O-Assainissement Du Sol EPFL
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8/2/2019 O-Assainissement Du Sol EPFL
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COLE POLYTECHNIQUFDRALE DE LAUSANN
Logo optimis parJ.-D.Bonjour, SI-DGR
13.4.93
Section Sciences et Ingnierie de l'Environnement
Cours: Gestion du rgime hydrique dessols
Assainissement du sol
Prof. A. Mermoud
Dcembre 2007
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ASSAINISSEMENT DU SOL
Lassainissement englobe diverses
techniques qui assurent llimination
des eaux excdentaires du sol, ce qui
permet de le cultiver et dobtenir une
production suffisante et de qualit
Lassainissement comporte 3 phases:
- captage ou collecte des eaux excdentaires(drainage la parcelle)
-de collecteurs ou de fosss
- restitution au rseau hydro-graphique naturel (exutoire)
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Causes de l'excs d'humidit du sol
3 causes essentielles
1. Apports externes et/ou parasites d'eau
apports de l'extrieur de la zone
apports en provenance d'un cours d'eau
apports internes parasites ("mouillres")
2. Prsence prolonge d'une nappe peu
profonde
3. Stagnation temporaire des eaux de
prcipitation
dfaut d'infiltrabilit
dfaut de drainage interne
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Apports externes et/ou apports parasites d'eau
Apports d'eau en provenance de l'extrieur de lazone assainir
Remde: collecteur de ceinture (foss ou drain plac aufond d'une tranche trs permable)
Apports d'eau provenant d'un cours d'eau
Remde: contre-canal
alimentation excessive de la nappe
dbordement occasionnel
Remde: ouvrages de matrise des crues*
Apports internes parasites localiss ("mouillres")
dans les d ressions ou au droit de ru tures de ente
Remde: captages ou adaptation locale du drainagede dtail
Remde: tranche drainante
affleurements d'aquifres
Remde: installation d'un matriau permable surl'ensemble de la zone de rsurgence ettranche drainante
rsurgences plus ou moins diffuses d'eau profonde
* correction, endiguement, systmes de rtention; amnagements de surface
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Causes de formation de "mouillres"
Exemples d'assainissement de "mouillres"
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Prsence prolonge d'une nappe peu profonde
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Prsence prolonge d'une nappe
peu pro on e
drainage par tuyaux enterrs
,
dans certains cas, drainage par puits
en prsence d'apports latraux impor-
tants: interception pralable
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Stagnation temporaire des eaux de pluie
Dfaut dinfiltrabilit :
d la prsence dune strate peu permable en
surface (crote de battance, tassement superfi-
ciel, etc.) qui empche linfiltration
en terrain lat les eaux de luie sta nent en
surface
infiltration profonde empche par la faible con-
ductivit hydraulique du sol ou par la prsence
dune couche peu permable faible profondeur
(y c. semelle de labour) qui bloque linfiltration et
provoque lapparition dune nappe perche.
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Stagnation temporaire des eaux de
pluie : remdes
Dfaut dinfiltrabilit :
si les horizons sous-jacents prsentent une
bonne conductivit hydraulique: amlioration
de la structure de la strate superficielle
dans le cas contraire: draina e de surface
Dfaut de drainage interne :
en prsence d'une semelle de labour: sous-
solage profond
profonde: drainage de surface et/ou drainagesouterrain; si ncessaire, techniques asso-
cies
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Principales mthodes dedrainage
Drainage de surface
par fosss ciel ouvert
Drainage de subsurface
par ra ns en err s
classique
techniques associes
drainage taupe
drainage par galeries drainantes
'la nappe (marginales)
drainage par puits
biodraina e
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Systmes de drainage
A. Drainage de surface
par fosss ciel ouvert
.
classique
techniques associesdrainage taupe
drainage par galeries drainantes
C. Autres techniques de contrlee a nappe
drainage par puits
biodrainage
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Drainage par
fosss
Station de pompageCanal de drainage
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Drainage par fosss
- perte de surface cultivable
- difficult d'accs
- entretien onreux
- maladies hydriques
Envisageable dans certains cas:
- drainage de surface et souterrain simultans
- risques levs de colmatage chimique
- raisons financires
- sols tourbeux
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Drainage par drains enterrs
installation dans le sol de
drains: tuyaux perfors de 4
10 cm de diamtre
les drains se jettent dans un
rseau de collecteurs qui
vacuent leau vers un mis-
saire rivire lac etc.
les collecteurs recueillent galement souvent les
eaux de ruissellement de surface par l'interm-diaire de sacs re ards couverts d'une rille
en cas de pente insuffisante pour vacuer les
eaux par gravit, les eaux sont releves par une
station de om a e
aux points nvralgiques (jonctions entre collec-teurs, changements de direction et de pente, etc.),
on place des chambres de visite*.
