Irrigation souterraine

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1 CHAPITRE 9 Irrigation souterraine 9.1 INTRODUCTION Les systèmes de drainage souterrains peuvent aussi être utilisés pour faire de l irrigation. L irrigation souterraine n est pourtant pas une technique nouvelle, elle est pratiquée en Hollande, depuis fort longtemps, aux moyens de canaux ouverts(hooghoudt, 1952). Selon Criddle et Kalisvaart(1967), la Hollande possède le réseau d irrigation souterraine le plus étendu au monde. Renfro(1955) et Stephens(1955) mentionnent déjà l utilisation de l irrigation souterraine et du drainage contrôlé dans plusieurs parties des Etats-Unis. 9.2 DÉFINITION L irrigation souterraine peut être définie comme l action de fournir l eau aux plantes en dessous de la surface du sol, en maintenant une nappe d eau artificiellement élevée, de façon à maintenir la meilleure combinaison d eau et d air dans la zone des racines pour des rendements maximaux. I1 faut bien distinguer l irrigation souterraine( subirrigation ) de la micro-irrigation localisée( subsurface irrigation ) qui est aussi un système qui fournit de l eau sous la surface du sol, mais à chaque plan de façon individuelle, tel l irrigation goutte-à-goutte. L irrigation souterraine peut se faire à l aide de tuyaux perforés enterrés ou de canaux ouverts. Jusqu à il y a une vingtaine d années, l irrigation souterraine se faisait par des canaux ouverts uniquement. Israelsen(1962) et Renfro(1955) décrivent plusieurs réseaux de ce genre situés dansdiversesrégionsdesetats-unisetdontlescanauxsontespacésde15à90m.souscertaines conditions de sol, les canaux pourraient être espacés de 300 mètres(zimmerman, 1966). EnFloride,iln estpasraredevoirdesespacementsde120m.pourdessolsorganiquespossédantuneperméabilitédel ordrede5à6m/jour.

2 158 IRRIGATION SOUTERRAINE L utilisation de canaux ouverts pour l irrigation souterraine au Québec s avère moins avantageuse que l utilisation de réseaux enterrés. En effet, le réseau de conduites enterrées permet à la fois le drainage et l irrigation, rentabilisant ainsi l investissement nécessaire. Ce chapitre traitera donc de l irrigation souterraine à l aide d un système de drainage souterrain. 9.3 PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DES SYSTÈMES Forme de la nappe sous irrigation souterraine Lafigure9.1montrelaformequeprendlanappeentredeuxdrainslorsdel irrigationsouterraine et du drainage. On peut remarquer que sous irrigation souterraine, on obtient une forme concave contrairement à la forme convexe constatée lors du drainage. En effet, c est la différence d élévation de la nappe qui crée le mouvement latéral de l eau. Dans le cas de l irrigation souterraine, l eau doit s écouler des drains vers le point milieu entre deux drains afin de combler les pertes par évapotranspiration. Figure 9.1 Forme de la nappe entre deux drains lors de l irrigation souterraine et du drainage. La différence d élévation de la nappe entre deux drains m est un facteur très important à considérer puisque de lui dépend l uniformité d approvisionnement en eau des racines Structure de contrôle du niveau de la nappe Le contrôle du niveau de la nappe d eau souterraine est effectué à l aide d une structure appelée chambre de contrôle. La chambre de contrôle doit permettre le fonctionnement du système de tuyaux enterrés sous les deux modes: irrigation et drainage. La figure 9.2 montre un arrangement possible pour une chambre de contrôle, qui, dans ce cas, est constituée d un tuyau en acier galvanisé de 1,2 m. de diamètre. Le contrôle du niveau de l eau dans la chambre de

