Cours de micro_irrigation_2003

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Published on March 16, 2014

Author: hafidasouidi

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E. 1. E. R. COURS DE MICRO-IRRIGATION Mars 2003 M. L. COMPAORE

E. 1. E. R. Il II COURS DE MICRO-IRRIGATION

11 TABLE DES MATIERES AVANT PROPOS 1 Définitions et concepts 1 1 -Définitions 1 2 - Concepts 1 2 1 - Méthodes d'application de l'eau 1 2 2 - Processus d'humidification du sol 2 Historique et développement de la micro-irrigation 2 1 - Historique 2 2 - Développement 3 Caract2ristiques de la méthode de micro-irrigation 4 Avantages et inconvénients de la micro-irrigation 5 Choix de la méthode de micro-irrigation CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LA MICRO-IRRIGATION CHAPITRE 2 : APPLICATION DES TECHNIQUES DE MICRO- IRRIGATION 1. Principales techniques de micro-irrigation 1.1, Système d'arrosage par ligne dit système Bas-Rhône 1.2.Système d'irrigation par mini-diffuseurs 1.3.Système goutte à goutte 1.4.Système à rampes poreuses 2. Conditions d'emploi des techniques de micro-irrigation 2.1.Conditions climatiques 2.2. Caractéristiques du sol 2.3. Topographie 2.4. Le débit d'eau 2.5. La qualité de l'eau 2.5.1.Effets de la qualité de l'eau sur le fonctionnement du réseau : risques 2.5.2.Nature et qualité des ressources en eau 2.5.3.La température de l'eau 2.5.4.Risques de salinisation du sol 2.6. La configuration de la parcelle 2.7. La culture 2.8. Conclusion d'obstruction CHAPlTRE 3 ' CONSTlTUTlON D'UN RESEAU DE MICRO- RRIGATION 1 Structure générale d'un réseau de micro-irrigation 2, Matériels d'un réseau de micro-irrigation 2.1. L'unité de tête 2.2. Le dispositif de fertilisation en micro-irrigation 2.2.1.La fertigation localisée 2.2.2.Le matériel d'injection 2.2.3.La solution nutritive Pages vi 1 1 1 1 1 2 3 3 4 5 5 6 7 7 7 8 10 10 11 11 11 14 14 15 15 17 18 18 20 20 20 21 21 23 23 24 24 24 35

... 111 2 3 Le dispositif de filtration 2.3.1.Le poste de filtration 2.3.2.Les types de filtres 2.4 - Les canalisations 2.4.1 - Le réseau de conduites principales 2 4.2 - Le réseau de porte - rampes 2 4 3 - Les rampes 2.5 - Les distributeurs ou émetteurs d'eau 2.5.1 - Généralités 2.5.2- Les goutteurs CHAPITRE 4 . CARACTERISTIQUES DES DISTRIBUTEURS 1 - Généralités 2 - régime d'écoulement et débit 2.1 - Nombre de REYNOLDS 2.2 - Pertes de charge et débits 2.2.1- Goutteurs de type "orifice" à sortie unique 2.2.2- Goutteurs à sorties multiples 2.2.3- Goutteurs à sortie unique à long cheminement 2.2.4- Goutteurs auto-régulants à membrane 2.2.5- Goutteurs à Vortex 2.3 - Loi débit - pression des distributeurs 2.3.1- Cas général 2.3.2-Cas des capillaires ou micro-tubes 2.3.3- Cas des gaines perforées doubles 2.4 - Influence de la température sur les débits 3 - Caractéristiques technologiques 3.1 - Diamètre des orifices 3.2 - Coefficient de variation technologique ou de fabrication 4 - Uniformité de la distribution CHAPITRE 5 AUTOMATISATION 1 - Les types d'automatismes 1 1 - La micro-irrigation semi-automatique 1 2 - La micro-irrigation automatisée 1 3 - L'irrigation totalement asservie 2 - Matériels de base de l'automatisme 2 1 - Les vannes hydrauliques 2 2 - Les vannes volumétriques (BERMAD, DALIA) 2 3 - Les vannes électriques 3 - Les types de commutations 3 1 - La commutation séquentielle 3 i 1 - Systeine a commande hydraulique 3 1 2 - Système à commande électrique 3 2 - La commutation non séquentielle 4 - Les programmateurs 36 36 37 45 45 45 45 47 47 47 63 63 63 63 65 65 66 68 69 69 70 70 72 74 75 76 76 76 77 80 80 80 81 81 83 83 85 85 85 85 85 87 89 89

IV CHAPITRE 6 : DONNEES DE BASE ET CALCUL D'UNPROJET DE 1 - Données de base générales 2 - géométrie et topographie de la parcelle 3 - Besoins en eau des cultures 3.1 - Calcul de I'évapotranspiration 3.2 - Influence du taux de couverture du sol 3.3 - Besoins en eau journaliers moyens de la culture en micro-irrigation ' 4 - Besoins en eau d'irrigation 4.1 - Définitions 4.2 - Rendement hydraulique global à la parcelle en micro-irrigation : Rp 4.3 - Relation entre les besoins en eau d'irrigation et les besoins en eau des 4.4 - Besoins en eau d'irrigation de pointe et besoins en eau d'irrigation réels 4.4.1 - Besoins d'irrigation de pointe 4.4.2 - Besoins d'irrigation réels 5 - Distribution de l'eau aux plantes 5.1 - Dose et fréquence d'arrosage 5.1.1 - Dose d'arrosage maximale nette 5.1.2- Fréquence des arrosages : fNj 5.1.3- Dose réelle : Dr 5.1.4- Dose brute d'arrosage , Dbmte 5.2 - Débit par distributeur ou par groupe de distributeurs (9) et durée de 5.3 - Débit de l'installation : Q 5.4 - Avantages et inconvénients de subdivision en postes 5.4.1- Avantages 5.4.2- Inconvénients 5.5 - Volume d'eau annuel MICRO-IRRIGATION ETMIOC cultures fonctionnement (t) des distributeurs CHAPITRE 7 CALCULS HYDRAULIQUES 1- But et contenu de l'étude hydraulique I 1- But de l'étude hydraulique 1 2 - Contenu de l'étude hydraulique 2 - Structure hydraulique générale d'un réseau de micro-irrigation 3 - Variation du débit d'un distributeur 4 - Dimensionnement des conduites principales et des portes-rampes 4 1- Formule de DARCY-WEISBACH 4 2- Formule de WILLIAMS - HAZEN 4 3 - Formule de GUYON-PERNES 4 4 - Remarques 5 5 - Calcul hydraulique d'une rampe en micro-irrigation 5 1 - Position du problème 5 2 - Méthode de calcul classique 5 3 - Méthode du débit uniformément réparti 5 3 1- Détermination de la perte de charge à partir de l'aval 92 92 92 92 92 94 95 96 96 97 98 98 98 99 1O0 1O0 1O0 109 109 109 110 111 112 112 112 113 114 114 114 114 114 115 117 117 120 120 121 121 121 122 125 126

V 5.3.2- Détermination de la perte de charge à partir de l’amont 5.4 - Répartition des pressions le long d’une rampe uniforme 5.4 - En terrain plat 5.4.2.En terrain à pente uniforme ou variée 5.5. Détermination de la distance x où la pression effective est minimale 5.6. Rampes télescopiques 5.6.1 Détermination de la perte de charge totale 5.6.2 Détermination de la distance x nécessaire au changement de diamètre 6. Disposition et calcul des porte-rampes 6.1 Disposition des porte-rampes 6.2. Calcul hydraulique du porte-rampes pour conserver une perte de charge AH CHAPITRE 8 MAINTENANCE DU RESEAU 1 Pathologies des réseaux de micro-irrigation 2 Entretien des réseaux de micro-irrigation 2 1 - Entretien des filtres 2 2 - Entretien des émetteurs d’eau 2 3 - Entretien des rampes et des porte-rampes 2 4 - Réparation des dégâts divers 127 128 128 129 130 131 131 131 132 132 132 133 133 133 133 133 134 134 BIBLIOGRAPHIE 135

vi AVANT PROPOS La micro-irrigation ou l'irrigation localisée est une méthode d'irrigation révolutionnaire e t est considérée aujourd'hui comme la pointe du progrès en irrigation. Révolutionnaire, elle l'est en effet compte tenu du mode d'apport de l'eau qui ne mouille pas toute la surface du champ, de la nature e t de la précision du matériel d'arrosage utilisé, des hautes performances potentielles suscitées (économie d'eau, augmentation des rendements, etc.). Elle constitue une avancée en irrigation du fait de la perfection technologique e t scientifique des moyens e t des méthodes employés. Son développement est relativement récent. Elle exige de bonnes connaissances techniques pour son installation e t pour son expIoit a tion. Le présent cours s'attache à décrire les principes, les applications, le matériel, les outils de calcul e t la maintenance des installations de micro-irrigation ou d'irrigation localisée. I I permet au lecteur de faire son initiation à l'environnement des systèmes de micro-irrigation ou d'irrigation localisée, d'appréhender l'étude technique des projets. Toutes les suggestions d'amélioration de son contenu sont bien venues. M. L. COMPAORE

