95
Q)CTi—•
CDQ)C
no
oen
Ces résultats confirment ceux de l'analyse minéralogique : les constituants
quartz, plagioclases et argiles forment la totalité des composants minéraux. Les sulfates sont in-
existants, les carbonates se manifestent sous forme de traces, de même que les nitrates.
CCD
-18-
3 .2 . Aménagement_de_la_garcelle_exg|rimentale
La zone Gxpérimentale est schématisée sur la figure 1
piézomètre
parcelle expérimentale
pi uvtographe
6 m 00
figt. SCHEMA DE LA ZONE EXPERIMENTALE
-19-
Cette zone expérimentale comporte la parcelle expérimentale,
l'abri dans lequel se trouvent les appareils de mesure et d'enregis-
trement des succions, un pluviographe, et à l'extérieur de l'enclos
un piézomètre dans lequel le niveau de la nappe est contrôlé et les
prélèvements d'eau sont faits pour être analysés.
La figure 2 et la photo 4 donnent une description détail-
lée de la parcelle expérimentale.
Photo 4
Vue de laparcelle
expérimentale,
La parcelle comportait le dispositif suivant ':
un tube pour mesures de teneur en eau. Ce tube avait une longueur
de 2 m 20. Les mesures étaient faites tous les 5 cm, jusqu'à 150 cm
puis tous les 10 cm jusqu'à 220 cm.
-20-
- 5 tensiomètres couplés avec des capteurs de pression, disposés en
arc de cercle autour du tube pour mesures hydriques. Leurs cotes
étaient de 20, 60, 80, 100 et 120 cm. Les mesures de succions se
faisaient toutes les heures.
- 12 bougies poreuses permettant le prélèvement d'eau tous les 10cm
jusqu'à 120 cm
3.3. Exnériençes_de_traçage
Les expériences ont été réalisées à l'aide de nitrate de
potassium en solution.
Trois opérations ont été conduites, chronologiquement de
la manière suivante :
1ère opération :
- 28-5-1975 : déversement de 5 cm d'eau sur la parcelle, pour
humidifier le terrain en surface et diminuer les fissures et cra-
quelures très nombreuses.
- 03-6-1975 : déversement de 80 1 de solution de NO3K, dosée à
1,9 g/1 N03".
Les prélèvements d'eau dans les cellules poreuses ont été
faits tous les jours, puis tous les deux jours et tous les huit jours
pendant deux à trois mois.
- 15-7-1975 : arrosage du terrain avec 5 cm d'eau.
- 30-7-1975 : apport de 18 cm d'eau.
- 2 1 -
O m . 2 O
I A
onneoude gorda
| Temlométre» » copttur» côblt» de lioison 6Topporeil S O P H I S
bougie» poreu»e»
F ig .2 . P L A N D E L A P A R C E L L E E C H E L L E : l/IOe
Cote
Kote
des
des
bougies poreuses
capteurs :
: 115
C3C4C2CiC c
10150
100120806020
cmcm
cmcm
cmcmcm
(tous les 10 cm]
-22-
2ème opération :
- 25-B-1975 : apport de 25 cm d'eau sur la parcelle.
- 26=B=1975 : déversement de 200 1 de solution de NO3K dosée
à 2,9 g/1 N03".
3ème opération :
- 25-9-1975 : arrosage de la parcelle avec 30 1 de solution
NO3K, dosée à 6 g/1 N03~.
Le rythme des prélèvements au cours des deux dernières
opérations était identique au rythme adopté lors de la première
expérience.
3.4. Interprétât]on_des_résy]tats_exgérimentaux
3.4.1. Mesure des teneurs en eau
3.4.1.1. Calcul _des_stocks_ et des variations_de stock
Les mesures effectuées à la sonde à neutrons nous donnent
le rapport N/IMo, tous les 5 cm jusqu'à 150 cm, et tous les 10 cm
jusqu'à 220 cm.
Le programme intitulé "BARREAU" (voir page suivante] a été
mis au point pour effectuer les calculs suivants :
calcul de 9
La droite d'étalonnage 9 = 34,47 x (N/No) + 6,24 est entrée en donnée.
calcul des yol urnes élément a ijres_, DV(j)
(1,DV'1 2) = ( ( 0 1 + e2Î/t2]j x dz
calcul des volumes partiels V(j)
On a en effet regroupé les volumea élémentaires en sept volumes partiels
délimités par les cotes auxquelles sont faites les mesures de succions
pour les cinq premiers volumes.
-23-
Ces volumes partiels correspondent aux couches suivantes
V, , = 0-20 cm
V, , = 20- 60 cm
= 60- 80 cm
V ^ = 80-100 cm
V. , = 100-120 cm
tí, j = 120-150 cm
V. ? ) = 150-200 cm
calcul des variations de stock sur le profil
d stock = stock (t2) - stock (t^
calcul des variations de stock dans les volumes partiels
VAV(j) = VCJ] - VtJ) .
Les résultats de ces calculs, pour les mesures effectuées
du 24-4-1975 au 15-10-1975 sont donnés dans les tableaux 4 et 5.
3.4.1.2. Tracé des profils hydriques
Le programme "MAIS" a été mis au point pour permettre le
traçage automatique des profils de teneur en eau à différentes dates.
(Ce même programme "MAIS" permet de tracer automatiquement les pro-
fils de potentiel).
L'examen des profils hydriques met en évidence l'hétérogé-
néité importante de cette coupe de terrain.
Remarque : Les pluies portées dans les tableaux sont les pluies au-
mulêes pendant l'intervalle de temps entre deux mesures.
- 2 4 -
3 6 C N - F C - + 7 * 3 -H M I N F G I " CATfc ll/Zt/lt TIME U * 4 2 . 3
BARREAU-'f; AL f̂:. SU ( K OOTVFNSIGN TITRF (2 JJ ,DV(50 ) , Z ( 5 C ) , V( ¿0) tVPR (2'J) ,VAs/( 20) ,
1 1Z ( 50 ) , K( 5C ) , [TAi.U ( l5üC ) , ITA¿2(L>O<~>) , I T A Ri (1)00) t2 T A t f H 5 C 0 ) , T A i } 2 ( 5 C 0 ) i T A 3 3 ( 5 0 0 ) , T A R 4 ( S C C J , T A ß 5 ( 5 C C , 5 C ) , T A ö i . < 5 0 L t 5 0 )
HATA IF Ci I^F/l, 3 /
L005 FCP'IAT ( 2 C / » 4 , / , A l , ' i / , 5 ! 5 , 2 F 5 . C )PEAO l O l O f M ^ ' É S U » ( M I ) , 1 = 1 , K P V E S U )
LOÏC FÜFMAT ( l l , ( Tfc , ; 5F t; . 0 ) IREAD 1015iNfîVi(K{ J ) ,J = l ,NñV)
LO 15 F T P M A T <IÎ>t(T6tl'JIÎi))PÍUÍMT 1 C 2 0 , T I T R E
L02C FCRVAT ( lt-1 , / / , 2CX , 2C M , / / / / )PPINT 10 25
1025 F f P M A K l H , 2 5 X , 2 5 n TEhEUPS FN EAU V C L U M C U E iNBDV=NP,y(fSL-lDT 10 J = 1 ,M2VVAV( J ) = - l C C C O C .
1C VFR{. l i=- lCCC)C.VTiiP^ = - l G C C C O .K C v P T r = C
2C REAI)(I.CCilC^C,FNr)=lCC) JC'JR , ̂ 0 ! S t NAN , L h FUR i M I NLT , ^1( »cZ'-H I ) , 1 = 1 , NR ( < i.VJ )
1030 F O R M A T ( 5 1 2 , 2 ( A * , 1 X J , ( T 2 1 » 1 2 F 5 . 0 ) )
nu 30 i =1 »«E5UI ÍJ =( ( ^ESL( I )•'••* ) + fc)/10C.
