Le 25 novembre 2022 à 11h, Martina GARCIA DE CEZAR a présenté ses travaux sur le thème : "Atténuer les îlots de chaleur par une irrigation optimale de la végétation urbaine : approche expérimentale et numérique"

 

Résumé :

Les projections pour l'année 2100 montrent une augmentation potentielle des températures moyennes terrestres de 1.5 à 2°C, accompagnée d'une augmentation de la fréquence et de l'intensité des vagues de chaleur (IPCC 2018). Ces scénarios climatiques appellent à l'adaptation et à la mise en œuvre de solutions permettant la thermorégulation urbaine. Dans ce contexte, la thèse a pour objectif de documenter, analyser et modéliser la capacité des différentes stratégies d'irrigation et de végétalisation urbaines à modifier l'indice de confort thermique (mesure du ressenti, combinant température, humidité de l'air et exposition aux rayons du soleil). On se concentrera sur l'échelle (microclimatique) du canyon urbain, conformément la Figure 1, en abordant également l'échelle inférieure (voisinage immédiat de la végétation) voire l'échelle supérieure (advection des flux dans la ville). On se propose de décrire le système urbain substrat-plante-atmosphère de manière intégrale et explicite : cartographier les flux d’air, de chaleur et d’eau, optimiser l'apport d'eau qui conditionne la réponse des plantes donc l'impact sur l'environnement, en étant un des leviers de la thermorégulation de la ville.

 

Cette caractérisation s’appuiera sur le développement d’une modélisation multi-échelle et d’une étude expérimentale. L’approche numérique est basée sur le couplage bidirectionnel de deux logiciels : Optirrig (UMR G-Eau, modèle de culture et gestion de l’eau) et un modèle de dynamique des fluides (CFD, Computational Fluid Dynamics), algorithme de haute résolution qui permet la modélisation multi-physique (radiatif, thermique, aéraulique). L’approche expérimentale repose sur deux dispositifs pour comprendre les mécanismes et initialiser/valider de l’approche numérique : (i) un pilote de canyon urbain, simple mais équipé de très nombreux capteurs (site de Lavalette, Montpellier, construit dans le cadre de cette thèse) et (ii) sites réels, avec moins d'instrumentation (sites partenaires).

Le modèle couplé construit (conformément la Figure 2) permettra d’aider à la prise de décision en matière de choix de végétalisation des villes, suivant diverses contraintes hydrauliques, thermiques, énergétiques et esthétiques pour contribuer à construire des villes plus résilientes. 

 

fig1 garcia de cezarFigure 1 Exemple de canyon urbain et des éléments qui interagissent dans la zone d'étude (différents types de matériaux et de géométries, échanges thermiques naturels et artificiels et  les conditions microclimatiques locales)

 

 

 

 

fig2 garcia de cezarFigure 2 Schéma du modèle numérique proposé, utilisant le logiciel Optirrig et une logiciel du type CFD

 

La pression sur la ressource en eau à l’échelle globale est de plus en plus importante chaque année. L’irrigation au goutte-à-goutte est une méthode d’irrigation ayant une bonne efficience d’irrigation. Mais cette technique d’irrigation présente un coût élevé, accentué par une maintenance difficile. En effet, les goutteurs permettant l’irrigation sont sensibles aux phénomènes de colmatage. Le colmatage en irrigation au goutte-à-goutte peut être de nature physique (particules solides), chimique (précipités) ou biologique (biofilm). L’objectif était donc d’apporter des éléments de compréhension des mécanismes de colmatage par le développement de méthodes de caractérisation. Pour cela, les trois types de colmatage ont été suivis en laboratoire dans une cellule millifluidique et caractérisés par l’utilisation de la tomographie en cohérence optique (OCT) et de la spectrocopie d’absorption.

Le suivi du colmatage au cours du temps par imagerie OCT permet de déterminer les mécanismes de formation. La localisation et l’évolution de la quantité de colmatage ont été déterminés. La comparaison du colmatage avec une modélisation de l’écoulement permet de déterminer les paramètres hydrodynamiques d’influence. La vitesse et la turbulence semblent être les paramètres régissant la localisation du colmatage. Plus la vitesse et la turbulence sont faibles dans une zone, plus elle est touchée par le colmatage.

