Note ABES Contribution à l'étude des performances hydrologiques des noues d'infiltration dans les sols limoneux par les approches expérimentales et numériques visant la résilience des territoires face aux enjeux hydro-climatiques Investigating the Hydrological Performance of Infiltration Swales in Loamy Soils through Experimental and Numerical Approaches to Strengthen Territorial Resilience to Hydro-Climatic Issues Gestion intégrée des eaux pluviales Noues d’infiltration Solutions fondées sur la nature Performance hydrologique Limon Modèle hydro-Géophysique Integrated stormwater management Swales Nature-Based solutions Hydrological performance Loam Hydro-Geophysical model Gestion intégrée des ressources en eau Eaux pluviales -- Infiltration Limon Hydrogéophysique Modèles mathématiques Sols -- Perméabilité Sols -- Saturation en eau Lombric Face à une urbanisation croissante et à l'intensification des épisodes orageux liée au dérèglement climatique, la gestion intégrée des eaux pluviales représente un enjeu majeur pour renforcer la résilience des territoires face aux risques d'inondation. L'efficacité de ces ouvrages repose sur une conception adaptée, prenant en compte les contraintes du site et de la réglementation en vigueur. Les recommandations techniques préconisent la mise en place d'ouvrages d'infiltration pour des sols ayant une perméabilité supérieure à 10-6 m/s. Cependant, dans des contextes géologiques contraints, à l'image des territoires où les terrains géologiques anté-quaternaires sont couverts les formations limoneuses peu perméables. La performance de ces ouvrages demeure limitée. Leur capacité à assurer un bon fonctionnement hydrologique est remise en question. Par conséquent, les ouvrages d'infiltration, notamment les noues d'infiltration sans tranchées drainantes sont systématiquement écartées.Pour lever ces verrous, la réponse hydrologique des noues au niveau des sols limoneux pléistocènes du Nord a été étudié dans un cadre expérimental. Pour ce faire, un démonstrateur instrumenté a été conçu pour suivre en continu les niveaux d'eau, les paramètres physiques du sol et les données climatiques afin de caractériser la performance hydrologique de ces ouvrages en fonction de la surface active (Sa), de la perméabilité (K) et du degré de saturation initial (St). Une série de modélisations sur SWMM, calibrées sur les mesures sur site, ont permis de simuler la réponse hydrologique sous différentes séquences de pluie et sous différentes configurations (Sa, K, St), démontrant la capacité de ces ouvrages à gérer des pluies de 20 mm sans débordement. Afin d'améliorer la réponse hydrologique des noues, l'effet de l'activité lombricienne sur l'évolution de la perméabilité a été étudié. Une amélioration significative, allant jusqu'à 310.8 % de la vitesse d'infiltration, a été observée pour les noues les moins perméables, améliorant par conséquent leur temps de vidange. Cette amélioration est moindre dans des sols marqués par des perméabilités supérieurs (35 % d'amélioration en moyenne pour K = 3 10-6 m s-1Parallèlement, une étude hydro-géophysique à base des méthodes VES et ERT, a été réalisée au niveau du site et dans les communes à proximité afin d'identifier le rôle de la lithostratigraphie sur les transferts verticaux dans la zone non saturée. Trois configurations lithostratigraphiques : LCS (Limon-Craie sénonienne), LTC (Limon-Tuffeaux-Craie sénonienne) et LCT (Limon-Craie turonienne) ont été décrites à partir de la résistivité des niveaux crayeux sous les limons. Un faciès d'altération à l'interface limon-craie, dénommé marnettes, a été identifié, ainsi que son rôle dans la modification des écoulements par un ralentissement de l'infiltration des eaux pluviales dans les horizons crayeux. Sur la base de ces résultats, un nouveau modèle hydro-géophysique pour les sols limoneux a été développé, combinant les mesures de résistivité électrique par ERT et les simulations des écoulements en zone non-saturée, sur HYDRUS. Ce modèle a permis d'évaluer les variations spatio-temporelles de la teneur en eau (R² = 0.78) et d'évaluer la perméabilité non saturée (R² = 0.79) à partir de la résistivité électrique mesurée. Cette approche a été également utilisée pour estimer les variations de volumes d'eau infiltrés et stockés au droit des noues démontrant la contribution des noues à la recharge de la nappe de la craie.Les résultats issus de ce travail apportent des réponses aux contraintes rencontrées par les gestionnaires et les services d'eau et assainissement pour la mise en place des ouvrages de gestion intégrée des eaux pluviales sans tranchées drainantes. Plusieurs pistes de recherche sont dégagées pour renforcer les orientations stratégiques en matière de gestion de l'eau. In response to increasing urbanisation and the intensification of rainfall events associated with climate change, integrated stormwater management has become a critical component for enhancing the urban resilience to flood risks. The performance of low impact developments infrastructures