* regards en ciment servant au contrle, l'aration et au rinage des conduites et collecteurs
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Drains(tuyaux perfors)
Nappe
Vers collecteurs
Drainage par drains enterrs
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Draina e - tau e
Techniques associes
Associe un rseau de drains conventionnel
grand cartement (30 60 m et plus) surmonts
d'un remblai poreux, un rseau dense de galeries
taupes*.
Aspects pratiques
galeries perpendiculaires aux files de drains diamtre: env. 4 cm
profondeur: 40 70 cm
cartement: 2 4 m
* Les galeries taupes sont ralises l'aide d'un tracteur solidaired'une charrue-tau e munie d'un boulet ex anseur. Ce dernierprovoque un lissage et un compactage des parois de la galeriequi conserve sa forme. Les sols doivent donc tre plastiques (teneuren argile leve et humidit suffisante).
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remblaiporeux
galerie taupe
ra n conven onne
Schma de principe du drainage taupe
Ralisation des galeries taupes
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Galeries drainantes
ec n ques assoc es
Associe un rseau de drains conventionnel
grand cartement (30 60 m) un rseau dense de
aleries drainantes er endiculaires. Drains etgaleries sont surmonts d'une chemise en gravier.
galeries (: 10 - 12 cm) surmontes dune chemisetroite (env. 5 cm de large), le tout rempli de gravier;
prof.: 70 80 cm; cartement: 10 15 m
spec s pra ques
drains: prof.: env. 1.2 m; pente > 0.3 %; chemise
drainante: 10 20 cm de large
collecteurs: prof.: env. 1.5 m; pente > 0.1 %
et chambres de visites aux jonctions collecteurs
secondaire/col. principal
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Schma de principe du drainage par galeries drainantes
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Autres techniques de contrle
de la nappe
Drainage par puits
Consiste provoquer un abaissement de la
nappe par pompage dans un rseau de puits
rgulirement distribus dans lespace, de
sorte ce que leurs cnes de dpression se
recoupent.
Mthode utilise principalement lorsque la
nappe doit tre abaisse fortement, en
sol par remontes capillaires (salinisationcapillaire).
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Bio drainage et bio-limination deseaux dinfiltration
Plantation de ranges darbres (eucalyptus, acacias, etc.)
ou dautres plantes halophytes autour des champs
a ricoles afin dliminer leau excdentaire du sol etdabaisser le niveau de la nappe.
Plantation darbres le long de canaux affects de pertes
importantes pour asscher le sol et limiter la percolation
profonde.
Avantages:- faible investissement su ortable ar les bnficiaires
- pas de recours des installations et matrielsexternes
- procd naturel, facile associer une approche de
dveloppement rural intgr
Inconvnients:
- emprise- contrle peu prcis de la nappe- peu actif dans llimination des sels accumuls dans
a zone rac na re
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Paramtres de dimensionnement
des rseaux d'assainissement de
subsurface
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Paramtres de dimensionnement des
rseaux d'assainissement de subsurface
Les caractristiques des rseaux:
cartement des drains ou fosss
profondeur
dbits vacuer
dimension des drains, fosss et collecteurs
etc.
se dfinissent sur la base de diffrentsparam res, en par cu er:
dure admissible de submersion
dbit caractristique de drainage
profondeur souhaitable de la nappe
caractristiques du sol
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Dure admissible de
submersion des cultures
D end: du moment de la sub-mersion
du type de vgtal
Valeurs frquemment retenues:
Cult. marachres 1 jour
Prairies 7 jours
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Dbit caractristique de drainage
Le rseau de drainage est dimensionn
pour pouvoir vacuer la pluie critique ic
admissible (DAS) et de priode de
retour donne (en gnral, 5 ans).
Le dbit caractristique qc que les drains
doivent pouvoir vacuer se calcule
partir de lintensit ic de la pluie critique:
qc = (1 e) ic
e : coefficient de ruissellement1 e : coefficient de restitution
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Station de Marcelin sur Morges (1926 1977)
Exemple de courbes intensit-dure-frquence
Si DAS = 1 jour ic 3 mm/h = 8.3 l/s haPour 1 e = 0.6 qc = 5 l/s ha
("Prcipitations extrmes dans les Alpes suisses et leurs rgions limitrophes"; FNP Birmensdorf)
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Profondeur critique de la nappe
En gnral, les drains sont placs de
telle sorte que pendant la pluie criti-
que (cas du rgime permanent) ou
aprs une dure dtermine (cas du
rgime variable), la nappe se trouve
auxprofondeursminimalessuivantes:
0.2 0.3 m pour les prairies
0.5 m pour les terres cultives
0.8 m pour les vergers
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Profondeur des drains
efficacit hydraulique: priori, intrt
accrotre la profondeur
considrations conomiques
Conditions locales:
cote de leau lexutoire
conditions pdologiques
risques dasschement excessif du sol
machines disponibles
risques de colmatage racinaire et de gel
Profondeurs courantes: 0.8 1.2 m
S stmes de draina e our contrler la salinit:profondeurfrquemmentbeaucoupplusimportante
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Caractristiques du sol
conductivit h drauli ue saturation
porosit de drainage
zonation du profil de sol
granulomtrie des diffrents horizons
caractristiques chimiques (pH, te-
neur en Fer, etc.).
