Méthodes d irrigation en milieu aride

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1 Projet d Eau 2012 Tuteur : Nadia Saiyouri Méthodes d irrigation en milieu aride BARBISAN Nicola De SEVIN Hugo GABARROT François Le GAC Thibaut RYSAK Quentin ULLMANN Coralie

2 Sommaire Introduction... 4 I Les différentes méthodes d irrigations Les différents types d irrigation gravitaire ) L irrigation par planche et par bassin ) L irrigation à la raie ) L irrigation partielle de la rhizosphère L irrigation par aspersion : ) Microaspersion ) L aspersion ) Coûts Micro irrigation superficielle ) Système complet de goutte-à-goutte ) Goutte-à-goutte simplifié ) Applications Les exsudeurs souterrains ) Irrigation par vases céramiques poreux ) Irrigation à l aide de tuyaux poreux sectionnés ) Irrigation par manchons de plastique perforés ) Conclusions sur les exsudeurs souterrains Irrigation Souterraine et Drainage Contrôlé ) Introduction ) Définition ) Principes de fonctionnement des systèmes II Etude de cas sur des zones géographiques précises Récupération de l eau de pluie en Ethiopie. Irrigation par les crues et le ruissèlement ) Description de cette technique ) Coût, Avantages et Inconvénients Gestion de l eau et méthodes de captation de l eau en Asie ) La situation des réserves d eau ) Des techniques innovantes Gestion de l eau et méthodes de captation de l eau au Sahara ) La situation de la réserve en eau Saharienne ) Les systèmes d irrigation propres au Sahara ) Conclusion partielle sur la région du Sahara septentrional

3 - Technique de captage en Israël ) Condensation historique ) Le rôle de l'irrigation dans l'agriculture de pointe ) L'offre et la demande - la gestion de ressources en eau limitées ) L eau saumâtre et l eau de mer, des techniques maitrisées ) La situation actuelle Australie : La grande sécheresse ) Le contexte environnemental ) Les investissements technologiques ) Réutilisation des eaux usées III Le biomimétisme, base de la récolte de l eau La «récolte» du brouillard ) Les filets de brouillard ) Curtains water ) Coastal fog-harvesting tower, Huasco, Chilie. (Les tours de brouillard) Récupération de l eau par condensation ) Eole Water Marc Parent (ingénieur français) ) Max Water ) Groasis Water Box Conclusion générale du rapport IV Références Webographie : Les différentes méthodes d irrigations Etude de cas sur des zones géographiques précises Le biomimétisme, base de la récolte de l eau

4 Introduction L eau est un des enjeux majeurs du 21e siècle. En effet, bien que les réserves mondiales d eau soient théoriquement suffisantes pour les besoins de toute la planète, elles sont très inégalement réparties. Les précipitations sont également très déséquilibrées en fonction des saisons dans certaines régions du monde. De plus, le réchauffement climatique augmente encore ces inégalités. Il est important de savoir que l agriculture est de loin le plus grand consommateur d'eau (devant l industrie et les services), puisque 69 pour cent des prélèvements mondiaux lui sont imputables. Dans ce contexte assez particulier, les systèmes d irrigation en milieux aride et leurs améliorations récentes sont cruciaux afin de permettre la production de nourriture dans ces zones, de réaliser des économies d eau ou encore de lutter contre la désertification. Nous avons donc choisi de détailler dans un premier temps les différentes techniques d irrigations utilisés dans ces zones arides et semi-arides et leurs récentes innovations vis-à-vis de l économie d eau. Ensuite nous nous sommes intéressés à différentes étude de cas à travers le monde où des projets innovants ont été mis au point pour répondre à des situations de pénuries d eau précises. Enfin nous verrons les moyens de captation de l eau les plus modernes qui ont été inventés ces dernières années. 4

5 I Les différentes méthodes d irrigations. - Les différents types d irrigation gravitaire L irrigation de surface ou irrigation gravitaire consiste à repartir l eau directement sur la parcelle cultivée par ruissellement sur le sol dans des sillons (méthode d irrigation à la raie), par nappe (on parle d irrigation par planche ou calant) ou encore par submersion contrôlée (irrigation par bassin). Il s agit du mode d irrigation le plus ancien (et donc assez rudimentaire) mais il est peu couteux en investissement et il s agit de la méthode la plus utilisée à travers le monde (il représente par exemple 80% de la superficie des grands périmètres irrigués du Maroc). Il est donc indispensable de s y intéresser dans le cadre de ce projet. Traditionnellement pour ces méthodes, l eau est amenée au niveau de la parcelle puis distribuée dans des canaux de terres qui alimente les raies, les planches ou les bassins. Les pertes par infiltration et la difficulté de contrôler les débits délivrés conduisent à un gaspill age d eau et à un arrosage hétérogène. 1) L irrigation par planche et par bassin Ces techniques sont utilisées pour les cultures semées à plat telles que les céréales, le bersim, la luzerne, des plantes fourragères etc. En agriculture, une planche désigne une portion longue et étroite d un jardin ou d un champ. Le principe de l irrigation par planche et de faire couler une mince couche d eau sur des planches longues et étroite pour un sol à pente faible (0.1 jusqu à 5% selon les cultures). L eau ruisselle et s infiltre au cours de son parcours le long de la planche. Pour éviter un gaspillage excessif de l eau, elle est déversée par une ou plusieurs vannes dans le canal d amenée, guidée le long de la planche par des bourrelets latéraux peu élevés et larges (afin qu ils n opposent aucun obstacle au passage des machines, en période sèche). Un canal de colature recueille, au bas de la planche, les eaux en excès. L irrigation par bassin est similaire, sauf que le sol n est pas incliné, il est donc nécessaire de fournir une quantité et un débit d eau plus important pour obtenir une nappe d eau sur toute la surface de la parcelle de terre délimitée par des rigoles. Cette nappe d eau va ensuite s infiltrer progressivement dans le sol. Cette technique présente de nombreux inconvénients, et surtout dans le cadre d une irrigation en milieu aride. On observe en effet un tassement du sol en profondeur, une réduction de la perméabilité et une asphyxie temporaire du sol qui peut être nuisible. De plus elle réclame beaucoup d eau et donc la proximité d une oasis. Ces techniques traditionnelles restent néanmoins très utilisées, et elles ont été modernisées ces dernières années. 5

