Characterization of soil specific degradation for the northern region of Morocco

L’érosion hydrique est un processus majeur de dégradation des sols. Au Maroc, elle est considérée comme la principale cause de désertification. Elle entraîne une réduction du potentiel productif des sols et l'envasement des retenues de barrages conduisant à une perte du volume d'eau mobilisable et remettant en cause la durabilité de ces ouvrages hydrauliques. Des effets négatifs sont répercutés dans les domaines de la production de l'énergie électrique, de l'approvisionnement en eau potable et de l’irrigation. Face à l’ampleur de ce fléau, le Maroc doit multiplier ses interventions pour évaluer les conséquences de la dégradation des sols et mettre au point des programmes de conservation appropriés. Dans ce contexte, un échantillon de 15 barrages localisés au niveau de la région septentrionale du Maroc a été sélectionné en vue d’analyser l’envasement sur des périodes de 8 à 47 ans. Les données bathymétriques ont été fournies par la DRPE (Direction de la Recherche et de la Planification de l’Eau). Le présent papier a pour objectifs de i) caractériser la Dégradation Spécifique (DS) de la région septentrionale du Maroc à travers l'étude de 15 bassins versants ; ii) d'en déduire une gamme de variabilité de la DS dans cette région et iii) d'évaluer la pertinence de modèles simples basés sur la surface du bassin, ou la combinaison de la surface et de la lame écoulée moyenne annuelle, pour prédire la DS.L’approche adoptée repose sur la confrontation d'une mesure actualisée de la Dégradation Spécifique (DS) dérivée des levés bathymétriques avec des évaluations de cette dernière à l'aide de modèles établis pour prédire l’envasement des barrages au Maroc. L’analyse de l’alluvionnement des retenues de barrages par le dépouillement des levés bathymétriques sur des périodes allant de 8 à 47 ans montre un envasement total moyen annuel d’environ 0,6*109 m3, soit 13 % de la capacité totale initiale qui est de l’ordre de 4,6*109 m3 et une variabilité de la dégradation spécifique allant de 172 à 5365 t km-2an-1, soit un rapport de 1 à 31. Enfin, cette étude montre la très forte variabilité des performances de prédiction de la dégradation spécifique basées sur des modèles simples utilisant la surface de bassin et la lame écoulée. Mots clés : Érosion hydrique, Barrages, Envasement, Dégradation Spécifique, MarocWater erosion is a major process of soil degradation. In Morocco, it is regarded as the principal cause of desertification. It involves a reduction of the production potential of soils and as the silting of dam reservoirs leading to a loss of the amount of mobilizable water and brings up the issue of resilience of these hydraulic infrastructures. Adverse effects are reflected in the domains of energy production and irrigation and drinking water supplies. To face this challenge, Morocco must multiply its interventions to assess the consequences of soil degradation and to develop suitable programs of soil conservation. In this context, a sample of 15 catchment area located in the northern part of Morocco was selected in order to analyze the silting over periods of 8 to 47 years. The bathymetric data was provided by the DRPE (Direction of the Research and the Planning of Water).This paper aims i) to characterize the Specific Degradation (DS) of the northern part of Morocco through the study of 15 catchment areas; ii) to deduce a range of variability from the DS in this area and iii) to assess the relevance of simple models based on basin area, or the combination of basin area and the annual average flow, to predict the DS. The adopted approach is based on the confrontation of a current measurement of the Specific Degradation (DS) derived from the bathymetric surveys with assessments of the latter using models established to predict the silting of dams in Morocco. The analysis of siltation in dam reservoirs by the investigation of bathymetric data over periods from 8 to 47 years, shows an annual average total silting of approximately 0.6*109 m3, that is13% of the initial total capacity which is about 4.6*109 m3 and a variability of the specific degradation ranging from 172 to 5 365 tkm-2yr-1, that is a ratio of1 to 31. To end with, this study shows a significant variability of the performances of prediction of specific degradation based on simple models using the area of watershed and water flow. Key words: Water erosion, Dams, Silting, Specific degradation, Morocc

Evaluation Des Performances Du Modele Agro-Hydrologique SWAT à Reproduire Le Fonctionnement Hydrologique Du Bassin Versant Nakhla (Rif occidental, Maroc)

