Irrigation gravitaire traditionnelle

Irrigation gravitaire traditionnelle
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    Introduction

L’irrigation gravitaire regroupe l’ensemble des techniques d’arrosage dans lesquelles la distribution de l’eau à la parcelle se fait entièrement à l’air libre par simple écoulement à la surface du sol. La répartition de l’eau est assurée grâce à la topographie du terrain, et aux propriétés hydriques du sol (ruissèlement, infiltration, et capillarité)

En irrigation de surface, la distinction entre les différentes techniques est essentiellement fondée sur la méthode d’application de l’eau : ruissèlement et submersion et infiltration latérale ou de haut en bas (Robert Tiercelin et Vidal, 2006).

                       

                                       Fig : irrigation par seguia en arboriculture
Fig : irrigation par seguia en arboriculture

II.1. Les différents  modes d’irrigation gravitaire :

II.1.1. Arrosage par ruissèlement (par planches ou par calant) :

Consiste à faire couler une mince couche d’eau sur un sol incliné de 0,2 à 3%, Qui s’infeltrera verticalement jusqu’à l’humidification de cette  tranche de sol, le débit à déverser est en fonction de la pente, de la largeur et de la longueur de la planche.

II.1.2. Arrosage par submersion (ou inondation) :

Le principe consiste à donner au sol une couche d’eau plus au moins épaisse, qu’on laisse séjourner le temps nécessaire pour qu’elle pénètre par infiltration à la profondeur utile permettant ainsi au sol de mettre en réserve l’eau indispensable au développement des cultures.

II.1.3. Arrosage par infiltration (à la raie) :

C’est une méthode qui consiste à faire distribuer l’eau par des rigoles ou raies avec un débit relativement grand (5 à 10 l/s) comparativement aux autres procédés. Dans cette méthode, une partie seulement du sol reçoit directement l’eau, le reste est humecté infiltration latérale.

II.1.4. Arrosage par cuvette (ou bassin) :

Appellé aussi « Robta » au maroc, est le plus connu de l’irrigation gravitaire, l’eau est apportée sous forme d’une nappe dans un bassin (qui peut être cloisonné) aménagé sur un sol nivelé (pente de 0,1 à 1 %). C’est une technique traditionnelle de montagne qui a été adaptée aux zones irriguées.

L’irrigation est faite par le découpage de la sole en plusieurs bassins (ou média) élémentaires dont les dimensions moyennes sont 40 m2.

Ces bassins sont irrigués par des canaux (seguias) de distribution qui à leur tour sont alimentés par une seguia mère. L’eau est dérivée vers celle-ci en opérant une seule brèche sur l’arroseur. Au niveau de la parcelle, l’eau suit l’itinéraire suivant : Arroseur-Seguia de distribution pour enfin arriver aux bassins ou media irrigués à tour de rôle.

        Figure : cuvette en arboriculture (d’après soltner, 1995).
Figure : cuvette en arboriculture (d’après soltner, 1995).

 

II.2. Critères de choix des techniques d’irrigation ;

  • Le type du sol ;
  • La pente de la parcelle ;
  • La vitesse d’écoulement de l’eau ;
  • Les travaux du sol ;
  • Les cultures ;
  • Les ressources en eau ;
  • Le climat ;
  • Qualité de l’eau (salée ou non) (FAO, 2001) .

II.3. Les critères de qualité d’une irrigation à la raie :

II.3.1. La caractérisation d’une irrigation à la raie :

la qualité  d’une irrigation à la raie est caractérisée par le rendement et par l’uniformité de l’arrosage. En irrigation traditionnelle bien maitrisée, le rendement peut atteindre des valeurs comprises entres 60 et 70% , en irrigation modernisée,il peut dépasser les 80% . l’uniformité peut aussi dépasser 80%.

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Dose brute : c’est la dose globale apportée en tête de raie

Dose infiltrée : c’est la dose brute diminuée des pertes en colature

Dose nette : c’est la dose brute diminuée des pertes en colature et en percolation

  • Paramètres fondamentaux :

La qualité de l’irrigation (le rendement et l’uniformité), dépend de deux paramétres fondamentaux : le débit en tête de raie et le temps d’irrigation.

  • Débit en tête de raie

Tableau : Influence du débit en tête de raie sur les pertes   par percolation et en colature

      Colage de débit       Conséquences sur l’irrigation
                                                                                               

 

 

    Débit trop faible

·         Le front avance très lentement

·         Le temps d’infiltration en tête de raie est trop élevé

·         Importances pertes par percolation

·         Rendement faible

·         Mauvaise uniforme

               

 

 

   Débit trop fort

·         Le front avance très vite

·          Le débit de surverse en colature devient vite très élevé

·         Importances pertes par colature

·         Bonne uniformité,mais rendement faible

 

    Un seul débit   bien adapté

·         Equilibre entre les pertes par colature et celles par percolation

·         Rendement et uniformité entre 60  et 70%

    Double débit

 

Un débit d’attaque élevé pendant l’avancement

 

Un débit plus faible en phase d’entretien

 

 

 

·         Avancement rapide donc faibles pertes par percolation

 

·         Faible surverse en colature

·         Le rendement et l’uniformité peuvent dépasser les 80%

 

 

Source: Cemagref, 2003

  • Le temps d’irrigation :

le temps d’irrigation est la somme de deux temps :

le temps d’avancement et le temps d’entretien.

