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UNITE DE FORMATION DOCTORALE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR PREPAREE AU LABORATOIR

UNITE DE FORMATION DOCTORALE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR PREPAREE AU LABORATOIRE DE MECANIQUE PAR ODI ENYEGUE Timothée Thierry Sous la Direction du Professeur Didier FOKWA MAITRE DE CONFERENCES PRESIDENT : TAMO TATIETSE Thomas, Professeur, Université de Yaoundé I RAPPORTEUR : YAMB Emmanuel, Maitre de Conférences, Université de Douala RAPPORTEUR : MBESSA Michel, Maitre de Conférences, Université de Yaoundé I RAPPORTEUR : BETENE EBANDA Fabien, Maitre de Conférences, Université de Douala MEMBRE : NJEUGNA Ebenezer, Professeur, Université de Douala MEMBRE : FOKWA Didier, Maitre de Conférences, Université de Douala Thèse de Ph.D Étude expérimentale et modélisation de la dynamique de l’érosion hydrique des sols 2019_2020 UNIVERSITE DE DOUALA ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES FONDAMENTALES ET APPLIQUEES (EDOSFA) BP 8580 Tel. 697916557 Email : edosfaunivdla@yahoo.com UNIVERSITY OF DOUALA POSTGRADUATE SCHOOL FOR PURE AND APPLIED SCIENCES (POSPAS) PO Box 8580 Tel. 697916557 Email : edosfaunivdla@yahoo.com i Dédicace A Toute ma Famille et Particulièrement ma tendre Epouse NDZIE BIDIMA II Anne-Marie ii Remerciements Cette Thèse de Ph. D est le résultat des efforts réunis durant 03 bonnes années de recherche. Je tiens particulièrement à adresser ma profonde gratitude à tous ceux qui, de près ou de loin, d’une façon ou d’une autre, ont contribué à la réalisation de ce travail, notamment :  Pr TAMO TATIETSE Thomas président du jury ;  Pr FOKWA Didier, en tant que Directeur dont les orientations et le recadrage ont mené jusqu’au bout, cette thèse au travers de multiples séances de travaux pour un bon aboutissement et dont les recommandations et les consignes ont été judicieux ; pour la rigueur scientifique et technique dont il a fait montre dans l’atteinte des objectifs ; mais aussi sans oublier les valeureux conseils afin d’avancer concrètement dans le travail de recherche d’une part et la mise à notre disposition de la documentation qui nous a permis de mieux appréhender les notions de notre étude ;  Pr YAMB Emmanuel pour ses conseils et observations judicieux, et surtout pour les remarques et enseignements apportés, sans oublier tout son apport dans l’amélioration de la qualité de rédaction ;  Pr MBESSA Michel pour ses remarques et observations judicieuses dans le but de parfaire ce travail ;  Pr NJEUGNA Ebenezer pour ses conseils et surtout pour les observations pendant les sciences de travaux au LAMMA ; aussi pour son exigence quant à la réhabilitation du simulateur de pluie, et aussi sa contribution dans l’amélioration de ce travail ;  Pr BETENE EBANDA Fabien, pour le rappel régulier à l’ordre et à la conformité des documents, et aussi toute l’attention portée, son apport dans l’amélioration du ce travail ;  Pr NNEME NNEME Léandre pour le soutien et son appui ;  Pr TAMBA pour son partage d’expérience, ses encouragements, ses conseils galvanisants et son aide précieuse dans l’acquisition de la documentation ;  Dr. MBIAKOUO DJOMO Eric Flavien, pour son apport et sa contribution dans la réalisation du simulateur de pluie et aussi pour le partage d’expériences ;  Dr MONO Jean Aimé, pour son partage d’expérience et ses conseils ;  Dr. TCHEMOU Gilbert, pour ses différents conseils et sa disponibilité, son partage de connaissances et d’expériences ; iii  M. VITOUSSIA, M. KIBONG Marius, TSANGA HUGUES pour les différentes discussions, les séminaires de travail ;  Toute l’équipe du laboratoire de recherche LAMMA pour le cadre d’échange et d’expertise mis à ma disposition ;  Le personnel de la scolarité de l’ENSET, et particulièrement M. ZOBO Narcisse pour le soutien moral et la bonne collaboration ;  Les membres de la chorale Saint François Xavier et particulièrement Gilles YINDI, pour les informations de la cartographie obtenue à la Communauté Urbaine de Douala ;  Mes familles et belles-familles pour tous leurs soutiens et leurs encouragements. iv Résumé Dans le but d’apporter une contribution au développement des outils d’aide à la gestion des biens et terrains, cette étude a consisté au développement d’un modèle d’évaluation et de prédiction de l’érosion hydrique, à partir des paramètres tels que la cohésion, la pente, et l’intensité pluviométrique. Dans cette thèse il est présenté un nouveau modèle d'évaluation et de prédiction de l'érosion hydrique des versants. Ce modèle a été développé à partir des résultats d’expériences réalisées à l’aide d’un mini-simulateur de pluies, fabriqué par notre équipe de recherche LAMMA, dans le laboratoire de Génie Civil de l’Ecole Normale Supérieure de l’Enseignement Technique de l’Université de Douala. Le modèle obtenu utilise une fonction à plusieurs variables, permettant de faire une bonne estimation de la masse de sol érodé, à partir des paramètres d’influence. Le modèle développé est très simple et pratique, il a été dénommé MFEPE (modèle de la fonction exponentielle du potentiel d’érosion). Il prédit la perte de sol sur le terrain par l’intermédiaire d’un coefficient d’ajustement égale à 8.5x10-3 obtenu par comparaison des mesures du mini-simulateur avec celles du terrain, permettant alors de faire une extrapolation des mesures de la mini échelle de laboratoire à grande échelle du bassin. Cette technique nous a permis d’évaluer la perte de sol d’une parcelle de terre nue de la ville de Douala de surface 5.3ha de pente inférieure à 0.45, de pluviométrie 4196mm/an et de cohésion 0.02N/mm2, égale à 138t/ha/an. Au lieu de 157t/ha/an obtenue par le modèle