Modélisation de l'infiltration dans les sols fins compactés : intégration des écoulements préférentiels dans les macropores
Résumé
In order to investigate the integration of preferential flow through macropores observed in compacted fine-textured soils, 3 different modeling approaches are developed. The first considers a homogeneous medium whose hydraulic properties are described by the Van Genuchten & Mualem' s formulation. The second is based on the double-porosity concept where the soil matrix and the macropores are treated as two different flow-domains presenting different hydraulic parameters and an exchange equation takes into account the interaction mechanism. The third assumes that the pore-size distribution and consequently, the water retention and hydraulic conductivity curves follow bimodal laws also described by Van Genuchten & Mualem's formulation. For each one of these approaches, a direct model simulating the vertical infiltration and an inverse procedure for parameter estimation are presented. The simulations of laboratory infiltration tests are confronted with the experimental data. This reveals that the double-porosity concept, while providing a more realistic description of the infiltration process in macroporous soils, is limited in practice, since the two-domain parameters estimation is shown to be complex. The more pragmatic approaches based on the integration of macropores effect in the soil hydraulic properties through unimodal and bimodal functions are shown to be more interesting. The parameter estimates obtained for these 2 approaches suggest that the pore-size distribution of compacted fine-textured soils varies between unimodal and bimodal laws depending on initial water-content and compaction procedure.
Afin d'étudier l'intégration des écoulements préférentiels à travers les macropores observés dans les sols fins compactés, 3 approches de modélisation différentes sont développées. La première est celle d'un milieu homogène dont les propriétés hydrodynamiques sont décrites par la formulation de Van Genuchten & Mualem. La deuxième est basée sur le concept de la double porosité où la matrice du sol et les macropores sont traités comme deux domaines d'écoulement présentant des propriétés hydrauliques différentes, et un terme d'échange décrit leur interaction. La troisième suppose que la distribution dimensionnelle de la porosité du sol et par conséquent, les courbes de rétention et de conductivité hydraulique suivent des lois bimodales également décrites par la formulation de Van Genuchten & Mualem. Pour chacune de ces approches, un modèle direct simulant l'infiltration verticale et une procédure d'identification des paramètres par la méthode inverse sont présentés. Les résultats des simulations d'essais d'infiltration au laboratoire sont confrontés aux données expérimentales. Il en ressort que le concept de la double porosité, bien qu'il fournisse une description plus réaliste du processus d'infiltration dans les sols macroporeux, montre ses limites d'applicabilité étant donné que l'estimation de ses paramètres s'avère complexe. Les approches plus pragmatiques, basées sur l'intégration de l'effet hydraulique des macropores dans les propriétés hydrodynamiques du sol à travers les lois unimodale et bimodale, se sont montrées plus intéressantes. Les résultats de l'estimation des paramètres pour ces 2 approches, suggèrent que la distribution dimensionnelle des pores dans les sols fins compactés, varie entre les lois unimodale et bimodale et ce, en fonction de la teneur en eau et du mode de compactage.
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