  • le temps d’avancement: c’est le temps mis par le front pour atteindre le bout de la raie.
  • le temps d’entretien: c’est le temps nécessaire pour apporter la dose souhaitée en bout de raie.

 

II.4. Les conditions de la conduite d’irrigation :

Afin de maitriser la conduite de l’irrigation gravitaire,il faut :

  • Se placer dans de bonnes conditions ;
  • Choisir correctement le débit et le temps d’irrigation ;
  • Eviter les piéges.

 

II.4.1 Des conditions sur l’eau et la parcelle :

II.4.1.1 Conditions sur l’alimentation en eau ;

Un débit régulier ; cela permet de limiter la surveillance et d’éviter de modifier les réglages en cours d’arrosage.

Une eau propre délivrée avec une légère charge hydraulique ;cet aspect est surtout important quand on utilise les matériels de distribution.

II.4.1.2 Conditions liées à la parcelle ;

  • Une longueur de raie compatible avec l’infiltration
  • Une pente régulière
  • Le sillon ( la qualité de billonnage de la parcelle conditionne celle de l’irrigation )
  • L’écartement des raie
  • Un réseau de colature ( la colature permet d’évacuer l’eau en excès)

II.4.2  Des conditions sur le choix de débit et le temps d’arrosage ;

 II.4.2.1 Choix de débit :

Le débit est le facteur primorial qui conditionne le déroulement et le résultat d’un arrosage. Le choix de sa valeur est délicat, car s’il est très facile de l’augmenter ou de le diminuer, il n’ya pas de critéres simple pour le calculer en fonction des caractéristiques de la parcelle.

Le débit doit être :

  • Le méme pour chaque raie, ce qui est grandement facilité par l’utilisation d’un matériel de distribution adapté ;
  • Supérieur à l’infiltration totale de la raie, pour que l’eau atteigne le bout de la raie ;
  • Inférieur au débit érosif, valeur du débit qui provoque une érosion manifeste dans la raie.
  • Les pertes en colature sont souvent indispensables pour apporter une dose suffisante en bout de raie. Il faut donc prendre les dispositions nécessaires pour évacuer cette eau. Sinon, soit on noie le bout de la parcelle, soit on apporte des doses trop faibles ;
  • Il faut bien contrôler le débit plusieurs fois, car le débit idéal diminue lorsque l’on renouvelle les irrigations, à cause de la diminution de la capacité d’infiltration due au lissage de la raie et à la chute de perméabilité du sol. C’est surtout la première irrigation qui se distingue des autres : schématiquement, on peut avancer qu’elle exige un débit double de celui des irrigations suivantes.

II.4.2.2 Le choix du temps d’irrigation :

Le temps d’irrigation (le temps d’avancement + le temps d’entretien) est déterminer par le débit en tête de la raie et pour la dose nette d’irrigation.il varie en sens inverse du débit ; en effet, les gros débits correspondent aux sols qui « boivent beucoup », donc à ceux où la dose s’infiltre rapidement. En irrigation à la raie, il est difficile de faire des apports corrects en dessous 400mm (400m 3/ha), car si les apports sont trop faibles, la dose infiltrée en bout de la parcelle est insuffisante,d’où un dessèchement progressif du sol, avec un risque de blocage de l’infiltration ou de formation de fentes.

Les grosses erreurs sont généralement consécutives à des temps d’application réduits :

par exemple, lorsqu’on se base sur l’arrivée de l’eau en bout de raie pour arrêter l’irrigation, afin de limiter les pertes en colature, l’infiltration en bout de raie sera insuffisante. Les irrigants adoptent souvent des règles simples à défaut d’être exactes.

Dans la pratique :

Le temps d’irrigation = 2 ou 3 fois le temps d’avancement, avec des adaptations aux conditions de sols :

– moins de 2 fois sur sol perméables ;

– jusqu’à 6 ou 7 fois sur sols limoneux desséchés (Cemagref, 2003).

 

II.4.3  Les pièges à éviter :

  • Le plus subtil :les terres limoneuses

ces sols ont la perticularité de former en surface une couche quasiment étanche quand ils sèchent. Si on tarde trop pour déclencher l’irrigation, il devient impossible d’apporter une dose correcte, car la presque totalité de l’eau apportée en tête se retrouve en colature, il faut donc maîtriser les doses avec les apports faibles, mais fréquents.

  Figure 9 :  La formation d’une croûte de battance dans la raie.      Cemagref, 2003
Figure 9 :  La formation d’une croûte de battance dans la raie.      Cemagref, 2003
  • Le plus flagrant :les argiles gonflantes

Ce type d’argile provoque en séchant des fissures importantes et il devient difficile de conduire l’eau au bout des raies, car la totalité du débit appliquée en tête est rapidement absorbée par percolation et par migration latérale.