30 CCNTIN.Ji:PP INT 1 C 3 5 , JiDLc- , " • : i < ; t ^AN ,LHEUP»y I ^UT , ( ^ESU( l ) , i = l , ^byFSL)
1035 H Q P M A 7 (?.H, 12 ,41 ' , (T l t ,12F8 .3 ) ÍCALL TLT'PI ( J C U F A , ^ C I S A , MAN A , LHEUR A , M MITA , JPUW , NT 1 S , NAN , L HEUR ,
1 MI NUT »LCf'T^: , T L ; ^ P j^ , 1TEST)IF ( I T F S T . G E . C ) M T C 35PRINT 1040» J IIJK , l1r,I.S,^ANf LHE!!JR,r'IIWT
104C FORMAT ( lrtO , 1314 ,33riP ATF ANTEPIEURE A LA ÜATt C F 1 Ü 1 N L )hQ " Q ^ O O
35 HG 40 I =2 tNr^ESUJ = 1-1
nz(j)=zm-zui
STOCK=STGCK+DV(J i4C CCNTI MJF
IF( V T C P R . r ^ . - l O C C O C . ) GC T ^ 45
45 V T Ü P p = S T Ü C kI2 = ÜDG 60 J =1 , N e VV(J )=C.11 = 12+1I 2M2 + K U )HO 50 L = i 1t\?
5C V( J) = \/( J)+CV( l. )I F ( V P R ( J ) . t C . - I C C O C C . ) GC TP 55VAV<J)=V(J ) -VP p ( J )
-25-
3 6 C N - P i > 4 7y i-€ V I . M P C " r¿ r t 17 / G b / 71. U M L 1 4 . 4 2 ,
5 5 V P ' (-J ) = V ( J )
6C C"MI MJt
I TAB"! (KOFTF)=.jri,'!-'ITAB^(Kr^PTf : ) = M r 13I T A K 3 ( K C V P T L ) = N A \7ARÏ { KÍJPPTE ) = PLU 11-
TAR3( KU^PTb" ) = STCCKTAH4( Klir"1 Tp )=CC,TLCKnr 65 J = 1 , N » VT A ^ ^ ( KHf-'PTf , J ) = V< J )TAri6( K O ^ P T E » J J = V A v ( J j
ó 5 C r . N T ! N ' . J ^G C Tf] ¿C
' IOC P F 1 N T 1 0 6 51065 F H R M A T ( lh l , 1 3 2 H
1 P L U I F I P R I Ü V ( l ) V A V ( l ) V ( 2 ) V - " V ( ¿ ) 7 ( 3 ) V A V ( J ) V2J V C 3 ) V A V C 3 J V ( b ) V A V Í 6 Í V ( 7 ) V A V ( 7 J J
0 r 0 0 I=1 , K f w p T 'P R I N T 10 8 0 , ( l T A b l ( l ) , l T A U 2 ( l ) , l T À B J ( I ) iTAß l ( I ) iTAtJ2( i ) ,
L ( (TABÍ3( í , J i , T A H ö ( i ,J ) )* J = : , N H V J )1080 F O R M A T (1H , I 2 f 2 1 3 , l X t A ^ , 2 X . A 4 , 1 6 F 7 . 3 , ( T ¿ ü , 1 6 F 7 . 2 ) )
80 C O N T I N U EPFINT 1 K C
1100 F O R M A T (77Í-1 ^ A T ^ P L U I F (C^J IK«IÜ (CI") ST'JC1K (CMj) C5TTCK (Cf'3) / / )
PC IfjT l.:0Ct( ITAiV. ( I) , I T A B 2 ( I) i ITAR?( I j , T A U U I Jf TAH21 I ) tTAi22( I) f
120C FQ5MA7( ln , 3 I-i, 11 X , A4 ,1IX , A4 , ¿P 15 . 3 )9CC STPP
- 26 -
Tableau 4
24 412 523 528 î21 52 63 64 65 <>6
PIA IF7 5 0.075 5.67575
1 01 11 21 31 61 71 82023 624 625 626 630 61 72 73 74 77 78 7
11 71517212223242R303031
4 86 f.9 8
11 E13 e18 e20 e73 E25 820 t27 P28 F29 6î c
3 95 98 Ç
10 913 917 c19 923 S25 °27 929 910 1C15 IP
7575757575757575757575757575757575757575757575757575757575757575757575
C.IC.6C . 4
.0CC . 40.3COCOCOCOCOc.4C OC.IC.IC.5C OC.IC.IC O0.00.1C O0.0C OC.I2.2C OC.7C.IC OC.9C.IC OC O0.0C O
75 O.C75 O.C75 O.C75 0 .C375 0.4575 O . C75 0 .C275 0.5475 0 .37 5 ] .077 5 0.C175 0.C175 o.ci75 O . C O
0.00
5 .0
2 . 0
7575
7575
C7 5 3.7475 0.C1
0.C1O . C
75 0.9?75 1.6675 3.B475 C .C675 C . C75 1. 1675 1.4675 0 .7679 1.82
|R<UG V U )5 .39V '5 . 42»S.lbS5.189S.3835.361S.3K45.4795.50?5.5475.39 35.4525.4735.6245.2155.2475.17a5.1765.1165.3255.2905.3695.2375.2135.0475.0465.0215.43)5.4925.4445.4475.1155.3635.21?5.2375.0904.i6o4.5084.3605.5125.4424.9904.8PÎ4.6374.3004.274¿.1934.1Ü34 . 4 2 '4.34P.5.4595.4'.65.3115.1195 . ' 6 ' .5.770•j.2074 . 3 1 "4.7275.1095.4115.5305.3e75.3235.5635.7335,365•».71*
18.Û
25 .05.0
0.7
V l . V I l J« r t t «
0.C25
0.0020 . 194
- 0 . C 2 2J.O223.0960.C3C0.02c
-0 .1580.C62O.C270 . 146
- 0 . 4 C E0.027
- Ù . C 6 9-0 .003-O.CfcC
O.2C9- O . 0 3 5
0.079- 0 . 1 2 2- 0 . 0 2 4- 0 . 1 6 5- 0 . 0 0 2- 0 . 0 2 5
0.41*0.053
- O . C 4 8Û.OC?
- 0 . 3 3 3C.26É
- 0 . C 7 1- O . C 7 5- 0 . 1 4 7- 0 . 2 2 4- 0 . 3 5 e- 0 . 1 4 8
1.152- 0 . C 7 C- 0 . 4 5 2- Û . 1 C 1- 0 . 2 5 2- 0 . 3 3 7-0.02fc- 0 . C E 4- 0 . 0 C 2
0.245- O . C 8 5
1.111- O . C 4 2- 0 . 1 0 5- 0 . 1 9 2
J.C4 4O.bCJ
- 0 . 4 Q 3- 0 . 3 F "- 0 . 1 7 2
O.3o20.3C20.227
-0 .251- O . O b ' i
0.24C0 . 171
-O.Jfcf0.348
V(2)14.155'14.11014.12613.94113.J3914.0714.35014.17114.JJ214.52614.33514.33214.33714.40114.16014.27913.85314.16514.70C14.30814.24714.40514.23414.44214.20014.24114.30C14.23114.45414.45414.27914.07814.43114.37214.43914.29714.CO613.90513.95514.61614.28214.20314.26713.96813.55713.43613.44613.20213.13313.29214.16C14..-".514.21113.93714.:-)?14.66114.27014 .04714.04413.41214. 37214.3791 4 . 2 C 714.16214.3'.i214.54514.470
-C .J46
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C.158- C . U 4 7
C.121C.lblC.194
-C.221C.027C.0050.364
-0.241Cl 19
-C.426C.312C.0350.106
-C .061C.158
-0.171C.208
-C .2410.341C.059
-C.0690.223
-C.000-C.176-C.201
C.353-C.059
C066- G . 1 4 2-C.231-C081-C.030
C.661-C.333-C.079
C.065-C.300-C411-C.121
C.010- C . 2 4 4- C . 0 0 3
C093C.9o8C.055
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C.?56C.369
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C.160C.307
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7^212 •7.2517.2oO7.721 •7.2777.3447.3857. 3897.225 •7.2J97.187 •7.2587.212 •7 .150 •7.3197.7.60 •7.4337.4C77.340 •7.3647.4587.345 •7.341 •7.4317.32(17.3577.3617.3 547.2537.3d47.3017.2957.3167 . 2 »47.3127.3047.2627.3537.3767.3427.3027.2547.2007.3607.2777.2467.2127.379
