Potentiel du contrôleur AQUALONE pour la gestion de l irrigation

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1 Rapport d étude Potentiel du contrôleur AQUALONE Q pour la gestion de l irrigation en pépinière Par Zacharie LEMERRE DESPREZ Et Cédric LE GUILLOU Février 2016

2 Potentiel du contrôleur AQUALONE pour la gestion de l irrigation en pépinière Zacharie LEMERRE DESPREZ Cédric LE GUILLOU Rapport d étude Février 2016

3 L ESSENTIEL A RETENIR L'agriculture de précision se développe avec notamment la nécessité d'optimiser l'usage de l'eau. L'objectif de l'étude est de réaliser une première évaluation du contrôleur Aqualone pour irriguer un substrat en pépinière. L'expérimentation a été menée du 7 septembre au 30 novembre 2015 en condition de conteneurs horticoles de pépinière à la Station de Recherche Agronomique de Pocquereux IAC à La Foa en Nouvelle Calédonie. L irrigation déclenchée par le contrôleur Aqualone est comparée à celle déclenchée par un programmateur horloge Rainbird conventionnellement utilisé. Un suivi de l'humidité du substrat, de l'état de l'eau dans le substrat et de la consommation en eau a été réalisé. Les résultats montrent que les deux systèmes maintiennent le substrat dans la zone de confort hydrique. Cependant, le contrôleur Aqualone, qui fonctionne de manière continue en réagissant à la demande climatique, a permis une économie d'eau de 35 % par rapport au système horloge conventionnel réglé sur l évapotranspiration potentielle du site. LES AUTEURS Zacharie LEMERRE DESPREZ est Ingénieur de Recherche en agronomie des cultures fruitières tropicales et responsable du site de la Station de Recherche Agronomique de Pocquereux La Foa à l IAC. Cédric LE GUILLOU est Docteur en Sciences du Sol, en poste à la Station de Recherche Agronomique de Saint Louis Mont Dore à l IAC. Les auteurs remercient les agents de la SRA Pocquereux pour leur implication dans la maintenance du site, la mise en oeuvre et le suivi quotidien de cet essai. MOTS CLÉS Irrigation, Aqualone, programmateur horloge, ETP, potentiel hydrique du sol, humidité volumique, consommation en eau, pépinière.

4 Potentiel du contrôleur Aqualone pour la gestion de l'irrigation en pépinière Auteurs : Zacharie Lemerre Desprez et Cédric Le Guillou Introduction La ressource en eau est soumise à des conflits d'usage grandissants (e.g., urbain, industriel, agricole). Il devient indispensable de développer des stratégies pour un usage efficient de la ressource. Les gestionnaires de l'eau doivent considérer des aspects environnementaux, économiques et humains. L'irrigation en agriculture doit ainsi être optimisée. Planifier l'irrigation est un défi du fait des nombreuses variables qui doivent être prises en compte (climat, type de culture et de substrat, méthode d'irrigation, contraintes du système) (Howell 1996). Il existe diverses approches de gestion de l'irrigation. Une méthode couramment employée consiste en une irrigation programmée sur la base de l'évapotranspiration potentielle de référence (ET o ). C'est une approche prévisionnelle prenant en compte l'évolution météorologique théorique au cours de la saison culturale. Cependant, l'humidité du sol étant un facteur clé de la production de biomasse, elle devrait être au centre d'une gestion en dynamique de l'irrigation (Shani et al., 2004). Ainsi, de nouvelles technologies d'irrigation avec des sondes disposées dans le sol se sont développées. Ces technologies sont encore complexes à mettre en œuvre pour l'utilisateur. Aqualone développe actuellement un système simple de contrôle de l'irrigation répondant aux besoins en temps réels du système sol plante en relation avec la demande climatique. L'objectif de cette étude est de réaliser une première évaluation de ce contrôleur Aqualone en contexte d'irrigation d'un substrat en pépinière.