3 PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DES SYSTÈMES 159 contrôle s effectue à l aide d un panneau amovible au centre de la chambre. Si le niveau d eau s élevait dans la chambre de contrôle, le trop plein se déverserait de l autre côté du panneau amovible.l eauenprovenancedelapompeestdéverséedanslapartiereliéaveclesystèmede drainage.ladifférencedeniveauentrel eaudanslachambredecontrôleetlanappedanslesol provoqueàelleseulele mouvement de l eau de lachambre versle systèmede tuyaux. En période de drainage, le panneau amovible peut être enlevé et tout le système se comporte comme un réseau de drainage conventionnel. Figure 9.2 Chambre de contrôle(d après Hawkins, 1979). I1 est possible d imaginer plusieurs types de chambre de contrôle, tel celui montré à la figure 9.3oùleniveaud eauestmaintenuconstantàl aided untuyauvertical.sileniveauvenaita monter,l eau pénétrerait dans le tuyau et serait drainée vers le fossé ou cours d eau. Une trappe, àlabasedelachambredecontrôle,peutêtreouvertepourpermettreundrainagecomplet. La figure 9.4montre une chambre à flotte. Elle est construite en chlorure de polyvinyle(pvc) etsondiamètrevarieentre100et300mm.légère,peuencombranteetfacileàinstalleretà ajuster,lachambreàflotteestdisponiblesurlemarchéetelleestdeplusenplusutilisée. Quelque soit le type de chambre de contrôle adopté, il importe: 1. queleniveaud eaudanslachambrepuisseêtrevariableafind ajusterleniveaudela nappe dans le sol ou pour permettre un drainage partiel lors de fortes précipitations; 2. quetouteformedecontrôlepuisseêtreenlevéedelachambreafinquelesystèmese comporte comme un système de drainage en automne et au printemps.

4 160 IRRIGATION SOUTERRAINE Figure 9.3 Position de la chambre de contrôle par rapport au système de drainage souterrain Figure 9.4 Chambre de contrôle en PVC avec flotteur Système d alimentation en eau Les chambres de contrôle, tel que montrées aux figures 9.2, 9.3 et 9.4, seraient très peu efficaces au niveau économie d eau si le seul système de contrôle utilisé était constitué d un panneau oud untuyauservantàdéverserletroppleinverslefossé.eneffet,lademanded eaudelapart desculturesvarieconstammentalorsqueledébitdelapompeestconstant.i1estdoncnéces-

5 PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DES SYSTÈMES 161 saire d installer une valve à flotte qui contrôlera l alimentation en eau. Afin d éviter la surchauffedelapompe,ilfautprévoir,enplus,unevalvedesécuritéassurantundébitminimum lorsque la valve à flotte est fermée. Une pompe actionnée par un moteur diesel ou électrique peut être utilisée. Dans le cas d un moteur électrique, i1 ne faut pas penser à utiliser un système électrique de flottes pour le départ etl arrêtdelapompepuisquelavitessed abaissementduniveaud eaudanslachambreesttel qu il nécessiterait de fréquents arrêts et départs pouvant endommager le moteur Arrangement des systèmes La figure 9.3 montre l emplacement de la chambre de contrôle par rapport au système de drainage dans le cas où le terrain est suffisamment plat pour n utiliser qu une seule chambre. Dans lecasprésenté,l eauestpompéeàpartird unréservoircréésuruncoursd eauàl aided un barrage amovible. Commementionnéprécédemment,ladistanceentrelasurfacedusoletlanappeestdepremière importance pour obtenir une alimentation en eau uniforme des cultures. Ceci n implique pas qu il soit impossible d irriguer souterrainement un terrain en pente. Dans un tel cas, il faut contrôler la nappe par secteur en utilisant plusieurs chambres de contrôle. L alimentation peut se faire à chaque chambre individuellement ou, lorsque la chose est possible, en alimentant uniquementlachambrelaplusélevéetelquemontréàlafigure9.5.onpeutvoirquechaque chambreenavalestalimentéeparletroppleindelaprécédente. Figure 9.5 Configuration d un système d irrigation souterraine dans le cas d un terrain en pente.

