Brevet FR2965057A1 — publié le 20120323

Système d'étude de transfert hydrique dans un sol L'invention se rapporte à un système d'étude de transfert hydrique dans un sol. En particulier, l'invention se rapporte à un système d'étude de transfert hydrique dans un sol, comprenant : - un réservoir adapté pour contenir un volume déterminé de sol, le réservoir s'étendant selon une direction verticale entre un fond et une ouverture supérieure, - un dispositif de récupération des eaux d'infiltration agencé dans le réservoir, à distance de l'ouverture supérieure pour recueillir au moins une partie des eaux circulant dans le volume de sol. Un tel système, connu sous le nom de mésocosme, permettant de faire varier différents paramètres d'étude et de recueillir différentes données, est généralement utilisé pour l'étude d'un écosystème présent dans le sol. En particulier, ce mésocosme constitue une case lysimètrique permettant d'étudier le comportement des eaux d'infiltration dans le sol, l'impact des eaux d'infiltration sur le sol ou sur les organismes ou microorganismes constituant l'écosystème du sol. L'invention vise à améliorer le système connu. A cet effet, l'invention propose un système d'étude de transfert hydrique du type précité comprenant en outre un dispositif de récupération des eaux de ruissellement agencé pour recueillir au moins une partie des eaux reçues par une surface supérieure du volume de sol. Ainsi, l'invention permet de recueillir des données sur l'ensemble des transferts hydriques dans le sol afin de compléter le bilan hydrique du système d'étude. En particulier, le système selon l'invention permet de mesurer les ruissellements hydrodynamiques de surface. Dans un mode de réalisation, le réservoir comporte un bord supérieur s'étendant globalement dans un plan perpendiculaire à la direction verticale et définissant l'ouverture supérieure, le dispositif de récupération des eaux de ruissellement comprenant une gouttière s'étendant sensiblement parallèlement au bord supérieur du réservoir. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de récupération des eaux de ruissellement peut comprendre un réceptacle en communication de fluide avec la gouttière, et un système de mesure de la hauteur d'eau dans le réceptacle. Par ailleurs, le dispositif de récupération des eaux d'infiltration peut comprendre une conduite agencée au fond du réservoir. En particulier, la conduite peut s'étendre selon une direction horizontale perpendiculaire à la direction 15 verticale. En outre, pour améliorer la récupération des eaux d'infiltration et ainsi fiabiliser l'étude de l'infiltration des eaux circulant dans le volume de sol, le fond peut être conformé pour converger vers la 20 conduite. Le dispositif de récuperation des eaux d'infiltration peut comprendre un réceptacle en communication de fluide avec la conduite, et un système de mesure de la hauteur d'eau dans le réceptacle. 25 En particulier, le réceptacle peut présenter une ouverture débouchant directement dans la conduite. On peut prévoir que le système de mesure de la hauteur d'eau du dispositif de récupération des eaux de ruissellement et/ou du dispositif de récupération des 30 eaux d'infiltration soit un limnimètre à flotteur. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non-limitatif, la description étant faite en 35 référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un système d'étude de transfert hydrique dans un sol, le système comprenant un réservoir, un dispositif de récupération des eaux d'infiltration et un dispositif de récupération des eaux de ruissellement, le réservoir ayant un fond représenté en transparence de parois pour permettre la visualisation du dispositif de récupération des eaux d'infiltration, - la figure 2 est une représentation schématique en perspective du système de la figure 1, le système étant instrumenté pour permettre la collecte de données notamment concernant le sol placé dans le réservoir et/ou les conditions environnantes, - la figure 3 est une représentation schématique d'un limnimètre à flotteur permettant de mesurer la hauteur d'eau dans les dispositifs de récupération des eaux d'infiltration et de ruissellement. La figure 1 représente un mésocosme 1 constituant un système d'étude de transfert hydrique dans un sol selon un mode de réalisation de l'invention. Le mésocosme 1 est une unité hors-sol utilisée notamment pour pouvoir évaluer l'impact de différents apports de matière organique sur la qualité physico-chimique du sol et de l'eau ou pour étudier la dynamique des polluants dans les sols et