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Guide technique « Caractérisation des transferts hydriques en ZNS »

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Guide « Caractérisation hydrique de la zone non saturée »

CaPhéInE : CAractérisation des PHEnomènes de transfert en zone INsaturée des Eléments traces

Mars 2012

Guide technique « Caractérisation des transferts hydriques en ZNS

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Ce guide a été rédigé dans le cadre du projet CaPhéInE financé par l’Ademe et réalisé en partenariat par le BRGM, l’INERIS, EDF et le CEA :

Coordinateur du projet : Valérie Guérin (BRGM)

Rédacteurs :

Valérie Guérin et Boris Chevrier (BRGM),

Fabien Decung (EDF).

Ce guide a bénéficié de la relecture critique d’un groupe d’utilisateurs constitué de :

Sébastien Kaskassian (BURGEAP),

Patrick Suire (ANTEA),

Bruno Dubéarnès (EauGéo),

Hélène Roussel (Ademe),

Gaël Bellenfant (BRGM/DPSM).


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Sommaire

Sommaire ........................................................................................................................................ 3

Illustrations ..................................................................................................................................... 6

Acronymes ...................................................................................................................................... 8

Symboles ......................................................................................................................................... 9

1 Introduction ........................................................................................................................... 11

1.1 Problématique, contexte .............................................................................................................11

1.2 Objectifs et livrables du programme CAPHEINE ...................................................................12

1.3 Objectifs du présent guide et place dans la méthodologie .......................................................12

1.4 Limites du guide ..........................................................................................................................13

2 Méthodologie proposée pour l’acquisition de données de transfert hydrique en ZNS ....... 15

2.1 Mécanismes de transferts hydriques en ZNS ...........................................................................15

2.2 Mode d’acquisition des données ................................................................................................18

2.2.1 Données bibliographiques .....................................................................................................19

2.2.2 En laboratoire ........................................................................................................................19

2.2.3 In situ .....................................................................................................................................19

2.3 Proposition d’une approche graduée ........................................................................................20

2.3.1 Gradation en 3 niveaux ..........................................................................................................20

2.3.2 Techniques proposées pour chaque niveau ............................................................................22

2.3.3 Critères de passage d’un niveau à l’autre ..............................................................................25

3 Estimation des flux en ZNS ................................................................................................... 27

3.1 Niveau 1 .......................................................................................................................................27

3.1.1 Bilan hydrique .......................................................................................................................27

Evapotranspiration ...............................................................................................................................27

Ruissellement .......................................................................................................................................27


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3.1.2 Courbe de rétention et conductivité hydraulique à saturation ...............................................28

3.1.3 Conductivité hydraulique à saturation ...................................................................................28

Similarité, classes texturales ................................................................................................................28

Lois empiriques ....................................................................................................................................29

3.2 Niveau 2 .......................................................................................................................................30

3.2.1 Bilan hydrique .......................................................................................................................30


Ruissellement .......................................................................................................................................31

3.2.2 Courbe de rétention ...............................................................................................................31

Procédure BEST (Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters) sur site ......................................31


Méthodes d'infiltration en surface ........................................................................................................34

3.3 Niveau 3 .......................................................................................................................................35

3.3.1 Bilan hydrique .......................................................................................................................36


Ruissellement (selon contexte du site) .................................................................................................36

3.3.2 Courbe de rétention ...............................................................................................................37

Méthode du profil instantané au laboratoire ........................................................................................37

Procédure BEST-Laboratoire (Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters) au laboratoire ........38

Méthode des cocottes à pression et autres méthodes de laboratoire (solution saline, pression

osmotique, papier filtre...) ....................................................................................................................39

Méthode du profil instantané sur site ..................................................................................................39


Essai de Darcy ou essai triaxiaux au laboratoire ..................................................................................41

4 Estimation du temps de transfert à travers la ZNS et de l’impact d’une pollution à

l’interface ZNS / ZS ..................................................................................................................... 43

4.1 Niveau 1 .......................................................................................................................................43


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4.2 Niveau 2 .......................................................................................................................................44

4.3 Niveau 3 .......................................................................................................................................45

Essai d’infiltration avec grand infiltromètre ........................................................................................45

Utilisation des outils isotopiques .........................................................................................................46

5 Conclusion, critiques et retour d’expériences de la méthodologie proposée et perspectives

47

6 Références .............................................................................................................................. 51

ANNEXES .................................................................................................................................... 53

A - Principales lois de rétention (Source : Thiéry, 1996) ........................................................... 55

B - Principales lois de perméabilité (Source : Thiéry, 1996) ...................................................... 61

C - Méthodes d’acquisition des paramètres utiles à l’étude des transferts dans la zone non

saturée ........................................................................................................................................... 67

D - Fiches techniques ................................................................................................................... 69

E - Liste de normes applicables ................................................................................................... 70


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Illustrations

Liste des figures

Figure 1 - Lien entre les différents guides CAPHEINE ................................................................................................ 13

Figure 2 - Mécanismes de transferts et bilans hydriques en ZNS .............................................................................. 16

Figure 3 - Courbe de rétention h( ) (à gauche) et de conductivité hydraulique K( ) (à droite) (Mermoud, 2006) .. 17

Figure 4 - Méthodologie proposée pour l’étude des transferts en ZNS ...................................................................... 21

Figure 5 - Méthodes d’investigations envisagées selon les différents niveaux de la méthodologie proposée et l’objectif visé pour l’étude des transferts en ZNS ......................................................................................................... 23

Figure 6 - Triangle de texture proposé par l’USDA (Soil Survey Staff, 1975, en haut) et échantillons utilisés pour l’évaluation des FPT pour KS (en bas) ................................................................................................................. 29

Figure 7 : (gauche) Ajustement automatique du modèle BEST sur la courbe d’infiltration cumulée l(t)=f(t) et (droite) Lois h(θ) estimés selon la procédure BEST (traits), comparés aux estimations via les fonctions de pédo-transfert (FPT) (symboles) (Base de données Rosetta) et au profil de rétention estimé à partir d’échantillons prélevés à différentes profondeurs ........................................................................................................ 32

Figure 8 - Estimation de la durée des essais nécessaire à l’obtention d’une lame infiltrée cumulée I1D (infiltration verticale en colonne de sol) comprise entre 3 et 6 cm en fonction de la gamme de perméabilité attendue ........................................................................................................................................................................... 33

Figure 9 - Mise en œuvre d’un essai Porchet............................................................................................................... 34

Figure 10 - Equipement pour la mesure conjointe de l’humidité et de la succion ..................................................... 37

Figure 11 - Visualisation du bulbe d’infiltration en coupe transversale et profil instantané d’humidité après essai BEST ............................................................................................................................................................................... 38

Figure 12 - Mesure sur site de l’humidité (en haut) et de la succion (en bas) (Mermoud, 2006) ............................. 40

Figure 13 - Infiltromètre simple anneau grand diamètre et son système d’asservissement pour l’alimentation en eau (cuve de remplissage) (Source : CEA-LCSN) ................................................................................................. 46

Figure 14 - Instrumentation en profondeur pour la mesure de l’humidité et de la succion (Amraoui et al., 2008) .. 50

Figure 15 : Variation de la pression réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de rétention homographique ...... 56


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Figure 16 : Variation de la pression réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de rétention puissance (après correction pour Se=100%) .................................................................................................................................................. 57

Figure 17 : Variation de la pression réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de rétention logarithmique ......... 58

Figure 18 : Variation de la pression réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de rétention de Van Genuchten .. 59

Figure 19 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de perméabilité homographique ................................................................................................................................................................. 62

Figure 20 : Variation de la perméabilité réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de perméabilité puissance .... 62

Figure 21 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de perméabilité puissance associée à une loi de rétention homographique ................................................................................................................. 63

Figure 22 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de perméabilité puissance associée à une loi de rétention puissance ........................................................................................................................... 64

Figure 23 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de perméabilité exponentielle .................................................................................................................................................................... 65

Figure 24 : Variation de la perméabilité réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de Van Genuchten ............... 66

Figure 25 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de Van Genuchten ............... 66

Liste des tableaux

Tableau 1 - Caractéristiques principales du sol non saturé à renseigner dans les outils de modélisation .............. 18

Tableau 2 - Tableau synthétique des paramètres à acquérir ou des expériences à mener par niveau .................. 24

Tableau 3 - Synthèse et domaine de validité des différents essais de caractérisation de la conductivité hydraulique à saturation mis en œuvre dans CAPHEINE ........................................................................................... 48

Tableau 4 - Synthèse et domaine de succion mesurable avec les différentes techniques pour détermination de la courbe de rétention et de conductivité relative mises en œuvre dans CAPHEINE ............................................... 49


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Acronymes

BEST : Beerkan Estimation of Soils Transfer parameters

BDD : Bases De Données

d10 : diamètre laissant passer 10% des grains en masse (mm)

d50 : diamètre laissant passer 50% des grains en masse (mm)

ETM : Eléments Traces Minéraux

ETP: EvapoTransPiration

FTP : Fonction de PédoTransfert

Pa : Pascal

TDR : Time Domain Reflectometrie

USDA : United States Department of Agriculture

ZNS : zone non saturée

ZS : zone saturée


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Symboles

Paramètres (Equation de Richards) Symboles Unités

teneur en eau volumique [-]

tenseur de perméabilité hydraulique du milieu poreux K [LT-1

]

charge hydraulique (avec l’axe z orienté vers le haut) H=h+z [L]

altitude z [L]

charge de pression h=pc/( wg) [L]

masse volumique de l’eau w [ML-3]

accélération gravitationnelle g [LT-2]

pression capillaire pc=pa-pw [MT-2L-1]

Paramètres (Lois de sols) Symboles Unités

perméabilité hydraulique à saturation du milieu poreux KS [LT-1]

perméabilité hydraulique non saturée du milieu poreux

(paramètre de calage estimé par Rosetta, Schaap et al., 2001) K0 [LT-1]

perméabilité hydraulique relative du milieu poreux Kr [LT-1]

degré de saturation (Ss à 100%, Sr à 0%) Se [-]

degré de saturation (à 100 % de saturation) Ss [-]

degré de saturation (à saturation résiduelle) Sr [-]

porosité [-]


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Paramètres spécifiques aux modèles de lois capillaires

Symboles Unités

Modèle de rétention de Van Genuchten (1980)

paramètre de normalisation en pression

gh

1

[L-1]

paramètres de forme n & m [-]

paramètre de calage (fonction de la connectivité et de la

tortuosité des pores) L [-]

Modèle de rétention de Brooks et Corey (1964)

paramètre de distribution des pores λ (=1/bt) [-]

paramètre de calage

bk (aussi noté

η dans

Lassabatère et

al., 2006)

[-]


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1 Introduction

1.1 Problématique, contexte

En France, la décision d’intervenir sur un site pollué et le choix des moyens à mettre en œuvre sont

fonctions du contexte environnemental, de la nature de la pollution et des risques résultants pour

l’Homme et les ressources en eau. Actuellement la majorité des études évaluant les risques de

contamination des eaux souterraines ne prennent pas en compte la spécificité de la zone non saturée.

Dans le cas des éléments traces minéraux (ETM), les mécanismes qui contrôlent leur mobilité sont

variables dans le temps et dans l'espace : ils sont fortement liés aux conditions physico-chimiques du

milieu et donc à ses changements. Selon les conditions, le transfert des polluants vers les couches plus

profondes et les nappes souterraines peut être facilité ou inhibé. De même, une éventuelle

immobilisation des polluants dans les couches superficielles peut être réversible. Si ces mécanismes sont

mal compris, le potentiel de risque d'un site peut être mésestimé.

Dans ces conditions, dans les études d’impact, on considère que la totalité des éléments lixiviables

parvient à la nappe, ignorant alors le rôle potentiellement « protecteur » de la ZNS vis-à-vis des eaux

souterraines, ce qui peut engendrer des travaux de réhabilitation coûteux et disproportionnés.

La compréhension des phénomènes chimiques et hydriques qui caractérisent la ZNS présente donc

un grand intérêt pour appréhender plus finement le risque à plus ou moins long terme pour les eaux

souterraines. L’incidence des usages actuels du site sur la capacité d’émission de contaminants de la

source doit être caractérisée et complétée par une étude prenant en compte les possibles changements

d'usage, et/ou les modifications physico-chimiques éventuelles ultérieures du site d’étude, qui peuvent

influer sur la mobilité des polluants. Cette anticipation requiert très généralement l’établissement de

modèles de fonctionnement.

Cependant, les processus qui gouvernent le devenir des ETM en zone non saturée sont complexes et

nombreux. Par conséquent, la modélisation de ces phénomènes qui permettrait d’anticiper les effets

d’un changement d’usage sur la mobilité des ETM, demande l'acquisition d’un nombre suffisant de

données hydriques et chimiques. Compte tenu des coûts financiers importants de leur acquisition et de

leur exploitation, il convient d’être particulièrement pertinent lors de la définition des caractérisations à

mettre en œuvre.


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1.2 Objectifs et livrables du programme CAPHEINE

Le projet CAPHEINE vise à mettre à disposition une méthodologie permettant de préciser les

contextes (typologie des sites, polluants, géologie et hydrologie) dans lesquels il est utile de prendre

en compte la zone non-saturée du site dans l’évaluation des risques pour la ressource en eau.

Le projet a permis d’élaborer trois guides techniques qui proposent plusieurs méthodes permettant

d’améliorer la connaissance du fonctionnement du système. Ainsi, les paramètres à acquérir du point de

vue hydrologique et chimique et les méthodes disponibles pour les acquérir sont détaillés dans deux

guides :

la caractérisation de la mobilité des ETM est abordée dans le guide « Caractérisation de la

mobilité des ETM dans la zone non saturée du sol » (Bataillard et al., 2012) ;

pour les paramètres hydriques, on se reportera au guide « Caractérisation hydrique de la

zone non saturée » (Guérin et al., 2012b).

L’intégration des données obtenues dans les modèles numériques et le choix du type de modèle à

privilégier pour obtenir une modélisation réaliste du fonctionnement du site sont quant à eux détaillés

dans un troisième guide :

la modélisation du transfert d’ETM est abordée dans le guide « Modélisation des

écoulements et du transport des éléments traces en zone non saturée » (Boissard et al.,

2012).

Le programme CAPHEINE s’est également appuyé sur l’étude de 5 sites, appelés «guides

sites », auxquels il est fait référence dans les guides techniques. Ces « guides sites » détaillent les

actions mises en œuvre sur chacun de ces sites.

La méthodologie développée s’adresse aux principaux acteurs responsables du diagnostic et de la

surveillance de sites et sols pollués.

1.3 Objectifs du présent guide et place dans la méthodologie

Ce guide est plus particulièrement dédié à l’étude des transferts hydriques en ZNS.

Ce guide propose une évaluation des avantages, des inconvénients et de la sensibilité des

différentes méthodes disponibles. Le nombre de paramètres à acquérir, la confiance accordée dans la

détermination de ces valeurs ainsi que les outils mis en œuvre pour les acquérir seront à adapter aux

enjeux associés au site et à sa vulnérabilité intrinsèque.


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Ce guide peut être utilisé seul pour répondre à certaines des questions posées par la gestion d’un

site.

Sa mise en œuvre est aussi un préalable indispensable à la modélisation (Cf. guide « Modélisation

des écoulements et du transport des éléments traces en zone non saturée », Boissard et al.,).

Le lien de ce guide avec les autres guides techniques et les guides « site » est explicité sur la Figure

1.

Figure 1 - Lien entre les différents guides CAPHEINE

1.4 Limites du guide

Le présent guide rappelle les différents modes d’acquisition pour chaque type de paramètres

hydriques. Ces informations pourront également s’avérer utiles dans le cas d’une contamination par des

molécules organiques.

Ce guide n’aborde pas les spécificités de la couche de sol arable et l’influence de la végétation ; ce

guide ne s’intéresse pas non plus au cas particulier des transferts préférentiels (fente de dessiccation,

passage préférentiel, fissure ou fracture).

Pour les aspects fracturation et fissuration on pourra se reporter au travail réalisé dans le cadre du

projet de recherche SEDIGEST (Guérin et al., 2010).


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Le guide ne se veut pas exhaustif de toutes les techniques existantes, les propositions

méthodologiques faites ici sont le résultat :

d’une recherche bibliographique ;

d’un retour d’expérience ;

de la consolidation de certains travaux : le programme de recherche TRANSAT

(Kaskassian et al., 2009) par la mise en œuvre du grand infiltromètre, de la

méthodologie BEST (Lassabatère et al., 2006) ;

de la comparaison de méthodes d’acquisition sur les sites d’études de CAPHEINE,

notamment pour la conductivité hydraulique à saturation KS et pour l’obtention des

paramètres caractéristiques des lois d’écoulement en ZNS.


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2 Méthodologie proposée pour l’acquisition de données de

transfert hydrique en ZNS

Les pratiques actuelles consistent soit à ne pas considérer la ZNS soit à la considérer comme une

zone saturée. Dans le second cas, l’évaluation des flux à travers la ZNS est basée sur des calculs

simplifiés, assimilant la couche à une zone 1D à écoulement vertical. Cette approche revient alors à

considérer des écoulements unidirectionnels dans la ZNS en négligeant les effets de

dispersion/atténuation par capillarité. Cette approche va avoir tendance à être conservatrice en termes

hydriques mais pessimiste en termes de transferts et ce d’autant plus que les conditions in-situ sont

éloignées de ces hypothèses.

Ces approches utilisent généralement les données météo pluviométrie et d’évapotranspiration

locale (station la plus proche) ainsi qu’une évaluation de la conductivité hydraulique à saturation du sol.

Le projet CAPHEINE se propose d’aller plus loin en proposant des méthodes permettant d’approcher

le transfert hydrique en ZNS.

2.1 Mécanismes de transferts hydriques en ZNS

La caractérisation et l’évaluation des transferts en ZNS fait appel aux bilans hydriques (volume d’eau

entrant dans le système) et à l’évaluation des flux parvenant à la nappe. Le flux d’eau transitant dans le

sous-sol est soumis à plusieurs phénomènes (Figure 2).


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Figure 2 - Mécanismes de transferts et bilans hydriques en ZNS

L’équation de Richards (1931) permet la résolution numérique des processus d’écoulement d’eau en

zone non saturée :

QHgradKdivt

h)(

Avec :

teneur en eau volumique [-]

K tenseur de perméabilité hydraulique du milieu poreux [LT-1

]

H=h+z charge hydraulique *L+ (avec l’axe z orienté vers le haut)

z altitude [L]

h=pc/( wg) charge de pression [L]

w masse volumique de l’eau *ML-3

]

g accélération gravitationnelle [LT-2

]

pc=pa-pw pression capillaire [MT-2

L-1

]

pa pression de l’air *MT-2

L-1

]

pw pression de l’eau *MT-2

L-1

]

Q terme source / puits [T-1

]

Il est donc nécessaire de définir la courbe de rétention (h) qui est une caractéristique du sol étudié

mais aussi, la relation K(h) ou K( ) par l’intermédiaire des modèles empiriques (Figure 3).


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Figure 3 - Courbe de rétention h( ) (à gauche) et de conductivité hydraulique K( ) (à droite) (Mermoud, 2006)

Différents modèles empiriques ont été développés, ces lois empiriques sont explicités en Annexe A

pour la courbe de rétention (Thiéry, 1996) et en Annexe B pour la conductivité hydraulique (Thiéry,

1996).

La connaissance des phénomènes régissant l’écoulement de l’eau en zone non saturée, tout comme

la modélisation de ces phénomènes, demande l'acquisition des données suivantes (Tableau 1).

Le modèle de Van Genuchten (1980) (fonction de la saturation Se) a l’avantage d’utiliser les mêmes

paramètres dans les deux relations (h) et K(h). Ainsi nous considérons, qu’une courbe sur les deux est

suffisante pour obtenir le jeu de paramètres. La courbe la plus facile à obtenir pour la détermination des

paramètres de l’équation de Van Genuchten est la courbe de rétention (h). Cette loi est très souvent

utilisée, même si le calage des données obtenues avec une autre loi empirique est bien sûr possible.

La typologie des sols étudiés et leurs caractéristiques structurelles donnent des informations

pertinentes sur les propriétés hydrodynamiques du sol telles que la porosité, la perméabilité, les

propriétés de rétention hydrodynamique (aussi liées à la texture). De plus, les mécanismes

géochimiques sont influencés par ces propriétés et nécessitent l’estimation des surfaces spécifiques et

densités des sols mis en jeu.

L’analyse granulométrique permet de déterminer la distribution dimensionnelle en poids des

éléments d'un matériau. Si cette connaissance n’est pas directement utilisable au niveau « hydrique »,

elle est souvent un pré-requis à l’estimation de paramètres hydriques. Mais il peut être nécessaire de

mettre en œuvre des méthodes de terrain et de laboratoire pour acquérir les paramètres de transfert

hydrique en ZNS.


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Tableau 1 - Caractéristiques principales du sol non saturé à renseigner dans les outils de modélisation

Paramètres Symboles Unités

Car

acté

rist

iqu

es

du

mili

eu

po

reu

x Conductivité hydraulique Ksat [LT-1]

Porosité [-]

Degré de saturation (à 100 % de saturation Ss=1) Ss [-]

Degré de saturation (à saturation résiduelle) Sr [-]

Modèle de rétention :

Ex : Van Genuchten Mualem (1980)

Paramètre de normalisation

[L-1]

Paramètre de forme n [-]

Paramètres Symboles Unités

Car

acté

rist

iqu

es

du

mili

eu

po

reu

x

Conductivité hydraulique Ksat [LT-1]

Porosité [-]

Degré de saturation (à 100 % de saturation Ss=1) Ss [-]

Degré de saturation (à saturation résiduelle) Sr [-]

Modèle de rétention :

Ex : Van Genuchten Mualem (1980)

Paramètre de normalisation

gh

1 [L

-1]

Paramètre de forme n [-]

2.2 Mode d’acquisition des données

Trois modes d’acquisition de données sont possibles, présentant chacun des avantages et des

inconvénients propres à chacun des paramètres recherchés, et qui peuvent être d’ordre financier,

pratique, ou concerner la validité et la représentativité de la mesure.

gh

1


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2.2.1 Données bibliographiques

Un grand nombre de paramètres et de coefficients sont susceptibles d’être estimés à partir de fonds

de données bibliographiques (littérature scientifique, bases de données, ressources propres …). Il est a

priori plus rapide et moins coûteux d'utiliser les données bibliographiques. Néanmoins, il n'existe pas de

données disponibles pour tous les types de sol, et encore moins pour les remblais qui constituent

souvent la partie superficielle de la zone non saturée sur les sites industriels.

Dans tous les cas, la question de la représentativité de ces paramètres pour le cas d'étude et de leur

validité intrinsèque (qualité de la donnée) reste posée. Ainsi, les travaux effectués montrent que les

résultats obtenus en utilisant les FPT (Fonction de PédoTransfert) sont meilleurs lorsqu’on utilise une

FPT définie sur des sols proches de ceux qu’on cherche à étudier. En particulier, le programme ROSETTA

(Schaap et al., 2001) développé autour de la base de données UNSODA (Schaap and Leij, 1998) et

librement disponible, propose plusieurs FPT, construites à partir de régressions sur un grand nombre de

données expérimentales, pour l’estimation de l’ensemble des paramètres hydrodynamiques d’intérêt.

2.2.2 En laboratoire

Si les essais en laboratoire sont un bon moyen d’analyser finement les processus, l’acquisition de

données hydriques fortement dépendantes des caractéristiques structurelles du sol peut être limitée.

Ainsi, des carottages intègres peuvent permettre de recueillir des échantillons pour la réalisation

d’essais de laboratoire. Toutefois, le carottage induit parfois des phénomènes de tassement qui

modifient les caractéristiques hydrodynamiques des sols.

Des essais laboratoire peuvent aussi être réalisés sur des échantillons de sol reconstitués, dans ces

cas-là, le biais sur la validité des paramètres peut être important.

De manière générale, les essais laboratoire peuvent présentés des biais et ne donnent une

information que sur un échantillon discret. La validité des paramètres mesurés en laboratoire doit donc

toujours être utilisée avec discernement.

2.2.3 In situ

Les essais terrain fournissent généralement les informations les plus pertinentes car ils conservent la

structure et l’hétérogénéité intrinsèque des sols. Les méthodes utilisées (simple anneau, pompage)


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doivent être sélectionnées en fonction de l’échelle de mesure souhaitée et le nombre de mesures sera

fonction de la complexité du site.

Lors de la mise en œuvre d’une technique d’acquisition de données des caractéristiques

hydrodynamiques des sols, il est essentiel d’avoir en tête les fondements de chaque méthode, les

hypothèses et simplifications qu’elle implique et les limites de son domaine de validité. Il n’est pas rare

d’observer un à deux ordres de grandeur lors de la détermination de certains paramètres par différentes

méthodes, en fonction des incertitudes / précisions intrinsèques à la méthode utilisée et en fonction du

volume de sol dont elle est représentative. Ces précautions sont en effet nécessaires pour une

interprétation pertinente des résultats, et une éventuelle comparaison des valeurs données par des

méthodes différentes est recommandée.

2.3 Proposition d’une approche graduée

2.3.1 Gradation en 3 niveaux

Le projet CAPHEINE propose une approche graduée de la caractérisation hydrique de la ZNS, pour

aller plus loin que les pratiques actuelles, en ayant une meilleure compréhension des mécanismes

impliqués.

Cette méthodologie considère deux objectifs différents selon que l’on veuille :

estimer les flux d’eau parvenant à la nappe. Pour cela, il faut acquérir des paramètres

hydriques pour la caractérisation hydrodynamique de la ZNS. Ces paramètres sont

indispensables pour la modélisation des transferts en ZNS. Cela nécessite aussi de faire

un bilan hydrique de l’infiltration naturelle ;

estimer les temps de transfert à la nappe. En effet, dans certaines circonstances

(incidents/accidents de production notamment), il peut être nécessaire de déterminer

expérimentalement (et avec précision) le temps de transfert à travers la ZNS ainsi que

l’impact d’une pollution au toit de la nappe. Dans ce cas-là on se situe dans un contexte

d’infiltration forcée du fait d’un déversement ou d’une fuite.

Cette méthodologie comprend plusieurs niveaux d’approche (niveaux 1, 2 et 3), du plus simple au

plus complexe, et est schématisée ci-dessous (Figure 4) :


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Figure 4 - Méthodologie proposée pour l’étude des transferts en ZNS

Globalement, le premier niveau repose sur une approche bibliographique ou sur la base de mesures

simples. Sa mise en œuvre est donc peu coûteuse, par contre les incertitudes associées aux différents

paramètres restent fortes. Ce niveau est donc à réaliser en première approche de manière

systématique, ensuite si la complexité du contexte du site ou les enjeux associés aux cibles identifiées

l’exige, on réalisera les investigations et mesures prévues dans les niveaux 2 et 3.

Les niveaux 2 et 3 ont pour objet de diminuer les incertitudes liées au fonctionnement hydrique de

la ZNS du site. Ces deux niveaux font appel à des mesures au laboratoire ou sur le terrain. Les mesures

préconisées au niveau 3 sont plus difficiles à réaliser et plus chères, le passage du niveau 2 au niveau 3

reposera donc essentiellement sur un bilan coût avantage.


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Exemple du site 1 : Dans les contextes miniers, la complexité géologique est-elle qu’il faut identifier quelques mécanismes majoritaires à investiguer/approfondir au risque de réaliser de nombreuses investigations sans réel gain de connaissance

2.3.2 Techniques proposées pour chaque niveau

Les principales méthodes préconisées selon le niveau retenu sont rappelées sur la Figure 5 et dans le

Tableau 2.

L’estimation des flux va exiger la détermination conjointe :

du bilan hydrique du site ;

des courbes de rétention ou lois caractéristiques des différents horizons rencontrés ;

de la conductivité hydraulique à saturation des différents horizons rencontrés.

Des séries de mesures et méthodes d’investigation, mises en œuvre dans CAPHEINE, sont proposées

dans ce qui suit en regard de la méthodologie développée et de l’expérience acquise.

Il existe un très grand nombre de méthodes applicables pour acquérir les données hydriques (bilan

hydrique du site, données texturales et structurelles, loi d’écoulement caractéristique et conductivité

hydraulique à saturation) dont une liste (non exhaustive) est donnée en annexe A.

Dans le présent guide sont reprises uniquement les techniques mises en œuvre dans le cadre de

CAPHEINE et qui paraissent pertinentes sur la base de l’analyse critique et du retour d’expérience réalisés

lors de leur mise en œuvre sur les différents sites d’études. Des fiches autoportantes sont proposées en

annexe D pour certaines des techniques plus particulièrement mises en œuvre dans le cadre de

CAPHEINE, et la liste des normes applicables est fournie en annexe E.


-23-

Figure 5 - Méthodes d’investigations envisagées selon les différents niveaux de la méthodologie proposée et l’objectif visé pour l’étude des transferts en ZNS


-24-

Tableau 2 - Tableau synthétique des paramètres à acquérir ou des expériences à mener par niveau

Caractérisation selon régime d’écoulement

Paramètres à acquérir / expérience à mener Informations fournies

Caractérisation hydrique pour écoulement en régime gravitaire (selon scénarios de déversement)

Niveau 1 - Humidité sur échantillons, ETP site

- Flux entrants : volume infiltré, durée d’infiltration et

superficie d’infiltration

- h(θ) et k(θ) par FPT sur granulométrie

- Ks par FPT /BDD

- Vitesse moyenne 1D équivalent ZNS (sans transitoire)

selon volume déversé, surface d’infiltration et Ks

Préparation à la modélisation des écoulements non saturés

- 1ère informations sur les horizons de

la ZNS

- Première approximation des temps

de transfert

- Dimensionnement d’essais


- Ks Darcy ou méthodes d’infiltrométrie

- Estimation de V∞ par essai anneau sous charge

- h(θ) et k(θ) par BEST (surface, fosse)

- Temps de transfert en transitoire (avancée d’un front

d’infiltration)

Amélioration de la connaissance du site : - Monitoring sur site

- Compléments spécifiques au site

- Hétérogénéités spatiales

- Information sur l’infiltration sur site

Niveau 3 - Ruissellement par canal venturi

- Ks par infiltration in-situ (forage, fosses)

- Essai d’infiltration et de traçage grand infiltromètre

Amélioration de la compréhension des mécanismes:

- Vérification d’hypothèses de

fonctionnement

- Fonctionnement global de la ZNS en

régime gravitaire (temps de séjour,

atténuation)

Caractérisation hydrique pour écoulement en régime capillaire et/ou mixte (selon scénarios de déversement)

Niveau 1 - Humidité sur échantillons, ETP site, Ruissellement sur

estimation de pente

- h(θ) et k(θ) par FPT sur granulométrie

- Ks par FPT / BDD

- Vitesse moyenne 1D à l’échelle ZNS (sans transitoire)

avec bilan des infiltrations moyennes annuelles / Ks

Préparation à la modélisation des écoulements non saturés


- h(θ) et k(θ) par BEST (surface, fosse)

- Ks Darcy (laboratoire)

- Ks par forages ou en surface, couche superficielle

Amélioration de la connaissance du site : - Compléments spécifiques au site

- Information sur l’infiltration sur site

Niveau 3 - ruissellement par canal venturi

- acquisition de h(θ) et k(θ) in-situ {succion ; TDR}

- h(θ) et k(θ) labo en imbibition et drainage

- Ks par infiltration in-situ : forage, fosses

- Essai d’infiltration et de traçage grand infiltromètre en

adaptant la mise en œuvre au milieu et au scénario

Amélioration de la compréhension des mécanismes :

- Vérification d’hypothèses de

fonctionnement

- Fonctionnement global de la ZNS

(temps de séjour, atténuation)


-25-

2.3.3 Critères de passage d’un niveau à l’autre

Cette méthodologie propose ainsi un certain nombre d'acquisitions de paramètres à réaliser pour

approcher au mieux les transferts hydriques et les flux d’eau en ZNS selon la sensibilité

environnementale du site, c'est à dire selon les enjeux liés au site mais aussi selon la complexité de ce

dernier et en regard des conditions in-situ.

La démarche consiste, à partir d’un premier schéma conceptuel, à alimenter celui-ci par des

connaissances plus précises sur les transferts hydriques. Le passage d’un niveau à l’autre est

subordonné à la complexité hydrogéologique du site, aux enjeux et cibles identifiées. Au final, les

investigations réalisées et le choix du passage d'un niveau à l'autre seront aussi définis pour partie par

des bilans coûts-avantages quant au besoin d’avoir une information plus fine sur le transfert dans la

ZNS. Notamment, les niveaux 2 ou 3 sont requis dès lors que l’on souhaite travailler en transitoire.