6 162 IRRIGATION SOUTERRAINE Drainage contrôlé Dans les régions où l eau est difficile à obtenir pour l irrigation, le rendement des cultures peut être amélioré même si aucune eau d irrigation n est ajoutée à la chambre de contrôle. L eau présentedanslesolauprintempspeutêtreconservéeendiminuantledrainageàl aidedela chambre de contrôle. Cette technique est appelée drainage contrôlé et est largement utilisée aux Etats-Unis et au Québec. La réserve d eau ainsi créée permet l approvisionnement en eau des cultures au début de la saison de croissance. 9.4 CRITÈRES D APPLICATION L irrigation souterraine, par rapport à l irrigation par aspersion, offre de multiples avantages dont les principaux sont: Peudetravailrequispourl opérationdusystème;pasdetuyauxàdéplacer. Unseulsystèmepourl irrigationetledrainage. Lescoûtsd entretiensontpeuélevés. Aucundélain estoccasionnédanslespratiquesculturalesparl irrigation. Diminutiondulessivagedesélémentsnutritifsdanslazonedesracines. Lecontrôledesmauvaisesherbesestfacilité.Lasurfacedusolresteplussèche,créant un milieu inhospitalier à la germination des graines de mauvaises herbes. Lespertesparévaporationsontdiminuées.L évaporationsurvientdanslacouchelaplus près du sol, or celle-ci n est que très peu mouillée par l irrigation souterraine. Avec tous ces avantages, il est surprenant que l irrigation souterraine ne soit pas plus répandue. La raison est que l implantation de l irrigation souterraine requiert un ensemble de conditions naturelles qui ne se retrouvent pas facilement Perméabilité du sol C est l un des facteurs les plus importants à considérer pour l irrigation souterraine. De façon pratique, il sera difficile de pratiquer l irrigation souterraine dans des sols possédant une conductivité hydraulique inférieure à 0,5 mètre/jour. La perméabilité du sol affecte directement l uniformité de 1a distribution de la nappe entre deux drains. Pour un espacement de drains donné, plus la perméabilité du sol sera faible, plus ladifférencedeniveaudelanappe(voir m àlafigure9.1)seragrande. Notons qu il est possible techniquement d irriguer des sols avec une faible conductivité hydraulique. Ceci nécessite toutefois un faible écartement de sorte que la rentabilité est plus difficile à obtenir Nature du sous-sol Afin d éviter les pertes par infiltration profonde, et par conséquent, une diminution de l efficacité du système, il est nécessaire d avoir une couche imperméable à une profondeur maximale

7 PROFONDEUR DE LA NAPPE 163 d environ 2 mètres. Cette couche imperméable peut être constituée d une nappe d eau naturellement haute, d une couche d argile ou d un lit de roche imperméable. De plus, la couche imperméable doit être le plus horizontale possible de façon à réduire les pertes par écoulement latéral Topographie du terrain La superficie à irriguer doit être idéalement horizontale ou avec une pente légère(0,2%) dans la même direction. Une pente trop accentuée occasionne des différences de profondeur entre la nappeetlasurfacedusol,créantainsidespartiesduchampoùlacultureestmoinsbienirriguée. Cette situation peut toutefois être améliorée en effectuant un contrôle de nappe par secteurs tel que décrit précédemment. Il importe aussi que la topographie soit assez uniforme pour éviter l inondation dans les dépressions et l assèchement dans les parties les plus élevées. I1 peut donc être nécessaire d effectuer des travaux de nivellement avant d utiliser l irrigation souterraine Typedesol L irrigation souterraine peut être recommandée pour les sols loameux et sableux ainsi que dans les sols organiques. Habituellement, ces sols vont posséder les caractéristiques de perméabilité et de taux de remontée capillaire requis pour l irrigation souterraine. En ce qui concerne les sols organiques, le contrôle de la profondeur de nappe offre l avantage, en plus d augmenter les rendements, de réduire considérablement l affaissement dû à l oxydation en milieu aérobique. Des expériences ont été effectuées au Québec en ce sens(campbell et Millette, 1981). De plus, une nappe d eau plus élevée maintient la surface du sol plus humide, diminuant ainsi les risques d érosion éolienne. 9.5 PROFONDEUR DE LA NAPPE La profondeur à laquelle la nappe doit être maintenue pour combler les besoins d évapotranspiration d une culture est un facteur important à considérer en irrigation souterraine. En l absence de précipitation ou d autres modes d irrigation, le taux d évapotranspiration réel d une culturedonnéeestfonctiondelaprofondeurdelanappe.pluslanappeestprofonde,moinsle taux d évapotranspiration sera élevé. Laprofondeurmoyennedelanappe,p (figure9.7)estlepremierfacteuràdéterminerlorsde la conception d un système d irrigation souterraine. En effet, cette profondeur influence l élévation de la nappe au dessus des drains et en conséquence, l espacement des latéraux.