Il faut donc limiter la fissuration en faisant des apports plus fréquents.

Figure : Les fissures en fond de raie par des apports fréquents dans le sol argileux.                                            Cemagref, 2003.
Figure : Les fissures en fond de raie par des apports fréquents dans le sol argileux.                                            Cemagref, 2003.
  • Le moins gênant :une sous-couche imperméable proche

Quand un horizon supérieur perméable repose sur une couche sui l’est moins,il y a peu de percolation ;en revanche ,les transferts horizontaux sur la sous-couche imperméable sont grandement facilités.

Ce phénomène,quand on le maîtrise, permet de réaliser des apports efficaces dans des situations où les choses se passent mal.

Figure : En présence d’une sous-couche imperméable, les pertes sont faibles                                                                           Cemagref, 2003.
Figure : En présence d’une sous-couche imperméable, les pertes sont faibles                                                                           Cemagref, 2003.

II.5. Avantages et inconvénients de l’irrigation gravitaire :

  • Avantages ;

– Coût d’investissement faible, relativement aux systèmes plus technifiés comme  le goutte-à-goutte ou l’aspersion ;

– Besoin en énergie faible ou nul ;

– Technique éprouvée ;

– Insensibilité au vent ;

– Bonne adaptation à l’épandage d’eaux usées ;

– Possibilités d’utiliser les eaux salées ;

– Les végétaux ne sont pas mouillés, ce qui est favorable sur le plan phytosanitaire.

  • Inconvénients ;

– Les sillons longitudinaux gênent le déplacement latéral des engins ;

– Pertes importantes surtout par infiltration profonde ;

– Besoins importants en main d’ouvre ;

– Lenteur de l’arrosage (Ollier et Poiree, 1983) ;

– l’uniformité de l’arrosage dépend directement de planage des parcelles, d’où    l’importance de nivellement laser.

– Inadaptation aux sols filtrants

– Surface consommée par les canaux et les rigoles

II.6 Indicateurs de performance de l’irrigation gravitaire traditionnelle

II.6.1 L’efficience de l’irrigation gravitaire :

L’efficience d’un système d’irrigation dépend du niveau de gestion pendant l’exploitation ainsi que du degré de gestion intégrée dans le système.

                                  Figure : Efficience de l’irrigation gravitaire.     Source : Mailhol, 2005.
Figure : Efficience de l’irrigation gravitaire.     Source : Mailhol, 2005.

Les performances du système d’irrigation gravitaire actuel reste très faible à très moyennes; les pertes en eau vers et à l’intérieur de la parcelle, en particuliers par percolation.

Le manque d’uniformité des irrigations influe négativement sur la production donc la maitrise de l’usage de l’eau d’irrigation devient urgente et nécessaire.

  • L’efficience d’application (ou rendement) :

L’efficience d’application Ea (%) représente le rapport de volume réellement disponible pour la plante (m3) et volume d’eau appliqué à la parcelle (volume nette m 3) pour une irrigation ou sur un cycle agricole.

L’efficience d’application à l’échelle de la parcelle étant le paramètre d’appréciation en terme d’économie en eau d’une technique d’irrigation, s’évalue par la formule suivante :

 

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Dose nette : la dose nette est la dose brute diminuée des pertes en percolation

Dose brute : la dose brute est la dose globale apportée en tête de séguia

 

  • L’efficience de conduction:

L’efficience de conduction c’est le rapport entre volume  d’eau appliqué à la parcelle (ou le volume net) (m3) et le volume d’eau dérivé de la source d’approvisionnement (ou le volume brute en m3).

Ou en raisonnant en terme de lame d’eau :

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On comprend donc que la valeur de l’efficience de conduction dépend principalement de deux facteurs :

  • D’une part, des pertes intrinsèques au réseau, par infiltration et infiltration au niveau des canaux d’irrigation. Le facteur infiltration est minimisé dans le cas de canaux revêtus.
  • D’autre part, des pertes que nous qualifierons d’ « opération ». Celles-ci prennent en compte les usages illégaux de l’eau ou les erreurs de programmation.
  • L’uniformité de distribution :

L’uniformité de distribution définissant la régularité de profil hydrique le long de la profondeur racinaire peut être appréciée par la formule suivante :                     

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L’uniformité de distribution est une condition nécessaire pour l’efficience d’une irrigation. Toutefois, elle n’est pas suffisante pour apprécier la qualité de l’arrosage, on peut avoir une irrigation très uniforme qui présente une efficience d’application très faible.

 

  • Efficience économique (EE).

 

Du point de vue agronomique l’efficience économique, EE, est définit comme étant le rapport entre le rendement récoltable (grain, biomasse totale, etc.) et l’eau utilisée pour aboutir à cette production par unité de surface.

 

On avait dit que cette efficience (EE) est définie par le rapport du rendement à l’eau consommée par la culture, c’est-à-dire l’évapotranspiration réelle (ETR).

On peut donc écrire:

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Où :

Rdt: c’est le rendement de la culture, en matière sèche totale ou simplement la partie récoltable.

ETR: c’est l’évapotranspiration réelle de la culture.

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