Le passage d’un niveau à l’autre se fait dès lors que l’on a besoin d’une information plus fine sur le

transfert dans la ZNS :

Enjeux de l’étude ;

o Etude de l’infiltration d’eaux météoriques dans l’objectif d’évaluer une

remobilisation de contaminants présents en ZNS : situation pollution

chronique/historique ;

o Etude de l’infiltration suite à un évènement (déversement / fuite / crue, polluants

dissous) : situation accidentelle ;

Temps de transfert à travers la ZNS ;

Information sur les vitesses de transfert et temps de contact : recherche d’équilibre/non

équilibre local ;

Information sur l’atténuation des flux par capillarité et dispersion ;

Evaluation de volumes de milieux pollués ;

Recharge de la nappe par la ZNS ;

Remobilisation d’une pollution en place par battements de nappe ;

Lessivage des terrains contaminés.


-26-


-27-

3 Estimation des flux en ZNS

3.1 Niveau 1

Une première évaluation des courbes caractéristiques h( ) et k( ) et de la conductivité

hydraulique du sol peut être réalisée par l’utilisation de bases de données spécifiques ou de lois

empiriques sur la base de classes texturales. Le recours à ces bases de données nécessite donc la

réalisation de mesures de granulométrie des différents horizons de la ZNS.

Cette approche de niveau 1 repose en grande partie sur une étude bibliographique.

3.1.1 Bilan hydrique

Evapotranspiration

L’ETP découle toujours de l’application d’une formule sur la base de données météorologiques qui

sont souvent prises à la station Météo France la plus proche (niveau 1).

Il existe différentes formules plus ou moins complexes pour estimer l’ETP. Elles requièrent la

connaissance d’un nombre minimum de paramètres climatiques et géographiques.

La formule de Thornthwaite est une des plus utilisée et est généralement valable notamment quand

on considère des données annuelles. Météo France utilise la formule de Penman qui demande

l’acquisition d’un plus grand nombre de paramètres.

Le choix d’une formulation au détriment d’une autre dépend de la disponibilité en données

météorologiques (Annexe A).

Ruissellement

Le ruissellement peut être négligé si le terrain est plat, recouvert de végétation et que le sol est

assez perméable. Si le ruissellement est important, on devra le prendre en compte dans le bilan

hydrique, dans un premier temps par une estimation quantitative approximative (% de la pluviométrie).


-28-

3.1.2 Courbe de rétention et conductivité hydraulique à saturation

L’acquisition de courbes granulométriques à partir de données in-situ peut être également valorisée

par interprétation en utilisant les Fonctions de PédoTransfert (FPT). De plus, ces formulations, basées

sur un ensemble important de données, permettent également de donner une estimation de

l’incertitude associée à l’ensemble des paramètres pour les lois h( ) et k( ).

En particulier, le programme ROSETTA (Schaap et al., 2001) développé autour de la base de données

UNSODA (Schaap and Leij, 1998) et librement disponible, propose plusieurs FPT, construites à partir de

régressions sur un grand nombre de données expérimentales, pour l’estimation de l’ensemble des

paramètres hydrodynamiques d’intérêt. Le logiciel commercial SoilVision™ (SOILVISION® SYSTEMS LTD)

offre également des possibilités dans ce domaine.

Une première évaluation des courbes caractéristiques h( ) et k( ) peut être réalisée par

l’utilisation de bases de données spécifiques ou de lois empiriques sur la base de classes texturales.

3.1.3 Conductivité hydraulique à saturation

Une première estimation de la conductivité hydraulique de chaque horizon peut être réalisée par

l’utilisation de bases de données spécifiques ou de lois empiriques sur la base de classes texturales.

Similarité, classes texturales

A partir de l’établissement de la granulométrie (0-2 mm) des échantillons de matériaux on peut en

déduire certaines caractéristiques hydrodynamiques en ayant recours à des bases de données.

Des BDD de référence (UNSODA (Schaap and Leij, 1998), GRIZZLY (Haverkamp et al., 1998) ou

HYPRES (Wösten et al., 1998)), spécifiques aux caractéristiques hydrodynamiques de la zone non

saturée, regroupent des données de perméabilité acquises en fonction de différentes typologies de sols.

En particulier, le programme ROSETTA (Schaap et al., 2001) développé autour de la base de données

UNSODA et librement disponible, propose plusieurs FPT, construites à partir de régressions sur un grand

nombre de données expérimentales, pour l’estimation de l’ensemble des paramètres hydrodynamiques

d’intérêt. La Figure 6 présente la distribution des échantillons utilisés pour formuler les FPT afin

d’estimer KS, le plus grand nombre de données étant généralement disponibles pour des sols sableux ou

sablo-limoneux (selon classification USDA (Soil Survey Staff, 1975). De plus, ces formulations permettent

également de donner une estimation de l’incertitude associée à l’estimation de la conductivité.


-29-

Figure 6 - Triangle de texture proposé par l’USDA (Soil Survey Staff, 1975, en haut) et échantillons utilisés pour l’évaluation des FPT pour KS (en bas)

Lois empiriques

Outre l’approche précédente, différentes formulations empiriques permettant d’estimer KS, sont

souvent proposées dans la littérature (Hazen (1893), Kozeny-Carman (Kozeny, 1953 et Carman, 1956),

Terzaghi et al., 1996). Ces lois, généralement fonction de la typologie du sol et établies sur la base

d’expérimentations, utilisent des paramètres clés de la texture du sol et plus particulièrement de la

courbe granulométrique (d10, d50, porosité, teneur en eau une succion à -33KPa…). Si ces approches

peuvent mener à une première estimation de KS, les valeurs ainsi estimées peuvent montrer un

étalement selon la formulation utilisée. Il apparaît nécessaire de considérer le domaine de validité de

ces formulations selon la typologie de sol investigué.

Des logiciels commerciaux (Ex : Enviro-Base) intègrent ainsi les différentes approches et permettent

d’estimer KS aussi bien que les courbes h( ) et K( ).


-30-

La détermination bibliographique de la conductivité hydraulique à saturation demande au préalable

la détermination de la nature des matériaux rencontrés sur site. Il n'existe pas de données disponibles

pour tous les types de matériaux, et encore moins pour les remblais qui constituent généralement la

partie superficielle de la zone non saturée sur les sites industriels. De plus, les informations contenues

dans ces bases de données sont établies à partir de la fraction fine, elles ne sont pas forcément

extrapolables à des sols présentant des fractions importantes d’éléments grossiers (remblais

notamment).

3.2 Niveau 2

En niveau 2, on va affiner notre connaissance du site pour aller vers une évaluation de plus en plus

fine des flux et des temps de transfert. Pour cela, des méthodes de mesures en laboratoire et sur site

sont proposées qui permettront l’acquisition des caractéristiques propres au site.

La réalisation de fosses ou forage préliminaire pour évaluer la variabilité verticale des faciès entre

la surface et la nappe est un préalable indispensable. Car c’est sur cette base que seront définies le

nombre de couches à caractériser.

Les investigations à partir du niveau 2 prennent en compte les complexités locales et visent à

caractériser les couches d’intérêts.


La connaissance du régime d’écoulement dans la ZNS est affinée en déterminant l’humidité du sous-

sol (échantillons carottés, méthode gravimétrique) et en calculant une ETP locale.

Evapotranspiration

En niveau 2, le contexte hydrique du site peut être alors affiné par la mise en place d’un pluviomètre

sur site dont le pas de mesure sera défini de manière à pouvoir suivre les variations de flux observés au

niveau de la nappe par le suivi dynamique des niveaux piézométriques afin d’identifier les phases de

drainage/recharge de la ZNS et les battements de nappe.

Si le site présente une végétation ou un albédo très particulier, on peut être amené à faire un calcul

particulier, adapté au site.


-31-

Exemple site 2 : Sur le site 2, une mesure journalière de la pluviométrie était nécessaire en

raison de la forte réactivité de la nappe perchée au moindre évènement pluviométrique.

Sur ce site, il a été nécessaire de revoir le calcul de la pluviométrie efficace, en effet ce site

sans végétation sur une grande partie présent une couleur gris foncée favorisant l’évaporation.

Ruissellement

Le ruissellement peut être pris en compte sur la base de mesure de la pente et du type de

couverture du site. En effet, les sites industriels présentent souvent des couvertures non naturelles

(dalle béton, enrobé, …).

3.2.2 Courbe de rétention

La procédure BEST (voir fiches techniques n° 1 et 7 en Annexe D ; Lassabatère et al., 2006) est une

méthode intégratrice proposant d’acquérir par un essai d’infiltration simple anneau in-situ (ou en

laboratoire) les courbes h( ) et k( ) ainsi que KS.

En niveau 2, par des mesures en surface, cette méthode, relativement simple et peu coûteuse,

permet de déterminer des paramètres hydriques spécifiques au site sans déstructurer le milieu. Elle

n’implique toutefois qu’un faible volume de milieu poreux et ne caractérise qu’une épaisseur d’une

dizaine de cm sous l’anneau.

Procédure BEST (Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters) sur site

Cette méthodologie intégratrice (cf. fiche technique n° 1, Annexe D) permet également d’acquérir

les courbes de rétention h( ) et k( )) à partir d’un essai d’infiltration simple anneau in-situ. La mise en

œuvre de l’essai dans un sol initialement relativement sec permet de faire ressortir les différents

processus d’écoulement, allant d’une infiltration plutôt capillaire à un régime gravitaire. Ainsi, une large

gamme de teneur en eau est alors balayée lors de l’essai. La méthode est donc sensible aux conditions

de saturation initiale, une forte humidité initiale étant préjudiciable.

Exemple du site 4 : Lors de la mise en œuvre de certains des essais sur le site 4, l’humidité initiale des terrains était importante en raison de pluies les jours


-32-

précédents. Dans ce cas-là, on ne met pas en évidence le premier régime d’infiltration plutôt capillaire, et l’interprétation de l’essai présente un biais dans

l’estimation de Ks et de la courbe de rétention h( ).

Le modèle théorique de BEST a été développé à partir de l’équation de Richards (1931), assurant

ainsi une continuité entre l’essai d’infiltration et l’utilisation des paramètres dans un modèle numérique.

Les figures suivantes (Figure 7) illustrent l’application du modèle BEST sur la courbe d’infiltration

cumulée et présentent les lois h(θ) ainsi déduites.

Figure 7 : (gauche) Ajustement automatique du modèle BEST sur la courbe d’infiltration cumulée l(t)=f(t) et (droite) Lois h(θ) estimés selon la procédure BEST (traits), comparés aux estimations via les fonctions de pédo-

transfert (FPT) (symboles) (Base de données Rosetta) et au profil de rétention estimé à partir d’échantillons prélevés à différentes profondeurs

La méthode propose une instrumentation simplifiée et est rapidement mise en place, elle demande

également l'acquisition de paramètres annexes (granulométrie, densité apparente et mesure de

l'humidité initiale et finale de l'essai).

Dans la pratique, les essais ne semblent réalisables dans un temps acceptable que pour une gamme

de perméabilités allant de 1.10-4 à 5.10-7 m.s-1 (Figure 8).

Exemple du site 2 : Le site 2 présente des terrains à très faibles conductivités hydrauliques, la réalisation d’essais BEST atteint ici ces limites, les temps d’infiltrations devenant alors très longs, le phénomène d’évaporation de la lame d’eau peut alors devenir prépondérant sur l’infiltration notamment en période estivale.


-33-

Figure 8 - Estimation de la durée des essais nécessaire à l’obtention d’une lame infiltrée cumulée I1D (infiltration verticale en colonne de sol) comprise entre 3 et 6 cm en fonction de la gamme de perméabilité attendue

Le volume caractérisé par cet essai (~dm3) et donc sa représentativité spatiale reste faible dans la

mesure où l’infiltration n’investigue en profondeur que quelques décimètres. Par contre sa facilité de

mise en œuvre permet de multiplier le nombre de points de mesure et d’augmenter ainsi la

représentativité des valeurs obtenues. Cet essai, peut être réalisé facilement à différentes profondeurs

jusqu’à 1 m de profondeur, permettant ainsi la caractérisation de plusieurs couches de matériaux.

La méthode est de plus sensible aux conditions de saturation initiale, une forte saturation initiale

étant préjudiciable.

Par contre, il faut rester vigilant à ce que l’essai ne prenne en compte qu’un type de matériaux. En

effet, l’interprétation repose sur l’hypothèse d’un milieu isotrope et homogène, elle ne s’applique donc

plus dans le cadre de litages ou d’hétérogénéités de faible amplitude verticale.


Pour leur représentativité, l’estimation des propriétés hydrauliques in-situ est souvent préférable.

Cependant, ces essais ont aussi d'autres limites comme leur représentativité du fait des faibles volumes

élémentaires en jeu, les problèmes posés par la présence d'hétérogénéités, de litages, et d'anisotropies.

Au niveau 2, on va aussi chercher à caractériser d’autres grandeurs telles que la densité apparente,

la porosité.


-34-

Méthodes d'infiltration en surface

Ces méthodes de mesures de la conductivité hydraulique sont peu chères et leur mise en œuvre est

bien normalisée. Elles explorent un volume limité de terrain, quelques dm3 pour la plus part et de

l’ordre du m3 pour l’essai Porchet. Elles nécessitent donc la réalisation de plusieurs mesures pour avoir

une bonne représentativité de la conductivité hydraulique à saturation en surface. La valeur obtenue

n'est valable que pour le volume de sol adjacent à la mesure (quelques cm à dizaine de cm).

La méthode la plus couramment utilisée est la méthode Porchet (Figure 9 et fiches techniques n° 3

et 4 en Annexe D ). Cette méthode a toutefois l'inconvénient de donner une valeur moyenne qui intègre

à la fois la contribution de la conductivité hydraulique verticale et horizontale dans des proportions qui

dépendent de la forme de la fenêtre de mesure.

Figure 9 - Mise en œuvre d’un essai Porchet

Une autre méthode couramment utilisée est le perméamètre de Guelph (voir fiche technique n° 8

en Annexe D), or elle peut conduire à des erreurs allant jusqu’à 1 à 3 ordres de grandeur pour la

conductivité à saturation. Ceci pourrait être dû au piégeage d’air, ou à la non isotropie (horizontale

et/ou verticale) du milieu.


-35-

Exemple site 2 : Des essais au perméamètre de Guelph ont été réalisés en période humide

et en période sèche. En période sèche, le sol présente une très forte capillarité, l’état

stationnaire n’a jamais pu être atteint. L’utilisation simple de cet outil ne doit pas occulter ses

limites d’utilisation au risque de déterminer des valeurs aberrantes de conductivités

hydrauliques

Ces méthodes de surface ne sont valables que pour des gammes de conductivité hydraulique allant

de 1.10-5 m/s et 1.10-7 m/s pour la méthode Porchet à 1.10-4 m/s et 1.10-8 m/s pour le perméamètre de

Guelph . Si les conductivités hydrauliques sont plus faibles, il faudra avoir recours à des méthodes de

type Persan utilisées couramment dans le cadre de l’évaluation des fonds de centre de stockage de

déchets.

Exemple site 2 : Lors des essais d’infiltration en surface, il est nécessaire de multiplier les

points. Ainsi sur le site, des essais ont été réalisés en plusieurs endroits en essayant de cibler

des zones présentant ou non des fissurations. Ceci permet de moyenner les valeurs de

conductivité hydraulique si on doit les introduire dans un modèle analytique ou numérique.

L’acquisition de KS peut aussi être réalisée in situ par la mise en œuvre d’essais en micro-forage

(fiche technique n° 2 en Annexe D).

En niveau 2, la procédure BEST (voir fiches techniques n° 1 et 7 en Annexe D ; Lassabatère et al.,

2006) est une méthode intégratrice proposant d’acquérir par un essai d’infiltration simple anneau in-situ

en plus les courbes h( ) / k( ) ainsi que la valeur de KS. Cette méthode, relativement simple et peu

coûteuse, permet de déterminer des paramètres hydriques spécifiques au site sans déstructurer le

milieu mais investit un faible volume de milieu poreux.

3.3 Niveau 3

En niveau 3, on va encore affiner notre connaissance du site pour aller vers une évaluation précise

des flux et des temps de transfert. Pour cela, des méthodes de mesures en laboratoire et sur site sont

proposées qui permettront l’acquisition des caractéristiques propres au site.


-36-

En niveau 3, on peut réaliser des essais en profondeur, en fond de fosses. Ces mesures ne sont

possibles que jusqu’à X m de profondeur. Pour des couches plus profondes, on doit recourir à des

prélèvements de sols afin de réaliser des expériences en laboratoire sur des sols reconstitué à la densité

apparente initiale des sols.

En niveau 3 on va aussi pouvoir prendre en compte les variations temporelles.


Le contexte hydrique du site peut être alors affiné en niveau 3 par :

l’installation sur site d’une station Météo permettant d’avoir des mesures avec un pas de

temps très fin sur site ;

la mise en œuvre si besoin de mesure du ruissellement sur site.

Evapotranspiration

Dans les études, on considère généralement non pas des données d’ETP datées, mais des données

d’ETP moyennes établies sur des données pluriannuelles, calculées à partir de normales climatiques

(mensuelle généralement). Pourtant, on peut penser que la modélisation des transferts en zone non

saturée à l’échelle d’un site pourrait tirer parti d’une connaissance plus fine de l’information climatique.

Dans certaines régions, les fortes variabilités spatiales de la pluviométrie peuvent nécessiter

l'installation d'une station météo sur site. Dans d’autres cas cette installation sera à envisagée dès lors

qu’on a besoin de données à une fréquence qui rend les données « locales » des stations Météo France

inappropriées.

Ruissellement (selon contexte du site)

Le ruissellement peut être négligé si le terrain est plat, recouvert de végétation et que le sol est

assez perméable. Si le ruissellement est important, on devra le prendre en compte dans le bilan

hydrique. Sa mesure sur site est délicate à moins :

de réaliser des essais avec un simulateur de pluie et un système de collecte des eaux de

ruissellement. Cet essai a une faible résolution spatiale (1 à 2 m2),

d’avoir un système de fossés équipé de canal venturi collectant les eaux de ruissellement

sur le site. Cela demande une mesure conjointe de la pluviométrie sur site.


-37-

3.3.2 Courbe de rétention

Méthode du profil instantané au laboratoire

La méthode du profil instantané (voir fiche technique n° 6 en annexe D) permet la mesure d’un

couple succion/humidité.

Actuellement, de nombreux capteurs de succion et d'humidité ont été mis au point et sont utilisés

lors de mesure sur site ou en colonne. Leurs mesures conjointes permettraient donc en théorie de

tracer cette courbe de rétention. Au laboratoire, on réalise la mesure de la courbe en séchage. Les

capteurs de succion actuels ne permettent pas de mesurer de fortes succions, on ne parvient donc à

obtenir avec cet essai qu'une partie de la courbe de rétention ce qui peut poser problème lors du calage

de la courbe théorique sur la courbe expérimentale.

Figure 10 - Equipement pour la mesure conjointe de l’humidité et de la succion

Exemple site 3 et 4 : Les tests réalisés ont montré la faisabilité de cette mesure. Par contre, il

faudra utiliser des capteurs de succion psychométrique plutôt que les cannes de succion, car

seuls eux permettent des mesures de succion aux faibles humidités.


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Procédure BEST-Laboratoire (Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters) au laboratoire

Cette méthodologie intégratrice a été initialement développée pour acquérir, à partir d’un essai

d’infiltration simple anneau in-situ, les courbes de rétention h( ) et k( ). Dans le cas de ZNS présentant

des litages prononcés, l’essai in-situ ne peut pas être toujours réalisé pour chaque couche d’intérêt

(excavation nécessaire). Il peut alors être intéressant de réaliser l’essai en laboratoire à partir

d’échantillons prélevés in-situ et manuellement recompactés. L’essai en laboratoire permet d’assurer un

meilleur contrôle de l’humidité initiale (Figure 11), a contrario de l’essai in-situ. De plus, il est possible de

coupler cet essai avec des mesures de profils instantanés (voir guide site N°4).

Cette méthode est détaillée dans la fiche technique n°7 en annexe D.

Figure 11 - Visualisation du bulbe d’infiltration en coupe transversale et profil instantané d’humidité après essai BEST

Toutefois, des volumes de sols importants sont nécessaires afin de garantir une infiltration

axisymétrique sans effets de bord ni de fond et permettre les écoulements par capillarité. De la même

manière que la méthode de profil en colonne, cette mise en œuvre n’implique plus la structuration

initiale du sol. Cependant, les travaux de Limousin (2007) montre que les résultats obtenus en lysimètre

et sur le terrain suggèrent que l’hydrodynamique d’un sol non-structuré (une arène granitique) peut

être étudiée sur un prélèvement remanié si le volume de sol est grand par rapport aux rares cailloux de

grande taille. La réalisation d’essai BEST en laboratoire peut donc être retenue pour des échantillons

prélevés en profondeurs (non structurés) pour lesquels la mesure sur site n’est pas possible.


-39-

Exemple site 4 : Les tests réalisés à la fois au laboratoire et sur le terrain pour 2 sur sols

prélevés sur le site 4 ont montré, la faisabilité de cette mesure en laboratoire pour les sols non

cohérents pour lesquels les autres méthodes de laboratoire sont déficientes. Bien sûr, les

mesures sur site restent à privilégier car elles sont réalisées sur le sol non déstructuré. Par

contre cette technique pourrait avoir un intérêt pour les sols profonds non cohérents.

Méthode des cocottes à pression et autres méthodes de laboratoire (solution saline, pression

osmotique, papier filtre...)

L’obtention de courbes de rétention en laboratoire permet de caractériser l’écoulement pour

différents états de non saturation. Cela permet d'avoir une courbe complète qui seule permet un

ajustement des paramètres de la loi d'écoulement choisie (van Genuchten par exemple). L'inconvénient

de ces techniques est la manipulation des échantillons. Un remaniement, un tassement ou au contraire

une décompaction du terrain sont possibles et faussent les résultats. Pour les matériaux granulaires qui

n'ont pas de tenue, il est impossible d'envisager la réalisation des méthodes de laboratoire sur des

échantillons intègres. Toutes ces méthodes ne sont applicables qu'à des matériaux qui se tiennent et

permettent la réalisation de fines tranches de sols. Ces techniques ne sont donc applicables qu'à des

matériaux de granulométrie plutôt fine et consolidée. Elles peuvent être réalisées sur des échantillons

collectées par forage et donc sur toute la hauteur de la zone non saturée.

Exemple sites : Parmi tous les sites étudiés, seuls les sols du site 2 étaient suffisamment

cohérents pour réaliser de telles mesures.

Méthode du profil instantané sur site

Actuellement, de nombreux capteurs de succion et d'humidité ont été mis au point et sont utilisés

lors de mesures sur site ou en colonne. Leurs mesures conjointes permettraient donc en théorie de

tracer cette courbe de rétention. Cependant, cela nécessite de fréquents allers-retours sur le terrain ou

la mise en place d'un système d'acquisition.


-40-

Figure 12 - Mesure sur site de l’humidité (en haut) et de la succion (en bas) (Mermoud, 2006)

Les mesures sur site permettent une mesure sur des sols pas (ou peu) perturbés, elles permettent

de s’affranchir des risques de perturbation du milieu qui existent avec les méthodes de laboratoire. Les

mesures sur site ne permettent d’estimer les propriétés hydrauliques qu’entre la saturation et la

capacité au champ (donc plutôt dans des conditions poches de la saturation), au-delà la mesure n’est

plus possible. En effet, les tensiomètres sont des appareils simples, précis, très utilisés et peu chers ;

mais la gamme de potentiels qu'ils permettent de mesurer est limitée (ils ne fonctionnent plus à >

0,08 MPa). Lorsque la succion atteint des valeurs de cet ordre, de l'air peut passer à travers la bougie

poreuse et le tensiomètre se désamorce.

Les sondes TDR sont très couramment utilisées et on dispose d'un recul important sur leur

utilisation. Une phase d’étalonnage est néanmoins indispensable. La mise en place de capteurs de

mesure d'humidité et de succion reste difficile dans certains types de sol, et toujours délicate en

profondeur. De plus, Picot et al. (2010) montrent que bien souvent, sur le terrain, on ne parvient pas à

rencontrer toutes les conditions permettant de tracer l'entièreté de la courbe de rétention : ainsi les


-41-

humidités extrêmes (très sèches ou très humides) ne sont que très rarement atteintes. Si, pour simuler

les fortes humidités on peut réaliser un apport d'eau sur site, pour les faibles humidités, aucune

méthode n’existe in situ. La détermination de certains paramètres de forme des lois d'écoulement est

donc parfois difficile sur la base de données de terrain uniquement.

Exemple du site 2 : Sur ce site, persiste une nappe perchée à faible profondeur en toute saison. Ceci associé à une teneur en MO importante des terrains, fait que les faibles humidités et fortes succions n’ont été mesurables sur ce site qu’à la faveur d’une météo exceptionnelle.

Les mesures réalisées sur ce site ont pu montrer la bonne résistance des cannes de sussions (suivi de 3 ans)

L’hystérésis ou l’existence de différentes courbes capillaires selon que le milieu est en imbibition ou

en drainage mais aussi selon l’historique du milieu doit parfois être prise en compte. Certaines

méthodes comme la méthode BEST ne permettent de déterminer que la courbe en imbibition quand

l’utilisation in-situ de couples {TDR ; tensiomètres} permettent de balayer un plus grand nombre de

configurations, au même titre que le travail sur des colonnes de sols insaturées en laboratoire. La prise

en compte dans les modèles est discutée dans le guide « modélisation ». Les effets d’hystérésis seraient

ainsi plus importants dans les sols à textures grossières. La valeur de saturation résiduelle (Sr) serait

ainsi plus importante quand elle est obtenue à partir de la courbe en drainage.


Essai de Darcy ou essai triaxiaux au laboratoire

L’acquisition de KS peut être réalisée en laboratoire sur carotte de sol intègre préalablement

collectées sur site :

Essai Darcy ;

essai triaxiaux.

Lors des essais en laboratoire, le volume réduit des échantillons prélevés pose le problème de leur

représentativité. En effet, ces mesures ponctuelles ne donnent pas la variabilité réelle de la conductivité

hydraulique avec les variations latérales et verticales de faciès.

Le mode d’obtention de ces échantillons par carottage provoque souvent une légère compaction

des échantillons qui peut entrainer une diminution artificielle de la conductivité hydraulique. Au final, il


-42-

n’est pas rare d’avoir 1 ordre de grandeur entre les valeurs mesurées en laboratoire et celles mesurées

en grand sur site (par exemple par essai de pompage en zone saturée).

Exemple site 2 : Les valeurs de conductivité hydraulique à saturation obtenues par essais de

Darcy étaient a priori plus faibles d’un ordre de grandeur de celles mesurées par les méthodes

Persan et en microforage. Ceci peut être dû à la fois au tassement du sol dans les éprouvettes

lors du prélèvement, et au faible volume investigué. Sur le terrain, les méthodes mises en

œuvre permettent d’intégrer la présence localement de fissures à plus forte conductivité

hydraulique.

Ces méthodes peuvent être utilisées sur des échantillons prélevés par carottage en différents points

de la zone non saturée. La conductivité hydraulique à saturation en laboratoire peut être mésestimée

car la prise d'échantillon sur le terrain peut modifier la structure de ceux-ci.

L’essai de Darcy est à préconiser pour les échantillons de sub-surface (jusqu’à 2 m). On peut alors

réaliser des prélèvements verticalement ou horizontalement (le long d’un profil, ou dans une fosse) ce

qui permet d’estimer la conductivité hydraulique verticale et horizontale. Si lors du carottage des

tassements ont lieu, ils ont pour conséquence une diminution artificielle de la conductivité hydraulique.

Les essais triaxiaux permettent de travailler sous une contrainte équivalente à celle régnant en

profondeur. Cela évite une relaxation des terrains et une « augmentation » artificielle de la conductivité

hydraulique. Ces essais sont à privilégier dès lors que l’on veut caractériser des échantillons au-delà de 2

m de profondeur.


-43-

4 Estimation du temps de transfert à travers la ZNS et de

l’impact d’une pollution à l’interface ZNS / ZS

4.1 Niveau 1

Le niveau 1 propose une première estimation du temps de transfert à travers la ZNS. La démarche

proposée ici est en phase avec celle développée dans le guide « Modélisation des écoulements et du

transport des éléments traces en zone non saturée. Elle se propose en effet d’estimer le flux massique

atteignant la nappe à partir d’une vitesse moyenne dans la ZNS (ou couche) considérée.

Pour le calcul de la vitesse v de transfert d’un polluant au sein de la zone non saturée, des solutions

simples mais aux hypothèses fortes sont disponibles, citons notamment, la solution développée par

Dragun (1988) qui obéit à la formule suivante :

fv R

Iv

.

v vitesse de déplacement moyenne du polluant au sein de la zone non saturée [LT-1

]

I infiltration efficace annuelle [LT-1

]

v teneur en eau volumique moyenne de la zone non saturée [-]

Rf facteur de retard [-]

Cette expression est une approximation car elle ne tient compte ni du caractère variable de

l’infiltration en surface ni des variations spatiales de la teneur en eau.

Dans le cas d’écoulements principalement gravitaires (évaluation en regard des volumes déversés,

de la surface d’infiltration et de la perméabilité attendue), homogènes et permanents, il est

envisageable de représenter la zone non saturée par un milieu poreux totalement saturé. Dans ce cas, la

vitesse de transfert peut être estimée à partir de l’équation de Darcy en considérant la conductivité

hydraulique à saturation, un gradient hydraulique unitaire, une teneur en eau volumique moyenne.

Ces formulations, pouvant être mises en œuvre rapidement, sont souvent intégrées dans les outils

d’analyse rapide et d’aide à la décision.


-44-

4.2 Niveau 2

En conditions incidentelles, le temps de transfert de la solution infiltrée dans la ZNS peut être très

différent du temps de transfert moyen de l’eau en conditions standards. En effet, le déversement d’un

volume de quelques m3 de solution localisé en surface, s’apparente à une infiltration d’eau sous une

charge positive (ou nulle).

L’équation de Green et Ampt (1911) permet de localiser le front d’infiltration d’une lame d’eau

constante saturant progressivement un sol homogène, de profondeur infinie où les caractéristiques du

sol (porosité, conductivité, teneur en eau) sont supposées invariantes. Ni la nappe ni la frange capillaire

ne sont prises en compte.

D’après ce modèle, la position du front d’infiltration (zf) est donnée par l’équation suivante :

.tΔθ

Kz.

Δh

11logΔhz satff

Avec :

= s – i ;

h = hs - h

f - h( i) > 0

zf < 0 (l’axe z est dirigé vers le haut, l’origine est à la surface du sol).

Qualitativement, ce modèle permet de calculer en fonction du temps la position du front

d’infiltration dans le sol. Le modèle de Green et Ampt postule que :

le profil (z) est en forme de « marche d’escalier », avec en haut une zone saturée se

déplaçant en piston. Cette zone saturée est limitée par un front d’infiltration dont la forme

ne varie pas dans le temps, en dehors de cette zone θ = θi,

K = Ksat pour = s et K 0 pour = i


-45-

4.3 Niveau 3

Le dernier niveau envisagé (niveau 3) correspond à un calcul des temps de transfert de polluant.

Essai d’infiltration avec grand infiltromètre

Ce niveau fait appel à un essai d’infiltration coûteux car sa mise en œuvre, sa modélisation et son

interprétation, ne sont pas aisées. Cet essai est cependant le seul qui permette de simuler des

évènements de type déversement.

Cet essai sera donc à réserver aux sites présentant une très forte vulnérabilité environnementale,

dans une situation de prévention au droit d'installations industrielles particulièrement sensibles.

Cette méthode (Figure 13, fiche technique n°5, Annexe D) est basée sur un essai d’infiltration in situ

(infiltromètre simple anneau de grand diamètre) pour mesurer la vitesse d’infiltration (en fonction du

temps et en régime permanent si celui-ci est atteint) ainsi que le temps de transfert dans la ZNS et la

concentration au toit de la nappe du traceur injecté (courbe de restitution dans un piézomètre

d’observation d’un traceur réactif ou non, voire particulaire (injection de nanoparticules), sous réserve

d’autorisation).

L’échelle de mesure, l’essai investiguant plusieurs m3 de milieux poreux, est ici pleinement adaptée

à la problématique des déversements accidentels. De plus, cet essai génère des informations pouvant

être utilisé pour la construction et la validation d’un modèle numérique. Selon les conditions de mise en

œuvre et le régime hydraulique, il devrait être possible d’évaluer la pertinence des paramètres

hydrodynamiques (h( ), k( ) et KS) estimés lors de l’étape de caractérisation.