5 Matériel et méthode Le climat néo calédonien est subtropical et quatre saisons se distinguent : deux saisons des pluies (la saison cyclonique de décembre à mi avril, et de mi mai à fin août) et deux saisons sèches (l une peu marquée de miavril à mi mai, et l autre, importante, de septembre à novembre). Les précipitations moyennes varient d un mètre sur la côte Ouest (côte «sous le vent») à deux mètres sur la Côte Est et 1,5 m aux îles Loyauté (zones «au vent»). Les températures moyennes enregistrées varient de 22 C à 24 C, avec des extrêmes de 7,5 C à 37,9 C. L expérimentation se déroule du 07 septembre au 30 novembre 2015 à la pépinière de la Station de Recherche Agronomique (SRA) de Pocquereux à la Foa en Nouvelle Calédonie ( S ; E ; altitude 20 m). Une station météorologique a été installée sur le site depuis L évapotranspiration potentielle est calculée selon la méthode Penmann Monteith décrite dans le guide FAO n 56 (Allen et al. 1998). Les données climatiques historiques du site (figure 1) montrent une pluviométrie minimale en septembre et octobre. Cette période correspond aussi à l augmentation des températures de début de saison chaude. Il en résulte un bilan hydrique négatif marqué durant cette période. L irrigation des productions végétales est alors incontournable. L'année 2015 montre une dynamique globale semblable à l'historique avec toutefois une pluviométrie beaucoup plus faible, notamment de septembre à décembre. T ( C) Pluviométrie (mm) Pluie (mm) Pluie (mm) 2015 Tmax ( C) Tmax ( C) 2015 Tmin ( C) Tmin ( C) 2015 Figure 1 : Température et pluviométrie mensuelle de la période historique et de l'année 2015 mesurées à la Station de Recherche Agronomique (SRA) de Pocquereux Un programmateur horloge (modèle Rainbird) (modalité 1) et le contrôleur Aqualone (modalité 2) commandent respectivement, via une électrovanne 1 et une vanne à membrane à commande hydraulique 1", l irrigation de 48 pots (96 pots au total) desservis chacun par un goutteur délivrant Dg = 4 l.h 1 à la pression de 1,5 bar. La pression est contrôlée par un limiteur de pression et son manomètre (0 2,5 bars) pour chaque modalité (deux au total). Un compteur volumétrique d eau est installé sur chaque modalité d irrigation (deux au total) afin d effectuer les relevés de consommation. Les pots sont remplis d un substrat horticole confectionné localement. Son analyse montre une granulométrie de type sablo argileux (texture recherchée pour le drainage efficace des pots). Le ph s établit à 6.4. La teneur en MO (7,6 %) est élevée. La CEC est de 21 meq % et elle est saturée à 66,5 % par le calcium, 2,1 % par le potassium et 24,5 % par le magnésium. Globalement, les teneurs en éléments majeurs sont satisfaisantes à élevées.

