Plusieurs diaporama nous ont étés distribués.
En introduction de ce MOOC, une phrase à méditer :
L'irrigation est tout moyen utilisé par les humains pour amener l'eau aux plantes. Elle est utilisée partout où la pluie est irrégulière ou insuffisante pour faire pousser les cultures de façon optimale.
1. Stratégie de conduite des irrigations
L'eau mobilisée par les racines dépend :
- du climat (au pays basque penser à l'eau apportée par la rosée qui est non négligeable et pas ou peu prise en compte dans les pluviomètres).
- du volume de feuilles / racines - effet pompe (lors d'une attaque d'insectes qui mangent les feuilles : l'utilisation de l'eau du sol par la plante peu chuter drastiquement !)
- de la disponibilité de l'eau dans le sol (la plante peut se restreindre quand il y a peu d'eau disponible "pour économiser", mais ce n'est pas bon pour elle).
- la demande climatique : évapotranspiration de référence (E.T. réf)
- la culture (espèce, stade) : coefficient cultural (Kc) calculé par des centres de recherches, voir par exemple sur le site de l'ARDEPI.
E.T. réf = évapotranspiration de référence, en mm/j
- donnée climatique calculée selon une référence de consommation : un gazon de fétuque élevée tondu et bien alimenté en eau.
- mise à jour par les stations météo : données Cirame "www.agrometeo.fr", "www.pleinchamp.com", "www.meteo60.fr", etc.
Exemple : E.T. réf du Sud-Est
les courbes représentent la demande climatique en fonction de la météo et de la saison. À noter : les valeurs min/max : de 0,5 à 8 mm/j. Le maximum est en juillet, en août, même si les chaleurs sont toujours très marquées, il faut réduire légèrement l'arrosage car il n'y a plus besoin de compenser autant qu'avant.
 |
| valeurs datant un peu, en 2019 il y a eu jusqu'à 10 mm ! du jamais vu auparavant |
E.T.M. = évapo-transpiration maximale, elle dépend de :
la demande climatique : E.T. réf. (ETp)
de la culture (stade, espèce) : Kc (coefficient cultural)
ETM = E.T. réf x Kc
C'est notre dose d'irrigation de référence. (Mais on n'arrose que si besoin : si la réserve utile est pleine, pas besoin d'arroser !)
Exemple : culture de tomates au 10 juin :
Kc floraison 1er bouquet = 0,6
ETréf ciel clair sans vent = 7,3 mm/j
ETréf serre = 80 % ETréf = 7,3 x 0,8 = 5,8 mm/j
ETM = 5,8 x 0,6 = 3,5 mm/j
On ne fait pas le calcul tous les jours, mais ça donne une référence utile pour débuter.
L'eau dans le sol
Elle est stockée dans la microporosité par capillarité
Le volume stocké dépend de :
- la nature du sol : texture
- la structure du sol : *pratiques culturales et vie du sol
- la teneur en matière organique (cf. engrais vert)
- la charge en cailloux
États de l'eau dans le sol :
eau de gravité ou de saturation (trop plein d'eau)
------------ point de ressuyage ------------
eau utilisable par la plante (Réserve [facilement] Utile : RU/RFU)
humidité visible à la tarrière, faire le suivi tous les jours si possible, sinon à tous les 2-3 jours. faire test à la tarrière avant et après irrigation.
------------ point de flétrissement ------------
eau inutilisable par la plante
tarrière agricole : résistante, "paroies" remontant un peu plus que juste 1/2 cercle, bords bisautés pour une meilleure pénétration - prix d'achat conseillé : 60 € - sinon fabrication artisanale possible, choisir un tube solide !
Test :
- planter la tarrière jusqu'à ras-la-gouttière, tourner, ressortir
- appuyer sur la carotte avec les doigts : s'ils laissent une marque qui se tient : c'est humide (valable en sol à tendance limoneuse ou argileuse)
- récolter la carotte de terre dans la main et la compresser : si elle fait une boule le sol est suffisamment humide
- si on arrive à effriter la boule avec les doigts : on est juste assez humide mais pas trop
- si on arrive pas ou difficilement à effriter la boule avec les doigts : on est en trop plein d'eau, risque d'asphyxie racinaire si la situation dure plus d'une semaine attention donc à ne pas trop arroser, surtout sur un sol argileux qui va conserver l'eau pendant longtemps !
