Evaluation de l'impact de l'activité lombricienne sur la perméabilité des sols limoneux par des méthodes non-destructives et outils technologiques

Impact of earthworm's activities on the infiltration of loamy soil by the non-destructive methods and the innovation techniques

• Auteur / Autrice : Hoang Dung Nguyen
• Direction : Jamal El Khattabi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement
• Jury : Président / Présidente : Ali Zaoui
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vana Tsimopoulou, Céline Pernin, Elkhadir Gharibi, Ammar Aljer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hua-Qing Wang, Lahcen Zouhri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar à pénétration de sol

Sols -- Bioventilation

Invertébrés des sols

Sols -- Perméabilité

Eaux pluviales

Eau -- Épuration -- Traitement biologique

Mots clés libres

Écoulement gravitaire

Biodiversity

Permeability

Sustainable stormwater management

Soils

Radar

Résumé

Les techniques alternatives représentent un enjeu majeur dans la gestion des eaux pluviales. C'est pourquoi les meilleures pratiques de gestion (MPG) sont largement appliquées dans la planification et la gestion urbaine. Ces techniques permettent de réduire les volumes d'eau et d'améliorer la qualité des eaux de ruissellement par traitement biologique.L'objectif principal de ce travail de thèse a été d'évaluer l'impact de l'activité lombricienne sur la perméabilité des sols limoneux argileux à travers le type et la densité des lombrics. L'expérimentation s'est basée sur deux méthodes d'analyse, l'écoulement gravitaire pour évaluer l'infiltration et le Radar haute fréquence (GPR) pour évaluer l'activité lombricienne.L'expérimentation a été réalisée selon deux cas de figures : en conditions contrôlées (air ambiant et humidité du sol) et en conditions réelles. Pour ce dernier cas, les boxes expérimentaux ont accueilli deux types de lombrics (Lumbricus terrestris et Aporrectodea caliginosa) dont l'activité a été suivie et surveillée par un système de monitoring : mesure du taux d'infiltration par écoulement gravitaire, mesure des paramètres physiques, mesure du signal radar suivie d'une analyse par la transformée de Fourier. Dans les conditions contrôlées l'impact de la densité des Lumbricus terrestris ( 25 individus/m^2, 50 individus/m^2, 100 individus/m^2 ) sur la perméabilité a également fait l'objet d'un traitement de signal radar suivi d'une analyse spectrale.Les résultats obtenus montrent pour les conditions contrôlées que l'impact des lombrics en termes d'infiltration (macropores et micropores) dépendent de la densité du Lumbricus terrestris testé. L'expérimentation dans les conditions réelles montre que l'impact des activités des deux types de lombrics est différent. Aporrectodea caliginosa donne de meilleurs résultats avec une augmentation de 200% de la perméabilité en 233 jours. Tandis que l'augmentation provoquée par Lumbricus terrestris n'est que de 77% pour la même durée. La combinaison de l'action des deux types de lombrics induit une augmentation intermédiaire de 107%.Le traitement de signal du radar via la fréquence à base de divers logiciels Reflexw et Matlab, montrent que plus la variation de la fréquence moyenne est rapide, plus l'activité des lombrics augmente dans le sol. Les résultats expérimentaux ont également montré une relation linéaire entre l'infiltration et les spectres de fréquence moyenne.Les résultats de nos recherches ont permis de quantifier la relation linéaire entre le type de lombric, la densité et l'infiltration du sol. La méthode non destructive (radar) représente un outil prometteur pour évaluer directement la perméabilité des sols à travers l'activité lombricienne.

Stormwater management is always one of a challenge of urbanisation towards sustainable development. Therefore, best management practices (BMPs) are widely applied in urban planning and management. In addition, the evaluation and improvement of alternative stormwater management are still executed to reduce runoff volumes and quality on the ground by biological processing.The main objective of this study was to assess the impact of earthworm activity on the permeability of loamy clay soils through the type and density of earthworms. The experiment was based on two approaches, gravity flow to assess infiltration and high frequency radar (GPR) to assess earthworm activity.To accomplish the above objectives, two experimental models were set up: (i) one indoor experiment of boxes installed one type of earthworm (Lumbricus terrestris) with controlled conditions (air room and soil humidity); (ii) one outdoor with the average scale with natural conditions. Two type of earthworms (i.e. Lumbricus terrestris, Aporrectodea caliginosa) were experimented in boxes under parametric monitoring (measurement of the infiltration rate by gravity flow, measurement of the radar signal followed by a Fourier transform analysis).The first approach's findings indicate that the impacts of earthworms on soil infiltration (macropores and micropores) depend on the type of earthworms (i.e. Lumbricus terrestris, Aporrectodea caliginosa, and combined two) and density of earthworms (25 individuals/m^2 ( ind/m^2 ), 50 ind/m^2 , 100 ind/m^2 ). In addition, the outcomes gave the relationship of soil's natural conditions (temperature, humidity). The second approach's findings show that Aporrectodea caliginosa gives better results with a 200% increase in patency in 233 days. While the increase caused by Lumbricus terrestris is only 77% for the same duration. The combination of the action of the two types of earthworms induces an increase of 107%.The signal processing (frequency) of the radar based on various methods (Reflexw and Matlab) show that the faster the variation of the average frequency, the more the activity of earthworms increases in the soil. Experimental results also showed a linear relationship between infiltration and mid-frequency spectra. The results show that the faster variation of mean frequency is, the more earthworm activities increase in the subsurface. The experimental results also showed a linear relationship between infiltration and mean frequency spectra.The research results quantified the linear relation between earthworm type, density and soil infiltration. The non-destructive geophysical technology is also a promising tool for evaluating earthworm activity and soil permeability.