Préambule : Piloter une irrigation ou un arrosage c’est conduire, mener une irrigation ou un arrosage en essayant de répondre au mieux à trois interrogations : 1-Quand arroser : En prenant en considération : -Les besoins en eau de la plante à arroser (espèce, stade de croissance,..) -Des réserves en eau, dont cette plante, peut disposer (réservoir sol, surtout texture, RU et autres paramètres hydrodynamiques du sol, densité apparente, vitesses d’infiltration et de desséchement du sol..etc -Conséquences du déficit en eau. La réponse à cette question nous aidera à se décider sur la quantité d’eau à apporter pour chaque arrosage. 2- Combien d’eau apporter : C'est-à-dire les doses qu’il faut apporter moyennant des méthodes de calcul de doses en tenant compte de la première réponse. Les modes de pilotage. Parties à développer dans ce cours A- des méthodes empiriques de calcul de l’ETP (Penman, Turc, Blaney- Criddle…) ainsi que de l’ETM ou ETR via les besoins en eau de la plante en question (coefficients culturaux et phénologie). B- Bilan hydrique du sol ; réservoir dont il faut maîtriser les entrées et les sorties d’eau, avec maîtrise préalable des disponibilités en eau pour chaque sol en début de campagne d’irrigation (swc).
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Préambule :
Piloter une irrigation ou un arrosage c’est conduire, mener une irrigation
ou un arrosage en essayant de répondre au mieux à trois interrogations :
1-Quand arroser :
En prenant en considération :
-Les besoins en eau de la plante à arroser (espèce, stade de
croissance,..)
-Des réserves en eau, dont cette plante, peut disposer (réservoir sol,
surtout texture, RU et autres paramètres hydrodynamiques du sol,
densité apparente, vitesses d’infiltration et de desséchement du sol..etc
-Conséquences du déficit en eau.
La réponse à cette question nous aidera à se décider sur la quantité
d’eau à apporter pour chaque arrosage.
2- Combien d’eau apporter :
C'est-à-dire les doses qu’il faut apporter moyennant des méthodes de
calcul de doses en tenant compte de la première réponse. Les modes de
pilotage.
Parties à développer dans ce cours
A- des méthodes empiriques de calcul de l’ETP (Penman, Turc, Blaney-
Criddle…) ainsi que de l’ETM ou ETR via les besoins en eau de la plante
en question (coefficients culturaux et phénologie).
B- Bilan hydrique du sol ; réservoir dont il faut maîtriser les entrées et les
sorties d’eau, avec maîtrise préalable des disponibilités en eau pour
chaque sol en début de campagne d’irrigation (swc).
C- Des méthodes directes basées sur des avertisseurs à l’irrigation :
bacs d’évaporation ; bac class « A », bac « Colorado »..etc.
D- Méthode neutronique : utilisation de l’humidimètre à neutrons
(appareil doit être étalonné), suivi des profils hydriques pour une période
donnée.
E- Méthode tensiomètrique : utilisation des tensiomètres (manuels,
sonde WaterMark, canes tensiomètriques) pour la mesure du potentiel
hydrique du sol et pilotage des irrigations entre une plage de tensions
(en centibars) fixée.
F- Potentiel hydrique foliaire : connaissance du potentiel foliaire de base
moyennant une chambre de pression : Scholander)
G- Contrôle du stress hydrique de la plante : mesure et calcul du stress
hydrique via les indices spectraux de stress hydrique. La mesure des
variations de dimension des organes végétaux comme critère de mesure
du stress hydrique de la plante.
H- Mesure de la température de surface du couvert végétal : utilisation
de la thermométrie infrarouge et mesure de la somme (Ts – Ta) pour
différentes cultures pour le déclenchement des irrigations.
D’autre méthodes sont à considérer telle que : bilan énergétique ; bilan
radiatif (mesure du rayonnement global), voir les conversions Mj/m²,
TABLE 1. Conversion factors for evapotranspiration
depth volume per unit area energy per unit area *
mm day-1 m3 ha-1 day-1 l s-1 ha-1 MJ m-2 day-1
1 mm day-1 1 10 0.116 2.45
1 m3 ha-1 day-1 0.1 1 0.012 0.245
1 l s-1 ha-1 8.640 86.40 1 21.17
1 MJ m-2 day-1 0.408 4.082 0.047 1
Concepts de l’évapotranspiration ou evapotranspiration concepts :
Cours déjà réalisé en l3.
