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Modélisation du transfert de leau dans le sol et amélioration de la représentation de la transpiration dans le modèle Zahra THOMAS (Agrocampus-Ouest) Isabelle.

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1 Modélisation du transfert de leau dans le sol et amélioration de la représentation de la transpiration dans le modèle Zahra THOMAS (Agrocampus-Ouest) Isabelle BRAUD (CEMAGREF Lyon) Jamila TARHOUNI (INAT) République Tunisienne Ministère de lEnseignement Supérieur Ministère de lAgriculture Et de la Recherche Scientifique Et des Ressources Hydrauliques Décembre

2 Plusieurs recherches ont montré que les structures linéaires boisées telles que la haie présentent des intérêts multiples et influent significativement sur le fonctionnement hydrologique au sein dun bassin versant. 2

3 Lors de laménagement dun bassin versant ( gestion des risques inondation ou sécheresse), il savère indispensable de prendre en considération limpact de ces structures linéaires sur le transfert de leau dans le sol, sur le bilan hydrique et peut être sur dautres processus physiques qui sopèrent à léchelle du bassin versant. 3

4 A cette fin, la modélisation semble être loutil le plus efficace pour quantifier cet impact étant donné la complexité des expérimentations et des processus physiques à léchelle des B.V. 4

5 Modéliser le transfert de leau dans la zone non saturée. Déceler limpact de la haie à léchelle du B.V. Améliorer la représentation de la transpiration ( terme du bilan hydrique difficile à prévoir) dans le modèle. 5

6 Un modèle 1D de type SVAT qui résout à la fois les bilans de masse et dénergie ? Un modèle 2 D qui résout simplement le bilan de masse? Quel est le modèle le plus approprié pour atteindre ces objectifs ? 6

7 Le choix est fait sur un modèle de type SVAT (Soil- vegetation - Atmosphere Transfer) : modèle numérique qui décrit de manière simplifiée les transferts dénergie et de matière qui s'opèrent entre le Sol, la Végétation et l'Atmosphère : SiSPAT Lobjectif dun tel modèle SVAT est de présenter au mieux linteraction entre la végétation et son environnement (sol et atmosphère). 7

8 SiSPAT (Simple Soil-Plant-Atmosphere Transfer ) est un modèle découlement vertical appliqué à léchelle de la parcelle. Il a été développé par Dantas-Antonino (1992) La seconde version a été améliorée par Isabelle BRAUD (2002) Il résout de façon couplée les transferts deau et de chaleur dans la zone non saturée. 8

9 1- Présentation du site expérimental : Le site expérimental est situé dans la région de la Bretagne, Département Ille et Vilaine sur la commune de Vezin- le - Coquet à 5 km à lOuest de Rennes. Situation géographique du site expérimental 9 Pont Lagot

10 2- Choix de la colonne du sol pour la modélisation : Toposéquence de la zone étudiée daprès Ghazavi et al., (2008) (AM : amont, AV : aval suivi de la distance par rapport à la haie 10 Amont Haie Aval Ruisseau

11 le profil typique est constitué de 3 horizons H1, H2 et H3 dont les épaisseurs sont successivement : 15 cm, 60 cm et 125 cm. H1 H2 H3 2 mètres Avec : Ag : horizon organo-minéral non labouré Sg : horizon structural à caractère rédoxique Cg II: horizon minéral de profondeur 11

12 3- Données nécessaires pour la modélisation: 3-1- Données tensiométriques et piézométriques: Vue en plan de la zone instrumentée avec les points de mesure (AM16, AM8, AM4, AM1, AV2, AV6 et AV12) et lemplacement des instruments de mesure (Ghazavi, 2008) 12

13 3-2- Données climatiques: Validation des données climatiques du site Vezin-le-Coquet 13

14 Forçage climatique: La particularité de cette étude réside dans la hauteur de la haie qui est de 15 mètres Passage des données climatiques de 2 m à 15 m de hauteur 14

15 3-3-Paramètres hydrodynamiques définis par le Modèle de Van Genuchten en utilisant des fonctions sur le logiciel R 15

16 16 4- Stratégie de la modélisation :

17 Simulation pour un mois sec (Septembre 2006) Simulation pour un mois humide (Janvier 2007) Simulations pour une période de 5 mois (01/01/07 au 31/05/07) Simulations pour une période de 8 mois (01/01/07 au 31/08/07) Simulations pour une période de18 mois (01/01/06 au 31/08/07) 17 Paramétrisation et calage Prise en main du modèle Validation 4-1- Chronologie de la modélisation :

18 4-2- Intervention au niveau du code de SiSPAT: Adopter le modèle à notre étude : 18

19 19

20 20 1- Trie des variables de sortie du fichier « out1.dat » : Nœuds Variables détat

21 21 Date Variables détat

22 2- Simulation pour une période de 5 mois: 2-1- Potentiel matriciel: 25 cm 150 cm 50 cm 100 cm 22

23 Vue en plan de la zone instrumentée avec les points de mesure (AM16, AM8, AM4, AM1, AV2, AV6 et AV12) et lemplacement des instruments de mesure (Ghazavi, 2008) 23