relies on context-specific design, aligned with site-specific constraints and regulatory requirements. Current guidelines recommend the use of infiltration systems on soils with hydraulic conductivity exceeding 10-6 m/s. However, in geologically constrained settings, such as areas where pre-Quaternary geological formations are overlain by low permeability silt soils, the performance of these systems remains limited. Their ability to ensure effective hydrological functioning is thus challenged. As a result, infiltration-based solutions, especially swales without drainage trenches, are often systematically ruled out.To overcome these limitations, the hydrological response of infiltration swales on Pleistocene silt soils in the northern region was studied experimentally. An instrumented field-scale demonstrator was designed to enable continuous monitoring of water levels, soil physical parameters et meteorological data. This setup allowed the assessment of swales hydrological response based on active surfaces (Sa), hydraulic conductivity (K) and initial soil water content (St). Simulations were made using SWMM, calibrated with field measurements, were conducted to explore the system response under various rainfall scenarios and design configurations. Results indicate that, under specific conditions, swales manage a 20 mm rainfall event without overflow. To enhance infiltration dynamics and therefore the swales hydrological response, the role of earthworm activity on soil permeability evolution was also investigated. Results showed a substantial increase in infiltration rate (up to 310.8%) in the least permeable swales, leading to significantly reduced drainage times. This improvement was less pronounced in soils with higher permeability (average increase of 35 % for K = 3 10-6 m s-1).Additionally, a hydro-geophysical survey, using VES and ERT approaches, was conducted both at the experimental site and in surrounding municipalities to investigate the influence of lithostratigraphy on unsaturated flow process. Three typical lithostratigraphic configurations: LCS (Loam-Senonien chalk), LTC (Loam-Landenian sand- Senonien chalk), LCT(Loam, Turonian chalk) were identified based on the resistivity of chalk layers beneath loess. Particular attention was given to the presence of marnettes, a weathered facies at the silt-chalk contact was identified and found to play a role in the vertical percolation into the underlying chalk aquifer. Based on these findings, a novel hydro-geophysical modelling framework was developed for silt soils, integrating electrical resistivity tomography (ERT) data with unsaturated flow simulations (on HYDRUS). Through this model, spatiotemporal variability of water content (R² = 0.78) and unsaturated hydraulic conductivity (R² = 0.79) can be accurately estimated based on resistivity measurements. The model also enables the quantification of infiltrated and stored water volumes beneath swales, thereby assessing their contribution to groundwater recharge in chalk aquifers.The results of this work provide actionable insights for water and sanitation authorities facing constraints in implementing integrated stormwater systems without drainage trenches. Key research directions are outlined to strengthen strategic frameworks for integrated water management. Electronic Thesis or Dissertation Text fr PDF 16670526 https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/EDENGSYS/2025/2025ULILN021.pdf http://www.theses.fr/2025ULILN021/abes https://theses.hal.science/tel-05491051 https://theses.hal.science/tel-05491051 https://theses.hal.science/tel-05491051 https://theses.hal.science/tel-05491051 Lhamidi Khalil Lhamidi 1997-10-16 MA 29346975X https://theses.fr/2025ULILN021 2025ULILN021 https://doi.org/10.70675/1fd8e986zd637z446az8bfcz16e092a82fca 2025-10-16 Génie civil Université de Lille (2022-....) 259265152 Doctorat Docteur es non oui El Khattabi Jamal MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 06956955X Djelal-Dantec Chafika MADS_PRESIDENT_DU_JURY 099217651 Picot Géraldine MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 120441748 Rodriguez Fabrice MADS_RAPPORTEUR_1 103899642 Gromaire Marie-Christine MADS_RAPPORTEUR_2 148091288 École graduée Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 25860221X LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 249848 161607160 Hauts-de-France. Conseil régional MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_2 203650891 Métropole européenne de Lille MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_3 224332309 Agence de l'eau Artois-Picardie MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_4 029331269 ddc:620 El Khattabi Jamal Djelal-Dantec Chafika Picot Géraldine Rodriguez Fabrice Gromaire Marie-Christine École graduée Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....) LGCgE -Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement Hauts-de-France. Conseil régional Métropole européenne de Lille Agence de l'eau Artois-Picardie PDF 16670526