De plus, l’essai ne donne des informations pertinentes qu’en regard des conditions de l’essai.

L’extrapolation des résultats passe par la construction / validation d’un modèle numérique.


-46-

Figure 13 - Infiltromètre simple anneau grand diamètre et son système d’asservissement pour l’alimentation en eau (cuve de remplissage) (Source : CEA-LCSN)

Exemple site 4 : L’essai Infiltromètre grand diamètre a été mis en œuvre avec succès, le

passage du traceur ayant été mesuré dans les piézomètres voisins. La mise en pompage

permanent à proximité de l’infiltromètre a assuré la bonne restitution du traceur. Les données

ont pu ensuite être exploitées via un modèle numérique. Les résultats confirment les

estimations de KS obtenues lors de la phase de caractérisation. Toutefois, les conditions

d’écoulements gravitaires (voire forcés) ne permettent pas ici de valider formellement les

courbes h( ) et k( ).

Utilisation des outils isotopiques

Les outils isotopiques et notamment le tritium (3H) peuvent aussi permettre de déterminer le

degré de vulnérabilité d’une nappe et d’estimer les transferts hydriques dans la zone non saturée.


-47-

5 Conclusion, critiques et retour d’expériences de la

méthodologie proposée et perspectives

Une enquête réalisée auprès des bureaux d’études et des DREAL en 2007 a montré que la zone non

saturée des sols est peu souvent considérée du point de vue hydrique dans les études réalisées sur les

sites et sols pollués (Cf. Bataillard et Guérin, 2008). Quelques caractéristiques physiques du sous-sol sont

au mieux recherchées lors de la mise en place de certaines techniques de dépollution (évaluation de la

perméabilité à l’air, à l’eau et porosité).

CAPHEINE a donc voulu illustrer les possibilités techniques actuellement disponibles permettant

d’acquérir des données hydriques sur la zone non saturée.

Chaque méthode d’acquisition présente des avantages et des inconvénients propres à chacun des

paramètres recherchés, et qui peuvent être d’ordre financier, pratique, ou concerner la validité et la

représentativité de la mesure.

Chaque échelle de mesure apporte une approximation de la valeur intrinsèque des paramètres, avec

une incertitude et une précision différentes. Lors de la mise en œuvre d’une technique d’acquisition de

données des caractéristiques hydrodynamiques des sols, il est essentiel d’avoir en tête les fondements

de chaque méthode, les hypothèses et simplifications qu’elle implique et les limites de son domaine de

validité. Ces précautions sont en effet nécessaires pour une interprétation pertinente des résultats, et

une éventuelle comparaison des valeurs données par des méthodes différentes est recommandée.

Cette meilleure connaissance des propriétés hydriques de la zone non saturée permet de mieux :

calculer les flux de contaminant parvenant à la nappe et de les intégrer dans une démarche

d’évaluation des risques vis-à-vis des cibles identifiées,

évaluer la vulnérabilité des eaux souterraines en permettant un calcul des temps de

transfert à la nappe des polluants,

définir les conditions d’application de certaines techniques de dépollution (injection,

pompage).

Le retour d’expérience quant à l’utilisation des différentes technologies mises en œuvre est résumé

dans les Tableau 3 et Tableau 4.


-48-

Tableau 3 - Synthèse et domaine de validité des différents essais de caractérisation de la conductivité hydraulique à saturation mis en œuvre dans CAPHEINE

Méthodes ROSETTA Essais Darcy Procédure BEST Micro-forage / miniPorchet Perméamètre de

Guelph Porchet

Niveau selon méthodologie CAPHEINE

Niveau 1 Niveau 2 Niveau 2 à 3 Niveau 2 à 3 Niveau 2 Niveau 2

Fiches / Normes / Références

BDD : UNSODA (Schaap and Leij, 1998),

GRIZZLY (Haverkamp et al., 1998),

HYPRES (Wösten et al., 1998)

FPT : ROSETTA (Schaap et al., 2001)

Norme NF X 30-442 Fiches n°1 et 7

Lassabatère et al., 2006)

Fiches n°2 et 4

Norme NF X 30-423

(pour micro-forage)

Non normalisé pour mini-Porchet

Fiche n°8 Fiche n°3

Domaine de validité

Pas de limite en théorie. BDD toutefois plus souvent

renseignées pour sols de type limoneux à sableux

Pas de limite en théorie.

En pratique, conseillé pour des Ks de 1.10-4 m/s à 5.10-7 m/s

1.10-6 m/s à 1.10-9 m/s 1.10-6 m/s à 1.10-9

m/s 1.10-3 m/s à 1.10-6

m/s

BDD / In-situ / Laboratoire Bibliographie Laboratoire In-situ et/ou Laboratoire In-situ In-situ In-situ

Coût global (mise en œuvre + interprétation)

Faible Moyen Moyen Moyen Moyen Moyen

Durée de mise en œuvre Rapide Rapide Fonction du type de sol Moyen Moyen Rapide

Simplicité de mise en œuvre Simple Moyen Moyen Simple Moyen Simple

Volume de milieu poreux - cm3 / dm3 dm3 dm3 dm3 m3

Mesures supplémentaires nécessaires

Granulométrie sur échantillons. Et/ou Intégration de mesures (θs,

densité) -

Granulométrie : une par essai (sauf sols

similaires). Information sur

caractéristiques du sol (humidité,

densité apparente)

- - -

REX

Information intéressante en 1ère approche, large BDD.

Attention à la représentativité échantillons.

Teneur en eau à saturation souvent surestimée, mesure

terrain préconisée. Permet de donner une

information sur l’incertitude associée à chaque paramètre.

Essai conseillé sur un échantillon prélevé par carottage sous

gaine pour conserver la structure.

Méthode sensible à la présence

d’éléments grossiers.

Estimations pertinentes et

comparaisons concluantes avec les

méthodes d’infiltration sur le site N°4

mais méthodes réservées à des sols

plutôt sableux à limoneux (infiltration

très lente sinon). Sensibilité à

l’humidité initiale. Représentativité

faible et donc peu adaptée aux sols à

forte fraction d’éléments grossiers

D’autres normes existent (charge

variable, constante…) selon la

perméabilité attendue du sol. Voir

NF X 30-423, NF X 30-424, NF X 30-

420. Représentativité faible et donc

peu adaptée aux sols à forte

fraction d’éléments grossiers

Importance de l’état

de saturation initial

du sol, essai peut

être très long sur sol

très sec. Valeurs

négatives observées

lors de certains

essais

En tranchée ou en forage (cf micro-

forage). Dimensions peu

Précises de la cavité.

Importante infiltration latérale (Ks isotrope dans

le modèle)


-49-

Tableau 4 - Synthèse et domaine de succion mesurable avec les différentes techniques pour détermination de la courbe de rétention et de conductivité relative mises en œuvre dans CAPHEINE

Méthodes ROSETTA Procédure BEST Couple {TDR ; Tensiomètres}

Niveau selon méthodologie CAPHEINE

Niveau 1 Niveau 2 à 3 Niveau 2

Fiches / Normes / Références

BDD : UNSODA (Schaap and Leij, 1998), GRIZZLY

(Haverkamp et al., 1998), HYPRES (Wösten et al.,

1998)

FPT : ROSETTA (Schaap et al., 2001)

Fiches n°1 et 7

Lassabatère et al. (2006)

Fiches n°6

Picot et al. (2010)

Méthodologie d’acquisition de h(θ) et k(θ)

FPT sur granulométrie pour l’ensemble des

paramètres

Vérifier si courbes en imbibition ou drainage

Paramètres de forme sur granulométrie

h(θ) et k(θ) sur essai d’infiltration simple anneau

Courbes en imbibition

Monitoring par sondes d’acquisition

Courbes possibles en imbibition et drainage

Domaine de validité Pas de limite en théorie. BDD toutefois plus

souvent renseignées pour sols de type limons à sableux

Pas de limite en théorie. En pratique, conseillé pour des Ks de 1.10

-4 m/s à

5.10-7

m/s

Gamme de potentiels limitée (ok pour < 0,08

MPa)

Essais in situ ou mesures au laboratoire sur échantillons

Bibliographie In-situ et/ou Laboratoire In-situ

Coût global (mise en œuvre + interprétation)

Faible Moyen Moyen

Durée de mise en œuvre Moyen Fonction du type de sol Moyen (selon sols)

Simplicité de mise en œuvre Simple Moyen Complexe

Volume de milieu poreux - dm3 m3 (in-situ) / dm3 (laboratoire)

Informations / Mesures supplémentaires nécessaires

Granulométrie sur échantillons. Et/ou Intégration de mesures (θs, densité)

Granulométrie : idéalement, une par essai (sauf

sols similaires). Information sur caractéristiques du

sol (humidité, densité apparente)

-

REX

Information intéressante en 1ère approche, large BDD.

Attention à la représentativité échantillons. Teneur en eau à saturation souvent surestimée, mesure

terrain préconisée. Permet de donner une information sur

l’incertitude associée à chaque paramètre. Question de l’hystérésis (informations à partir

d’essais en imbibition ou drainage ?)

Comparaisons sur h(θ) et k(θ) concluantes avec

FPT Rosetta sur le site N°4. Méthodes réservées à

des sols plutôt sableux à limoneux (infiltration très

lente sinon). Sensibilité à l’humidité initiale.

Représentativité faible et donc peu adaptée aux

sols à forte fraction d’éléments grossiers

Tensiomètres : gamme de potentiels limitée (ok

pour < 0,08 MPa)

TDR : Influencé par la Mat. Org.


-50-

Les techniques actuelles les plus utilisées montrent deux limites qui peuvent poser problème dans

l’étude des sites et sols pollués :

le fait que certaines techniques, de laboratoire notamment, ne sont applicables que sur des

matériaux cohérents à granulométrie assez fine. Or, sur les sites pollués, on a souvent

affaire à des matériaux grossiers et granulaires ;

la plupart des méthodes sont applicables en surface, alors que la zone non saturée sous les

sites et sols pollués peut atteindre plusieurs dizaines de mètre.

Dans le projet CAPHEINE, on a essayé de mettre au point des méthodes qui pourraient permettre de

caractériser des sols profonds après prélèvement de ceux-ci par carottage sous gaine et réalisation

d’essai en laboratoire. Pour l’instant les expérimentations nécessitent des masses non négligeables de

sol (20 à 25 kg). Il faudrait pouvoir miniaturiser ses essais (essai BEST en laboratoire) et utiliser d’autres

méthodes de mesure permettant de suivre des succions plus fortes (établissement de courbe de

rétention). Des travaux sur l’influence respective des grossiers et des fines pourraient aussi être menés.

Des essais d’instrumentation en profondeur de ZNS sont d’ores et déjà possibles comme cela a été

fait lors du projet INTEREG FLOOD1 (Amraoui et al., 2008) (Figure 14).

Figure 14 - Instrumentation en profondeur pour la mesure de l’humidité et de la succion (Amraoui et al., 2008)

Des progrès sont donc encore possibles pour les milieux poreux. Par contre, dès lors qu’on a des

écoulements préférentiels, cas des milieux fissurés ou des milieux argileux présentant des fissurations,

les lois d’écoulement en ZNS ne sont plus valables.


51

6 Références

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Guérin V., G. Boissard, et P. Bataillard avec la collaboration de S. Béranger et de C. Blanc (2010) - Programme SEDIGEST, Eléments méthodologiques pour l’évaluation des impacts sur la ressource en eau, Rapport final, RP-59435-FR, 247 p.

Guérin V., Bataillard P., Michel J., Roussel H., Boissard G., Verardo E., Pointeau I., Decung F. (2012) - Guide « Chapeau », CaPhéInE : CAractérisation des PHEnomènes de transfert en zone INsaturée des Eléments traces.

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52

Kaskassian S., J.P Gaudet, J. Chastanet, F. Decung, R. Angulo-Jaramillo, S. Szenknect, J.M Come, D. Getto, V. Barthes, M. Krimissa (2009) - Projet ANRPRECODD, TRANSAT 2005-2009, Evaluation des temps de Transfert, dans la zone Non Saturée des sols, de contaminants dissous ou particulaires, Guide technique, 106 p.

Kozeny J. (1953) - Hydraulik. Wien, Austria: Springer-Verlag.

Lassabatère, L., R. Angulo-Jaramillo, J. M. Soria Ugalde, R. Cuenca, I. Braud, and R. Haverkamp (2006) - Beerkan Estimation of Soil Transfer Parameters through Infiltration Experiments—BEST. Published online February 27, 2006.

Limousin G. (2007) - Transfert de solutés réactifs dans la zone non saturée des sols à différentes échelle d’observation, thèse de l’Université Joseph Fourier, Grenoble 1, 194 p.

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Soil Survey Staff (1975) - Soil taxonomy: A basic system of soil classification for making and interpreting soil surveys. USDA-SCS Agric. Handb. 436. U.S. Gov. Print. Office, Washington, DC

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53

ANNEXES

A- Principales lois de rétention (Source : Thiéry, 1996)

B- Principales lois de perméabilité (Source : Thiéry, 1996)

C- Méthodes d’acquisition des paramètres utiles à l’étude des transferts dans la zone non saturée

D- Fiches techniques E- Liste de normes applicables


54


55

A - Principales lois de rétention (Source : Thiéry, 1996)

Les lois de rétention les plus souvent utilisées dans la bibliographie sont les suivantes : loi homographique (ou loi de Brutsaert, 1966) ;

loi puissance (polynomiale ou Brooks and Corey, 1964) ;

loi logarithmique ;

loi de Van Genuchten, 1980 ;

Toutes ces lois sont décrites dans la présente annexe en fonction des variables réduites suivantes : la pression réduite hrt = h / ht ;

ht étant un paramètre de calage sous forme d’une pression de référence ; le taux de saturation en eau Se:

Se = (θ-θr) / (θs-θr)

Avec :

θs, la teneur en eau à saturation. Elle peut être mesurée en laboratoire, mais on peut aussi considérer qu’il s’agit d’un paramètre de calage, la valeur maximale obtenue en laboratoire étant supérieure à celle obtenue en conditions naturelles.

θr, la teneur en eau résiduelle (ou irréductible) qui correspond à une succion quasi infinie. Il s’agit en fait d’un paramètre de calage puisqu’on ne peut pas, en pratique, appliquer de succion quasi infinie.

Chacune de ces lois dépend, en variable réduite, d’un seul paramètre : un exposant noté bt. Seule la loi logarithmique (peu utilisée) ne dépend d’aucun paramètre. La formulation de ces 4 lois est précisée ci-après.

Loi homographique (ou loi de Brutsaert)

Relation donnant la pression

Relation donnant la saturation Contrainte Taux de saturation

pour h=ht

tb

e

rtS

h 11

1/1

)1( tb

rte hS bt<1 50%

Cette loi a l’avantage d’être simple et de très bien reproduire la grande majorité des courbes de rétention observées. La pression ht de référence correspond à un taux de saturation de 50 % d’où le nom de pression de demi-saturation. Cette loi est parfois appelée loi de Brutsaert (1966).


56

Figure 15 : Variation de la pression réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de rétention homographique

Loi puissance (ou loi de Brooks and Corey, 1964)



pour h=ht

tb

ert Sh tb

rte hS/1

- 100%

Cette loi est assez employée mais a deux inconvénients majeurs :

la pression à saturation n’est pas nulle : hr(100 %) = 1 c’est-à-dire h = ht ;

la dérivée de la courbe hrt(Se) pour Se = 100 % n’est pas correcte (pente non infinie).

Pour corriger ces défauts, certains modèles (MARTHE par exemple) introduisent une modification dans la programmation de cette loi.

Cette loi est souvent employée dans la littérature sous le nom de Brooks and Corey. Elle apparaît alors généralement sous la forme : hrt=Se

1/λ où λ est appelé "paramètre de distribution des pores" (=1/bt) et ht est appelé "pression d'entrée d'air".


57

Figure 16 : Variation de la pression réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de rétention puissance (après correction pour Se=100%)

Sous forme dimensionnelle, cette loi s'écrit :

Loi logarithmique



pour h=ht

ert Sh ln )exp( rte hS - 36,80%

Il s’agit d’une loi moins fréquemment employée. Pour θr et θs donnés, elle ne dépend d'aucun paramètre. On a bien les propriétés hrt(0)=∞ et hrt(100%)=0 mais la dérivée pour Se = 100 % n’est pas infinie (dérivée égale à 1).


58

Figure 17 : Variation de la pression réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de rétention logarithmique

Loi de van Genuchten (1980)



pour h=ht

tt

bb

e

rtS

h 11

)1/(1

1/1

)1( tt bb

rte hS bt < 1 12 tb

Cette loi est très employée dans la littérature scientifique. Il est montré que, sur un très grand échantillon de courbes de rétention, selon la loi de Van Genuchten, publiées dans la littérature, il est possible d'ajuster une loi homographique (au moins dans la gamme de succion 0 à 20 m) avec un coefficient de corrélation toujours supérieur à 0,99 (Thiéry, 1996).

L'intérêt de cette loi, malgré sa formulation plus compliquée que celle de la loi homographique, est de permettre une expression simple de la loi de perméabilité par la méthode de Mualem.

Cette loi présente bien les propriétés requises: hrt(100%)=0 et la dérivée pour Se=100% est infinie.

Dans la littérature, la relation de Van Genuchten apparaît généralement sous la forme :

nmert Sh

11

)1(

mn

rte hS )1(

Avec :

m=1-1/n et n=1/bt>1 ; n et m² étant des paramètres du sol liés à sa distribution granulométrique.


59

Figure 18 : Variation de la pression réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de rétention de Van Genuchten


60


61

B - Principales lois de perméabilité (Source : Thiéry, 1996)

Les lois de perméabilité les plus souvent utilisées dans la bibliographie sont les suivantes :

loi homographique K(h) (ou loi de Gardner, 1958) ;

loi de perméabilité puissance K(θ) et loi de rétention homographique h(θ) ;

loi de perméabilité puissance K(θ) et loi de rétention puissance h(θ) ;

loi exponentielle K(h) ;

loi de Van Genuchten K(h) déduite de la loi de rétention de Van Genuchten.

Toutes ces lois sont décrites dans la présente annexe en fonction des variables réduites suivantes :

la pression réduite hrk = h / hk ;

hk étant un paramètre de calage sous forme d’une pression de référence (généralement différente de ht) :

la perméabilité réduite Kr = K / KS ;

KS étant la perméabilité à saturation.

Toutes ces lois font intervenir, en plus de hk, un seul paramètre : bk.

Les caractéristiques de ces cinq lois de perméabilité sont détaillées ci-après.

Loi homographique K(h) (ou loi de Gardner, 1958)

Expression en fonction du taux de saturation

Loi de rétention Perméabilité résultante en fonction de la

pression

- -

Il s’agit d’une loi très simple qui permet de représenter correctement une loi de perméabilité en fonction de la pression.

Pour h = hk, c’est-à-dire hrk= 1, on obtient Kr = 0,5. On appelle donc hk la pression de demi-perméabilité.


62

Figure 19 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de perméabilité homographique

Loi puissance en taux de saturation

La loi Puissance, appelée aussi Brooks and Corey (1964), est très classique et s'écrit sous forme dimensionnelle :

Figure 20 : Variation de la perméabilité réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de perméabilité puissance


63

Loi Puissance associée à une loi de rétention homographique


Loi de rétention Perméabilité résultante en fonction

de la pression

C’est une expression de la forme Kr(hrt). La perméabilité est donc indépendante de hk mais dépend de ht.

Figure 21 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de perméabilité puissance associée à une loi de rétention homographique

Loi Puissance associée à une loi de rétention puissance



de la pression

Cette loi est parfois appelée « 1oi de Brooks and Corey » (1964) ou encore « loi de Campbell ». C’est la relation vers laquelle tend la précédente quand hrt >> 1.

En pratique, on a toujours bk > bt d'où Kr(hrt=0) .

Cette loi ne dépend pas de hk mais de ht.


64

Figure 22 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de perméabilité puissance associée à une loi de rétention puissance

Loi exponentielle (parfois appelée loi de Gardner, 1958)



de la pression

- -

C’est une loi qui permet des solutions analytiques simples en régime permanent ; elle est donc souvent utilisée dans ce but. Elle ne dépend pas de bk. Le paramètre hk est parfois appelé « atténuation capillaire ». On a Kr(hk)=0,37.


65

Figure 23 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de perméabilité exponentielle

Loi de Van Genuchten (1980)



de la pression

avec m=1-bt

L'expression de Kr en fonction de la pression est obtenue par la formule de Mualem (1976). L'intérêt de la loi de Van Genuchten réside dans le fait que cette relation ne dépend d'aucun autre paramètre (la formule ne dépend ni de hk, ni de bk).


66

Figure 24 : Variation de la perméabilité réduite en fonction du taux de saturation selon la loi de Van Genuchten

Figure 25 : Variation de la perméabilité réduite en fonction de la pression réduite selon la loi de Van Genuchten


67

C - Méthodes d’acquisition des paramètres utiles à l’étude des

transferts dans la zone non saturée

Les informations fournies ici, issues d’une première phase du projet CAPHEINE, sont extraites du rapport BRGM-RP-56024-FR (2008).

Elles décrivent certaines des techniques applicables pour l’acquisition des paramètres utiles pour une prise en compte des transferts en zone non saturée que ce soit dans le but de:

évaluer des flux transitant en ZNS ;

estimer des temps de transfert en ZNS ;

dimensionner des injections de produit en ZNS pour « immobiliser » ou « dégrader » les polluants.

Le point d’entrée est ici le moyen considéré pour l’acquisition des paramètres : revue bibliographique dans la littérature, réalisation d’expérimentation au laboratoire ou investigations sur le terrain.


68

Guide te

Annexe saturée

1. M1.1

Eva

Ruis

1.2

1.3

1.3.

1.3.

1.3.

2. M2.1 Gr

2.2 De

2.3 M

2.4 Po

2.5 Co

2.6 C

3. M3.1

3.1.

1.1.

3.2

3.3

3.4

3.5

3.4.

3.4.

4. B

echnique car

C : Méthode

Méthodes reBilan hydr

apotranspirati

ssellement ...

Conductiv

Courbe de

1 Relation

2 Fonction

3 Bases de

Méthodes deranulométri

ensité spécif

Mesure d’hum

orosité .........

onductivité h

Courbes de r

Mesures de Bilan hydr

1 Pluviométr

1. Ruiss

Piézométr

Densité ap

Conductiv

Courbe de

1 Estimati

2 Estimati

Bibliograph

actérisation

es d’acquisit

eposant surrique ..........

ion ..............

....................

vité hydraul

e rétention ..

n distribution

n de PédoTra

e données di

de Laboratoiie .................

fique ............

midité ..........

....................

hydraulique

étention .....

terrain ......rique ..........

rie efficace .

ellement .....

rie ................

pparente .....

vité hydraul

e rétention ..

ion de la cou

ion par la dét

hie ..............

des transfer

ion des para

SO

r une étude ....................

....................

....................

lique ............

....................

n granulomét

ansfert (FTP)

sponibles .....

ire ..................................

....................

....................

....................

e ..................

....................

......................................

....................

....................

....................

....................

lique ............

....................

urbe de rétent

termination c

..................

rts hydriques

amètres util

C‐1

OMMAI

bibliograph....................

....................

....................

....................

....................

trique/courbe

) ..................

....................

.......................................

....................

....................

....................

....................

....................

.......................................

....................

....................

....................

....................

....................

....................

tion par la pr

conjointe de

...................

s en ZNS

es à l’étude

RE

hique .............................

....................

....................

....................

....................

e de rétention

....................

....................

.......................................

....................

....................

....................

....................

....................

.......................................

....................

....................

....................

....................

....................

....................

rocédure BE

l’humidité e

...................

des transfe

...................

....................

....................

....................

....................

....................

n ..................

....................

....................

...................

....................

....................

....................

....................

....................

....................

...................

....................

....................

....................

....................

....................

....................

....................

ST (Fiche Te

et de la succi

...................

erts dans la z

.......................................

....................

....................

....................

....................

....................

....................

....................

.......................................

....................

....................

....................

....................

....................

.......................................

....................

....................

....................

....................

....................

....................

echnique n°1

ion sur site ..

...................

zone non

........... 4

............ 4

............ 4

............ 5

............ 6

............ 7

............ 7

............ 8

............ 8

......... 10

.......... 10

.......... 10

.......... 11

.......... 12

.......... 13

.......... 14

......... 18

.......... 18

.......... 18

.......... 19

.......... 21

.......... 21

.......... 22

.......... 26

1) ....... 26

.......... 26

......... 34

Guide te

Annexe saturée

Liste d

Tableau

Tableau granulom

Tableau (Noyer, 2

Tableau (Lassab

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau sur des

Tableau sur des

Tableau de Delag

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau

Tableau

echnique car

C : Méthode

des table

2 : Variation

3 : Valeursmétrie de sé

4 : Calage d2003) ............

5 : Calage datère, 2006).

6 : Techniqu

7 : Techniqu

8 : Techniqu

9 : Techniqéchantillons

10 : Techniéchantillons

11 : Relatioge et Qui, 20

12 : Techniq

13 : Facteur

14 : Méthod

15 : Techniq

u 16 : Méthod

17 : Méthod

18 : Méthod

19 : Méthod

20 : Méthod

21 : Outils d

22 : Méthod

23 : Méthod

actérisation

es d’acquisit

eaux

n du coeffici

s de porosiédiments (Ca

des paramèt.....................

des paramèt.....................

ues pour la m

ue pour la m

ues pour la m

ques pour las intègres ....

ques pour las remaniés ..

n humidité r000) ..............

ques pour la

rs physiques

des directes

ques pour la

des de mesu

des de mesu

des de mesu

des de mesu

des de mesu

de mesure d

des de mesu

des de mesu

des transfer

ion des para

ent de ruiss

té totale et astany, 1982

tres de van .....................

tres de la co.....................

mesure de la

mesure de la

mesure de la

a mesure de .....................

a mesure de.....................

relative – suc.....................

a réalisation

s nécessaire

de mesure d

a mesure de

ure de la con

ure de la con

ure de la con

ure de l’humi

ure de l’humi

e l’humidité

ure directe de

ure indirecte

rts hydriques

amètres util

C‐2

ellement sel

t de conduc2) ...................

Genuchten .....................

ourbe de réte.....................

a granulomé

densité app

a porosité au

la conducti.....................

e la conduct.....................

ccion – natu.....................

des courbes

es à une esti

de l’évapora

la densité a

nductivité hy

ductivité hy

ductivité hy

idité in situ ..

idité in situ ..

sur site (d’a

e la succion

de la succio

s en ZNS

es à l’étude

lon le type d

ctivité hydra.....................

pour 4 maté.....................

ention et de .....................

étrie au labo

parente au la

u laboratoire

ivité hydraul.....................

tivité hydrau.....................

ure du sel (e.....................

s de rétentio

imation de l'

ation ..............

pparente su

ydraulique pa

draulique pa

draulique en

.....................

.....................

après Lauren

in situ .........

on in situ ......

des transfe

e couverture

aulique estim.....................

ériaux dans .....................

la perméabi.....................

ratoire .........

boratoire ....

e....................

lique à satu.....................

lique à satu.....................

n solution aq.....................

on au laborat

évaporation

.....................

r le terrain ..

ar essai d’inf

ar essai d’inf

n forage .......

.....................

.....................

nt, 2006) .......

.....................

.....................

erts dans la z

e ...................

mées à par......................

le nord de l......................

lité pour 3 m......................

......................

......................

......................

ration au la......................

uration au la......................

queuse satu......................

toire .............

n .....................

......................

......................

filtration de

filtration de

......................

......................

......................

......................

......................

......................

zone non

.....................

rtir de la .....................

a France .....................

matériaux .....................

.....................

.....................

.....................

boratoire .....................

boratoire .....................

urée) (tiré .....................

.....................

.....................

.....................

.....................

surface .......

surface .......

.....................

.....................

.....................

.....................

.....................

.....................

.... 6

.... 7

.... 8

.... 9

. 10

. 10

. 12

. 13

. 13

. 15

. 16

. 18

. 19

. 21

. 23

. 24

. 25

. 27

. 28

. 30

. 31

. 32

Guide te

Annexe saturée

Liste d

Figure 1méthode

Figure 2

Figure 3

Figure 4SDEC) (à

echnique car

C : Méthode

des figur

1 : Mesure ee de Darcy ...

2 : Méthode d

3 : Mesure du

4 : Principe à droite) .......

actérisation

es d’acquisit

res

en laboratoir.....................

de la chamb

u ruissellem

de la sonde.....................

des transfer

ion des para

re de la con.....................

re à pression

ent sur une

e à neutron .....................

rts hydriques

amètres util

C‐3

nductivité hy.....................

n pour la dé

faible surfac

(à gauche) .....................

s en ZNS

es à l’étude

ydraulique à.....................

termination

ce .................

et différents.....................

des transfe

à saturation .....................

de la courbe

.....................

s type de so.....................

erts dans la z

par flux asc......................

e de rétentio

......................

ondes TDR ......................

zone non

cendant : .....................

on .................

.....................

(schéma .....................

. 14

. 17

. 20

. 29

Guide te

Annexe saturée

1.

1.

L’eau prsol, soit évaporat

Il existe formulesd’une fmétéoro

Les formThornthwPrimaultportées herbe en

Les formTurc (19nombreu

A l'échepour calsur le l'évapot

Cependarecul con

Pour l’éapprochd’hydrolformulesformules

echnique car

C : Méthode

Méthod

.1 Bilan h

Evapotr

écipitée est du fait de ltion des plan

différentes ms requièrentormulation ologiques et

mules disponwaite (1948t (1962), Peninternationan Suisse à un

mules les plu951) (cf. Tuses : Oudin

lle d'une parculer l'ETP (Acomportemranspiration

ant si les carancernant les

établissemenes issues deogues ne ses d’ETP simps plus co

actérisation

es d’acquisit

desrepo

hydrique

anspiratio

restituée pola transpiratntes est conn

méthodes pt la connaisau détrimede la localisa

nibles peuve8) ou au connman (1948ales, tandis qne altitude co

s utilisées juableau 1). (2004) en a

rcelle et pouAmatya et ament physiq réelle.

actéristiquesremblais su

nt de courbes travaux demble pas êtples basées uomplexes e

des transfer

ion des para

osantsu

on

our partie à lion des plannue sous le t

lus ou moinssance d’un ent d’une aation géogra

nt être très ntraire ne s’) et Penmanque les seconomprise entr

usqu’à préseCependant, par exemple

ur une culturl., 1995). Deque des so

s des sols sonr les sites ind

es pluie‐débde Penman, re la plus peuniquement et nécessita

rts hydriques

amètres util

C‐4

runeét

’atmosphèrentes. Cette rterme d’évap

s complexes certain nomautre dépephique de la

générales t’appliquer qn modifiée pndes n'ont qre 300 et 120

ent, sont cer les formue testé 28 dif

re donnée, ie plus, les spols et de

nt bien conndustriels.

bit à l’échedont la for

ertinente. Ce sur la tempant la m

s en ZNS

es à l’étude

tudebib

e par évaporreprise d’eaupotranspirati

pour l’estimmbre de parnd donc da zone d’étud

elles que lesue localemepar Monteitu'une portée00 m dans le

tainement cles permettfférentes au

l existe plusécialistes dula physiolo

nues par les a

elle d’un barmule est ue travail arrivpérature de esure d’au

des transfe

bliograp

ration, soit du par évapoion ou ETP.

mation de l’ETramètres clime la disponde.

s formules dent comme h (1965). Lee très localis cas de la for

elles de Thotant d’estimcours de son

ieurs approcu sol (INRA) oogie végéta

agronomes, o

ssin versantne référencve aux concll’air sont auutres param

erts dans la z

phique

directement oration direc

TP. La plupamatiques (. nibilité en

de Turc (195celle propo

es premièressée (cas des rmule de Pri

ornthwaite (mer l’ETP sn travail de t

ches à base ont un recul ale pour p

on dispose d

t (Oudin, 2ce pour bonusions suivaussi efficacesmètres clim

zone non

depuis le te et par

art de ces Le choix données

51) ou de osées par s ont des prairies à mault).

1948) et sont très thèse.

physique suffisant passer à

de peu de

004), les nombre ntes : les s que des matiques.