6 Les humidités caractéristiques de ce substrat sont définies à l aide de l analyseur de potentiel hydrique WP4C (Decagon devices). Les humidités caractéristiques sont de 7 % au point de flétrissement permanent (pf 4,2), 10 % pour la limite de la Réserve Facilement Utilisable (RFU qui s établit théoriquement à 2/3 de la Réserve Utile RU), et 17,5 % pour l humidité à la capacité au champ (pf 2,5) (figure 2). 0,19 Teneur en eau (m 3 /m 3 ) 0,17 0,15 0,13 0,11 0,09 0,07 y = 0,009x2-0,1237x + 0,4288 R² = 0,9711 0,05 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 pf Confort hydrique Figure 2 : Courbe de rétention en eau et humidités caractéristiques du substrat Chaque pot a un volume de V = 52 l pour une surface évaporative S = 0,16 m². La capacité de stockage de l eau pour un pot varie donc de 9,1 l à pf 2,5 à 3,64 l à pf 4,2, ce qui définit une réserve utile de l ordre de 5,46 l. Les temps d irrigation du programmateur horloge (tableau 1) sont définis à partir du volume et de la surface évaporative d un pot, en relation avec l évapotranspiration potentielle moyenne du site issue des relevés de sa station météorologique. Il est convenu de réaliser les irrigations les lundi, mercredi et vendredi sur la base d un arrosage à 10h30 puis à 17h30 afin de simuler respectivement la plus forte demande évaporative à la mijournée et la reprise de turgescence de la plante en fin d après midi. Tableau 1 : Description du paramétrage de l'irrigation pour le programmateur horloge conventionnel ETP hebdo moyenne (mm) Point de flétrissement permanent Evaporation pot hebdo (L) (ETP x S) = (A) Durée irrigation hebdo (mn) (A) x 60 / Dg = (B) Fréquences et durées d arrosage retenues Septembre 23 3,68 55,2 L, Me, V. 2 x 9 mn Octobre 28 4,48 67,2 L, Me, V. 2 x 11 mn Novembre 29 4,64 69,6 L, Me, V. 2 x 12 mn La consommation en eau de chaque modalité est relevée à partir des compteurs volumétriques installés. Les relevés sont effectués du lundi au vendredi à la mi journée. Les humidités volumiques sont mesurées sur six pots de chaque modalité (12 au total) du lundi au vendredi à la mi journée (plus forte demande évaporative). Ces mesures sont réalisées par une sonde TDR portable (modèle Fieldscout 300, Spectrum Technologies) en pratiquant trois mesures successives pour définir la valeur moyenne d'un pot.

7 Résultats et discussion 40 T( C), pluviométrie (mm) et ETo (mm) Figure 3 : Données climatiques à la SRA de Pocquereux au cours de l'expérimentation Les variations climatiques lors de l'expérimentation (figure 3) représentent bien les variations saisonnières historiques, avec un bilan hydrique négatif (pluviométrie ETo = 44,9 mm 238,25 mm = 193,35 mm) durant la période septembre novembre. L irrigation des cultures et pépinières lors de cette période de l'année est donc particulièrement stratégique. C est dans ce contexte que les deux systèmes de contrôle de l'irrigation ont été comparés. 40 Pluie Temp min Temp max ETo Rainbird Aqualone Figure 4 : Distribution de l'humidité volumique moyenne (%) du substrat pépinière au cours de l'essai selon les contrôleurs d'irrigation Rainbird et Aqualone

8 L humidité volumique mesurée quotidiennement varie de 7,1 % à 47,4 % pour la modalité programmateur horloge, et 8,6 % à 48,6 % pour la modalité Aqualone. Les valeurs maximales correspondent à un épisode pluvieux. L'humidité du substrat dans les deux modalités varie donc dans une même gamme de valeur. La dispersion des valeurs d humidité dans les deux modalités n est pas significativement différente (F test, p value = 0,601). Cependant, on observe en tendance une dispersion des valeurs plus élevée pour la modalité programmateur horloge Rainbird (figure 4). Le système Aqualone tend à maintenir au cours du temps un niveau d'humidité du substrat plus homogène. Figure 5 : Distribution de l'humidité volumique moyenne (%) vis à vis d'humidités caractéristiques du substrat pépinière selon les contrôleurs d'irrigation Rainbird et Aqualone Vis à vis des humidités caractéristiques, aucune observation des deux modalités ne se situe au delà du point de flétrissement permanent (figure 5). Les deux modalités d irrigation permettent de maintenir un état de l eau dans le substrat potentiellement disponible pour la plante. Cependant, 5,6 % et 5 % des observations respectivement pour le programmateur horloge Rainbird et Aqualone se situent dans la zone comprise entre le point de flétrissement permanent et la limite de la RFU. Dans cette gamme, les valeurs de la modalité Rainbird sont plus proches du point de flétrissement que celles de Aqualone. Le risque d'atteindre le point de flétrissement est donc plus élevé dans la modalité Rainbird. 38,9 % et 53,8 % des observations respectivement pour le programmateur horloge Rainbird et Aqualone se situent dans la RFU. 55,5 % et 41,2 % des observations respectivement pour le programmateur horloge Rainbird et Aqualone se situent au delà de la zone de confort hydrique. Les deux modalités permettent donc de maintenir le substrat dans un état de confort hydrique. Cependant, le contrôleur Aqualone déclenche majoritairement ses irrigations pour maintenir une RFU, alors que la majorité des irrigations dispensées par le programmateur horloge Rainbird se situent au delà de la zone de confort hydrique, ce qui peut être considéré comme un excès d irrigation.