6 La modernisation de ces techniques d irrigation par planche et par bassin peut consister en plusieurs points : - Etancher le canal qui distribue l eau en tête de parcelle - L équiper de vannes de régulation pour irriguer successivement les différents bassins - Automatiser l ouverture et la fermeture des différentes vannes - Recouvrir les canaux de distribution, les remplacer par des canaux préfabriqués ou encore les enterrer sous terre. Figure 1 : Schéma de réseau d'irrigation de surface modernisé Ces différentes techniques sont toutefois assez couteuses et nécessitent beaucoup d entretien même si elles diminuent grandement le gaspillage de l eau. 2) L irrigation à la raie Cette technique est utilisée pour les cultures semées en billon telle que la betterave à sucre et la pomme de terre. Elle consiste à couvrir partiellement le sol par l eau qui, ensuite, s infiltre latéralement et remonte par capillarité. Au lieu de s étendre sur toute la surface, l eau quittant le canal d amenée ruisselle puis s infiltre dans les rigoles bordant les billons sur lesquels sont implantées les cultures. S infiltrant latéralement et remontant par capillarité, elle atteint les racines. On l utilise idéalement pour des sols composés de sable de texture grossière et de limon sableux avec une pente de 0.2 à 3 %. Elle est peu chère et facile à mettre en place mais on observe de fortes pertes d eau par percolation ou par fuite lors de l acheminement de l eau (30 à 40% de l eau est ainsi perdue au Maroc) Il faut donc veiller à l entretien de ces canaux et utiliser des gai nes souples ou des tuyaux semi-rigides en polyéthylène pour réduire ces pertes. L irrigation à la raie se prête mieux à la mécanisation par siphon, par rampes à vannettes, par gaine souple ou par transirrigation. Ces techniques ont différents avantages et inconvénients les unes par rapport aux autres. 6 Irrigation à la raie par siphon

7 Irrigation à la raie par gaine souple L irrigation par siphon permet d éviter beaucoup de travaux liés à la distribution, de réduire l érosion du sol à la tête de la raie. Il présente une bonne répartition de l eau et un faible investissement. L irrigation par rampes à vannettes permet un réglage plus précis et plus constant du débit d eau déversé (les vannettes sont réglable en position 25, 50,75 et 100%). Toutefois une étude de dimensionnement est nécessaire. L irrigation par gaine souple est peu chère et facile à mettre en œuvre. Elle est toutefois assez fragile (déchirures) et les débits déversés sont peu précis Le système transirrigation est constitué d un tuyau rigide posé avec une pente régulière en tête de parcelle et percé d orifices calibrés qui alimentent les raies. Le déplacement automatique d un piston à l intérieur du tube entraine le déplacement de la main d eau sur l ensemble de la parcelle. Le débit de chaque trou décroît progressivement jusqu à s annuler au fur et à mesure que le piston se déplace vers l aval du trou. Cette technique permet peu de travail pendant l irrigation, une maitrise précise de la dose d eau apportée (et donc moins de gaspillage). Le principal inconvénient est qu elle est très onéreuse et nécessite une étude de dimensionnement approfondie. Ces systèmes d irrigation ont un rendement hydraulique de 50% (la moitié de l eau utilisée n est pas effectivement captée par la plante) pour les méthodes traditionnelles et jusqu à 80% pour les méthodes modernisés. Ces chiffres s approchent des rendements des techniques d aspersion ou de micro-irrigation. Toutefois, des recherches récentes pourraient permettre d améliorer l économie d eau sans surcoût important. 7

