Interactions en crue entre drainage souterrain et assainissement agricole

The sight of water discharging from underground pipes into open ditches has often prompted suspicions that subsurface drainage is an aggravating contributor to floods. One of the reasons being the perception that water reaches the hydraulic network faster in drained areas compared to un-drained ones, where water pathways (infiltration, surface runoff)are perceived to be more diffuse and harmless. Drainage outlets are also known to discharge many agricultural pollutants within watercourses. Nevertheless, evaluating the actual impacts of subsurface drainage impacts on water quantity and quality remains quite difficult because many processesare involved and interact with each other.One seducing work angle is to evaluate the role played by arterial drainage ditches because the actual water pathways and hydraulics can be rather well known. To improve the lowering of the outfall level of the field drains, collector ditches tend to be deepened and enlarged, which in turn improves their capacity to transfer water and thus contribute to downstream flooding. One possible way to cope with this problem is to slow down flood waves within the arterial drainage network.Subsurface drainage outlets could thus be the site of an interesting retroactive loop : their discharge contributes to floods and pollution, but subsurface drainage efficiency may be reduced by their immersion if the water level is artificially kept high along the ditch.This work attempts to describe more precisely this double effect. It is at first based on experimental data from a field experiment located in the Seine-et-Marne department, 100 km east of Paris, France. During winter flood events, flow rates were monitored within subsurface drainage collector pipes as well as in the adjacent arterial drainage ditch, together with water levels.A second complementary set of experiments were conducted on a laboratory flume, reproducing on a large scale the junction of an open channel and a drainage pipe, supplied with independent flow rates.Explanation and modeling of this particular junction are developed to fit with both laboratory and field experiments. Explanations proposed could be the base for better understanding the behavior of small agricultural catchments equipped with improvedsubsurface drainage.The theoretical research work is followed by a look into the consequences on engineering practices, when dealing with environmental impacts of human activities, or flood risks management. It also contributes to a better knowledge of hydraulic and hydrologic key processes for point source discharging.En période de crue, le rejet d'eaux de drainage dans les émissaires à surface libre apparaît comme une cause possible de formation d'inondations, car il introduit dans le réseau hydrographique des eaux qui auraient pu circuler de manière diffuse en l'absence de drainage (infiltration ou ruissellement). Il apparaît aussi comme une source de pollution du milieu naturel, en déversant des nutriments ou certains traitements phytosanitaires lessivés. Les modifications liées à la présence du drainage sont cependant difficiles à évaluer.En revanche, le rôle du réseau d'émissaires peut être mieux évalué et maîtrisé, dans la mesure où les écoulements empruntent des cheminements connus. La profondeur du débouché des collecteurs enterrés est un facteur aggravant pour la formation de certaines crues car la capacité de transfert des fossés est augmentée par leur approfondissement. Une manière possible de compenser ce facteur est de favoriser le ralentissement des crues dans le réseau en surcapacité.Le débouché des collecteurs joue ainsi un double rôle : il apporte par le rejet des eaux de drainage une contribution aux crues et aux pollutions, mais peut aussi être le point où le fonctionnement du drainage perd de son efficacité si l'on intervient pour ralentir les écoulements dans le fossé.Le présent travail vise à préciser ce double rôle. Il s'appuie sur des expérimentations de terrain, menées sur un réseau de drainage et d'assainissement agricoles en Seine-et-Marne. Les débit de rejet de collecteurs de drainage enterrés sont suivis en continu pendant les crues, conjointement aux débits et hauteurs de l'eau dans le fossé d'assainissement. Les données d'une expérimentation sur modèle réduit hydraulique viennent compléter les observations de terrain. Ce modèle réduit est constitué de la jonction d'une conduite circulaire et d'un canal rectangulaire, alimentés par des débits contrôlés indépendamment.La compréhension des processus hydrauliques de cette jonction particulière, et leur modélisation par une loi de comportement, sont effectuées dans un objectif plus global de connaissance du fonctionnement de certains petits bassins versants agricoles fortement drainés.Ces recherches débouchent sur des conséquences en termes d'ingénierie, pour l'évaluation d'impacts d'activités anthropiques sur le milieu naturel, ou la maîtrise des écoulements afin de réduire les risques d'inondation. Elles améliorent également la connaissance de processus hydrauliques et hydrologiques clés dans le domaine des rejets