leur transfert vers le milieu aquatique. En particulier, le mésocosme 1 représenté sur les figures est adapté pour mesurer les ruissellements hydrodynamiques de surface et l'infiltration de l'eau dans le sol. Le mésocosme comprend pour ce faire : - un réservoir 5 adapté pour contenir un volume déterminé de sol, - un dispositif de récupération des eaux d'infiltration 15, et - un dispositif de récupération des eaux de ruissellement 25. Le réservoir 5, réalisé par exemple en briques et recouvert d'enduit cimenté ou d'une couverture plastique non dégradable pour assurer une étanchéité, présente une forme cylindrique, de section carrée, qui s'étend selon un axe central A agencé parallèlement à une direction verticale Z. Le réservoir 5 comporte un fond formé par un socle 10, et un bord supérieur 11 opposé au socle 10 et définissant une ouverture supérieure 12 qui s'étend globalement dans un plan horizontal perpendiculaire à la direction verticale Z. Le socle 10, réalisé par exemple par une plaque 13 en acier inoxydable, est incliné par rapport à un plan horizontal de sorte à présenter une pente qui s'étend depuis une paroi dorsale 6 du réservoir 5 vers une paroi frontale 8 du réservoir 5, en s'écartant de l'ouverture supérieure 12. Par exemple, la pente présente une inclinaison inférieure à 1o%, notamment de 6%. Le réservoir 5 présente des dimensions adaptées pour contenir le volume de sol souhaité, par exemple 1 m3 Le dispositif de récuperation des eaux d'infiltration 15 est agencé dans le réservoir 5, à distance de l'ouverture supérieure 12 pour recueillir au moins une partie des eaux, par exemple des eaux de pluie, atteignant une surface supérieure du sol placé dans le réservoir 5 et circulant dans le volume de sol. Sur la figure 1, le dispositif de récupération des eaux d'infiltration 15 comprend une conduite 16 ouverte verticalement et agencée au fond du réservoir 5. En particulier, la conduite 16 est réalisée en une seule pièce avec le socle 10. La plaque 13 est alors conformée le long d'un bord attenant la paroi frontale 8 du réservoir 5 pour former la conduite 16, allongée s'étendant selon une direction transversale Y, horizontale, perpendiculaire à la direction verticale Z. De cette manière, du fait de la pente du reste de la plaque 13 constituant le socle 10, le socle 10 converge vers la conduite 16. La conduite 16 peut recevoir des éléments filtrant, non représentés, adaptés pour retenir des particules de sol présentant une dimension supérieure à une dimension déterminée. Par exemple, des graviers et/ou du sable constituant les éléments filtrant peuvent être disposés dans la conduite 16 pour retenir les particules de sol les plus grossières. Le dispositif de récupération des eaux d'infiltration 15 comprend également un réceptacle 17 en communication de fluide avec la conduite 16. Sur la figure 1, le réceptacle 17 est agencé parallèlement à l'axe central A de manière attenante à la conduite 16 et présente une ouverture 18 débouchant directement dans la conduite 16. Dans le mode de réalisation représenté, la conduite 16 est allongée et agencée de manière attenante à la paroi frontale 8 du réservoir 5. Elle est, en outre, réalisée en seule pièce avec le socle 10. Toutes autres réalisations du fond et de la conduite peuvent toutefois être envisagées. En particulier, la conduite pourrait présenter une toute autre forme et un tout autre agencement. De même, toute autre conformation du fond pour converger vers la conduite peut être prévue. Par exemple, la conduite pourrait s'étendre le long d'une autre paroi du réservoir 5, notamment le long de la paroi dorsale 6 ou selon une direction longitudinale X, horizontale, perpendiculaire aux directions transversale Y et verticale Z, le long de l'une des deux parois latérales 7 s'étendant entre les parois frontale 8 et dorsale 6, le fond présentant alors une pente inclinée ou une courbure vers cette autre paroi. La conduite pourrait également s'étendre à distance des parois du réservoir 5, le fond présentant une forme générale en U ou en V ou une courbure pour converger vers la conduite. La conduite pourrait encore être cylindrique selon un axe parallèle à l'axe central, le fond présentant une forme d'entonnoir convergeant vers la conduite. Sur la figure 1, le réservoir 5 repose sur une base 20 creuse définissant un logement 21 ouvert vers l'extérieur. En particulier, la base est cylindrique de section carrée avec des parois dorsale 23 et latérales 24 alignées et agencées dans la continuité des parois dorsale 6 et latérales 7 du réservoir 5, respectivement. La