8 3) L irrigation partielle de la rhizosphère Des recherches récentes (2010) ont été effectuées en Chine sur une manière différente pour irriguer les cultures. Il s agit de l irrigation partielle de la rhizosphère (Partial root-zone drying irrigation en anglais). Le principe de cette technique est relativement simple à comprendre : on va irriguer uniquement la moitié de la racine de la plante, et ceci de manière alternée. On a donc la moitié de la racine qui capte l eau nécessaire à son développement et l autre moitié qui subit une pénurie d eau et va envoyer des signaux aux cellules de la plante. Celle-ci va donc «adapter» son comportement en diminuant sa consommation d eau. On observe ainsi une diminution de la transpiration de la plante qui s adapte, mais aussi une diminution de l évaporation du sol (car on irrigue une surface 2 fois plus petite). Cela permet aussi de limiter l augmentation de la salinité des sols qui est un vrai problème pour l irrigation au long terme. Ces études ont été effectuées avec la méthode d irrigation à la raie en irriguant alternativement une raie sur 2. Les chercheurs ont comparé la taille et le développement des racines, des feuilles et de la tige de plante de cotons pour une irrigation traditionnelle (toutes les raies sont irriguées), une irrigation partielle d une seule des 2 raie et une irrigation d une seule raie alternativement. Les résultats ont été assez spectaculaires, l irrigation partielle alternée permet une économie de presque 30 % d eau (par rapport à l irrigation traditionnelle) pour la même quantité de récolte. On a également observé que la plante arrive à maturité plus tôt avec cette méthode. Pour les régions semi arides de Chine, cela constitue un avantage économique pour la culture de certaines plantes(le coton notamment). En effet cette méthode permet de sauver une plus grande partie de la récolte qui arrive à maturité avant les périodes de grand froid. En conclusion on peut dire que cette technique présente de nombreux avantages : - Elle est facile à mettre en place et peu onéreuse (il suffit d avoir un moyen technique de contrôler le débit d eau dans les raies). - Elle est adaptable aux autres systèmes d irrigation (micro irrigation par exemple) car elle est liée au comportement de la plante et non à une innovation technique. - Elle est utilisable pour beaucoup de plantes différentes : les chercheurs ont réussi à faire pousser des tomates, des raisons, des pommes de terre (et pas uniquement du coton). 8

9 - L irrigation par aspersion : 1) Microaspersion L'irrigation grâce à des micropulvérisateurs arrose seulement une fraction de la surface du sol. L'eau est éjectée en jets fins par une série de gicleurs d'où elle tombe en pluie. Chaque gicleur peut arroser plusieurs mètres carrés. Le système de la microaspersion permet donc d'augmenter le volume de sol mouillé dans lequel les racines des plantes absorbent l'eau et les éléments nutritifs, ce qui est particulièrement intéressant pour les gros arbres. La microaspersion a un autre gros avantage. En effet, comme les orifices des gicleurs sont plus larges et le taux d'écoulement supérieur, le risque d'obstruction est réduit. La pression requise est de l'ordre de 1 à 2 bars. Ce qui oblige à installer un système de pompage ou à surélever le réservoir d'alimentation d'au moins 10 m. A d'autres égards, l'irrigation par microaspersion permet l'application fréquente d'un faible volume d'eau et l'injection de fertilisants dans l'eau. En outre, il est facile d'adapter les systèmes de microaspersion aux conditions des pays en développement, en réduisant leur taille, pour la rendre plus conforme aux parcelles à irriguer, généralement de petites dimensions. En revanche, la microaspersion a aussi des inconvénients. La composante évaporation du bilan hydrique est accrue, à la fois parce que la surface mouillée est plus grande, que l'eau est pulvérisée dans l'air sec et que les feuilles les plus basses sont mouillées. Comme le feuillage est mouillé, l'utilisation d'eau saumâtre et l'incidence des maladies fongiques posent plus de problèmes. 2) L aspersion L'irrigation par aspersion s'est rapidement développée après la seconde guerre mondiale, notamment en Europe et aux Etats-Unis. Avec les améliorations techniques de rendement et de la baisse du coût, elle s est petit à petit développée dans les régions arides et semi-arides. L'eau est transportée dans des réseaux de conduites sous pression puis délivrée au niveau de la parcelle par des bornes qui régulent la pression et le débit. L eau est ensuite dirigée dans d autres conduites qui alimentent sous pression des asperseurs qui répandent l'eau en pluie. Il existe deux types d irrigation par aspersion. L aspersion traditionnelle et l aspersion mécanisée. L aspersion traditionnelle En agriculture, les arroseurs sont à rotation lente. Celle-ci est obtenue par le va-et-vient d un bras de levier qui porte un seul aubage et qui oscille grâce à l impact d un jet qui s échappe d une buse. Voici quelques chiffres de dimensionnement : Diamètre des buses (mm) Pression de service (bars) Portée Angle d inclinaison par rapport à l horizontal ( ) Petits Arroseurs 4 à 7 Entre 2.5 et 3.5 Relativement faible, petites gouttelettes Moyens Arroseurs 8 à 14 Entre 3.5 et 4.5 Entre 25 et 26 Grands Arroseurs 15 à 25 Au moins 4.5 Grande, grosses gouttelettes Entre 23 et 24 9