Réserve Utile (RU), en mm
- caractérisée par le volume des particules fines (analyse de sol). Cette valeur varie entre 50 et 200 mm / m de sol (soit 0,5 à 2 mm/cm)
- exemple : sol argilo-sableux : RU = 120 mm/m (soit 1,2 mm/cm)
Réserve Facilement Utilisable (RFU) = 2/3 x RU
On peut identifier la RU à l'aide de la texture :
Dans un sol limono-sablo-argileux (LSA) la RU est de 1,65 mm d'eau par cm de profondeur de sol. Donc si l'enracinement d'une plante dans ce type de sol se fait sur par exemple 40 cm, alors la plante accède à 1,65 x 40 = 66 mm de RU, ou 44 mm de RFU (66 mm x 2/3).
Par ailleurs, le GIS SOL donne cette carte de la RU (en mm, probablement par m de sol) :
2. Réseau individuel
Éléments essentiels du réseau :- le pompage ou la borne de raccordement au réseau : pour une borne (= compteur) débit et pression à demander au service de fourniture d'eau, et éventuellement à négocier. Sur l'eau de ville, l'installation est souvent faite en diamètre 32 mm : c'est souvent trop léger pour de l'irrigation en maraîchage, même pour une surface pas trop grande. Dépend évidemment des cultures, des surfaces et des besoins. 40 voire 50 mm de diamètres sont plus adaptés. Pour un pompage : il faut le penser en anticipant sur les besoins en eau pour une exploitation "mâture" (et pas en se limitant à des besoins plus petits liés au démarrage : on ne change pas toute une installation d'irrigation en cours de route).
- les éléments de sécurité : vanne, ballon, régulateur de pression
- la filtration (uniquement pour les pompages : pas nécessaire pour l'eau de ville).
- les canalisations : choix des matériaux et dimensionnement
- le débit : Volume écoulé par unité de temps (L/s, L/h ou m3/h) : on le mesure facilement en mesurant le temps nécessaire pour remplir un récipient de quantité connue, ou en mesurant le volume écoulé pour un temps donné :
- débit = volume (m3) / temps (s ou h)
- dans une conduite sous pression, l'eau utilise toute la section. La vitesse est alors proportionnelle au débit
- débit = vitesse x section
- la pression : force exercée sur une surface. on la mesure en Pascal et en bar : 10^5 Pa = 1 bar = 10 mCE (mètre de colonne d'eau)
NB : sur mon terrain, la pression à l'arrivée au compteur est de 3 bars d'après le syndicat d'approvisionnement. Il y a un surpresseur avant l'arrivée à mon compteur.
Débit de pointe
Rappel : 1 mm = 1 L / m2 = 10 m3 / ha
Débit de pointe = débit maximal lors de l'utilisation la plus intensive de l'installation. Est fonction de :
- besoin maximal de la plante (ETM = évapo-transpiration maximale) : 6 mm/j (ici par exemple pour des tomates), soit 60m3/ha/j
- surface à irriguer : par exemple 3 ha
- temps d'irrigation : par exemple 15 h/j (au coeur de l'été lorsqu'on commence à arroser tôt et qu'on s'arrête tard). NB : arroser longtemps dans la journée permet de répartir le besoin dans le temps et donc de diminuer le débit de pointe nécessaire, si on voulait tout arroser d'un coup, il faudrait un débit de pointe bien supérieur !
Débit de pointe de l'installation = (60 m3 x 3 ha) / 15 h = 12 m3/h
Pour 1 ha de cultures à arroser = 60 x 1 / 15 = 4 m3/h = 67 L / min
Pour info, 4 m3/h = 67 L / min : c'est presque 10x + que ce que délivre un robinet de cuisine qui est à 7 L/min soit 0,42 m3/h).
L'équipement doit pouvoir permettre d'atteindre ce débit.
Les pertes de charge
Pertes de charge singulières = 10% des pertes de charge linéaires
Pertes
de charge linéaires : elles varient avec le débit, la vitesse, le
diamètre et la rugosité du tuyau. plus le diamètre est petit, plus il y a
de frottements, plus on perd en pression. Au contraire pour un même
débit sur une diamètre plus grand il y a aura moins de frottements donc
moins de perte de pression.
Voir les abaques données dans le document "Les conduites" (d'un réseau d'irrigation) édité par l'ARDEPI.
Simon
Cordier indique qu'une perte de charge acceptable se situe autours de 3
m/100 m (comprendre : 3 m de colonne d'eau / 100 m de linéaire de
tuyau).
