1117
Étude de la stabilité des pentes non saturées sous les effets de l’infiltration prenant
en compte la végétation
Study of the stability of unsaturated slopes under the effects of infiltration taking into account the
vegetation
Hemmati S.
Université Paris-Est, IFSTTAR, Marne-la-Vallée, France
Modaressi A.
Laboratoire MSS-Mat, CNRS UMR 8579, Ecole Centrale Paris, Châtenay Malabry, France
RÉSUMÉ : L’effet de l’extraction d’eau par des racines sur la stabilité des pentes est étudié. Les variations de la teneur en eau et de la
succion dans le sol influencées par l’extraction d’eau par des racines ont été calculées par la méthode des éléments finis. La
profondeur d’influence de la variation de la succion pour la stabilité est calculée en fonction des paramètres hydro-mécaniques du sol.
On peut voir que l’effet de la variation de la succion sur la stabilité des pentes et par conséquent l’effet de l’extraction d’eau par des
racines est limité à cette profondeur.
ABSTRACT: In this work the effect of root water uptake on slopes stability is studied. Variations of soil water content and soil
suction influenced by root water uptake are calculated using finite elements method. The depth of influence of suction variation on
slope stability is calculated as a function of soil hydro-mechanical properties. It can be seen that the effect of variations of soil suction
on slope stability is a function of soil properties and therefore root water uptake effect on slope stability is limited to this depth.
Mots-clés : stabilité des pentes, extraction d’eau par des racines, sol non saturé
Key words : slope stability, root water uptake, unsaturated soil
1 INTRODUCTION
L’infiltration d’eau dans un sol non saturé influence la stabilité
des pentes. L'infiltration d’eau a deux effets : d'une part, elle
augmente le poids du sol humide et d'autre part elle réduit la
succion dans le sol, ce qui entraîne une réduction de la
résistance au cisaillement du sol. Les variations de degré de
saturation et par conséquence la succion dans la profondeur du
sol peuvent être déterminées en fonction du taux d’infiltration et
des paramètres hydriques du sol.
La végétation a des rôles positifs dans l'amélioration de la
stabilité superficielle des pentes. La végétation protège le sol
contre l'érosion éolienne, l'impact des gouttes de pluie et
l'érosion de la surface à cause de l’écoulement de l'eau de
ruissellement. Il réduit le ruissellement et le taux d'infiltration
des pluies en raison de l'interception et renforce le sol par des
racines (Coppin et Richards, 1990). L'absorption d'eau par les
racines des plantes augmente la succion dans le sol et par
conséquence la résistance au cisaillement du sol. Ceci a un effet
positif sur la stabilité des pentes. L’effet positif de la succion sur
la stabilité des pentes dépend des paramètres hydro-mécaniques
du sol et il est valable jusqu’à une certaine profondeur. L'intérêt
de cette étude est de prédire la profondeur potentielle dans
laquelle l’absorption d’eau par des racines pourra être prise en
compte comme un facteur positif sur la stabilité des pentes.
Dans cette étude, le seul effet de la végétation est de réduire la
teneur en eau du sol et d'augmenter la résistance au cisaillement
en augmentant la succion du sol. L’extraction d’eau par des
racines est ensuite modélisée sur une pente partiellement saturée
à l’aide du code de calcul Comsol
®
. Les profondeurs dans
lesquelles l’absorption d’eau par des racines pourra influencer la
stabilité des pentes sont étudiées ensuite seulement en fonction
des paramètres hydro-mécaniques du sol.
2 CADRE THÉORIQUE
L’infiltration d’eau et l’extraction d’eau par des racines sont
présentées très brièvement dans cette partie.
2.1 Infiltration
L’infiltration d’eau dans un sol partiellement saturé peut être
décrite par l’équation de Richards :
w
w
d
K H f
dt
(1)
où
=
S
r
.n
est la teneur en eau volumique,
K
est la
conductivité hydraulique (perméabilité) du sol en fonction du
degré de saturation et
H
est le gradient de la charge
hydraulique.
f
est le terme d’extraction qui peut être relié à
l’extraction d’eau par des racines. L’équation (1) en fonction de
et
, peut être également écrite en fonction de la pression
d’eau et du degré de saturation :
H
w
p
r
S
r
w
r
w
w w
w
w
w
nS d
dS dp
n
dp dp dt
K p K f
g
(2)
La perméabilité d’un sol non-saturé est une fonction de sa
perméabilité à l’état saturé et du degré de saturation.
L’expression suivante est adoptée dans cette étude :
3
1
r
res
s
res
S s
K k
s
(3)
où
s
k
et la perméabilité du sol saturé et
res
est le degré de
saturation résiduelle. On adopte également l’expression de la
courbe de rétention d’eau proposé par van Genuchten (1980) :
S
1
1
s
s
m n
s w
r
w res
res
w
p
S p s
s
g
(4)
où
s
,
s
m
et
s
n
sont des paramètres du matériau.