10 Les petits asperseurs sont disposés le long d'une rampe mobile que l'on déplace de poste en poste, pour irriguer l'ensemble de la parcelle. Les grands arroseurs ont une pluviométrie horaire élevée et ceci conduit à la formation de grosses gouttelettes. Ceci peut poser problème. En effet la taille des gouttelettes ne doit occasionner aucun dommage ni au sol, ni à la culture. Et plus l arroseur est grand, plus les gouttelettes sont grosses. Les gouttes peuvent poser des problèmes de battances du sol (formation de croûte superficielle) sur des sols limoneux ou fins. Il faut donc dimensionner notre arroseur en fonction du sol (limon, sable ) et du type de plante. De plus l angle d inclinaison joue aussi un rôle tres important dans l homogénéité de l irrigation. L angle idéal d inclinaison par rapport au plan horizontal est de 32 en condition calmes (vent quasi nul). Mais à cause du vent (celui-ci ne doit pas être trop fort), l angle d inclinaison doit être diminué pour permettre une irrigation homogène. Il existe deux types d installations d aspersion traditionnelle: les installations mobiles portatives et les installations semi-mobiles portatives. Les installations mobiles portatives sont composées de canalisations principales ainsi que de rampes qui peuvent être déplacées à la main. Les conduites qui forment l ensemble du système doivent donc être légères, facilement raccordables et détachables les unes des autres. Elles sont habituellement en aluminium léger ou en alliage d aluminium et leur longueur est en général de 6m. Les installations mobiles portatives sont donc conseillées pour les régions à capital d investissement faible mais qui disposent d une main d œuvre abondante. L autre type d installation d aspersion traditionnelle est l installation semi-mobile portative. Elle comprend des canalisations principales fixes et enterrées à intervalles réguliers. Le plus souvent, la station de pompage est permanente et elle est située de telle façon à minimiser le trajet de l eau. En général les canalisations fixes sont en acier et elles sont aussi protégées contre la corrosion. Mais il existe d autres variantes, en utilisant des tuyaux flexibles. Le type de plantation influe aussi sur le fait de mettre des installations permanentes ou non. En effet les installations permanentes (ou couverture totale), où les conduites principales et les rampes sont enterrées, sont souvent utilisées dans les exploitations de vergers. Le gros intérêt de la couverture totale est qu'avec une bonne disposition d'asperseurs on peut obtenir une répartition homogène de l'eau sur l'ensemble de la surface irriguée. Les pertes d'eau sont pratiquement nulles et dans des dispositifs bien conçus, on obtient des rendements hydrauliques de l'ordre de 90 à 95 %. En revanche les installations temporaires sont des systèmes qui ont la particularité de pouvoir être montés au moment de la plantation puis démontés jusqu à la dernière irrigation avant la récolte. 10

11 L aspersion mécanisée L aspersion mécanisée est très souvent utilisée dans les grandes exploitations. On y utilise des systèmes de rampes pivotantes et de rampes frontales. Le système de rampe pivotante est constitué d une conduite avec arroseurs, supportée à l une de ses extrémités par une tour à pivot central d où l eau arrive, une série de tours munies de roues et un moteur électrique ou hydraulique. La conduite peut mesurer entre 100 et 500 m et peut irriguer jusqu à 100 ha. I1 faut noter que la pluviométrie nécessaire pour apporter une dose homogène à chaque rotation, croît au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre. En extrémité de rampe, la pluviométrie maximale peut atteindre 80 à 100 mm/h, ce qui est incompatible avec la perméabilité de la plupart des sols. I1 est conseillé de ne pas dépasser un rayon de l'ordre de 400 m sauf sur sol sableux très perméable. Mais l aspersion mécanisée exige un capital d investissement élevé mais une faible main d œuvre. Si la pression de service est de l ordre de 6 bars, les débits varieront entre 250 et 850 m 3 /h. Pour les rampes frontales, toutes les tours sont mobiles et le déplacement se fait latéralement. Pour alimenter le système en eau, l alimentation se fait soit par un fossé creusé au milieu ou au bord du champ, soit par un tuyau flexible. En revanche, l investissement doit être tres important et la consommation énergétique tres élevée. Pivot Un autre type d irrigation mécanisée par aspersion est l irrigation par enrouleurs. Ce type d irrigation est la plus répandue dans le monde. Les enrouleurs sont des machines d irrigation à tambour et à tuyau flexible. L enrouleur est constitué d un tambour, sur laquelle s enroule un tuyau flexible en polyéthylène. L enroulement du tuyau provoque le déplacement d un canon d arrosage monté sur roues à l extrémité du tuyau. L enrouleur effectue ainsi un arrosage en bande, sans intervention. En fin de parcours l enroulement s arrête automatiquement et l ensemble est déplacé au moyen d un tracteur pour arroser la bande suivante. La longueur du flexible varie évidemment en fonction de la longueur du champ et peut atteindre 600 m. Son diamètre peut aller de 50 à 140 mm. Enfin le débit peut atteindre 50 m 3 /h et la portée est d environ 100m. 11