Choix du diamètre de tuyau
Connaissant le débit nécessaire en entrée de
parcelle ("pluviométrie nécessaire") et la longueur de linéaire entre le
point d'approvisionnement et l'entrée de la parcelle (voire même
plutôt, le disperseur le plus en bout de réseau), on peut ainsi lire sur
l'abaque le diamètre nécessaire.
Exemple : si on a besoin de 4 m3/h comme vu précédemment, on regarde pour ce débit (sur les abaques : axe des abscisses = axe horizontale, à regarder sur l'abaque du haut pour les diamètres de 12 à 50 mm) : 4 m3/h coupe deux lignes : celle du diamètre 40 et celle du diamètre 50, le diamètre 40 a une perte de charge de 5m/100 m linéaires, le diamètre 50 a une perte de charge de 1,9 m/100 m linéaires.
Pour une conduite de longueur 300 m la perte de charge va être de :
perte de charge = 1,9 m / 100 m x 300 m = 5,7 m (5,7 m de colonne d'eau) = 0,57 bar pour un tuyau de diamètre 50
perte de charge = 5 m / 100 m x 300 m = 15 m (15 m de colonne d'eau) = 1,5 bar pour un tuyau de diamètre 40.
Perte de charge singulière (à cause des éléments du réseau) = 10% des pertes de charges linéaires.
La pression varie également selon le dénivelé : 1 bar de perte pour 10 m de dénivelé positif. Sur le terrain on aura un dénivelé positif max de 2 m soit une perte de 0,2 bar.
Le choix du diamètre du tuyau dépend donc de la pression nécessaire à l'extrémité pour faire fonctionner l'arrosage : si le matériel nécessite une pression de X bar il faut regarder la pression à l'entrée du réseau et soustraire les pertes de pressions totales (pertes de charge linéaire, pertes singulières, perte de dénivelé) on retiendra : si la pression en entrée en suffisante : le plus petit diamètre pour éviter un surcoût inutile, si la pression en entrée en insuffisante : le plus grand diamètre pour permettre le fonctionnement correct du matériel d'irrigation en bout de réseau.
NB : Pour un diamètre 63 mm, la perte de charge pour un débit de 4,2 m3 est de 0,5 m/100 m, soit 1,5 m de colonne d'eau, soit 0,15 bar.
Le tableau suivant est pensé pour un débit de pointe de 4 m3/h.
| Diamètre | 40 | 50 | 63 | 75 |
| Perte linéaire m / 100 m (pour débit de 4 m³) | 5 | 1,9 | 0,5 | 0,25 |
| Perte linéaire totale (300 m) (en m C.E.) | 15 | 5,7 | 1,5 | 0,75 |
| Perte singulière (10 % de Plt) | 1,5 | 0,57 | 0,15 | 0,075 |
| Perte charge linéaire + singulière (en bar) | 1,65 | 0,63 | 0,17 | 0,08 |
| Perte due à la pente de 2 m (en bar) | 0,2 | |||
| Perte totale (en bar) | 1,85 | 0,83 | 0,37 | 0,28 |
| Prix rouleau 100m (HT) * | 286 € | 440 € | 613 € | 875 € |
| Prix pour 300 m | 858 € | 1 320 € | 1 839 € | 2 625 € |
| Prix raccord | 17 € | 27 € | 49 € | |
| Prix pour 10 raccords | 170 € | 270 € | 490 € | |
| Prix du fossé (€/m linéaire) | 3 € | |||
| Prix fossé total (€ / 300 m) | 900 € | |||
| Prix de la base de l'irrigation | 1 928 € | 2 490 € | 3 229 € | |
* exemple prix : https://www.tracaposta.com/tuyau-polyethlene-10-kg-bar-conduit-deau-potable-haute-pression-normes-nf-xsl-244_343_457.html
On constate donc que le choix du diamètre aura un impact non négligeable sur le prix de l'installation. Celui-ci est dépendant de la pression nécessaire en bout de réseau et donc de la pression en entrée (au compteur), si celle-ci est trop faible, il faudra la compenser par un diamètre important et donc du matériel plus coûteux, au contraire si celle-ci est suffisante, on peut se permettre de diminuer le diamètre et donc le budget nécessaire.
Afin de planifier correctement le système d'irrigation, il faut donc connaître précisément la pression à l'entrée du réseau.
Le point de base de la réflexion sur le dimensionnement du système étant le débit de pointe (celui nécessaire au maximum des besoins), il faut bien réfléchir à définir correctement ce besoin et à envisager les évolutions à long terme de la ferme (le besoin risque-t-il de changer un jour ?