8 164 IRRIGATION SOUTERRAINE La profondeur optimale de la nappe est fonction de la profondeur d enracinement et du taux de remontée capillaire du sol. On peut donc définir la profondeur moyenne de la nappe, p par: p =p 1 +p 2 [9.1] p 1 =profondeurd enracinement p 2 =distanceentrelebasdelazonedesracinesetlanappe Enirrigationsouterraine,l eauestsoutiréedusolparlesracinesenpresquetotalitéaubasdela zone racinaire. Ceci a été démontré par Whisler et al. (1968), et implique que la remontée capillairenes effectuequ entrelanappeetlebasdelazonedesracines(p2) La détermination théorique du taux de remontée capillaire n est pas chose aisée car elle nécessite des expérimentations au champs complexes (Hillel et al. (1972), ainsi que la solution numérique d équations différentielles partielles non-linéaires. Bien que plusieurs expériences aient été effectuées aux États-unis(Williamson et Kriz, 1970; Benzetal.,1978;Benzal.,1984;Dotyal.,1984)pourdéterminerlaprofondeuroptimaledela nappe pour obtenir un rendement maximal, le transfert des résultats est difficile en raison des différences dans les types de sol et des variations dans les conditions climatiques. On suggère donc d évaluer la profondeur d enracinement (p 1 ) à chaque site particulier. La figure 9.6 peut donner une estimation approximative du taux de remontée capillaire en fonctiondeladistanceentrelebasdelazoneracinaireetlanappe. Au Québec, des expériences ont été effectuées à Ste-Victoire, dans le comté de Richelieu, avec dumaïsgrainsurunloamsableuxfin.lanappeétaitmaintenueà0,60msouslasurfacedusol (p ). En 1983, les parcelles irriguées ont donné en moyenne un rendement de grains secs supérieure de 86% sur celui des parcelles non-irriguées. 9.6 CONCEPTION Cette section vise à fournir un outil aux personnes éventuellement appelées à concevoir des systèmes d irrigation souterraine. Trois facteurs sont importants à considérer lors de la conception: a) L espacement des latéraux. b) Laprofondeurdelanappe. c) Lapuissancedelapompe. Ceux-ci seront examinés successivement Espacement des latéraux C est le facteur le plus important à déterminer puisque de lui dépend la rentabilité d un système d irrigation souterraine.

9 CONCEPTION 165 PROFONDEURDELANAPPESOUSLAZONEDESRACINES(cm) 1 Argile lourde 2 Sable loameux 3 Argile 4 Sol Organique 5 Argile 6 Loam sableux 7 Loam sableuxfin 8Loamsableuxtrèsfin TAUX DE REMONTÉE CAPILLAIRE(mm/j) Figure 9.6Tauxderemontéecapillaireenfonctiondeladistanceentrelebasdelazonedes racines et la nappe(d après Doorenbos et Pruit, 1977). Fox et(1956) semblent être les premiers à avoir établi des critères de conception pour l irrigation souterraine. Aujourd hui, les critères de conception sont mieux connus. Skaggs(1979) mentionne que pour la détermination de l écartement entre les drains, trois cas doivent être considérés: 1. Irrigation: Régime permanent. Le système doit être en mesure de maintenir la nappe d eau à une position stable en période de forte évapotranspiration. 2. Irrigation: Régime transitoire. La nappe peut être très loin de la hauteur désirée au débutdelasaisondecroissance.deplus,lanappepeutdescendresousleniveau vouludurantlasaisondecroissancedûaunbrisdel équipementouàuneerreurde