12 Enrouleur Pour utiliser l irrigation par enrouleur, on a besoin des éléments suivants : un tambour, un châssis, un mécanisme d enroulement, un asperseur et un porte asperseur, un flexible en polyéthylène, un système de régulation de la vitesse d avancement afin d apporter la dose d eau choisie, un système d enroulement uniforme du tambour et une sécurité de fin de course. Les plus grandes machines peuvent contenir un poids dépassant 5 tonnes. En outre, le tambour doit supporter un couple important afin de pouvoir tirer le flexible rempli d eau le long de la bande de champ. Pour permettre l irrigation, un mécanisme d entrainement fait tourner le tambour qui enroule lentement le flexible et tire le porte asperseur le long du terrain. Le tambour peut être entrainé par chaine, par un engrenage, ou un système d ergot actionné à l aide d une turbine, d un soufflet ou d un moteur En revanche le système d entrainement à piston est abandonné depuis plusieurs années à cause de sa forte oxydation par l eau d irrigation. Ensuite on décrit les différents éléments qui constituent l irrigation par enrouleur. Tout d abord, le porte asperseur est soit un chariot soit un traineau. Leur conception est pensée afin de réduire au minimum l endommagement des plantes dû à son déplacement. Mais il existe des portes asperseurs avec un espacement de roue variable. Cela permet de réutiliser plusieurs fois un porte asperseur pour différentes cultures. Ensuite le flexible doit être en polyéthylène pour combiner une grande rigidité et une grande flexibilité. Les flexibles sont obtenus en variant la densité du polyéthylène. De plus l enrouleur est également équipé d un système de régulation de vitesse d avancement du porte asperseur. Il existe 2 types de régulations. Tout d abord une régulation mécanique (basée sur l augmentation du diamètre du tambour) et enfin une régulation électronique. Après avoir installé le porte asperseur en bout de champ, on alimente l enrouleur en eau sous pression. Au cours de l irrigation, l effort de frottement diminue avec la longueur du flexible déroulé. Ce qui entraine une augmentation de la vitesse d avancement. Pour avoir une distribution uniforme de l irrigation, on doit réduire la pression afin de garder une vitesse quasi-constante. En 12

13 effet une variation de la vitesse d avancement de plus de 10% n est pas recommandée pour conserver une bonne homogénéité. Tout ceci s effectue grâce au régulateur de vitesse d avancement décrit un peu plus haut. Pourquoi mettre en place une irrigation par aspersion? Afin de savoir si on met en place une irrigation par aspersion et afin de dimensionner le système d irrigation, on doit considérer les facteurs suivants : 1) La dimension et la forme de la surface à irriguer, sa topographie et le type du sol 2) Les sources d eau disponibles ou potentielles et leurs caractéristiques 3) Les conditions climatiques dans la région, l accessibilité à la parcelle et la culture à irriguer. Avantages Inconvénients Solutions Ecarter dans les régions tres régulièrement ventées (vents 5 m/s dégradent Bon pour les sols de faible profondeur (ne pouvant être correctement nivelés pour une irrigation de surface) considérablement de l arrosage) l homogénéité I1 faut savoir que l'irrigation au canon est d'autant plus sensible au vent que la portée du jet est importante. On atténue l'effet du vent en rapprochant le plus possible les asperseurs et en les disposant en triangle ou en rectangle, dont la plus grande dimension est orientée dans le sens du vent. Bon pour les sols trop perméables qui ne permettent pas une répartition uniforme de l eau dans le cadre d une irrigation avec ruissellement de surface Bon pour les terrains à pente irrégulière avec micro relief accidenté ne permettant pas l établissement d une desserte gravitaire à surface libre Longue durée des composantes Evaporation directe pendant l irrigation. Lorsque le réseau ne dispose pas d'une charge gravitaire, la mise en pression nécessaire au bon fonctionnement des asperseurs entraine des coûts d'énergie de pompage qui peuvent être importants. Eviter l arrosage par aspersion à midi Pour le pivot : il présente l'avantage de pouvoir réaliser un arrosage très homogène et bien contrôlé, sans aucune intervention manuelle. Cela permet d'envisager son utilisation pour répandre les produits fertilisants ou de traitements phytosanitaires Ne nécessite pas une grande qualité de l eau Peut opérer sans surveillance Son principal inconvénient est la forme circulaire de la surface arrosée. Il convient bien pour les grandes surfaces de monoculture. 13

14 3) Coûts Les éléments essentiels du coût de l'irrigation par aspersion sont les charges d'investissement, les charges de main d'œuvre, les charges d'entretien des équipements et les charges d'énergie (nécessaires pour assurer une pression suffisante au niveau des asperseurs ou des canons) Ce dernier est direct en cas de pompage individuel ou inclus dans le prix de l'eau en cas de distribution par réseau collectif. Cet élément dans le coût de l irrigation est très important. Parfois il conduit à abandonner les canons à haute pression, voir même les enrouleurs pour revenir à des installations fonctionnant à moyenne ou basse pression Type d équipements Cout ramené à l hectare ( /ha) Rampe mobile, canon déplaçable 200 Couverture intégrale : commande manuelle 1600 Couverture intégrale : automatique 2300 Enrouleur 750 Pivot : 80 à 30 ha 900 Pivot : 20 à 30 ha 1400 Pivot : 10 à 20 ha 1700 Valeurs moyennes des investissements. Le type d irrigation par aspersion à utiliser varie donc en fonction de nombreuses caractéristiques. Il faut en tenir compte afin d optimiser l eau et le capital d investissement. 14