1 CHAPITRE 1 1 GENERALITES SUR LA MICRO-IRRIGATION 1 1. DEFINITIONS ET CONCEPTS 1.1 - Définitions Il existe plusieurs termes : - irrigation localisée (retenu par la FAO) qui traduit plus le mode d'apport de l'eau au voisinage des racines ou directement au pied des plantes ; - irrigation goutte à goutte ou "trickle irrigation" (retenu par les ingénieurs de I'herican Society of Agricultural Engineers [ASAE]) qui est en fait représentatif d'une technique d'arrosage particulière ; - micro-irrigation (retenu par la Commission Internationale des Irrigations et du Drainage [CID] ) qui prend en compte le fait que les débits apportés sont faibles et les fréquences élevées. Dans cet ouvrage nous prévilégierons l'usage du terme micro-irrigation retenu par la CIID qui met plus l'accent sur lafaiblesse des doses et des débits que sur la manière dont ils sont apportés. 1.2 - Concepts La micro-irrigation regroupe un certain nombre de techniques d'arrosage relativement récentes. 1.2.1 - Méthodes d'aDplication de l'eau La micro-irrigation consiste à apporter l'eau au voisinage ou au pied des plantes. directement à la surface du sol ou à l'intérieur du sol, avec de faibles débits (quelques litres à quelques dizaines de litredheure : 2 à 150 l/h) et à intervalles rapprochés (morcellement de la dose). Les doses appliquées sont très réduites, ce qui conduit à des fréquences élevées (espacement entre les arrosages de l'ordre de 1 à 2 jours). Dans certains cas, l'arrosage peut être quasi continu et en ce moment, le sol se comporteplus comme un conducteur d'eau vers les racines qu'un réservoir. L'eau est conduite à la plante grâce à un réseau dense de canalisations. Cette eau est filtrée et éventuellement enrichie en fertilisants.

2 Seule une fraction de la surface est arrosée (zone explorée par les racines des plantes). L'apport se fait sous forme de gouttes, de minces filets d'eau ou de mini-jets au travers des dispositifs de distribution variés. Les techniques de micro-irrigation combinent tout à fait harmonieusement l'efficience et la qualité ;ce qui les hisse à l'heure actuelle à la pointe du progrès en irrigation. 1.2.2 - Processus d'humidification du sol Sous la zone d'apport, généralement saturée, le transfert d'eau dans le sol se fait essentiellement sous forme d'écoulement non saturé. L'eau dimise verticalement et latéralement dans le sol sous l'effet conjugué des forces de gravité et de succion. Il en résulte un bulbe d'humidification (fig. 1) de forme elliptique dont les dimensions dépendent fortement des caractéristiques du sol, du débit d'apport et de la fréquence des arrosages. L'extension latérale du bulbe est d'autant plus marquée que la texture est fine. Les faibles doses apportées fréquemment maintiennent la zone humectée à une humidité élevée, proche de la capacité de rétention. L'eau est donc facilement disponible pour les plantes, ce qui constitue un facteur important d'accroissement des rendements. En outre, une partie de la surface reste sèche ce qui favorise la poursuite des soins aux cultures. t ECARTEMEHT EHTRE RAMPES GOUT1EUR LlGHE DE COURAljT COU?BE D'EGALE HUMIDITE I l PERCOLaTiOt-1 PROFOHDE= L-LARGEUR H U M I D I F I E E4 i I Fig. 1 : Schéma du bulbe d'humidification dans un sol grossier (a) et dans sol fin (b) (Pénadille Y.)

2 Seule une fraction de la surface est arrosée (zone explorée par les racines des plantes). L'apport se fait sous forme de gouttes, de minces filets d'eau ou de mini-jets au travers des dispositifs de distribution variés. Les techniques de micro-irrigation combinent tout à fait harmonieusement l'efficience et la qualité ;ce qui les hisse à l'heure actuelle à la pointe du progrès en irrigation. 1.2.2- Processus d'humidification du sol Sous la zone d'apport, généralement saturée, le transfert d'eau dans le sol se fait essentiellement sous forme d'écoulement non saturé. L'eau dimise verticalement et latéralement dans le sol sous l'effet conjugué des forces de gravité et de succion II en résulte un bulbe d'humidification (fig. 1) de forme elliptique dont les dimensions dépendent fortement des caractéristiques du sol, du débit d'apport et de la fréquence des arrosages. L'extension latérale du bulbe est d'autant plus marquée que la texture est fine. Les faibles doses apportées fréquemment maintiennent la zone humectée à une humidité élevée, proche de la capacité de rétention. L'eau est donc tàcilement disponible pour les plantes, ce qui constitue un facteur important d'accroissement des rendements. En outre, une partie de la surtàce reste sèche ce qui favorise la poursuite des soins aux cultures. E C A R T E M E U T E H T R E R A M P E S - Fig L Schkma du bulbe d'humidification dans un sol qrossier (a) et dans sol fin (b) (Penadille Y )

3 2. HISTORIQUE ET DEVELOPPEMENT DE LA MICRO-IRRIGATION 2.1 - Historique La méthode de micro-irrigation tire vraisemblablement son origine des pratiques de techniques d'irrigation souterraine où l'irrigation se fait par contrôle du niveau de la nappe phréatique au profit du système radiculaire des cultures. Bien que de conception simple, la méthode de micro-irrigation ne pu se pratiquer à grande échelle par manque de matériaux convenables et économiques (BUCKS, D.A. et DAVIS, S., 1986). Un premier essai fut entrepris en Allemagne en 1860 combinant irrigation et drainage avec un réseau comportant des drains en terre cuite non jointifs, en lignes espacées de 5 m, posés à une profondeur de 0.80 in environ, recouverts d'un filtre de 0.30 à 0.50 in d'épaisseur. Les réseaux de ce genre fonctionnèrent plus de 20 ans après leur mise en place. Puis survint l'ère des tuyaux PVC perforés. Après 1935, les essais se concentrèrent sur des tuyaux perforés réalisés en divers matériaux, avec comme objectif de voir si le débit était déterminé par la pression de l'eau dans le tuyau ou par la tension d'humidité dans le sol environnant (KELLER, J. et KARMELI, D., 1975). Des essais similaires eurent lieu en U.R.S.S. (1923) et en France, dans le but de trouver une meilleure méthode du fonctionnement. Ils firent naître l'idée d'utiliser pour l'irrigation les variations du plan d'eau de la nappe phréatique. C'est la "sub-irrigation" qui est pratiquée à grande échelle aux U.S.A., en Hollande et en Angleterre. On relève le plan d'eau dans un système serré de canaux à partir desquels l'infiltration provoque un relèvement du niveau de la nappe phréatique jusqu'à la partie inférieure de la zone radiculaire. C'est le développement de l'utilisation des tuyaux en matière plastique qui détermina l'évolution vers le goutte à goutte actuel bon marché, flexibles, faciles à perforer et à raccorder, de tels tuyaux présentant de sérieux atouts. Deux inconvénients cependant : d'abord, la petitesse des trous (env. O, 1 mm) entraînant leur obstruction, malgré une filtration poussée, ensuite le manque d'uniformité des trous et leur changement dans le temps provoquaient des différences de débit inacceptables, même sans bouchage. Malgré ces deux inconvénients, les rendements accrus encouragèrent les recherches en vue de I'ainélioration de ce système. Au lieu d'un simple trou percé dans la paroi du tuyau, divers appareils ou goutteurs furent placés sur le tuyau. Le goutte à goutte, tel qu'on le pratique aujourd'hui, apparut en Angleterre au début des années 1940. On le mit au point dans les serres, pour pratiquer l'irrigation et la fertilisation avec le même réseau. Les premiers goutteurs étaient des capillaires entourés autour de cylindres. Leur longueur était assez importante pour augmenter le parcours de l'eau, tout en demeurant peu encombrants. leur section de passage également, pour réduire les risques d'obstruction. Puis une étape importante fit enregistrée en Israël à la fin des années 1950 à la suite de la mise au point des goutteurs à long cheminement. A partir des années 1960, le goutte à goutte devint un nouveau mode d'irrigation, utilisé dans les champs et vergers aussi bien que dans les serres (Australie, Europe, Israël, Japon, Mexique, Afrique du Sud, U.S.A.).