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-C.0C9C.025
-C.035-0.041-C.04Ï-C.0E3
0.160-C.0É4-C.Û21- C 0 3 4
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0 . 1150.C420.1470.0800.C660.0620.C050.C620.C650.C670.C9E0.C030.1030.C600.C520.0230.C690.C950.271U.1700.C530.C640.C220.2140.2310.C290.C35O . C * 43.033C.37S0.246Ú.C390.C160.10C0.T160.C16C . C ' 40.072Û.C220 . C ' . '0.J7C0.C65
Vit )
6.53915.5836.4756.4686.5346.4966.5866.6086.7C56.6376.6226.6126.6296.6C46.5636.4406.5176.5556.6136.6216.5696.6266.6476.5576.5956.6CS6.5396.6376.6686.5976.5126.7C36.6756.6816.6416.5786.6126.5626.8826.7226.6546.6746.6926.5946.5136.6156.4976.5426.6086.7236.7656.7386.6166.6756.6066.6776.6506.6746.5356.5236.306It.biO»1.639(1.7866.93o6.7S21.804
VAVI6)i* » * * * *
-0.046C.044
-C.109-0.007
0.066- C O I «
C.0900.0930.0)6
-0.0 ' .8-0.015-C.ulO
0.017-C.025-0.041-0.123
0.O77C.0380.059C.003
-C.0520.0570.021
-C.0900.0380.013
-0.0690.0980.031
-0.072-0.085
0.191-0.028
0.006-0.041-0.063
0.034-C.029
C.3J0-0.160-C.068
C.0200.018
-C.093-0.081
0.103-C.118
0.0450.0660.1150.342
-C.027-C.122
0.059C.132
-C.129-C.027
0.023- 0 . 1 3 °- 0 . 0 1 2
C . 2 U 4- C . 1 7 7
0 .009C.147C.150
- 0 . 1 4 4C.012
V« 7114.7n-14.1C614.25714.0«214.31414.26414.21414.65614.62114.64214.4S714.31914.2 2C14.1C914.26614.12614.0CI14.23514.14414.24914.21314.26314.22114.24014.OCS14.03914.2C714.0C913.99213.96014.ICI13.92714.3tí14.2C914.12114.09414.0S714.10413.97315.01614.59214.36314.3CS14.16114.17614.35614.15713.95214.32913.87314.6C214.72314.4 6414.33214.42314.C4514.11614.1J314.0591-4.1 6413.98214.64314.35014.19214.61415.ÛS514.75714.492
.V»V(7)
C.612C.152C . 7 60.2330.050C.U500.4410.0340.021C.1450.178C.1000.1100.157
140C.126C.234
-C
0.1050.0360.0500,041O.OIV0.2310.0290.169
•0.2300.016C.0120.1210.1740.4410.159
c.oaa0.0280.0030.0070.1311.0430.4240.2290.0530.148CÛ170.1220.1020.205Ú.0660.1650.7B90.060
2590.133C.391O.J770.0710.0170.0740.105C.163O.ho2C.2930.159C.422C.471C.3270.265
- 0
- 27 -
P L U I E < C M ) I R R I G (CM) S T C C K
Tableau 5
Ü S T L C K <C!"3J
Ie
111517212222242f3C3C21
46Ç
1112162C222526272P29
1• :
c
FIC1217: «22¿527291C15
4c
5556666666666666
íc
1C1112121617le¿C 622242î2(3C 6 75J 7 75
7575757575
66666777777777777777778886888
e866
a89999o9999999
10IC
7575757575757575757575757575757575757575757575
7575757575757575757575757575757575757575757575757575757575757575757575757 575
0.05.60.10.60.40.30.40.C0.00.CO.C0.0O.C0.4O.C0. 10. 10 .53 .00 . 10.10 .0O . C0.10 .00 .00 .0C. 12 . 20 . 00 .70.10 .00.30.10 . 0O . C0 . 0O . C
0.00.00.00.020.4-5C . OC.020.540.31.070.010.01COIo.ocC.O0.00.74C O I0.010*0C.921.563.140 .060 .01.161.^60.7 61.B2
5.0
¿.0
18 .0
25.05.C
C.7
59.20153 . 22e.5^.3615 7 . 7555 d . 3 b C5 3 . 4 5 C5 8 . J 2 15 9 . 1 6 25^.bit50.9C559.39C5tí.?lí58.60S53.5275«.47C5«.22657.53358.48153.2415 9 . 13C58.Ç6659.15458.73659.16658.21558.22458.76258.61358.75Ê58.85658.83757.8C859.24958.75558.54658.29è57.92S57.54*557 .C156C.4C259.40958.67859.45357.57456.99156.41556.87656.C6556.43256 .C3659.4795C!.48459.C4658.23158.9C358.62759.45957.94657.67457 .90C58.24760.C1953.9835 à . 5 2 159.5816o.sje¿0.2d263.285
C . 9 6 2C . 1 4 2C.6260.623C . 1 C 0C.159C . c 4 2C.ïeiC.379C.514C . 5 7 7C . 2 0 4c.cei
- C . 2 4 1- 0 . 6 9 5
C.94P- C . 2 4 C
C.668- C . 1 6 4
C.168- C . 4 1 8
C.42Û- C . 9 5 1
C . C C 9C.526
- C . 1 4 90.145C . 1 C 0
- C .02 1- 1 . 0 ¿ 9
1.441- C . 4 9 4- C . 2 C 9- C . 2 4 8- C . 3 7 0- C . 3 7 9- 0 . 5 2 4
2.367- C . 9 9 3- 0 . 7 2 1- C . 2 2 6-ce 79-C.583-C.576
C.460-C.75C
C.246-0.394
3.441C.CC5
- C . 4 3 6- C . 7 1 7
C.572- C . 2 7 6
169-C- C . 5 1 3- C . 2 7 2
C . 2 2 70 .3471.77¿
- l .C il- 0 . H 6 1
1.C5Sl.¿57
-C.-3550.ÜC2
-28-
Au début et à la fin de cette campagne de mesures, c'est-
à-dire au printemps et au début de l'automne, la teneur en eau dans
la partie superficielle du terrain est comprise entre 20 et 23%.
Elle croît jusqu'à 37% entre 50 et 80 cm, puis est à nouveau voisine
de 19% à 2 m 20. Il y a une évidente corrélation avec la coupe du sol
la zone de forte teneur en eau correspond à la couche argileuse, les
zones de moindre teneur étant formées des sables fins et grossiers.
On constate que l'amplitude des variations de teneur en
eau est appréciable dans les quarante premiers centimètres de sol,
mais qu'au-dessous de cette cote elle est très faible.
Cette amplitude calculée entre les profils établis, l'un
le 30-7 au soir après un apport d'eau important, l'autre le 13-8
(ce profil étant un des profils de teneurs minimales mesurées), est
la suivante :
à la surface
à 20 cm
à 40 cm
à 60 cm
à 80 cm
à 100 cm
à 120 cm
à 150 cm
à 2 m
à 2 m 20
= 8%
= 6,5%
= 3,5%
= 2,5%
= 0,5%
= 0,5%
= 0,8%
= 0,7%
= 1,5%
- 1,5%
Nous donnons, dans les pages suivantes, un certain nombre
de profils hydriques établis au cours de la période d'expérimenta-
tion.
- 29 -
IV 3 6 C N - F O - ^ 7 < ; 3 - P . f< A I N F C N C/ST E 2 7 / C 1 / 7 6 T I M E C 6 . 3 !