15 - Micro irrigation superficielle Les méthodes décrites dans cette section sont basées sur l'arrosage continu ou régulier d'une fraction de la surface du sol. Pour ce faire, on distribue habituellement l'eau dans des conduites fermées (par exemple des tubes de plastique) en des points spécifiques, dont l'emplacement et l'espacement dépendent de la configuration de la plante cultivée. Au niveau de ces points, on laisse l'eau sortir à la surface, en veillant à ce que le débit ne soit pas supérieur à la capacité d'infiltration du sol, pour que toute l'eau pénètre dans la rhizosphère sans stagner ou s'écouler à la surface. Les systèmes d'irrigation dans lesquels l'eau est distribuée par des conduites fermées (tuyaux) permettent généralement d'économiser de l'eau car ils accroissent l'uniformité des applications et évitent les pertes en quantité (dues à la percolation et à l'évaporation) et en qualité (dues à la contamination de l'eau dans les canalisations à ciel ouvert). Mais comme ils nécessitent un dispositif de pressurisation et des installations coûteuses, cette économie génère souvent une augmentation de la consommation d'énergie et des investissements en capital. C'est pourquoi des méthodes minimisant ces dépenses de capital et d'énergie sont nécessaires. 1) Système complet de goutte-à-goutte On appelle irrigation au goutte-à-goutte l'application lente et localisée d'eau, littéralement au goutte-à-goutte, au niveau d'un point ou d'une grille de points sur la surface du sol. Si l'eau s'écoule à une vitesse inférieure à la capacité d'absorption ou d'infiltration du sol, celui-ci n'est pas saturé et il ne reste pas d'eau qui stagne ou ruisselle à la surface. L'eau est amenée jusqu'aux orifices de gouttage par un assemblage de tuyaux en plastique, généralement en polyéthylène opaque ou en PVC résistant aux intempéries. Des canalisations latérales, alimentées par une conduite maîtresse, sont posées sur le sol. Ces canalisations, généralement d'un diamètre de 10 à 25 mm, sont perforées ou munies de goutteurs spéciaux. Chaque goutteur doit déverser l'eau goutte à goutte sur le sol, à un débit prédéterminé, allant de 1 à 10 litres par heure. La pression de l'eau dans les tuyaux est ordinairement comprise entre 0,5 et 2,5 atmosphères. Cette pression s'atténue par frottement lorsque l'eau s'écoule à travers les étroits passages ou orifices du goutteur, si bien que l'eau sort à une pression atmosphérique sous forme de gouttes et non en jet ou aspersion. Les goutteurs commercialisés sont soit internes (fixés à l'intérieur des tuyaux d'amenée latéraux) soit externes (enfichés sur les tuyaux à travers des trous perforés dans la paroi de la conduite d'amenée). Ils sont conçus pour évacuer l'eau à un débit constant de 2, 4 ou 8 litres par heure. Le débit de sortie est toujours altéré par des variations de la pression, mais dans une moindre mesure si les émetteurs sont munis d'un régulateur de pression. La fréquence et la durée de chaque irrigation sont contrôlées par une vanne actionnée manuellement ou par une série de valves automatiques programmables. Des valves doseuses interrompent automatiquement l'écoulement une fois qu'un volume prédéterminé a été appliqué. 15

16 Schéma d'un système classique d'irrigation au goutte-à-goutte La zone humectée, et donc le volume d'enracinement actif, est ordinairement inférieure de 50 pour cent à ce qu'elle serait si tout le sol était mouillé uniformément. Si les applications au goutte - à-goutte sont fréquentes (ce qui est conseillé), la portion mouillée du sol reste en permanence humide, mais le sol n'est pas saturé et reste donc bien aéré. Cela crée des conditions d'humidification exceptionnellement favorables. L'irrigation au goutte-à-goutte présente donc un avantage certain par rapport à l'irrigation par surverse et même par rapport à l'irrigation par aspersion moins fréquente, en particulier pour les sols sableux ayant une faible capacité de rétention d'eau et dans les climats arides où les pertes par évaporation sont élevées. En outre, contrairement à l'irrigation par aspersion, l'irrigation au goutte-à-goutte n'est pratiquement pas affectée par le vent. La texture du sol, la topographie ou la rugosité de la surface ont aussi une influence moins grande qu'avec l'irrigation de surface. Si la quantité d'eau déversée est supérieure aux besoins de la plante, la zone mouillée se trouvant en dessous de chaque goutteur s'allonge vers le bas et peut finir par former une «cheminée» qui draine l'eau excédentaire hors d'atteinte des racines. Le système du goutte-à-goutte permet aussi d'employer de l'eau légèrement saumâtre (ayant par exemple une teneur en sel d'environ à mg/litre) pour irriguer des cultures comme le coton, la betterave à sucre, les tomates ou les dattes qui ne sont pas trop sensibles à la salinité. L'eau saumâtre n'entre pas en contact direct avec le feuillage, qui risque donc moins d'être brûlé par le sel qu'avec l'irrigation par aspersion. Comme, dans la zone mouillée, le sol reste en permanence humide, les sels ne se concentrent pas et la salinité de la solution du sol dans la rhizosphère n'est que légèrement supérieure à celle de l'eau d'irrigation. Dans les zones où les pluies saisonnières sont suffisantes, les anneaux de grosses concentrations en sel formés autour du point de gouttage sont habituellement lessivés chaque année. Les systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte requièrent des investissements relativement élevés, car il faut une grande quantité de tuyaux, de tubes, de goutteurs et de dispositifs auxiliaires pour parvenir à délivrer le volume d'eau voulu en des points spécifiques du champ. En outre, comme les orifices standards des goutteurs sont étroits, des dispositifs de filtrage onéreux doivent être installés pour prévenir leur obstruction. De ce fait, les systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte tendent à être plus chers, au moins au départ, que les systèmes d'irrigation superficielle. Ils peuvent se révéler rentables à long terme s'ils parviennent effectivement à prévenir le gaspillage d'eau et la dégradation des terres, si fréquents avec les méthodes traditionnelles. Cependant, pour qu'ils soient 16