2.2 - Développement Japon lnde France Thaïlande Le tableau ci-après donne d’après une enquête de la Commission Internationale des Irrigation et du Drainage(CI1D) les surfaces irriguées sous micro-irrigation dans le inonde en 1991. 57 098 55 O00 50 953 41 150 verger, vigne, cultures sous serre, légumes Tableau I : ,i’ziperficie.s irrigihs par micro-irrigation dam le motide ((XII, 1991) Autres pays TOTAL Pays 100 737 1 768 987 verger, vigne, cultures sous serre, légumes Superficies (ha) Principales cultures Maroc 9 766 verger 1 1 Malgré les progrès enregistrés, les superficies irriguées sous micro-irrigation dans le inonde restent relativement peu importantes. Elles atteignent actuellement environ 2 500 O00 ha, ce qui ne représente que 1 % des surfaces irriguées.

3. CARACTERISTlOUES DE LA METHODE DE MICRO-IRRIGATION Les caractéristiques principales de la méthode de micro-irrigation peuvent se résumer comme ci-dessous. La micro-irrigation : a/. n'arrose qu'une fraction du sol (application de l'eau près de ou dans la zone radiculaire); b/. n'apporte que de faibles quantités d'eau (utilisation de faibles débits avec de faibles pressions) pendant des temps très longs ; ci. apporte l'eau à des fréquences rapprochées ; d/. met en oeuvre des équipements fixes, légers et relativement fragiles ; e/. ne mouille pas le feuillage ; f/. convient bien à l'irrigation fertilisante ; g/.est totalement indépendante vis à vis des autres interventions sur la culture ; h/.impose dans la plupart des cas l'automatisation (car nécessite des apports fréquents et fractionnés). 4. AVANTAGES ET INCONVENLENTS DE LA MICRO-IRRIGATION En comparaison à l'aspersion et à l'irrigation de surface, la micro-irrigation autorise une utilisation plus rationnelle de l'eau et offre de nombreux avantages. Malgré ces grands avantages, la micro-irrigation connaît aussi quelques inconvénients spécifiques. Avantages Les techniques de micro-irrigation - économisent fortement l'eau, - s'adapent bien à tous types de sols et de reliefs, - permettent d'utiliser des eaux salées, - permettent un raccourcissement du cycle végétatif de la culture, - réduisent les adventices, - sont insensibles aux vents, - se prêtent facilement à l'automatisation, - mettent à la disposition des utilisateurs des conditions d'arrosage très souples, - autorisent une facilité dejaugeage de l'eau, - gênent rarement les habitudes culturelles et sont constituées de structures souples, mobiles, adaptables à tous les cas particuliers, - présentent des rendements excellents, - permettent d'arroser avec des débits très faibles avec contrôle précis de la dose, - économisent la main d'œuvre, - réduisent les coûts d'entretien, - sont d'utilisation assez simple,

6 1nconvénients Les techniques de micro-irrigation : - présentent un coût de première installation élevé, - connaissent une sensibilité des goutteurs à l'obstruction - nécessitent la filtration de l'eau d'irrigation, - nécessitent une maintenance rigoureuse, - exigent un haut niveau de compétence au moins pour les études, - conviennent mieux à des cultures à forte valeur ajoutée, - ne conviennent pas à toutes les cultures (kiwi par exemple) - fonctionnent avec du matériel délicat à durée de vie relativement faible. On remarquera que, soinine toute, les avantages du système sont nettement dominants comparativement aux inconvénients. 5. CHOIX DE LA METHODE DE MICRO-IRRIGATION On peut résumer les conditions d'utilisation de la micro-irrigation ainsi qu'il suit (VERMEIREN, L., 1983) : - prix de l'eau élevé ou ressources en eau rares, - terrain en forte pente ou accidenté, - rareté et cherté de la inain d'œuvre, - inauvaise qualité de l'eau (salinité) Outre ces aspects, on peut aussi évoquer les stratégies ou les motivations propre à l'irrigant Par exemple si celui-ci opte d'investir dans la production de cultures spécialisées à haut rendement et à forte valeur ajoutée, il pourrait en toute connaissance de cause installer un système de micro-irrigation si la faisabilité technique est prouvée.

7 CHAPITRE 2 1APPLICATION DES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION 1 1. PRINCIPALES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION Les techniques de micro-irrigation se définissent essentiellement suivant le mode d'apport de l'eau à la culture. On distingue la micro-irrigation linéaire (système Bas-Rhônes), la micro-irrigation par aspersion (mini-diffuseurs), la micro-irrigation ponctuelle (goutte à goutte), la micro- irrigation souterraine (gaines poreuses). 1.1. Système d'arrosage par liene dit système Bas-Rhône La distribution de l'eau se fait au travers d'ajutages calibrés disponibles selon IO diamètres différents échelonnés tous les 1/10 de min de 1.2 à 2.1 min. Ces ajutages sont placés en dérivation sur une rampe en polyéthylène (PE) noir d'environ 25 min de diamètre. Du fait de l'importance des débits délivrés, les rampes sont installées dans des rigoles cloisonnées constituant une série de petits bassins (2.5 à 6.5 m de longueur) parallèles aux rangées de plantation. Chaque rampe est immobilisée au fond de la rigole par les petits barrages en terre utilisés pour le cloisonnement. Il y a autant de petits bassins que la rampe comporte d'ajutages. Les orifices fonctionnent sous une pression de l'ordre de 1 bar et délivrent des débits variant entre 30 et 100 1.h-1,selon leur diamètre. Le petit jet qui résulte de la transformation de la pression de l'eau en vitesse lors de son passage à travers I'ajutage est écrasé par une bague brise-jet. L'eau ne s'infiltre pas ponctuellement, mais se répartit dans les petits bassins. En combinant judicieusement les diamètre des ajutages, on peut obtenir un débit relativement uniforme tout au long de la rampe qui peut mesurer 200 m.

8 d L 0.40 m - 0,50 m Fig. 2 : Système Bas-Rhône (CEMAGREF et RNED-HA, 1990) 1.2. Système d'irrigation par mini-diffuseurs La distribution d'eau se fait au moyen de petits asperseurs statiques dont le jet est de faible portée (pulvérisation de l'eau sous forme de tache). Cette technique d'irrigation est utilisée principalement en arboriculture sur des sols grossiers dans lesquels la diffusion latérale de l'eau est très réduite et l'infiltration essentiellement verticale, ainsi que dans certains sols argileux gonflants présentant des fentes de retrait importantes dans lesquels l'eau a tendance à percoler en profondeur avec une faible diffiision latérale (MERMOUD, A.,1995). La portée des mini-diffuseurs couramment utilisés est de 1 à 2.5 in sous une pression de 1 à 2 bars avec des débits compris entre 20 et 60 l.h.-'. Certains mini-diffuseurs auto-régulants peuvent délivrer des débits atteignant 120 l.h.-l avec des exigences de pression de 1 à 6 bars. Dans touts les cas, la pluviométrie doit être inférieure à la capacité d'infiltration du sol considéré.