Pour réfléchir sur le débit de pointe il faut revenir sur les 3 paramètres à prendre en compte pour son calcul : la consommation maximale (ETm : dépend de la culture la plus gourmande et de la situation face au vent et à l'ensoleillement), la surface à irriguer à un moment donné (faudra-t-il tout irriguer en même temps ?) et la durée d'irrigation dans la journée (faut-il la limiter ? peut-on disposer d'une automatisation pour pouvoir l'allonger ?).
En maraîchage, Quentin tout comme Laura cultivent chacun 6000 m2 (passes-pieds, passages d'engin et bandes enherbées comprises). Donc la surface à irriguer est légèrement inférieure, mais retenons 0,6 ha comme base de travail (après tout, notamment en aspersion, on arrose aussi un peu les passes-pieds).
Le besoin maximal dépend, un peu de la culture et beaucoup du couple météo + mode de culture : le soleil et le vent augmentent l'évapo-transpiration (c'est la "demande climatique"), celle-ci peut passer de 2 mm (temps nuageux sans vent) à 8 mm (soleil et vent) en juillet en Provence.
Un exemple de culture exigente est la tomate avec une consommation de 6 mm/j, si on compte large 10 mm, + 10 mm de demande climatique (en prenant en compte le changement climatique qui tend à accentuer celle-ci, les 10 mm sont déjà observé de nos jours en Provence en situation extrême), on peut alors revoir le besoin à 20 mm de pluvio par jour au plus fort de l'été.
Aparté sur le coût de l'eau. 20 mm/j cela représente 200 m3 par ha et par jour, multiplier par 0,6 ha (la surface cultivée), cela fait 120 m3, à raison de 2,3 €/m3 (prix non agricole, comprenant les coûts d'assainissement, c'est donc exagéré de considérer ce coût en première approche, mais pas tant que ça si on considère que l'eau va devenir une ressource rare et donc chère et que son coût a déjà augmenté de 50% lors des 7 dernières années !), cela veut dire que le besoin maximal en plein été de 120 m3 par jour va coûter 276 €/j ce qui n'est clairement pas soutenable économiquement (s'il faut compter ce prix par jour pendant un mois ... !) cela va donc demander de travailler fortement : sur des cultures peu exigentes en eau, notamment des tomates + rustiques, et des pratiques culturales permettant de lutter contre la demande climatique : paillage, introduction d'arbres apportant de l'ombre et donc réduisant aussi le vent, etc. Si on arrive à faire baisser les besoins en eau de la culture (admettons par exemple à 5 mm au lieu de 6) et que les pratiques culturales permettent de limiter la demande climatique disons à 6 mm au lieu de 10, alors on part sur un besoin de 11 mm/j = 110 m3/ha/j, soit 66 m3/j pour 0,6 ha, ce qui représente encore 151 €/j ... ! Même en ne gardant que 6 mm comme besoin max, cela fait 60 m3/ha/j x 0,6 ha = 36 m3/j = 83 €/j. En admettant que le prix du m3 d'eau, pour un usage agricole donc hors coût d'épuration est aujourd'hui de 0,5€ et qu'il puisse augmenter à 1 € dans 20 ans. Cela représente encore une dépense de 36 m3/j x 0,5 €/m3 = 18 €/j ou 36 m3/j x 1 €/m3 = 36 €/j, soit 540 € à 1080 € pour un mois d'été où il faudrait arroser tous les jours ... !
Bref, le besoin maximal à prendre en compte a un impact non seulement sur le coût de l'installation mais il doit être réfléchis aussi en envisageant la conséquence économique (consommation et donc facture d'eau) que cela implique : à quoi bon dimensionner un système pour utiliser 20 mm/j si ce n'est pas tenable économiquement ?
Tout ça pour dire que, pour le calcul du débit de pointe, il ne semble pas économiquement raisonnable de vouloir tabler sur un besoin maximal supérieur à disons, 10 mm soit 100 m3 x 0,6 ha = 60 m3 / 15 h (en comptant sur l'automatisation pour gérer l'irrigation) : 4 m3/h.
Admettons cependant que l'on porte la surface cultivée effectivement à 1ha, cela revient à 100 m3 / 15h = 6,7 m3/h. Pour un tel débit, le diamètre de tuyau 50 mm implique une perte de charge de 5 à 6 m C.E./100 m linéaire, ce qui est très conséquent. Il vaut mieux tabler sur un diamètre de 63 mm, qui implique une perte de charge de 1,9 m C.E. / 100 m linéaire.