17 plus facilement applicables dans les zones arides en voie de développement, il faut trouver des moyens de les simplifier et de réduire leurs coûts d'installation et de fonctionnement. 2) Goutte-à-goutte simplifié L'équipement extrêmement sophistiqué, mis au point pour les systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte dans les pays industrialisés, leur a fait perdre la simplicité qui était à la base de leur conception. La principale justification de ces systèmes qui nécessitent des capitaux importants et consomment généralement beaucoup d'énergie est l'économie de main-d'œuvre. Etant donné que l'importance relative des coûts des facteurs entrant en jeu dans les pays en développement d'afrique est souvent inversée par rapport aux pays industrialisés, il est indispensable de simplifier ces systèmes. La conception des systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte doit être revue de façon à faciliter leur installation et leur entretien, tout en conservant les principes de base, à savoir l'application fréquente d'un faible volume d'eau, et la maximisation de l'efficacité de l'irrigation. Les goutteurs ne doivent pas nécessairement être des dispositifs de précision. Ils peuvent être improvisés en perçant des trous à la main dans les canalisations latérales. Pour que ces perforations soient aussi uniformes que possible, il est conseillé d'utiliser des poinçons arrondis comme ceux employés pour faire des trous dans les ceintures de cuir. Pour empêcher un écoulement trop important ou l'obstruction des orifices, les utilisateurs peuvent recouvrir les trous avec des «colliers» bien ajustés, faits en découpant de petites sections du tuyau utilisé pour les canalisations latérales et en les faisant glisser sur les trous. En procédant par tâtonnements, un utilisateur peut fabriquer des goutteurs adéquats pour une fraction infime du prix auquel ils sont vendus dans le commerce. En outre, ces goutteurs sont faciles à entretenir, c'est-à-dire à nettoyer ou à déboucher quand il le faut. Pour fabriquer les goutteurs, on peut aussi couper des petits bouts de tuyau (microtubes) et les insérer dans des trous pratiqués dans les parois des canalisations latérales; on ajustera ensuite la longueur des microtubes pour obtenir le débit souhaité (figures 25 et 26). Fabrication d'un système simple d'arrosage au goutte-à-goutte en perforant un tuyau de plastique et en recouvrant les orifices avec un manchon découpé dans le même tuyau Fabrication d'un système simple d'arrosage au goutte-à-goutte, en insérant un microtube, de longueur réglable, dans un tuyau latéral La pression hydraulique dans les conduites d'amenée ne doit pas nécessairement être créée par des pompes mécaniques. Il suffit d'installer le réservoir quelques mètres plus haut que la terre à arroser pour créer une pression de gravité suffisante pour irriguer au goutte-à-goutte une petite surface. En élargissant le diamètre des tubes et les orifices des goutteurs, et en augmentant la durée des arrosages, on peut compenser la faiblesse de la pression. On évitera ainsi de devoir placer des régulateurs de pression de précision, surtout si le terrain est relativement plat et si les canalisations latérales ne sont pas trop longues ou trop étroites. 17

18 Le filtrage peut être assuré en interposant un simple récipient rempli de sable entre la source d'eau et les conduites d'irrigation. L'eau (trouble) qui arrive entrera au fond du récipient et se répandra vers le haut à travers les couches de sable, dont elle sortira filtrée, pour se déverser dans les conduites d'irrigation. Un filtre de ce type peut être fabriqué sur place, avec un récipient de métal ou de plastique de la taille que l'on jugera appropriée, compte tenu de la vitesse d'écoulement et de la turbidité de l'eau. Le sable utilisé à cette fin sera lavé au préalable pour retirer les particules plus fines et devra être nettoyé ou remplacé régulièrement à mesure qu'il s'encrassera. La mesure du débit est fondamentale pour garantir une utilisation efficace de l'eau. Si un système n'est pas équipé de débitmètres ou de valves doseuses, le débit doit être contrôlé en enregistrant la durée de chaque irrigation. Le volume de l'écoulement par unité de temps devrait être contrôlé et recontrôlé périodiquement, de même que l'uniformité (ou la variabilité) du débit des goutteurs dans chaque canalisation latérale et dans les conduites qui se trouvent dans le champ. Pour ce faire, on peut enregistrer le temps qu'il faut pour que l'eau qui s'écoule remplisse une cuve d'un volume donné. Le volume d'eau déversé au cours de chaque période d'irrigation doit correspondre aux besoins estimés de la culture, compte tenu de son stade de croissance et des conditions météorologiques (pluviométrie et évapotranspiration depuis l'irrigation précédente). 3) Applications Dans le cadre du projet COGESFOR, 5 sites du Plateau Mahafaly à Madagascar ont été dotés de kit simple de micro-irrigation goutte-à-goutte. Chaque kit permet d irriguer 50m 2 et coûte environ 26. L installation et la formation des paysans étant effectuées, il s est avéré que cette technique permettait d économiser l eau 6 fois par rapport à un arrosage traditionnel. L automatisation et la bonne santé des plantations ont suffi à convaincre pour les agriculteurs qui gagnent en temps, eau et récolte. Ils sont donc prêts à acheter d autres kits pour étendre la technique sur toutes leurs terres. La société International Development Enterprises India (IDEI) investit depuis 15 ans en recherche et développement, formation et promotion, pour fournir des technologies à faible coût et adaptées aux faibles surfaces agricoles. Elle a permis, grâce à un projet de micro-irrigation, de sortir 1,5 million de paysans de la pauvreté en améliorant leur sécurité alimentaire et leur revenu. L impact immédiat du goutte-à-goutte est de pouvoir avoir une deuxième voire une troisième culture pendant la saison sèche. 18