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Calcul de l'cartement des drains,
des dbits vacuer et quation
de la nappe
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Approches de conception dunrseau d'assainissement
La conception du rseau diffre selon les
caractristiques pluviomtriques de la rgion:
pluies longues et frquentes durant la priode
critique (le sol na pas le temps de se ressuyer
compltement entre deux pisodes pluvieux) :
hypothse du rgime permanent plausible.
Dans ce cas, on cherche maintenir la nappe
en dessous dun niveau maximum ne pas
dpasser.
pluies intenses et de courte dure, relative-
ment espaces dans le temps: approche en
.
Dans ce cas, on cherche obtenir un abaisse-ment suffisant de la nappe dans un dlai
donn aprs la fin de la pluie.
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Calcul de l'cartement des drains
Cas de fi ures tudis
Rgime permanent:
drains poss sur une coucheimpermable
drains situs au-dessus dunecouche impermable
Rgime variable:
drains poss sur une couche
drains situs au-dessus dunecouche impermable
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Hypothses de Dupuit-Forchheimer
drains poss sur le substratum impermable
composante verticale des vitesses ngligeable
vitesses identiques en tous points d'une mme
verticale
quipotentielles thoriques verticales
coulement unidimensionnel horizontal(1D H) pour lequel le flux vaut (Darcy):
dH dzK K =
x x
q : flux ou dbit par unit de surfaceK : conductivit hydraulique saturationH : charge hydraulique
Sous les hypothses retenues, le flux en chaquepoint est donc proportionnel la pente de la
.
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Rabattement par drains reposant sur une couche
impermable, en rgime d'alimentation permanent
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xQ = dzQ K zet:
a a emen par ra ns reposan sur une couc e
impermable, en rgime dalimentation permanent
x
( )222c hz2K2xq 222
zh
x
0c dzzKdxxq
so t: c Calcul de lcartement E
20z2/Ex = soit: 2c hK4q =
et donc: cqK
h2E =Equation de la courbe de rabattement
222c zKhKxq
2
2
2
2c
h
z1
hK
xq soit: 1h
z
4Eq
xq2
2
2
c
2c =
et donc*: 1zx4 22 =hE 22
+* Equation d'une ellipse de demi-grand-axe E/2 et demi-petit axe h
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Rabattement par drains reposant sur une
couche impermable, en rgime permanent
Ecartement E des drains
c
KE 2h
q
h : hauteur de la nappe linter-drains
h = p n (p : profondeur des drains;
n : profondeur minimale de la nappe)
qc : dbit caractristique de drainage
Equation de la courbe de rabattement
K : cond. hydraulique saturation du sol
2 2
2 24x z
1E h
= Nappe cylindriquede forme elliptique
Dbit qy vacu par m de longueur de drain
y cq E q
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Rabattement par drains poss sur
une couche im ermable
Rgime permanent
Cas o la zone voisine des drains nest
pas suffisamment filtrante; la condition
au droit des drains devient:
x = E/2 z = he
( )2 2KEcartement E des drains:
( )ecq
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Rabattement par fosss reposant sur une
couche impermable, en rgime permanent
x
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dz
Rabattement par fosss reposant sur une couche
impermable, en rgime dalimentation permanent
xqQ cx = zdxx ( )222c hz2K2xq et:
zh
x
0c dzzKdxxq
soit:222
c zKhKxq
Calcul de lcartement E
0zz2/Ex = soit: 2022c zKhK4Eq
( )2 2K ( )0cq
Calcul de la courbe de rabattement
222
czKhKxq
2
2
2
2c
h
z1
hK
xq soit: 1h
z
hK
xq2
2
2
2c =
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Rabattement par fosss reposant sur une
couche impermable en rgime permanent
( )2 20c
KE 2 h z
q
so auss :
2o2 hK4hzK8E
+=
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Cas de drains ne reposant pas surune couche impermable
reposant pas sur un substratum tanche
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Rabattement par drains ne reposant pas sur une
couche impermable, en rgime permanent
Analogie de Hooghoudt
Pour viter davoir prendre en compte la composante
radiale de lcoulement vers un drain ne reposant pas
sur le substratum tanche, Hooghoudt (1940) a propo-s de remplacer le rseau de drains par un rseau
supposquivalentdefosssreposantsurun substra-
tum tanche fictif tel que, dans les 2 cas:
le dbit vacu soit le mme
la charge maximale h soit identique
lcartement E entre les ouvrages soit le mme
Le substratum fictif se trouve une profondeur d en-
dessous du plan des drains, dnomme profondeur
quivalente.