Les inini-diffuseurs sont des pièces comportant une base munie d’un orifice calibré et coiffée d’une tête brise-jet qui écrase l’eau à la sortie et l’oblige à s’échapper latéralement. Selon le type de mini-diffuseur utilisé, on peut obtenir diverses formes et dimensions des surfaces arrosées (fig. 4) Les rampes alimentant les mini-diffuseurs peuvent être - enterrées (20 à 40 cm) ou posées sur le sol. Dans ce cas, le mini-diffuseur est fixé sur un support à 20 ou 30 cm au-dessus du sol et relié à la rampe par un tube prolongateur en PE ou en PVC - suspendues à environ 50 cm au-dessus du sol à un fil tendu entre des poteaux ou sur le palissage des arbres. Dans ce cas, le mini-diffuseur est fixé directement à la rampe, tête en bas le plus souvent, au moyen d’un filetage ou d’unetête de vipère. Fig. 3 : Système d’irrigationpar mini-diffuseurs (MERMOUD, A., 1995) cerclecomplet 112cercle pinceau -Pe Fig. 4 : Formes des surfaces arrosées avec les tnini-diffuseurs (CEMAGREF et RNED- HA, 1990)

1O 1.3. Système goutte a goutte L'eau est transportée dans un réseau de canalisations généralement enterrées qui alimentent des rampes .soup/e.sde faible diamètre placées le long des rangées de cultures et sur lesquelles on installe les organes de distribution. L'eau est délivrée au sol, goutte à goutte ou sous forme de minces filets, par des goutteurs, qui peuvent être soit de simples perforations pratiquées sur les rampes, soit des dispositifs plus élaborés dont les plus sophistiqués (goutteurs compensés) permettent une régulation automatique de la pression et du débit (MERMOUD, A., 1995). Les goutteurs fonctionnent à faible pression et à faible dédit. Ils délivrent ponctuellement des débits ne dépassant généralement pas 12 1.h-1 sous une pression de l'ordre de 1 bar Le système goutte à goutte constitue le procédé le plus représentatif des techniques de micro-irrigation. C'est donc essentiellement ce système qui sera étudié par la suite. ... ................................... Fig. 5 : Système d'irrigation par goutte à goutte (MERMOLJD, A., 1995) 1.4. Système a rampes poreuses Ce système utilise des tuyaux à petit diamètre (entre 20 et 40 inin) dont la paroi à structure poreuse laisse suinter l'eau tout le long du tuyau (CEMAGREF et RNED-HA, 1990). Ces tuyaux sont généralement enfouis à faible profondeur (entre 20 et 50 cin) dans le sol. Les inconvénients du système sont liés à l'irrégularité des débits délivrés (variabilité), aux problèmes d'obstruction et au fait qu'en début de cycle végétatif, les racines ne sont pas assez profondes pour être alimentées par la rampe. Ces différents aspects continuent de faire l'objet de recherches.

11 2. CONDITIONS D'EMPLOI DES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION Il est nécessaire que le système soit adapté aux conditions d'emploi. Pendant les études de faisabilité ; les possibilités d'application des techniques de micro-irrigation doivent être évaluées en considérant les paramètres tels que : - les conditions cliinatiques ; - - la topographie du terrain; - - les cultures concernées ; - - les impacts sur l'environnement. les caractéristiques pédologique du sol ; la qualité et la quantité des ressources en eau disponibles ; les conditions financières de l'exploitation ; 2.1. Conditions climatiques La micro-irrigation peut se pratiquer sous tous les types de climat, de même que sur les cultures sous serre. Cependant, en zones aride et setni-aride, du fait de l'insuffisance accentuée des précipitations naturelles, le développement radiculaire est concentré presque exclusiveinent au sein des bulbes d'humidification. Aussi, pour une meilleure exploration du sol par les racines il est indispensable de fixer judicieusement la position et le nombre de distributeurs. En effet, ces paramètres déterminent le volume de sol exploré par les racines qui, s'il est insuffisant, peut causer des dégâts sévères en cas de pannes d'irrigation et à des déracinements en cas de vent fort. 2.2. Caractéristiques du sol Le sol doit transmettre l'eau aux racines des plantes : son rôle est d'autant plus prépondérant que le mode d'apport est plus localisé (goutteurs). En sols grossiers profonds ou en argiles gonflantes présentant des fentes de retrait, les apports par mini-diffuseurs sont préférés aux apports par goutteurs. La plupart des sols conviennent à l'emploi des techniques de micro-irrigation sous réserve toutefois de bien tenir compte de l'influence de leurs propriétés hydrauliques dans la conception du système (écartement des rampes, types de distributeurs, espacement des distributeurs, débit des distributeurs, fréquence des apports,...). Il s'avère que la forme des bulbes d'humidification est fortement tributaire des caractéristiques du sol, notamment de la texture et de la structure. En sols grossiers, l'infiltration est influencée principalement par les forces de gravité et le bulbe est étroit et allongé. En sols fins, la conjugaison des forces de gravité et de succion se traduit par un bulbe d'humidification a beaucoup plus grande extension latérale.

12 Fig. 6 : Forme du bulbe d'humidification dans un sol grossier (a) et dans un sol fin (b) (BALOGH, J. et GERGELY, l., 1980) Les caractéristiques du sol qui interviennent le plus dans le transfert de l'eau sous le distributeur sont : +les propriétés conductrices et de rétention, en particulier la conductivité hydraulique à saturation K,. La relation liant la conductivité hydraulique K à la charge de pression h, peut s'exprimer par une relation exponentielle du type : K(h) = Ks euh (2.1) où K(h) KS h a : conductivité hydraulique en tn.h-' : conductivité hydraulique à la saturation en m.h-' : charge de pression en in 1 constante caractéristique de sol. u est plus élevé dans les sols grossiers que dans les sols fins en m-' La relation (2.1) ci-dessus ne tient pas en compte d'éventuels processus d'hystérèse. ii)-la capacité d'infiltration. Elle varie avec l'humidité du sol et se réduit au fur et à mesure de l'irrigation. Lorsque le débit du distributeur dépasse la capacité d'infiltration ponctuelle du sol, il se crée une zone saturée sous le distributeur dont la

13 surface augmente progressivement. Au bout d'un certain temps, on évolue vers un régime permanent et les dimensions de la tache saturée, ainsi que celles du bulbe d'humidification sous-jacent, ne varient plus guère. Ceci se vérifie d'autant plus que le temps d'irrigation est important par rapport aux intervalles entre les arrosages. 11 est possible de calculer la valeur du rayon p (en cin) de la tache saturée sous le distributeur, dans l'hypothèse où l'infiltration se fait verticalement, en égalant le débit d'apport au débit infiltré : n.pL.i (1 ou encore : p = 1000.T i n.1 (I=- 1O00 cl 1 P débit du distributeur, en 1.h-i capacité d'infiltration, en cm.h-1 rayon de la tâche, en cm Généralement, la capacité d'infiltration décroît pendant l'irrigation, ce qui conduit à une augmentation du rayon de la surface saturée. La diminution de i est due principalement à deux raisons : la diminution du gradient de succion. L'infiltration résulte de l'influence combinée des gradients de succion et de gravité. Au fur et à mesure que le front d'humidification pénètre plus profondément, le gradient moyen de succion diminue puisque la différence de succion entre la surface du sol et la zone sèche se répartit sur une distance croissante. A la longue, le gradient de succion devient négligeable dans la partie supérieure du profil et le gradient gravitationnel est l'unique force motrice les modifications des propriétés du sol (dégradation de la structure et formation d'une croûte de surface, migration de particules, foisonnement de l'argile, etc.).Ceci contribue à réduire la valeur de la conductivité hydraulique à saturation et donc à accroître la dimension de la zone saturée au cours de l'irrigation. Lorsque le régime permanent est atteint, la capacité d'infiltration tend vers la valeur de la conductivité hydraulique à saturation K, et l'équation (2.2) s'écrit : Si l'on tient compte succion, le rayon de non seulement de l'effet de gravité, inais également de l'effet de la surface saturée s'obtient par la relation (WOODING, 1968) :

