Modélisations numérique et expérimentale du ruissellement. Effet de la rugosité sur les distances de transfert

Abstract

Mémoire de Géosciences-Rennes n°93, 170 p. ISBN : 2-905532-62-0Soil surface morphology affects overland flow and vice versa. The goal of this study was to gain new insights into control mechanisms and their interactions. Attention is focused on sheetflow in inter-rill areas. A numerical model, based on a conditioned walker technique, is used. Effects of water surface storage on overland flow generation are analysed. Generation of overland flow is described as a development of connections between depressions. Being similar to a percolation process, a formal description of system size on the dynamics of overland flow is performed. Numerically generated surfaces enable one to examine external dynamics (using a runoff coefficient) and internal dynamics (using a transfer distance). The water transfer distance is a relevant measurement to understand system behaviour. This cannot be achieved if only the runoff coefficient is measured. Effects of the different kinds of roughness depend mainly on their amplitudes. Short-range correlation does not affect connection development. Driving particle redistribution, overland flow causes non-obvious modifications of surface geometry. Processes able to modify local morphology have the strongest consequences on overland flow generation. However, usual methods do not characterise such modifications. Applied to water and particle transfers, the redistribution of dissolved matter is also studied.La morphologie de la surface du sol conditionne le ruissellement et réciproquement. Cette étude a été menée dans le but de mieux comprendre les mécanismes de contrôle et leurs interactions. Elle s'est focalisée sur le ruissellement diffus de type inter-rigoles. Ce travail s'appuie sur un modèle numérique basé sur la technique des marcheurs conditionnés. La dynamique du stockage de l'eau en surface est finement analysée en termes de genèse et de propagation du ruissellement. Nous montrons que la propagation du ruissellement, considérée comme un développement de connexions entre dépressions, peut être assimilée à un processus de percolation. Une relation formelle entre la taille du système et la dynamique du ruissellement est proposée. Des surfaces numériquement générées permettent l'examen des dynamiques externes, à partir du calcul du coefficient de ruissellement, et internes, à partir d'un calcul de la distance de transfert. La distance de transfert est une mesure pertinente pour comprendre le comportement du système, le coefficient de ruissellement n'y suffisant pas. Les effets des différentes rugosités dépendent principalement de leurs amplitudes. La corrélation observée à courte distance ne modifie pas le développement des connexions. En étant le moteur des redistributions de particules, l'écoulement d'eau aboutit à des évolutions non triviales de la géométrie des surfaces. Ce sont les processus affectant localement la morphologie de la surface qui ont les plus fortes conséquences sur le déclenchement du ruissellement. Toutefois, les méthodes courantes ne peuvent pas mettre en évidence ce type de modifications. Essentiellement focalisée sur les transferts d'eau et de particules, la redistribution de substances dissoutes est aussi abordée