L’utilisation de la spectroscopie d’absorption pour la détection, la qualification et la quantification a été testée et validée. Couplée à de méthodes de traitement des données multivariées, cette méthode permet de détecter la présence de colmatage in situ à partir d’une épaisseur de l’ordre de 100 μm pour le colmatage physique et chimique. Pour le colmatage biologique, de premiers résultats encourageants ont été obtenus. Les spectres obtenus permettent aussi de déterminer le type de colmatage en jeu avec une précision supérieure à 90%. L’utilisation de la spectroscopie d’absorption pour la caractérisation du colmatage en irrigation au goutte-à-goutte est donc pertinente et pourrait faire l’objet d’études en plein champ.

 

Mots clés : Irrigation au goutte-à-goutte, colmatage, tomographie en cohérence optique, spectroscopie d’absorption, analyse multivariée, écoulement turbulent.

La réglementation actuelle encourage fortement à réduire les doses de pesticides et interdit de nombreux produits, poussant le développement de produits phytosanitaires à faible impact environnemental. Cela impose de développer des stratégies de traitement en temps réel plus complexes pour assurer la protection de la culture et ainsi maintenir un rendement suffisant. Parmi ces stratégies innovantes, le développement de méthodes alternatives basées sur des solutions techniques d'irrigation localisée (micro-aspersion) répond à ces enjeux qualitatifs et quantitatifs. Cela peut contribuer à réduire de façon significative les quantités de pesticides utilisés, ou permet d’utiliser des produits moins concentrés mais appliqués plus souvent, pour autant que les arroseurs assurent une couverture homogène de la culture et limitent les pertes par ruissellement sur les feuilles et par dérive.

 

Une part du travail concerne la dispersion d’un jet en gouttes : on se propose de mettre au point une méthode de projection du fluide permettant une standardisation de la taille des gouttes, pour limiter à la fois la formation de trop grosses et très petites gouttes, et ainsi contrôler leur distribution sur un périmètre restreint tel qu’une haie végétale. Les intrants ajoutés à l’eau peuvent modifier la rhéologie du fluide et par là même le processus d’atomisation.

 

Image1 Felis 

 © F.Felis, Atomisation, Montpellier, 2016

 

On souhaite, principalement à partir de travaux expérimentaux, définir les caractéristiques d’un jet (et les moyens de l’obtenir industriellement) pour conserver une portée maximale pour une vitesse de jet minimale. Le tout en produisant des gouttes dont la taille sera suffisamment : grande pour les rendre peu sensibles au vent, et faible pour ne pas créer de ruissellement sur les plantes et ainsi conserver le produit de traitement sur ces dernières.

 

Mots clés : Atomisation, Dispersion, traitement sur et sous frondaison.

 

Marcela Brugnach (Professeur au BC3 Bilbao, https://www.bc3research.org/marcela_brugnach), est accueillie à G-Eau comme chercheuse invitée pendant la période 14/11/2022 - 23/12/2022.

Marcela est spécialiste de l’analyse des relations au sein d’un groupe et développe au sein de l’équipe PRECOS et en collaboration avec le Laboratoire d’Economie Expérimentale de Montpellier un protocole pour une expérience sur l'impact des relations dans un groupe sur son management d'une ressource commune comme l’eau.

Le 28 octobre 2022 à 11h, Laurent RUIZ, IR INRAE (UMR SAS, Rennes), co-directeur de l’IRP CEFIRSE (Cellule Franco-Indienne de Recherche en Sciences de l’Eau, Indian Institute of Science, Bangalore, Inde), a présenté ses travaux intitulés "Accompagner l’adaptation de l'agriculture irriguée au changement climatique en Inde du Sud".

 

Résumé :

inde ruiz © Forage équipé d’une pompe immergée, Inde du Sud (Crédit M. Sekhar)

 

L'Inde est un cas extrême de la dépendance de l’agriculture à l’irrigation par les eaux souterraines. Un des axes de recherche de la CEFIRSE est d’accompagner l’adaptation de l'agriculture au changement climatique, en combinant des observations long terme pour caractériser et étudier les processus en jeu dans les agro-hydrosystemes, la conception de modèles intégrés et une approche participative pour concevoir et évaluer des scénarios d’adaptation.