Une compréhension de toutes les composantes du bilan hydrique est indispensable pour raisonner les mesures de gestion rationnelle et durable de la ressource en eau. Malheureusement, plusieurs composantes du bilan hydrique ne sont pas facilement mesurables et le recours à la modélisation est souvent nécessaire. Pour ce faire, le modèle SWAT 2012 (Soil and Water Assessment Tool) a été mis en oeuvre à un pas de temps mensuel et journalier pour évaluer sa capacité à représenter le fonctionnement du bassin versant Nakhla, situé à 20 kilomètres au sud de la ville de Tétouan. Le traitement préalable des données existantes sur le bassin (MNT, pédologie, images satellitaires, données climatiques) a permis de reproduire les caractéristiques naturelles du terrain à une résolution spatiale adaptée aux objectifs de l’étude. La méthodologie adoptée repose sur l’usage du système d’information géographique libre (QGIS) combiné avec le modèle agro-hydrologique SWAT pour effectuer des opérations d’analyse et de modélisation du fonctionnement hydrologique à l’échelle du bassin versant et l’outil SWAT-Cup pour optimiser les opérations d’analyse de sensibilité et d’incertitude. Le processus de calibration est réalisé aux échelles temporelles mensuelle et journalière au niveau de la station Timezouk et au cours de trois périodes : de 1980 à 1983 pour l’initiation, de 1984 à 1987 pour la calibration et de 1988 à 1990 pour la validation. Les résultats obtenus après calage et validation à l’échelle mensuelle montrent une simulation satisfaisante des débits puisque la comparaison des débits mensuels observés et simulés pour la période de calibration a abouti à un NSE de 0,83 et un R2 de 0,88 au niveau de la station Timezouk. Les résultats à l’échelle journalière ne sont pas satisfaisant (NSE< 0.5), ce qui montre que la représentation de la dynamique haute-fréquence des flux d’eau doit encore être améliorée. A comprehension of all the components of water balance is essential for rational and durable management of the water resource. However, the direct assessment of several components of the water balance is very difficult and the use of modeling is often necessary. SWAT 2012 (Soil and Water Assessment Tool) model was thus implemented on a monthly and daily time steps to assess his ability to reproduce the hydrological functioning for the Nakhla watershed, which is located at 20 kilometers in the south of the city of Tetouan. Treatment of environmental data (MNT, pedology, satellite imagery and climatic data) allowed to describing the natural characteristic of the field at a resolution adapted to the objectives of the study. Adopted methodology consisted in the combined use of the SWAT agro hydrological model implemented in the QGIS geographical information system open source for operations of analysis and modeling of hydrological processes at the level of the watershed area and of SWAT-CUP tool to optimize the operations of sensitivity and uncertainty analysis. The calibration process was performed on two temporal scales; monthly and daily; and on the stations Timezouk; and over three periods: warm-up period from 1980 to 1983, calibration period from 1984 to 1987, and the validation period from 1988 to 1990. The results acquired after calibration and validation at monthly time step were satisfactory and presented good level of realism in the simulation of the discharge. The comparison of the monthly observed and simulated discharges for the period of calibration gave a NSE of 0.83 and R2 of 0.88 at the Timezouk station. Nevertheless, daily results are not satisfactory (NSE< 0.5), thus further improvements are required to better simulate the processes at a finer time step

Effects of inclusions and the presence of an adsorbing surface on lateral and flip-flop phase transitions in fluid membranes

In this paper, we first investigate the effects of inclusions on the critical behavior of a fluid bilayer biomembrane made of two incompatible amphiphiles A and B. Upon variation of certain appropriate parameters (temperature, lateral pressure, etc.), these lipid molecules can undergo a lateral or transverse phase separation into macro-phase domains. Such transitions are of ordered liquid-disordered liquid type, and the free energy allowing the description of the physical system is a two-order parameters field theory. We show that the presence of a random distribution of inclusions (proteins, enzymes, etc.) may generate a high order coupling interaction term Ωφ2ψ2, which tends to favor flip-flop transition. We evaluate in particular the effect, close to the consolute point, of inclusions on the behavior of the composition fluctuations, φ and ψ, as well as that of the partial and the overall compressibilities in terms of temperature T and chemical potential difference Δμ. Moreover, we show that the presence of inclusions (such as translocases) leaves the values of the critical exponents unchanged, but that the amplitudes are shifted to their high values. We have also established clear links with some experimental work, which concerns a vesicle membrane, proving in particular the existence of a critical temperature Tc in the medium coupling regime. In the second part of this work, we investigate how the critical behavior of the system is affected near an adsorbing wall. We assume that one or both amphiphiles are strongly adsorbed on the surface. We assist therefore to a quenched composition on the wall. The segregation is assumed to occur at low temperature. The influence, on the critical properties of the fluid membrane, of the quenched surface fluctuations is discussed, in all cases, and the composition profile determined