c M A I :
c i v t N s r c N ii i">ri ( L O I , S C R u ) . C F T C C V (P, ) , L I E U C I ( R ) , I R R I G ( 5 ) , D A T I R I I 5 )DINEN'SICN TFXTFY('t) .TExTEX (5) ,TEXTIX (5),KS ( 1C),T (10),DT( 1 0 ) ,
1 \AL( 4 C ) ,D Y{'-.C)H INEN 5 JCN w'RlF(lCC)CATA JLCC , J F V P , C C . S I / 1 tJil . i O . /C A 7 A l O l E V / ' I ' T F ' . ' C N C C ' i ' U R F. • , • N C f 1 /C A T A T / 2 . , C . Î , C . , r ! . J , 0 . , O . - 3 . O . , n . i 3 , O . f 3 f O . /D A T A C T / C . , C 2 . 0 . : ' , 0 . ? , 0 . 2 , 0 - 3 , 0 . 2 , 0 . 2 , 0 . 2 , 0 . A /D A T A K 5 /1 , 2 , 3 , 1 ,2 , 3 ,1 , 2 , 3 , 1 /N B T R A = fJ 8 L C C = 1R F A D I J I . E C . 1 C 2 0 ) T ITRElR F A ü l JLEC , 1 C ? CISC'» , C PT CC ^ , L I EUC I '
1.C2C F O R Ç A I ( 2CA^)R F A D 1 C 2 5 I N G D Y , ( C Y ( I ) , 1=1 , N E C Y )
IC2 5 FHRf/ATl 15 , ( T 6 . 1 5 F - 3 . C ) )n E A C { J l . E C , l C 3 C ) Y M N , Y N ¿ X , M N r Y , X M N , X N A X , N I N T X , X I M I N f X I M A X
1C2C F O R N A T( 3 ( 2 F 1 C . C I 5 1 )
C A L L ICE\A(jrjl.F , 1 ^ 0 , 1 *? , 1 0 0 , 7 0 )C A L L P M ^ A ( 5 . , 5 . , JELCC . 0 . , 0 . )C A L L P - F C E N A ( - 1 . , - 1 . 5 ,0 ,9 , 0 . 2 0 , 0 . 2 0 , 1 . , 0 . )D I y > = 2 7 . 5D I M Y = 1 6 .I ;CH>=U I N X / ( > K U - X M MU C H Y = O T l*Y/( Y N A X - Y M MYIN 1 = { Y N A X - > . V I M / M M YX T J T M > N A X - > N I N ) / M M XX I I N T = ( X I ^ A > - X T M N ) / M ^ T XCALL FCHF. LICCIIX , E C H Y , - X M M E O ' X , - Y M N * ECI-Y )
R E A U U L E C , 1 C ? C , F N Í : = 3 Ü Ü Í I P ^ I C C Í T IR IT R A C E CES AX FS .
éC C A L L TRAS ( XNpl , Y M N ,0)Y = Y M KHC 7C 1=1 , M N T YN = Y+YIN I
"?C C A L L [JFCENSlXfIN , Y ,1 ,2 , 0 . 1 5 , 0 . 1 0 , C C , S I )> = >N INOC 75 I =1 , M M X> = > + > I N I
75 C A L L ri F C E N S ( X . Y y A X ,1 ,1 , 0 . 1 0 , 0 . 1 5 , C C , S I )
0Ü PC 1=1 , M N T YY = Y - Y I K T
FC C A L L U F C E N S I X K A X . Y ,1 ,<* , 0 . 1 5 , 0 . 1 0 , C C , S I )
UC F 5 1 = 1 , M M X> = X - X I N T
f5 C A L L bFCF.NSt X . Y M N ,1 ,3 , 0 . 1 0 , 0 . 1 5 , C C , S I )Y = Y M NC A L L N C N B S O M N - 0 . Û / E C H X , Y M N , 0 , Y , - 1 , 0 . 1 5 , 0 . 2 0 , C C , 51 )CC SC I =1 , M M YY = Y + Y I N T
-30-
3 6 C N - F O - ' . 7 < ; 3 - e N A I N F G N CATE 2 7 / C 1 / 7 6 T I M E C 6 . 3 5 . 5 6
ÇC C A L L N O B S ( > N U - C . 6 / O C H X , Y , 0 , Y , - l , 0 . 1 5 , 0 . 2 0 , C C . S I )C A L L P C / H A (C.'+ ,CI N Y - 4 . C , 0 . T E X T E Y , 1 0 , 0 . 2 0 , 0 . 2 0 , 5 I, C O ) T E X T E YD E C A X = C . 2 / C C H XD E Ç A Y = C . 2 / E C H Y> = X N I NC A L L N T N O S O H N - D r : C A X , Y M X + C E C / > Y , O , X , 1 , 0 . 1 5 , 0 . 2 0 ^ 0 , S I )D O <5rj I = 1 , M N T XX = X + XIN T
Í5 C A L L N C N D S O - D E C A X . Y N A X + C E C A Y , 0 , X , 1 , 0 . 1 5 , 0 . 2 0 , C C S I)C A L L P C A Í U ( D T , " X - 3 . 0 , C I N Y - 0 . 4 , 0 . T E X T E X , 1 2 , O . 2 C , C . 2 0 , C O , S I ) T E X T E XC A L L N T M i S O N A X + D L C - a x , Y N / * X , 0 , Y N / S X , - 1 , Ü . 1 5 . U . 2 O , C C , SI )
00 ICC 1=1 , M M Y<r = Y - Y I M
ICC C A L L NCN[>S( > N A X + D ! : C A X , Y , 0 , Y , - 1 , 0 . 1 ! 5 , 0 . ? 0 , C C , 5 I )C A L L PC A H A (C I N X - 3 . , - 0 . 5 ,U . T E X T IX , 1 2 , 0 . 2 0 , 0 . 2 0 , C C S I ) T E X T I X
H E C A Y = f . 2 5 / E C H Y
X I = X I N A XCALL NCNBSI > N A X-DilCAX , Y M ^ - C ECÍY ,0 ,X I , 1, 0 .15 , 0 . 20, CO , S I )D O 1 C 5 1 = 1 , M N T XXI = X I - X I I N T> = X - X I M
L C 5 C A L L N C M 3 S ( X - O F C A X . Y N U - C F C A Y , 0 ,X I ,1 , n . 1 5 , O . 2 O , C C , S I )15 C P.EADt J L Ê C , 1 1 5 0 , E N O = 2 C 0 ) j C U P i N C I S i I *Nf ( V A L ( I ) , I = 1 , N L C Y )15C F O R N A T l 312 , ( T 2 1 . 1 7 F 5 . 0 ) )
I D E ß = C16C I D E B = i r E Q + l
I F U D E G . G T . N D D Y ) G C TC 1 5 0> P = D V ( I U E B )X P = V A L ( I D E B )i r iXP . L I . > M H . C R . XF . G T . , X N A X ) G C T C 160
C A L L T I A S O ' F , Y P , C )NCCOL=NDCCl+lN'BCGT^BCCT+1IFIIOER .GF. NC0Y) GC TC 150IDEB=IDEb+l
D O 1 " C I\ = D V ( I )
I F ( \ , A L > . L T . > N I N . T T . V <H X . GT . X N AX ) GC T C 175I F { N R C r i . L l . l 1 ) G C TC 1 7 0N B C C L - = 1
I 7 C C A L L N C R £11 (>P , Y P , V A L X , Y , T ( N E C C U ) , CT ( N C CCU ) , K S ( N B C O U ) , E C H X , E C H Y )
G C TC 1 F C175 P R I N T 1 1 7 5 , j r i . T , N r i S , I A h , ( V A L ( I ) , I - = l , N P C Y )L75 r n H M A l (1SII V A L h L " - ' - H C ^ S C Í CR E , 3 \h ,2 F 10 . 2 )Lf C C C N 1 Ï M E
V = > N I N + ( C 5 < N D C C T ) / L " C H YC A L L N C R S E ( X M N + 0 . 5 / C C H X , Y , X M N + 2 . / E C H X , Y , T (ND C H U ) , CT (N B C H U ) ,
l K S ( N G C C L ) , E C H X , E C H Y )C A L L N C N ß A ( C . 2 , C . , 2 , F L C A T ( J C U P - ) , C , 0 . 1 0 , 0 . 2 0 , C O , S Í )C A L L N C M i A ( C . , C . , 2 , F L C AT ( NC IS ) , 0 , 0 . 1 0 , 0 . 2 0 , CO , S I )
-31-
">'J IV 2£CN-Fi- ' i7Ç 3-e N A I N F G N C A T E 2 7 / C 1 / 7 6 T I M E C6
2CC
CC
21 1
213
CALLGC 1CCALLCALLCALLCALLCALLCALLCALLCALLCALLCALLCALLCALLCALLN3TRAGO TOCALLcn TOCALLNin°AGH TG
, C . , 2 , F L C A T { U N ) f - l i Ü . 1 0 , J . 2 Ü , C C , S I )13C
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PCARAPC AT APCATAPCA^A(PCAP.AIHCCfNATRAA(OTPAAID
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cc.c .c .7.71?ï(0I <
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X + C .75 , -75 ,i
Y ,JCLCC , 0 . , 0 . )0 ,L ieLL I i 32»0 .20 iü .25 ,CO,S I ), 0 , C P T C C N , 3 2 , 0 . 2 0 , 0 . 2 5 , C C , S J ), 0 , s o n , 1 6 , 0 . 2 0 , 0 . 2 5 , c r , s i ),0 ,TI TREl , '»0 ,0 .30 , 0 . 6 0 , CO, S I)'J ,0 ,1 TRIG,2 0 , 0 . 2 0 , 0 . 2 5, C C S I)' : , 0 , D A T i n i , 2 0 t 0 . 2 0 , 0 . 2 5 , C C , S I )l. , 3 . 5 , 0 , 9 . 0 . 2 0 , 0 . 2 0 , C C S I )75 , 3 . ,0)'5 , - D I NY-l . .1)nilcY-l. ,1). ,1)75 , 3 . »1 )
l,21C
,21 j) , M ' n i, 5 . ,JßLCC , 0 . , 0 . )
CALLS 10°END
= MJTÍ,(211 ,,
P N L .v A ( i5C
P M N A ( D I N X + 2 . , - 3 « C U Y - 1 0 . , J E L C C , Ü . , Ü . )= C
5C
P N L ^ A t C . , C . , J E L C C » Ü . , 0 . )
Figuré 3a
EVOLUTION DES PROFILS HYDRIQUES
I
to
Figure 3b
B . R . G . n . ADE45-DAR'JOrFERflE FI NET
n *• °r1i
10 .
