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TRAVAUX DIRIGES D'hydraulique AGRICOLE : TOME 1 : LES BESOINS EN EAU D’IRRIGATION

OCTOBRE 2003 (troisième édition)

KOUAME KOU ASSI

1

SOMMAIRE AGROCLIMATOLOGIE ET PHYSIQUE DU SOL

P3

6 EXERCICE S *

LES BESOINS EN EAU DES CULTURES

P8

7 EXERCICES

2

PHYSIQUE DU SOL

3

EXERCICE N°1 les humidités caractéristiques d’un sol ont donné les r ésultats suivants :

Hcr Hpf da

0 - 50 cm 38 % 20.7 % 1,2

50 cm - 100 cm 34 % 19 % 1,2

Déterminer la réserve utile (R.U.) et la réserve facilement utilisable (R.F.U.) de ce sol pour une profondeur racinaire de : 25cm 50 cm 75 cm 100 cm

EXERCICE N°2 La détermination des caractéristiques d’un sol au laboratoire lors des études préalables à l’aménagement a donné les résultats suivants : Humidité pondér ale équivalente (He) = 38 % Densité apparente (da) = 1,2 Densité réelle (dr) = 2,67. Avant la mise en place de la culture sèche l’humidité de ce sol est de 25 %. En consi dérant une profondeur utile d’enracinement de 50 cm : 1°) Déterminer la réserve en eau de ce sol en mm et en m 3/ha 2°) On désire effectuer une pré-irrigation afin de porter l’humidité de ce sol à sa capaci té au champ. Déterminer le volume d’eau nécessai re à apporter en mm et en m3/ha.

EXERCICE N°3 L'analyse des caractéristiques d’un sol au laboratoire lors des études préalables à l’aménagement avait donné les résultats suivants : Humidité pondér ale équivalente (He) = 38 % Densité apparente (da) = 1,2 Densité réelle (dr) = 2,67.

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Pour une humidité de ce sol de 15 % et en considérant une profondeur utile d’enracinement de 30 cm : 1°) Que pouvez -vous dire au sujet de l'alimentation en eau de la plante ? 2°) Déterminer le volume d’eau nécessaire à apporter en mm et en m3/ha afin de porter l’humidité de ce sol à sa capaci té au champ. 3°) Déterminer alors la réserve en eau de ce sol et la fraction de cette réserve facilement utilisable par la plante.

EXERCICE N°4

L'analyse des caractéristiques d’un sol au laboratoire lors des études préalables à l’aménagement avait donné les résultats suivants : Humidité pondér ale équivalente (He) = 35 % Densité apparente (da) = 1,2 Densité réelle (dr) = 2,67 Pour une humidité de ce sol de 25 % et en considérant une profondeur utile d’enracinement de 60 cm : 1°) Quelle est le volume d'eau contenue dans ce sol ? 2°) Déterminer la réserve en eau de ce sol et la fraction de cette réserve facilement utilisable par la plante. 3°) Déterminer le volume d’eau nécessai re à apporter en mm et en m3/ha.afin de porter l’humidité de ce sol à sa capacité au champ 4°) Déterminer sa porosité

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EXERCICE N°5 1) Remplir le tableau ci -dessous Potentiel de l’eau dans le sol ( mce)

Pf

Caractéristique l’humidité

de

1 3,16 10 158,50

2) Le tableau ci-dessous présente les caractéristiques d’un sol. Profondeur

Hcr

Hpf

da

0-25 cm

27%

12%

1,4

25- 50 cm

31%

15%

1,35

50- 80 cm

34%

18%

1,3

Déterminer : Ø Pour chaque horizon, la réserve utile (R.U.) et la réserve facilement utilisable ( R.F.U.). Ø La lame d’eau (quantité d’eau) contenue dans les 80 premiers cm de sol à la capacité de rétention et au point de flétrissement. Ø En déduire la réserve utile de ce sol et sa réserve facilement utilisable à une profondeur d’enracinement de 80 cm

EXERCICE N°6 De l’oignon à maturité (profondeur d’enracinement de 50 cm) se trouve sur un sol dont les caractéristiques sont les suivantes : Humidité pondér ale à Hpf =20% Humidité pondér ale à Hcr =38% Densité apparente = 1,2 Densité réelle = 2,67 1) Que signifient ces valeurs ? 6

2) Après une pluie de 30 mm un échantill on de ce sol humide analysé au l aboratoire a donné une humidité pondérale de 31%. Déterminer : a) b) c) d) e)

Le volume total de l’eau contenue sur une tranche de 50 cm de pr ofondeur. La réserve utile de ce sol (R.U.). La réserve facilement utilisable de ce sol (R.F.U.) La réserve en eau disponible pour la plante La réserve en eau facilement utilisable par la plante f) La porosité de ce sol

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BESOIN EN EAU DES CULTURES

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EXERCICE N°1 On désire réaliser une exploitation de culture d'ananas à N' jombé au Ca meroun. A partir des données ci-dessous, indiquer les mois nécessitant de l’irrigation et la consommation annuell e en eau de la culture. Sur le climat :

mois ETP Kc Pmoy

mars 198 0.4 97.7

avril 178 0.4 137.

mai 162 0.5 285.

juin 160 0.5 326.