14 a : paramètre de la relation K(h), en cm-1 q : débit du distributeur, en 1.h-l K, : conductivité hydraulique saturée, en cm.h-1 On constate que le rayon est d'autant plus faible que les valeurs de a et de K, sont élevées (sols grossiers). Par ailleurs, il augmente avec le débit du distributeur. Connaissant les propriétés hydrauliques du sol (K, et a),on peut donc obtenir la surface de la zone saturée souhaitée en choisissant un distributeur de débit approprié. En sols grossiers, l'extension latérale du bulbe d'humidification (frange d'humidité capillaire) est très faible et ne dépasse guère celle de la zone saturée en surface (MERMOüD, A., 1995). On notera toutefois que les conditions qui prévalent dans la zone saturée de surface sont similaires à celles observées en irrigation gravitaire, avec les risques de ruissellement, de percolation et de pertes par évaporation que cela comporte, On a donc intérêt à maintenir la zone saturée à une valeur restreinte et donc à utiliser des distributeurs de débit aussi faible que possible. La teneur en eau du sol diminue graduellement au fur et à mesure que l'on s'éloigne du distributeur, pour atteindre une très faible valeur à l'extérieur du bulbe. En règle générale, les racines ne se développent ni dans la zone saturée, ni dans la zone sèche. inais exclusivement là où l'eau et l'air sont en proportion harmonieuse. 2.3. Topographie La micro-irrigation peut se pratiquer en terrain à topographie irrégulière (accidentée). Cependant, si le débit des distributeurs est trop élevé, il y a des risques de ruissellement en sols pentus à éviter à tout prix. Ces ruissellements peuvent induire une forte déformation du bulbe d'humidification. En outre, les différences de pression dans le réseau peuvent occasionner une forte hétérogénéité des débits délivrés. Dans ce cas, le réseau doit être rigoureusement étudié sur la base de plans à grande échelle (1/1000, voire 1/500), à courbes de niveau très denses, au moins 0,s in, inais de préférence 0. I à 0.2 in. Lorsque la topographie est peu accidentée ou lorsque les rampes sont de faibles longueurs (< à 100 m), on préférera des distributeurs non compensés, moins chers et moins sensibles au colmatage. Dans le cas contraire (pente prononcée, grandes parcelles,...), on adoptera des distributeurs auto-régulants ou des capillaires dont la longueur sera calculée avec soin. 2.4. Le débit d'eau Le débit d'eau utilisé en micro-irrigation dépend de la technique appliquée (CEMAGREF et RNED-HA, 1990), elle inêine fonction du type de sol et de la qualité de l'eau.

l I petit asperseur en plein l l diffuseur ajutage micro asperseur DISTRIBUTEUR gQ"zr(jet fixe) i (orifice calibre) 1 (Jet tournant) APPORT par point en tache en ligne en grande tache 60 2150DEBIT (llh) l à 6 20 à 60 35 a 100 I type goutie A goutte type aspersion 0(1à piusieursapports par jouri rn(1 B piusieursapports par semaine1 BOUCHAGE sensible au bouchage peu sensible au bouchage CONDUITE Fig. 7 : Débit d'eau en fonction de la technique appliquée (CEMAGREF et RNED-HA, 1990) 2 . 5 La qualité de l'eau La qualité physico-chimique de l'eau détermine l'importance des risques de bouchage du matériel d'arrosage et constitue un critère de choix de la technique. C'est un élément essentiel de la réussite de la micro-irrigation. Une analyse préalable de l'eau est indispensable pour apprécier les risques et définir les moyens de prévention à mettre en œuvre pour éviter le colinatage. 2.51. Effets de la qualité de l'eau sur le fonctionnement du réseau : risques d'obstruction Les causes d'obstruction des distributeurs sont d'ordre physique, chimique ou biologique. - c(cuses d'ordre ahvsicrue : particules de sable, de limon ,d'argile ou de débris végétaux en suspension dans l'eau ;les particules les plus grosses provoquent un bouchage quasi instantané des distributeurs (sable) tandis que les particules les plus fines modifient peu à peu le débit des distributeurs par un dépôt lent à l'intérieur de ceux-ci. - causes d'ordre chimique : précipitations de sels dissous contenus dans l'eau d'irrigation. L'analyse de l'eau permet de déterminer sa teneur en calcaire et d'évaluer les risques d'obstruction. Si l'eau est de type incrustante (teneur importante en calcaire), on peut soit utiliser le système Bas-Rhône, soit utiliser des brise-jets anti-calcaires (cas des capillaires), soit utiliser de l'acide nitrique diluée à 5/1000 que l'on fait séjourner dans les tuyauteries pendant une nuit. On enlève ensuite les bouchons d'extrémité de rampe et on rince à l'eau claire. Les éléments chimiques à prendre également en compte sont le fer (développement de bactéries ferrugineuses), l'hydrogène sulfuré et le manganèse.

11 faut remarquer que dans le cas d'une irrigation fertilisante, du fait que l'on modifie les propriétés chiiniques et physiques de l'eau, on peut avoir également des risques de précipitation. - cnuses d'ordrebiologique : sans doute les plus difficiles à maîtriser. L'eau de surface (rivière, canal ou bassins) contient en effet, outre de la matière organique inorte plus ou moins décomposée, toute sorte de micro-organismes vivants : algues, bactéries, protozoaires, spores, champignons. Les éléments de dimension supérieure à 50 ou 100 p tels que les algues pluricellulaires et une grande partie de la matière organique morte, sont arrêtés au niveau de l'installation de tête, par un filtre à sable. Par contre, les organismes monocellulaires passent facilement à travers les filtres, ainsi que les argiles et les limons fins. Dans les tuyaux P.E. noir, les algues ne se développent pas puisqu'elles sont privées de luinière mais les champignons et les bactéries peuvent former des colonies, souvent gélatineuses, qui fixant les particules physiques augmentent la vitesse de colmatage. Le fer ou l'hydrogène sulfuré (H2S) provoquent également des proliférations de diverses bactéries, d'où des obstructions rapides, parfois en quelques jours. Pour lutter contre les risques d'obstruction d'ordre biologique, on peut utiliser l'eau de javel ou hypochlorite de sodium qui est un oxydant et un désinfectant puissant et qui détruit les matières organiques et les micro-organismes. Le tableau 3 ci-après donne les risques d'obstruction potentiels des distributeurs en fonction des principaux éléments physiques chiiniques et biologiques contenus dans l'eau d'irrigation. Facteur Physique - Solides en suspension Chimique - PH - Sels dissous totaux - Calcium - Carbonates - Manganèse - Fer - H2S Biologique - Population bactériennes Unité inax-pprn (a) max-ppm (a) max-pptn (a) inax-ppin (a) inax-pprn (a) rnax-ppin (a) inax-ppin (a) Nombre inax. (b) par in1 Ri! Faible c 50 < 7 < 500 <' 10 100 < 0.1 0.1 < o s < 10000 lue d'obstruction. Moyen 50-1O0 7 - 8 5000 - 2000 10 - 50 100 - 200 0.1 - 1.5 o.1 - 0.5 0.5 - 2.0 10 - 50000 Fort :> 100 2 8 2 2000 50 200 1.5 > 0.5 2.0 50000

17 (a) = concentration maxiinale inesurée selon une méthode norinalisée sur un nombre représentatif d'échantillons. (b) = nombre inaxitnal de bactéries par millilitre obtenu sur échantillons prélevés au champ et analysés en laboratoire. Afin de débarrasser l'eau d'irrigation de ces différentes impuretés, on peut utiliser divers types de filtre qui retiennent les particules solides inais qui n'effectuent pas de filtration chimique. 2.5.2. Nature et qualité des ressources en eau L'alimentation du réseau en eau peut se faire à partir de cours d'eau (rivière, canal, ruisseau,...), d'eau morte (lac, étang, bassin d'accumulation, réservoir,...) ou d'eau souterraine (puits, forage, source,...). 2.5.2.1. Les cours d'eau II contiennent toujours des éléments en suspension (sable, limon, argile, inatière organique) et, en quantité limitée, des substances en solution. Les particules minérales sont retenues facilement par contraste de densité ou par filtration (filtre à sable et filtre à tamis), à l'exception des colloïdes d'argile dispersée qui s'éliminent difficilement à la filtration. 2.52. 2. Les pians d'eau Il favorisent la sédimentation des particules denses mais offrent fréquemment des conditions favorables à la prolifération de micro-organismes (MERMOUD, A., 1995). Ces derniers, vivants ou morts, présentent un risque important d'obstruction des réseaux. On peut difficilement les éliminer, étant donné leur petite taille qui rend la filtration inopérante. Cette dernière, réalisée d'un filtre à sable et d'un filtre à tamis, doit souvent être accompagnée d'un traitement chimique. 2.52. 3. L'eau souterraine Lorsque le captage est bien réalisé, l'eau produite ne contiendra que peu d'éléments minéraux et organiques en suspension. Dans ce cas, un filtre à tamis est en général suffisant. Cependant, certaines substances en solution peuvent être source de problèmes, notaininent le calcium et le fer qui sont en équilibre dans la nappe. Cet équilibre peut être rompu par oxygénation ou par une variation de température et se traduire par des précipitations. Le carbonate ou le bicarbonate de Calcium, au contact de l'air, peuvent précipiter et colmater le réseau au niveau des orifices des émetteurs ou par dépôts dans les canalisations et dans les circuits des distributeurs; leur élimination nécessite des injections d'acide (acide nitrique ou chlorhydrique, à raison de 2 à 5 1 par in3d'eau) (MERMOUD, A., 1995). Le fer se trouve dans l'eau sous forme réduite (ions ferreux Fe++) ; à la sortie des distributeurs, au contact de l'air, les ions ferreux sont oxydés en ions ferriques Fe+++et précipitent pour former des gels d'hydroxydes ferriques ou des dépôts de rouille très difficiles à éliminer. Les risques de dépôt dépendent fortement du potentiel redox et du pH de l'eau. En général les précipitations se produisent pour des concentrations en fer supérieures à 1.5 ppin ; toutefois certaines bactéries (Galionella) retirent leur énergie de l'oxydation de sels ferreux et peuvent provoquer des précipitations du fer, même à très faible concentration.