20 .
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-39-
3.4.1. 3. Discussion^ de§__résultat8
L'observation des profils hydriques établis llun le 30-7-1975
à 10 h avant irrigation, l'autre le 30-7-1975 à 19h (figure 3d], montre
une augmentation de teneur en eau tout le long du profil. Ceci tend à
prouver que l'eau s'infiltre très vite dans ce terrain.
Le 30-7-1975, l'apport d'eau sur la parcelle est de 720 1.
On observe qu'il s'infiltre 500 litres en 45 minutes, puis qu'il res-
te environ 3 cm sur la parcelle.
Or, le calcul de la variation du stock d'eau dans un paral-
léllépipède de 4 m2 sur 2 m 20, entre le 30-7 au matin et le 30-7 au
soir indique une variation de volume de 135 litres.
Il semble donc qu'une grande partie de l'eau apportée serait
inefficace pour la tranche de terrain comprise entre la surface et la
cote 2 m 20. Une faible partie de l'eau se déplacerait par les pores
en période estivale, tandis que la majeure partie se déplacerait par
des fissures. Ces fissures et fentes très nombreuses sont visibles
à la surface de la parcelle dès le mois de juin. Ce phénomène est
très géYiant car il rend difficile l'application des lois de l'écou-
lement dans les milieux poreux à l'ensemble du volume d'expérience.
3.4.2. Mesure des succions
2.4.2.1. Mesure des gradients de potentiel et détermination du sens
Le programme "SUCRE" a été mis au point pour permettre le
calcul, à partir des mesures enregistrées à la sortie des tensiomètres,
des succions, des potentiels, des gradients de potentiel. En outre,
il indique le sens de l'écoulement, ce dernier étant déduit du signe
du gradient de potentiel.
-40-
Ce programme comporte trois options, correspondant à trois
modes de lecture des données :
- utilisation d'un appareillage scanivalve avec un seul
capteur de pression et enregistrement des mesures sur
papier. Les données sont lues sur cartes perforées.
- utilisation de plusieurs capteurs placés dans le ter-
rain et enregistrement de9 mesures sur bandes magnéti-
ques. Les mesures sont reportées sur cartes perforées
pour être introduites dans le programme "SUCRE".
- utilisation de plusieurs capteurs placés dans le ter-
rain et enregistrement sur bande magnétique. Les lec-
tures des données pour le programme "SUCRE" se font
directement sur fichier disque.
C'est cette dernière option qui était choisie pour cette
étude.
On donne en page 41 le programme "SUCRE" et à la suite
du programme un exemple des renseignements fournis à la sortie.
3.4.2.2.
Les profils de potentiel sont tracés automatiquement par
le programme "MAIS".
Nous donnons ci-après, en exemple, un certain nombre de
profils, lesquels sont relevés à 16 h. On constate que le tracé ne
débute qu'à 60 cm à partir du 5 juin : ceci est dû au fait qu'à
cette date le capteur situé à 20 cm dans le sol ne donne plus de si-
gnal. Il n'a pas été possible d'établir des profils de potentiel au-
delà du 25 août, d'autres capteurs s1étant révélés défectueux a par-
tir de cette date.
-41-
IV 360N-FO-479 3-8 MAINPGM DATE 29/09/73 TIME 18.14,
C SUCREDIMENSION Hf30>,Z(30),SUC(30),DZ130),GRA(30),SENS(30),POT(30)DIMENSION LETTT(20).PPO(10),IPOT(30)DIMENSION JABEL9(32).ENREG(28),NBJ0M0(12)C0MM0N/DISQUE/JZ0NE.20NEÍ4800)DATA SENSl,SPNS2 tSENS3/«INF.«, lE0UI«, tEVAPVDATA LFC.IMP/1.3/DATA NR JOMO/3 1,28, 3 W 3 0 , 31, 30, 31,31,30,31,30, 31/JZ0NE=4800NFICH9=9READ 1005,LETIT,NBMESU,CZ(I)•I=1,NBWESU)
1005 FORMAT (20A4W 15 , ( T6.15F5.0 ) )PRINT 1020, L E T I T . m I) » 1=1 ,NBMESU) -^=^.^_
1020 FORMAT 11H1 • 20X.20A4///11H.23X, 10F10.0MREAD 1030,L0PTI0,IPERF ^ . r-—-
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1035 FORMATf «PROGRAMME SUCRE. DEBUT DES CARTES PERFOREES-»: )DO 20 I»2,NBMESU
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1040 F0RMATl5I2,fT11.14F5;0)) 1DO 50 I=1.NBMESU
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V 360N-FO-4 79 3-8 MAINPGM DATE 29/09/79 TIME 18.14.
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TV 360N-F0-479 3-8 MAINPGM DATE 29/09/75 TIME 18
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-400,0
EVOLUTION DES PROFILS DE POTENTIEL
-350,0 -300.0 -250.0 -800,0 -150,0 -100,0 -50,0
CO
CO
80
100
- 4 O W . S -350.« - •QOiO -100.« -50,0 0.'
50.0
POT EN Cfi.
P
20
iO
CO
BO
100
POT EN en.
U1
I
B ñ C n AfiE<S DARVOTF E M E FINE!1
-400.0 -330.0
20
U>
1£6
Figure 5i
EVOLUTION DES PROFILS DE POTENTIEL
-300.0 -250.0 -200.0 -150*0 -100.0 -50.0 0. 50.0 100^0
POT EN en.
-OM.0 -TO0.9 -50.0
en.
20
60
100
L-UOT M . 0
40
120
-320 -300 -280 -260 -240 "220 -200 -180 -160 -140 -120potential »n cm
Fig. 6o . PROFILS DE POTENTIEL le 30-7-1975
- 55 -
40
Eo
Oo
12 0
-260 -240 -220 -200 -180 -160
potentiel en cm.
-240 -220Eu
•oco
120
140
Fig. 6b _ P R O F I L S DE POTENTIEL le 3I-7- I975
-56-
3.4.2.3. Disçussiqndes^résultats
L'examen des profils de potentiel et le calcul des gradients
devraient permettre de localiser une zone de flux nul, c'est-à-dire
une zone où se produit une inversion du sens de l'écoulement. Ceci
n'est que très rarement le cas pendant cette période de mesure. On
observe en général deux points de flux nul. Dans la période compri-
se entre le 28 mai et le 5 juin, on note un point de flux nul à
60 cm, un autre à 100 cm. Au-dessus de 60 cm et au-dessous de 100 cm,
les flux sont descendants, dans la couche intermédiaire ils sont
ascendants. Les profils tracés le 30-7 et le 31-7 (figures 6a et 6b]
après un important apport d'eau sur le terrain rendent bien compte
de l'état transitoire des potentiels. On n'observe que pendant de
très brefs instants un profil d'infiltration sur toute la tranche
de terrain comprise entre 60 et 120 cm.
L'observation des profils établis pendant la période
d'expérimentation semble indiquer que la couche 80-100 cm, c'est-à-
dire la couche argileuse, se comporte comme un réservoir qui libè-
re de l'eau soit vers le haut, soit vers le bas.