Lintrt de lanalogie de Hooghoudt est de remplacer
le cas rel complexe par un cas quivalent dont la so-lution est connue puisquil sagit dun foss reposant
directement sur le substratum impermable.
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Situation effective E uivalence de Hoo houdt
(coulement vers un drainne reposant pas sur le
substratum)
(coulement vers un fossatteignant une coucheimpermable fictive)
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oss s para es sur couche impermableRgime permanent
Analogie de Hooghoudt
d
2o2 hK4hzK8E+=
Analogie de Hooghoudt: h = h
cc qq
zo = d
22 hK4dhK8E +
cc
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Analogie de Hooghoudt
Commentaires
1. Possibilit de tenir compte dune htrognitlie la prsence d'horizons diffrents situs de
* :
2si
c 2 2
4 K h8 K h dq
E E+
2. Lorsque la contribution de l'coulement situ au-dessus du plan des drains peut tre nglige,l'quation de Hooghoudt se rduit :
28 K hd
q =E
(formule de Hooghoudt simplifie)
3. Pour unmme cartement E et une mmecharge
h linter-drains, le dbit des drains est toujoursplus faible lorsqu'ils reposent sur une coucheimpermable
* Ki : conductivit hydraulique saturation de la couche situe sous le plan des drainsKs : conductivit hydraulique saturation de la couche situe sur le plan des drains
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Formule de Hooghoudt
Calcul de la profondeur quivalente d
d 8D Dln 1
E u
= +pour D < E/4
Ed
E8 ln
u
= pour D > E/4
D : profondeur relle, en dessous des drains, de
lhorizon impermable
E : cartement des drains
u : primtre mouill des drains (de rayon r); en
gnral, on admet: u = r
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Rabattement par drains parallles sur
substratum tanche
c
KE h
q2
2
24
E
hKqc =
cy qEq =
( ) ( )E
thKtq
y
24=
E
hKq
y
24=
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Rgime variable en phase de tarissement
Drains poss sur une couche impermable
( ) ( )2y 4 K h tq t E ( )y dVq t dtV : volume d'eau susceptible d'alimenter les drains
= m = Aprs introduction dans les q. prcdentes et intgration:
( )2 0h h16Kt= ( )0h h
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Rgime variable en phase de tarissement
Ob .: abaisser la na e dune hauteur dans
Cas de drains poss sur une couche impermable
un dlai T
h0 : charge initiale linter-drains( )2 00
h h16KtE
h h
Dans l'hypothse o la variation temporelle du rabattement
peut tre considre comme linaire:
( )0 02 h h16KTE =
= o , so : = o
Si rabattement non linaire, on adopte frquemment:
h(t) = h0 e-t, soit, pour t = T: h(T) = h0 e-T : coe c ent e r act on e a nappe
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Rgime variable en phase de tarissement
Cas de drains situs au-dessusde la couche
Obj.: abaisser la nappe dune hauteur dansun dlai T
impermable - Formule de Glover-Dumm
d : profondeur12
2 0hK td = qu va en eh(t)
Hyp.: Variation temporelle du rabattement linaire: = o , so : = o 12
2 0
0
hK TdE ln 1.16
h
= Si rabattement non linaire:
h(t) = h0 e-t, soit, pour t = T: h(T) = h0 e-T : coefficient de raction de la nappe
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Ecartements courants des drains
Sols lourds ou compacts 10 - 15 m
Sols fins 15 - 20 m
Sols silto-sableux 15 - 25 m
Sols sableux 20 - 35 m
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arac r s ques g om r ques es ra nages
Profondeur des drains
maximum: 1.5 2 m
Profondeur frquemment impose: horizon peu permable,cote de lexutoire, etc.
Profondeur des collecteurs
viter les profondeurs > 3 m gnralement entours d'un filtre d'enrobage en gravier
pour accrotre leur rsistance aux contraintes externes*
Longueur maximale des files de drains
frquemment impose (topographie, emplacement descollecteurs, surface drainer, etc.)
coulement surface libre L = f (dbit collect, pente,diamtre, type de drains, etc.).