2.5.3. La température de l'eau La température de l'eau peut avoir des effets importants sur les débits délivrés. Les variations de température affectent la viscosité de l'eau, le diamètre et la longueur des canalisations, ainsi que les caractéristiques des distributeurs. 2.5.4. Risques de salinisation du sol (A.MERMOUD) La teneur en sel des eaux d'irrigation joue un rôle important vis à vis des effets directs sur les végétaux et des risques de salinisation du sol. Les critères d'appréciation de la qualité de l'eau en liaison avec les risques de salinisation, sont la conductivité électrique (CE) et le S A R . Distribution des sels dans le sol L'irrigation goutte à goutte pratiquée à fréquence élevée maintient la zone radiculaire à une très faible succion, ce qui réduit les risques d'accumulation de sel et d'accroissement de la pression osmotique. Aussi peut-on utiliser des eaux à plus forte concentration qu'avec les techniques méthodes d'irrigation classiques (aspersion et gravité). En micro-irrigation, les sels ont tendance à s'accumuler dans la couche supérieure de sol (dans les quelques premiers cm) et à la périphérie du bulbe d'humidification. Par contre, à l'intérieur du bulbe la concentration est réduite. Le mouvement de sel est étroitement lié à celui de l'eau d'irrigation qui génère un bulbe dont la forme dépend des caractéristiques du sol, du débit des distributeurs, de la durée et de la fréquence des arrosages. La teneur en eau décroît au fur et à mesure que l'on s'éloigne du distributeur, ce qui occasionne une réduction de la conductivité hydraulique et des flux liquides, étant donné également les prélèvements opérés par les végétaux et l'accroissement du volume de sol intéressé par l'écoulement. La concentration augmente progressivement et les sels s'accumulent à la périphérie du bulbe. La profondeur d'accumulation dépend de la quantité d'eau appliquée et des propriétés du sol ; elle augmente lorsque les apports dépassent I'évapotranspiration. Ceci s'applique également à l'accumulation latérale, mais la superposition des bulbes adjacents et l'excédent d'humidité qui en résulte peut favoriser un lessivage de ces zones. En surface, l'évaporation au voisinage de la zone saturée entourant le distributeur, provoque un dépôt de sel qui n'est pas lessivé. On peut chercher à influencer la position des zones d'accumulation et la forme du profil de salinité, en agissant sur le débit des distributeurs, la quantité d'eau appliquée et la fréquence des arrosages. Un accroissement du débit se traduit généralement par une augmentation du diamètre de la tache saturée de surface et de l'humidité au voisinage du distributeur. Plus la durée de l'irrigation est longue, plus l'effet sur la dimension du bulbe sera prononcé. Si l'on réduit l'intervalle entre les irrigations, sans changer les quantités totales d'eau apportées, le bulbe sera inoins profond, mais la teneur en eau supérieure. Lorsque la dimension du bulbe est suffisante, la présence de sites d'accumulation de sels à sa périphérie peut n'avoir aucune influence néfaste sur les végétaux, au cours d'une campagne d'irrigation tout au moins, dans la mesure où le développement de la zone

radiculaire reste concentré à l'intérieur du bulbe. Pour une espèce donnée, le développement des racines est fortement influencé par le pourcentage relatif d'eau et d'air dans le sol. Lorsque l'humidité est constainment suffisante, mais sans excès, les racines se concentrent dans les horizons supérieurs de sol (30 à 40 premiers cin pour les cultures annuelles, 80 à 100 cin pour les cultures pérennes). Par ailleurs, plusieurs chercheurs sont arrivés à la conclusion qu'en irriguant par goutte à goutte seulement les 50 % de la zone radiculaire habituelle, on obtient des rendements normaux en maintenant régulièrement la teneur en eau à une valeur proche de la capacité de rétention. 20- O Les effets différenciés de la présence de sel. dans le cas d'une irrigation par goutte à goutte et d'une irrigation par aspersion, sont indiqués à la figure 7 publiée par VERMEIREN et al (1980). CE (ms an" ) 1 I I 1 I rendement (%) Fig. 8 : Effets de la salinité de l'eau d'irrigation sur le rendement en irrigation goutte à goutte et par aspersion (VERMEIREN et al, 1980)

20 2.6. La configuration de la parcelle Le matériel d'arrosage mis en place doit tenir compte de la configuration de la parcelle afin de réaliser non seulement une installation intéressante du point de vue coût, mais aussi performante. 2.7. La culture La micro-irrigation est un système actuellement peu pratiqué sur grande culture, compte tenu du coût d'installation élevé. Type de culture Arboriculture Maraîchage Plein champ Serre Grandes cultures Nombre de distributeurdha 1 500 à 2 O00 goutteurs 400 à 1 000 diffuseurs 10 000 à 20 O00 goutteurs jusqu'à 50 O00 goutteurs 10 O00 à 20 000 goutteurs Débit du distributeur (l/h) 4 20 2 2 2 Apport horaire (mm/h) 0.6 à 0.8 0.8 à 2 2 à 4 jusqu'à 2 à 4 O 2.8. Conclusion Pour faire face aux différentes conditions d'emploi, on dispose en micro-irrigation d'une gamme de matériels étendue, qui a des performances variables, et qui permet un choix raisonné. Une installation de miro-irrigation est coûteuse et, une fois réalisée, elle est difficilement modifiable. le projet doit donc être étudié soigneusement, tant au point de vue technique qu'économique, afin qu'il soit parfaitement adapté aux conditions spécifiques du périmètre à irriguer et qu'il donne satisfaction aux usagers. la conduite des irrigations doit être également très rigoureuse. l'arrosage doit commencer suffisamment tôt pour maintenir l'humidité du sol à une valeur élevée, proche de la capacité de rétention et les apports doivent êtrejudicieusement espacés pour éviter les percolations. Un suivi régulier de l'humidité du sol permettra une gestion optimale des arrosages.

21 CHAPITRE 3 1CONSTITUTION D'UN RESEAU DE MICRO-IRRIGATION 1. STRUCTURE GENERALE D'UN RESEAU DE MICRO-IRRIGATION Un réseau type de micro-irrigation se compose de 1 a). un point de fourniture de l'eau sous pression (pompage, borne de réseau collectif, château d'eau, etc.), b). l'unité de tête reliée au point de fourniture d'eau (sortie de pompe, borne individuelle ou collective). Elle permet de réguler la pression et le débit, de filtrer l'eau et d'y introduire des éléments fertilisants, c). une canalisation principale de tête morte, généralement enterrée (PVC rigide, acier galvanisé). d). une série d'antennes également enterrées. e). porte-rampes en PE moyenne densité ou en PVC rigide. Ils peuvent être soit enterrés, soit placés à la surface du sol. 0.rampes en PE basse densité ou en PVC rigide de petit diamètre sur lesquelles sont branchés les distributeurs, soit directement, soit en dérivation. TI existe d'autres types de rampes telles que les rampes (ou gaines) poreuses ou les gaines perforées (à simple ou double section) qui assurent à la fois le transport et la distribution de l'eau. g). distributeurs qui constituent les organes d'arrosage à débit faible et régulier. 11 existe de nombreux types de distributeurs. On distingue les goutteurs A circuit long (capillaires, goutteurs à circuit hélicoïdal, goutteurs à turbulence, goutteurs à circuit long auto- régulants, etc.), les goutteurs A circuit court (ajutages, goutteurs à simple orifice, goutteurs à double orifice et effet de turbulence ou goutteurs cyclones ou vortex, goutteurs à circuit court autorégulants), les mini-dimiseurs. Sous l'aspect technique de la fixation sur la rampe, on distingue les distributeurs latéraux et les distributeurs en ligne.