10 166 IRRIGATION SOUTERRAINE l opérateur.lesystèmedoitdoncêtreconçudefaçonàremonterlanappeàlahauteur désirée dans une période de temps acceptable. 3. Drainage Quand des périodes de fortes précipitations surviennent, le système doit être tel qu il permette l élimination de l excès d eau en un court laps de temps. Le plus petit des trois espacements est alors sélectionné. Le cas du drainage est amplement documenté et la présente section traitera du calcul de l espacement en régime permanent et transitoire pour l irrigation souterraine Espacement sous évapotranspiration constante Apartirdelalittératurerevuesurlesujet,ilapparaîtqu uneseuleéquationaétéutiliséepourla détermination de l espacement pour l irrigation souterraine en régime permanent. I1 s agit de l équation de Hooghoudt(Luthin, 1978). Fox et_al(1956) ont développé une équation pour l espacement des drains qui n est essentiellement qu une forme de l équation de Hooghoudt. L équation de Hooghoudt, pour l irrigation souterraine, peut s écrire comme suit: L 2 = 4K e ( 2m(E+de)) m 2 [9.2] L = l espacement entre les drains(m) K = conductivité hydraulique(m/j) e = taux d évapotranspiration(m/j) de = profondeur équivalente(m) E=hauteurdelanapped eauau-dessusdesdrains(m) m=déflexionmaximaledelanappe(m) Chaque paramètre est identifié à la figure 9.7. La conductivité hydraulique est celle obtenue à partir des tests de perméabilité au champ. Le taux d évapotranspiration dépassera rarement 6 mm/jour au Québec. Toutefois, pour être sécuritaire, la conception devrait être basée sur 8 mm/jour. Ladéflexionmaximaleànepasdépasser( m )devraitêtreaumaximum0,30cmoumoins.i1 ne faut pas oublier que durant les heures de forte évapotranspiration(12:00-14:00), le systèmeneserapascapabledecompenserlespertesetquelanappeentredeuxdrainspeuts abaisserjusqu à10cmdeplusqueleniveaudésiré.

11 TEMPS DE REMONTÉE DE LA NAPPE 167 Figure 9.7 Position de la nappe avec irrigation souterraine sous évapotranspiration constante.. LahauteurdelanappeEau-dessusdesdrainsestfonctiondeladistancedésiréeentrelasurfacedusoletlanapped eau.eneffet,d aprèslafigure9.7,onpeutvoirque E =P p [9.3] P=profondeurdesdrains(m) p=profondeurdelanappeau-dessusdesdrains(m) Toutefois,laprofondeurdelanappepaudessusdesdrainsestfonctiondeladéflexionmetde laprofondeurdenapperequisepouruneculturedonnéep,cequidonne: p =p m 2 E =P p +m 2 [9.4] [9.5] La profondeur requise p pour satisfaire les besoins d évapotranspiration est fonction du type decultureetdutauxderemontéecapillaireetestexaminéeàlasection9.5.laprofondeur équivalente d écoulement sous les drains de est fonction de l écartement des drains L ainsi que deladistanceentrelesdrainsetlacoucheimperméabled. 9.7TEMPSDEREMONTÉEDELANAPPE Les paramètres utilisés dans cette section sont décrits à la figure 9.8. D après Skaggs(1979), le taux de remontée de la nappe peut être décrit par l équation suivante, souvent appelée équation de Boussinesq:

12 168 IRRIGATION SOUTERRAINE Figure 9.8 Description des paramètres liés à la détermination du temps de la remontée de la nappe. f h t =K x h h x +e [9.6] f = porosité équivalente de drainage(fraction) h=distanceentrelanappeetlacoucheimperméableajustépourde(m) t=temps(four) K = conductivité hydraulique(m/j) x=coordonnéehorizontaleàpartirducentred undesdrains(m) e = taux d évapotranspiration(m/j)(négatif; précipitation: positif) L équation(9.6) peut être réécrite sous une forme adimensionnelle en opérant les transformations suivantes: H = h h o ξ = x L μ = el2 Kh 2 o τ = Kh o fl 2 t [9.7] [9.8] [9.9] [9.10] h o =Elévationdelanappeauniveaududrainau-dessusdel imperméable(ajustépourde) (m) L=écartement(m)

