Application du modèle valide sur différentes configurations de bandes enherbées

Le logiciel HYDRUS a été utilisé pour analyser différents scénarios de configuration des bandes enherbées, en prenant comme référence la bande enherbée 2 mais sans la présence de la structure de la chaussée. Ce choix est d’abord basé sur la nature du sol qui est le sol naturel dans cette région et un cas général sans structure de la chaussée pour évaluer l’effet des autres éléments de conception sur la performance hydrologique de la bande. Les réponses hydrologiques modélisées ont été quantifiées en comparant les bilans volumiques cumulés. Les composantes spécifiques du bilan volumique comprennent : l’infiltration, le ruissellement superficiel et l’évapotranspiration (ce qui sort du système bande enherbée-talus). Des indicateurs de performance hydrologique comme l’abattement de volume et l’abattement de débit de pointe par le système chaussée + ouvrage sont calculés à l’échelle évènementielle pour chaque scenario. Le nombre total d’événements définis sur la période de simulation (du 23/11/2016 à 26/06/2017) et dont la hauteur totale de pluie est supérieure ou égale à 1 mm est de 35 à 38 événements, cela en fonction du scénario. Les scénarios ont été choisis pour montrer l’effet multiple de divers éléments de conception sur la performance hydrologique des bandes enherbées. Cinq paramètres sont choisis pour les simulations, dont la texture du sol, la largeur de la bande dans le sens de l’écoulement, la présence ou non de la structure de la chaussée peu perméable, la pente et le coefficient de rugosité de Manning. Ces dernières ont été sélectionnées en raison de la possibilité qu’elles puissent varier dans des conditions réelles et pour leur influence sur le fonctionnement hydrologique de la bande enherbée.

Les différents scénarios sont présentés dans le Tableau 4.7. Le scénario de référence est une bande enherbée avec la même géométrie que la bande enherbée 2. Le type de sol qui forme cette bande est le silt loam (limon fin) (USDA). La structure de la chaussée n’est pas incluse dans le modèle de référence afin que chaque élément puisse être évalué séparément sans interaction avec d’autres éléments. La Figure 4.39 montre la configuration de référence et les conditions aux limites. Pour les scenarios, une grande variété de textures de sol est choisie comme le loam (limon), sandy loam (limon sableux), loamy sand (sable limoneux) et clay (argile) (USDA). Ces textures peuvent être trouvées sur place selon la région d’étude. Les sols recommandés pour ce type d‘ouvrage sont de type limon sableux, sable limoneux et limon, avec une conductivité hydraulique de l’ordre de 10-6 m/s (Clar et al., 2004). La largeur de la bande enherbée dans le sens de l’écoulement varie entre 1,9 m et 5 m, ces largeurs peuvent être appliquées le long de la route. L’effet de la structure de la chaussée est également testé en comparant la performance hydrologique de la même bande sans et avec la présence de cette base. La pente varie entre 5 et 10 % et la rugosité entre 0,03 et 0,3. Ces valeurs sont choisies en se basant sur les recommandations des guides de conception des bandes enherbées (McGreevey et al., 2004). La pente optimale pour une bonne performance de la bande est de 5 % (Washington State Departement of Transportation, 2016). Cette pente ne doit pas dépasser le 10 % (Caltrans, 2003; WSDOT, 2016). En fonction de la densité et du type de végétation, le coefficient de Manning peut varier entre 0,03 et 0,3.

La texture du sol joue sur les propriétés hydrauliques de celui-ci et donc sur l’infiltration de l’eau dans la bande enherbée. Le Tableau 4.8 montre les paramètres de van Genuchten obtenus à partir du logiciel ROSETTA et utilisés dans HYDRUS (Schaap et al., 2001). La conductivité hydraulique à saturation de ces sols va de 1,2∙10- de sol sur la distribution des flux dans la bande enherbée ayant la même largeur, la même pente, le même coefficient de Manning et sans la présence de la structure de la chaussée. L’infiltration de l’eau dans le sol est principalement liée à sa conductivité hydraulique. Pour illustrer, une augmentation de la conductivité hydraulique saturée de 4,6∙10-7 m∙s-1 (Silt loam) à 1,2∙10-5 m∙s-1 (Loamy Sand) a entraîné une augmentation de l’infiltration dans le sol de 38 %. Le volume d’eau évapotranspiré montre une sensibilité à la teneur en eau à saturation du sol. En effet, ce taux est affecté par la capacité de rétention d’eau par le sol, qui varie en fonction des dimensions des particules et de la porosité. Pour un sol argileux, formé de particules fines l’évapotranspiration est de 136 m3. En revanche, pour le limon sableux ayant une réserve utile en eau (différence entre l’humidité à la capacité au champ et l’humidité au point de flétrissement permanent) plus importante que celle du sol argileux, ce volume est 50% plus important.