Le schéma suivant résume la compréhension de la notion
d’évapotranspiration.
Méthode Bacs d’évaporation ou Pan evaporation method :
Coefficient du bac (Kb) ou Pan coefficient (Kp)
Différents types de bacs Pan types and environment
Il existe différents types de bacs (bac class A et bac Colorado. La couleur, la
dimension et la position du bac ont une influence sur les résultats des mesures.
L’emplacement du bac et le milieu environnant comme le montrent les figures
ci-dessous ( cas A) et ( cas B) ont une influences sur les mesures.
Bac class “ A”
Figure : Emplacement du bac et milieu environnant.
Cas A : bac au milieu d’une plante verte entouré d’une surface sèche
à 50 m et plus.
Cas B: Bac au milieu d’une zone sèche entouré d’une zone verte
à 50 m et plus
Two cases of evaporation pan siting and their environment
Coefficients du bac ou Pan coefficients
Tableau 1: Coefficients du bac class « A » pour différents emplacements et environnements et différents niveaux d’humidité et de vent (source : FAO, Irrigation et drainage. Papier n° 24)
Table 1: Pan coefficients (Kp) for Class A pan for different pan siting and
environment and different levels of mean relative humidity and wind speed
(FAO Irrigation and Drainage Paper No. 24)
Bac class A Case A: bac placé dans un espace court cultivé de culture verte
Case B: bac place dans une surface sèche
RH moyenne
(%)
faible < 40
Moyen
40 - 70
elevé > 70
faible < 40
Moyen
40 - 70
élevé > 70
Vitesse du vent (m s-1)
Windward side distance of green
crop (m)
Windward side distance of dry
fallow (m)
faible 1 .55 .65 .75 1 .7 .8 .85
< 2 10 .65 .75 .85 10 .6 .7 .8
100 .7 .8 .85 100 .55 .65 .75
1000 .75 .85 .85 1000 .5 .6 .7
modéré 1 .5 .6 .65 1 .65 .75. .8
2-5 10 .6 .7 .75 10 .55 .65 .7
100 .65 .75 .8 100 .5 .6 .65
1000 .7 .8 .8 1000 .45 .55 .6.
élevé 1 .45 .5 .6 1 .6 .65 .7
5-8 10 .55 .6 .65 10 .5 .55 .65
100 .6 .65 .7 100 .45 .5 .6
1000 .65 .7 .75 1000 .4 .45 .55
Très élevé 1 .4 .45 .5 1 .5 .6 .65
> 8 10 .45 .55 .6 10 .45 .5 .55
100 .5 .6 .65 100 .4 .45 .5
1000 .55 .6 .65 1000 .35 .4 .45
Tableau 2: Coefficients du bac « Colorado » pour différents emplacements et environnements
et différents niveaux d’humidité et de vent (source : FAO, Irrigation et drainage. Papier n°24)
TABLE 2: Pan Coefficients (Kp) for Colorado sunken pan for different pan siting and
environment and different levels of mean relative humidity and wind speed (FAO Irrigation
and Drainage Paper No. 24)
Bac colorado
Case A: bac placé dans un espace court cultivé de culture verte
Case B: bac place dans une surface sèche
RH mean
(%)
faible < 40
Moyen
40 - 70
elevé > 70
faible < 40
Moyen
40 - 70
élevé > 70
Wind speed (m s-
1)
Windward side distance of green
crop (m)
Windward side distance of dry
fallow (m)
faible 1 .75 .75 .8 1 1.1 1.1 1.1
< 2 10 1.0 1.0 1.0 10 .85 .85 .85
100 1.1 1.1 1.1 100 .75 .75 .8
1000 .7 .7 .75
modéré 1 .65 .7 .7 1 .95 .95 .95
2-5 10 .85 .85 .9 10 .75 .75 .75
100 .95 .95 .95 100 .65 .65 .7
1000 .6 .6 .65
élevé 1 .55 .6 .65 1 .8 .8 .8
5-8 10 .75 .75 .75 10 .65 .65 .65
100 .8 .8 .8 100 .55 .6 .65
1000 .5 .55 .6
Très élevé 1 .5 .55 .6 1 .7 .75 .75
> 8 10 .65 .7 .7 10 ,55 .6 .65
100 .7 .75 .75 100 .5 .55 .6
1000 .45 .5 .55
Différents types de tensiomètres :
Il existe deux types de tensiomètre :
Le tensiomètre à eau : Les mesures sont faites entre 0 et 80 centibars (cb). Ce
type d’appareil est utilisable en pratique pour un pilotage des irrigations entre 0
et 60 cb
Le tensiomètre électrique ( watermark) : Il est muni d’une plage de mesure de 0
à 200 cb, utilisable pour piloter les irrigations entre 0 et 140 cb.