Guide te

Annexe saturée

N

Caract

Formu

Paramprendrcompt

La capaccomme d’infiltra

echnique car

C : Méthode

Nom

téristique Evpoou

ule E

mètres à re en te

ET

θ mpé

a I2+

I : soth

=i

F(λcolatpa

Ruissell

cité d’infiltrale flux max

ation limite p

actérisation

es d’acquisit

Thornthwa

vapotranspiraotentielle, meu décadaire

1016 θI

ETP⎠⎞

⎜⎝⎛=

TP en mm

: température esurée sous abériode considérée

: 6,7510‐7 I3 +1,7910‐2 I+0,492

indice thermaomme de douzehermiques mensu

514.1

5⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

θ

λ) = coefficorrection, fonctiotitude et du moar des tables

Ta

lement

ation ou infiltximum que pour partie l'

des transfer

ion des para

aite

ation ensuelle

Forl’huou

)(. λFa

⎟⎠⎞ Si U

ETP

Si U

ETP

moyenne bri de la e

‐7,7110‐5

239

l annuel, e indices uels i

ient de on de la ois donné

Um :

θ : sou

Rg :

Rg

h : d

H : pos

Iga : l’abtabula d

Tableau 1 : For

trabilité d’unle sol est eécoulement

rts hydriques

amètres util

C‐5

Tu

rmule différeumidité moye< à 50%

Um> 50%

1,010/ =joursmmTP

Um< 50%

+=

1513,010/ joursmmP

θθ

: humidité moyen

température ms abri de la pério

radiation

Iag 018,0( +=

durée réelle d’ins

durée maximsible (durée astro

radiation sobsence d’atmospulés en fonction ate

rmules d’évap

n sol est sa cn mesure d.

s en ZNS

es à l’étude

urc

ente selon qenne(Um) est

( 515

3 ++ gR

θθ

( )⎢⎣⎡ −

++70

50150

5 gU

R

nne

moyenne mesuode considérée

solaire glob

Hh62,0

solation

mum d’insolatonomique du jou

olaire directe phère, Iga et H sde la latitude et

potranspiratio

capacité d’abd’absorber à

des transfe

ue t >

)50

⎥⎦

⎤mU

1

1R

LE =

56,0(

1(

4

IRagn

−

−=

σθ

rée

bale

ion r)

en ont de

L : chaleude l’eau (d’eau équ

Rn : rayonn

Ea : pouvo

(ew‐e)0,26

γ : Cons(γ≅0,65

θ : tempé(°K)

σ : 1,19 10

Iga : radiatl’absence

h : durée r

H : durée a

e : tensiomesurée s

ew : tensiod’eau poumbar

V : vitessmesurée àsurface év

F’θ : pentemaximale

on

bsorption en travers sa

erts dans la z

Penman

γθ

γθ

1'

'

EF

FR

a

n

++

,01;0)(08,06

62,018,0)(

e

Hha

+−

+−

ur latente d’éva(59 cal/cm2 pouivalente

nement net

oir évaporant de l

6(1+0,4V)

stante psychrom

érature de l’air s

07 cal/cm2.jour (°K

tion solaire dird’atmosphère,

réelle d’insolatio

astronomique du

on de vapeusous abri en mba

on maximale deur la températu

se moyenne dà 10 m au‐dessvaporante (m/s)

e de la courbe dede la vapeur d’e

n eau. Elle essurface. La

zone non

γθ'

1F

+

)9,

)

Hh

aporation ur 1 mm

’air

métrique

sous abri

)

recte en

n

u jour

r d’eau r

e vapeur ure θ en

du vent sus de la

e tension au

st définie capacité

Guide te

Annexe saturée Quand l’terrain ptypiquemruissellevégétati

Sur les sou involl’infiltrat

Le coeffen sortiedes surfcoefficiepour une

Le coeffici et de l

Typ

Coef

Sur les s…). Ainside Bruxede permhauteur s’infiltre

1.

Les carareprésenvaleurs dUS Geoldiamètreetc (Sho

echnique car

C : Méthode

’intensité deplat ou ruisment un proment dépenon), et de l’h

sites industrilontaire (pastion verticale

icient de ruie de la surfacfaces, de la ent de ruissee terre agrico

icient de ruisla nature du

pe de recouvre

fficient de ruis

Tablea

sites industrii, Van Ganseelles en nov

méabilité inféde pluie. Si r, s’il est sup

.2 Cond

actéristiquesntant 10 % dde porosité ogical Survee efficace deeller, 1955).

actérisation

es d’acquisit

e l’apport désselle le lonocessus non nd de l’étathumidité init

els, la compssage d'engie et favorisan

ssellement ece considérépente... Plusellement variole, de 10 p

ssellement eterrain (Tab

ement du sol

ssellement

u 2 : Variation

iels, on a soe (1978) a esembre) d’unérieure à 10‐8

le coefficienpérieur à 10‐5

uctivité h

granuloméu poids totaet de conduey dans (Castes particules Ces ordres d

des transfer

ion des para

épasse cette g de la surlinéaire, cat physique iale des terra

paction des tin) entraine nt la stagnat

est le rapporée et la « plus le sol est iie selon les our un sable

est fonction àleau 2).

Bois

0,1

n du coefficie

uvent affairestimé la capane voirie d’e8 m.s‐1, l’infint de permé5 m.s‐1, toute

ydrauliqu

triques et nl de l’échantuctivité hydratany, 1982), d10 et la pode grandeur

rts hydriques

amètres util

C‐6

capacité, l’erface pour lractérisé pades surfaceains superfic

terrains supeune permé

tion de l’eau

rt entre la «ie brute ». Cimperméablesurfaces. Poe tassé et de

à la fois de l

Prés, chamcultivés

0,2

ent de ruisselle

e à des couvacité d’infiltnrobé entreiltration uniféabilité dépae la pluie peu

ue

notamment tillon inférieuaulique à saou à l’aide

orosité, tellesont présen

s en ZNS

es à l’étude

eau stagne eles terrains ar des effetses (rugosité,ciels.

erficiels, qu'eéabilité plus en surface.

pluie netteCe coefficiente, et plus leour des surfa40 % à 90%

a pente du t

mps Sol nus

0,5

ement selon l

vertures nonration (pour 10‐5 et 10‐11

forme peut êasse 10‐7 m.sut s’infiltrer.

les valeurs ur à ce diamaturation desde formuless que celles tés dans le T

des transfe

n surface duen pente.

s de seuil. Le, croûte arg

elle soit volofaible empê

», c'est‐à‐dit dépend de ruissellemeaces planes, pour un bitu

errain, de la

s Rochers

0,7

le type de cou

naturelles (des conditio

1 ms‐1. Ainsi être évaluées‐1, plus de 5

du d10 (diaètre) permets matériaux s empiriquesd’Allen HazeTableau 3.

erts dans la z

u sol dans leLe ruisselleme déclenchegileuse, com

ontaire (consêchant l’init

re le débit r l'imperméaent est impoil est de l’orume.

a couverture

Toitureparkingroute…

0,9

uverture

(dalle bétonons météoropour un rev

e à moins de 50% de la p

amètre de pttent d’apprd’après la lis faisant inteen, Slichter,

zone non

cas d’un ment est ement du mpaction,

struction) iation de

ruisselant bilisation ortant. Le rdre de 2

de celui‐

e, g, …

, enrobé, ologiques vêtement 5% de la luie peut

particules rocher les ttérature ervenir le Terzaghi,

Guide te

Annexe saturée

Tableau 3

Ces donavoir demobilisahydrauliconnaiss

1.

Lorsque granulomutilisées

•

•

Haverkapossible 1980 à ldans le définisse

echnique car

C : Méthode

3 : Valeurs de

nées indiquees conductivable (eau deque ne concsance de la p

.3 Courb

la courbe emétrie, le p :

pour estime

pour établir

1.3.1 Rel

mp et al (19de relier laa distributiosol à la couent le lien en

actérisation

es d’acquisit

Type de

Gravier m

Sable gros

Sable moy

Sable fin

Sable très

Sable silte

Silt

Silt argileu

Argile

e porosité tota

ent que des vités hydraue rétention)cerne que l’eporosité effic

be de réte

xpérimentalourcentage

r les paramè

une courbe

ation distr

999) s’appuie courbe de on de pores urbe granulontre la courb

des transfer

ion des para

e sédiments

moyen

s

yen

s fin

eux

ux

ale et de condsédime

sédiments duliques légèr) présent daau mobilisabcace εeff dans

ntion

e ne peut êde matière

ètres de form

de rétention

ribution g

ent sur la thrétention mdans le sol. ométrique dbe granulom

rts hydriques

amètres util

C‐7

d10 (mm)

2,5000

0,2500

0,1250

0,0900

0,0450

0,0050

0,0030

0,0010

0,0002

ductivité hydrents (Castany

différents ayrement difféans les porble dans les s l’étude des

tre établie, organique,

mes et de nor

n calculée (FT

granulomé

héorie de la smodélisée paComme il e

du matériau métrique et l

s en ZNS

es à l’étude

ε (%)

KS

(m.s

45 3.10‐

38 2.10‐

40 6.10‐

40 7.10‐

40 2.10‐

32 1.10‐

36 3.10‐

38 1.10‐

47 5.10‐

raulique estimy, 1982)

ant des poroérentes. Cecres du matépores (eau gécoulement

d’autres carla densité

rmalisation,

TP : fonction

étrique/co

similitude gér Van Genucest possible dcomposanta courbe de

des transfe

S s‐1)

εeff (%)

‐1 40 ‐3 34 ‐4 30 ‐4 28 ‐5 24 ‐7 5 ‐8 3 ‐9 ‐ ‐10 ‐

mées à partir d

osités totalesci étant dû ériau, alors gravitaire) d’ots dans un m

actéristiquesapparente d

de pédotran

ourbe de ré

éométrique echten (condide relier la dle sol, Hav

e rétention. C

erts dans la z

de la granulo

s identiquesau type d’que la conoù l’importa

milieu poreux

s du sol telledu sol peuv

nsfert).

étention

et montrentition de Mudistribution verkamp et Cette métho

zone non

ométrie de

s peuvent ’eau non nductivité nce de la x.

es que la vent être

t qu’il est alem) en de pores al (1999) ode reste

Guide te

Annexe saturée actuellempeuventhg (du m(1999) d

Les FPT o(granuloparticuliles autepédologUnis parouest deKern (19

Carsel esuivant hydrody

Des BDD(Wöstenregroupe

Au travepu être r

Type de m

Alluvions surface

Alluvions profonds

Limons qu

Craie alté

Tablea

echnique car

C : Méthode

ment restrict être estimémodèle de véfinissent θs

1.3.2 Fon

ont été miseométrie, tenères de poteurs. Certaineique différenr Williams ete la France p995).

et Parrish (1912 classes

ynamiques (s

1.3.3 Bas

D de référenn et al., 199ent des donn

ers de la bibrecensées (T

matériaux

quaternaires

quaternaires

uaternaires

érée

au 4 : Calage d

actérisation

es d’acquisit

tive dans le s. Ainsi pouran Genuchtes = 0,92 ε (θs

nction de P

es en place pneur en maentiel matrices de ces FPnte, et notamt al (1992), sar Arrouays

988) ont code textureuccion/tene

ses de don

nce (UNSOD8) spécifiqunées de perm

liographie qTableau 4 et T

θre

de 3,4

2,4

4

3

des paramètr

des transfer

ion des para

sens où seulr établir la coen‐Mualem, teneur en e

PédoTrans

pour estimer atière organciel. Celles‐cPT ont fait l’mment sur dsur des sols et al (1993)

mpilé des ds, les paraur en eau et

nnées disp

DA, Leij et ales aux caraméabilité acq

uelques valeTableau 5).

es (%) θsat (%

44 47,16

45 33,95

42,05

37,35

res de van Gen

rts hydriques

amètres util

C‐8

ls les paramourbe de réte1980) doit

eau volumiqu

sfert (FTP

la teneur ennique, densci font interv’objet de vades sols allebelges par ou encore s

données de mètres (mot perméabilit

ponibles

l., 1996), GRctéristiques quise en fonc

eurs caracté

%) 1‐m

6 0,665

5 0,626

5 0,7703

5 0,716

nuchten pour2003)

s en ZNS

es à l’étude

ètres m et nention en eaêtre connu eue à saturati

)

n eau en fonsité apparenvenir différenalidation sur mands, sur dVereecken eur la base de

sols disponioyenne et été/teneur en

RIZZLY (Havehydrodynamction de diffé

ristiques de

θ (%)

38,1 1

26,76 2

36,45 1

31,21 2

r 4 matériaux

des transfe

de l’équatiou, le paramèen sachant qon, ε : poros

ction de carante sèche, nts coefficienune multitudes sols de let al (1989), e données d

bles aux Etaécart‐type) eau).

erkamp et amiques de laérentes typo

certains typ

pF 1/α (c

1,9 79,43

2,1 125,89

1,95 89,13

2,1 125,89

dans le nord

erts dans la z

on de van Geètre de normque Haverkasité totale).

actéristiquesetc) à desnts empiriquude de sols l’Oklahoma sur des solses sols de l’U

ats‐Unis pouspécifiques

al., 1997) oua Zone Nonologies de so

pes de maté

cm) KS (m

1,7 10‐9

9 5,5 10‐8

3,4 10‐1

9 2,9 10‐8

de la France

zone non

enuchten malisation amp et al

s des sols s valeurs ues selon d’origine aux Etats s du sud‐USDA par

ur définir aux lois

u HYPRES saturée, ls.

riaux ont

m/s)

9

8

10

8

(Noyer,

Guide te

Annexe saturée

Sol agrico

Sol sableu(Chernoby

Dépôt flu

Tabl

On peutréférenc

echnique car

C : Méthode

ole (Roujan)

ux yl)

uvioglaciaire (S

leau 5 : Calag

également ce (Hanks, 19

actérisation

es d’acquisit

Site exp. Djan

ge des paramè

estimer cett992).

des transfer

ion des para

go Reinhardt)

ètres de la co(La

te relation à

rts hydriques

amètres util

C‐9

θsat

0,33

0,314

) 0,4

ourbe de rétenassabatère, 20

partir de do

s en ZNS

es à l’étude

t m

0,089

4 0,327

0,246

ntion et de la 006)

onnées sur la

des transfe

n KS (

2,2 4,79

2,97 1,03

2,65 6,33

perméabilité

a texture du

erts dans la z

(mm/s) η

10‐3 13

10‐2 5,0

10‐2 6,0

pour 3 matér

sol et d'une

zone non

η

3,2

06

07

riaux

e table de

Guide te

Annexe saturée

2.

L’analyseélémentétudier (

T

S

D

A

La techn

P

echnique car

C : Méthode

Méthod

2.1 Gr

e granulomts d'un maté(Tableau 6).

Nom méth

Tamisage

édimentomét

Diffraction lase

Analyse d’imag

Tabl

2.2 De

nique de labo

Nom mét

Pycnomètre à

Table

actérisation

es d’acquisit

desdeLa

ranulomét

étrique perriau. Pour ce

hode

Posu

trie Poinf

er VoPoµm

ge Po

leau 6 : Techn

ensité spé

oratoire majo

thode

à hélium

Msofidp

eau 7 : Techniq

des transfer

ion des para

aborato

trie

met de détela différente

Prin

our les élépérieures ou

our les éléférieures à 80

oie sèche ou vour les élémenm au maximum

our les élémen

niques pour la

écifique

oritairement

Mesure automolides: massibreux. Le pycu volume. Lesée préalabl

que pour la m

rts hydriques

amètres util

C‐10

oire

terminer la es technique

ncipe et limite

éments de égales à 80 m

éments de 0 mm

voie humide.nts entre 0,0m (variable se

nts entre 5 µm

a mesure de la

t utilisée est

Principe

matique de lif, granulairecnomètre fouLa masse este.

mesure de la d

s en ZNS

es à l’étude

distributiones peuvent ê

es

dimensionsmm

dimensions

2 µm et 2000elon les outils)

m à 5 mm

a granulomét

celle du pyc

a densité dee, pulvérulenurnit la mesurt obtenue pa

densité appare

des transfe

n dimensiontre retenus s

N

s ISO/TS 178ISO 11277NF P94‐05

s NF X31‐10X11‐684 NF P94‐05

0

NF 13320

‐

trie au labora

nomètre à h

N

es t, re ar

XP CEN IS

ente au labor

erts dans la z

nnelle en pselon les ma

Norme

892‐4, 7, 56

07

57

atoire

hélium (Table

Norme

SO/TS 17892‐

ratoire

zone non

oids des atériaux à

eau 7).

3

Guide te

Annexe saturée

La teneu

•

•

L'humidimatière

avec MM

L'humidil'échanti

avec VV

Pour conl'échanti

avec ρρ

Calcul de

Les échanécessaiaprès avsuffisantcarbonatque l'échmais ne ne sont p

echnique car

C : Méthode

2.3 M

ur en eau du

l'humidité po

l'humidité vo

ité pondérasèche de cet

MW : masse deMS : masse de

ité volumiquillon.

VW : volume dVT : volume to

nvertir l'humillon doit êtr

ρW : densité dρas : densité a

e l'humidité

antillons sonire. Les échavoir été peste par convtes. L'humidhantillon ne peut être inpas compara

actérisation

es d’acquisit

esure d’h

sol est carac

ondérale w [

olumique θ [

le w est la t échantillon

e la phase lique sol sec (kg)

ue θ est égale

de la phase liqotal (m3)

midité pondée déterminé

de l’eau (kg/mapparente du s

pondérale (N

nt prélevés antillons sontsés. Après uention à la dité pondérasoit placé d

nterprété puables.

des transfer

ion des para

umidité

ctérisée par d

[%],

[%].

relation de n.

uide (kg)

e au rapport

uide (m3)

érale en humée.

m3) sol (kg/m3)

Norme NF IS

à la tarièret placés en laune durée ddisparition le est obtendans l'étuve, isque, ne pr

rts hydriques

amètres util

C‐11

deux paramè

masse entr

w = MW/

t du volume

θ = VW / V

midité volum

w = θ ∗ ρ

O 16586) :

e car la conaboratoire dde temps dede l'eau prue en calculet la masserenant pas e

s en ZNS

es à l’étude

ètres essenti

re l'eau cont

MS

d'eau d'un é

VT

mique et vice

ρW/ρas

nnaissance ddans les boîtee 24 heuresrésente sanlant le rappoe sèche. Le pen compte le

des transfe

iels :

tenue dans

échantillon s

e versa, la d

du volume es en alumin à une tems qu'il y aitort entre la mparamètre w e facteur vol

erts dans la z

un échantil

sur le volume

densité appa

de départ nnium et mis mpérature det décomposmasse humid

w est simple umique, les

zone non

lon et la

e total de

arente de

n'est pas à l'étuve, e 105° C ition des de, avant à obtenir données

Guide te

Annexe saturée Calcul de

Elle impdélicate surestim

La mesud'échant

Selon le

Porositéextérieu

Porosité

Porosité

La porosdensité r

Peséhydro

Poromerc

echnique car

C : Méthode

e l'humidité

pose de mesdu fait du

mation de la d

ure de la detillons non re

2.4 Po

type de tech

é fermée : c'er ;

é totale (εtot)

é efficace (ou

sité totale préelle mesur

Méthode

e ostatique

simètre à cure

T

actérisation

es d’acquisit

volumique :

surer la denrisque de codensité.

nsité appareemaniés en c

orosité

hnique utilisé

est la porosi

: c'est la som

uverte) (εeff)

peut égalemrée avec un p

Type de p

Totale mo

Ouverte Distributipores (0,0

Tableau 8 : Te

des transfer

ion des para

sité apparenompression

ente est un cylindres sur

ée, on n’aura

ité due aux p

mme de la po

: Cette poro

ent être dépycnomètre

porosité mesu

oyenne

on de taille064 à 426 µm)

echniques pou

rts hydriques

amètres util

C‐12

nte pour avdu sol lors

préalable nér le terrain (N

a pas accès à

pores ne com

orosité effica

osité est celle

duite de la à Hélium.

urée

Déduitvolumaprès

e de )

Dispospaliersporeuxrelier l'échandistribmilieusur unde tub

ur la mesure d

s en ZNS

es à l’étude

voir l'humiditde l'échanti

écessaire. CeNorme NF P9

à la même po

mmuniquant

ace et de la p

e où l'eau cir

différence e

tes par pesée parfaitemeséchage.

sitif classiques de pressionx de petite dle volume dntillon à chabution des tai. L'interprétane hypothèsebes capillaires

de la porosité

des transfe

té volumiqullonnage qu

elle‐ci s'obtie94‐053).

orosité (Tabl

t pas entre e

porosité ferm

cule et est ré

entre la den

Principe

e d’un échanent défini) ap

e d'injection dans un échimension La de mercure aque palier lles de porestion de cette géométrique(modèle de P

au laboratoir

erts dans la z

ue, opérationi peut entra

ent par prél

eau 8).

eux ou avec

mée ;

écupérable

nsité appare

ntillon intègrprès saturatio

de mercurehantillon de mmesure consqui pénètre de pression s et la porosi mesure est e de type faiPurcell).

re

zone non

n rendue ainer une

lèvement

le milieu

nte et la

e (de on et

e par milieu iste à dans à la té du basée sceau

Guide te

Annexe saturée

La mesusols intèéchantill

Bien sûr

Tablea

Tableau

echnique car

C : Méthode

2.5 Co

ure de la conègres et satulons remanié

il est préfér

Nom

Essai à charg(tableau de

Essai oedom

Essai au perparoi flexibl

Essai au perparoi rigide

au 9 : Techniq

Nom

Essai infiltroanneau ferm

Essai infiltroanneau ouv

u 10 : Techniq

actérisation

es d’acquisit

onductivit

nductivité hyuré en eau (Tés et reconst

able de réali

méthode

ge faible Darcy)

métrique

rméamète à e

rméamète à

ques pour la m

méthode

omètre à simpmé

omètre à doubert

ques pour la m

des transfer

ion des para

é hydraul

ydraulique à Tableau 9, Ftitué au labo

ser des essa

Il consistraversamanièred’eau im

Avant laest systéjusqu’à

systèmeordinatede mainterrains

mesure de la céch

ple Cet essacharge ccharge v

ble

mesure de la cécha

rts hydriques

amètres util

C‐13

lique

saturation sFigure 1). Il eoratoire (Tab

is sur des éc

Princi

ste à mesurer ant l’échantilloe ascendante mposée.

a mesure, l’écématiquemenobtention de

es d'essais triaeur. systèmesntenir la comps en place

conductivité hantillons intè

Principe

ai peut être réconstante et àvariable.

conductivité hantillons rema

s en ZNS

es à l’étude

se fait en labest aussi posleau 10).

chantillons no

ipe

le débit d’eauon saturé d’eaà une charge

hantillon strunt mis en charl’état saturé.

axiaux pilotés s qui permettepressibilité des

hydraulique à ègres

éalisé à à

NF

NF

hydraulique àaniés

des transfe

boratoire surssible de fai

on remaniés

u au de

cturé rge

par ent s NF

NF

IS

NF

IS

saturation au

Norm

X 30‐420

X 30‐418

à saturation a

erts dans la z

r des échantre des essai

s.

Norme

‐

F X 30‐442

F X 30‐443

SO 17313

F X 30‐441

SO 17312

u laboratoire

me

au laboratoire

zone non

tillons de s sur des

sur des

e sur des

Guide te

Annexe saturée

Figure 1

Plusieurscourbe d

L’établisvariant epour imposmotiqcourbes ensuite hydrody

Il existe

echnique car

C : Méthode

: Mesure en l

2.6 Co

s techniquesde rétention

sement des entre pF 6,6 poser la succue). Ces coude rétentionajustée par

ynamique.

plusieurs mé

actérisation

es d’acquisit

laboratoire de

ourbes de

s de caractécaractéristiq

courbes de et pF 1 (pF cion (dessiccurbes peuvenn en laborator une loi de

éthodes de la

des transfer

ion des para

e la conductiv

e rétention

érisation hydque d’un mat

rétention pest le potencateurs à solnt être déteroire permet e rétention

aboratoire p

rts hydriques

amètres util

C‐14

vité hydrauliqDarcy

n

drodynamiqutériau (Table

peut être réantiel de l’énelution salinerminées en dde caractéridont les p

pour la déter

s en ZNS

es à l’étude

que à saturati

ue des sols eau 12 , Figu

alisée sur unergie libre) e saturée, pladrainage et eser l’écoulemaramètres s

mination de

des transfe

on par flux as

sont disponre 2) :

e gamme deen utilisant daque tensiomen humidificament à l’étatseront intég

la courbe de

erts dans la z

scendant : mé

nibles pour

e succion asdifférentes mmétrique et ation. L’obtet non saturé,grés dans le

e rétention :

zone non

éthode de

établir la

ssez large méthodes méthode ention de , elle sera e modèle

Guide te

Annexe saturée

• t

•

•

•

Le Tablede limitedizaine d

Tableau 1

echnique car

C : Méthode

mesure de latensiométriq

mesure de lapour 5 valeu

mesure de lméthode de

o NaC

o CuSO

o ZnSO

o Ca(N

o H2SO

mesure de lméthode osm

eau 11 donnee supérieurede jours. Ils n

11 : Relation

actérisation

es d’acquisit

a teneur en eque (valeur à

a succion toturs de teneur

a teneur ens solutions s

l dilué à 6% s

O4 5H2O surs

O4 7H2O surs

NO3)2 4H2O s

O4 (d=1,8) so

a teneur enmotique (val

e les succion en succion,nécessité de

Sel

K2SO4

ZnSO4, 7H

(NH4)2SO4

NaCl

NaNO2

Mg(NO3)2

K2CO3

KCH3CO2

KOH

humidité rela

des transfer

ion des para

eau pour 5 và l’équilibre d

tale ou matrr en eau (vale

eau sur solalines, les so

soit pF 3,4 ;

saturée soit p

saturée soit

ursaturée so

oit pF=6,6 ;

eau sur solleurs à l'équi

ns obtenues par contre, pouvoir avo

l Suc

2O

4

ative – succion

rts hydriques

amètres util

C‐15

valeurs de sude pF 1 à pF

ricielle sur soeur à l’équili

l non saturé olutions envi

pF 4,45 ;

pF 5,1 ;

oit pF 5,9 ;

l non saturéilibre).

avec différeces essais so

oir des échan

ccion (MPa)

4.2

12.6

29

37.8

57.3

92.4

137.8

182.1

331.9

n – nature du et Qui, 2000)

s en ZNS

es à l’étude

ccions impo2,18) ;

ol non saturéibre entre l’é

pour 5 valesageables so

pour 4 vale

nts sels. On ont assez lontillons de so

Humidité re

97

91

91

76

66

55

44

20

9

sel (en soluti)

des transfe

sées par la m

é par la mététat naturel e

eurs de succont les suivan

eurs de succ

voit qu’il n’yngs et peuvels cohérents

elative (%)

7

.2

1

6

6

5

4

0

9

on aqueuse s

erts dans la z

méthode de

thode du papet pF 3) ;

ions imposéntes :

ions imposé

y a pratiquement durer juss.

saturée) (tiré d

zone non

la plaque

pier filtre

ées par la

ées par la

ment pas squ’à une

de Delage

Guide te

Annexe saturée

Nom

Système W

Méthode

Chambrelaboratoiélectroniqhaute pre

Méthode

echnique car

C : Méthode

m méthode

WIND

e du bac à sab

s à pressions re (pFmètque (basse ession)

e de Haines

Tableau

actérisation

es d’acquisit

Soumettun dessèSuivi de EvolutioUn algormodèle –teneur modèles

le

A partir EchantildépressiBac à saBac à kaAppareichangem

en tre ou

Chambrcontact subissenéchantilUne co(équivalcourbe nécessaTravail d

Méthodsaturée entre ladrainagela chargles échad’établir

12 : Techniqu

des transfer

ion des para

tre un cylindrèchement prola perte d’eaun du potentierithme permede van Genucen eau et c

s (Mualem‐va

d’échantillonslons préalabions et surpreble pour pF dolin/sable pol à membranment d’annea

es dans lesqud’une pierre nt plusieurs plons sont pesurbe expérimente à la sude rétentionire d’identifiede 0 à 15 bars,

e où des échaen eau et rea pierre poree de l’eau de e matricielle. antillons subisr la courbe de

ues pour la réa

rts hydriques

amètres util

C‐16

Pr

re de sol (prélogressif. u et calcul deel matriciel et de déduire chten d’où seconductivité –n Genuchten,

s intacts de soblement satuession avec pee 0 à 2 ur pF de 2 à 2ne pour pF dux)

uelles des échaporeuse ou d

paliers de presés afin de démentale reliauccion) peut n en terme r la densité sp, et système à

antillons sont eliée à un réseuse et le nl’échantillon pTout commessent différene rétention

alisation des

s en ZNS

es à l’étude

rincipe

evé sur le ter

l’humidité mo

la courbe de eront déduites– potentiel m, polynomial, G

ols (anneaux durés que l’oesées après ch

2,7 de 3 à 4,2 (é

antillons de sod’une membrssion. A chaqéterminer leurnt la teneuralors être trde teneur epécifique ρs dà 100 bars par

placés au conservoir mobileniveau d’eau par une différe la méthode dnts paliers de

courbes de ré

des transfe

rrain) initialem

oyenne

rétention par s les relationsmatriciel, ajustGardner)

de 100 cm3) n soumet àhaque ajustem

échantillon se

ol structuré soane saturée eque palier de r teneur en ear en eau et racée. Afin den eau volumes particules r membrane.

ntact d’une pie. La différendu réservoir

rence de chargdes chambrescharge et so

étention au la

erts dans la z

ment saturé à

calage par les conductivitétés selon les

à différentesment

emi remanié,

ont placés auen eau et quipression, lesau massique. la pressiond’exprimer lamique, il estdu sol.

ierre poreusence d’altituder permet unge qui définits à pressions,nt pesés afin

aboratoire

zone non

Guide te

Annexe saturée

a) cocot

b) condi

c) mise de kaoli

F

echnique car

C : Méthode

tte à pression

itionnement

en place desn (5 Bars)

Figure 2 : Mét

actérisation

es d’acquisit

n (15 Bars)

t des échanti

s échantillon

thode de la ch

des transfer

ion des para

llons dans le

ns sur plaque

hambre à pre

rts hydriques

amètres util

C‐17

es anneaux

e poreuse re

ession pour la

s en ZNS

es à l’étude

ecouverte

b

c

déterminatio

des transfe

b)

)

on de la courb

erts dans la z

be de rétentio

zone non

on

Guide te

Annexe saturée

3. Me

3.

La détepluviomé

Pluviom

La pluvio

•

• a

Evapor

L'évapor

• d

• o

echnique car

C : Méthode

esuresd

.1 Bilan

3.1.1 Plu

ermination détrie et l’éva

métrie

ométrie peut

manuelleme

automatique

ration

ration peut ê

indirectemed’une station

ou de maniè

Para

Rayonne

Durée d'

Tempéra

Humidité

Pression

Vent

Tablea

actérisation

es d’acquisit

deterrai

hydrique

uviométri

de la pluvioaporation (vo

t être mesur

ent à l’aide d

ement avec l

être mesurée

nt à partir dn météo (Tab

ère directe au

amètre physiq

ement solaire

'insolation

ature

é relative

n atmosphériq

au 13 : Facteu

des transfer

ion des para

in

e efficace

ométrie effioire l’évapot

ée :

’un pluviomè

la mise en pl

e :

de facteurs pbleau 13) ;

u moyen d'in

que considéré

net au sol

que

urs physiques

rts hydriques

amètres util

C‐18

icace supporanspiration

ètre, mais ce

lace d’une st

physiques qu

nstruments d

Pyrano

Héliogr

Thermo

Hygrom

Baromè

Anémo

nécessaires à

s en ZNS

es à l’étude

ose que l’o).

ela suppose u

tation météo

ui sont eux,

de mesures p

Méthode

mètre

raphe

omètre

mètre et psych

ètre

mètre et giro

à une estimat

des transfe

n soit capa

un relevé trè

o.

directement

particuliers (T

de mesure

hromètre

uette (directio

ion de l'évapo

erts dans la z

able de me

ès régulier ;

t mesurable

Tableau 14).

on)

oration

zone non

esurer la

s à l’aide

.

Guide te

Annexe saturée

Tech

Evaporim

Balances d'évapora

Bac d'éva

Verrièresvitrés

Lysimètre

Evapot

La mesupertes eune parc

Les donnprès quL'évapotmesurée

L’utilisatdans la z

Il faut pruisselée

echnique car

C : Méthode

hnique

mètre

ation

aporation

ou châssis

e

transpirat

ure de l'évapn eau d'un scelle expérim

nées météoue possibletranspiratione directemen

tion des mozone non sat

1.1.1

pouvoir détee à la quantit

actérisation

es d’acquisit

l'évaporationdistillée à tra

l'évaporations'évaporant

l'évaporationsol, partielle

l'eau du solrecouvrant u

cuve étanchportion de tdrainage. Le

Tableau 1

tion

potranspiratisol cultivé damentale.

rologiques (e du chamn réelle doitnt sur le site,

lécules 18O eturée.