19 - Les exsudeurs souterrains. La méthode des exsudeurs souterrains consiste en l approvisionnement en eau direct de la rhizosphère grâce à des réceptacles poreux que l on enfouit dans le sol, de telle sorte que leur ouverture supérieure affleure à la surface, et d une profondeur permettant d atteindre une certaine quantité de racines (15 à 50 cm). L eau migre donc de l exsudeur vers le sol environnant, et donc la rhizosphère, grâce à la perméabilité des parois du réceptacle, et alimente ainsi de manière continue et contrôlée la plante. On peut de plus choisir de remplir périodiquement les réservoirs ou de les conserver constamment pleins, donnant lieu ainsi à différents modes d approvisionnement de la plante en eau. 1) Irrigation par vases céramiques poreux. Il s agit là d une des plus vieilles méthodes d irrigation en milieu aride, qui dispose d un avantage non négligeable, à savoir que les vases en céramique poreuse sont généralement produits directement à base d argile présente dans la région qui doit être irriguée. Néanmoins, cette méthode ne s applique généralement qu à la petite irrigation, à savoir pour des parcelles réduites en superficie. On place des pots d argile poreuses, après avoir creusé des fosses peu à moyenneme nt profondes, de sorte que l ouverture supérieure affleure à la surface de la fosse, après damage. L eau est alors versée à la main ou grâce à un réseau de tuyaux perforés, par l ouverture supérieure de ces pots, jusqu à la hauteur désirée et nécessaire pour le bon approvisionnement de la plante. Les formes et dimensions des vases poreux sont variables. On peut déplorer l archaïsme de certains aspects de cette méthode, puisque de nombreuses variables de modelage des vases ne sont pas optimisées, tout comme le réseau d approvisionnement. Réseau de vases poreux pour l irrigation d un parcelle Cette méthode permet néanmoins d irriguer un nombre fini de plantes dans la zone proche de chaque pot en argile, et donc d ajuster avec précisions les besoins en eau en accord avec le nombre de plantes à irriguer. Par exemple, chaque vase peut servir à irriguer 3 plantes A, ou 4 plantes B, selon que la plante soit plus demandeuse en eau que la plante B. Ces ajustements sont néanmoins permis par le fait que cette méthode est généralement appliquée pour l irrigation nonexpansive. 19

20 Cette irrigation est en particulier adaptée aux arbres fruitiers, où l on ajoute des jarres à côté de l arbre grandissant au fur et à mesure de sa croissance. Le rythme des renouvellements ainsi que du rajout des vases dépend principalement de l expérience locale. Des observations et des essais minutieux sont nécessaires pour optimiser les variables du système sur lesquelles il est possible de jouer. On retrouve cette méthode en Afrique du Nord et au Proche-Orient. 2) Irrigation à l aide de tuyaux poreux sectionnés. La méthode que nous venons d observer peut bénéficier d améliorations techniques, qui simplifient son usage et donc sa capacité à répondre à des besoins d agriculture expansive. En remplaçant les jarres poreuses par des tuyaux horizontaux réalisés dans la même argile perméable, on optimise l exsudeur souterrain en permettant des cultures plus resserrées, comme les cultures maraichères. On note de plus que l extrémité du tuyau est recourbée vers la surface, afin de permettre l approvisionnement en eau le long du tuyau, par écoulement du fluide. Les tuyaux sont placés au fond d une tranchée peu profonde (environ 25cm de profondeur), creusée au centre d une planche d un mètre de large, et disposés de façon à former un tuyau horizontal continu de 3 m de long. La tranchée est ensuite à nouveau comblée de terre. Les tuyaux, fabriqués en tronçons, à base d argile poreuse trouvée directement dans la région, sont assemblés, et disposent donc de jointures par lesquelles l eau s exfiltre, s ajoutant au potentiel de perméabilité du matériau. Sol irrigué par des tuyaux souterrains d argile poreux On peut de plus, grâce à cette méthode, irriguer deux rangées de plantes avec une seule conduite souterraine, plantées de part et d autre du tuyau. On retrouve cette méthode au Zimbabwe. 3) Irrigation par manchons de plastique perforés Cette méthode est la quasi-réplique verticale de l irrigation à base de tuyaux poreux. On implante en effet à proximité de la plante une fine gaine plastique perforée, pour qu elle aliment directement en eau les racines et la rhizosphère Le manchon est de plus en plastique imperméable, contrairement aux argiles poreuses utilisées dans les méthodes précédentes, implique la nécessité de le perforer. Le diamètre et l espacement des trous sont des variables essentielles qui ne peuvent hélas qu être optimisées après plusieurs essais et conclusions. Ces paramètres influent également sur la solidité de la gaine en plastique. Enfin, l introduction de la gaine en plastique dans le sol est rendue possible par l ajout de sable dans cette gaine, ayant néanmoins pour effet de réduire la capacité de rétention d eau dans la gaine de 50 à 60 %. On retrouve cette méthode au Sénégal, dans des plantations de manioc principalement. 20