Juillet août 130 114 0.6 0.6 210.1 281.

sept 113 0.6 224

Oct. 130 0.6 225.

Nov. 150 0.6 157.

Dec. 167 0.6 91.7

janv 180 0.6 0

fevr 192 0.6 5.5

Sur le sol : densité appar ente da = 1.3 humidité à la capacité de rétention humidité au point de flétrissement

Hcr = 40 % Hpf 4. 2 = 25 %

Sur la culture (ananas) : - profondeur d’enracinement total e moyenne : 40 cm - progression linéaire de 0 à 40 cm dans l es 45 premiers jours

EXERCICE N°2 L’Étude se propose de déterminer les besoins en eau des cultures durant le cycle sec sur un périmètre hydro-agricole situé en aval d’une retenue de 1. 600.000 m3. Le projet envisage le riz en double culture : Premier cycle : - du 20 décembre au 31décembr e : saturation et mise en boue - du 1 janvier au 30 avril : repiquage à r écolte. Arrêt des irrigations à partir du 15 avril Deuxième cycle : - du 20 juin au 30 juin : saturation et mise en boue - du 1 juillet au 30 octobre : repiquage à récol te. Arrêt des irrigations à partir du 15 octobr e Les données di sponibles sont les suivantes :

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a) Caractérisation du sol - les humidités caractéristiques sur plusieurs profils ont permis de définir un « profil moyen »

Hcr Hpf da

0 - 50 cm 38 % 20.7 % 1,2

50 cm - 100 cm 34 % 19 % 1,2

- Des mesures d’infiltration effectuées ont permis d’estimer les pertes par percolation à 5mm/jour.

b) climat Les obser vations sur plusieurs années ont donné les moyennes sui vantes : Janv Févr. Mars Avril . P

7,9

12,8

26,1

Mai

Juin

Juill. Août Sept. Oct.

131,1 157,0 170,8 101,5 152,5 152,1 118,9

ETP 118,7 140,6 145,7 144,4 135

116,8 110,2 109,2 112,7 123,1

Nov.

Déc.

15,7

10,3

108,3 112,9

c) Coefficients culturaux et lame d’eau (riz) Phase

Reprise

Durée (j) 30 Coefficient cultural 1,05 Lame d’eau dans les casi ers 5 cm

Tallage/ montaison 40 1,1 10 cm

Épiaison

Maturation

20 1,15 20 cm

30 1 0 cm

On admet que l a saturation nécessite 1 600 m3/ha

Questions 1) Déterminer les besoins nets mensuel s pour le riz en m3/ha 2) En déduire les besoins en eau de chaque cycl e de riz en m 3/ha On pourra utiliser le tableau joi nt en annexe

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Tableau de Besoin en Eau des Plantes Mois ETP KC ETM Saturation Remplissage Entretien (pertes) P Pe ETM-Pe REFU Initial ETM-Pe+Sat+Rempl+Entr (riziculture) ETM-Pe-REFU Initial (autres cultures) REFU fin période (autres cultures) On utilisera comme formule de pluie efficace : Riziculture :P e .=O,9P Autres cultures : P e .=O,8P-25 si P³75 mm P e .=O,6P-10 si P£ 75 mm 11

EXERCICE N°3 L’Étude se propose de déterminer les besoins en eau des cultures durant le cycle sec sur un périmètre hydro-agricole situé en aval d’une retenue de 400.000 m3. Le projet envisage une doubl e culture : Riz en saison pluv ieuse : - du 20 juin au 30 juin : saturation et mise en boue - du 1 juillet au 30 octobre : repiquage à récol te. Arrêt des irrigations à partir du 15 octobr e Haricot vert en saison sèche : du 1 décembre au 10 févri er (environ) Les données di sponibles sont les suivantes : a) Caractérisation du sol -

les humidités caractéristiques sur plusieurs profils ont permis de définir un « profil moyen » 0 - 50 cm 50 cm - 100 cm Hcr 38 % 34 % Hpf 20.7 % 19 % da 1,2 1,2

- Des mesures d’infiltration effectuées ont permis d’estimer les pertes par percolation à 5 mm/jour. b) climat Les obser vations sur plusieurs années ont donné les moyennes sui vantes :

P

Janv Févr. Mars Avril . 0 0 0 0

ETP 150

148

183

189

Mai

Juin

Juill. Août Sept. Oct.