1. Ruissel

erminer le coté d’eau préc

des transfer

ion des para

n naturelle eavers une surf

n est mesurplacée dans u

n est mesuréement enterré

l s'évapore, lun châssis pos

e enterrée, à errain. Elle cos variations de

4 : Méthodes

on est très ans une case

intervenant mp pour êtt idéalemen ce qui n'est

et 2H de l’ea

llement

oefficient decipitée.

rts hydriques

amètres util

C‐19

Pr

est quantifiée face poreuse.

rée en contun plateau sou

e par les variaé ou flottant.

la vapeur d'esé sur le sol, p

parois verticaomprend un de stock d'eau

s directes de m

complexe. E lysimétrique

dans l'évaptre précisent être estimt pas évident

au peut per

e ruissellem

s en ZNS

es à l’étude

rincipe

par la mesu

inu par dimus abri.

ations du nive

eau se condepuis est récolté

ales, ouverte edispositif permpermettent d

mesure de l’év

Elle peut être ou en proc

otranspiratioes, ce qui mée à l'aidet.

rmettre de l

ent qui est

des transfe

ure de l'évapo

minution du

au d'eau d'un

ense sur la pée par une go

en surface et mettant de rede déterminer

vaporation

e effectuée cédant par b

on) doivent n'est pas

e de donné

ocaliser les

le rapport d

erts dans la z

oration de l'e

poids de l'e

n bac posé su

aroi d'une viouttière.

remplie par uecueillir l'eau r l'évaporation

en se basanilan hydrolog

être collecttoujours

ées de référ

fronts d’éva

de la quant

zone non

eau

eau

r le

itre

une de n.

nt sur les gique sur

ées aussi possible. rence ou

aporation

ité d’eau

Guide te

Annexe saturée Le ruissl’estimat

•

• Ato

Les techl’échelled’erreur

La technen œuvr

• àqd

echnique car

C : Méthode

ellement estion de ce pa

Les techniqu

o estimh da

o géocmaje(rad

o mod

A l’échelle topographieoù la mesureles différent

hniques à l’e du bassin v.

nique décritere. Elle pourr

à l’échelle dquantité d'ede remonter

actérisation

es d’acquisit

st un facteuaramètre par

ues à l’échell

mation du déans une secti

chimie : déteeurs ou de son), utilisatio

délisation (m

d’un site, l’e) peut être e du débit ses collecteurs

échelle d’unversant, la va

e à l’échelle ra néanmoin

du m2, sur unau ruisseléer à la quantit

Figure

des transfer

ion des para

ur difficile àrmi celles‐ci

e d’un bassin

ébit Q de la on et étalon

ermination dubstances teon des isoto

éthode indir

’eau qui ruirécoltée parera faite par s, on peut est

n bassin veraleur déduit

d’un site ests être mise e

n terrain pen récupérée até d’eau ruiss

e 3 : Mesure d

rts hydriques

amètres util

C‐20

à mesurer, on peut cite

n versant :

rivière collecnage : Q=f(h

de l’origine eelles que lespes (méthod

recte) ;

isselle sur ur différents cr un canal Vetimer le ruis

rsant correse du ruissel

t sans douteen œuvre su

ntu des pluiaprès installaselée (Erreu

du ruisselleme

s en ZNS

es à l’étude

différentes er :

ctant l’eau dh) (méthode

t des temps pesticides e

de indirecte)

une partie ocaniveaux seenturi. Connasellement ;

spondent à lement à l’é

e la plus précr des sites pa

es sont provation d'une r ! Source du

ent sur une fai

des transfe

méthodes

e la pente (mindirecte) ;

de transfertet intrants ag;

ou la totalite rejoignant aissant la sur

une mesurechelle du sit

cise, mais ellarticulièreme

voquées (simgouttière esu renvoi intr

ible surface

erts dans la z

sont possib

mesure de la

t par analysegricoles, suiv

té du site (en une busrface interce

e intégratricte est donc e

le est chère ent sensible

mulateur de st mesurée erouvable.).

zone non

bles pour

a hauteur

e des ions vi des gaz

(selon sa se unique eptée par

ce i. e. à entachée

à mettre s.

pluie), la et permet

Guide te

Annexe saturée Cette tesurface il’échelle

3.

La déterrendue pà la norm

3.

La densipoids demasse vo

Méth

Méth

Méthdensitmemb

Méthgamm

echnique car

C : Méthode

echnique est investiguée se du site.

.2 Piézo

rmination depossible par me AFNOR F

.3 Densit

ité apparente sol sec (g) olumique du

Nom méthod

ode au cylind

ode au sable

ode au tomètre à brane

ode par mamétrie

Tablea

actérisation

es d’acquisit

sans doutese pose le p

ométrie

e la charge hla mise en pD X 31‐614.

té appare

te, ou massesur le volumu sol sec.

de

re Présur pré

MeVolsabMeapr

MeVolcavmehauMeapr

Meparrayloi den(me

au 15 : Techn

des transfer

ion des para

la plus faciroblème de

hydraulique lace de piézo

ente

e volumiqueme total de l'

élèvement d’ule terrain

élèvement)

esure de surfaume estimé ble de la cavitéesure au laborrès séchage

esure de surfaume estimé svité de sol prmbrane souputeur d’eau daesure au laborrès séchage

esure du pourr rapport auonnement gade Beer). Censité apparenesure sonde à

iques pour la

rts hydriques

amètres util

C‐21

le à mettre la représent

à imposer comètres. Ces

e apparente 'échantillon

Princip

un cylindre de(attention a

ce uniquemensur le terraié de sol prélevratoire du poid

ce uniquemensur le terrainrélevé par unple (évaluatioans le piston),ratoire du poid

rcentage de ru rayonnemamma (Am ouette valeur ete, et doit êtà neutron ou a

a mesure de la

s en ZNS

es à l’étude

en œuvre, tativité de la

comme conds derniers se

sèche, expri(cm3). En d'

pe

e sol de voluau tassemen

nt in (par rempvé par exempds après prélè

nt (par remplisn système deon d’une diff, ds après prélè

rayonnement ent émis (su Ce) ; absorptst proportionre corrigé de autre…).

a densité appa

des transfe

cependant é mesure si o

itions aux lieront mis en

mée en g/cmautres terme

ume connu t lors du

plissage au le), èvement et

sage de la e piston à férence de

èvement et

retrouvée source de tion suit la nnelle à la l’humidité

arente sur le t

erts dans la z

étant donnéon veut l’ext

mites du moplace confor

m3, est le raes, elle repr

Norme

NF X31‐501

NF X31‐503

NF P94‐061‐2

NF P94‐061‐1

terrain

zone non

la faible rapoler à

odèle est rmément

pport du ésente la

e

2

1

Guide te

Annexe saturée Les troismesure techniqu

3.

La déter

•

• T

•

echnique car

C : Méthode

s des méthodde terrain eue est mise e

.4 Condu

mination de

les essais eponctuellemTableau 17)

les essais en(Tableau 18)

actérisation

es d’acquisit

des présentéet une mesen œuvre sur

uctivité hy

la conductiv

en surface. ment la condu;

n forages. Les).

des transfer

ion des para

ées dans le Ture de labor le terrain u

ydraulique

vité hydrauliq

Les méthouctivité hydr

s méthodes

rts hydriques

amètres util

C‐22

Tableau 15 soratoire pouniquement.

e

que des sols

odes les pluraulique sont

de mesure d

s en ZNS

es à l’étude

sont mixtes cr donner la

s peut se fair

us connues t les méthod

de la conduc

des transfe

car elles nécdensité app

e à l’aide de

pour mesues d'infiltrat

tivité hydrau

erts dans la z

cessitent à laparente. La

deux métho

urer directetion en surfa

ulique en for

zone non

a fois une dernière

odes :

ement et ce (

rage sont

G

A

Guide technique c

Annexe C : Méthod

Nom

Infiltromèanneaux odouble anMüntz

Infiltromèsimple annPersan

Infiltromècylindre

aractérisation des

des d’acquisition

m méthode

tre à double ouvert ou neau type

tre double ou neau fermé type

tre à double

Ta

s transferts hydriq

des paramètres u

C‐23

Méthode fondée scylindres concentrd’eau est maintencylindre central. Lelatérale, est destiphénomènes de dsaturation quand oLimite : suppose gouvernant l’écoulDonne accès à la pDomaine de validitMéthodes qui consdans le terrain à l’iL’infiltration à travconstant dans l’annComme l'eau a tenl'eau en infiltratioverticale Domaine de validitMéthode fondée sComme l'eau a tenl'eau en infiltratioverticale

bleau 16 : Méthode

ques en ZNS

utiles à l’étude de

3

sur le principe de l'riques (de 30 et 80nu constant dans e cylindre externe,né à favoriser uneiffusion depuis celon atteint le régimeque les horizons lement est verticalerméabilité verticaté : 10‐5 à 10‐7 ou 10sistent à suivre l’infntérieur d’un cylindvers la surface du soneau. ndance à s'échappeon verticale. La m

té : 10‐7 à 10‐10 m/sur le principe de l'inndance à s'échappeon verticale. La m

es de mesure de la

s transferts dans

Principe

'infiltration à charg0 cm de diamètre),les deux cylindres où l’infiltration ese infiltration verticui‐ci. Cette méthode permanent. sous‐jacents ne p

ale 0‐8 m/s filtration dre fiché dans le sool est mesurée en m

er sur les côtés, l'aesure porte exclus

nfiltration à chargeer sur les côtés, l'aesure porte exclus

a conductivité hydra

la zone non satur

e

ge constante. Cet a enfoncé d’environs, et l’on mesure st souvent plus rapcale depuis le cylinde donne accès à l

perturbent pas la

ol de manière étancmaintenant un nivea

anneau extérieur sesivement sur l'ann

variable. anneau extérieur sesivement sur l'ann

aulique par essai d’

rée

ppareil est constitun 5 cm dans le sol.le taux d’infiltratioide en raison d’unndre central, en lila conductivité hyd

mesure et que le

he. au d’eau

ert de barrière pouneau intérieur en

ert de barrière pouneau intérieur en

’infiltration de surf

N

ué de deux Le niveau on dans le e diffusion imitant les draulique à

e gradient

NF X3

ur canaliser infiltration

NF X3

ur canaliser infiltration

face

Norme

30‐418

30‐420

G

A

Guide technique c

Annexe C : Méthod

Nom

InfiltromèGuelph Men ZNS)

Infiltromè

Méthode Tinfiltromètà succion c

L'infiltromanneau " P

Perméamèhydrauliqu

aractérisation des

des d’acquisition

m méthode

tre de Méthode Porchet

tre à aspersion

TRIMS : tre multidisque contrôlée

mètre à double PANDA

ètre à choc ue " PRECI

Ta

s transferts hydriq

des paramètres u

C‐24

Méthode permet pde flux matriciel einitiale). Méthode fondée dimension, réalisé d’un dispositif de infiltrés Limite : méthode bconductivité avec résultats incohérenGamme de mesure

méthode utilisant

Cette méthode pconductivité hydradifférents (48, 80 ela surface du sol, l’intermédiaire d’upermet d’estimer appliquée à la surf Limites : basé sur

permet de mesure

permet de déterm

bleau 17 : Méthode

ques en ZNS


4

permettant la déteet la sorptivité (cap

sur la mesure de à faible profondeuMariotte assuran

basée sur des équala pression capillants (conductivité hye de 10‐4 à 10‐8 m/s

le principe du simu

permet d’avoir acaulique et la sorptivet 250 mm) munis dils permettent un

un dispositif de Mla conductivité hydace. des hypothèses sim

er des infiltrations v

iner la composante

es de mesure de la

s transferts dans

Principe

rmination de la copacité d’infiltration

l’écoulement cylinr (frange 0‐20 cm))t une charge hydr

tions simplifiées quaire, et une isotroydraulique négative

lateur de pluie.

cès de façon simvité. Le système de d’une membrane pn apport contrôlé Mariotte. La mesurdraulique et la sorp

mplificatrices d’un m

verticales dans le so

e horizontale de la p

a conductivité hydra

la zone non satur

e

nductivité hydraulin en fonction du te

ndrique depuis un vers un milieu homraulique constante

ui suppose une décpie du milieu, ellee ; Taha, 1995)

mple à deux parabase est constituéerméable à l’eau etd’eau sous différere du flux d’infiltrtivité capillaire du

milieu homogène et

ol

perméabilité du sol

aulique par essai d’

rée

que à saturation, leemps et de la tene

n trou cylindrique mogène non saturée, il permet le suiv

croissance exponene conduit donc par

mètres de l’infiltr de trois disques det imperméable à l’aentes succions, impation en régime psol, en fonction de

t isotrope

.

’infiltration de surf

N

e potentiel eur en eau

(de petite . Constitué vi des flux

ntielle de la rfois à des

NF X3

rabilité, la e diamètre air. Posés à posées par permanent e la succion

face

Norme

30‐424

G

A

Guide technique c

Annexe C : Méthod

Essai consta

Essai variabl

Essai variabl

Essai L

Essai L

aractérisation des

des d’acquisition

Nom méthode

d’infiltration à nte en forage

d’infiltration à le en forage ouvert

d’infiltration à le en forage fermé

efranc

ugeon

s transferts hydriq

des paramètres u

C‐25

charge ApplicabPerméa

charge

MéthodLimite : difficultPerméa

charge MéthodLimite : difficultPerméa

Utiliser meubleConsistevolume Perméa

Utiliser ConsistependangéologiqPerméa

Tableau 1

ques en ZNS


5

ble en terrain saturbilité de 5 10‐7 à 1

de d’injection d’eauDemande une p

té à déterminer le nbilité de 1 10‐6 à 1

de d’injection d’eauDemande une p

té à déterminer le nbilité < 1 10‐8 m/s

classiquement pos e à injecter de l'ed'eau absorbé soubilité de l'ordre de

pour mesurer la pee à injecter de l'eaut un temps constaque. bilité de l'ordre de

18 : Méthodes de m

s transferts dans

Principe

ré 10‐10 m/s

u et de suivi de la chpré‐saturation du niveau statique initi10‐9 m/s

u et de suivi de la chpré‐saturation du niveau statique initi

ur mesurer la per

eau dans des coucs une charge hydra1.10‐3 à 1.10‐5 m/s

erméabilité de fissuu dans un forage sant afin de déduire

1.10‐5 à 1.10‐8 m/s

mesure de la condu

la zone non satur

harge dans un foragmilieu avant mesale

harge dans un foragmilieu avant mesale

rméabilité d’interst

hes perméables eulique donnée.

res dans les rochesous différents paliee la perméabilité d

ctivité hydraulique

rée

N

ge sure, avec une

N

ge sure, avec une

N

tices de roches

t à mesurer le

N

s compactes. ers de pression, de la formation

N

e en forage

Norme

NF X30‐424

NF X30‐423

NF X30‐425

NF P94‐132

NF P94‐131

Guide te

Annexe saturée

3.

La méthle LTHE h(θ) et cparticuledu sol : saturatioparamètdiamètrele modèhydrauli

La courbsuccion en %, etexemplemesuransuffisant

Mesure

L'humidi20).

echnique car

C : Méthode

.5 Courb

3.4.1 EstiTec

ode « BEST »(Lassabatèreconductivitées des sols ela granulomon, et des catres de sortiee de pores hèle de Van que (selon la

3.4.2 Estisuc

be de rétentet de la tenet le potentiee). Ceci nécent la teneur t, ce qui supp

e de l’hum

ité du sol pe

actérisation

es d’acquisit

be de réte

imation dechnique n°

» (Beerkan Ee et al., 2006é hydrauliqueet d’essais d’métrie du soaractéristique : la conduchydrauliquemGenuchten,a courbe de

imation pacion sur s

ion du milieeur en eau dl hydrique dssite la miseen eau vol

pose d’avoir

midité

eut être déte

des transfer

ion des para

ntion

e la courb°1)

Estimation of6) pour perme k(θ)) à pa’infiltration iol, sa masse es de l’essaictivité hydraument actifs, le 1980), et Brooks et Co

ar la déteite

u considéré d’un sol à difu sol (aussi e en place sulumique. Il fdes mesures

erminée par

rts hydriques

amètres util

C‐26

be de réte

f Soil pedo Tmettre la détartir de la dén situ. Les dvolumique

i d’infiltratioulique à satues paramètrle paramètrorey, 1964).

rmination

peut être éfférentes proappelé succiur site de sysfaut de pluss faites pour

r des méthod

s en ZNS

es à l’étude

ntion par

Transfer paratermination éterminationdonnées nécapparente, n : rayon duuration, la sores de formere de forme

n conjointe

établie par laofondeurs. Lion ou tensiostèmes de ms disposer dr des conditio

des indirecte

des transfe

la procéd

ameters) a écomplète den de la distressaires sonles teneurs disque et p

orption, le co de la courbe de la cou

e de l’hum

a mesure sima teneur en on du sol) enesure de la d’un jeu de ons hydrique

es in situ (Ta

erts dans la z

ure BEST

été mise au es courbes (rribution de tnt les caractéen eau init

pression impoefficient d’ée de rétentiourbe de con

midité et d

multanée in seau du sol sn pression (succion et ddonnées dees variables.

ableau 19 et

zone non

(Fiche

point par rétention taille des éristiques tiale et à osée. Les échelle, le on (selon nductivité

e la

situ de la s’exprime mbar par de sondes e mesure

t Tableau

G

Guide technique c

N

Méthodes

Sondes ca

Technique(Time Dom

aractérisation des

Nom méthode

s éprouvées

apacitives

e TDR main Reflectometry

s transferts hydriq

C‐27

Méthode recorrélation aPrécision < 2Zone d’influeGamme de mFonctionne p

y)

Méthode déLa techniquedes gigaherlongueur conle temps de Mesures peul’humidité agranulométrDes difficultdu tube sontMesure de l’Plusieurs typTDR géométsuppose génTDR Trime Tpatience, afi

ques en ZNS – An

7

posant sur le princavec la teneur en ea2% d’humidité ence 25 à 30 mm mesure 0% à saturapour des conductiv

éterminant la constae consiste à envoyetz) dans un guidennue let à analysertransit pour différeu affectées par la ca montré qu’elle rie). és surviennent dant conséquentes et s’humidité volumiqupes de technologie tries bi‐tiges et trinéralement l’ouvertT3 avec tube d’accèin d’obtenir le meill

Tableau 19 : Méth

nexe A

ipe de la mesure cau du sol)

ation vités < 5 mS/cm

ante diélectrique der une impulsion ée d’ondes généraler le temps de transitentes tensions. composition du sol était applicable à

ns les sols hétérogèse répercutent sur lue avec une incertitTDR sont disponibl‐tiges : Usage courture d’une fosse ès : Insertion des tuleur contact possib

hodes de mesure d

Principe

apacitive, mesure d

u sol, fonction de slectromagnétique ement formé de dt t, soit à partir du s

ou sa salinité (la reà la plupart des

ènes où les perturbla qualité des mesutude inférieure à ± 2es : rant, mais leur mis

ubes d’accès en fibrle avec le sol. Perm

de l’humidité in situ

de la permittivité d

on état d’humidité(contenant plusieudeux électrodes (psignal de retour de

elation entre la cons sols globalemen

bations du milieu loures. (ASTM D6565‐2%.

se en place pour l

re de verre doit êtrmet la mesure sur to

u

diélectrique du sol (

. rs impulsions dansparfois trois) métal’impulsion, soit en

nstante diélectriqut indépendammen

ors de l’insertion de‐00)

le suivi des profils

re réalisée avec préoute une colonne de

(excellente

la gamme alliques de n mesurant

e du sol et nt de leur

es tiges ou

hydriques

écaution et e sol

G

Guide technique c

N

Méthodes

Mesure ga

Sonde à n

TechniqueDomain m

Méthodes

MéthodeSondages

Spectrosc(TDS)

aractérisation des

Nom méthode

s éprouvées

ammamétrique

neutron

e FD (Frequemeasurement

s en développemen

géophysique RMP

copie diélectri

s transferts hydriq

C‐28

Méthode baque soit coTechnique ptechnique es

Méthode repLa mesure cqui revienneVolume de sIncompatible

ence

Méthode déLa techniqueformée d’unInconvénienplutôt utilisé

nt

par Résolution h

que Repose sur fonction de poreux Limite : le sp

ques en ZNS – An

8

asée sur l’atténuatinnue au préalableposant des problèmst très faible. Cette

posant sur les propconsiste à compter ent vers la sonde. Cesol exploré : sphèree à la détection de

éterminant la constae consiste à envoyen câble coaxial ouvet : demande une tré au laboratoire (co

horizontale et vertic

le principe du TDRla fréquence. Ceci

pectre de fréquence

Tableau 20 : Méth

nexe A

ion des rayonnemee la densité du somes de sécurité dontechnique est plut

priétés de réflexion pendant un tempse nombre est propo de, 15 à 20 cm dandiscontinuités dans

ante diélectrique der une impulsion éleert. Calibration averès bonne cohésionolonne, maquette)

cale, variations laté

R, avec une mesurepermet d’accéder

e des TDR est mal a

hodes de mesure d

Principe

ents gamma propol sec pour pouvoic peu usité. De pluôt utilisée en labora

que possèdent les s déterminé (de l’oortionnel à l’humidns un sol humide, 5s la teneur en eau (

u sol, fonction de sectromagnétique uc l’air et des liquiden entre le capteur e

rales de caractérist

e des parties réelleà une caractérisat

dapté et l’interprét

de l’humidité in situ

rtionnelle à la denr en déduire la tes le volume d’invesatoire sur maquette

molécules d’eau à rdre de la minute) ité volumique du so0 cm dans un sol seNF ISO 16586)

on état d’humiditénique de la gammees ou solides de proet le sol, Volume in

tiques hydrodynam

e et imaginaire de tion de l’état de lia

tation est délicate

u

sité de l’encaissaneneur en eau. Incostigation considéréees

l’égard d’un flux dele nombre de neuol. ec (faible résolution

. e des mégahertz. Laopriété dielectriquevestigué très faible

miques

la permittivité éleaison de l’eau dans

t. Suppose onvénient : e par cette

e neutrons. trons lents

n spatiale)

a sonde est e connues. e, méthode

ectrique en s un milieu

G

Dsu

Guide technique c

Des techniques deurface du sol, pa

aractérisation des

e développemenr mesure des radi

Figure 4

s transferts hydriq

C‐29

t récent (scintilloiations émises pa

: Principe de la son

ques en ZNS – An

9

ométrie, radiomér le sol.

nde à neutron (à ga

nexe A

étrie µ‐ondes) pe

auche) et différents

ermettent égalem

s type de sondes TD

ment d’avoir accè

DR (schéma SDEC)

ès indirectement

(à droite)

à l’humidité de la

Guide te

Différen

Sonde

Streat

Camp

ESI (C

IMKO

Soil M(USA)

Sonde

Camp

Dacag

Delta

Sente

SDEC

SteveSystem

echnique car

ts types d’ou

Fabricant

e TDR disponi

t Instruments

bell Scientific

anada)

Gmbh (Allem

Moisture Eq

e capacitives d

bell Scientific

gon (USA)

T (UK)

k (Australie)

(France)

ns water Moms Inc. (USA)

Table

actérisation

utils disponib

ibles sur le ma

(NZ) Aq

(USA) TD

Mopoi

magne) TRI

. Corp. TRA

disponibles su

(USA) CS6

ECH

TheProWe

Envma DivEas

HM

nitoring Hyd

eau 21 : Outil

des transfer

bles sont dét

Système

arché

uaflex

R100

oisture int

IME

ASE

ur le marché

616

H2O

etaProbe ofile Probe et Sensor

viroscan/sart

viner 2000 syAG

MS9000

dra probe

ls de mesure d

rts hydriques

C‐30

taillés Tablea

Sonde « type

Utilisation centrale/mu

Sondes à dio

T3 : systèmebi‐tige, tri‐tigIT : capteur a

S1 : systèmeBE : acquisitiMiniTRASE :

Technologie

Capteur sur c

Sonde multi‐Sonde multi‐

Sonde multi‐Système de pMesure mult

Pointe uniqu

Sonde multip

de l’humidité

s en ZNS – An

au 21.

Par

e ruban » 3 m

autonome oltiplexeur

odes commuté

e « tube) ge autonome

autonome deion automatiqS1 miniaturis

« mixte » cap

circuit imprim

‐pointes 5 cm‐segments

‐segments à pprofilage mantipoints itinér

ue. Mise en pl

pointe

sur site (d’ap

nnexe A

rticularités

TDT

ou couplage

ées multi‐segm

e terrain que é

pacitive / prop

mé plat

poste fixe nuel ante

ace comme u

près Laurent, 2

à un ens

ments & bi‐tig

pagation ligne

n tensiomètre

2006)

semble

ge

e

e

G

M

La

J

Guide technique c

Mesure de la s

a succion peut êt

Méthode

Mesure directe

Canne de succiontensimètre

Tensimètre de hdéfinition

Jacking tensiom(David Cooper – CE

aractérisation des

succion

re mesurée direct

n ou

Le tensiomètube, enfonfermé par utravers la paSi l'humiditédu systèmeLa mesure dInconvénien

aute Utilisation dcavitation d

mètre EH)

Il consiste ecéramique. doit être bieLeur installaLa mise en pMesure limi

s transferts hydriq

C‐31

tement (Tableau

ètre permet de mecé dans le sol à la pun bouchon et reliéaroi poreuse. é du sol vient à bais. Lorsque le sol s'hude la dépression se nt : mesure limitée

de céramique présee l’eau. Mis au poin

en une chambre rLe potentiel matricen lisse et régulièreation à des profondplace est délicate.itée à ‐98 KPa.

Ta

ques en ZNS – An

1

22) ou indirectem

surer la charge hydprofondeur souhaité par un capillaire

sser, l'eau diffuse àumidifie, la tension fait par méthode cà ‐85 KPa

entant des entréesnt initialement par

remplie d’eau avecciel (proportionnel àe) de manière à avoeurs importante es

ableau 22 : Méthod

nexe A

ment (Tableau 23)

draulique du sol y. tée. Le tube ainsi qà un capteur de pr

à travers la bougie pbaisse. Lorsqu'il eslassique (manomét

s d’air à des succioRidley et Burland (1

c une face ferméeà la pression) est moir un contact parfaist possible (Amraou

des de mesure direc

.

Principe

Il est constitué d'uue la bougie sont rression. Le système

poreuse vers le milit saturé, elle est nutrique) ou électroni

ons plus faible, rend1993) de nombreux

et une face ouvemesuré en plaquant it entre la plaque etui et al, 2008)

cte de la succion in s

ne bougie en céramremplis d'eau dégaze ainsi mis en place

eu environnant : il ulle. que

du possible par la x autres prototypes

erte sur laquelle vila plaque en céramt la formation craye

situ

mique poreuse fixézée et l'ensemble ee autorise des écha

se produit une dép

miniaturisation qus sont actuellement

ent se coller une mique contre la paroeuse.

ée à l'extrémité d'uest hermétiquemenanges osmotiques

pression à l'intérieu

i elle aussi limite lt disponibles.

plaque poreuse eoi du forage (celle‐c

n nt à

ur

a

n ci

G

Guide technique c

Méthode

Résistive

Psychromètres (Spanner psychrometer)

Sonde capacitive

aractérisation des

Equitensiom0 à ‐ 200 kP

Méthode bathermocoupInconvénienà la salinité,

Estimation dplacées danmilieu ambirégions aridLimite incerCorrection eWatermark ‐100 à ‐1500

s transferts hydriq

C‐32

meter Delta‐T (UK)a

asée sur un thermple et une condensant : sensibilité suffis, Méthode difficile e

de la valeur du potns un matériau de sant jusqu’à l’équilibdes où l'humidité durtitude 10 kPa en température nécIrrameter Inc. (USA0 kPa

Tab

ques en ZNS – An

2

mocouple placé danation de l’eau. Comsante uniquement pet exigeante

tentiel hydrique dusable et de kaolin, cbre. Contrairementu sol varie énormém

cessaire A)

bleau 23 : Méthode

nexe A

ns une petite chammme l’eau s’évaporepour les potentiels

u sol via une mesuconfiné dans une mt aux tensiomètres ment Méthode peu

es de mesure indire

Principe

mbre avec des mure, la température chmatriciels faibles (m

re de la résistivité membrane perméabmunis d'une bougieonéreuse.

cte de la succion in

rs poreux, l’effet Phute et un courant moins de 300 kPa).

électrique. Mesureble qui permet les ée en céramique, ils

n situ

Peltier entraine un est produit Méthode sensible

e entre deux électréchanges d’eau entn'utilisent pas d'ea

refroidissement d

à la température e

rodes concentriquetre le matériau et lau. Bien adaptés au

u

et

es e x

Guide te

C'est la mPlus le sparticuleindique

Elle se msimple. imposée

80 kPa p

Il existe deux soc

•

•

La limiteétonnam(Ridley e

Le psychfonctionpsychrom

On dispopsychrom

echnique car

mesure de lasol est sec, pes du sol. Lale potentiel

mesure à l'aidDans des coe par la cavita

pour une eau

de nombreuciétés suivan

http://www

http://www

e classique dmment élevéet Burland, 1

hromètre à t des métaumètres à mir

ose donc demétrie (> 1 M

actérisation

a pression replus le niveaa tension d'ehydrique du

de d'un tensonditions noation, qui es

u naturelle, c

ux types de tntes :

.sdec‐france

.sols‐mesure

de 80 kPa, dée de 2000 à996)

hermocouplx du thermoroir. Cependa

e méthodes MPa) et donc

des transfer

equise pour eu de succioneau dans le sol.

siomètre (Taormales, l’eat de

e qui définit

tensimètres

.com/ ;

es.com.

ue à l’apparà 3000 kPa d

e est limité ocouple). Unant, ces mét

permettantc de suivre la

rts hydriques

C‐33

extraire l'eaun est élevé, sol caracté

bleau 22) quu ne peut ê

t la gamme te

sur le march

rition de la cdans le systè

à une succione succion pthodes sont e

t d’aller de a succion de

s en ZNS – An

u du sol (expcar plus l'earise donc le

ui est la techêtre mise so

ensiométriqu

hé, en Franc

cavitation, ame tensiom

on maximaleplus importaencore peut

la tensiomématériaux d

nnexe A

primée en ceau est fortemes forces de

nique la pluous tension q

ue.

ce on peut e

pu être repétrique réce

e de 7 à 10 Mante peut êtutiliser.

étrie classiques faibles au

entibars ou mment retenue liaison terr

s répandue que jusqu’à

n trouver au

poussée à unemment mis

MPa (la senstre obtenue

ue (0 – 80 ux fortes succ

millibars). ue par les re‐eau et

et la plus la limite

uprès des

ne valeur au point

ibilité est avec les

kPa) à la cions.

Guide te

4. Bib

AmraouiC. Poincdéclenchhydrody

Arrouayseau descaractér

Brooks RColorado

Carsel Rcharacte

Castany

Delage e

FD X31‐Réalisatipotentie

Hanks RSpringer

HaverkaCataloguhydrauli(LTHE), G

Haverkaunsaturap(5)1‐(5)

Kern J. SSci. Soc.

LassabatBeerkanSociety o

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echnique car

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n Genuchteanual Versiond Developm

rts hydriques

C‐34

Chrétien, MI A FLOODet suivi du sit632‐FR, 121p

sur la possiborphes du sAgric. Fr. 79,

ic Propertie

ng joint pro24, 755‐769.

l’hydrogéolo

saturés, Tech

des de détela qualité

il water and

kai K., Arrue and descripte d’Etude de

ulo‐Jaramilloater of grou

ention mode

ria Ugalde, Reters throug

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s en ZNS – An

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hniques de l’

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ec la collabordes eaux sontal de la Som

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caractérisatsouterraine

ure applicati

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oil Propertiesgineering, C

basic soil phy

Braud, and n experimen

The UNSOD095, Nationa

ration de L. Bouterraines mme, caract

riétés de rétee à partir

drology Pape

soil water r

.

tion des poau droit d

ions, second

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ysical prope

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DA Unsatural Risk Man

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térisation

ention en de leurs

er No. 3.

retention

llutions ‐ d'un site

d edition,

Grenoble ntion and nnement

ure in the LC, 1999,

rties, Soil

mp, 2006, l Science

ated Soil nagement

Guide te

NF X 30‐de maté

NF X 30‐de matéfermé ‐ E

NF X 30‐charge v

NF X 30d'infiltra

NF X 30saturatioconstant

NF X30‐4charge v

Noyer Mcaptantssaturée,

Ridley AGéotech

Ridley Arange oTelford.

