Le drainage

Qu’est ce que c’est ?

Le drainage correspond aux sorties d’eau, latérales ou verticales, de l’unité de sol considérée. Le modèle Biljou© est un modèle dit 1D, c’est-à-dire qui ne représente que les flux d’eau verticaux. Ceci ne pose aucun problème pour tous les sites sans pente ou sur lesquels on peut considérer que les entrées et les sorties latérales d’eau sont égales. En revanche, le modèle reproduit mal les conditions différentes, par exemple le fonctionnement hydrique d’un bas-fond, où l’eau s’accumulera. Ces situations topographiques particulières nécessitent de mobiliser des modélisations 2D ou 3D qui reposent sur des conceptions différentes et sont beaucoup plus lourds à paramétrer.

Comment mesurer le drainage ? Quelle est l’unité de cette grandeur ?

La mesure du drainage vertical est difficile à réaliser et n’est pas effectuée en routine sur les sites-ateliers. Il existe des équipements comme les plaques lysimétriques (fonctionnant en gravité libre) ou les bougies poreuses (prélèvement d’eau sous une dépression). Ces équipements sont utilisés pour prélever une certaine fraction des eaux de drainage à plusieurs profondeurs dans le sol pour leur analyse chimique.

Recueil des eaux du sol au moyen de bougies poreuses (à gauche) et installation de plaques lysimétriques dans le sol (à droite).Les solutions du sol sont recueillies dans les flacons (ci-dessous)

Toutefois, ces équipements ne donnent pas des mesures quantitatives du flux de drainage. En effet, la dimension de la zone de collecte des plaques lysimétriques n’est pas connue : dans un horizon de sol donné, cette zone peut être plus grande ou plus faible que la surface de la plaque. Notre approche est alors le recours à la modélisation où le drainage est calculé par différence (voir fiche Bilan hydrique) entre la pluie incidente et la somme de l’évapotranspiration réelle (l’interception des précipitations est inclue dans l’ETR). Comme les autres flux hydriques, le flux de drainage est exprimé en mm d’eau (1mm = 1 L d’eau/m^²).

Comment ce flux d’eau est-il contrôlé ?

Le flux de drainage correspond à un déplacement plus ou moins rapide d’eau libre dans le sol.
Deux situations peuvent être distingués :

• L’état hydrique du sol est à la capacité au champ. Tout apport d’eau par le sommet d’un horizon de sol se traduit par une sortie égale au niveau du plancher de cet horizon. Si cet écoulement est bloqué (ex. plancher argileux), l’eau s’accumule et forme une nappe dans l’horizon.
• L’état hydrique du sol est en-dessous de la capacité au champ. L’eau arrivant par le haut d’un horizon suit deux trajets, dont les constantes de temps sont différentes : une partie de l’eau migre rapidement vers le bas en suivant les macropores du sol, une autre fraction réhumecte l’horizon en suivant la macro et la microporosité du sol.

Nb :dans sa version actuelle, le modèle ne gère pas les situations de neige et de gel, en particulier l’accumulation de neige et le phénomène de sa fonte.

Comment varie cette grandeur dans le temps ?

Le drainage peut intervenir toute l’année, en liaison avec les processus décrits ci-dessus. Il est évidemment plus important en période de fortes précipitations. Il est égal au maximum (conditions d’état hydrique du sol à la capacité au champ, absence de transpiration) à la pluie incidente. Voir dans la fiche modélisation du bilan hydrique le principe du calcul du drainage dans les horizons de sol.

Comment varie cette grandeur spatialement ?

Peu d’informations quantitatives existent sur cette question, mais on sait que dès l’échelle décimétrique, il existe une forte variabilité spatiale du drainage en relation avec l’hétérogénéité de la texture, de la structure, de la densité et donc de la distribution de porosité dans le sol.

Quelques chiffres clés

Nous avons réalisé des simulations pour un climat tempéré, lors d’une année humide et d’une année sèche, sous trois types de peuplements : résineux, feuillu à fort indice foliaire et feuillu à faible indice foliaire :

	drainage (en mm) année humide (pluie 2000, 1017 mm)	drainage (en mm) année sèche (pluie 2003, 661 mm)
résineux	254	84
feuillu fort LAI	499	236
feuillu faible LAI	573	259

Référence utile

Ballif JL, Dutil P (1983) Lysimétrie en sol de craie non remanié. I - Drainage, évaporation et rôle du couvert végétal. Résultats 1973-1980. Agronomie, 3, 857-866.

Badeau V, Ulrich E (2008) RENECOFOR - Etude critique de faisabilité sur : la comparabilité des données météorologiques « RENECOFOR » avec celles de Météo France, l’estimation de la réserve utile en eau du sol et le calcul des volumes d’eau drainée en vue du calcul de bilans minéraux sur les placettes du sous-réseau CATAENAT. Editeur : Office National des Forêts, Direction Technique et Commercial Bois, ISBN 978 – 2 – 84207 – 323 – 7, 108 p. et 166 pages annexes.

Beven K, Germann P (1982) Macropores and Water Flow in Soils. Water Resources Research, 18 (5), 1311-1325.

Klinge R, Schmidt J, Fölster H (2001) Simulation of water drainage of a rain forest and forest conversion plots using a soil water model. Journal of Hydrology, 246, 82-95.

Minderman G, Leeflang K W F (1968) The amount of drainage water and solutes from lysimeters planted with either oak, pine or natural dune vegetation, or without any vegetation cover. Plant and Soil, XXVIII, n°1 February 1968, 61-80.