Longueur max. entre 200 et 300 m.
Pente des drains
souvent conditionne par la topographie v > 0.4 0.5 m/s, sinon filtres pente minimale: 1 2
* pour les diamtres suprieurs 60 cm et si la couverture de terre est infrieure 1 m ou
suprieure 2.5 m on ralise un enrobage de bton
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Trac dun rseau de drainage
Disposition spatiale des drains et
collecteurs fonction de:
- opograp e
- position de lmissaire
Zones drainer spares dans
lespace: systme naturel
- s stme lon itudinal
Zones drainer continues: syst-
mes rguliers drains parallles
- systme transversal- systme oblique
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Systme naturel
drains
Systme oblique (en
artes de hareng)
Systme transversal
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Conception dun rseau de drainage
1. Relev topographique prcis (1/1000)2. Dtermination des caractristiques du sol3. Conception du rseau
tude de lenvironnement hydrologique dfinition de la DAS recherche du dbit caractristique de drainage choix de la profondeur des drains et de la
profondeur minimale de la nappe
Calcul de lcartement des drains
laboration du rseau
tude du model du terrain, reconnaissance
des thalwegs et des lignes de crte esquisse prliminaire : disposition des collec-, ,
chambres de visite (changements de pente et dedirection, raccordements dautres collecteurs)(tous les 100 150 m)
trac du drainage de dtail
Calcul des dbits vacuer
,
profondeurs
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Dimensionnement des drains etcollecteurs
Q = V S
V = K R2/3 I1/2V = K R2/3 I1/2 S (Manning-Strickler)
Q = K R2/3 I1/2 S
Q : dbitS : section mouilleV : vitesse moyenne de l'eau
K : coefficient de rugositR : rayon hydraulique; R = S/P
I : pente de la ligne de chargepente du tuyau en rgime d'coulementuniforme
Drains:En rgime permanent: Qmax = qc E L
.
-
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Matriaux de drainage
(quasiment plus utiliss)
Drains annels avec filtre
Drains en matires plastiques
(PVC ou PE)
Drains lisses et ri ides
Drains annels
Autres
Drains annels avec filtre et drains lissesrigides
-
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Critres de choix des drains
cot; disponibilit locale
facilit de pose
rsistance lcrasement
efficacit hydraulique
caractristiques chimiques du sol
durabilit
Les drains en plastique rpondent la
plupart de ces exigences
Autres matriaux utiliss localement:
dcharge des drains
tronons a e pro on eur
passages sous obstacles zone risques de colmatage racinaire
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Typologie
Type de colmatage
colmatage externe colmatage interne
Moment dapparition
colmatage primaire colmatage secondaire
Causes
colmatage minral colmatage physico-chimique
Cas le plus frquent: colmatage secondaire,
dorigine minrale ou physico-chimique
Prvention valuation des risques
,
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Colmatage minral primaire
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Causes: pose des drains en conditionsextrmes dhumidit
turale : projection de boue ou enrobage parde la boue
ose en con ons r s s c es en so s r ssilteux : enrobage de silt susceptible de seprendre en masse lors dhumidification
Colmatage minral secondaire
Manifestationprogressivedanslesannessuivant la mise en place
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Typologie des FILTRES*
onc on y rau que re cou emen ;
gnralement filtre pais
Fonction darrt pour empcher les particules
fines des sols fins et instables (sols sableux,
sablo-silteux, etc.) d'entrer dans le drain ou
d'obstruer les orifices**. Le filtre d'arrt peut
tre peu pais ou pais.
Filtre darrt peu pais plac autour du drain:
filtre denrobage (paille, fibre de coco, bande
de feutre, fibre de verre, laine de verre, etc.)
Filtre pais (> 10cm) utilis pour combler la
tranche la place du matriel dexcavation:
filtre de remblai (tranche drainante ou
chemise drainante si le filtre est trs pais);
fonction hydraulique et/ou darrt
* Matriau plac autour du drain
** Un bon filtre darrt doit retenir les particules dangereuses (> 50 mm) etlaisser passer les fines susceptibles de le colmater
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Types de FILTRES
Filtres de remblai
gravier non calibr (filtres dcoulement) ou granulomtrie choisie (filtres darrt)
matriauxsynthtiquesexpanss(polystyrne,PE, etc.) ou matelas de fibres synthtiques
ma r aux organ ques pa e, our e, copeauxde bois, sciure, etc.)
Filtres denrobage
Fibres de coco, laine de verre, bandes de feutre,nylon, feuilles de polyester, paille, etc.