Scholler

Van Ganroad dra

van Genunsatura

Vereeckecharactep389‐40

Williamscharacte

Wösten parametthe Euro156. 106

echnique car

‐418, 2007, Driaux AFNOR

‐420, 2007, Dériaux rappoEssai à charg

‐423, 2011, variable en fo

0‐424, 2005, ation à charg

0‐442, 2008on d'un mte/variable.

425, 2002, Dvariable en fo

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actérisation

Déchets : DéR X30‐424

Déchets : Déortés, ou artge constante

Déchets : Déorage ouvert

Déchets : De constante

8, Déchets : matériau Es

Déchets ‐ Déorage fermé.

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des transfer

termination

termination tificiellement et essai à ch

éterminationt.

Déterminatioen forage.

Déterminatssais de p

étermination.

activité induModélisation 3p.

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rts hydriques

C‐35

de la permé

de la permét reconstituharge variab

n du coeffici

on du coeffic

tion au labperméabilité

n du coeffici

ustrielle sur du transfert

nstrument fo

pressure prnvestigation

et II. Institut f

es chausséesd rivers, Bern

m equation 8.

rius P., 198nd carbon c

1992, Comy and limited

s C., 1998. Unmental stud(The Nethe

s en ZNS – An

éabilité d'un

éabilité d'unés Infiltromle.

ient de perm

cient de per

boratoire dué à l'oedo

ent de perm

la qualité dt potentiel d

or the measu

robe for thePractice (E

français du p

s: évaluationne, v.1, p. 17

for predictin

89, estimaticontent. Soil

parison of md data, Soil S

Using existindies and in laerlands), DLO

nnexe A

e formation

e formation ètres à simp

méabilité d'u

rméabilité d

u coefficientmètre à

méabilité d'u

de la nappe e polluants à

urement of s

e in situ mead. Craig), p

pétrole, Réf.

ns prévisionn76‐192.

ng the hydr

ng the soil Science. Vo

methods to cience, 153 (

ng soil dataand use planO Winand St

géologique

géologique ple anneau,

un terrain pa

'un terrain

t de permécharge hyd

un terrain pa

de la craie à travers la z

soil moisture

asurement opp. 510‐520.

442‐I et 442

nelles. Sympo

raulic condu

moisture rol. 148, no.

estimate so(3), p. 172‐1

a to derive nning. Final Rtaring Centre

en place,

en place, de type

ar essai à

par essai

éabilité à draulique

ar essai à

(champs zone non

e suction,

of a wide Thomas

2‐II.

osium on

ctivity of

retention 6, 1989,

oil water 84.

hydraulic Report on e. Report


69

D - Fiches techniques

Plusieurs fiches techniques pour la mise en œuvre des méthodes utilisées dans le cadre du projet CAPHEINE ont été rédigées. Elles doivent permettre l’appropriation de ces méthodes par le plus grand nombre.

Ont ainsi été rédigées :

Fiche technique n°1 : Méthode BEST (Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters) sur SITE pour l’acquisition des paramètres des lois de sols ;

Fiche technique n°2 : Essai en forage ouvert à charge variable selon norme AFNOR NF X30-423 pour la détermination de la conductivité hydraulique à saturation ;

Fiche technique n°3 : Méthode Porchet en tranchée pour la mesure de la conductivité hydraulique à saturation ;

Fiche technique n°4 : Méthode Porchet en forage pour la détermination de la conductivité hydraulique à saturation ;

Fiche technique n°5 : Essai d’infiltration simple anneau de grande dimension, couplé à une opération de traçage ;

Fiche technique n°6 : Profil instantané au laboratoire à l’aide de capteurs d’humidité et de succion pour obtention de la courbe de rétention ;

Fiche technique n° 7 : Méthode BEST (Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters) en LABORATOIRE pour l’acquisition des paramètres des lois de sols ;

Fiche technique n°8 : Essai au perméamètre de Guelph pour la détermination de la conductivité hydraulique à saturation ;

Fiche technique n°9 : Essai au perméamètre PERSAN® selon norme AFNOR NF X30-420 pour la détermination d’une formation géologique en place, de matériaux rapportés ou artificiellement reconstitués.

Guide teAnnexe

Mé

Principe

Cette mhydrody

La méthoanneau d’eau do

La procé

• c

• c{

• e

• dc

echnique carD : Fiches te

éthodeparam

e

éthode se pynamique de

ode BEST codans un soloit permettre

édure BEST se

Etape 1 : Escourbe d’inf

Etape 2 : Pcourbes gra{n,m,η} ;

Etape 3 : Préen eau initia

Etape 4 : Ed’échelle {hgcumulée l(t)

Figure 1 : Log

actérisation chniques

Fe BEST (meters

para

propose d’acla zone non

nsiste en la initialemene d’établir un

e décompos

ssai d’infiltroiltration cum

rélèvement nulométriqu

élèvement d’le et finale {

Estimation dg} par ajuste.

gigramme po

des transfer

Fiche te(Beerkas) sur SIamètre

cquérir l’enssaturée (cf.

réalisation dnt plutôt secne courbe d’

e en quatre

ométrie 3D‐mulée I(t) = f(

de volume ues (fraction

’échantillons{θ0, θs} ;

de la condument d’un m

our la détermi

rts hydriques

echniqan EstimITE poues des l

semble des lois h(θ) et K

d’essai d’infilc. Le suivi deinfiltration c

étapes distin

‐axisymétriq(t) ;

de sols à p 0‐2 mm) e

s in‐situ en d

ctivité hydrmodèle théor

ination des co

s en ZNS

ue n°1mationur l’acqlois de

paramètres K(θ)).

tration 3D‐ae l’infiltratiocumulée en f

nctes (Figure

ue simple a

proximité det en déduire

début et fin d

raulique à srique d’infilt

ourbes h(θ) et

: n of Soiquisitiosols

nécessaires

xisymétriqueon successivefonction du t

e 1) :

nneau perm

es essais afie ainsi les p

d’essais afin

aturation {Kration sur la

t k(θ) par la m

il Transon des

s à la caract

e à l’aide d’ue de faibles temps.

mettant d’ac

n de détermparamètres d

d’estimer le

Ks} et du paa courbe d’in

méthode BEST

sfer

térisation

un simple volumes

cquérir la

miner les de forme

s teneurs

aramètre nfiltration

T

Guide teAnnexe

Notatio

cp D Dg hg i Iexp Io Ks m n N Ntot Nend pn qexp‐∞ rd s S So SMAX tmax

V β γ ΔV ε η

θs θo κ ρd


ons

paramètre diamètre deparamètre paramètre indice des plame d'eau lame d'eau conductivitparamètre paramètre paramètre nombre totnombre de indice de foflux expérimrayon de l'adimension fsorptivité caestimateur valeur maxitemps maxi

volume d’eparamètre paramètre incrément dporosité paramètre (1964) teneur voluteneur voluparamètre masse volu


de forme dees grains d'échelle de d'échelle de points de mecumulée expcumulée théé hydrauliqude forme dede forme dede forma detal de points points de morme de la comental statioanneau d'infifractal du soapillaire de la sorptivimum de l'esimum de val

au infiltré cudu modèle ddu modèle dde volume d’

de forme de

umique en eaumique en ealié à la dimemique sèche

des transfer

la courbe d'

la courbe dela courbe de

esure périmentaleéorique ue à saturatio la courbe de la courbe de la courbe grde mesureesure en régourbe de réteonnaire iltration l

vité capillairestimateur deidité de l'équ

umulé d'infiltrationd'infiltration’eau ajouté d

la courbe de

au à saturatioau initiale nsion fractale apparente

rts hydriques

'infiltration

e granulomée rétention e

on e rétention ee rétention eranulométriq

gime transitoention en ea

e e la sorptivitéuation du ré

dans l’annea

e conductivit

on

l du sol

s en ZNS

étrie en eau de va

en eau de vaen eau de vaque

oire au

é capillaire gime transit

au

té hydrauliq

n Genuchten

n Genuchtenn Genuchten

oire

ue de Brooks

n (1980)

n (1980) n (1980)

s et Corey

[‐] [L] [L] [L] [‐] [L] [L] [L T‐1] [‐] [‐] [‐] [‐] [L T‐1] [L] [‐] [L T‐1/2] [L T‐1/2] [L T‐1/2] [T]

[L3] [‐] [‐] [L3] [‐] [‐]

[‐] [‐] [‐] [M L‐3]

Guide teAnnexe

Matérie

Un maté(Figure 2

•

•

•

•

• d

•

•

La dimeconditiodiamètre

Mise en

L’anneau

Les volu« douce

Le volumd’eau cré

On arrêtretenu d

Dans dede front


l nécessaire

ériel relative2) :

un anneau ;

un chronom

un gobelet d

un tube de v

des sachets

une étuve po

une balance

ension de l’an suivante : e.

Figure 2 : M

œuvre

u doit être in

mes d’eau d» possible a

me d’eau retéée soit faib

te l’essai dèsdevient const

s sols sablo‐t afin d’optim


ement simple

ètre ;

de volume co

volume conn

imperméabl

our sécher le

de précision

anneau est f2Rd > 10 Dm

Matériel néces

nséré dans le

oivent être afin de ne pas

tenu dépendle.

s que l’on estant.

‐limoneux à miser le tem

des transfer

e est nécess

onnu ;

u pour le pré

es pour stoc

es échantillo

n.

fonction du max. En pratiq

ssaire pour la

e sol de façon

apportés sitôs impacter la

d du diamèt

t en régime

limoneux, ips d’attente

rts hydriques

aire pour ré

élèvement d

cker les écha

ns ;

volume éléque, les ann

mise en œuv

n à y pénétre

ôt l’infiltratioa surface (eff

tre de l’anne

stationnaire

il peut être e de l’expérim

s en ZNS

aliser un ess

des sols avan

ntillons ;

émentaire reeaux utilisés

vre d’un essai

er sur 2 à 3 m

on précédenfet « splash »

eau et est c

e : i.e. le tem

possible de mentateur.

sai d’infiltrat

t et après inf

eprésentatif s peuvent al

BEST (image

mm.

te terminée »).

choisi de faç

ps d’infiltrat

mener plus

tion de type

filtration ;

et doit resler jusqu’à 2

issue de [2])

et de la faço

çon à ce que

tion du volum

sieurs essais

Beerkan

pecter la 20 cm de

on la plus

e la lame

me d’eau

Beerkan

Guide teAnnexe

Interpré

L’interprparticuliKs et S e

Figure 3

Un outildispositi

L’ajustemanalytiquexpériml’essai.

Le paramliant S aucelui de

Les para

• t

• • •


étation de l’e

rétation desère de l’équt de déterm

3 : Algorithm

SCILAB, inton par Rafae

ment du moue de l’infiltentaux, afin

mètre de norux paramètrBrooks and C

mètres d’en

les mesures temps) ; les paramètrla masse volles teneurs e


essai

s essais d’ination de Riciner les cour

e d’estimatio

égrant l’ensel Angulo‐Jar

odèle BEST stration cumud’estimer le

rmalisation des Ks, θs et hCorey tandis

trée nécessa

des essais d

res η et n déumique appaen eau θ0 et

des transfer

filtrométrie hards. L’algorbes K(θ)=Ks.

on des paramè

[1] (f

emble de laramillo (ENT

sur les poinulée (axisymes variations

de la courbe hg [6]. Le ms que celui de

aires à ce pro

d’infiltration

duits de la garente ρd déθs déduites

rts hydriques

utilise un aorithme (Fig.kr(θ) et h(θ)

ètres de transBEST

figure issue d

procédure PE [4]).

ts expérimemétrique tridde conducti

de rétentionodèle utilisée van Genuc

ogramme so

acquises sur

granulométriéterminée à à partir des

s en ZNS

algorithme cure 3) perm).

sferts des lois

de [2])

BEST, a été

entaux est aimensionnelivité hydraul

n en eau, hg,é pour la conhten est util

nt :

r le terrain (l

e ; partir des mmesures en

complexe baet ainsi d’est

h(θ), k(θ) & K

développé a

utomatisé (le) [5] est alique et de s

, est estimé àductivité hydisé pour la co

’infiltration

asses mesurlaboratoire.

asé sur une timer les pa

KS selon la pro

au LTHE [3]

(Figure 4): lajustée sur lesorptivité au

à partir de ladraulique reourbe de rét

cumulée au

rées en labor.

solution ramètres

océdure

et mis à

a courbe es points cours de

a relation lative est tention.

cours du

ratoire ;

Guide teAnnexe

Figu

(c) Loi h

(d) Loi k

Avantag

L’emploimodélisa

En revanl’homoghomogèrelativem

Cette mé

•

• s

•

•


ure 4 : (a) Aju

h(θ) estimée s

k(θ) estimée s

ges, inconvén

i de cette ation dans la

nche, l’utilisénéité de la ne et unifoment sec afi

éthode offre

le volume del’anneau et e

sa mise en œl’anneau) ;

l’essai d’infiDans le cas d

l’évaporatiobaisse du niv


ustement auto

selon la procé

selon la procé

nients et lim

méthode esa mesure où

ation de ce couche de m

orme. Pour n d’appréhe

e l’avantage d

e milieu porest générale

œuvre est pa

ltration sousde couches h

n n’est pas veau d’eau d

des transfer

c

omatique du m (b) taux

édure BEST, co(FPT) (Bas

édure BEST, co(FPT) (Bas

mites d’applic

st bien adaun modèle d

modèle estmilieu poreula mise en

ender correct

de la simplic

reux investigment relativ

arfois difficile

s charge nuhétérogènes,

prise en comdans le cas de

rts hydriques

a)

c)

modèle BEST sd’infiltrationomparée aux se de donnéeomparée auxse de donnée

cation de la t

apté pour ed’infiltration

t assujettie ux investiguén œuvre detement les é

ité de mise œ

gué par l’essvement faible

e dans les so

lle intéresse, il est néces

mpte, et pee très faibles

s en ZNS

sur la courbe q(t)=l(t) ; estimations v

es Rosetta) x estimations ves Rosetta)

technique

estimer des est utilisé lo

à des hypoté. Ainsi, le me l’essai, leécoulements

œuvre et d’a

ai d’infiltrome ;

ols caillouteu

e une faible saire de réal

ut représents perméabilit

d’infiltration

via les fonctio

via les fonctio

paramètresors de l’interp

thèses forteodèle suppo milieu dos par capillar

appareillage.

métrie est fo

ux (difficulté

profondeur iser un essai

ter une parttés.

d

n cumulée l(t)=

ons de pédo‐t

ons de pédo‐t

s ensuite utprétation de

es sur la struose l’humiditoit être initrité.

Toutefois :

onction de la

é de mise en

r sous l’infilti par couche

t déterminan

b)

d)

=f(t),

ransfert

transfert

tilisés en es essais.

ucture et té initiale ialement

taille de

place de

tromètre. s ;

nte de la

Guide teAnnexe

L’essai conductde perm

Coûts

Les coût


étant réalisivité du sol.

méabilités all

s sont résum

Ta


sé sous chaDans la praant de 1.10‐4

més dans le T

ableau 1 : Esti

des transfer

arge nulle, tique, les es4 à 5.10‐7 m.s

Tableau 1 sui

imation du co

rts hydriques

l’atteinte dssais ne sems‐1.

ivant.

oût d’une mes

s en ZNS

du régime mblent ainsi r

sure BEST ave

permanent réalisables q

c sous‐traitan

est fonctioque pour une

nce

on de la e gamme

Guide teAnnexe

La procééchantillparamèt

• oedcTe

• e

•

dg

Bibliogra

[1] Lassa(2006) BPublishe

[2] KaskaGetto, Vtemps dGuide te

[3] LThttp://w

[4] ENTP

[5] HaveinfiltratioResearch


édure BEST slons en labotres constitu

Les essais d’opérateur reessais peuved’essais poucoût de misToutefois, loessais à diffépris en comp

Les mesureexternalisée

Il est préférréalisée par les lois h(θ) pour la moddoit permetgranulométrrésultats obt

aphie

abatère, L., Beerkan Ested online Feb

assian S., J.PV. Barthes, Mde Transfert,echnique, 10

HE, Laborwww.lthe.fr/L

PE, Ecole Nat

erkamp R., on from theh, Vol. 30, pp


e découpe eoratoire et (tifs pour les

infiltration iestant dépenent être toutvant être coe en œuvreorsque les sérentes profpte ;

es des caras (laboratoir

rable que la un ingénieuet k(θ) ainsi délisation desttre d’éliminrie bimodaletenus.

R. Angulo‐Jatimation of bruary 27, 20

Gaudet, J. CM. Krimissa dans la zon6 pages.

ratoire d'éLTHE/

tionale des T

P.J. Ross, Ke disc infiltrp.2931‐2935

des transfer

en trois grand(iii) mise enlois h(θ) et k

n‐situ peuvendant de la vtefois menésonduits sur u des essais sols présentefondeurs. Le

ctéristiques res spécialisé

mise en œur hydrogéoldéterminéess écoulemener les essais, teneur en e

aramillo, J. MSoil Transfe006.

Chastanet, F.(2009) Proj

ne Non Satu

étude des

ravaux Publi

K.R.J. Smetteromter. 2. P.

rts hydriques

des étapes (in œuvre du k(θ) :

ent être mis vitesse d’infis en parallèlune journée in‐situ est icent des litagcoût de cre

des échanés) ;

uvre du mologue avec ds permettronts en zone ns non confoeau initiale t

M. Soria Ugaer Paramete

. Decung, R. jet ANRPRECurée des sol

Transfert

ics de l'Etat,

en, J.‐Y. PaPhysically ba

s en ZNS

i) essai d’infimodèle d’i

en œuvre paltration et dole dans des est variable ci principaleges, il peut usement (m

ntillons sont

odèle pour l’des connaissnt ensuite d’non saturée.ormes (estimtrop élevée…

alde, R. Cueners through

Angulo‐JaraCODD, TRANs, de contam

s en Hy

http://www

rlange (1994ased infiltrat

ltrométrie innfiltration p

ar un techniconc de la natsols peu per(généralemement lié au être nécessanuel, pellet

t normalisée

’interprétatioances en mo’alimenter u. L’analyse a mation de pe…) et de vérif

nca, I. BraudInfiltration

millo, S. SzenNSAT 2005‐2minants diss

ydrologie e

w.entpe.fr/

4) Three‐dimtion equatio

n‐situ, (ii) anpour l’estima

cien terrain, ture du sol. rméables. Leent entre 5 ecoût de l’opsaire d’effecteuse) doit a

es et peuv

on des résuodélisation. n modèle nu posteriori derméabilité fier la pertin

d, and R. HavExperiment

nknect, J.M 2009, Evaluasous ou part

et Environ

mensional anon. Water R

alyse des ation des

le temps Plusieurs e nombre et 15). Le pérateur. ctuer des alors être

ent être

ltats soit En effet, umérique des essais négative, nence des

verkamp. ts—BEST.

Côme, D. ation des ticulaires,

nnement,

nalysis of Resources

Guide teAnnexe

[6] Haveand moGroundwFL, USA.

Rédacte

F. Decun


erkamp R., S.isture movewater Engine

ur

ng (EDF), ada


. Debionne, ement in theeering Hand

apté depuis [

des transfer

P. Viallet, R.e unsaturatebook, Secon

2]

rts hydriques

Angulo‐Jaraed zone (Chnd Edition. C

s en ZNS

amillo, D. Dehap. 6), p. 6CRC Press (IS

Condappa (6‐1 ‐ 6‐59. ISBN 0‐8493‐

(2006) Soil pIn J. W. Del‐4316‐X), Bo

roperties lleur, ed. ca Raton

Guide teAnnexe

EssaA

Principe

Cette mtranche de la sud’infiltraimportan

Matérie

Le matér

•

• dg

• d

•

• d

•

•


ai en foAFNOR

coe

méthode permde sol. Elle curface, à chaation (gravetnte que l’éla

l nécessaire

riel nécessai

une tarière (

du sable pougranulométr

de la benton

un tube poul’infiltration)

de l’eau ;

une règle gra

une sonde d


Forage o NF X30nductiv

met de mesconsiste à injarge hydraultte). La contrncement de

re (Figure 1)

(manuelle ou

ur remplir larie de l’encai

nite pour isol

ur réalisation) ;

aduée si mes

e niveau si e

des transfer

Fiche teouvert 0‐423 pvité hy

surer, en unecter un fluilique connueribution du c la fenêtre d

est le suivan

u mécanique

cavité de missant ;

ler la fenêtre

n de la charg

sure manuel

enregistreme

rts hydriques

echniqà chargpour laydrauliq

n point, la cide d’essai de. Les paroicoefficient dde mesure (ra

nt :

e) pour la réa

mesure, la gra

e de mesure

ge (le tube d

lle de l’infiltr

ent automati

s en ZNS

ue n°2ge variaa détermque à s

conductivité ans une cavis de la cavide perméabiapport profo

alisation du f

anulométrie

;

doit être tra

ration ;

ique.

: able seminatioaturati

hydrauliqueté de dimenté sont conflité horizontondeur/diam

forage ;

du sable do

nsparent si

elon noon de lion

e à saturatiosions connufinées par utale est d’aumètre) est éle

oit être supé

mesure man

orme a

on d’une es, isolée un massif tant plus evé.

rieur à la

nuelle de

Guide teAnnexe

Mise en

Un foragdéversemcharge (det la par

Le tube par mesLa mesumètre ru

Les essaà l’état dadaptée


Figure 1 ‐ M

œuvre

ge est réalisment d’un mdiamètre extoi de la cavit

est alors remure de la prere peut aussuban.

is en microfode saturation à la valeur d


Mise en œuvr

é dans le somatériau draiterne 40 mmté est étanch

mpli d’eau (ession avec usi se faire par

orage sont inn hydrauliqude perméabi

des transfer

re d’un essai e

ol jusqu’à la inant (sable m) est disposhé avec des g

mise en chaun capteur ar lecture dire

nterprétés suue. Afin de s’lité attendue

rts hydriques

en micro‐fora

profondeur 2/4 mm) dasé sur ce masgranulés de b

rge) et l’infiutomatique ecte en utilis

ur l’hypothè’assurer de le, à la nature

s en ZNS

age fermé (nor

désirée. Unns la cavité. ssif drainant.bentonite.

ltration de let enregistrsant un tube

se que les m’obtention de du matéria

rme AFNOR N

e chambre dLe tube de m. L’espace an

’eau est suivement par cetransparent

matériaux autde cet état, lau et à son ét

NF X30‐423)

d’essai est cmesure et dennulaire entr

vie dans le tentrale d’act sur lequel o

tour de la caa durée de ltat hydrique

créée par e mise en re le tube

temps, ici quisition. on fixe un

avité sont ’essai est initial.

Guide teAnnexe

Interpré

Le résultde la var

L’équatio

où : h0 et h(t) sB est le diaAi est la sem est le fa

Elles son

Tableau

Avantag

Cet essaverticale

Cet essaréalisé mnécessai

Dans dediminue

Selon la approchperméab

Cet essaentre 1.1


étation de l’e

tat d'un essariation de ch

on conventio

sont les variatioamètre de cavitection intérieuracteur de forme

nt données d

u 1 ‐ Détermin

ges, inconvén

ai donne une mais aussi h

ai est facile àmanuellemenire à une tari

es matériauxr la conducti

conductivitée, on estimebilité de 1.10

ai permet un10‐6 m/s et 1


essai

ai s’exprime parge hydrau

onnelle des e

ons de charges té de mesure, re effective cone de la cavité. L

dans le Table

nation du fac

nients et imi

ne conductivhorizontale.

à mettre en nt. Il devientière mécaniq

x argileux, l’ivité hydraul

é hydraulique nécessaire 0‐8 m/s et 1h

ne mesure d1.10‐9 m/s.

des transfer

par la valeur lique h(t) en

essais à char

hydrauliques m

nue du tube dees valeurs de m

au 1.

teur de forme

ite de la tech

vité hydrauli

œuvre et pt plus couteuque

’action de lique à satur

e des terrainune durée dpour 1.10‐6

e la conduct

rts hydriques

d’un coeffic fonction du

rge variable e

mesurées respe

e liaison dans lem sont calculées

e de la cavité X30‐423)

hnique

ique à satur

peu couteux ux pour des p

a tarière peation.

ns, la durée de 24h pour m/s.

tivité hydrau

s en ZNS

cient de perm temps.

en tube ouve

ectivement aux

equel est effects en fonction de

en fonction d

ration moye

en surface profondeurs

eut engendr

de l’essai peune perméa

ulique à satu

méabilité k q

ert est :

instants t0 et t

tuée la mesure e la géométrie

de sa géométr

enne qui int

(jusque 2 à plus import

er un lissag

eut être impoabilité de 1.1

uration pour

ui est calculé

t,

; de la cavité.

rie (source AF

tègre la com

3 m) car il ptante avec u

ge des paro

ortante. En 10‐9 m/s, 4h

r des milieux

é à partir

FNOR NF

mposante

peut être n recourt

is qui va

première pour une

x compris

Guide teAnnexe

Coûts

Le coût dprofonde


d'un essai réeur (> 3 m) d

Tablea

Tabl


éalisé en sub‐dans le Table

au 2 ‐ Coût pou

leau 3 ‐ Coût d

des transfer

‐surface (0‐3eau 2.

ur un essai m

d’un essai mic

rts hydriques

3 m) est donn

icroforage en

croforage en p

s en ZNS

né dans le Ta

n subsurface (

profondeur (>

ableau 1, le c

(0‐3 m) – calcu

>3 m)‐ calcul à

coût pour un

ul à 2 m

à 6 m

n essai en

Guide teAnnexe

Bibliogra

NF X 30‐essai à c

Rédacte

V. Guéri


aphie

‐423, Août 20harge variab

ur

n et B. Chevr


002, Déchetsble en forage

rier (BRGM)

des transfer

s : Détermine ouvert

rts hydriques

ation du coe

s en ZNS

efficient de pperméabilité d'un terrain par

Guide teAnnexe

Mé

Principe

La méthoCette cacalculer

Cette méou de fo

En revanméthodeles raiso

• d

• (

•

Matérie

La Figure

•

•

•

La taille des obje


éthodecon

e

ode Porchetavité est ensla valeur du

éthode en casses septiqu

nche, dans lee s’avère pens suivantes

dans le cas d

la cavité n(éboulement

l’évaporatiobaisse du niv

l nécessaire

e 1 indique le

une pelle mé

une tonne à

une sonde d

de la fenêtreectifs de l’ess


Fe Porchnductiv

t consiste en suite rempliecoefficient d

avité ouvertes, car elle r

e cadre de lau précise, ets :

d’une fouille,

n’est pas cot, érosion) ;

n n’est pas veau d’eau d

e matériel né

écanique pou

eau ;

e niveau pou

e de mesuresai.

des transfer

Fiche teet en tvité hyd

la réalisatioe d’eau. Le de perméabi

e est très utreproduit exa

a stricte détet doit être ré

, la détermin

onfinée, ses

prise en comdans le cas de

écessaire po

ur la réalisat

ur enregistre

dépendra d

rts hydriques

echniquranchédrauliq

n d’une cavisuivi régulielité.

tilisée pour lactement le

ermination déservée à de

nation des di

s dimension

mpte, et peue très faibles

our la réalisat

tion de la fos

ement autom

u type de m

s en ZNS

ue n°3ée pourque à sa

té de dimener de la bais

e dimensionmode de fon

du coefficientes matériaux

mensions de

ns peuvent

ut représents perméabilit

tion d’un ess

sse ;

matique ou u

atériaux (ten

: r la mesaturati

sions connuesse du nivea

nnement de nctionnemen

t de perméax relativeme

e la cavité es

évoluer au

er une part tés.

sai Porchet e

un ruban grad

nue des paro

sure deon

es (forage oau d’eau pe

bassins d’infnt de ces ouv

abilité des soent perméab

st peu précise

u cours de

déterminan

en tranchée :

dué si suivi m

ois de la tran

e la

u fosse). rmet de

filtration vrages.

ols, cette les pour

e ;

e l’essai

nte de la

:

manuel.

chée) et

Guide teAnnexe

Mise en

La fosse

La fosse(soit ma

Les essasaturatio

Interpré

L’interpr

Avec Q : d

K

S

I


Figure 1 ‐

œuvre

est réalisée

est alors renuellement s

ais sont interon hydrauliq

étation de l’e

rétation et l’

ébit en m3/s

K : coefficient d

S : surface d’inf

I : gradient hyd


‐ Matériel néc

dans le sol ju

emplie d’eausoit automat

rprétés sur ue. Une pha

essai

exploitation

de perméabilité

filtration en m²

raulique

des transfer

cessaire pour

usqu’à la pro

u (mise en chtiquement).

l’hypothèse se de satura

des résultat

é en m/s

rts hydriques

la mise en œu

ofondeur dés

harge) et l’in

que les maation préalab

ts de l’essai P

ISKQ ..=

s en ZNS

uvre d’un essa

sirée.

nfiltration de

tériaux autoble des terrai

Porchet est b

ai Porchet en

e l’eau est s

our de la cavns peut être

basée sur la l

tranchée

suivie dans l

vité sont à le utile.

loi de Darcy

e temps

’état de

:

Guide teAnnexe

L’interpr

Il s’agit coefficie

Pendantdonc

Avec s se

On obtie

L’expresde la cav

Pour un

Avec h : ni

L

l

L’expres

Avec C

Avantag

Cette mérésultatscontribu

Elle permde la tail

Cette mé

Lors de que danreconnaexplorat


rétation des

d’une hypoent de permé

t un interval

ction de la ca

ent donc la re

sion de la suvité d’essai.

essai en tran

iveau d’eau dan

L : longueur de

l : largeur de la

sion de K à l’

).(2.

lLlL+

=

ges, inconvén

éthode offres exacts en vution des con

met par conlle de la « fen

éthode n’est

la présence ns un type issance de latoire peut à c


résultats rep

othèse simpéabilité, I éta

le de temps

vité

elation suiva

urface d’infilt

nchée, la sur

ns la cavité

la cavité

cavité

’instant t dev

nients et lim

e l’avantage valeur absolnductivités h

tre d’évaluenêtre » de m

t applicable q

de terrains de matériaua succession ce titre être

des transfer

pose sur l’hy

lificatrice quant en réalité

considéré d

ante :

K

tration S et d

rface d’infiltr

S=

S=

vient alors :

=t

K(

mites de la te

de la simpliclue (notammydrauliques

er la perméamesure.

qu’aux terrai

stratifiés, il u, notammedes terrainsutile.

rts hydriques

ypothèse que

ui a pour cé supérieur à

dt, le niveau

thsQ∂∂

−= .

thsSK∂∂

−=.

de la section

ration est alo

= Slatérale + Sfo

2*(L+l)*h+(L

⎜⎝⎛

−−

hh

ttC

0ln

)0

echnique

cité de mise ment car elleverticale et

bilité « en g

ins qui prése

faut faire atent pour ce s au préalable

s en ZNS

e I≈1, d’où Q

conséquenceà 1.

d’eau baisse

th

n de cavité s

ors :

nd

L*l)

⎟⎠⎞

++

CCh

0

œuvre, maise intègre dahorizontale)

grand » d’une

entent une ce

ttention à cequi est de

e à la tarière

=K*S.

principale

e d’une haut

est dépenda

s ne permet ns le résulta.

e formation

ertaine tenu

e que la foss la contribue ou via la réa

une majora

teur dh, le d

ante de la gé

pas d’accédat un mélan

superficielle

ue.

se ne soit imution du fonalisation d’u

ation du

débit est

éométrie

der à des ge de la

e du fait

mplantée nd. Une ne fosse

Guide teAnnexe

Cette mentre 1.sont tropd’évaporfaibles dpas hom

Coûts

Le coût d

Bibliogra

Ce type d

Rédacte

V. Guéri


éthode est a10‐5 m/s et p importanteration peuvedébits alors mogène avec

d’un essai Po

aphie

d’essai n’est

ur :

n et B. Chevr


applicable p1.10‐7 m/s. Pes pour perment devenir prencontrés nla rusticité e

orchet en tra

Tabl

t par normali

rier (BRGM)

des transfer

our des valePour des valmettre un suprédominantnécessitent uet la rapidité

anchée est dé

leau 1 ‐ Coût d

isé.

rts hydriques

eurs de condleurs supérieuivi précis. Pots sur l’infiltun matériel de ce type d

étaillé dans

d’un essai Por

s en ZNS

ductivité hydeures à 1.10our des valeration, ce qude mesure d’essai.

le Tableau 1

rchet en tranc

draulique à s0‐5 m/s, les vurs inférieurui fausse la mdont la sens

.

chée

saturation cvitesses d’infres, les phénmesure. De sibilité requi

comprise filtration nomènes plus, les ise n’est

Guide teAnnexe

Mét

Principe

Cette mrésultatscontribud’évalue

La méthCette cacalculer

Cette méou de fo

En revanméthoderaisons s

• d

• é

•

a

Matérie

La Figure

•

• d

•


thode Pla co

e

éthode offrs exacts en ution des coer la perméab

ode Porchetavité est ensla valeur du

éthode en csses septiqu

nche, dans lee s’avère peusuivantes :

dans le cas d

la cavité n’esérosion) ;

l’évaporatiobaisse du nivatmosphériq

l nécessaire

e 1 indique le

une tarière m

de l’eau ;

une sonde d


FPorcheonduct

e l’avantagevaleur absoonductivitésbilité « en gr

t consiste ensuite remplicoefficient d

avité ouvertes, car elle r

e cadre de lau précise, et

d’une fouille,

st pas confin

n n’est pas veau d’eau dques favorisa

e matériel né

manuelle po

e niveau pou

des transfer

Fiche tet en fotivité h

e de la simplue (notammhydrauliqu

rand » d’une

la réalisatioe d’eau. Le de perméabi

te est très utreproduit exa

a stricte détedoit être rés

, la détermin

née, ses dime

prise en comdans le cas deant l’évapora

écessaire po

ur la réalisat

ur enregistre

rts hydriques

echniqrage poydraul

plicité de miment car elleues verticale formation s

on d’une cavsuivi régulielité.

tilisée pour actement le

ermination dservée à des

nation des di

ensions peuv

mpte, et pee formationsation (faible

our la réalisat

tion du forag

ement autom

s en ZNS

ue n°4our la dique à

se œuvre, me intègre dae et horizosuperficielle.

ité de dimener de la bai

le dimensionmode de fon

du coefficiens matériaux r

mensions de

vent évoluer

ut représents de faibles phygrométrie

tion d’un ess

ge ;

matique.

