An assessment of borehole infiltration analyses for measuring field-saturated hydraulic conductivity in the vadose zone.

Reynolds, W.D. (2013). « An assessment of borehole infiltration analyses for measuring field-saturated hydraulic conductivity in the vadose zone. », Engineering Geology, 159(12), p. 119-130. doi : 10.1016/j.enggeo.2013.02.006  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Diverses méthodes fondées sur des essais de perméabilité en trou de sondage unique sont largement utilisées pour mesurer in situ la conductivité hydraulique à saturation au champ (Kfs) de la zone non saturée (zone « vadose »). Dans les domaines du génie génétique et de la gestion des eaux, on utilise beaucoup les méthodes « USBR » (assimilables à celles du United States Bureau of Reclamation) pour analyser les données obtenues au moyen de ces essais, tandis que dans les domaines de l’agronomie et de l’environnement on préfère les méthodes « BP », faisant appel à un perméamètre installé dans le trou de sondage (borehole permeameter). Or, on ne sait pas vraiment dans quelle mesure les analyses USBR et BP donnent des résultats comparables. La présente étude visait donc à comparer les deux types de méthodes et à formuler des recommandations pour les analyses USBR et BP à charge constante et à charge décroissante les plus communément utilisées, quant à leurs conditions de validité et à leur exactitude pour la détermination de la Kfs. Nous avons obtenu des simulations numériques HYDRUS-2D de l’écoulement en milieu axisymétrique à saturation variable pour diverses valeurs préétablies de la Kfs, de deux paramètres décrivant la capillarité du milieu poreux (nombre sorptif, α*, et changement de la teneur en eau, ∆θ) et de deux paramètres décrivant la géométrie de la surface de sortie (longueur, L, et rayon, a), et nous avons employé ces simulations pour générer des données de perméabilité indépendantes de la perturbation, en vue des analyses USBR et BP. Ces simulations nous ont permis d’obtenir des données sur le taux d’écoulement sous charge constante (QS) en fonction de la charge d’eau constante (H), dans le cas des essais à charge constante, et sur la charge d’eau (Ht) en fonction du temps (t), dans le cas des essais à charge décroissante. Les estimations de la Kfs obtenues avec les essais USBR à charge constante étaient généralement exactes (erreur ≤ 25 %) lorsque H/a ≥ 10, α* ≥ 12 m−1, a ≥ 10 cm et L/a ≥ 10, mais cette méthode pouvait générer une surestimation ou une sous-estimation de plus d’un ordre de grandeur lorsque ces conditions n’étaient pas respectées. Les essais USBR à charge décroissante semblaient toujours générer une surestimation ou une sous-estimation de la Kfs (erreur > 25 %), et les surestimations pouvaient être supérieures à un ordre de grandeur lorsque les données au temps court de Ht en fonction du t étaient utilisées. Les analyses BP à charge constante et à charge décroissante, par contre, ont produit des estimations de la Kfs exactes (erreur ≤ 26 %) dans le cas de tous les scénarios utilisés. Nous recommandons donc que les analyses BP soient employées pour toutes les configurations de trou de sondage et tous les types de milieu poreux mis à l’essai et que les analyses USBR soient réservées aux essais à charge constante respectant les conditions précitées.

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