base 20 présente une ouverture 22 du côté de la paroi frontale 8 du réservoir 5. Dans le mode de réalisation représenté, le mésocosme 1 avec le réservoir 5 et la base 20 précédemment décrits présente une forme généralement parallélépipédique de section carrée s'étendant selon l'axe central A. L'invention n'est toutefois pas limitée à un mésocosme 1 de ce type. On peut notamment prévoir que le réservoir 5 soit cylindrique avec une section polygonale autre que carrée, une section circulaire, elliptique ou autre. La base peut également présenter toute autre forme appropriée. Le dispositif de récupération des eaux de ruissellement 25 est, quant à lui, agencé pour recueillir au moins une partie des eaux reçues par la surface supérieure du volume de sol et s'écoulant sur cette surface, sans pénétrer en profondeur dans le sol. Sur la figure 1, le dispositif de récupération des eaux de ruissellement 25 comprend une gouttière 26 s'étendant sensiblement parallèlement au bord supérieur 11 du réservoir 5. La gouttière 26 présente une ouverture supérieure 27 et est agencée pour que cette ouverture supérieure 27 affleure la surface supérieure, exposé vers l'extérieur, du sol placé dans le réservoir 5. La gouttière 26 est, par exemple, placée sur un décrochement 9 ménagé sur le bord supérieur 11 de la paroi frontale 8 pour s'étendre selon la direction transversale Y. L'ouverture supérieure 27 de la gouttière 26 est alors positionnée en dessous du bord supérieur 11 du réservoir 5. La gouttière 26 comporte également un fond 28 à l'opposé de l'ouverture supérieure 27. Le fond 28 peut par exemple présenter une inclinaison par rapport à un plan horizontal. Un capot, non représenté, est placé sur la gouttière 26 à distance de l'ouverture supérieure 27 de telle sorte que seul un passage selon la direction longitudinale X vers l'ouverture supérieure 27 de la gouttière 26 subsiste. Cette disposition permet de s'assurer que seules les eaux de ruissellement sur le sol seront reçues par la gouttière, en évitant de fausser le bilan hydrique, notamment par la récupération d'eaux de pluie n'atteignant pas le volume de sol étudié mais directement la gouttière 26. Le dispositif de récupération des eaux de ruissellement 25 comprend également un réceptacle 29 en communication de fluide avec la gouttière 26. Dans le mode de réalisation représenté, le réceptacle 29 est placé dans le logement 21 de la base 20 par l'ouverture 22, un tuyau 30 connecté à une portion la plus basse du fond 28 de la gouttière 26 débouchant dans le réceptacle 29. Comme illustré sur la figure 2, pour permettre le contrôle des paramètres d'étude et la collecte de données expérimentales, et ce notamment de manière automatique, le mésocosme 1 est instrumenté. Il comporte, en particulier, un dispositif de contrôle et de mesure 35 comprenant une unité centrale électronique 36 et différents capteurs électroniques reliés à l'unité centrale électronique 36. Chacun des capteurs électroniques est adapté pour délivrer un signal représentatif d'une grandeur mesurée. L'unité centrale électronique 36, dotée par exemple d'un microprocesseur et d'une mémoire, peut enregistrer et traiter les signaux délivrés par les capteurs électroniques. Une interface de communication peut également être reliée à l'unité centrale électronique 36 pour permettre à un utilisateur d'entrer des paramètres d'étude et de collecter les données expérimentales acquises par l'unité centrale électronique 36. Les relevés de données peuvent être réalisés à des fréquences variables. Les capteurs électroniques peuvent être adaptés pour recueillir des données concernant le sol présent dans le réservoir 5 mais également concernant les conditions environnantes. Par exemple, sur la figure 2, le dispositif de contrôle et de mesure 35 comprend une sonde de suivi de l'humidité du sol 37, telle qu'une sonde Watermark mesurant en continu l'état hydrique du sol par tensiométrie, et une sonde de mesure de la température du sol 38. Ces sondes sont placées à une profondeur appropriée du sol. Par exemple, les sondes de suivi de l'humidité du sol 37 et de mesure de la température du sol 38 peuvent être placées à une profondeur de 20 cm pour suivre l'état hydrique du sol au niveau de la rhizosphère. Comme représenté, le dispositif de contrôle et de mesure 35 peut également comprendre une sonde de température d'air 39 et un pluviomètre 40 qui permet de suivre en continu l'intensité et la durée des évènements pluvieux. Un exemple de pluviomètre est constitué par un système basculeur à auget de 0,2 mm réglable en pas