24 25 cm 50 cm 100 cm 150 cm 24

25 25 cm 50 cm 100 cm 150 cm 25

26 Potentiel matriciel : Pour les horizons superficiels : il est difficile de reproduire les potentiels matriciels par le modèle à ce niveau vu : Limportance des flux dans ces horizons : un nombre important de paramètres et des approximations numériques et la forte non linéarité des équations. Les mesures dans ces horizons peuvent être aberrantes en raison des manipulations exigées suite aux décrochements fréquents des tensiomètres à ce niveau. Pour les horizons les plus profonds (100 cm et 150 cm), les valeurs du potentiel matriciel simulées se confondent avec celles observées, ceci est dû : A la condition à la limite inférieure de type Dirichlet. A la présence dune nappe libre dont le niveau piézométrique atteint ces niveaux de profondeur. 26

27 2-2- Température : 50 cm 100 cm 150 cm 25cm 27

28 2-3- Bilan de masse: Pluie + remontée capillaire + Δ S = Evt + ruissellement = Evt cumEtr cum + Evs cum +interp cum 28

29 29

30 2-4- La paramétrisation : LAI : LAI en fonction du temps BibliographieETPObservations En fonction du stade phénologique 30

31 31

32 Profil racinaire en fonction du temps Niveau de la nappe Modèle type LAI Observation du site Le profil racinaire :

33 33

34 3- Essai damélioration des résultats de simulation : Présentation des différentes simulations : Simulation 1 : végétation de 2 mètres de hauteur, LAI nul et vent enregistré à 2 mètres. Simulation 2 : végétation de 2 mètres de hauteur, LAI > 0 mesuré pour une végétation entre 0 et 2 mètres et vent enregistré à 2 mètres. Simulation 3 : végétation de 2 mètres de hauteur, LAI > 0 mesuré pour une végétation entre 0 et 2 mètres et vent enregistré à 15 mètres. Simulation 4 : végétation de 15 mètres de hauteur, LAI > 0 mesuré pour une végétation entre 0 et 2 mètres et vent enregistré à 15 mètres. Simulation 5 : végétation de 15 mètres de hauteur, LAI > 0 mesuré pour une végétation entre 0, 2 et 15 mètres et vent enregistré à 15 mètres. 34

35 Potentiel matriciel : 25 cm 150 cm 50 cm 100 cm

36 36 25 cm 150 cm 50 cm 100 cm

37 37 Cumuls en mm 3-2- Bilan hydrique :

38 38 A travers les simulations on a pu confirmer limpact de la haie : Sur le bilan hydrique à léchelle locale via les deux termes de la transpiration (extraction racinaire) et de linterception calculés par SiSPAT. Sur le transfert de leau dans le sol : leffet de la haie sur la dynamique de leau est perceptible essentiellement pendant la période estivale (chute du potentiel matriciel) et se poursuit même pendant la période de lautomne (retard de lhumidification du sol). Sur la nappe libre présente dans la zone détude : cette dernière est souvent sollicitée par la haie pour satisfaire ses besoins en eau surtout en cas de déficit, ceci est mis en évidence par limportance de la remontée capillaire résultante des simulations avec SiSPAT.

39 39 Bilan de la simulation 4 Amélioration de la transpiration dans le modèle : La simulation 4 donne une meilleure représentation de la transpiration, de lévaporation du sol et de linterception :

40 Limpact de la haie est distingué à 3 niveaux : 40

41 + Modélisation du transfert de leau dans le sol (via le potentiel matriciel) - Le potentiel matriciel pendant la période estivale nest pas bien simulé ( modèle 1D qui néglige les flux latéraux ) + On a même pu modéliser le transfert thermique - Un effet de cumul derreur dont on doit tenir compte Amélioration de la transpiration, évaporation du sol et linterception : Une bonne paramétrisation du LAI et du profil racinaire Une meilleure simulation des flux sol-atmosphère 41

42 Les limites de SiSPAT: Etant donné quil est en 1D, il néglige les flux latéraux qui sont par contre très importants dans le cas de la haie Sol très sec 42 Importance des flux latéraux à la proximité de la haie (Ghazavi, 2008)

43 La reproduction de la pente en cas de dessèchement et de la réhumectation est décalée : passage de la macroporosité à la microporosité ou vice-versa. Absence dune fonction de drainage: Sol plus humide que la réalité surtout pendant les périodes où le niveau de la nappe augmente et la pluie est importante. 43

44 Toutefois, on pense que le terme dEvs englobe une partie du drainage. Nécessité dune fonction qui permet la distinction des deux termes. 44

45 Etude de la possibilité dinsertion de SiSPAT dans un modèle hydrologique distribué : Choix du modèle hydrologique : Il a les mêmes objectifs que ceux de SiSPAT ou bien déterminés en partie par SiSPAT. la détermination dune échelle appropriée pour lunité de modélisation ainsi quune représentation propre des processus hydrologique à cette échelle, ceci est conditionné par : La disponibilité des données dentrée et des paramètres pour chaque unité de modélisation Léchelle spatiale et temporelle des variables de sorties Les mesures prises pour la vérification des sorties du modèle 45

46 Malgré quil sagit dun modèle monodimensionnel, SiSPAT nous a permis de : Modéliser le transfert de leau et de chaleur dans le sol. Démontrer limpact de la haie à différents niveaux. Améliorer la représentation de quelques termes du bilan hydrique. Les résultats obtenus seront améliorés en tenant compte des flux latéraux, du ruissellement et de drainage ajouter des fonctions au niveau de SiSAPT pour les calculer. 46

47 MERCI DE VOTRE ATTENTION 47


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