3.4.3. Calcul des flux et des perméabilités.
Le calcul des flux et des perméabilités à certaines dates
a été tenté. Pour une période au cours de laquelle on observe deux
points de flux nul, avec un profil de potentiel de ce type :
i"/•///// sensïd' écoulement
ce calcul n'a pas été possible. En effet, si partant de l'apport
d'eau amené en surface entre deux mesures à la sonde on calcule le
flux sortant de la couche 0-20 cm, ce flux entre dans la couche
-57-
20-60 cm. La variation de stock dans cette couche devrait corres-
pondre au flux entrant puisqu'à 60 cm on se trouve en présence d'un
plan de flux nul et que, par conséquent, rien ne traverse ce plan
en direction du bas. Or, ceci n'est jamais le cas : il entre plus
d'eau dans la couche qu'elle n'en stocke ; donc, il doit nécessai-
rement sortir un certain flux.
Ceci ne peut s'expliquer que par des infiltrations par
les fissures. Le calcul des flux a été fait pour une période où les
profils sont d'evaporation jusqu'à 120 cm. C'est le cas par exem-
ple entre le 28-7-1975 et le 30-7-1975.
On ne dispose pas de tensiomètre sous cette cote, et on
ignore si le point de flux nul est descendu plus bas que cette co-
te. On a supposé qu'il descendait jusqu'à 1 m 50. Partant de ce
point, on estime les débits qui traversent les couches dans le sens
ascendant au-dessus de 150 cm et descendants au-dessous de 150 cm.
On a ainsi calculé :
0-20 q = 0,0088 cm/h
20- 60 q = 0,0055 cm/h
60- 80 q = 0,0048 cm/h
80-100 q = 0,0046 cm/h
100-120 q = 0,0028 cm/h
120-150 q = 0,0006 cm/h
150-220 q = 0,0029 cm/h
Les perméabilités correspondantes sont :
860- 80 K = 1,4.10" m/s
980-100 K = 5,8.10" m/s
9100-120 K = 3 .10" m/s
-58-
K = 3 ,
K = 5
K = 6
05.
•
-710
-810
-810
m/s
m/s
m/s
II n'est pas possible de les calculer dans les autres cou-
ches pour lesquelles il n'y a pas de mesures de gradients.
On a répété le calcul des flux et des perméabilités pour
la période comprise entre le 30-7 au soir et le 31-7 au cours de
laquelle l'eau s'infiltre tout le long du profil. Le calcul donne
les résultats suivants :
0-20 q = 0,005 cm/h
20- 60 q = 0,020 cm/h
60- B0 q = 0,029 cm/h
80-100 q = 0,033 cm/h
100-120 q = 0,029 cm/h
120-150 q = 0,040 cm/h
150-220 q = 0,071 cm/h
Au cours de ces deux intervalles de temps, la teneur en eau
moyenne était sensiblement la même, soit :
9 = 35,3% entre 60 et 80 cm
9 = 30,9% entre 80 et 100 cm
9 = 24,4% entre 100 et 120 cm
Ceci signifie qu'il n'est pas possible d'établir une courbe
K(8) à partir des mesures de perméabilités déduites des mesures sur
le terrain. La teneur en eau ne varie pas suffisamment.
On a tenté d'établir la courbe *J>(6] en laboratoire, mais
ceci n'est pas très aisé car l'échantillon se rétracte. De nouveaux
essais sont en cours.
-59-
3.4.4. Mesure des teneurs en nitrate
1ère_exp-érience : 3-B-1975
La quantité de NO3K en solution déversée en surface cor-
respond à 152 g N03~ (1,9 g/1].
La figure 7a représente - un profil de teneur en NO3 éta-
bli 24 heures après le début de l'expérience, soit le 4-6-1975
et - un profil de teneur en N03 éta-
bli 9 jours après le début de l'expérience, soit le 12-6-1975.
Les teneurs portées sont celles obtenues après déduction du
"bruit de fond" c'est-à-dire de la teneur en NO3 avant expérience.
Il n'a jamais été observé de déplacement vertical d'un pic de nitrate,
au cours du temps, comme c'est le cas en milieu poreux homogène et
comme le voudrait la théorie.
On observe une zone de plus forte concentration stable si-
tuée entre 30 et 90 cm.
Le profil établi le 12-6-1975 montre non pas un déplacement
des pics, mais une diminution d'amplitude des pics.
Le graphique de concentration en NO3 dans l'eau du sol
indique que, lors des premiers prélèvements c'est-à-dire 24 heures
après l'expérience, la plus grande partie du N03 apporté s'est déjà
infiltrée. Les concentrations diminuent très brutalement à une pro-
fondeur donnée (figure 8, page 67).
-60-
Tentative de calcul d'un bilan de masse
- calcul du volume d'eau contenu dans un parallélépipède .de 4 m2
sur 1 m 20, à partir des teneurs en eau mesurées à la sonde.
Les quantités de nitrate mesurées et rapportées à ce vo-
lume d'eau conduisent à une quantité totale de nitrate six à sept
fois supérieure à celle que l'on a apportée.
- calcul des variations de stock d'eau dans chaque couche entre le
3-6-1975 et le 4-6-1975.
Les quantités de nitrate mesurées le 4-6 et rapportées à
ces volumes d'eau aboutissent à une quantité totale de nitrate dans
l'eau du sol égale à 6,7 g. Un mois et demi plus tard, elle est de
0,12 g.
Deux déductions apparaissent :
- l'infiltration de la solution de nitrate est extrêmement rapide :
moins de 24 heures.
- Cette infiltration se fait vraisemblablement en grande partie par
les fissures dans ce type de sol.
On peut supposer que seule une partie de l'eau très mobile véhi-
cule le soluté.
Ceci est confirmé par le fait que les courbes de potentiel
établies toutes les heures le 3-6 et le 4-6 ne montrent pas d'inver-
sion de sens d'écoulement. Le premier point de flux nul reste situé
à 60 cm jusqu'au 5-6 à 11 heures.Or, les profils de concentration en
NO3 établis le 4-6 nous montrent bien une teneur en NO3 plus impor-
tante à 70 et 90 cm, alors qu'on devrait retrouver le NO3 entre la
surface et 60 cm.
-61-
0 WO 200 300 400 500 600 700 MO 900 1000 1100 1200 1300 1400 tSOOmg/i
Figure la Première expérience : 3.6.1975
152 6 NO/ Cl,9 g/1)
-62-
L'eau s'infiltre donc par des fissures ou le long des tu-
bes de prélèvement quand il y a des retraits du terrain.
Notons qu'une analyse de NO3 sur une carotte du terrain
prélevée fin juin fait apparaitre des quantités très faibles de N03
qui n'est donc pas fixé sur le terrain (tableau 3, page 17).
2ème_ expérience
La quantité de NO3K en solution déversée en surface corres-
pond à 580g N03" (2,9 g/1).
La figure 7b représente : - un profil de concentration en
N03~ établi 24 heures après le début de l'expérience, soit le 27-8,
- un profil de concentration
établi neuf jours plus tard, soit le 5-9.
On observe plusieurs pics de concentration : à 10 cm, puis
à 50 et 70 cm, comme dans le cas de la première expérience. Le 5-9,
l'amplitude des pics a notablement diminué et on peut admettre que le
deuxième pic s'est déplacé de 70 à 90 cm.
Comme dans l'expérience précédente, le graphique des con-
centrations en NO3 dans l'eau du sol montre une diminution très bru-
tale des concentrations due à une infiltration quasi-instantanée.
Calcul d'un bilan
- calcul des variations de stock d'eau dans chaque couche entre le
26 et le 27-8.
Les quantités de nitrates mesurées le 27-8 et rapportées
à ces volumes indiquent une quantité totale de nitrate dans l'eau du
sol de 8,1 g.
- 63 -
0 100 700 300 4 M SOO $00 TOO 100 $00 1000 1100 1200 1300 UOO 1500 itOO 1700 UOO »00 2000 2100 2200 2300 2*00miV .
10.
M
4#
SO
n
M
100
m
120-
{\
i
/(
/
5-9
X
/
/
——— •
^ - —
« S I
g—
a
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^^
• ' • •- -
/
— -— —
* * *
• • »
— — •
— - -
>
Figure 7bDeuxième expérience : 26.8,1975
580 g NO 3 " (2,9 g/1)
-64-
Au bout d'un mois, cette quantité est de 1,3 g. On aboutit
aux mêmes conclusions que lors de la 1ère expérience :
- la majeure partie des nitrates apportés s'infiltre instantanément
par les fissures.