Matriauxorganiquesousynthtiquesmisenplacelors de la pose ou prdisposs autour du drains.
Filtres spciaux
FiltresAntocpour laprventiondedpts d'hydro-xydes ferriques: fragments d'corces de substan-
ces riches en phnol (chne, mimosa, etc.)enrobsdans desfibresdecoco ou de la paille. Lephnol se combine avec le fer pour former des
.
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Filtres sablo-graveleux
Sols bonne cohsion et bien structurs
Rle du filtre: faciliter lcoulement de leau versle drain
tout matriel poreux suffisamment perm-able peut tre utilis
,
La granulomtrie du filtre doit tre tudie scien-
tifiquement (normes SNV, SCS, etc.)
Le filtre doit tre:
suffisamment grossier (conductivit leve)
suffisamment fin pour retenir les particules
colmatantes
Epaisseur minimale du filtre: 10 cm
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Granulom trie des filtres d'arr t
sablo-graveleux
Base sur celle du sol en place autour du drain.
Critres de choix du filtre proposs par l'Associa-
tion suissede normalisation (SNV) et le US Bureau
SNV*
of Reclamation (USBR):
USBR
> 51515
D filtreD sol
D filtre
entre 10 et 40
< 25
< 515D filtreD sol
50D solen re e
< 5
> 185D filtreDiam. orif.
100% < 4 cm90% < 2 cm
* Norme SNV 670 125
D15: diamtrequivalentdesparticulescorrespondantun%pondralde15 %
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Evaluation du risque de colmatage
minral secondaire
Niveau ualitatif
Sols fins (A* > 20 30%) : bonne stabilit structurale
filtredcoulementventuellement ncessaire
o s r sques: so s peu co rents a e sta t struc-turale et faible teneur en argile (sols sableux et/ou silteux)
filtredarrtncessaire
Niveau quantitatif
Ex. de critres retenus pour caractriser les risques:
Sols risques levs:
so s sa eux: > e 50%
U < 5 (U = D60 / D10)
Sols faibles risques:
sols argileux: A > 20%
U > 15
* A : argile; S : sable; Sf : Silt fin (0.002 0.02 mm);
U : coefficient duniformit
Argile : < 0.002 mm Silt : 0.002 - 0.05 mm Sable : 0.05 - 2 mm Gravier : > 2 mm
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Quand utiliser un filtre?
Filtre darrt (ou denrobage)
lorsque le % d'argile est infrieur 20 %
d'une faon gnrale, lorsque lamajorit des particules se situent entre0.05 et 1.0 mm
le risque est trs grand lorsque plus de
la moiti des particules se situent entre. .
Filtre dcoulement (de remblai)
lorsque la conductivit hydraulique du
sol est mauvaise
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Colmatage physico-chimique
ferriques qui peuvent rsulter:
dune raction chimique (oxydation du
fer ferreux en fer ferrique)
de processus biologiques (oxydation par
Trs frquemment, les 2 processus
agissent simultanment
Colmatage ferrique des orifices dun drain
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Colmatage physico-chimique doriginechimique
Causes
Modifications des conditions physico-chimiques au
voisinage des drains
prcipitation de substances
ralablement dissoutes:
prcipitation de bicarbo-
nate de calcium (rare)
prcipitation de fer sous
forme de ions ferriques
Fe+++ eu solubles ox -
des, hydroxydes, gels
dhydroxydes) par oxyg-
nation du fer ferreux Fe++
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Colmatage physico-chimique li des
ractions biochimiques
Dpts ferriques rsultant de laction de bactries
faisant partie de la microflore des eaux souterrai-
nes (Gallionella, Lepthotrix).
Elles se reproduisent rapidement en colonies
lorsque les conditions sont favorables et se
dveloppent lintrieur du drain.
Le dpt de fer ferrique durcit au contact de lair.
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Dpts l'intrieur du drain
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Concentration en Fe++ dans la
solution de sol (mg/l) Risque de colmatage
pH < 7 pH > 7
< 0.5 < 1 Faible
Faible moyen0.5 - 1.0 1.0 - 3.0
Moyen lev
Elev trs lev
Trs lev
1.0 - 3.0 3.0 - 6.0
3.0 - 6.0 6.0 - 9.0
> 6.0 > 9.0
Critres dvaluation du risque de colmatage ferrique
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Sols risques de
colmatage ferrique
Argile silteuse
sols minraux, riches en fer
solsorganiquesettourbeux(marais) milieux dont la concentration en fer ferreux de la
pH basique
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Prvention du colmatage ferrique
emploi de filtres spciaux (ANTOC)
Substances riches en tanins : corces de chne, mimosa ou acacia
Phnols
cration dun milieu oxydantautour du drain favorisant la
rci itation du fer instal-lation dun remblai volumi-neux forte macroporosit)
modification chimique duEnrobage de gravier
pH du sol (chaulage)
Actions pralables:
procder des analyses chimiques du sol (pH,concentration en fer)
prvoir des facilits pour le nettoyage des
,
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Colmatage racinaire
Plantes enracinement dvelopp et profond
(colza, betterave, luzerne, bl, mas, etc.), certaines
Vgtaux risques
plantes adventices (chardon, ortie, prle, etc.) et
certains arbres (peuplier, saule, frne, etc.).
