Soutenance mémoire
Caractéristiques du sol
Revue de littérature:
Selon Henning (de Kuntze, 1978), les trois formes de colmatage se répartissent ainsi: 66 % par colmatage minéral, 30 % par colmatage ferrique et environ 4% par d’autres formes (racines, affaissement, défaut du drain). Le colmatage influence les vitesses de rabattement de la nappe et de tarissement du débit de différentes façons. Dans la plupart des cas, l’ensablement et le colmatage ferrique sont présents simultanément (Kuntze, 1978).
Colmatage minéral:
Le phénomène d’ensablement contribue à diminuer l’efficacité de drainage en obstruant la section d’écoulement des tuyaux de drainage. En 1985, plusieurs systèmes de drainage installés un peu partout au Québec contenaient des sédiments un an seulement après l’installation (Rollin et Bolduc, 1985). Les chercheurs ont proposé différents critères (coefficient d’uniformité, rapport d85/largeur des pertuis, indice de plasticité, etc.) pour déterminer le potentiel d’ensablement des sols sableux, mais aucun ne semble fonctionner de manière universelle (Lagacé et Skaggs, 1985b).
D’après Cros (1974), le phénomène d’ensablement se fait en deux étapes :
1. Ensablement primaire : puisqu’il est directement influencé par les conditions d’installation, il se produit suite à la mise en place du réseau de drainage, lorsque l’écoulement s’amorce;
2. Ensablement secondaire : il se produit lorsque l’écoulement défait les ponts formés par les particules consolidées.
C’est lors de l’ensablement primaire que la majorité des sédiments sont déposés dans le drain (Lagacé et Skaggs, 1985a ; 1985b). L’expérience de Lagacé et Skaggs (1985a) a permis d’observer que l’entrée des sédiments se fait principalement par le bas du drain. Au travers de diverses études (Lagacé et Skaggs, 1985b; Williardson, 1979), différents facteurs influençant le potentiel d’ensablement ont été ciblés : la texture et la structure du sol, les conditions d’installation et le rayon hydraulique des pertuis.
Caractéristiques du sol
Plusieurs études s’intéressant aux problématiques d’ensablement ont montré l’importance de la texture du sol en ciblant les sols les plus à risques. Ces sols étaient ceux ayant une grande proportion de particules dont le diamètre variait de 0,050 mm à 0,15 mm, sans qu’aucun seuil critique ne soit toutefois établi (Lagacé et Skaggs, 1988). L’étude de Lagacé et Skaggs (1985b) a montré qu’il est possible de prévoir le niveau potentiel d’ensablement, de façon quantitative, à l’aide d’une méthode d’analyse des agrégats. La structure (présence d’agrégats) est donc un facteur influençant l’ensablement. Aucun critère universel n’a pu être établi mais l’étude a montré qu’un sol bien structuré aura sa courbe des agrégats très éloignée de sa courbe granulométrique, alors qu’un sol mal structuré verra ses deux courbes très rapprochées.
Ouvertures des pertuis
Lagacé et Skaggs (1985a) ont montré que l’augmentation du rayon hydraulique des pertuis explique mieux l’ensablement croissant que l’augmentation de la largeur des pertuis. L’étude de Brouillette et al. (1985) a permis de pointer que de grandes variations au niveau des ouvertures des pertuis des drains existent. Les auteurs soulignent la possibilité d’une meilleure efficacité contre l’ensablement par un contrôle initial de l’uniformité des ouvertures des drains par l’industrie.
Activité des bactéries ferrugineuses
Différentes études ont montré l’importance des bactéries en tant que catalyseurs de la précipitation du fer en hydroxyde ferrique (Asselin 1985a). Ford (1979c) a d’ailleurs conclu qu’il ne pouvait y avoir de déposition d’ocre sans l’activité de microorganismes. Plusieurs chercheurs se sont intéressés à la présence des différentes bactéries ferrugineuses (Houot et Berthelin, 1991; Ford, 1979; Ivarson et Sojak, 1978).
Hypothèse et objectifs:
L’hypothèse de travail est qu’un drain avec des pertuis d’une largeur supérieure à 2 mm et au matériel filtrant de 250 microns contribuent à maintenir un drainage efficace en freinant l’ensablement et le colmatage ferrique dans les sols sableux et ferreux. L’objectif principal est de quantifier à quelle vitesse se feront l’ensablement et le colmatage pour différentes combinaisons de drains et de matériaux filtrants. Les objectifs secondaires, pour ces différentes combinaisons, sont :
– de mesurer les paramètres hydrauliques influencés par le colmatage;
– de caractériser les paramètres physicochimiques de l’eau dans le sol et de l’eau de drainage;
– de procéder à l’évaluation du colmatage et de l’ensablement des drains.
Données météorologiques:
Les données de précipitations et de températures de l’air ambiant proviennent de la station météorologique de Nicolet (# 7025440), située à 11,19 km du site. Le site des données climatiques du Ministère du développement durable, de l’environnement et de lutte aux changements climatiques du Québec (MDDELCC, 2016) fourni les valeurs des précipitations.
