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Dernière mise à jour : Mai 2021

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3D pour comprendre les processus d'écoulement dans le sol

3D pour comprendre les processus d'écoulement dans le sol
Vadose Zone Journal : article notable
L’eau qui arrive à la surface du sol s’infiltre rarement de façon uniforme, elle s’écoule de façon localisée dans les zones les plus poreuses et à la faveur de certaines discontinuités que l’on appelle macropores. Leur rôle dans les phénomènes d'écoulements rapides et de transports « accélérés » de solutés et de colloïdes dans les sols, est reconnu depuis longtemps. Il est aujourd’hui possible de comprendre ces phénomènes grâce à une nouvelle méthode de traitement des images 3D et au suivi de l’infiltration de l’eau dans le sol

Quel rôle de la porosité du sol sur les processus d’écoulement ?

L'attention portée aux phénomènes d’écoulement et de transport préférentiels a fortement augmenté en raison d’un intérêt croissant pour les problématiques environnementales liées aux fonctions écosystémiques du sol. Cependant, des questions de fond subsistent toujours, comme par exemple : quelle est la part de la porosité réellement impliquée dans ce phénomène de transfert rapide ?, comment cette porosité contrôle, dans un état d’équilibre donné, les processus et les mécanismes conduisant ce phénomène ?, quels sont les facteurs qui favorisent ou au contraire limitent l’établissement d’un écoulement préférentiel ?…
Une des raisons de la persistance de ces questionnements est la difficulté de visualiser et de caractériser ces phénomènes de transfert rapides qui se produisent dans une partie généralement très réduite de la porosité du sol (quelques pourcents). Cette difficulté commence à être levée grâce aux progrès et à la démocratisation des techniques d’imagerie 3D, en particulier grâce à la tomographie d’absorption des rayons X.

Suivre l’eau pas à pas dans les macropores du sol

Dans cet article, les scientifiques proposent une méthode pour identifier la partie fonctionnelle de la macroporosité d’un sol structuré en rapport avec les voies d'écoulements préférentiels qui sont également marquées avec un traceur coloré.  Cette méthode est basée sur deux éléments :

  • le suivi dynamique de l’infiltration par une séquence d’images 3D acquises, pendant un événement pluvieux simulé, avec un scanner à rayons X très rapide (temps d’acquisition de 10 s par images 3D)
  • un nouveau traitement de données permettant d’identifier au cours du temps et de quantifier la présence d’eau dans le réseau de macropores.

 

Améliorer les modèles actuels pour mieux comprendre les processus

Cette méthode de traitement d'image 3D couplée au suivi dynamique de l’infiltration peut être utilisée pour améliorer l'analyse des processus et des mécanismes qui contrôlent l'écoulement préférentiel, en relation étroite avec la structure du sol à l'échelle de la colonne. Cette échelle est nécessaire pour prendre en compte l’effet d’une structure sur le phénomène macroscopique de transfert. Cette méthode constitue donc un outil d’amélioration des modèles de transfert, en particulier, des modèles à doubles compartiments de porosités utilisés habituellement.

Publication VZJ:

Identifying the Functional Macropore Network Related to Preferential Flow in Structured Soils

Stéphane Sammartino, Anne-Sophie Lissy, Christina Bogner, Romain Van Den Bogaert, Yvan Capowiez, Stéphane Ruy, Sophie Cornu.

doi:10.2136/vzj2015.05.0070