13 TEMPS DE REMONTÉE DE LA NAPPE 169 L équation(9.6) se réécrit donc: H τ = H H ξ ξ +μ [9.11] L équation (9.11), sujette aux conditions limites appropriées, peut être résolue numériquement.lessolutionsdehenfonctiondeτsontdonnéespourlepointmilieuentrelesdrains (ξ= x/l=0,5)auxfigures8.9à8.12inclusivementpourdesvaleursdeµde0, -1, -2et -3 respectivement. Notons que pour les figures 8.10 à 8.13: H = h 1 h o [9.12] h 1 =l élévationdésiréedelanappeaudessusdel imperméable(ajusté pourd e )aupointmilieuentredeuxdrains(figure9.8). LessolutionssontdonnéespourdesvaleursdeDallantde0à0,95. D = h i h o [9.13] h i =l élévationinitialedelanappeaudessusdel imperméable(ajusté pourd e )aupointmilieuentredeuxdrains Débit de pointe requis de la pompe d alimentation I1 a été vu précédemment que pour le Québec, le taux d évapotranspiration ne devrait jamais dépasser 6 mm/jour. Toutefois, cette valeur ne doit pas être répartie sur 24 heures puisque presque toute l évapotranspiration se produit entre 8:00 et 20:00, le pic se produisant vers 13:00 et correspondant à environ 11% de la valeur journalière. Lavaleurde6mm/jourcorrespondraitdoncenfaitàunevaleurmoyennehorairede6mm/12 heures=0,5mm/heure.lavaleurhorairedepointedeviendraitdonc6,0mmx0,11=0,67 mm/heure. Toutefois, il n est pas logique d utiliser la valeur de pointe de 0,67 mm/heure comme base de calcul pour le dimensionnement de la pompe. En effet, le système est conçu pour pouvoir fournir 8 mm/jour ou 0,33 mm/heure à la culture(section 9.6.2). Même si l évapotranspiration de lacultureenpériodedepointeest0,67mm/heure,lemouvementlatéraldel eaudanslesoldu drain au point milieu entre deux drains ne pourra se faire assez rapidement et on constatera alorsunebaisseduniveaudelanappe. On devrait donc baser le dimensionnement de la pompe sur un taux d évapotranspiration horaire de 0,40 mm/heure, soit 0,33 mm/heure plus un facteur de sécurité de 20%. Lespertesduesàladifférencedeniveauentrelanappedanslapartieirriguéeetcelledansla partie non-irriguées n ont pas besoin d être considérée dans les cas où la différence de niveau estinférieureà1,0metoùlaconductivitéhydrauliquedusolestpluspetiteque1,5m/jour.

14 170 IRRIGATION SOUTERRAINE 9.8 RECOMMANDATIONS POUR L OPÉRATION DES SYSTÈMES D IRRIGATION SOUTERRAINE Les points suivants devraient être gardés à l esprit lors de l utilisation d un système d irrigation souterraine. 1. Lachambredecontrôledevraitdépasserd aumoins0,5mlasurfacedusol.eneffet, tel que vu à. la section 9.7, il peut être nécessaire d élever temporairement le niveau d eaudanslachambredecontrôleaudessusdelasurfacedusolafindediminuerle tempsderemontéedelanappe. 2. Durant la saison de croissance, le système de débordement de la chambre de contrôle devraitêtreréglédefaçonàéviterqueleniveaud eaupuissemonterassezhautpour nuireàl aérationdelazonedesracines. 3. Lesystèmededébordementdelachambredecontrôledevraitêtreconçudefaçonà ce qu il soit possible de faire varier le niveau d eau. 4. Al automne,avantlarécolte,lavalvedefonddevraitêtreouvertedefaçonàpermettre le drainage normal et à améliorer la trafficabilité. Cette mesure diminuera le gel du sol et assurera un réchauffement plus rapide au printemps. 5. Auprintemps,lavalvedefonddevraitêtreferméepourprévenirlaperted ungrand volume d eau. Ceci fournit l humidité nécessaire à une bonne germination. Toutefois, l élévation de la nappe 6. nedoitpasnuireàlatrafficabilitédelamachinerielorsdesopérations.enconséquence, le niveau d eau dans le sol doit être réglé plus bas qu en période d irrigation. Ceci peut être obtenu en ajustant le niveau du système de débordement. 7. Lorsqueleniveaud eaucommenceàdiminuerdanslachambredecontrôle,ilest nécessaire de commencer à ajouter de l eau d irrigation. 8. Dans le cas du mais poussant sur un sol sableux, l irrigation devrait se poursuivre jusqu au 15 août environ, lorsque les réserves en eau le permettent. 9.9 RÉGIONS POTENTIELLES POUR L IRRIGATION SOUTER- RAINE AU QUEBEC Compte tenu des critères d applications mentionnés à la section 9.4, certains secteurs semblent avoir un potentiel plus grand pour l irrigation souterraine: 1. Larégionàl estdurichelieu,entresoreletst-hyacinthe 2. LarégionsituéeentreJolietteetlefleuveSt-Laurent 3. Lazoneàl ouestdel îledevalleyfield