: détermsaturat

mais ne permans le résultntale). Elle

nsions connusse du nive

nnement de nctionnemen

nt de perméarelativement

e la cavité es

r au cours de

ter une partperméabilités, chaleur, ve

sai Porchet e

minatiotion

met d’accédat un mélanpermet pa

ues (forage oeau d’eau pe

bassins d’innt de ces ouv

abilité des sot perméables

st peu précise

e l’essai (ébo

t déterminans et/ou de coent).

en forage :

n de

der à des nge de la ar contre

ou fosse). ermet de

nfiltration vrages.

ols, cette s pour les

e ;

ulement,

nte de la onditions

Guide teAnnexe

Mise en

Un forag

Cette caici par m

Les essaà l’état d

Interpré

L’interpr

SKQ .=

Avec Q

K

S

I


Figure

œuvre

ge est réalisé

vité est alorsmesure de la c

is en micro‐fde saturation

étation de l’e

rétation et l’

IS.

Q : débit en m3/

K : coefficient d

S : surface d’inf

I : gradient hyd


e 1 ‐ Matériel

é dans le sol j

s remplie d’echarge avec

forage sont in hydrauliqu

essai

exploitation

/s

de perméabilité

filtration en m²

raulique

des transfer

l nécessaire po

jusqu’à la pr

eau (mise enune sonde à

nterprétés se. Une « satu

des résultat

é en m/s

rts hydriques

our la réalisa

rofondeur dé

n charge) et là pression.

sur l’hypothèuration » pré

ts de l’essai P

s en ZNS

ation d’un essa

ésirée.

l’infiltration

èse que les méalable des t

Porchet est b

ai Porchet en

de l’eau est

matériaux auterrains peut

basée sur la l

forage

suivie dans

tour de la cat être utile.

loi de Darcy

le temps,

avité sont

:

Guide teAnnexe

L’interpr

Il s’agit coefficie

Pendantdonc

Avec s sec

On obtie

L’expresde la cav

Pour un

Avec h : ni

R

Après int

Avantag

Ces essaque les possibilit

Ces essapremière

Cet essaSi la fenvaleur de

En cas artificiel


rétation des

d’une hypoent de permé

t un interval

ction de la cavit

ent donc la re

sion de la suvité d’essai.

essai en fora

iveau d’eau dan

R : rayon de la c

tégration, on

ges, inconvén

ais sont facile terrains neté de multip

ais ne peuvee couche de

i donne accènêtre de mese la conduct

de matérialement la co


résultats rep

othèse simpéabilité, I éta

le de temps

é

elation suiva

urface d’infil

age, la surfac

ns la cavité

cavité

n obtient la r

nients et lim

es à mettre ee se tiennentlier les point

ent être missol).

ès à une persure présentivité hydrau

aux limoneuonductivité h

des transfer

pose sur l’hy

plificatrice qant en réalité

considéré d

ante :

K

tration S et

ce d’infiltrati

S=

S= 2*π*R

relation à l’in

×=K

(2

mites de la te

en œuvre dat pas (affouits de mesure

s en œuvre

méabilité qute une fortelique horizon

ux ou argilydraulique d

rts hydriques

ypothèse que

ui a pour cé supérieur à

dt, le niveau

thsQ∂∂

−= .

thsSK∂∂

−=.

de la section

ion est alors

= Slatérale + Sfo

R*h+π*R²= π*

nstant t:

⎜⎝⎛

− ttR 2ln

)0(

echnique

ns la plupartillement). Lee pour y pall

qu’en sub‐

ui intègre à le élongationntale.

leux un effdes terrains.

s en ZNS

e I≈1, d’où Q

conséquenceà 1.

d’eau baiss

th

n de cavité s

:

ond

*R(2*h+R)

⎟⎠⎞

++RhRh

.20.2

t des terrainseur résolutioier.

surface (en

a fois la com, on obtiend

fet de lissa

=K*S.

e principale

se d’une hau

est dépend

s, ils ne sont on spatiale e

surface apr

mposante verdra surtout u

age des pa

une major

uteur dh, le

ante de la g

t pas possibleest faible, m

rès excavatio

rticale et horune estimat

arois peut

ration du

débit est

éométrie

e dès lors mais il y a

on d’une

rizontale. ion de la

diminuer

Guide teAnnexe

Coûts

Le coût d

Bibliogra

Ce type d

Rédacte

V. Guéri


d’un essai Po

aphie

d’essai ne fa

ur :

n et B. Chevr


orchet en for

Tab

ait pas l’objet

rier (BRGM)

des transfer

rage est déta

bleau 1 ‐ Coût

t d’une norm

rts hydriques

aillé dans le T

t d’un essai P

me.

s en ZNS

Tableau 1.

Porchet en foraage

Guide teAnnexe

Principe

Cette mdiamètre

•

•

•

Deux pro

• d

dd

• t(

La procétraceur npréparathausse. et au scé

Matérie

DispositLes figurd’infiltratraçage ( MatérieUne listele site N°


Essai dimense

éthode est e) pour mesu

la vitesse d’i

le temps de

la concentrapiézomètre d

océdures pe

Procédure nd’infiltrationpermanent (du niveau dyde la nappe

Procédure ntransfert à tr(a minima no

édure décritenon réactif. tion, mise enLes conditionénario de rej

l nécessaire

if expérimenres suivanteation sur le s(Figure 1b).

l nécessaire e non exhaus°4 dans les p


Fd’infiltsion, co

basée sur uurer :

nfiltration en

transfert da

ation au toid’observatio

uvent être d

n°1, Infiltromn Q(t) en fo(lorsque celuynamique de;

n°2, Traçageravers la ZNSon réactif) da

e par la suiteDans le cas n œuvre, de ns de mise eet.

ntal : s permettensite N°4 (Figu

: stive du matpiézomètres

des transfer

Fiche teration ouplé à

un essai d’in

n fonction du

ns la ZNS, en

it de la napon d’un trace

éployées :

métrie seuleonction du ui‐ci est atteie la nappe p

e : Par un esS par mesureans un piézo

e, telle que dde traceurs suivi et d’in

en œuvre et d

nt d’illustrer ure 1a) ainsi

ériel utilisé pvoisins est d

rts hydriques

echniqsimpleà une o

nfiltration in

u temps en r

ntre l’infiltro

ppe du traceur réactif ou

: Par un esstemps et dint). Si des ppeut donner

ssai d’infiltrae supplémenomètre situé

déployée surréactifs, la

nterprétationde suivi sont

le dispositifi que le sché

pour la mise donnée dans

s en ZNS

ue n°5e anneaopératio

situ (infiltro

régime perm

mètre en sur

eur injecté u non).

sai d’infiltratde la vitessiézomètres sdes informa

ation avec tntaire de la cdans la napp

le Site N°4, procédure ren et les coûtst toutefois a

f expérimenéma concept

en œuvre deles tableaux

: au de gon de t

omètre simp

manent (si cel

rface et un p

(courbe de

tion in situ, e d’infiltratsont installéstions pertine

raçage, estimourbe de respe à proximi

est donnée peste applicabs associés dodhérentes au

tal mis en œtuel de l’ess

e l’essai et lex suivants (Fig

grande traçage

ple anneau

lui‐ci est atte

piézomètre ;

restitution

mesure de ltion Qinf ens à proximitéentes sur la

mation du tstitution d’uté de l’infiltr

pour l’utilisable mais le toivent être rux objectifs

œuvre pour sai d’infiltrat

e suivi de l’esgure 2 et Fig

e

de grand

eint) ;

dans un

la vitesse n régime é, le suivi recharge

temps de n traceur romètre.

ation d’un temps de revus à la de l’essai

cet essai ion et de

ssai sur gure 4) :

Guide teAnnexe

Fil’aliment


a)

b)

igure 1 : a) Inftation en eau


filtromètre sim (cuve de rem

des transfer

mple anneau mplissage) ; b)

et Kas

rts hydriques

b)

grand diamè) Schéma concskassian et al,

s en ZNS

ètre et son sysceptuel pour l, 2009)

stème d’asserle suivi du tra

rvissement poaceur (source

our CEA‐LCSN

Guide teAnnexe

Figure


e 2 : Tableau r


récapitulatif dtr

des transfer

du matériel nraçage avec in

rts hydriques

nécessaire pounfiltromètre g

s en ZNS

ur la mise en œgrand diamèt

œuvre d’un estre

essai d’infiltration et

Guide teAnnexe

Figure 3

Choix duIl existe être arrêtitre d’ex

• de

• d

g• e

dd


3 : Tableau ré

u Traceur : plusieurs traêté en regardxemple, les tde la Rhodaet suivie dande l’amino‐l’infiltromètrglobale par let éventuelledirectementdans la napp


écapitulatif du

aceurs pouvd de ses protraceurs suivmine WT (cons la nappe ; ‐G (AGA, core (en« Dirace suivi des vement, de lat dans un piépe afin de dé

des transfer

u matériel nécles p

vant être utilpriétés (réacvants peuvenouleur rosée

ouleur bleuc ») pour coolumes infilta fluorescéinézomètre proterminer les

rts hydriques

cessaire pour piézomètres vo

lisés dans lectifs ou parfant être mis ee) injectée d

utée) peut onfirmer les dtrés ; ne (traceur floche de l’infis temps de tr

s en ZNS

r le suivi d’un eoisins

e cadre de ceaits), du scénn œuvre dandans l’infiltro

être injectédébits d’infil

uorescent) piltromètre peransfert de la

essai d’infiltra

et essai. Le cnario et des ns ce cadre : omètre pend

ée à intervaltration obte

peut être injeendant quelqa nappe uniq

ation et traça

choix du traobjectifs de

dant quelque

alles régulieenus de man

ectée en « cques heuresquement.

age dans

ceur doit l’essai. A

es heures

ers dans nière plus

créneau » s et suivie

Guide teAnnexe

Mise en

PréparatDécapagmesuresque du p Mise à nréaliser u

ImplantaImplantamoins udans l’opiézomèpiézomè

Qualificades mesforage sea) Mise en toit db) Injectfonctionc) Ajusteséjour m Détermiterrain nnappe edans un ImplantaUn ou pl’infiltrom Ancrageimportanbattage similaireprononcest courd’atteindpouvoir


œuvre

tion de la zoge : Selon les seront effecpremier horiz

niveau de l’aun nivelage à

ation du dispation des pién piézomètruvrage. En cètre supplémètre visé.

ation des forsures de débelon la méthen place d’ude nappe poution d’une t du temps ; ement d’unemoyen de l’ea

ination de lan’est pas disn injectant dforage et en

ation de l’infplusieurs ouvmètre afin d

e et étanchént. Plusieursou le collagee. Placer l’incer sur le parrte, le bulbdre « gravitapermettre d


one d’essai : es objectifs, ctuées, en rézon de galet

aire d’essai : à la pelle ou

positif expérézomètres : e en aval hycas d’incertitmentaire ou d

rages et vitebit d’infiltrathodologie suiune pompe iur maintenir rès faible qu

e fonction eau dans le fo

a direction desponible, réade façon instn observant s

nfiltromètre :vrages d’obse suivre la re

éification de s méthodes e. Etanchéifinfiltromètre rcours exactbe d’infiltratairement » ld’éclairer sur

des transfer

il peut être éalisant notas à l’aide d’u

Vérifier l’hoà la truelle.

rimental : Si ceux‐ci neydraulique detudes sur le de contraind

esses de filtrtion et de vivante : mmergée auhomogène luantité de t

exponentiellerage et le dé

e l’écoulemealiser un traantanée unesa restitution

: L’infiltromèservation daestitution en

l’anneau : Lpeuvent êtier le pourtoà proximité du traceur, tion du traca nappe aules chemine

rts hydriques

nécessaire damment un dune mini‐pell

orizontalité a

e sont pas de l’infiltromè sens d’écoudre les écou

ration : Qualvitesse de fi

u voisinage dle volume d’traceur et su

e sur la couébit d’infiltra

ent dans la naçage pour de faible quann sur un ou p

ètre doit êtrns la nappen traceur.

La procéduretre utilisées our de l’anneé du piézom de l’infiltroceur peut ru droit de l’ements du tr

s en ZNS

de préparerdécapage enle mécanique

avec un nivea

éjà présentsètre afin de ulement, il plements loca

ifier chaqueltration sur

du fond du feau libre ; uivi de la dé

urbe obtenuation.

nappe : Si undéterminer ntité de traceplusieurs aut

e placé au ddoivent êtr

e d’ancrage selon le typeau par ajoumètre. Il apmètre au piérecouper dir’infiltromètreaceur.

la surface dsurface de le.

au à bulle. S

s sur le terras’assurer de peut être peaux par un p

forage (piéztoute la ha

forage et po

écroissance

e pour déte

e carte piézole sens de leur (Rhodamres forages.

droit de la zore présents e

de l’infiltrompe de matét de bentonpparaît toutézomètre. Enrectement le. L’étape d

du sol sur laqla terre végé

i le sol n’est

ain d’étude, e récupérer lertinent de ppompage au

zomètre) en uteur d’eau

ompage avec

de concentr

erminer le t

ométrique pl’écoulement

mine WT par e

one d’intérêten aval imm

mètre est uériau : le fonnite ou d’un tefois difficin effet, si lae piézomètde modélisa

quelle les étale ainsi

pas plat,

placer au e traceur placer un droit du

réalisant libre du

c un rejet

ration en

temps de

récise du t dans la exemple)

t sur site. médiat de

n facteur nçage, le matériau le de se distance re avant tion doit

Guide teAnnexe

Essai d’i

Prélèveml’infiltrat(teneurssaturatio Alimentaen eau lpeut êtrpompe d Contrôle(contrôlepeuvent Les figurcumuléevoisins (

Opératio

Alimentaen tracel’infiltrommélanged’eau arestitutiol’infiltroml’infiltrat Suivi du

• dc

• da

• dc


nfiltrométrie

ment d’échation afin de s en surface on initial peu

ation en eau’infiltromètrre assuré à lde surface.

e de la chare des débits être utilisée

res suivantese et Qinf en sFigure 4 bas)

on de traçag

ation de l’ineur de manièmètre, la soeur mécaniqutomatisés on de tracmètre, l’ouvtion.

traceur dan

des pompescolonne d’ea

des fluorimautomatisés

des sondes chacun des p


e (Figure 4)

antillons : Il déterminerou profils dut donner un

u de l’infiltrore. Selon les l’aide de con

rge et du dé et des chares afin de cor

s présententsurface : Figu).

ge (Figure 5)

nfiltromètre ère continueolution infiltrue). Le suivet analysésceur dans avrage est m

ns les ouvrag

s de mélangau de chaque

mètres de tes ;

de pressionpiézomètres

des transfer

est intéressr les teneurse teneurs enne informatio

omètre : Misobjectifs dentacteurs éle

ébit de fuiterges) sont enrréler le déb

le suivi de l’ure 4 haut)

en traceur :e à l’aide d’urée est contvi de la concs par fluorimau moins lmis en pomp

ges : Le suivi

e dans chace ouvrage ;

errain, imm

n pour mes.

rts hydriques

sant de préles en eau inn eau) et éveon sur les for

se en place de l’essai et leectriques qu

e : Les tempnregistrés pait d’infiltratio

’infiltration aet la répons

: En cas d’opune pompe tinuellementcentration emétrie (fluol’un des pipage contin

de l’essai da

cun des piéz

mergés dans

urer de faç

s en ZNS

ever des écitiales et à entuellemenrces capillair

d’un systèmee scénario dui déclenche

ps corresponar l’armoire on aux relev

au niveau duse du niveau

pération de tpéristaltiquet mélangéeen traceur erimètre de ézomètresnu, lequel e

ns les piézom

omètres, af

s les ouvrag

on continue

hantillons dsaturation ant de la poroes mises en j

e adapté pere rejet, le mnt le démar

ndant à ces de commanés piézomét

u grand infiltu de nappe d

traçage, alime (ou autre spar des pomest assuré palaboratoire)situé en a

est démarré

mètres est as

in d’assurer

ges, couplé

e la charge

e sol avant au droit de osité totale. jeu.

rmettant d’amaintien de rrage ou l’ar

démarragesde. Ces infotriques.

tromètre (lamdans les piéz

menter l’infilsystème). Aumpes immerar des prélè). Pour assuaval hydrau avant le d

ssuré par :

un mélange

és à des p

piézométriq

et après l’anneau L’état de

alimenter la charge rrêt de la

s / arrêts ormations

me d’eau zomètres

tromètre u sein de rgées (ou èvements urer une lique de début de

e dans la

réleveurs

que dans

Guide teAnnexe

Figure 4 l’essai adébits


: Haut) Suivi au droit de l’its d’infiltration


de la vitesse infiltromètre ;n au droit de

des transfer

d’infiltration ; Bas) Suivi del’infiltromètr

rts hydriques

Qinf [m.h‐1] etes niveaux piére et de pomp

s en ZNS

t de la lame dézométriquespage dans les

d’eau cumuléedans les ouvrouvrages [m.

e infiltrée [m]vrages [m NGF.h‐1] pendant

] pendant F] et des l’essai

Guide teAnnexe

Figure

Interpré

Estimatid’infiltraIl n’est asurface. raisonneL’hypothsaturatio La méthcalage d

•

• c

•

• dd


5 ‐ Suivi de la

étation de l’e

on de la coation en surfa priori pas En effet, les

ement sur uhèse d’un écon au champ

hode d’inter’un modèle

conditions i

conditions a

paramètres

données à cdisponibles.


concentration

essai

onductivité face : possible de s contributioun écoulemecoulement pp Kfs en inter

prétation d’numérique a

nitiales : ten

ux limites : c

de calage : p

caler : la vit

des transfer

n en Rhodami

hydraulique

déterminer ons latéralesent monodimpermanent prprétant ana

un essai d’iayant les cara

eur en eau e

charge impos

paramètres d

esse d’infiltr

rts hydriques

ine (ppb) dansl’essai

e à saturati

directemens à l’écoulemmensionnel permet toutelytiquement

nfiltration sactéristiques

en surface (o

sée en surfac

des courbes c

ration en su

s en ZNS

s les piézomèt

ion Ks par c

t Ks à partirment de l’easeul abouti

efois d’estimt les données

imple anneas suivantes :

ou profil si ré

ce et profon

caractéristiq

urface et la r

tres (Sc41, Sc4

calage d’un

du flux d’inu ne sont pait à surestim

mer la condus d’infiltratio

au repose p

éalisation d’u

deur de la na

ues h(θ) et k

réponse de

40 et PzN04) p

modèle su

nfiltration mas quantifiabmer la valeuctivité hydraon selon [2].

principaleme

un sondage)

appe ;

k(θ) ;

la nappe si

pendant

ur le flux

esuré en bles et le ur de Ks. aulique à

nt sur le

;

données

Guide teAnnexe

EstimatipiézomèLa courbde régred’infiltraIl est podu traceVinfiltromèt

Deux niv

• acdtca

S

•

o

o

Avantag

L’échelledéversemen outrepolluant

Cette msaturatiol’impositmilieu aupermet numériq


on du tempètre : be de dispariession, d’accation. ssible d’ajusur non réacttre/ τ, où Vinfilt

veaux d’inter

acquisition dconcentratiodépendent terrains. Celconcentratioau droit des

Si d’autres co

Interprétatio

o soit par permet s(vitesse d

Cette mé

o soit par mles écoulparamètrtransport

Bien quemodèle ccondition

ges, inconvén

e de mesurment de quee un traceur ts dissous en

méthode ne on ni d’acquétion d’une cu droit de l’intoutefois deque à l’échell


ps de transfe

ition du traccéder à une

ster un modètif dont l’argtromètre est le

rprétation so

directe (pason liés aux du traceur, a correspondons d’apparitpiézomètres

onditions de

on des courb

déconvolutis’accéder aud’infiltration

éthode ne res

modélisationements ou gres de l’écout.

e plus compcalé en le sns initiales/lim

nients et lim

re est ici pelques m3 supour mesurtre la surface

permet pas érir l’ensembcharge impornfiltromètree générer dee locale.

des transfer

ert et ajuste

ceur non réae valeur pon

èle (fonctionument, 1/τ evolume d'ea

ont possibles

d’interprétamécanismeréactif ou nd aux courbetion en napps de suivi ;

déversemen

bes de restitu

on des coux fonctions moyenne et

ste valable q

n numériquegéométries eulement (cou

lexe, une fosoumettant àmites).

mites de la te

leinement ar un sol éparer a minimae d’infiltratio

d’estimer dble des paramrtante, souteet masque qes jeux de d

rts hydriques

ement de la

ctif dans l’innctuelle dan

n exponentieest directemau dans l'infil

s à partir des

ation) du tees auxquelsnon, et des es de restitupe ne sont v

nt sont envis

ution du trac

rbes de resde transfertt dispersivité

ue pour les c

e (méthode pen 3D) ce quurbes caracté

ois réalisée, à de nouve

echnique

adaptée à lais de plusieua l’effet de lon et le piézo

directement mètres des cenue dans lquelque peudonnées per

s en ZNS

courbe de r

nfiltromètre ns le temps

elle décroissaent lié au déltromètre.

s restitutions

emps de tras le traceurconditions

ution du tracvalables que

agées, il con

ceur (méthod

titution ave pour un traé) ;

conditions de

plus approprui permet d’aéristiques h(

cette interplles excitatio

a problémaurs mètres. Ca dispersionomètre d’ob

la valeur dcourbes carae temps, satu le processurtinents pou

restitution d

permet, par et souvent

ante) sur la cébit d’infiltra

s de traceur :

nsfert et der est soumhydriques eeur, sachantpour les co

vient de réal

des souvent

c les fonctioaceur non ré

e l’essai (cha

riée pour deaccéder par θ) et K(θ)) et

prétation peons (pompag

atique d’inciCette méthon (ZNS + ZS) servation.

de la conducctéristiques ture relatives d’infiltratior la mise au

d’un traceur

calage d’unplus juste

courbe de diation Qinf selo

:

e l’atténuatiis. Ces méet géochimiqt que les temonditions de

liser d’autres

couplées) :

ons d’entréeéactif le plus

arge, profil hy

es traceurs récalage aux dt des mécan

ermet d’extrge, modifica

ident de poode permet ddans le tran

ctivité hydrah(θ) et k(θ).ement rapidon par capillau point d’un

dans un

e courbe du débit

isparition on : Qinf =

on de la canismes ques des mps et les l’essai et

s essais.

e, ce qui s souvent

ydrique).

éactifs et différents nismes de

apoler le ations de

ollution : d’injecter nsfert des

aulique à En effet, ement le arité. Elle n modèle

Guide teAnnexe

De plus, connus. ouvragetraceurs

• s

• d

• o

•

Cet essaest à rés

Coûts

Au‐delà coût de

• des

• é

• dso

• d

dc

• d

d

c

é

é


la réussite dIl y a ainsi us cibles. Le sont :

un positionnsuivi ; des variationnotamment un cheminemouvrages) ; un temps de

i est ainsi relserver à des

des coûts dmise en œuvdu travail deessais en susite pour leséventuellemla réussite dde la mise esondes de suopérateur tedu suivi de l’le bon fonctd’infiltrationcharge. Le l’appareillag

du temps d’le calage d’réalisée rapdans un moModélisationnécessite l’imodélisationconstructionproblèmes détude intégrpouvoir varécoulements


de l’essai estn risque ques principaux

nement de l’i

ns temporelldes directioment hydrau

e transfert m

lativement czones partic

’acquisition vre de l’essae préparatiorface pour le tests amont

ment, la conste l’essai peuen place du duivi) et la vérerrain ; ’essai : celui‐tionnement n et d’acquiscoût d’acque et la méth

interprétatioun modèle idement parodèle numén des écouleinterventionn). Le coût n et calage dde convergenrant une moier approxims et du trans

des transfer

t assujettie àe le (ou les) tx facteurs d

infiltromètre

es de directins non anticulique compl

oyen du trac

complexe à inculièrement v

et d’adaptai d’infiltratioon : visite due dimensionnt ; truction de pt être budgédispositif exrification/cal

‐ci nécessite de l’apparesition, pouvuisition du ode de mesu

on et d’analynumérique)r un ingénieérique en cements et du d’un ingénde l’exploiu modèle etnce, améliorodélisation amativement port des élé

rts hydriques

à un certain traceur(s) injde risques p

e différent de

ions d’écoulecipées au vu exe (lentilles

ceur entre la

nterpréter etvulnérables.

tion du maton et traçageu site, cahiernement de l

piézomètres étisé (~100€ périmental (libration des

en effet de eillage et pavant induire passage du ure (quantifi

yse des résul). L’interpréteur hydrogéoonditions nu transport dnieur hydroitation numt peut s’avérration continavec transpoentre 15 ements trace

s en ZNS

nombre de pecté(s) via l’pouvant com

e l’amont hy

ement de la des donnéess, présence d

a surface diff

t à mettre en

tériel techniq dépend notr des charge’essai. Prévo

au voisinage/ mètre linéa(mise en plas différents a

fréquentes vrer à d’évennotammenttraceur dacation en lab

ltats (avec ptation analyologue. L’exon‐saturéeses éléments

ogéologue coérique des rer chronophnue du calageort en ZNS (t 30 jours s en zone no

paramètres ninfiltromètrempromettre

draulique de

nappe pendas collectées ade lentilles d

érent de celu

n place, son c

que nécessatamment : s, essais de oir au moins

e de la zone daire) ; ace du systèmappareils. Pré

visites ponctntuelles défat des variatns les piézoboratoire, su

otentiellemetique (déconploitation dereste comp traces en zoonfirmé (avrésultats e

hage (tempse). Le temps(non réactif (voir Guide on saturée »)

non maîtrisée n’atteignenune restitu

es piézomètr

ant l’essai etau préalable d’argiles ou d

ui attendu.

coût est don

ire (voir Figu

pompage e 1 jour opér

d’essai pour

me d’infiltraévoir au moi

tuelles afin daillances du ions importomètres vauivi fluoresce

ent la constrnvolution) pes données/plexe (voir one non satuvec connaissest lié au tes de calcul ims de réalisatiou Kd) est « Modélisa).

és ou mal nt pas les ution des

res de

t ;

d’anciens

c élevé. Il

ure 2), le

n nappe, ateur sur

fiabiliser

ation, des ins 1 jour

e vérifier système antes de rie selon ence) ;

ruction et peut être /mesures Guide «

urée ») et sance en emps de mportant, on d’une estimé à ation des

Guide teAnnexe

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ny J.L., Gaudc and ring inf

s [2]

GULO‐JARAMPRECODD, Tsols, de cont

et J.P., Vaucfiltrometers A

MILLO, S. SZETRANSAT 20taminants di

clin M. (2000A review and

ENKNECT, 005‐2009, issous ou

0). Field d recent

Guide teAnnexe

Prod’hu

Principe

Actuellelors de mtracer latransfert

Ces outisoit la mterrain ocourbe draremen

D'où l'idmatériauprélèvemlaborato

Une foisretenue de simul

Matérie

L’ensem


ofil instumidité

e

ment, de nomesure sur sa courbe dets en ZNS.

ls sont utilismise en placeon ne parviede rétention nt atteintes.

dée de réalisu à tester. Poment va ocoire la densit

s la courbe od’en déduirelation numér

l nécessaire

ble du dispo

F


Ftantanéé et de

ombreux capsite ou en coe rétention,

sables sur site de centraleent pas à ren[1] : ainsi le

ser en laborour que les vcasionner dé apparente

btenue il este les paramèrique.

ositif expérim

Figure 1 ‐ Equi

des transfer

Fiche teé au labsuccio

de

pteurs de suolonne. Leurcourbe car

te, mais celae d’acquisitioncontrer toues humidités

atoire ces mvaleurs obtedes perturba du terrain e

t possible paètres caracté

mental est illu

ipement pour

rts hydriques

echniqboraton pourrétent

ccion et d'hrs mesures cractéristique

a nécessite son pour obteutes les condextrêmes (t

mesures où lnues soit repations, il faen place.

ar calage de éristiques de

ustré Figure

r la mesure co

s en ZNS

ue n°6ire à l’a obtention

umidité ont conjointes p de sols, né

soit de fréquenir les donnditions permrès sèches o

l'on peut coprésentativeudra bien s

cette derniè cette courb

1.

onjointe de l’h

: aide detion de

été mis au ermettraientécessaire à

uents allers rnées. De plusettant de traou très humid

ntrôler plus s du terrain sur essayer

re à la courbe qui seront

humidité et de

e captee la co

point et sont donc en thla modélisa

retours sur ls, bien souveacer l'entièrdes) ne sont

s facilement dans la mesde reconst

be théoriquet repris dans

e la succion

eurs urbe

nt utilisés héorie de ation des

le terrain ent sur le reté de la t que très

l'état du sure où le tituer au

e de la loi les outils

Guide teAnnexe

Pour la r

•

•

• d

Pour la mcontraig

Pour la Différentrigide, Øfaible dia

Mise en

Les sols

Les sols (poids hu

Les sols site.

Ensuite doubler

Le matér

Les mesrécipient

Dans unsecond t

Interpré

A partir Genuchtmoindre


réalisation de

un réceptacl

un capteur d

des capteurs

mesure de l’nante que le

mesure de lts modèles Ø=26mm) onamètre (Ø=2

œuvre

ramenés du

(25 kg enviumide) à une

sont compa

le récipient la mesure de

riau est ensu

sures d'humt et de son é

premier temtemps, le ma

étation de l’e

des résultatten‐Mualem es carrés (Fig


e cette expé

le (percé de

d’humidité ;

s de succion.

humidité, l’ues sondes à n

a succion, ode cannes t montré un2,2mm, et Ø=

terrain sont

ron) sont me humidité p

actés avec u

est équipé e la succion

uite mis à sat

midité voluméquipement e

mps, le matéatériau est m

essai

ts obtenus, u [2] calé surure 2).

des transfer

rience il faut

trous pour u

.

utilisation d’neutrons).

on peut retende succion ne plus grand=6mm).

préalableme

is en place pondérale ch

n poids de m

avec les capar l’implant

turation par

mique et de est égalemen

ériau est laismis à l'étuve à

un graphiquer les points o

rts hydriques

t :

un séchage le

une sonde T

nir les tensiopeuvent êtrde fiabilité q

ent séchés à

dans le récihoisie.

manière à p

nnes de suctation de 2 c

ajouts succe

succion sont réalisée d

ssé à l’air libà 40 °C pour

e humidité‐sobtenus pou

s en ZNS

e plus homog

TDR peut êtr

omètres (tecre utilisées, que les tensi

à l'étuve à 40

pient (diam

parvenir à la

ccions et la cannes.

essifs d'eau.

ont réaliséese manière sy

bre pour sécparvenir à u

succion peut r un jeu de p

gène possibl

e retenue (m

chnique éproles cannes omètres à c

0°C et tamisé

ètre 27 cm),

densité app

sonde TDR.

s régulièremystématique

cher naturellne humidité

être tracé, paramètres p

e) ;

mise en œuv

ouvée et perigides (ten

canne souple

és à 2 cm.