USLE, qui ne prend pas en compte la cohésion des particules du sol et qui est mieux adapté à l’érosion en nappe des sols cultivés. Malgré l’efficacité du modèle MFEPE, celui-ci doit être amélioré pour prendre en compte d’autres critères statistiques et probabilistes afin d’intégrer le caractère aléatoire naturel, et aussi la prise en compte de la composition du sol, par exemple l’influence de l’hétérogénéité. Un modèle mécaniste d’évaluation a également été exploré, afin d’étudier l’évolution temporelle des pertes de sol, et d’observer l’influence particulière de la cohésion et de la pente. Mots clés : Dynamique ; Erosion hydrique ; Expérimentale ; Modélisation ; Sol. v Abstract In order to make a contribution to the development of tools to assist in the management of property and land in the city of Douala, this study consisted in the development of a model for assessing and predicting soil erosion sandy clay exposed from parameters such as cohesion, slope, and rainfall intensity. In this thesis, the new model for assessing and predicting hillslope erosion was developed. This model was developed from the results of experiments carried out using a mini-rain simulator manufactured by our LAMMA research team in the Civil Engineering laboratory of the higher normal school of technical education of the University of Douala. The model obtained uses a function with several variables, making it possible to make a good estimation of the mass of eroded soil, from the influence parameters. The model developed is very simple and practical, we called it MFEPE (model of the exponential function of the erosion potential). It predicts the loss of soil on the ground by means of an adjustment coefficient equal to 8.5x10-3 obtained by comparison of the measurements of the mini- simulator with those of the ground, thus making it possible to make an extrapolation of the measurements of the mini laboratory scale to the large scale of the basin. This technique allowed us to assess the soil loss of a parcel of bare earth in the city of Douala with a surface area of 5.3ha with a slope less than 0.45, rainfall of 4196mm/year and cohesion of 0.02N/mm2, equal to 138t / ha / year. Instead of 157 t / ha / year obtained by the USLE model, which does not take into account the cohesion of soil particles and which is better suited to the erosion in plies of cultivated ground. Despite the efficiency of the MFEPE model, it must be improved to take into account other statistical and probabilistic criteria in order to integrate the natural randomness and also the taking into account of the composition of soil, such as existence of particles other natures. Keywords: Dynamic; Experimental; Modelisation; Soil; Water erosion vi Table des matières UNITE DE FORMATION DOCTORALE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR ......... 0 DEDICACE ............................................................................................................................. I REMERCIEMENTS ............................................................................................................ II RESUME............................................................................................................................... IV ABSTRACT ........................................................................................................................... V TABLE DES MATIERES ................................................................................................... VI LISTE DES TABLEAUX ................................................................................................. VIII TABLE DES ILLUSTRATIONS........................................................................................ IX INTRODUCTION GENERALE ........................................................................................ 14 1. CHAPITRE 1 : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR L’EROSION HYDRIQUE .......................................................................................................................... 18 INTRODUCTION ..................................................................................................................... 18 1.1.1. DEFINITION D’UN SOL .............................................................................................. 18 1.1.2. LES CARACTERISTIQUES D’UN SOL ......................................................................... 19 1.1.3. PROPRIETES D’UN SOL ............................................................................................. 20 1.2.1. REDISTRIBUTION DE L’EAU ISSUE DES PRECIPITATIONS ....................................... 23 1.2.2. ORIGINE DES PLUIES ................................................................................................ 23 1.3.1. DETACHEMENT DES PARTICULES DU SOL ET TRANSPORT PAR LE SPLASH. ......... 29 1.3.2. DETACHEMENT ET TRANSPORT PAR RUISSELLEMENT .......................................... 32 1.3.3. INFLUENCE DE LA COHESION DU SOL SUR LA DYNAMIQUE D’EROSION ............... 34 1.4.1. LES MODELES EMPIRIQUES OU EXPERIMENTAUX ................................................. 36 1.4.2. LES MODELES MATHEMATIQUES D’ETUDE DE L’EROSION ................................... 49 A) MODELE MATHEMATIQUE DE L’INTERACTION TRANSPORT ET DEPOT .................... 54 B) MODELES MATHEMATIQUES D’EVOLUTION DES VERSANTS ...................................... 56 C) MODELE D’EVOLUTION DES TERRAINS « SIBERIA » ................................................. 58 1.4.3. MODELES NUMERIQUES D’ETUDE DE L’EROSION .................................................. 58 2. uploads/Science et Technologie/ nouv-these12-11-20-b-finale.pdf