Lutte : prventive drains profonds
vitessedeleausuffisante(>0.5m/s)
viter les zones risques;sinces-saire, franchir ces zones en tuyauxnon perfors avec joints tanches
injection de substances chimiques(sulfate de cuivre, etc.)
purge haute pression
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Excution des drainages
Rtrocaveuse
Excavatrices roue
Draineuse-taupe
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Avantages: - machine polyvalente
- ada te tous les t es de sol
Dsavantages: - lente
- fond de tranche rgler manuellement
- importants volumes excavs
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Excavatrice roue
Avantages: - avance rapide (1500 3000 m/h)
-- tranche accessible (30 - 60 cm)
Dsavantages: - volume excav important
- difficults en terrain rocailleux
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Excavatrice chane
Avantages: - avance rapide (1500 3000 m/h)- contrle de la pente et de la pose du drain
Dsavantages: - difficult pour descendre dans la tranche
(25 - 40 cm)
- difficults en terrain rocailleux
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Avantages: - travail rapide (3000 4000 m/h)- pas de remblayage- suppor e es so s g remen roca eux
Dsavantages: - limit aux tuyaux souples
- difficults de poser des filtres
-
- excavatrice ncessaire pour les collecteurs
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Guidage au laser des machines de pose
Laser ligne
Faisceau laser (porte max.: env. 300m)
Direction et ente des drains contrles ar un cran de
rception quip de cellules photo-lectriques mont
sur la machine drainer
Dplacements ncessaires:
chaque changement de pente
chaque nouvelle file de drains
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Guidage au laser des machines de pose
metteur
rcepteur mont sur un mt tlescopique
compteur mtrique qui enregistre la distance
depuis le dbut de la tranche
botier de contrle et de rglage; permet dafficher
la pente souhaite par rapport laxe ou au plan
de rfrence. Le systme calcule et ajuste
constamment la hauteur du rcepteur sur le
fond de la tranche.
Laser fixe : dfinit un axe de rfrence et ne
ncessite pas de dplacement de lappareil en cas
de changement de pente.
Laser rotatif : dfinit un plan de rfrence et ne
ncessite que de rares dplacements lorsque la
zone couver e es erm n e.
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Laser ligne
Laser en guidage automatique
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Entretien des rseaux de drainage
Phnomnes justifiant un entretien :
ensablement et envasement
dpts d'hydroxydes ferriques
pntration de racines
prolifration d'algues et champignons
des drains, contre-pente, vices de fabri-
cation, rupture de tuyaux, etc.)
colmatage du filtre
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Entretien des rseaux de drainage
Phnomnes localiss: racines, animaux,
dpts, affaissement et rupture des drains,
, .
excaver une fouille, l'aval de l'endroit o
' '
dcouperoudmonterletronondedrains
dgager l'obstruction
rtablir le drain
purger la file de drains l'aide d'un appa-
reil haute pression pour liminer les
dpts l'amont de l'obstruction
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Entretien des rseaux de drainage
Phnomnes systmatiques : ensable-
ment, envasement, dpts ferriques et
biologiques, etc.
purge haute pression
en cas de faible envasement et de
dpts ferriques rcents : purge asse press on
colmatage des filtres, dpts ferri-
ques mportants, a a ssement es
drains : reconstruction totale oupartielle du rseau
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Machine purger les drains
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Impacts du drainage surlenvironnement
Impacts directs
Sur les eaux de surface (quantitatifs et qualitatifs)
Sur les eaux souterraines (y c sur le rgime
hydrique de zones humides mritant dtre
sauvegardes)
Impacts indirects
volution du mode
dexploitation du sol
Sanitaires
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Impacts positifs du drainage sur les
sols
Forte amlioration du potentiel agricole:
volution des caractristiques fonctionnellesdu sol (aration, rgime thermique, activit
biologique, potentiel redox, etc.) moyen et long terme : amlioration de la
structure du sol, de la capacit dinfiltration etde la circulation de leau; nouvel quilibre
rduction des contraintes dexploitation (accsaux parcelles, diversification des cultures, etc.)