Ceci est en accord avec le phénomène observé la veille de
l'expérience : apport de 1 000 litres d'eau dont seuls 120 litres
apparaissent dans la variation du stock.
- une fraction de l'eau contenue dans le sol participe au transport
des sels en solution. Ce transport est rapide ¡ on peut considérer
qu'au bout d'un mois et demi les nitrates présents dans le sol sont
passés sous la cote 1 m 20. Le NO3 n'a pas été dosé sur le sol
après cette deuxième expérience.
3ème expérience
La quantité de NO3K. en solution est cette fois apportée par
arrosage de la parcelle. Cette quantité est de 180 g NO3 (6 g/1).
La figure 7c représente : - un profil de concentration en
NÛ3~ établi le 26-9, soit 24 heures après le début de l'expérience,
- un profil de concentration
établi le 27-9, soit 48 heures après le début de l'expérience,
- un profil établi le 15-10, soit
19 jours plus tard.
On observe également une succesàion de pics entre 10 cm et
120 cm. Par contre, on ne voit à aucune date se déplacer les pics de
nitrate ¡ on observe seulement une diminution d'amplitude des pics
de concentration.
-65-
La quantité totale de NO3 mesurée et rapportée à la varia-
tion du stock d'eau entre le 25-9 et le 26-9 est de 27,9 g j le 15-10,
cette quantité est de 3,5 g.
Le rapport de cette quantité restant dans l'eau du sol à la
quantité initiale est plus important que lors des deux premières ex-
périences. Ceci est peut-être lié au mode opératoire, c'est-à-dire
au fait que l'on a arrosé la parcelle.
Quoi qu'il en soit, la majeure partie des nitrates apportés
a disparu au cours des premières 24 heures.
Une carotte de sol a été prélevée en octobre, soit un mois
et demi après le début de l'expérience. Les résultats des dosages
de N03~ indiquent des quantités négligeables (tableau 6).
0- 10 cm10- 20 cm20- 30 cm30- 40 cm40- 50 cm50- 60 cm60- 70 cm70- 80 cm80- 90 cm90-100 cm100-110 cm110-120 cm120-125 cm
N03~ g/1extrait des
échantillons sol
0,0360,0220,0220,0200,0200,020
< 0,0200,0200,0200,0200,0200,0200,020
N03" g/1dans eau du solavant expériences
0,0220,027-
0,0150,0220,0340,0800,0150,0170,0130,0180,018
Tableau 6
On ne peut donc pas dire que le nitrate est resté piégé (modèle
GAUDET-VACHAUD /5/). Ceci est très net si l'on compare les teneurs en
nitrate extraites des échantillons de terrain et celles mesurées dans
les bougies poreuses avant les expériences.
-66-
0 100 300 300 iOO 500 $00 700 $00 »00 1000 1100 1200 1300 HO 0 1500 If 00 1100 »00 1300 2000mg/1
Figure 7cTroisième expérience : 25.9.1975
180 g N03" (6 g/1)
-68-
Dosage du nitrate dans la nappe
Des prélèvements d'eau dans un piézomètre situé au Nord de
la parcelle étaient analysés par intermitences.
Le 3/6/75, soit 24 heures avant la première expérience, le
taux de NO3 était déjà voisin de 40 mg/1. Ce taux passe très vite à
55 mg/1, ce qui est supérieur au seuil admissible [45 mg/1).
Ce taux de N03 baisse en fin juillet, mais ne semble pas
remonter après la deuxième expérifjnce qui a lieu le 28 août (figure 9).
Par contre, on note une nette remontée après la troisième
expérience, début octobre.
Ces résultats sont délicats à interpréter car ils ne sont
pas reproductibles. Les teneurs en nitrate sont faibles en septembre,
alors qu'elles étaient très fortes en juin-juillet. La relation entre
ces variations de teneurs dans la nappe et les quantités de nitrate
répandues en surface est difficile à établir.
3.4.5. Discussion des résultats
- Les résultats obtenus dans cette étude sont très diffé-
rents de ceux que l'on avait obtenus lors des deux études précéden-
tes, l'une sur un sol formé de sables moyens et grossiers (à Orléans),
l'autre sur un sable des Landes (Saucats). Dans ces deux cas, on ob-
servait un front d'avancement du nitrate. Le pic de concentration en
NO3 mettait deux à trois mois pour atteindre la profondeur 100 cm,
suivant qu'il était poussé par la pluie ou par l'irrigation. (/1/ et /8/)
- 5 9 -
(D
0)
ÜO
êi J.I04-
to
ft •
12-
13
It.
23.
25-
30-
02-
0%-
17
23-
31
01
03
05
OS
1*
23
26.
02-
15-
^
P "
\
C
—, — • —
^ - — .
^ >
- ^
)
/s/\/\
/
to 20 30 40 50 $0 mg/l. 70
Figure 9 : P I E Z O M E T R E : CONCENTRATION EN NOj
-70-
Dans le cas présent, la majeure partie du traceur dispa-
rait dans les premières 24 heures et ceci vraisemblablement par
des fuites ou des fissures.
Une faible partie de la concentration initiale se retrouve
distribuée dans la partie du profil comprise entre 0 et 100 cm, et
disparait au bout d'un temps souvent inférieur à un mois, sans que
l'on puisse mettre en évidence un déplacement des concentrations.
Par ailleurs, rien n'est fixé sur le terrain.
- D'un point de vue pratique, il ressort de ces expérien-
ces que dans ce type de sol limoneux fréquent en Val de Loire, qui
se fend et se craquelé en surface dès l'apparition de la période es-
tivale, le nitrate apporté en surface sous forme de solution s'in-
filtre extrêmement rapidement en direction de la nappe.
- D'un point de vue théorique, il apparait que l'étude des
phénomènes de transfert dans un sol non saturé de ce type est extrê-
mement complexe.
4. - ESSAI DE MODELISATION
4.1.
II existe un certain nombre de modèles plus ou moins comple-
xes, rendant compte de l'infiltration de l'eau en milieu non-saturé.
- Citons le modèle de Wim et VAN PÓPEME C/3/)
Ce modèle, écrit en fortran, simule l'écoulement vertical
de l'eau dans un sol supposé homogène et divisé en un certain nombre
de couches d'égale épaisseur. Ce programme comprend deux sous-program1'
-71-
mes ; l'un calcule les vitesses d'écoulement, la profondeur de la
nappe et la quantité d'eau qui la surmonte ; l'autre sous-program-
me calcule les teneurs en eau et les tensions induites par les vi-
tesses d'écoulement, après un pas de temps.
- le modèle de H. VAN KEULEN et VAN BEEK (/7/î
écrit en CSMP (continuous system modeling program] simule l'infil-
tration de l'eau dans un sol non homogène, c'est-à-dire à plusieurs
couches. Ce programme calcule la teneur en eau à chaque profondeur,
donc le profil hydrique et le potentiel à chaque profondeur.
Il est nécessaire d'introduire dans le programme les
courbes ij; ÍB) et K (0].
- le modèle de M. G. LE CARDINAL ou modèle "DIF3ÇL 1", écrit en CSMP,(/2/)
simule la diffusion de l'eau dans un sol homogène suivant un axe ver-
tical oz.
L'équation utilisée pour cette simulation est la suivante :
66
etDCe) -zz- - Kce)
ÔZ
Les données à fournir à ce programme sont le profil initial
de teneurs en eau, les teneurs en eau maximale et minimale, un tableau
des débits à l'entrée en fonction du temps,et aussi un tableau des dé-
bits à la sortie s'ils sont imposés, la courbe K (9).
Ce modèle calcule la teneur en eau à chaque profondeur, donc
le profil hydrique, le stock d'eau contenu dans la colonne et la va-
riation de stock.
- un autre modèle de M¡G. LE CARDINAL (voir /3/ )s modèle "MULTISOL"
a retenu notre attention. Ce modèle a pour but de simuler la diffusion
de l'eau dans une colonne de sol comprenant plusieurs couches de natu-
re différente.
-72-
En fait, ce modèle étudie trois couches de sol telles que
la première et la troisième soient de nature identique. Les varia-
tions de débit à la surface et au fond sont des fonctions du temps.
Pour chaque simulation, une sortie graphique est donnée ; elle re-
présente les profils de teneur en eau en fonction de la profondeur
pour chaque pas de temps.
