ROSEEV

Contexte

Lors de l’installation d’une ZRV, l’objectif le plus fréquemment recherché est une protection supplémentaire du milieu récepteur grâce à la réduction de la quantité d’eau rejetée par infiltration dans la ZRV et le traitement complémentaire par le sol. Or, il n’existe pas à l’heure actuelle d’étude approfondie sur le rôle du sol dans les zones de rejet végétalisées. En conséquence, Irstea propose d’approfondir cette question à travers le projet ROSEEV (RÔle du Sol dans les zonEs de rEjet Végétalisées).

Objectifs

Une première étude bibliographique s’appuyant essentiellement sur la connaissance acquise dans les domaines de l’irrigation par eaux usées traitées, de la recharge de nappe et des filières de traitement extensives, a permis d’identifier les phénomènes susceptibles d’influencer le traitement et l’évolution du sol.

sol

Mécanismes dans le sol – schéma Irstea

Les objectifs du projet ROSEEV sont donc à présent de :

  • Caractériser l’évolution de la capacité d’infiltration et la qualité du traitement de sols soumis à des alimentations alternées d’eau usée traitée ;
  • Déterminer les modifications structurales, texturales et chimiques subies par un sol soumis à des alimentations d’eau usée traitée ;
  • Evaluer, dans un type de sol donné, s’il existe en profondeur des variations spatiales importantes des flux massiques de solutés suivant la charge hydraulique appliquée ;
  • Comparer les performances, en termes de traitement et d’impact sur le sol, entre une alimentation alternée et une alimentation continue pour un sol donné et des charges hydrauliques et organiques données.

Mise en œuvre

L’étude se décompose en deux grands axes autour de trois installations expérimentales. Le premier axe s’articule autour d’un suivi sur le long terme des performances du traitement par le sol et de son impact sur le sol. Le deuxième axe est centré sur une mise en évidence des écoulements préférentiels et la quantification de leur impact.

Concernant le premier axe, il a été décidé de faire un suivi lysimétrique avec pour objectif de fournir des bilans massiques précis. Pour cela, il convient de fixer les charges hydrauliques et organiques à appliquer pour prévenir tout risque de colmatage. Cette évaluation préalable est prévue sur colonne en laboratoire ce qui permettra également d’étudier l’intérêt d’une alimentation alternée par rapport à une alimentation continue. Ce suivi sera accompagné d’analyses plus poussées sur des échantillons de sol au début et à la fin de l’étude dans le but de mettre en évidence les modifications de la composition chimique, de la texture ou de la structure. Ceci sera fait pour 3 sols différents dont celui de l’un des sites (sous-action 2). Les 2 autres sols seront choisis dans une gamme de capacité d’infiltration assez large.

Le deuxième axe visant à évaluer les écoulements préférentiels sera développé en partenariat avec Bioforsk, l’institut norvégien pour la recherche en agriculture et en environnement. Cette évaluation sera conduite expérimentalement à l’aide d’échantillonneurs à compartiments multiples.

Zoom sur les outils

Colonnes en laboratoire

Des essais préalables sur colonnes sont réalisés dans le but de fixer les conditions de charges hydrauliques et organiques à appliquer sur les futurs lysimètres pour prévenir tout risque de colmatage.

Il s’agit de 4 colonnes remplies de sol et instrumentées. Elles font ainsi l’objet d’un suivi massique, d’analyses chimiques en entrée, en sortie et dans les bougies poreuses, d’un suivi de l’oxygène et d’un suivi ERT (Tomographie de Résistivité Électrique) grâce à des traçages périodiques. Trois sols différents seront étudiés pour lesquels différentes charges ainsi que différents modes d’alimentation (alternance/continu) seront testés.

L’ERT est une technique utilisant un traceur conservatif ayant une forte conductivité électrique. Elle ne permet pas la détection directe du colmatage mais permet d’observer la réduction de la vitesse d’infiltration.

Essais sur colonnes en laboratoire

Essais sur colonnes en laboratoire

Lysimètres

Le suivi lysimètrique est assuré par trois lysimètres d’une surface de 1 m² garnis de trois sols différents. Le garnissage s’effectue par introduction forcée d’un cylindre dans le sol à étudier. Cette méthode non destructive permet d’éviter toute modification physique du matériau par excavation (foisonnement), transport et remplissage (ségrégation). L’ensemble colonne+matériau est ensuite déplacé sur le lieu d’investigation.

Concernant l’instrumentation des lysimètres, du matériel spécifique est installé et permet de suivre en continu les écoulements (sondes de teneur en eau, de température…) ainsi que la qualité de l’eau interstitielle par l’intermédiaire de bougies poreuses (outil permettant le prélèvement sans modifier l’écoulement). De plus, des suivis massiques (pesées) entrée-sortie, nécessaire pour l’élaboration des bilans, complètent cette instrumentation.

Le principe de fonctionnement d’un lysimètre est détaillé dans le schéma ci-dessous.

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Fonctionnement d’un lysimètre – Schéma Irstea

Échantillonneurs à compartiments multiples

L’évaluation des écoulements préférentiels, c’est-à-dire des écoulements rapides court-circuitant une partie de la matrice poreuse, sera conduite expérimentalement à l’aide d’échantillonneurs à compartiments multiples. Un échantillonneur à compartiments multiples est un type de lysimètre dont la face inférieure est divisée en différents compartiments afin d’avoir une forte résolution spatiale et donc de mettre en évidence des flux plus importants en un point qu’à un autre.

Détail d’un échantillonneur à compartiments multiples : Compartiments formant le fond du lysimètre - Photo Irstea

Détail d’un échantillonneur à compartiments multiples : Compartiments formant le fond du lysimètre – Photo Irstea

 

Qui fait quoi ?

Irstea

Son rôle au sein du projet ROSEEV :

Irstea Lyon – équipe EPURE

  • Réalisation, supervision et suivi de la métrologie
  • Bougies poreuses et lysimètres
  • Acquisition, interprétation et synthèse des données

Irstea Lyon – LAMA

  • Analyse Chimique Environnementale
  • Interprétation des données

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BIOFORSK

Son rôle au sein du projet ROSEEV :

  • Lysimètres
  • Échantillonneurs à compartiments multiples

 

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Mionnay

Son rôle au sein du projet ROSEEV :

  • Mise à disposition du site de la station d’épuration

 

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