9 Rainbird Aqualone Figure 6 : Consommation journalière en eau (L) des contrôleurs d'irrigation Rainbird et Aqualone Rainbird Aqualone Figure 7 : Consommation cumulée en eau (L) des contrôleurs d'irrigation Rainbird et Aqualone Le suivi de la consommation d eau quotidienne des deux systèmes montre une dynamique globale semblable (figure 6). En revanche, la modalité Rainbird consomme plus d eau de manière quasiment continue que le contrôleur Aqualone. Si cette réponse est conforme au fonctionnement du programmateur horloge Rainbird qui est réglé sur des déclenchements trois fois par semaine, elle indique qu'en revanche le contrôleur Aqualone délivre l eau de manière régulière et dans une gamme de valeur homogène (peu d'extrêmes), et cela du fait de son fonctionnement en réaction à la demande climatique. La consommation journalière en eau du programmateur horloge est significativement supérieure à celle du contrôleur Aqualone (test de Mann Whitney, p value < 0,0001). On observe que la consommation cumulée des deux contrôleurs suit une droite quasiment linéaire (figure 7) ce qui indique une dynamique de fonctionnement stable tout au long de la période d'expérimentation. Au cumulé sur l'ensemble de la période d'expérimentation, la consommation du contrôleur Aqualone est 35 % plus économe en eau que le programmateur horloge Rainbird réglé pour dispenser un équivalent ETP.

10 Conclusion et perspectives Les deux systèmes d'irrigation ont maintenu le substrat dans une gamme équivalente d'humidité qui correspond majoritairement à la zone de confort hydrique. Cependant, le contrôleur Aqualone tend à assurer une irrigation plus homogène et à davantage maintenir l'humidité proche de la réserve en eau facilement utilisable du substrat. Enfin, le contrôleur Aqualone a surtout permis une économie d'eau de 35 % par rapport au système horloge conventionnel réglé sur l évapotranspiration potentielle de référence du site. A ce premier niveau d'évaluation, le contrôleur Aqualone représente donc un produit prometteur du fait de sa capacité à économiser de l'eau tout en maintenant une qualité d'irrigation comparable aux standards attendus. Pour affiner les recommandations d'usage du contrôleur Aqualone, nous proposons quelques perspectives d'étude. Le réglage recommandé par l inventeur à 2 l.h 1 du goutteur du contrôleur Aqualone maintient le confort hydrique dans les pots irrigués avec des goutteurs à 4 l.h 1. On peut supposer que la diminution du débit du goutteur du contrôleur Aqualone conduise à trop arroser par l augmentation de la durée nécessaire à la saturation du contrôleur Aqualone. Il serait intéressant de tester différents couples de réglage goutteur du contrôleur Aqualone et goutteurs d'irrigation, et en faisant également varier la taille des pots de pépinière. Enfin, il serait intéressant de tester le système Aqualone dans des contextes divers de sols (e.g., sableux, argileux), de productions végétales (e.g., maraîchage, grandes cultures, gazons) et de zones climatiques. Références Allen R. G., Pereira L. S., Raes D., Smith M. (1998). Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop requirements. Irrigation and Drainage Paper No. 56, Food and Agriculture Organization, Rome. Howell TA (1996). Irrigation scheduling research and its impact on water use. In: Camp CR et al (eds) Evapotranspiration and irrigation scheduling. San Antonio Convention Center, San Antonio, Texas, pp Shani U., Tsur Y., Zemel A. (2004). Optimal dynamic irrigation schemes. Optim. Control Appl. Methods 25,