Caractéristiques du sol:
Pédologie
L’étude pédologique du comté de Nicolet (Choinière et Laplante, 1948) classe le sol de la parcelle expérimentale comme alluvions récentes non différenciées. Ce type de sol regroupe des sols à textures extrêmement variables, en général assez fertiles mais aussi très susceptibles de subir des inondations printanières .
Granulométrie, potentiel de colmatage et conductivité hydraulique
La figure 6 présente la localisation des échantillonnages des analyses granulométriques préliminaires et des tests de potentiel de colmatage (pH et ions ferreux) ainsi que les points où les mesures de conductivité hydraulique ont été réalisées.
Plan de drainage
Les travaux de pose du réseau de drainage ont été effectués dans la semaine du 22 septembre 2014. L’installation s’est faite dans de bonnes conditions (humidité favorable et nappe basse), ce qui permet d’éviter les problématiques d’ensablement. Le plan de drainage est présenté à l’annexe 1. Des fossés bordent le champ mais les conditions limites du site sont établies en fonction des collecteurs.
Relevés au champ
Lorsque des débits sont observés à la sortie des petits collecteurs dans les puisards, les profondeurs des nappes et les débits totaux sont mesurés.
Paramètres hydrauliques influençant le colmatage:
Les observations de hauteurs de la nappe et de débits aux collecteurs ont débuté en novembre 2014 et se sont poursuivies au printemps 2015 et en décembre 2015. Le tableau 11 présente les dates des relevés et les précipitations mesurées par la station de Nicolet (MDDELCC, 2016) la veille et le jour de chaque relevé. Les mesures prises le 27 novembre 2014, montrant des incohérences qui n’ont pu être expliquées, n’ont pas été considérées dans les résultats.
Rabattement de la nappe
Pour faire le suivi du rabattement de la nappe, des mesures de la hauteur de la nappe sont analysées lors de journées consécutives suivant une averse. Pour étudier le rabattement de la nappe, une approche par graphique a été utilisée : le logarithme de la hauteur de la nappe (cm) en fonction du temps (h). Les courbes de rabattement de la nappe de chaque traitement (2-250, 2- 450, 3-110, 3-250 et 3-450) sont présentées aux figures 21 à 25 respectivement. Seulement deux épisodes de pluie ont pu être suivis sur plus d’une journée consécutive, sans qu’aucune précipitation ne vienne interférer dans les mesures. Dans les deux cas, les mesures ont été prises sur deux jours : le 11-12 juin 2015 et le 15-16 décembre 2015. Les nappes les plus hautes pour chaque parcelle ont été mesurées le 15 décembre.
Bactéries ferrugineuses
Étant donné le rôle important des bactéries en tant que catalyseur de la réaction d’oxydation du fer ferreux, le 15 décembre 2015, quatre échantillons d’eau ont été prélevés aléatoirement au champ dans trois puits d’observation. Les trois échantillons, provenant de puits d’observation différents, ont été envoyés pour des analyses de dénombrement des bactéries ferrugineuses au laboratoire Environex. Les résultats informent qu’aucune bactérie n’était présente. Un échantillon, prélevé dans le même puits d’observation qu’un des échantillons envoyé au laboratoire, a été testé positif aux bactéries ferrugineuses avec la bouteille IRB-Bart de Droycon Bioconcepts inc. (DBI, 2013).
Conclusion:
Le but de ce projet était de quantifier les vitesses d’ensablement et de colmatage ferrique pour différentes combinaisons de drains et de matériaux filtrants. Le dispositif expérimental comprenait six traitements (répartis en trois blocs) :
– Drain avec pertuis de 1,8 mm et filtre 250 μm;
– Drain avec pertuis de 1,8 mm et filtre 450 μm;
– Drain avec pertuis de 3 mm et filtre 110 μm;
– Drain avec pertuis de 3 mm et filtre 250 μm;
– Drain avec pertuis de 3 mm et filtre 450 μm;
– Un témoin sans drainage.
Les débits ont été mesurés à la sortie des drains de chaque parcelle et les hauteurs des nappes ont été mesurées avec un bulleur dans des puits d’observation. Le suivi du pH, du potentiel d’oxydoréduction et du contenu en Fe2+a été réalisé dans l’eau de la nappe (puits d’observation) et dans l’eau des drains (collecteurs). Des analyses des populations de bactéries ferrugineuses ont été effectuées avec deux méthodes à partir d’échantillons d’eau des puits d’observation.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Revue de littérature
1.1. Colmatage minéral
1.2. Colmatage ferrique
1.3. Paramètres hydrauliques influençant le colmatage
1.4. Moyens de contrôle
Chapitre 2 : Hypothèse et objectifs
Chapitre 3 : Matériel et méthode
3.1. Site expérimental
3.2. Données météorologiques
3.3. Caractéristiques du sol
3.4. Dispositif expérimental
3.5. Plan de drainage
3.6. Relevés au champ
3.7. Facteurs hydrauliques influençant le colmatage
3.8. Paramètres physicochimiques de l’eau
3.9. Bactéries ferrugineuses
3.10. Suivi du colmatage
Chapitre 4 : Résultats et discussion
4.1. Caractéristiques du sol
4.2. Paramètres hydrauliques influençant le colmatage
4.3. Paramètres physicochimiques de l’eau
4.4. Bactéries ferrugineuses
4.5. Suivi du colmatage
Conclusion
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