Reduction of phonon mean free path: from low temperature physics to room temperature applications in thermoelectricity

International audienceIt has been proposed for a long time now that the reduction of the thermal conductivity by reducing the phonon mean free path is one of the best way to improve the current performance of thermoelectrics. By measuring the thermal conductance and thermal conductivity of nanowires and thin films, we show different ways of increasing the phonon scattering from low temperature up to room temperature experiments. It is shown that playing with the geometry (constriction, periodic structures, nano-inclusions), from the ballistic to the diffusive limit, the phonon thermal transport can be severely altered in single crystalline semiconducting structures; the phonon mean free path being in consequence reduced. The diverse implications on thermoelectric properties will be eventually discussed.Reduction du libre parcours moyen des phonons : de la physique des basses températures aux applications en thermoélectricitésthermoélectricitésà l'ambiante. Il a ´ eté proposé depuis longtemps maintenant que dimi-nuer la conductivité thermique en réduisant le libre parcours moyen des phonons est une des meilleures facons d'améliorer les performances actuelles des matériaux thermoélectriques. En mesurant la conductance thermique et la conductivité thermique de nanofils et de couches minces, nous montrons différentesmanì eres d'augmenter la diffusion des phonons des basses températures jusqu'` a température ambiante. Il est montré qu'en jouant sur la géométrie (constriction, structures périodiques, nano-inclusions), ` a partir de la limite balistique jusqu'` a la limite diffusive, le transport thermique phononique peutêtrepeutêtre de facon significative altéré dans des structures monocris-tallines semiconductrices ; le libre parcours moyen des phononsétantphononsétant réduit en conséquence. Enfin, les diverses implications sur les propriétés thermoélectriques seront discutées

Thermal conductivity reduction due to phonon geometrical scattering in nano-engineered epitaxial germanium

International audienceNano-engineering crystalline materials can be used to tailor their thermal properties. By adding new nanoscale phonon scattering centers and controlling their size, one can effectively decrease the phonon mean free path and hence the thermal conductivity of a fully crystalline material. In this letter, we use the 3$\omega$ method in the temperature range of 100-300 K to experimentally report on the more than threefold reduction of the thermal conductivity of an epitaxially-grown crystalline germanium thin film with embedded polydispersed crystalline \ch{Ge3Mn5} nano-inclusions with diameters ranging from 5 to 25~nm. A detailed analysis of the structure of the thin film coupled with Monte Carlo simulations of phonon transport highlight the role of the nano-inclusions volume fraction in the reduction of the phononic contribution to the thermal conductivity, in particular its temperature dependence, leading to a phonon mean free path that is set by geometrical constraints

Core-shell nanostructure in a Ge0.9Mn0.1 film observed via structural and magnetic measurements

International audienceManganese-doped germanium films are model systems for the study of nanospinodal decomposition into Mn-rich nanostructures and its influence on the electronic and magnetic properties. Here we study a film of Ge0.9Mn0.1 forming self-organized nanocolumns perpendicular to a Ge substrate with high resolution scanning transmission electron microscopy combined with electron energy loss spectroscopy, bulk magnetization, and muon spin rotation and relaxation (mu SR) measurements. The Mn-rich nanocolumns approximately form a triangular lattice with no detectable Mn atoms in the matrix. We find that they consist of cores surrounded by shells. The combined analysis of bulk magnetization and mu SR data enables us to characterize the electronic and magnetic properties of both the cores and shells. We argue that the discovered phase separation of the columns between a core and a shell is relevant for other transition-metal-doped semiconductors