15 RESSOURCES EN EAU La zone périphérique au lac St-Pierre, principalement le groupe d îles à l ouest du lac. I1 ne s agit pas là des seules régions où l on est susceptible de rencontrer les conditions naturelles propices à l irrigation souterraine. Délimiter tous les secteurs potentiels pour l irrigation souterraine demanderait une étude extensive des sols agricoles de la province de Québec RESSOURCES EN EAU Un point à ne pas négliger lors de la planification d un projet d irrigation souterraine est celui des ressources en eau. L eau peut provenir de trois sources: 1. Étangdeferme 2. Cours d eau. 3. Eau souterraine. Lorsque l approvisionnement se fait à partir de l eau souterraine, il faut s assurer que celle-ci soit de qualité suffisante pour l irrigation. Il n y a généralement pas de problèmes de qualité quand l eau de surface est utilisée. L oubli de considérer les ressources en eau, dans la conception d un système d irrigation souterraine, peut résulter en un échec partiel qu une planification adéquate aurait pu éviter RECHERCHE EFFECTUÉE AU QUÉBEC Durant les étés 1982 et 1983, des expériences ont été réalisées afin d évaluer la faisabilité de l irrigation souterraine dans les sols sableux au Québec. LesexpériencessesontdérouléesàSte-Victoire,dansleComtédeRichelieu,surunloam sableux fin, d une profondeur moyenne de 1,6 m sur argile imperméable. La conductivité hydraulique mesurée en laboratoire était de 1,5 m/jour. Le champ expérimental, d une superficie de 10 ha, était semé en mais depuis 1967, et l était encoreen1982et1983. Le système de drainage existant a été modifié de façon à obtenir 8 parcelles, chacune contenant deux traitements: 1) avec irrigation souterraine; et 2) sans irrigation. Durant l été 1982, il ne fut possible d irriguer que deux parcelles. Sur les six autres parcelles, il fut impossible d élever la nappe en raison du colmatage des drains. A l automne 1982, les

16 172 IRRIGATION SOUTERRAINE drains défectueux ont été remplacés de sorte que le système expérimental était fonctionnel durant l été Durantl été1983,les8parcellesfurentirriguéesdu6au19juillet.durantcettepériode,la profondeur moyenne de la nappe se maintint à 75 cm dans les parcelles irriguées comparativement à 120 cm dans les parcelles non-irriguées. La figure 14 montre l influence des différents facteurs(pluie, évapotranspiration, irrigation) sur la position de la nappe dans le cas d une parcelle irriguée et d une parcelle non-irriguée. Les rendements obtenus pour l ensemble des parcelles sont montrés au tableau III. On peut remarquer une augmentation de rendement supérieure à 80~ dans le cas des épis et des grains. La recherche effectuée à date démontre donc que l irrigation souterraine est une technique réalisable au Québec EXEMPLES Exemple 1 - Écartement Dansunsolayantuneconductivitéhydraulique1,5m/jsuruneprofondeurde2,4m,unsystème d irrigation souterraine doit y être installé. On doit maintenir une profondeur moyenne delanappe(p )à60cm;ladéflexionmaximaleacceptée(m)estde30cmetlesdrainssonta uneprofondeurmoyenne(p)de130cm.parailleurs,onsaitque: profondeurdesolsouslesdrains=1,1m, laprofondeuréquivalentededrainage(de)estd environ0,9ensupposantunécartement d environ 25 m, uneévapotranspirationmaximalede8mm/j(0,008m/j)estconsidérée, Enutilisantl équation9.5,lahauteurdelanappeeau-dessusdesdrainsest: E=P -p +m/2= /2=85cm=0,85m L écartement peut se calculer par l équation 9.2: L 2 = 4 1,5 0,008 ( 2 0,3 (0,85+0,9)) (0,3) 2 =720m 2 L =26,8m Comme ici, l écartement trouvé (26,8 m) est très près de celui supposé pour trouver d e, aucune itération additionnelle n est nécessaire. Un écartement de 27 m répond aux objectifs Exemple2 -Tempsderemontée Dans cet exemple, nous allons chercher à calculer le temps que prendra le système de l exemple1pouratteindreleniveaud équilibre,soitunenappemoyenneà60cmdeprofondeur. La

