O-Assainissement Du Sol EPFL

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


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


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


d

2o2 hK4hzK8E+=

Analogie de Hooghoudt: h = h

cc qq

zo = d

22 hK4dhK8E +

cc


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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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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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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

-

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


68/100

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


69/100

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++


70/100

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.


71/100

Dpts l'intrieur du drain


72/100

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


73/100

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


74/100

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

,


75/100

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


76/100

Excution des drainages

Rtrocaveuse

Excavatrices roue

Draineuse-taupe


77/100

Avantages: - machine polyvalente

- ada te tous les t es de sol

Dsavantages: - lente

- fond de tranche rgler manuellement

- importants volumes excavs


78/100

Excavatrice roue

Avantages: - avance rapide (1500 3000 m/h)

-- tranche accessible (30 - 60 cm)

Dsavantages: - volume excav important

- difficults en terrain rocailleux


79/100

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


80/100


81/100

-

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


82/100

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


83/100

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.


84/100

Laser ligne

Laser en guidage automatique


85/100

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


86/100


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


87/100


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


88/100

Machine purger les drains


89/100

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


90/100

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


91/100

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


92/100

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.


93/100

Tassement de milieux tourbeux dans la Plaine de l'Orbe


94/100

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


95/100

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

.


96/100

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).


97/100

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.


98/100

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


99/100

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


100/100

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

O-Assainissement Du Sol EPFL

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