L’exposé sera illustré par certains résultats marquants du projet ANR ATCHA (2017-2022), qui s’est attaché à étudier le bassin versant agricole de Berambadi (84 km²; SNO M-Tropics, IR OZCAR) de façon pluridisciplinaire (science du sol, télédétection, hydrologie, géochimie, agronomie, économie, géographie, sociologie). Le projet a en particulier montré que l’augmentation des prélèvements d’eau par les forages agricoles a induit non pas une baisse tendancielle du stock d’eau souterraine, mais plutôt une forte augmentation de ses variations spatiales et temporelles (saisonnières et interannuelles) – et une forte dégradation de sa qualité chimique. Il a également permis de caractériser la grande diversité des adaptations (en particulier l’adaptation des choix de culture) mises en œuvre par les agriculteurs en réponse à l’augmentation de la variabilité de la disponibilité de la ressource en eau.  Le projet a permis de produire une « suite de modèles » prenant en compte ces interactions entre ressource et pratiques agricoles, comprenant des outils heuristiques et des outils d’aide à la décision pour les acteurs partenaires du projet (agriculteurs, décideurs).

Ce cas d’étude illustre la nécessité de dépasser le concept « d’impacts » des activités agricoles sur l’environnement pour considérer les rétroactions gouvernant le fonctionnement des socio-hydrosystèmes.  

 

Venez nombreux !

Le 21 octobre 2022 à 11h, Hugo Vosila (projet GOETHE) nous a présenté ses travaux intitulés "L’inscription des pollutions diffuses d’origine agricole à l’agenda politique local dans la lutte contre l’eutrophisation de l’étang de l’Or".

 

Résumé :

La lagune de l’étang de l’Or, située à l’Est de Montpellier est parfois dépeinte comme la lagune la plus dégradée de l’ancienne région Languedoc Roussillon notamment en raison de son état écologique médiocre. Située en aval d’un bassin versant fortement artificialisé, marqué par une urbanisation croissante et une activité agricole diversifiée mais également largement intensive, l’amélioration de la qualité de l’eau de l’étang de l’Or semble souffrir d’une forme d’inertie, avec une classification en mauvais état DCE persistante au fil des années. Dans le cadre du projet de recherche GOETHE (« Gouverner les bassins côtiers méditerranéens pour mieux lutter contre l’eutrophisation des lagunes et engager leur restauration écologique », coordination Magalie Bourblanc) et financé par la KIM Waters MUSE, une attention particulière a été portée aux causes agricoles de l’eutrophisation de la lagune et aux conditions d’inscription de cette problématique environnementale à l’agenda politique local pour les différentes instances gestionnaires sur le territoire. La présentation retracera l’ambition initiale du projet de recherche qui cherchait à déchiffrer les mécanismes de mise à l’agenda des causes agricoles de l’eutrophisation de l’étang de l’Or, l’approche méthodologique adoptée, les principaux résultats de l’étude empirique et les difficultés rencontrées. Ainsi, si la structuration territoriale du bassin versant peine à placer la lagune au centre d’un projet de reconquête de qualité de l’eau, certaines obligations réglementaires européennes (DCE, Directive Nitrates) imposent une amélioration de l’état de l’étang de l’Or qui, dans une certaine mesure, ont pu contraindre les activités agricoles du bassin. Cependant, articulées au sein de stratégies territoriales distinctes sur le bassin versant, elles n’abordent pas frontalement la question de l’eutrophisation, ni les activités agricoles qui y contribuent. C’est la tenue – tardive – d’études et de campagnes scientifiques qui a permis d’établir un diagnostic ciblant l’eutrophisation comme problématique centrale sur la lagune, et d’esquisser une identification des sources d’apports de nutriments sur le bassin versant qui pointe entre autres le rôle de l’agriculture. A ce titre, l’évaluation scientifique des apports polluants semble avoir joué un rôle crucial au cœur de la mise à l’agenda.

 

Comme beaucoup de grandes métropoles africaines en fort développement démographique, la Ville de Douala fait face à des problématiques liées au changement climatique comme les inondations et l’intrusion saline. Pour mieux comprendre les phénomènes physiques qui gouvernent ces phénomènes naturels amplifiés par la modification du territoire, un Système d’Observation Environnementale est mis en place sur le bassin versant du Tongo Bassa au cœur de la ville de Douala. Cette thèse de doctorat repose sur cet Observatoire et vise à caractériser le fonctionnement hydrodynamique d’un aquifère en milieu urbain, soumis aux forçages de la marée océanique. L’objectif est de mieux comprendre les interactions entre eaux souterraines et eau de surface dans un contexte de développement urbain en zone côtière équatoriale. Il s’agit également de caractériser le rôle des eaux souterraines, parmi d’autres phénomènes (marées, pluies extrêmes, obstacles aux écoulements), dans la genèse des crues et inondations associées.

 

 

Mots clés : Inondation, intrusion saline, changement climatique, hydrogéologie urbaine.

 

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