Nov.

Déc.

65

160

260

360

60

40

0

0

208

192

186

150

179

173

159

149

c) Coefficients culturaux et lame d’eau (riz) enracinement (haricot vert) Riz Phase Reprise Tallage/ Épiaison Maturation montaison Durée (j) 30 45 15 30 Coef. 1,05 1,1 1,15 1 Lame d’eau dans les casi ers 5 cm 10 cm 20 cm 0 cm

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Haricot vert Phase Initiale Durée (j) 15 Coefficient cultural 0,35

Développement Mi-saison 20 25 0,70 1,10

Arrière saison 10 0,9

La profondeur racinaire est nulle au repiquage et progresse linéairement de 30 cm par mois. Pour le riz on admet que la satur ation nécessite 1 600 m 3/ha Questions

En supposant qu’au 1 er décembre l’humidité du sol est à sa capaci té au champ. 1) Déterminer les besoins nets mensuel s pour le riz et pour la tomate en m 3/ha 2) En déduire les besoins en eau du cycl e pour chaque cul ture en m 3/ha On pourra utiliser le tableau joi nt en annexe

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Tableau de Besoin en Eau des Plantes Mois ETP KC ETM Saturation Remplissage Entretien (pertes) P Pe ETM-Pe REFU Initial ETM-Pe-REFU Initial REFU fin période

On utilisera comme formule de pluie efficace : Riziculture :P e .=O,9P

Autre culture: P e .=O,8P-25 si P³75 mm P e .=O,6P-10 si P£ 75 mm

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EXERCICE N°4 Il est envisagé l’aménagement de 100 ha dans une localité camerounaise à partir des données sui vantes : Sol : Humidité pondér ale Hpf 4,2 = Hcr = da =

18 % 38 % 1,3

Climat

ETP Pluie

1 170 0

2 170 10

3 160 41

4 145 16

5 144 210

6 115 61

7 95 146

8 93 222

9 105 99

10 135 109

11 150 0

12 155 20

Les cultures : Riz irrigué de cycl e 150 jours et la lame d’eau varie de 0 à 15 cm dans l es 3 premiers mois uniformément. Arrêt de l’irrigation durant les 15 derniers jours Date de repi quage = 1 er mai mise en boue de 200 mm Oignons secs : Profondeur d’enracinement variant de 10 à 20 cm dans les 50 premiers jours. Date de repi quage = 1 er novembre 1°) quels sont les besoins en eau du riz ? 2°) quels sont les besoins en eau de l’oignon ? 3°) quel est le volume d’eau total à mobiliser ?

EXERCICE N°5 Il est envisagé l’aménagement d’un périmètre irrigué de 100 ha pour les paysans dans la région de Mango au Togo. Les caractéristiques du sol sont : Hpf 4,2 = 18 % (humi dité pondérale) Hcr = 38 % (humidité pondérale) da = 1,2

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Les données sur le climat sont :

Jan. Fév. Mar Avril Mai Juin Juill Août ETP 170 170 160 145 144 115 95 93 (mm) Pluie 0 10 41 16 210 61 146 222 (mm)

Sept. Oct. 105 135

Nov. Déc. 150 155

99

0

109

20

Les éléments agr onomiques sont : Oignon Sec Phases 15 jours 25 jours 70 jours 40 jours

Kc 0,5 0,75 1,05 0,70

z 10 cm 20 cm 30 cm 30 cm

Riz Phases 0-2 mois 2-3 mois 3-4 mois 4-5 mois

Kc 0,75 1,15 1,15 1,0

LE 0-15 cm 15-20 cm 20 cm 0 cm

LE = Lame d’eau (cm) Z = Profondeur d’enracinement ( en cm) On précise que : * La formule de la pluie efficace à utiliser est celle de la FAO (pour le maraîchage) . * La pluie tombée sera considérée comme égale à la pluie efficace pour la culture de riz par submersion. * Le riz n’est plus irrigué dans la dernière quinzaine. * La saturation du sol nécessite 200 mm d'eau et les pertes par percolation sont évaluées à 5 mm par jour. * Le riz est repiqué le 1er mai. * L’oignon est repiqué le 1 er novembre. * L’humidité du sol au début de chaque cul ture est consi dérée comme négli geable. * Les profondeur s d’enracinement indiquées phases.

sont celles obtenues en début de

Déterminer les besoins nets en eau des cul tures envisagées ( riz et oignon sec)

N.B. : Les résultats doivent être présentés sous for me de tableau

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EXERCICE N°6 L’Étude se propose de déterminer les besoins en eau des cultures à mettre en valeur durant le cycle sec sur un périmètre hydro-agricole situé en aval d’une retenue. Le projet envisage : Riz en saison pluv ieuse : - du 1 er au 2 juillet : saturation et mise en boue et - du 3 juillet au 30 octobre : repiquage à récol te. Arrêt des irrigations à partir du 15 octobr e Tomate en saison sèche : du 1 décembre au 15 mars Les données di sponibles sont les suivantes : a) Caractérisation du sol - les humidités caractéristiques sur plusieurs profils ont permis de définir un « profil moyen »

