Bases de l'Irrigation

VES Nord – 2 HAR - INAT, 13 Mars 2013, Tunis, Tunisie

Bases de l’irrigation Dr. Issam Nouiri [email protected]

La fonction de l’enseignant n’est pas d’enseigner, elle est de veiller à ce que les élèves apprennent (Develay, 1990, p. 162).

Plan • Introduction, • Rappels, • Besoins en eau des cultures, • Bases de l’irrigation.

Introduction Les besoins en eau d’irrigation sont calculés utilisant des formules empiriques, programmées ou non dans des logiciels, tel que CropWat. Basé sur la formule de Penman Monteith modifiée. Il est aussi basé sur les Bulletins d'irrigation et de drainage : No. 56 "Crop Evapotranspiration Guidelines for computing crop water requirements” No. 33 "Yield response to water".

Introduction (suite) • CropWat permet le calcul des besoins en eau des cultures et des quantités d'eau d'irrigation. • Il offre la possibilité de : – développer un calendrier d'irrigation en fonction de diverses pratiques culturales, – évaluer les effets du manque d'eau sur les cultures, – évaluer l’efficience de différentes pratiques d'irrigation.

Chapitre 1

RAPPELS

1. La plante: La plante peut être schématiquement assimilée à une pompe qui puise l’eau dans le sol et la rejette dans l’atmosphère sous forme de vapeur d’eau : Transpiration (T) : C’est la réponse de la plante à la demande d’évaporation de l’air (E). L’importance des forces de rétention de l’eau par la plante est le potentiel de l’eau dans la plante. Il dépend de la teneur en eau des vacuoles des cellules.

Schéma du processus de la Transpiration

(FAO, Irrigation and Drainage paper 56, 1998)

2. Le potentiel de l’eau dans le sol : Il exprime l’intensité des forces qui retiennent l’eau et l’importance du travail qu’il faudra fournir pour extraire cette eau : 



Plus le sol est humide, plus le potentiel de l’eau est faible, plus l’eau est mobile, Au fur et à mesure que le sol se dessèche, les forces de rétention du sol et le potentiel de l’eau augmentent.

3. Humidité à la capacité au champ: Après une pluie ou un arrosage abondant, tous les capillaires sont remplis d’eau. Sous l’effet de la gravité, l’eau s’écoule des gros capillaires, qui se vident. Le sol est ressuyé. L’eau qui reste dans les petits capillaires est retenue avec des forces supérieures à celle de la pesanteur : l’humidité correspondante s’appelle humidité à la capacité au champ “Hcc ”.

3.

Humidité permanent:

au

point

de

flétrissement

Représente la teneur en eau du sol en dessous de laquelle l’absorption de l’eau par les racines est bloquée. A ce moment, le potentiel de l’eau du sol est supérieur à celui de l’eau dans la plante. Dans la pratique, on se donne une valeur fixe : Hf = 15 atmosphères = 4,2 pF Hf = Hcc / 1,84

4. Réserve utile maximale Représente le volume d’eau retenu par le sol entre Hcc et Hf. Pour une parcelle de surface “S”, et de profondeur d’enracinement “z” de la culture étudiée, la réserve utile maximale peut être calculée par les équations suivantes : RU max = ( Hcc – Hf) . Da . z . S (m3) RU max = 4500 . He . Da .z (m3/ha) Da : densité apparente du sol et He : Humidité équivalente à Hcc.

5. La réserve facilement utilisable “ RFU ” : La quantité d’eau de la RUmax que les plantes peuvent absorber sans effort particulier (meilleures conditions de rendement). 6. La réserve utile pratique “ RUpratique ” : L’expérience montre que la détermination du volume et de la fréquence des irrigations des cultures peut être opérée avec confiance sur la base d’une fraction de “ RUmax ”. L’exemple des céréales: RUpratique = (1/2) . 4500 . He . Da .z (m3/ha)

Les fractions de l’eau dans le sol Humidité du sol (%) Hcc = 25 %

Réserve d ’eau dans le sol (mm) Smax

RUpratique =1080 m3/ha/m

RUmax = 1800 m3/ha/m

Hmin = 16 %

H f = 10 % H=0%

RU = 0 RNU

Chapitre 2

BESOINS EN EAU DES CULTURES

1. Évapotranspiration (ET): c’est la quantité d’eau perdue sous forme de vapeur d’eau à partir d’une surface couverte de végétation (m3/ha.jour ou mm/jour)

(FAO, Irrigation and Drainage paper 56, 1998)

Évapotranspiration = Évaporation (E) + Transpiration (T)

2. L’évapotranspiration de référence (ET0): L’ensemble des pertes en eau par évaporation et par transpiration d’une surface de gazon: saine, de hauteur uniforme, couvrant totalement le terrain, en plaine période de croissance, et abondamment pourvue en eau. Calculée à partir des données climatiques (FAO Penman Monteith) (Bulletin FAO n° 56), Mesurée,

900 0,408    ( Rn  G )     u2  (es  ea ) T  273 ETo      (1  0,34  u2 ) Où :