, par passée

parente obse

Il est préfé

ment. Une pe.

lement, puisé nulle.

et un modèpar une mét

vre moins

u chère). nsiomètre e, de plus

e de 2 kg

ervée sur

érable de

pesée du

s dans un

le de van hode des

Guide teAnnexe

Avantag

Les tenspermettatteint ddésamoraux faiblrecours à

L’équatiola plus u

Cette rede leur tsol étudélevée.

L’avantasols sanmatériausolutions

La mise en fracti

Le fait dreprésennotammapparen


Figure 2 ‐ Co

ges, inconvén

iomètres sonent de mesdes valeurs drce. Aussi mêles humiditéà des psychr

on reliant latilisée [3] :

lation empirtexture et deié sont néce

age de cette s avoir à faiux granulaires salines, …)

en place deson grossière

de travaillerntativité du ment essayerte sur site qu


ourbe d’humila loi

nients et lim

nt des apparurer est limde cet ordre,ême en laboés et fortes sromètres.

constant di

θ −=V

rique est appe la présenceessaires pou

méthode esire des alleres qui ne se ne sont pas

s cannes de se importante

r au laboratofait des pe

r en laboraui devra don

des transfer

idité ‐ succioni de van Genu

mite de la tec

reils simples,itée (ils ne de l'air peu

oratoire, il esuccions, pou

électique du

0.0053.0 +−

plicable danse d’élémentsr les sols trè

st qu’elle pes‐retours sutiennent pautilisables.

succion reste.

oire des solerturbations toire de conc être préala

rts hydriques

n et modèle ajuchten avec le

chnique

, précis et trfonctionnenut passer à trst difficile d’our cela au lie

u mélange so

1.5.5029ε −

s de nombres grossiers [4ès peu dense

ermet de réaur le terrain.as et pour le

e difficile su

ls prélevés s induites suompacter le ablement éta

s en ZNS

justé avec la mes conditions d

ès utilisés mnt plus à ψ >ravers la bouobtenir les pu des tensio

ol‐eau (ε) et

24 3.40 ε− +

eux sols, et c4]. Néanmoines ou avec u

aliser des m C’est la seusquels les m

rtout si les s

sur site posur l’échantilsol de ma

ablie.

méthode des mde Mualem [2

mais la gamm> 0,08 MPa)ugie poreuseoints de la comètres class

la teneur en

3610. ε−

e relativemens, des calibrune teneur e

esures en pule méthodeméthodes cla

ols étudiés p

e évidemmelon. Pour pnière à rec

moindres car2]

me de potent). Lorsque lae et le tensioourbe corressique on pou

n eau volum

ent indépendrations spécien matière o

arallèle sur e applicable assiques (osm

présentes un

ent en probpallier à celconstituer la

rrés selon

iels qu'ils a succion omètre se spondant urra avoir

ique (θV)

damment fiques au organique

plusieurs pour les

motiques,

ne teneur

blème de a, on va a densité

Guide teAnnexe

Coûts

Les coût

Bibliogra

[1] Picotand cons11th Inte‐ Salzbur

[2] Van Gunsatura

[3] Drundomain 180.

[4] Toppmeasure

Rédacte

V. Guéri


s sont résum

aphie

t G., V. Guérisequences oernational Urg ‐ Austria 2

Genuchten Mated soils. So

gil C. E. C., Kreflectromet

p, G.C., Davisements in co

ur

n (BRGM)


més dans le T

Tableau 1

n, S. Bérangen flows modFZ‐ Deltares22‐24/09/201

M.T . (1980) Aoil Sci. Soc. A

K. Abt, and T.try. Transact

, J.L., Annan,axial transm

des transfer

Tableau 1 su

‐ Estimation

er, N.E. Abridelling: case o/TNO Confer10.

A closed formAm. J., 44, pp

J. Gish (198tion of the Am

, A.P. (1980)mission lines”

rts hydriques

uivant.

du coût d’une

iak, A. Labouof a multilayrence on Ma

m equation fp. 892‐898.

9) Soil moistmerican Soc

“Electromag, Water Reso

s en ZNS

e mesure BES

udigue, F. Vayer unsaturatanagement o

for predictin

ture determiiety of Agric

gnetic determour. Res. ,16

T avec sous‐tr

an Dorpe (20ted porous sof Soil ‐ Grou

g the hydrau

nation in graultural Engin

mination of s(3), pp. 574–

traitance

010) Data acqsoil, in ConSondwater & S

ulic conducti

avelly soils wneering, 32, p

soil water co–582.

quisition oil 2010 ‐ Sediment

vity of

with time pp. 177‐

ontent:

Guide teAnnexe

Mépar

Principe

Cette mhydrody

La méthanneau ddoit perm

La procé

• c

• g

• e

• {


éthoderamete

e

méthode se ynamique de

ode BEST codans un sol imettre d’éta

édure BEST se

Etape 1 : Ecourbe d’inf

Etape 2 : Prégranulométr

Etape 3 : Préen eau initia

Etape 4 : Est{hg} par ajusl(t).

Figure 1 ‐ L


Fe BEST ers) en

par

propose d’ala zone non

onsiste en la initialement ablir une cou

e décompos

Essai d’infiltriltration cum

élèvement driques et en d

élèvement dle et finale {

timation de lstement d’u

Logigramme p

des transfer

Fiche te(BeerkLABORramètre

acquérir l’ensaturée (cf.

réalisation dplutôt sec. Lrbe d’infiltra

e en quatre

rométrie 3Dmulée I(t) = f(

e volume dedéduire ains

d’échantillon{θ0, θs} ;

la conductivn modèle th

pour la déterm

rts hydriques

echniqkan EstiRATOIRes des

nsemble deslois h(θ) et K

d’essai d’infLe suivi de l’iation cumulé

étapes distin

D‐axisymétriq(t) ;

e sols à proxisi les paramè

s in‐situ en d

ité hydrauliqhéorique d’in

mination des c

s en ZNS

ue n° 7imationRE pourlois de

s paramètreK(θ)).

iltration 3D‐infiltration sée en fonctio

nctes (Figure

que simple

imité des essètres de form

début et fin

que à saturatnfiltration su

courbes h(θ) e

7 : n of Sor l’acqu sols

s nécessaire

axisymétriquuccessive deon du temps.

e 1) :

anneau per

sais afin de dme {n,m,η} ;

d’essais afin

tion {Ks} et dur la courbe

et k(θ) par la m

il Transuisition

es à la cara

ue à l’aide de faibles volu.

rmettant d’a

déterminer l

n d’estimer l

du paramètred’infiltratio

méthode BEST

sfer des

ctérisation

d’un simple umes d’eau

acquérir la

es courbes

es teneurs

e d’échelle n cumulée

T

Guide teAnnexe

Cette mutilisatio

• Ss

• S

• S

Notatio

cp D Dg hg i Iexp Io Ks m n N Ntot Nend pn qexp‐� rd s S So SMAX tmax

V � � �V � � �s �o � �d


méthode a éton usuelle su

Sur des solssondage ;

Sur des sols lois d’écoule

Sur des sols

ons

paramètre ddiamètre desparamètre dparamètre dindice des polame d'eau clame d'eau cconductivitéparamètre dparamètre dparamètre dnombre totanombre de pindice de forflux expérimrayon de l'andimension frsorptivité caestimateur dvaleur maximtemps maxim

volume d’eaparamètre dparamètre dincrément deporosité paramètre dteneur volumteneur volumparamètre limasse volum


té mise au ur le terrain e

s situés en

très hétérogement ;

dont on peu

e forme de las grains 'échelle de la 'échelle de la oints de mesucumulée expécumulée théo hydraulique e forme de lae forme de lae forma de laal de points depoints de mesrme de la courental stationnnneau d'infiltrractal du sol pillaire de la sorptivitémum de l'estimmum de validi

u infiltré cumu modèle d'inu modèle d'ine volume d’ea

e forme de lamique en eau mique en eau é à la dimensmique sèche a

des transfer

point afin den sub‐surfac

profondeur,

gènes, on tra

ut maîtriser la

courbe d'infi

courbe de gracourbe de rét

ure rimentalerique à saturation courbe de ré courbe de ré courbe granue mesureure en régimerbe de rétentinaire ration

é capillairemateur de la sté de l'équati

ulé nfiltrationnfiltrationau ajouté dan

courbe de coà saturationinitiale ion fractal du pparente

rts hydriques

de pouvoir ace :

, les sols do

availle alors

a teneur en e

ltration

anulométrietention en ea

étention en eaétention en eaulométrique

e transitoireion en eau

sorptivité capon du régime

s l’anneau

onductivité hy

sol

s en ZNS

appliquer la

oivent préal

sur la fracti

eau initiale.

u de van Gen

au de van Genau de van Gen

illairee transitoire

ydraulique de

méthodolo

ablement a

on < 2 cm q

uchten (1980

uchten (1980uchten (1980

Brooks et Cor

ogie BEST ho

voir été co

qui est celle q

0)

0) 0)

rey (1964)

ors de son

llectés par

qui fixe les

[‐][L][L][L][‐][L][L][L T‐1][‐][‐][‐] [‐][L T‐1][L][‐][L T‐1/2][L T‐1/2][L T‐1/2][T]

[L3][‐][‐][L3][‐][‐][‐][‐][‐][M L‐3]

Guide teAnnexe

Matérie

Un matéconditio

•

•

•

•

•

•

• d

•

•

La dimenpratique


l nécessaire

ériel relativemns contrôlée

un tamis à 2

une bétonni

un anneau ;

un chronom

un gobelet d

un tube de v

des sachets

une étuve po

une balance

nsion de l’ane, les anneau

Figure 2


ment simplees au laborat

0 mm ;

ère ;

ètre ;

de volume co

volume conn

imperméabl

our sécher le

de précision

nneau est fonux utilisés pe

2 ‐ Matériel né

des transfer

e est nécessaoire (Figure

onnu ;

u pour le pré

es pour stoc

es échantillo

n.

nction du VEuvent aller ju

écessaire pou

rts hydriques

aire pour réa2) :

élèvement d

cker les écha

ns ;

ER et doit resusqu’à 20 cm

ur la mise en œ

s en ZNS

liser un essa

des sols avan

ntillons ;

specter la com de diamètr

œuvre d’un es

ai d’infiltratio

t et après inf

ndition suivare.

ssai BEST en la

on de type B

filtration ;

ante : 2Rd > 1

aboratoire

eerkan en

10 Dmax. En

Guide teAnnexe

Mise en

Les sols et le pas

Sur le teévaluer s

Les sols d'humid

Les sols masse vadu nivea

La massela réalisapour év(déveloprécipient

L’anneau

Les volu« douce

Le volumcréée so

On arrêtretenu d

Dans desfront afi


œuvre

ramenés du ssant sont pe

errain on doisa densité sè

sont mélangité pondéral

sont mis en ariable qui eau de compa

e de sol néceation de l’exviter les efppement du t doit être pe

u doit être in

mes d’eau d» possible a

me d’eau reteoit faible.

te l’essai dèsdevient const

s sols sablo‐ln d’optimise


terrain ont esés). Le séch

it avoir mesuèche.

gés dans unele souhaitée

place par paest lâché, 7 foction souhai

essaire sera xpérience. Leffets de bobulbe dans ercé au fond

Figure 3 ‐ Mis

nséré dans le

oivent être afin de ne pas

enu dépend

que l’on esttant.

limoneux à ler le temps d

des transfer

été séchés àhage à 40°C p

ure la densit

e bétonnièrepour l'expér

assée de 2 kgois par passété pour atte

fonction de e diamètre dord et fondles 3 directiod afin de perm

se en place de

e sol de façon

apporté sitôts impacter la

du diamètre

t en régime s

limoneux, il ’attente de l

rts hydriques

à l'étuve à 40permet de m

té apparente

e avec la quarience.

g (poids humée, d'une hauindre la den

l’anneau utdu récipient d) afin d’oons). La haumettre le dra

es sols pour le

n à y pénétre

t l’infiltrationa surface (eff

e de l’anneau

stationnaire

peut être pol’expériment

s en ZNS

0°C et éventmoins déstru

e du matéria

antité d'eau

mide). Les soluteur de 5 cmsité apparen

ilisé ce qui csera au mo

obtenir une teur de sol dainage de l’e

es essais BEST

er sur 2 à 3 m

n précédentefet splash).

u et est chois

: i.e. le temp

ossible de metateur.

uellement tacturer la mat

au et son hu

nécessaire a

s sont compm. La masse nte observée

conditionne ins 3 fois le vraie infilt

devant au mau infiltrée.

T au laboratoi

mm.

e terminé et

si de façon à

ps d’infiltratio

ener plusieur

amisés à 2 ctière organiq

midité afin d

afin de parve

pactés avec udu poids ser

e sur site (Fig

aussi le réci diamètre dtration axis

moins être de

ire

de la façon

ce que la la

on du volum

rs essais Bee

m (le refus que.

de pouvoir

enir à l'état

un poids de ra fonction ure 3).

pient pour e l’anneau symétrique e 15 cm. Le

les plus

me d’eau

me d’eau

erkan de

Guide teAnnexe

Interpré

L’interprune soluparamèt

Figure 4

Un outildispositidu proje

L’ajustemanalytiquexpériml’essai. Lrelation

Les para

• t

•

•

•


étation de l’e

rétation des ution particutres Ks et S et

: Algorithme

SCILAB, inton par Rafaet ANR‐TRAN

ment du moue de l’infiltentaux, afinLe paramètreliant S aux p

mètres d’en

les mesures temps) ;

les paramètr

la masse vol

les teneurs e


essai

essais d’infulière de l’éqt de détermi

d’estimation

tégrant l’ensel Angulo‐JaSAT.

odèle BEST tration cum d’estimer lee de normalparamètres K

trée nécessa

des essais d

res η et n dé

umique appa

en eau θ0 et

des transfer

filtrométrie uquation de Riner les cour

des paramètr

semble de laaramillo (ENT

sur les poinulée (axisymes variationsisation de laKs, θs et hg [6].

aires à ce pro

d’infiltration

duits de la g

arente ρd dé

θs déduites à

rts hydriques

utilise un algRichards. L’albes K(θ)=Ks.k

res de transfe

[1]

a procédureTPE Erreur !

nts expérimmétrique trids de conducta courbe de .

ogramme so

acquises su

granulométri

éterminée à p

à partir des m

s en ZNS

gorithme cogorithme (Fikr(θ) et h(θ).

erts des lois h

BEST, a étéSource du r

entaux est dimensionnetivité hydraurétention en

nt :

ur le terrain

e ;

partir des ma

mesures en l

mplexe (rapigure 4) perm

(θ), k(θ) & Ks

é développérenvoi introu

automatisé elle) [5] est ulique et de n eau, hg, es

(l’infiltration

asses mesuré

aboratoire.

ppelé en [1])met ainsi d’e

selon la proc

é au LTHE [3uvable.]) dan

(Figure 5): ajustée sur sorptivité ast estimé à p

n cumulée a

ées en labor

), basé sur estimer les

cédure BEST

3] et mis à ns le cadre

la courbe les points u cours de partir de la

u cours du

ratoire ;

Guide teAnnexe

Fig

(c) Loi

(d) Loi

Avantag

L’emploimodélisa

L’essai eparfaitem

Cette mproblèm

L’essai conductde perm


gure 5 : (a) Aju

h(θ) estimée

i k(θ) estimée

ges, inconvén

i de cette ation dans la

en laboratoirement maîtris

éthode offreme de la repré

étant réalisivité du sol.

méabilités all


ustement aut

selon la proc

selon la proc

nients et lim

méthode ea mesure où

e permet d’êsée.

e l’avantageésentativité

sé sous cha Dans la praant de 1.10‐4

des transfer

tomatique du (b) taux

cédure BEST, c(FPT) (Ba

cédure BEST, c(FPT) (Ba

mites d’applic

est bien adaun modèle d

être sûr d’av

e de la simpde la mesure

arge nulle, atique, les e4 à 5.10‐7 m.s

rts hydriques

a)

c)

modèle BESTx d’infiltrationcomparée auxase de donnéecomparée auxase de donnée

cation de la t

apté pour d’infiltration

voir un matér

licité de mise, le volume

l’atteinte essais ne sems‐1.

s en ZNS

T sur la courben q(t)=l(t) ; x estimationses Rosetta) x estimationses Rosetta)

technique

estimer desest utilisé lo

riel homogèn

se œuvre etde sol sur le

du régime mblent ainsi

e d’infiltration

via les foncti

via les foncti

s paramètreors de l’interp

ne et une hu

d’appareillaequel est fait

permanentréalisables

n cumulée l(t)

ions de pédo‐

ions de pédo‐

es ensuite uprétation de

umidité initia

age. Toutefot l’essai reste

t est fonctque pour un

b)

d)

)=f(t),

transfert

transfert

utilisés en es essais.

le faible et

ois reste le e faible.

ion de la ne gamme

Guide teAnnexe

Coûts

Les coût


s sont résum

T


més dans le T

Tableau 1 ‐ Es

des transfer

Tableau1 sui

stimation du c

rts hydriques

ivant.

coût d’une me

s en ZNS

esure BEST aveec sous‐traitannce

Guide teAnnexe

Bibliogra

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nnement,

nalysis of Resources

roperties lleur, ed. ca Raton

Guide teAnnexe

d

Principe

Cette mtranche charge horizontprofonde

Matérie

Le matér

•

•

• d


Essadéterm

e

méthode permde sol. Elle hydraulique tale est d’aeur/diamètr

l nécessaire

riel nécessai

une tarière m

le perméamè

de l’eau.

F


Fai au pemination

met de mesconsiste à iconnue (fi

utant plus re) est élevé.

re (Figure 1)

manuelle de

ètre de Guel

Figure 1 ‐ Mise

des transfer

Fiche teerméamn de la

sa

surer, en unnjecter un fixe ou variaimportante

est le suivan

faible diamè

lph ;

e en œuvre d’

rts hydriques

echniqmètre dconduaturatio

n point, la cfluide d’essaable). La coque l’élanc

nt :

ètre pour la r

’un essai avec

s en ZNS

ue n°8de Guectivité on

conductivité i dans une contribution cement de

réalisation d

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Guide technique caractérisation des transferts hydriques en ZNS Annexe D : Fiches techniques

Fiche technique n°9 : Essai au perméamètre PERSAN® selon norme AFNOR

NF X30-420 pour la détermination d’une formation géologique en place, de matériaux rapportés ou

artificiellement reconstitués Principe

Cette méthode permet de mesurer, en un point, la conductivité hydraulique verticale d’une formation à l’aide d’un infiltromètre simple anneau fermé. Elle consiste à soumettre une surface de sol connue, délimitée par les parois de l’anneau, à une charge hydraulique variable. Dans le cadre de cette méthode, l’obtention préalable de la saturation des sols n’est pas requise.

Matériel nécessaire

Le matériel nécessaire (Figure 1) est le suivant :

Un perméamètre PERSAN® complet : anneau, tubes de mesure, tube de remplissage, massif de confinement (pierre poreuse) ;

Un capteur de pression adapté (lecture de 0 à 1,0 m de charge, précision de 1 mm), une centrale d’acquisition et son alimentation ;

Un dispositif de fonçage (vérin) ou matériau pour mise en place par collage (ciment prompt) ;

De l’eau ;

Mini-carottiers ;

Outils et matériel : bêche, truelle, brosse dure, seau, verre doseur, papier filtre.

Figure 1 : Réalisation d’un essai avec le perméamètre PERSAN®


Mise en œuvre

La surface d’essai est préalablement aplanie à la bêche et à la truelle, puis scarifiée à la brosse dure.

Dans le cas d’une mise en œuvre par fonçage, un disque de papier filtre est disposé sur la surface d’essai, puis le massif de confinement et enfin le perméamètre. Le perméamètre est foncé jusqu’au contact avec le massif de confinement.

Dans le cas d’un collage, l’empreinte de l’anneau est marquée sur la surface d’essai. Une tranchée circulaire de 7 cm de profondeur est creusée à la truelle en se guidant sur cette empreinte. La tranchée est ensuite remplie de ciment prompt jusqu’à 5 mm de la surface. On dispose ensuite le papier filtre et le massif de confinement sur la surface d’essai, et on dépose l’anneau dans la tranchée. Attendre la prise du ciment prompt.

On installe ensuite sur le corps du perméamètre, dans l’ordre suivant : le tube de remplissage, le tube de mesure, le capteur de pression. On relie le capteur de pression à la centrale d’acquisition et on lance l’acquisition des données.

Le perméamètre est rempli d’eau vis le tube de remplissage. On ferme la vanne de purge quand on n’observe plus de bulles d’air dans l’eau de purge. Le remplissage est poursuivi jusqu’à atteindre le haut du tube de mesure. On ferme alors la vanne de remplissage.

L’essai est lancé. Il est poursuivi sans intervention sur le dispositif jusqu’à ce que le niveau ait atteint la mi-hauteur du tube de mesure. A partir de ce moment, on arrête l’acquisition des données et on démonte le perméamètre dans l’ordre inverse du montage.

On prélève ensuite deux échantillons de sol au mini-carottier :

Un premier échantillon à proximité de la zone d’essai, afin de déterminer au laboratoire la densité et la teneur en eau pondérale initiale de la formation testée ;

Un second échantillon au droit de la zone d’essai afin d’établir un profil des teneurs en eau finales après essai (Figure 2).

Figure 2 : Exemple de profil des teneurs en eau (source AFNOR NF X30-420)


Interprétation de l’essai

La détermination du coefficient de perméabilité à saturation k est réalisée à partir de la formule :

Équation 1- Détermination du coefficient de perméabilité

avec t : temps auquel la charge hydraulique h(t) est mesurée h0 : charge hydraulique initiale, S : section du tube de mesure, A : aire de surface d’essai, C : facteur de forme fonction de H et r et faiblement du typ, K : coefficient de perméabilité à saturation,

: différence entre teneur en eau volumique à saturation et teneur en eau volumique initiale, déterminée à partir des mesures sur les échantillons de sol.

Avantages, inconvénients et imite de la technique

Cet essai permet de déterminer la conductivité hydraulique verticale à saturation, sans nécessiter l’obtention de la saturation des sols, ce qui permet un gain de temps important (24h pour k=1.10-9 m/s).

Cet essai est facile à mettre en œuvre. La durée totale d’un essai, incluant ma mise en œuvre du dispositif, est d’environ 4 heures pour k=1.10-9 m/s. Ce temps varie en fonction de la perméabilité des terrains testés.

Le matériel nécessaire pour réaliser cet essai est relativement coûteux, notamment la sonde de pression et la centrale d’acquisition. Compte tenu du niveau de précision nécessaire pour l’interprétation des données, il n’est pas envisageable de procéder à un relevé manuel des mesures.

Cet essai permet une mesure de la conductivité hydraulique à saturation pour des milieux compris entre 1.10-8 m/s et 1.10-10 m/s.

Il s’agit d’un essai de surface. La valeur de perméabilité obtenue n’est valide que pour la surface de la formation testée et est fortement dépendante de la préparation de la surface d’essai. Les essais à l’infiltromètre de surface doivent être combinés à des essais en forage pour obtenir une vision globale de la répartition des perméabilités au sein d’une formation.


Coûts

Le coût d’un essai au perméamètre PERSAN® est détaillé dans le Tableau 1.

Tableau 1 - Coût d’un essai au perméamètre PERSAN®

Matériel nécessaire Prix unitaire Quantité Coût total (€)

2 200 €1 1 2 200 €

1 000 € 1 1 000 €

500 € 1 500 €

TOTAL hors personnel 3 700 €

Préparation de l’essai et

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Mise en place de la fenêtre de

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TOTAL personnel 3,5 à 6

1

Technicien de terrain

Ingénieur

6 410 €

Bibliographie

NF X 30-420, 2007, Déchets : Détermination de la perméabilité d’une formation géologique en place, de matériaux rapportés ou artificiellement reconstitués. Infiltromètre à simple anneau, de type fermé. Essai à charge constante et essai à charge variable.

Rédacteur

B. Chevrier (BRGM)

1 Ce prix comprend la formation à l’utilisation de l’appareil


70

E - Liste de normes applicables

Détermination de la conductivité hydraulique à saturation

Terrain : in situ en forage

NF X 30-423, 2011, Déchets : Détermination du coefficient de perméabilité d'un terrain par essai à charge variable en forage ouvert.

NF X 30-424, 2005, Déchets : Détermination du coefficient de perméabilité d'un terrain par essai d'infiltration à charge constante en forage.

NF X30-425, 2002, Déchets - Détermination du coefficient de perméabilité d'un terrain par essai à charge variable en forage fermé.

NF P94-130, 2000, Sols : reconnaissance et essais - Essai de pompage.

NF P94-131, 1994, Sols : reconnaissance et essais - Essai d'eau Lugeon.

NF P94-132, 2000, Sols : reconnaissance et essais - Essai d'eau Lefranc.

NF X31-504, 1995, Qualité des sols - Méthode de mesurage de la conductivité hydraulique horizontale équivalente et de la porosité de drainage in situ - Méthode de Guyon.

Terrain : essai en surface

NF X 30-420, 2007, Déchets : Détermination de la perméabilité d'une formation géologique en place, de matériaux rapportés, ou artificiellement reconstitués Infiltromètres à simple anneau, de type fermé — Essai à charge constante et essai à charge variable.

NF X 30-418, 2007, Déchets : Détermination de la perméabilité d'une formation géologique en place, de matériaux rapportés, ou artificiellement reconstitués Infiltromètres à double anneau, de type ouvert.

NF ISO 11275 - X 31-558, 2004, Qualité du sol : Détermination de la conductivité hydraulique en milieu non saturé et de la caractéristique de rétention en eau Méthode par évaporation de Wind.

Laboratoire

NF X 30-420, 2007, Déchets : Détermination de la perméabilité d'une formation géologique en place, de matériaux rapportés, ou artificiellement reconstitués Infiltromètres à simple anneau, de type fermé - Essai à charge constante et essai à charge variable.


71

NF X 30-418, 2007, Déchets : Détermination de la perméabilité d'une formation géologique en place, de matériaux rapportés, ou artificiellement reconstitués Infiltromètres à double anneau, de type ouvert.

NF X 30-441, 2008, Déchets : Détermination en laboratoire du coefficient de perméabilité à saturation d'un matériau Essais de perméabilité au perméamètre à paroi rigide à gradient hydraulique constant/variable.

NF X 30-442, 2008, Déchets : Détermination au laboratoire du coefficient de perméabilité à saturation d'un matériau Essais de perméabilité à l'oedomètre à charge hydraulique constante/variable.

X 30-443, Déchets – Détermination de la perméabilité en laboratoire à saturation d'un terrain au moyen d'un perméamètre à paroi flexible et à gradient de charge constante.

ISO 17313, 2004, Qualité du sol - Détermination de la conductivité hydraulique de matériaux poreux saturés à l'aide d'un perméamètre à paroi flexible.

ISO 17312, 2005, Qualité du sol - Détermination de la conductivité hydraulique de matériaux poreux saturés à l'aide d'un perméamètre à paroi rigide.

XP CEN ISO/TS 17892-11, 2005, Reconnaissance et essais géotechniques - Essais de laboratoire sur les sols - Partie 11 : détermination de perméabilité à charge constante et à charge variable décroissante.

Détermination de la densité

Terrain

NF X31-501,1992, Qualité des sols - Méthodes physiques - Mesure de la masse volumique apparente d'un échantillon de sol non remanié - Méthode du cylindre.

NF X31-503, 1992, Qualité des sols - Méthodes physiques - Mesure de la masse volumique apparente - Méthode au sable.

NF P94-061-4, 1996, Sols : reconnaissance et essais - Détermination de la masse volumique d'un matériau en place - Partie 4 : méthode pour matériaux grossiers (Dmax > 50 mm).

NF P94-061-1, 1996, Sols : Reconnaissance et Essais - Détermination de la masse volumique d'un matériau en place - Partie 1 : Méthode au gammadensimètre à pointe (à transmission directe).

NF P94-061-2, 1996, Sols : Reconnaissance et Essais - Détermination de la masse volumique d'un matériau en place - Partie 2 : Méthode au densitomètre à membrane.

NF P 94-062-4, 1997, Sols : Reconnaissance et Essais - Mesure de la masse volumique en place - - Partie 4 : Diagraphie à la double sonde gamma.


72

NF P94-061-3, 1996, Sols : Reconnaissance et Essais - Détermination de la masse volumique d'un matériau en place - Partie 3 : Méthode au sable.

Laboratoire

NF ISO 11272, 1998, Qualité du sol - Détermination de la masse volumique apparente sèche.

NF ISO 11508,1998, Qualité du sol - Détermination de la masse volumique des particules.

XP CEN ISO/TS 17892-2, 2005, Reconnaissance et essais géotechniques - Essais de laboratoire sur les sols - Partie 2 : détermination de la masse volumique d'un sol fin.

XP CEN ISO/TS 17892-3, 2005, Reconnaissance et essais géotechniques - Essais de laboratoire sur les sols - Partie 3 : détermination de la masse volumique des particules solides - Méthode du pycnomètre.

NF X31-502, 1992, Qualité des sols - Méthodes physiques - Mesure de la masse volumique apparente - Densitomètre à membrane.

NF P94-053, 1991, Sols : reconnaissance et essais - Détermination de la masse volumique des sols fins en laboratoire - Méthodes de la trousse coupante, du moule et de l'immersion dans l'eau

NF P94-054, 1991, Sols : reconnaissance et essais - Détermination de la masse volumique des particules solides des sols - Méthode du pycnomètre à eau

Détermination de la porosité

Terrain

NF X31-504, 1995, Qualité des sols - Méthode de mesurage de la conductivité hydraulique horizontale équivalente et de la porosité de drainage in situ - Méthode de Guyon.

Détermination de la granulométrie

Laboratoire

ISO 11277, 2009, Qualité du sol - Détermination de la répartition granulométrique de la matière minérale des sols - Méthode par tamisage et sédimentation.

NF X31-107, 2003, Qualité du sol - Détermination de la distribution granulométrique des particules du sol - Méthode à la pipette.


73

ISO/TS 17892-4, 2004, Reconnaissance et essais géotechniques - Essais de sol au laboratoire - Partie 4 : détermination de la granulométrie.

NF X11-630, 2001, Granulométrie – Vocabulaire.

ISO 2395, 1990, Tamis et tamisage de contrôle. Vocabulaire.

X11-635, 1985, Granulométrie - Représentation des distributions granulométriques - Partie 1 - Modèles de référence.

X11-684, 1985, Granulométrie - Analyse granulométrique par sédimentation cumulative dans un liquide immobile - Méthode de la balance de sédimentation.

NF P94-056, 1996, Sols : reconnaissance et essais - Analyse granulométrique - Méthode par tamisage à sec après lavage.

NF P94-057, 1992, Sols : reconnaissance et essais - Analyse granulométrique des sols - Méthode par sédimentation.

Détermination de la courbe de rétention

Terrain

NF ISO 11275 - X 31-558, 2004, Qualité du sol : Détermination de la conductivité hydraulique en milieu non saturé et de la caractéristique de rétention en eau Méthode par évaporation de Wind.

Laboratoire

NF ISO 11274, 1998, Qualité du sol - Détermination de la caractéristique de la rétention en eau - Méthodes de laboratoire.

Détermination de l'humidité

Terrain

NF ISO 10573 - X31-500, 1996, Qualité du sol - Détermination de la teneur en eau de la zone non saturée - Méthode à la sonde à neutrons de profondeur.

ASTM D6565 - 00, 2005, Standard Test Method for Determination of Water (Moisture) Content of Soil by the Time-Domain Reflectometry (TDR) Method.


74

Laboratoire

NF ISO 16586, 2003, Qualité du sol - Détermination de la teneur en eau volumique du sol à partir de la masse volumique apparente sèche connue - Méthode gravimétrique.

NF ISO 11465, 1994, Qualité du sol - Détermination de la teneur pondérale en matière sèche et en eau - Méthode gravimétrique.

NF P94-050, 1995, Sols : reconnaissance et essais - Détermination de la teneur en eau pondérale des matériaux - Méthode par étuvage.

NF P94-049-1, 1996, Sols : reconnaissance et essais - Détermination de la teneur en eau pondérale des matériaux -partie 1 : Méthode de la dessiccation au four à micro-onde.

NF P94-049-2, 1996, Sols : reconnaissance et essais - Détermination de la teneur en eau pondérale des matériaux.

Détermination de la succion

NF ISO 11276, 1995, Qualité du sol - Détermination de la pression d'eau dans les pores - Méthode du tensiomètre.

Documents

Guide « Caractérisation hydrique de la zone non saturéessp-infoterre.brgm.fr/.../files/upload/documents/guide_hydrique_zns.pdf · Guide technique « Caractérisation des transferts