de temps journaliers ou en cumuls mensuels. Par ailleurs, afin de mesurer en continu les flux d'eaux, et en particulier les ruissellements hydrodynamiques de surface et l'infiltration de l'eau dans le sol présent dans le mésocosme 1, le dispositif de récupération des eaux d'infiltration 15 et le dispositif de récupération des eaux de ruissellement 25 comprennent des systèmes de mesure de la hauteur d'eau 45 dans leur réceptacle 17, 29 respectif. Le système de mesure de la hauteur d'eau 45 du dispositif de récupération des eaux d'infiltration 15 est illustré schématiquement sur la figure 2. Le système de mesure de la hauteur d'eau 45 peut être un limnimètre à flotteur dans lequel un flotteur 46 placé dans le réceptacle 5 suit les variations de hauteur d'eau et est relié à un organe de codage dont le 9 déplacement lié à la variation de hauteur d'eau est communiqué à une unité d'acquisition. On représente, par exemple, sur la figure 3, le système de mesure de la hauteur d'eau 45 sous la forme 5 d'un codeur enregistreur Thalimedes OTT. Le flotteur 46 est relié à un contrepoids 47 par un câble 48 enroulé sur une roue de flotteur 49 d'une unité de codage 50. Le flotteur 46 est placé dans le réceptacle 17 du dispositif de récupération des eaux d'infiltration 10 15 de telle manière qu'une variation de la hauteur d'eau dans le réceptacle 17 est transmise à la roue de flotteur 29. Une rotation de la roue de flotteur 49 codant pour une variation de la hauteur d'eau est transmise à une unité d'acquisition 51 connectée à l'unité de codage 50. 15 Les mesures ainsi effectuées peuvent être transmises à l'unité centrale électronique 36 du dispositif de contrôle et de mesure 35 via une interface de communication appropriée, en vue de leur exploitation. Un système de mesure de la hauteur d'eau analogue 20 peut être prévu pour le dispositif de récupération des eaux de ruissellement 25. REVENDICATIONS1. Système d'étude de transfert hydrique (1) dans un sol, comprenant : - un réservoir (5) adapté pour contenir un volume déterminé de sol, le réservoir (5) s'étendant selon une direction verticale (Z) entre un fond (10) et une ouverture supérieure (12), - un dispositif de récupération des eaux d'infiltration (15) agencé dans le réservoir (5), à distance de l'ouverture supérieure (12) pour recueillir au moins une partie des eaux circulant dans le volume de sol, ledit système d'étude de transfert hydrique (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de récupération des eaux de ruissellement (25) agencé pour recueillir au moins une partie des eaux reçues par une surface supérieure du volume de sol. 2. Système d'étude de transfert hydrique (1) selon la revendication 1, dans lequel le réservoir (5) comporte un bord supérieur (11) s'étendant globalement dans un plan perpendiculaire à la direction verticale (Z) et définissant l'ouverture supérieure (12), le dispositif de récupération des eaux de ruissellement (25) comprenant une gouttière (26) s'étendant sensiblement parallèlement au bord supérieur (11) du réservoir (5). 3. Système d'étude de transfert hydrique (1) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de récupération des eaux de ruissellement (25) comprend un réceptacle (29) en communication de fluide avec la gouttière (26), et un système de mesure de la hauteur d'eau (45) dans le réceptacle (29). 4. Système d'étude de transfert hydrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de récupération des eaux d'infiltration (15) comprend une conduite (16) agencée au fond (10) du réservoir (5). 11 5. Système d'étude de transfert hydrique (1) selon la revendication 4, dans lequel ladite conduite (16) s'étend selon une direction horizontale (Y) perpendiculaire à la direction verticale (Z). 6. Système d'étude de transfert hydrique (1) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le fond (10) est conformé pour converger vers la conduite (16). 7. Système d'étude de transfert hydrique (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel le dispositif de récupération des eaux d'infiltration (15) comprend un réceptacle (17) en communication de fluide avec la conduite (16), et un système de mesure de la hauteur d'eau (45) dans le réceptacle (17). 8. Système d'étude de transfert hydrique (1) selon la revendication 7, dans lequel le réceptacle (17) présente une ouverture (18) débouchant directement dans la conduite (16). 9. Système d'étude de transfert hydrique (1) selon l'une quelconque des revendications 3, 7 et 8, dans lequel le système de mesure de la hauteur d'eau (45) est un limnimètre à flotteur.