17 EXEMPLE 1 - ÉCARTEMENT 173 porosité équivalente de drainage est assumé à 0,05. La figure 9.9 présente de façon schématique les données. Figure 9.9 Description des paramètres de l exemple 2. Initialement,lanappeesthorizontaleauniveaudesdrains(h i =0,9m)etilestsouhaitéd amenerlanappeàmi-cheminentrelesdeuxdrainsàuneprofondeurde0,75m(p +m/2),soitune hauteurh l =1,45m. LesparamètresDetHsontobtenus: D=hi/ho=0,9/1,75=0,51 H=h l /h o =1,45/1,75=0,83 Une situation avec une évapotranspiration nulle et une avec une évapotranspiration de 6 mm/j seront considéré. Pouruneévapotranspirationnulle(e=0ouµ=0),lafigure9.10avecunD=0,51etH=0,83 permet d obtenir un τ 0,18. Le temps de remontée peut alors être calculé selon l équation 9.10: t =0,18 0,05 (27m) 2 =2,5j ou 60heures 1,5m j 1,75m Pouruneévapotranspirationde6mm/j(e= - 0,006m/j)(lesignenégatifvientdufaitque l évapotranspiration est considérée négative dans les équations 9.6 et 9.11), µ peut être calculé selon l équation 9.9: μ = 0,006m j (27m) 2 == 0,95 1,0 2 1,5m j (1,75m)

18 174 IRRIGATION SOUTERRAINE Lafigure9.11avecunD=0,51etH=0,83permetd obtenirunτ 0,38. Letempsderemontée peut alors être calculé selon l équation 9.10: t =0,38 0,05 (27m) 2 =5,3j ou 127heures 1,5m j 1,75m On peut donc voir qu avec un taux d évapotranspiration de 6 mm/jour, il prendra 127 heures à lanappepours éleverde0,55m. Sicetempsestjugétroplong,deuxsolutionssontpossibles pourdiminuerletempsderemontée: Solution1:Diminuerl écartement. Solution2:Augmentertemporairementleniveaudelanappeaudessusdesdrains. Le tableau suivant résume les résultats obtenus pour l exemple 2 ainsi pour un cas des solutions1et2.onpeutvoirquelefaitderéduirel espacementà15mètres(solution1)diminue de beaucoup le temps de remontée. Toutefois, une diminution de l espacement implique des coûts additionnels non-négligeables alors qu augmenter temporairement le niveau d eau au dessus des drains(solution 2) pourrait donner les mêmes résultats sans aucun coût supplémentaire. Écartement (m) Niveau d eau Temps de remontée(heures) au-dessus des drains(m) e=0 e=6mm/j Exemple , Solution , Solution , Exemple3 -Débitdepompage Onirrigueunesuperficieavec12latérauxde500mespacésde20m. Quelestledébitrequisà la pompe? Le débit de la pomme est calculé sur la superficie pour un taux horaire d évapotranspiration de 0,4 mm/h. Superficie=12x20mx520m=124,800m 2 Débit=124,800m 2 x0,0004m/hx10001/m 3 x1/3600h/sec=141/sec