NB : quitte à envisager une irrigation automatisée, on peut alors envisager d'irriguer sur 24h, ce qui permet de faire baisser le débit de charge (mais aura sans doute des répercutions sur le prix de l'automatisation), à 4,2 m3/h pour 1 ha de surface.
Le pompage
Une pompe se caractérise par le débit et la pression
HMT (Hauteur manométrique totale) (= mCE mètre de colonne d'eau) =
le dénivelé entre la ressource en eau et la parcelle,
+ la pression nécessaire pour faire fonctionner le matériel (= pression nécessaire à l'entrée de la parcelle)
+ les pertes de pression dans l'installation (ou "pertes de charge")
NB : Il vaut mieux arrondir un peu plus haut pour se donner une marge.
Remarque
: comme on ne peut généralement pas ni modifier le dénivelé, ni changer
les pertes de charges, la seule variable qui sera impactée si la pompe
n'a pas une pression suffisante c'est la pression disponible à l'entrée
de la parcelle !
Autres points abordés non développés ici :
Courbe d'une pompe
Le pompage
Les vannes
Les éléments de sécurité
Variateur électronique de vitesse
Filtration
Pré-filtration
Filtre à sable
Filtre à tamis
Filtre à disques
Canalisations
3. Pilotage de l'irrigation
pluviométrie et temps d'irrigation
En gros : la pluviométrie (complétée par l'irrigation) doit permettre de recharger la RU. On procède donc à un test de la tarrière décrit précédemment pour estimer l'état de remplissement de la RU. Si elle est insuffisamment remplie alors on arrose. Rappel : terre sèche = la terre de prend pas la marque des doigts ou ne tient pas ensemble, mais il ne faut pas attendre que la terre soit complètement sèche pour arroser.
Il ne sert à rien d'amener plus d'eau que ce que la RU peut engranger. Donc l'irrigation doit être calculée en ayant en tête cette limite à ne pas dépasser (sinon on arrose la nappe phréatique = on perd de l'eau).
(en réalité il faut qu'il y ait recouvrement avec les asperseurs voisins)
pluviométrie = Quantité (débit de l'asperseur L/h) / maillage des asperseurs (m x m)
Pour Quantité (débit de l'asperseur) = 670 L/h
avec un maillage de lignes distantes de 13,5 m et sur la ligne les asperseurs distants de 13,5 m entre eux on a alors :
pluviométrie = 670 L/h / (13,5 m x 13,5 m) = 3,7 mm/h
En serre, ici largeur de 9,6 m (pour 40 m de long) on a deux rangs écartés de 6 m entre eux. Apparemment (je ne suis pas sûr d'avoir bien compris) il faudrait que les asperseurs soient légèrement en retrait par rapport à deux axes médiaux, avec les asperseurs légèrement plus proches des bords de la serre que du centre. Mais je n'ai pas saisi pourquoi.
Pour un débit d'asperseur de 75 L/h, avec deux lignes d'aspersions et des asperseurs écartés de 2 m entre eux sur chaque ligne, on calcule de la manière suivante :
Pluviométrie de la serre = 75 L/h / ((9,6 m / 2 lignes) x 2 m d'écart) = 7,8 mm/h.
Position des asperseurs : à 1,5 m du bord de la serre (de la bâche), il doit être positionné à 1,6 m au dessus du sol.
Besoin en eau = ETM (p.ex. : 6,5 mm/j)
Calcul du temps d'irrigation
temps (h) = ETM (mm/j) / pluviométrie du système (mm/h)
Fréquence
La dose doit pouvoir être stockée dans le sol, elle dépend :
- du système d'arrosage
- goutte à goutte : tous les jours, 1 à 4 fois/jour
- aspersion: tous les 2 à 5 jours
- du sol :
- humidité
- volume
- texture
- structure
Sol battant (limoneux) ou filtrant (sableux) : choisir des systèmes d'irrigation à faible pluviométrie et à maillage resserré.
Remarque : les besoins en eau varient en fonction du stade de développement de la plante. Certains stades sont plus fragiles que d'autres.
Attention : l'excès d'eau est tout autant dommageable que le manque d'eau. Il faut correctement doser !
Excès d'eau = pertes racinaires, réduction de l'assimilation d'éléments nutritifs, pertes de calibre, fragilité de la structure (salade), éclarement (melon, cerise), nécrose apicale, augmentation de la sensibilité aux maladies, problèmes de conservation après récolte.
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