Impacts ngatifs possibles
augmentation de la pression intergranulaire et
tassement
affaissement des sols tourbeux
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La pression intergranulaire Pi caractrise la pression
sol. Plus Pi est leve, plus le matriel se compacte.
i t wP P P Pt : pression totale cause par le poids dusol* au point considr = Poids/Surface
pression
Pw : pression hydraulique
Pt(z)
Pi
nappe
w zz
Si on abaisse la nappe, Pw(z) subit une translation vers le baset P augmente.
tassement du sol
Limportancedu tassement dpend du type de sol: plus le solest fin, plus il est sensible; les sols riches en MO sont lesplus affects.
* et, le cas chant, autres charges appliques en surface
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Affaissement des sols tourbeux
Trois causes majeures:
oxydation de la matire organique: transfor-mation du carbone organique en CO2
minralisation acclre
rtraction : accroissement de la pressionintergranulaire; en plus,accroissement de lasuccion, et donc des contraintes capillaires
rtraction irrversible de la matrice solide
sensibilit accrue lrosion olienne.
Tassement = f (type de tourbe, stade dedcomposition, conditions climatiques, cultu-res pratiques et profondeur de la nappe)
Entre quelquescm par an (0.5 2cm) en climat
tempr plusieurs cm par an (jusqu' 10 cm)
en climat tropical.
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Tassement de milieux tourbeux dans la Plaine de l'Orbe
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Laltration rapide des tourbes peut
tre ralentie par:
une gestion adquate de la nappe
le recours des mthodes dexploita-tion appropries (non labour par ex.)
le choix de cultures rsistantes la
submersion
la restitution du milieu l tat naturel
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Impacts quantitatifs des drainagessur les eaux de surface
Influence du re et des eaux de draina e fonction de:
- caractristiques hydrologiques du BV
- rapport surface assainie/surface totale du BV
- nature des matriaux surmontant les drains
Deux effets possibles:
augmentation de la capacit dinfiltration du sol etrduction du ruissellement
diminution des dbits de crue
acclration du transfert des eaux souterraines
vers l'missaire renforcement des dbits de crue
Le plus souvent, en particulier dans les BV de grandetailleetdefaiblepente, onobserveuneffet modrateurpour les crues de frquence leve ou ngligeabledans le cas de crues extrmes.
Dans certains petits BV relativement pentus, assainispar des drains surmonts de tranchesdrainantes,on
.
-
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Impacts qualitatifs sur les eaux
Composition des eaux de drainage
lments fortementexports:nitrates,chlorures,etc.
lments faiblement exports: ammonium, nitrites,
phosphore, pesticides, etc.
lments intermdiaires : sodium, potassium,
La qualit des eaux de drainage est trs variable,
, .
selon les conditions climatiques, le milieu et les
pratiques culturales
La com osition varie fortement dans le tem s durant
un pisode de crue, en cours de saison et dune
anne lautre (selon le climat et les pratiques
culturales).
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Effets du drainage sur les expor-
tations de substances solubles
Tendances frquemment observes:
Rduction des exportations de phosphates
et de pesticides, suite la diminution du
ruissellement et du transport solide la
surface du sol
Augmentation des exportations de nitrates,
suite l'accroissement des volumes d'eau
infiltre;parfoistoutefois,l'activitbiologique
plus intense stimule la minralisation et
l'absorption par les cultures.
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m nut on es mpacts sur es zones
humides sauvegarder
Zones intermdiaires permettant dassurer une
transition ro ressive entre milieux naturels et zonesexploites ( zones agricoles , zones industrielles,
zones de loisir, etc.).
Le dimensionnement des zones tampon fait intervenir
des aspects:
biologiques (sauvegarde de la diversit d'espces)
cologiques (prservation de biotopes)
trophiques (prvention de contaminations par desproduits phytosanitaires)
Approche pluridisciplinaire
y ro og ques pr ven on er sques ass c emen
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Zones de transition
Contacts agriculture - milieux naturels
Principales sources de perturbation :
Exportation de fertilisants et de
substances phytosanitaires
Dimensionnementdune zone tamponpour
prvenir une modification nfaste du
rgime hydrique:
dmarche empirique
approc es sem -emp r ques
approches base physique
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Dimensionnement dune zone tampon
valeurs empiriques : 30 < L < 300 m et plus
approches semi-empiriques :
L = 200 H K
L : largeur de la zone tampon (m)H : profondeur des drains (m)K : conductivit hydraulique saturation du sol (m/j)
Modlisation base h si ue :
KH tL 2.2
Drains poss sur une couche peu permable
t : dure de la priode de tarissement (j) : porosit de drainageDrains situs au dessus dune couche peu