La lecture de la sonde tensiométrique permet de mesurer la RFU. Sur la plage de
mesure d’une sonde Watermark, la RFU est pleine à 0 cb et elle est vide à 200
cb.
Il faut préciser que c’est l’évolution des mesures relevées qui aide au pilotage
des irrigations et non la valeur intrinsèque de chaque mesure. Cette méthode de
suivi des irrigations donne des seuils de tension variables par type de sol, par
système d’irrigation et par culture pour maintenir à tout moment un état de
confort hydrique pour la plante.
Emplacement de tensiomètres au milieu d’une parcelle
Tensiomètre classique avec manomètre
Schéma d’un tensiomètre au sol
Unités de pression et potentiel hydrique
Disposition des tensiomètres sur la parcelle :
La tensiométrie n’est représentative que si les sondes sont bien positionnées et
réparties sur la parcelle étudiée. En effet, l’hétérogénéité du sol, de la répartition
de l’irrigation et celle de la culture sur la parcelle, peuvent être sources
d’erreurs. Pour limiter ces erreurs potentielles, on multipliera alors les points de
mesures sur la surface concernée. Deux à trois stations de mesures doivent être
installées sur chaque parcelle de 1 à 5 hectares suivant l’hétérogénéité du sol.
Chacune de ces stations est composée de 2 à 3 sondes mesurant à différentes
profondeurs. Les profondeurs à mesurer dépendent de l’enracinement de la
culture. Toutefois, une sonde plus profonde que l’enracinement de la plante est
également utile pour étudier les mouvements de l’eau dans le sol et les
remontées par capillarité. Les sondes sont positionnées au sein de la culture, à
proximité des plantes et de leurs systèmes racinaires. Pour optimiser
l’emplacement des sondes, il est important d’éviter les zones particulières
(sommet de butte, bas fonds…) et de localiser les zones les plus représentatives
de l’ensemble de la parcelle.
Vulgarisation de la tensiomètrie pour le pilotage des irrigations.
Actuellement, il existe dans le commerce différents types de tensiomètres
facilement utilisables. Pour les agriculteurs « faiblement initiés », il existe des
tensimètres colorés qui indiquent le niveau de rétention de l’eau dans le sol qui
aident à prendre la décision d’irriguer.
Le raisonnement et l’enregistrement des pratiques d’irrigation via la
tensiométrie sont fortement encouragés pour optimiser l’utilisation de la
ressource en eau et améliorer ses résultats de production. Les services du
développement agricole peuvent accompagner techniquement la mise en place
de cet outil de pilotage de l’irrigation pour des exploitations agricoles pilotes en
vue de leur généralisation.
La notion de potentiel hydrique
La tension de succion du sol peut être exprimée en unités de pression ou en
hauteur d'eau. Souvent, on utilise une unité particulière, le pF (à ne pas
confondre avec point de flétrissement !), qui est le logarithme de la pression
négative H exprimée en cm d'eau.
pF = log H
H : charge d’eau exprimée en cm de colonne d’eau
1 pression de 1 atmosphère (1013 hPa) correspond à une pression de 1000 cm de
colonne d’eau et à un pF de 3.
Le potentiel matriciel du sol augmente quand la teneur en eau diminue. Il est de
l'ordre de 330 hPa, soit pF=2,5, pour la capacité au champ d'un sol.