Hcr Hpf da

0 - 37 cm 31,3 % 16,9 % 1,2

37 cm - 100 cm 29 % 15, 7 % 1,2

- Des mesures d’infiltration effectuées ont permis d’estimer les pertes par percolation à 5 mm/jour. b) climat Les obser vations sur plusieurs années ont donné les moyennes suivantes : Janv. Févr. Mars Avril Mai Juin Juill. Août Sept. Oct. Nov. Déc. P 7,9 12,8 26,1 131,1 157,0 170,8 101,5 152,5 152,1 118,9 15,7 10,3 ETP 118,7 140,6 145,7 144,4 135 116,8 110,2 109,2 112,7 123,1 108,3 112,9

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c) Coefficients culturaux et lame d’eau (riz) enracinement (tomate) Riz Phase

Reprise

Durée (j) 30 Coefficient cultural 1,05 Lame d’eau dans les casiers ( cm) 5

Tomate Phase Durée (j) Coef.

Tallage/ montaison 45 1,1

Épiaison

Maturation

15 1,15

30 1

10

15

0

Initiale

Développement

Mi-saison

20 0,45

45 0,75

25 1,15

Arrière saison 15 0,8

On suppose la progression racinaire de la tomate linéaire pendant 3 mois, puis très faible durant la maturation (arrière-saison). La profondeur racinaire est de 5 cm au repiquage et atteint 1 m après 3 mois pour rester proche de cell e - ci les 15 derniers jours. Pour le riz on admet que la satur ation nécessite 1 600 m 3/ha.

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Questions A) Caractérisation du sol 1) Calculer la réserve utile et la réserve facilement utilisable pour la culture de tomate : Les 1 er décembre, 1 er janvier, 1 er février, 1 er mars et 15 mars. 2) En déduire les valeurs moyennes de l a R.U. et de l a R.F.U. durant le mois de décembre, janvier, février et mars. B) Besoin net mensuel des cultures En supposant qu’au 1 er décembre l’humidité du sol est à sa capaci té au champ. 1) Déterminer les besoi ns nets mensuel s pour le riz et pour la tomate en m3/ha 2) En déduire les besoins en eau du cycl e pour chaque cul ture en m 3/ha On pourra utiliser le tableau joint en annexe

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Tableau de Besoin en Eau des Plantes Mois ETP KC ETM Saturation Remplissage Entretien (pertes) P Pe ETM-Pe REFU Initial ETM-Pe-REFU Initial REFU fin période

On précisera la formule de pluie efficace utilisée.

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EXERCICE N°7 Dans le cadre d’un projet d’aménagement hydroagricole destiné à la création d’un périmètre agro-industriel, il vous est demandé de déterminer les besoins en eau des cultures en vue de di mensionner le réseau d’irrigation. La vocation du périmètre étant orientée vers la production de tomates pour la conserverie, il est nécessaire que la récolte de tomate soit absolument terminée avant avril , la pluviométrie s’élevant à plus de 110 mm. On prévoit la culture de riz en saison pluvieuse. Les données sur le climat et les cultures sont : * Climat Janv. Fév.

Mar. Avr.

Mai

Juin

Juil.

Août Sept. Oct.

Nov Déc. .

167

153

131

122

162

ETP 160

162

176

0,3

10,3

48,3 116,8 102, 3 201,2 184,7 276

P

170

133

160

151

254 , 9

100,5 37,3 8

* Le riz Période 1 de 60 jours

Kc1 = 1,1

Période 2 de 60 jours Période 3 de 30 jours

Kc2 = 1,15 Kc3 = 1,0

Lame d’eau = 15 cm soit 7,5 cm/mois Lame d’eau 15 cm Lame d’eau 00 cm

Les besoi ns en eau de sat uration sont de 150 mm (en mai). La percolation est estimée à 4 mm/jour * La tomate Période 1 de 30 jours Kc = 0,45 Période 2 de 40 jours Kc = 0,75 Période 3 de 40 jours Kc = 1,15 Période 4 de 25 jours Kc = 0,8 Z¨= Profondeur utile d’enracinement

Z = 30 cm Z = 80 cm Z = 80 cm Z = 80 cm

Questions : 1°) déterminer le calendrier agricole à partir des hypothèses définies ci –dessus et des éléments agronomiques que vous devez recher cher. 2°) quels sont les besoins en eau du riz ? 3°) quels sont les besoins en eau de la tomate ? 4°) quel mois servira de base de dimensionnement du r éseau ? 21