Use of scaled forms of the infiltration equation for the estimation of unsaturated soil hydraulic properties (the Beerkan method)

Water movement in soil can be described accurately at the local scale, provided that soil hydraulic properties can be determined with precision. Traditional methods for characterizing soil are often time consuming, and large areas cannot be sampled easily. We present a simple method for overcoming these difficulties. It is easy to implement and cheap. It is known as the Beerkan method, and it relies on particle-size analysis, dry bulk density and simple infiltration tests in cylinders. We describe the experimental protocol and the method of data analysis, leading to the estimation of parameters describing hydraulic properties. Shape parameters depend on soil texture and are derived from particle-size data. Normalization parameters depend on soil structure. They are derived by inverse modelling and optimization from the infiltration tests. The theoretical background relies on the sorptivity concept and scaled forms of the infiltration equation. The formalism for one- and three-dimensional analysis is described. We assess the accuracy of the method using published data and simulated values, showing the soundness of the approach. For the purpose of illustration, we implemented a simple optimization technique on two bounding cases. / Les transferts d'eau dans le sol peuvent être décrits avec précision à l'échelle locale, pour peu que les propriétés hydrodynamiques du sol soient suffisamment bien connues. Les méthodes traditionnelles de caractérisation des sols sont souvent gourmandes en temps, et de grandes surfaces sont difficiles à échantillonner. Nous proposons une méthode simplifiée, facile à implémenter et peu coûteuse, visant à limiter ces difficultés. Elle est connue sous le nom de méthode Beerkan, et elle s'appuie sur la connaissance de la distribution granulométrique du sol, de sa densité sèche et des essais simplifiés d'infiltration utilisant des cylindres. Nous décrivons le protocole expérimental et la méthode d'analyse des données, permettant l'estimation des paramètres des courbes décrivant les propriétés hydrodynamiques du sol. Les paramètres de forme sont liés à la texture et peuvent être déduits de l'analyse granulométrique. Les paramètres de normalisation dépendent quant à eux de la structure du sol. Ils sont obtenus par modélisation inverse et optimisation sur les essais d'infiltration. La théorie sous-jacente s'appuie sur le concept de sorptivité, et des équations non-dimensionnelles de l'infiltration. Nous décrivons le formalisme pour une infiltration mono- et tri-dimensionnelle. Nous montrons la pertinence de la méthode à l'aide de données publiées et de valeurs simulées. Pour cela nous n'utilisons qu'une méthode simple d'optimisation, appliquée à deux modèles limite.