Le point de flétrissement d'une plante varie d'une espèce à l'autre. Le volume
d'eau disponible pour les plantes, appelé "réserve utile RU" comprend la
"réserve facilement utilisable RFU" et la «réserve de survie ou difficilement
utilisable RDU»; elle dépend de la profondeur du sol et de la nature de celui-ci.
Relation humidités des sol et potentiel hydrique :
Ce qu’il faut retenir :
Pour le même potentiel hydrique, l’humidité du sol
diffère d’un sol à un autre.
Voir illustration sur la figure ci-dessous.
Notion de potentiel hydrique foliaire de base
Qu'est-ce que le potentiel hydrique foliaire ?
Elle constitue la mesure de référence pour mesurer l'état hydrique du végétal.
Elle se réalise à l'aide d'une chambre à pression dite de Scholander. Il s'agit
d'estimer, à l'aide de la pression d'un gaz neutre appliqué sur une feuille, la
capacité des cellules à retenir l'eau. Moins il y aura d'eau libre dans la plante,
plus la pression nécessaire pour la faire sortir sera forte. Le résultat, la pression
nécessaire pour extraire la sève de la feuille, est exprimé en Bar ou en Mpa,
toujours en valeur négative.
Ce potentiel représente l'état hydrique de la plante à un instant donné et peut être
mesuré sur toute feuille et à toute heure selon ses objectifs. Il peut permettre
notamment de suivre l'évolution de la contrainte au cours de la journée. Il existe
une forte variabilité entre feuilles et son interprétation peut s'avérer
problématique. On préférera plutôt le potentiel hydrique foliaire de base et de
tige.
Principe: La mesure du potentiel hydrique foliaire de base permet d'estimer l'état hydrique
de la plante.
En fin de nuit, alors que la transpiration est négligeable et que la plante a
reconstitué ses réserves en eau, on considère que la tension de sève dans le
végétal est en équilibre avec le potentiel hydrique du sol dans la zone
d’implantation des racines. La mesure du potentiel foliaire à cet instant, appelé
potentiel hydrique foliaire de base, renseigne par conséquent sur la disponibilité
en eau du sol et fournit une information sur l’état hydrique dans lequel se trouve
le végétal, en raison d’une plus faible variabilité des conditions de milieu.
Mesure du potentiel hydrique foliaire de base :
La mesure se fait en fin de nuit, avant le lever du soleil (à partir de 2h du matin
jusqu’à l’aube). Il n’y a pas eu de précipitations dans les 4 jours précédents la
mesure. Les conditions climatiques au moment de la mesure doivent être
constante d’une fois sur l’autre (vent, humidité).
Quatre points sont nécessaires pour caractériser l’état hydrique de la plante au
cours de la période végétative. Le premier doit être fait avant l’apparition du
stress lorsque la réserve utile du sol n’est pas épuisée. Une mesure à fermeture
de grappe, une à mi-véraison et une avant récolte constituent une trame
convenable.
Le potentiel de base est mesuré avec une chambre à pression (dite de
Scholander) munie d’une source d’azote comprimée, d’un régulateur de débit et,
si possible, d’un manomètre de précision (0.001 Mpa).
La feuille, sèche et entière, est prélevée juste avant la mesure par rupture du
pétiole au niveau de son insertion sur le nœud. Le pétiole est amputé de son
extrémité à l’aide d’un cutter bien aiguisé pour ne pas écraser les tissus. Il est
ensuite introduit dans l’orifice du couvercle. On fait l’étanchéité autour du
pétiole, on place la feuille dans la chambre. Cette dernière est mise sous pression
très progressivement (la précision de la mesure est très dépendante de la vitesse
de montée en pression). Une incrémentation de 0.002 (début de saison, absence
de stress) à 0.004 Mpa (fin de saison, stress avéré) est recommandée.
Le potentiel hydrique est noté lors de l’apparition d’humidité sur la section du
faisceau ligneux du pétiole. Cette valeur correspond à la pression de la chambre
affichée par le manomètre.
La valeur des potentiels de base est la moyenne des mesures effectuées sur la