22 Fig. 9 : Parties essentielles d'un réseau de micro-irrigation (VERMEIREN et al 1983)

23 2. MATERIELS D'UN RESEAU DE MICRO-IRRIGATION 2.1. L'unité de tête Reliée au point de fourniture de l'eau, elle est généralement constituée des éléments - une vanne contrôlant l'entrée de l'eau dans l'installation (vanne de prise ou vanne d'arrêt) , (1) - une vanne volumétrique (2) : la quantité d'eau qui doit passer par cette vanne pendant un arrosage donné doit être afichée inanuelleinent, et dès que le volume affiché a été délivré, la vanne se ferine autoinatiquernent , suivants (fig. 10) . - un clapet anti-retour ( 3 ) ; - un fertiliseur (4) dans lequel on mélange avec l'eau la quantité d'engrais désirée ; - une ventouse ( 5 ) ; - un inanoinètre de contrôle (6) ; - un régulateur de pression (7) ; - un filtre à gravier (8) ; - un filtre à tamis (1 1) ; - un dispositif de mesure des voluines d'eau (compteur) qui permet de connaître le débit moyen délivré et la hauteur d'eau apportée à chaque arrosage et la quantité d'eau totale fournie pendant toute la campagne d'irrigation. 1 2 3 4 5 6 7 8 9. 10 11 VANNE DE PRISE SUR LE RESEAU COLLECTIF VANNE VDLUMETRIOUE 0 50 m m CLAPET A N I 1 - RETOUR F E R T I L ISEUR VENTOUSE MANOMETRE SUR ROBINET 3 VOIES VANNE REDUCTRICE DE PRESSION FILTRE A GRAVIER ENTREE POUR LAVAGE A CONTRE - COURANT SORTIE POUR LAVAGE A CONTRE-COURANT FILTRE A TAMIS Fig. 10 : Unité de tête type (VERMEIWN et al 1983)

24 2.2. Le dispositif de fertilisation en micro-irrigation 2.2.1. La fertigation localisée Lorsque l'on utilise le système Bas-Rhône ou des Inini-difiseurs, il est possible d'apporter l'engrais de façon localisée soit dans la rigole, soit sur la surface du sol. Les éléments fertilisants peuvent être entraînés dans le sol au voisinage des racines par l'eau d'irrigation. Lorsque l'on utilise des goutteurs, la surface mouillée est trop faible pour permettre la solubilisation de l'engrais et son entraînement. Dans ce cas, l'injection d'engrais dans l'eau d'irrigation est donc la seule solution possible, surtout sous serre où le sol n'est pas soumis a l'influence de la pluie naturelle, ainsi que dans les régions où le déficit pluviométrique est important pendant la période de végétation de la culture et où les besoins en éléments fertilisants sont importants. L'apport d'engrais bénéficie alors des avantages de la micro-irrigation : correction des carences : - intervention possible à tout moment, ce qui permet le fractionnement des apports et la - localisation des apports à proximité des racines ; - meilleur contrôle des quantités apportées, ce qui évite les pertes par lessivage et accroît - automatisation possible. l'efficacité ; Mais il faut respecter certaines conditions sur la parcelle ; - le réseau d'irrigation doit être bien conçu pour assurer une répartition homogène de l'eau - l'injection d'engrais dans le réseau doit toujours être faite à l'amont du filtre a tamis ; - le matériel d'injection doit être fiable, bien choisi, bien utilisé ; - les produits injectés ne doivent ni précipiter, ni provoquer la corrosion du matériel ; - la canalisation principale doit comporter un clapet anti-retour pour éviter tout risque de pollution de la ressource en eau par les engrais. 2.2.2. Le matériel d'iniection Il existe de nombreux moyens techniques pour l'introduction d'engrais ou de produits de traitement dans un réseau d'irrigation, chacun d'eux ayant ses avantages et ses inconvénients. Cependant, il y a deux systèmes principalement utilisés : - le système par différence de pression, qui utilise des fertiliseurs, - les pompes d'injection ou pompes doseuses (hydrauliques ou électriques)

25 2.2.2.1. Les iniecteurs a pression différentielle ( fig.11 & 12 1. Fonctionnement Ce sont des appareils constitués d'une cuve étanche, de 10 à quelques centaines de litres de capacité dans laquelle on introduit l'engrais soit sous forme solide, mais soluble (cas des dilueurs), soit sous forme de solution mère (cas des doseurs). La cuve est montée en dérivation sur la conduite principale d'irrigation, à l'amont du filtre à tamis. Le raccordement à la conduite d'irrigation se fait par deux branchements de part et d'autre d'un dispositif permettant de créer une perte de charge (diaphragme, vanne, réduction de diamètre, etc.) dans la conduite principale, qui entraîne la dérivation d'une partie de l'eau à travers la cuve. On distingue deux catégories d'injecteurs : les doseurs (régime d'écoulement tranquille) et les dilueurs (régime d'écoulement turbulent). 2. Les doseurs (fig I l ) L'eau sous pression est admise sans turbulence ii la partie supérieure de la cuve et refoule par l'orifice d'évacuation situé à la base de la cuve la solutio-mère vers la canalisation maîtresse. L'absence de turbulence et la différence de densité entre l'eau et la soliitiori-inère font que ces deux liquides ne se mélangent pas. orifice étanched'introduction de la solution fertilisante TZTpure canalisation . +d'arrosage - 7 r Lorgane de création de perte de charge Fig.11 : Doseur (MERMOUD, A.,1995) 3. Les dilueurs (fig. 12 ) L'admission de l'eau sous pression est faite de façon à créer à la base de la cuve, un régime turbulent qui provoque la dilution de l'engrais solide ou liquide et le refoulement vers la

a

27 6. Critère de choix cles injecteurs à pression clifférentielle Ces appareils autonomes peuvent être utilisés en plein champ. Ils présentent l'avantage d'être simples, robustes, entièrement statiques et de pouvoir s'installer sur n'importe quelle conduite sous pression, qu'il s'agisse d'une alimentation en réseau collectif ou particulier. Ils sont facilement transportables et pratiquement sans entretien. La variation du débit injectée est très facilement opérée par la simple manoeuvre de robinet-vanne destiné à créer la pression diRérentielle. 2.2.2.2. Les pompes doseuses ( fig. 13 & 14 ) Ces pompes injectent directement sous pression dans l'eau d'irrigation une solution fertilisante concentrée. Cette injection peut, soit utiliser une énergie extérieure (électricité), soit utiliser l'énergie même du réseau d'irrigation. Dans ce dernier cas, on prélève en sénéral une petite partie du débit qui sert à actionner la pompe d'injection et qui est ensuite rejetée (débit de fuite). Les matériaux utilisés pour la fabrication des pompes doivent être hautement résistants aux risques de corrosion causés par les engrais chimiques ou par l'acide nitrique : PVC, acier inoxydable, plexisglas, élastomètres fluorés, etc... En fonction de leur mode de fonctionnement, on distingue les pompes doseuses électriques, les pompes doseuses hydrauliques et les pompes doseuses hydrauliques à commande électrique. 1. Pompes doseuses électriques (.fig.13 ) Les pompes doseuses électriques sont constituées d'un moteur électrique qui entraîne soit une pompe alternative à membrane ou à piston ( fig.13 ), soit une pompe rotative, ou encore un mécanisme qui écrase périodiquement un tuyau souple. La liaison entre le moteur et la pompe à injection est généralement mécanique. Elle peut être magnétique. Il existe également des pompes électro-magnétiques constituées d'un électro-aimant commandé électroniquement, qui actionne une membrane. Elles peuvent soit injecter directement la solution fertilisante dans la canalisation principale, soit servir à préparer dans un bac une solution diluée qui est ensuite reprise par pompage. Le volume de solution fertilisante injecté peut être soit indépendant du débit principal, soit asservi à ce débit par l'intermédiaire d'un volucoinpteur émetteur d'impulsions. Dans le premier cas, la pompe est réglée pour injecter un volume v à une cadence déterminée (x coups/ininute). L'inconvénient de ce système est que, lorsque le débit dans la canalisation principale diminue, le volume de solution fertilisante injecté restant constant, la concentration de la solution finale augmente et ceci peut entraîner des risques importants d'accident pour les cultures.

