Évaluation des propriétés hydrauliques non saturées par approches semi-analytiques et numériques sur échantillons de sols

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Pour faire face à une demande accrue d'environ 70 % en besoins alimentaires d'ici à 2050, l'agriculture doit augmenter sa productivité et les experts sont d'avis que la qualité des sols est la prochaine limite à franchir pour y parvenir. Notre équipe s'est penchée dernièrement sur l'irrigation, mais nos travaux indiquent aussi qu'un facteur encore plus important d'amélioration de la productivité est liée largement à la qualité des sols (drainage, compaction, aération). L'évaluation de cette qualité se fait en partie par la caractérisation des propriétés hydrauliques (ex : aération, conductivité hydraulique saturée et non saturée) de cylindres de sol prélevés au champ. Ces caractérisations hydrauliques sont toutefois onéreuses et difficiles à obtenir au laboratoire et requiert une forte expertise. Des technologies pour mesurer rapidement la teneur en eau, le potentiel matriciel et le débit permettraient aussi d'estimer indirectement les propriétés hydrauliques des sols agricoles avec précision en utilisant des méthodes numériques inverses couplées aux données. Toutefois, les estimations numériques inverses génèrent souvent un nombre infini de solutions ce qui résulte en estimations peu réalistes et peu utiles. Ce programme vise à générer une nouvelle approche numérique inverse utilisant des solutions analytiques en premier lieu pour fournir un premier estimé des propriétés hydrauliques à partir d'observations prises lors d'événements caractéristiques du terrain (drainage, précipitations) et à utiliser ces premiers estimés pour limiter les plages de recherche des paramètres hydrauliques pour une efficacité accrue des méthodes inverses. La première année du projet sera consacrée à la recherche de solutions analytiques associées aux phases de drainage et d'humectation d'un sol saturé ou non saturé, sur des colonnes de sol (organiques, sableux, limoneux et argileux) construites et instrumentées, soumises périodiquement à des événements de drainage et de précipitation pour estimer les propriétés hydrauliques. Les jeux de données obtenues seront analysés en utilisant 1) des calculs classiques par différences finies (profils instantanés) 2) des méthodes numériques inverses (Hydrus), 3) des solutions analytiques ou 4) et 5) à partir de deux autres méthodes utilisant une estimation initiale des paramètres obtenus des solutions analytiques avant le lancement de l'estimation numérique inverse. Une dernière étape consistera à comparer la précision des résultats obtenus et à élaborer un algorithme fiable pour l'estimation des propriétés hydrauliques. L'estimation en temps réel des paramètres hydrauliques constituera une percée scientifique importante, en permettant la mise en place d'une véritable intelligence diagnostique autonome en agriculture de précision, bénéfique pour les firmes d'experts-conseils en agronomie, pour l'utilisation et la conservation des sols et l'accroissement de la productivité de l'agriculture canadienne pour les générations à venir.