• ETo : Évapotranspiration de référence (mm/jour), • Rn : Rayonnement net à la surface du couvert végétal (MJ. m-²/jour),

• G : Densité du flux de chaleur au sol (MJ. m-²/jour), • T : Température de l’air à 2 m de hauteur (°C), • u2 : Vitesse du vent à 2 m de hauteur (m/s),

• es : Pression de vapeur saturante (kPa), • ea : Pression de vapeur actuelle (kPa), • Δ : Pente de la courbe de pression de vapeur (kPa/°C), • Gamma : Constante psychrométrique (KPa/°C)

3. L’évapotranspiration maximale (ETM) : Lorsque l’eau est en quantités suffisantes et que les conditions agronomiques sont optimales (sol fertile, bon état sanitaire, etc…). Définie à différents stades de développement végétatif, « Évapotranspiration sous conditions standards : ETc».

4. L’évapotranspiration réelle (ETR) : Lorsque le sol est à son humidité spécifique actuelle et les plantes à un stade de développement physiologique et sanitaire réel. «Évapotranspiration sous standard: ETc adj ».

conditions

non

5. Évaluation de l’évapotranspiration : Les besoins en eau des cultures sont estimés par la correction de l’évapotranspiration d’une culture de référence (ET0) par un coefficient appelé : “ Coefficient cultural Kc ” ETc = Kc . ET0 ETc adj = Ks . Kc adj . ET0 Ks : Coefficient de stress.

Estimation du Coefficient cultural Kc

Conception, programmation et gestion de l’irrigation non fréquente.

(FAO, Irrigation and Drainage paper 56, 1998)

Irrigation en temps réel et pour le pilotage de l’irrigation fréquente: Kc = Kcb + Ke • Kcb exprime la transpiration des plantes. • Ke exprime l’évaporation à partir du sol.

Le stress hydrique affecte surtout la transpiration. l’évapotranspiration réelle s’écrit alors : ETR = (Ks x Kcb + Ke) x ETo

(FAO, Irrigation and Drainage paper 56, 1998)

Résumé ETo exprime le pouvoir d’évaporation de l’atmosphère, ETc exprime l’évapotranspiration d’un champs dans des conditions agronomiques et de gestion excellentes, ETc adj exprime l’évapotranspiration d’un champs où les conditions ne sont pas optimales. (FAO, Irrigation and Drainage paper 56, 1998)

Chapitre 3

BASES DE L’IRRIGATION

1. Le bilan hydrique

(FAO, Irrigation and Drainage paper 56, 1998)

Équation du Bilan: Dr ,i  Dr ,i 1  ( P  RO)i  I i  CRi  ETc,i  DPi Où: Dr, i: Épuisement de la réserve de la zone des racines à la fin du jour i, Dr, i-1: Épuisement de la réserve de la zone des racines à la fin du jour (i-1), Pi: Pluviométrie du jour i , ROi: Ruissellement de surface du jour i, Ii: Irrigation nette du jour i, qui s’infiltre dans le sol, CRi: Remonté capillaire de l’aquifère du jour i , ETci: Evapotranspiration des cultures du jour i , DPi: Percolation en profondeur au-delà des racines du jour i . Tous les paramètres sont exprimés en mm.

Conditions limites:

0  Dr ,i  RU max Épuisement initial: Dr ,i 1  1000  ( H cc  H i 1 )  zr

Coefficient du stress hydrique si Dr > RFU: RU max  Dr Ks  RU max  RFU

2. Prévision de l’Irrigation:

• L’objectif principal de l’irrigation est d’apporter l’eau au meilleur moment et avec la quantité suffisante, • Le calcul du bilan hydrique journalier permet de déterminer le jour de l’irrigation et la quantité d’eau à apporter.

• Pour éviter le stress hydrique des cultures, l’irrigation doit être appliquée avant ou au moment où la fraction facilement utilisable (RFU) soit épuisée: Dr ,i  RFU

• Pour éviter les pertes d’eau et de nutriments par percolation au-delà des racines, la hauteur de l’irrigation nette doit être inférieure à l’épuisement de la zone des racines: I i  Dr ,i

Exemple de bilan hydrique avec et sans irrigation EVOLUTION DU BILAN HYDRIQUE D'UN SOL 90 Irr

Irr

Irr

Réserve (mm)

60

30 P

P

P

P

P

Date Sans irrigation

Avec irrigation

26 /3

19 /3

12 /3

5/ 3

26 /2

19 /2

12 /2

5/ 2

29 /1

22 /1

15 /1

8/ 1

1/ 1

0

3. Relation entre le rendement et la salinité (Bulletin Irrigation et Drainage No 29): • Sous des conditions de gestion optimales, le rendement reste à un niveau potentiel jusqu’à ce qu’un seuil critique de la conductivité électrique de la solution du sol (ECe) soit atteint. • Lorsque la salinité croit au-delà de ce seuil, il est supposé que le rendement décroit linéairement.

Le rapport des rendements actuel et maximal d’une culture soumise à un stress salin est :

Ya b  1  ( ECe  ECec )  Ym 100 Où: Ya : Rendement actuel, Ym : rendement maximal (ECe