28 Dans le second cas par contre, la pompe doseuse étant dépendante du débit principal par l'intermédiaire du volucompteur, la concentration de la solution finale sera constante quelque soit ce débit principal. L'asservissement des pompes doseuses électriques peut également se faire par la mesure d'une caractéristique physique de la solution finale ( mesure de conductivité ou du pH ). 1.1. Principe de fonctionnement Le moteur électrique (1) accouplé à un réducteur de vitesse (2) à roue et à vis, lubrifié par un bain d'huile, transmet un mouvement alternatif au piston (4) par l'intermédiaire d'un excentrique (3) à came et galet. Un ressort de rappel ( 5 ) ramène le piston vers l'arrière. Le mouvement du piston déplace une membrane (6) simple ou double. C'est en limitant la course du piston par une butée (7) que l'on règle le débit de la pompe. SORTIE DE LA SOLUTION MERE _--B0IJTCI.J DE ZEGLASE I 1 I Fig.13 : Pompe doseuse électrique à membrane simple (CEMAGREF et KNED-HA, 1990) 1.2. AvantuEes - Précision et fiabilité assurées, - Gamme de débits et de réglage très étendue, - Possibilité d'injecter plusieurs solutions simultanément grâce à un montage en parallèle de plusieurs pompes. (11 existe également pour cela des doseurs à plusieurs corps d'injection), - Possibilité d'injecter à grande distance, - Possibilité d'automatisation. 1.3. Inconvénients - Nécessité de disposer d'une alimentation électrique, donc pas d'autonomie, - Risques d'accidents dus à la présence de courant électrique.

29 l Engrais 1 Tube de - dengrais 1 refoulementliquide Tube d aspiration - 1Filtre d'engrais - 2. Pompes doseuse hvdruu1ique.v (jig.15) - - Echappementde ïeau motrice c r Ces pompes utilisent l'énergie hydraulique du réseau et sont donc entièrement autonomes. Elles se composent d'un distributeur, d'une partie motrice et d'une partie injectrice. Elles peuvent injecter une ou deux solutions fertilisantes. Certains modèles ont un débit constant préréglé, alors que d'autres sont utilisés en doseurs-volumétriques par l'adjonction d'un volucompteur placé sur la canalisation principale. Le débit de la pompe varie avec le débit du réseau et maintient une concentration constante en fertilisant (pompe doseuse TMB). Ceci permet de passer d'un poste à un autre poste dont le débit d'irrigation est différent mais pour lequel la concentration finale est la même. Il en existe 2 types selon le mode de montage - les pompes montées en dérivation de la conduite d'irrigation, - les pompes montées en séries sur la conduite d'irrigation, Le montage de 2 pompes hydrauliques en parallèle est à proscrire. Les pompes montées en dérivation de la conduite d'irrigation sont mues par un volume d'eau prélevé dans cette conduite et rejeté après coup ( fig. 14 ). Clapet Clapet de d'aspiration refoulement 4 motrice 1f~ Filtre Vanne ' b =Pompe T.M.B. Engrais principale Ligne d'wrlgabon -Eau d'irrigation Fig.14 : Pompe doseuse hvdraulique à membrane montée en dérivation [CEMAGREF et RNED-HA, 19901

30 Le nombre de va et vient par minute détermine le débit de solution injectée et peut être réglé par une vanne. Le débit injecté est réglable entre quelques litres et 300 litres par heure. Ce réglage est cependant lié à la pression de l'eau dans la conduite d'irrigation. Le démarrage et l'arrêt de la pompe peuvent être commandés par une vanne volumétrique ou par une électro-vanne placée sur l'arrivée d'eau motrice. 2.1.1. Avantages cies pompes closeuses hvclrauliques nzontées dérivation - Autonomie : pas besoin d'énergie autre que l'énergie hydraulique, - Pas de risques de surpression, - Moindre risque de surdosage accidentel car s'il y a un arrêt du courant d'eau principal, la pompe s'arrête. 2.1.2. Inconvénients cies ponzpes closeuses hvcirau1ique.s nzontées ciérivation - Volume d'eau motrice rejetée et perdue égale au double du volume de solution injectée, - fonctionnement du dispositif nécessitant une pression miniinale de 2 bars, - Gamine de débits moins importante. 2.2. Ponzms doseuses hvclrauliciuesniontées en série (Bg.1.5) Les pompes montées en série sur la conduite d'irrigation sont mues par le passage de toute l'eau de la conduite d'irrigation dans le corps de pompe. Ainsi, le débit d'injection est lié au débit de la conduite d'irrigation. Le dosage au taux d'injection, c'est-à-dire la quantité de solution fertilisante injectée par m3 d'eau d'irrigation, peut être réglée de 2 à 20 litres de solution fertilisante par in3 d'eau. 2.2.1. Avantages des pompes closeuses hvdrdiciues montées série - Autonomie de fonctionnement 2.2.2. Inconvénients cles pomiies c1oseu~se.slzvdrciuiiques montées série - Nécessité de les protéger contre les coups de bélier éventuels dans le réseau - Limitation du débit admissible sur certains modèles (dimension limitée du corps de d'irrigation, P O"Pe)

31 - 15 a --- Piston moteur E TIE , - -Piston de dosage t---- Solution à injecter : Montée du piston - 15 b : Descente du piston Fig.15 : Pompe hydraulique a piston - montage en série (CEMAGREF et KNED-HA, 1990)

:awassea~ialuamadsasnasopsaduiodsa7 ZE

33 __t Bder de contrdle Solytlon mere Pompe doseuse I- Fiiire Canalisation principale ----t -__Volucompteur Fig.17 : Asservissement d'une pompe doseuse au débit de la conduite principale (CEMAGREF et RNED-HA, 1990) Boiîer de Pompe doseuse contrôle -.t- +- - Eiectrovanne l 1 I - ~ Solytion mere Arrivée d eau Retour de contrôle 1 1 Sonde (1 Filtre Bac de meiançe -__.. / -Pompe de reprise l Fig.18 : Asservissement d'une pompe doseuse au pH et à la conductivité de la solution

34 5. Remarque Afin d'éviter des risques d'entraînement de particules de produits non dissoutes dans le réseau de distribution, il est recoininandé d'installer un filtre sur la canalisation principale, immédiatement à l'aval de l'injecteur, De même, afin de pallier tout retour de solution fertilisante vers l'amont des installations, il est impératif de prévoir la pose d'un clapet anti-retour à l'amont immédiat de l'injecteur Tubleam5 :Kksiirnc! des crit2re.c.de choix dii mntkriel u"ir!jectiorr - Gamme des concentration - Conditions d'installation - Utilisation sur réseau collectif - Autoinatistion - Autonomie - Nécessité de pré- parer une solution- inère DOSEUR Large gamine de prix Iinportante Assez bonne Autonomes Oui Non Limitée oui DILUEURS Large gamine de prix Importante Mauvaise Autonoines Oui Non Limitée Non POMPES DOSEUSES Large gamine de prix Importante Bonne - Autonoines - (pompes hydrauliques) - Nécessité de disposer de courant électrique (pompes électriques et pompes à asservisse- ment électriquej. Oui Oui Importante oui 6. Rénlane (Lesuompes do.seu.se.~ Soient 1 T Q V C le taux de concentration de la solution finale (g/l) le débit dans le réseau principal (I/h) le volume délivré par la pompe pour une impulsion (1 j la concentration de la solution-mère (SA) Quantité d'engrais délivrée pour une impulsion : v.c Le volume que la pompe doseuse doit débiter : V . (l/h) en n coups/h V( 1/11 ) = v , n

35 Quantité d'engrais apportée en 1 h PE = V.c = v.n.c PE v.n.c Q Q Tz-1- A partir de cette équation on peut déterminer : - soit n - soit v - soit c . .2.2.3. J,a solution nutritive 2.2.3.1. Définitions .La solution mère est la solution fertilisante, ou solution nutritive préparée par- dilution d'engrais soluble pour être injectée dans la conduite d'irrigation. .La solution fille est l'eau d'irrigation qui a reçu l'injection de la solution mère. Poids d'engrais dissout en g Volume d'eau de solution mère en 1 . Concentration solution inère : c (g/i) = 3 débit pompe doseuse (I/h) 3 taux d'injection

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