- les modèles de VAN GENUCHTEN et WIERENGA f/6/3
écrits en CSMP simulent le déplacement d'un soluté dans le sol. Ce
modèle est applicable à un transfert sans interaction avec la matri-
ce solide ou avec adsorption.
4 .2 . §éleçtion_dPun_modèle
Dans une première étape, nous avons sélectionné un modèle
de simulation de l'écoulement de l'eau dans un sol homogène, ce qui
est le cas le plus simple. C'est pourquoi nous avons testé "DIFSO'L 1".
Il est évident que le modèle de VAN KEULEN et VAN BEEK est mieux
adapté à notre problème, car il simule l'infiltration dans un sol hé-
térogène à plusieurs couches, ce qui est notre cas.
Ce dernier modèle nécessite la courbe i|i(6) qui est établie
en laboratoire. Il sera donc testé dès que les données nécessaires
aurons été recueillies.
4.3. Résultats_çbtenus
A l'aide de "DIFSOL 1", l'expérience du 30-7-1975 a été
simulée. L'apport d'eau sur la parcelle expérimentale était de 720 1
d'eau environ au total, ce volume étant apporté en moins d'une heure.
Dn adonc simulé un débit moyen à l'entrée pendant une heure, corres-
pondant à ce volume d'eau,-le débit à l'entrée étant nul ensuite. Le
-73-
débit à la sortie est libre, c'est-à-dire fonction de la gravité, ce
qui était le cas. Les essais sont effectués successivement avec deux
tableaux k(6)r; le premier correspond aux perméabilités que l'on a
pu déduire des mesures in situ, le deuxième à des perméabilités choi-
sies 103 fois supérieures aux premières.
La comparaison des profils mesurés et des profils calculés
montre que les résultats obtenus par le calcul sont très différents
des résultats expérimentaux.
Les profils mesurés indiquent une faible augmentation de la
teneur en eau le long du profil, bien que le volume d'eau apporté à
la surface soit important.
Les profils calculés, avec les perméabilités de l'ordre
de celles mesurées sur le terrain (paragraphe 3.4.3.], montrent que
le terrain est instantanément saturé à la surface et que la satura-
tion croît en profondeur, pour atteindre les 40 premiers centimètres
au bout de 24 heures.
Ceci suppose une infiltration lente dans le terrain. Les
perméabilités ayant été multipliées par 103, c'est-à-dire étant de
l'ordre de 10"4 ou 10~3, on obtient les profils de la figure 11.
La variation du stock d'eau calculé est dans ce cas de
16,7 cm.
La hauteur d'eau apportée en surface est de 18 cm. Rappe-
lons que l'augmentation de stock mesurée n'était que de 3cm au bout
de 8 heures, alors que les 18 cm d'eau apportés s'étaient infiltrés
en une heure.
-74-
100
7 / 7 5 o lOh
3 0 / 7 / 7 5 à 19h (8h aprèsaprès l'apport d'eau
profil initial le 30 /
- • profil mesuré le
profil mesuré 24h
150
200
25020% 30%
fig. 9 - Profils hydriques mesures
- 7 5 -
150
200
profil initiol le 3 0 / 7 / 7 5
. « profil calcule I9h (8h opre's l'apport d ' e a u )
• x profil calcule 2 4 h après l'apport d 'eau
au m o y e n de perméabilitésm e s u r é e s in.situ
250
10% 20% 30%
fig. 1 0 . Prof i ls h y d r i q u « » c a l c u l a s
40% e
-76 -
profil initiol le 3 0 / 7 / 7 5 d 10 h
profil calculé ó 19 h (8 h après l'apport d'êûu)
x profil calcule 2 4 h après l'apport d'eau
au moyen de perméabilités10 s foi» plus grandes
!50
10% 20% 30%
f ig . I l - P r o f i l s h y d r i q u e s c a l c u l é s
40% e
-77-
En conclusion, on peut dire qu'il est très difficile de
simuler les écoulements d'eau dans ce type de sol, avec les modèles
dont nous disposons.
Il semble que, logiquement, on devrait observer une satu-
ration instantanée en surface et croissant en profondeur en un temps
dépendant de la perméabilité, c'est-à-dire que les profils calculés
sont ceux que l'on devrait obtenir dans un milieu poreux non rétrac-
table.
La différence entre les profils mesurés et les profils
calculés nous parait être un argument de plus en faveur de l'hypo-
thèse que la plus grande partie de l'eau, et donc des nitrates, s'in-
filtre instantanément par des fissures.
Dans une deuxième étape, le modèle de VAN KEULEN sera tes-
té et il y aura lieu de déterminer les variatioas à apporter à ces
différents modèles pour qu'ils prennent en compte l'hétérogénéité
des terrains, les variations de perméabilités et autres facteurs
propres à chaque site.
-78-
C O N C L U S I O N
II ressort de cette étude qu'un ion polluant, ici en l'occurence
l'ion nitrate, répandu en surface sur certains types de sol, peut attein-
dre la nappe au bout d'un temps relativement court.
Ces sols, dont un exemple a été rencontré, contraitement a ce
qui était attendu, sur le site expérimental retenu pour l'étude, se mani-
festent par un comportement hydrodynamique très différent de celui des
sols sableux qui avaient fait jusque là l'objet de nos expériences et de
celles décrites dans la littérature.
Il semble que cette différence de comportement soit essentiellement
due à l'apparition de fentes de retrait en période sèche. C'est ce phénomène
qui rendrait la nappe sous-jacente très vulnérable en période estivale alors
que peuvent se produire des pluies très violentes et que certaines parcelles
sont soumises à une irrigation périodique.
Cette étude peut avoir deux types de suites :
- sur le plan pratique, il faudrait préciser quels sont exactement les
types de sol qui sont l'objet des phénomènes observés. Leur cartographie
permettrait alors dans une région donnée - et pour commencer la Beauce
dont la nappe révèle des taux en nitrates particulièrement élevés - d'ap-
précier la vulnérabilité des aquifères sous-jacents ;
- sur le plan théorique, il faudrait rechercher un modèle qui puisse
rendre compte des phénomènes particuliers que les modèles proposés pour
les milieux poreux continus ne peuvent représenter correctement.
Mais, quel que soit l'objet poursuivi, il faudra évidemment passer
par de nouvelles expériences à la fois plus approfondies et variées, tant
en ce qui concerne la reconnaissance et le choix des sites que les conditions
des essais, qui devront principalement s'étaler sur une période plus longue
et se rapprocher des conditions naturelles.
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B I B L I O G R A P H I E
//\/ M. BONNET, A. LALLEMAND-BARRES, A. SAMSON .- Etude de la propagation
des nitrates sous cultures de mais irriguées dans les Landes . -
Colloque CENECA, Paris, mars 1976.
/2/ M.G. LE CARDINAL .- DIFSOL - Modèle de diffusion de l'eau dans un sol
homogène .- Rapport C.I.S.I., Cadarache, n° 101.
/3/ M.G. LE CARDINAL .- MULTISOL - Modèle de diffusion de l'eau dans un
sol comportant plusieurs couches de natures différentes . -
Rapport C.I.S.I., Cadarache, n° 102.
/4/ J.F. DAIAN [1971] .- Etude "in-situ" des transferts d'eau dans la zone
non saturée : application à une méthode d'estimation du bilan
hydrique .- Thèse Dr Ingénieur, Univ. Se. et méd. Grenoble.
/5/ J.P. GAUDET (1974) .- Ecoulement transitoire d'eau et de sel dans la
zone non saturée .- Thèse, Univ. Se. et méd. Grenoble.
/6/ M.Th. VAN GENUCHTEN, P.J. WIERENGA .- Simulation of one-dimensional
solute transfer in porous media .- New Mexico State Université,
Agricultural experiment station. Bulletin 62B, novembre 1974.
/7/ H. VAN KEULEN, C.G.E.M. VAN BEEK .- Water movement in layered soils.
A simulation model .- Neth. J. Agri. Sei. 19 (1971) 138-153.
/B/ A. LALLEMAND-BARRES .- Contribution à l'étude de la propagation des
polluants dans la zone non saturée .- O.M.S. Rapport BRGM
73 SGN 396 AME.
/9/ S.P. WIND et W. VAN DOORME .- A numerical model for the simulation of
unsatured vertical flow of moisture in soils .- Journal of
Hydrology, 24 (1975), 1-20.
