Lirrigation Par Aspersion 03f PDF [PDF]

Zitiervorschau

ETAT D'ISRAEL

MASHAV Ministère des affaires Etrangères Centre de la coopération internationale

CINADCO Ministère de l'agriculture et du développement rural Centre de coopération internationale pour le développement agricole

Service de vulgarisation Service de l'irrigation et des sols

L'IRRIGATION PAR ASPERSION Elimelech Sapir Expert en irrigation Moshe Sné Ex-Directeur du Service

Juillet 2002

Facteurs de conversion Col.1ÆCol.2 multiplié par

Colonne 1 Unité SI

Colonne 2 Unité non SI

Col.1ÆCol.2 multiplié par

kilomètre, km (103 m) mètre, m mètre, m micromètre, µm (10-6 m) millimètre, mm (10-3 m) nanomètre, nm (10-9 m)

mile, mi yard, yd pied, ft micron, µ pouce, in Angstrom, A

1.609 0.914 0.304 1.0 25.4 0.1

hectare, ha kilomètre carré, km2 (103 m)2 kilomètre carré, km2 (103 m)2 mètre carré, m2 mètre carré, m2 millimètre carré, mm2 (10-3 m)2

acre acre mile carré, mi2 acre pied carré, ft² pouce carré, in2

0.405 4,05 x 10-3 2.590 4.05 x 103 9,29 x 10-2 645

mètre cube, m3 mètre cube, m3 mètre cube, m3 litre, L (10-3 m3) litre, L (10-3 m3) litre, L (10-3 m3) litre, L (10-3 m3) litre, L (10-3 m3) litre, L (10-3 m3)

acre-pouce pied cube, ft3 pouce cube, in3 bushel, bu quart (liquide), qt pied cube, ft3 gallon once (fluide), oz pinte (fluide), pt

102.8 2,83 x 10-2 1.64 x IO-5 35.24 0.946 28.3 3.78 2,96 x 10-2 0.473

gramme, g (10-3 kg) gramme, g (10-3 kg) kilogramme, kg kilogramme, kg kilogramme, kg mégagramme, Mg (tonne) tonne, t

livre, lb once, oz livre, lb quintal (métrique), q tonne (2000 lb), ton tonne (U.S.), ton tonne (U.S.), ton

454 28.4 0.454 100 907 0.907 0.907

kilogramme par hectare, kg ha-1 kilogramme par mètre cube, kg m-3 kilogramme par hectare, kg ha-1 kilogramme par hectare, kg ha-1 kilogramme par hectare, kg ha-1 litre par hectare, L ha-1 tonnes par hectare, t ha-1 mégagramme par hectare, Mg ha-1 mégagramme par hectare, Mg ha-1 mètre par seconde, m s-1

livre par acre, lb acre-1 livre par bushel, bu-1 bushel par acre, 60 lb bushel par acre, 25,40 kg bushel par acre, 21,77 kg gallon par acre livre par acre, lb acre-1 livre par acre, lb acre-1 tonne (2000 lb) par acre, ton acre-1 mile par heure

1.12 12.87 67.19 62.71 53.75 9.35 1,12 x 10-3 1,12 x 10-3 2.24 0.447

centimètre carré par gramme, cm2 g-1 millimètre carré par gramme, mm2 g-1

0.1 0.001

Longueur 0.621 1.094 3.28 1.0 3.94 x 10-2 10

Surface 2.47 247 0.386 2,47 x 10-4 10.76 1.55 X 10-3

Volume 9.73 X 10-3 35.3 6.10 x 104 2,84 x 10-2 1.057 3,53 X 10-2 0.265 33.78 2.11

Masse 2,20 x 10-3 3,52 x 10-2 2.205 0.01 1,10 x 10-3 1.102 1.102

Produit et Taux 0.893 7,77 X 10-2 1,49 X 10-2 1,59 X 10-2 1,86 X 10-2 0.107 893 893 0.446 2.24

Surface spécifique 10 1000

mètre carré par kilogramme, m2 kg-1 mètre carré par kilogramme, m2 kg-1

TABLE DES MATIERES

Page Table des matières………………………………………………………………………...I Facteurs de conversion………………………………………………………………….. .II Préface……………………………………………………………………………… ……. III Introduction……………………………………………………………………………….. 1 Irrigation de surface……………………………………………………………………… 2 Méthodes d'irrigation en surface……………………………………………………….. 2 Propriétés du sol…………………………………………………………………………. 3 Relations sol-eau………………………………………………………………………….5 Eau disponible……………………………………………………………………………. 6 Taux d'infiltration dans le sol……………………………………………………………. 8 Irrigation par aspersion………………………………………………………………….. 11 Définitions…………………………………………………………………………………. 12 Types d'asperseurs……………………………………………………………………….13 Espacement, sélection et opération des asperseurs………………………………….20 Micro-irrigation……………………………………………………………………………. 21 Irrigation mécanisée………………………………………………………………….… 25 Le système d'irrigation……………………………………………………………………32 Automatisation……………………………………………………………………………. 39 Filtration…………………………………………………………………………………… 44 Irrigation fertilisante ou fertigation……………………………………………………… 55 Conduites…………………………………………………………………………………. 58 Coupleurs et accessoires……………………………………………………………….. 58 Débit d'eau dans les conduites…………………………………………………………. 61 Uniformité de la distribution de l'eau…………………………………………………… 70 Techniques d'irrigation par aspersion………………………………………………….. 77 Planification des systèmes d'irrigation par aspersion…………………………………81 Programmes d'irrigation…………………………………………………………………. 87 Exploitation et maintenance…………………………………………………………….. 89 Références…………………………………………………………………………………92 ii

PRÉFACE La nouvelle édition de "Irrigation par aspersion" contient des informations élémentaires pour les étudiants confrontés pour la première fois à la technologie d'irrigation pressurisée. L'ensemble a été préparé dans le cadre de stages sur l'irrigation, organisés par le Ministère des Affaires étrangères, le Centre de Coopération internationale (Mashav) et par son organisme agricole, le Centre de coopération internationale pour le développement agricole (CINADCO) du Ministère de l'agriculture et du développement rural. Cette brochure traite principalement de la technologie et de la théorie de l'irrigation par aspersion. Des sujets connexes tels que les rapports sol-eau-plante, la fertilisation, la conception des systèmes d'irrigation, etc. sont traités brièvement car ils ont fait l'objet d'autres publications rédigées pour des cours de CINADCO. Vous trouverez à la fin de cette brochure, dans les Références, une liste de publications. Le tout a été revu afin de mettre l'accent sur les aspects pratiques de l'irrigation par aspersion. Les utilisateurs plus avancés peuvent consulter la littérature professionnelle traitant de ce sujet. Nous tenons à remercier Aviva Sher-Maayani, Michel Isaak et Shirley Oren pour la traduction, la relecture et la publication de cette brochure. Nous remercions également les fabricants de matériel d'irrigation en Israël et à l'étranger de nous avoir permis de reproduire des données et des illustrations tirées de leurs catalogues. Elimelech Sapir et Moshe Sné

iii

INTRODUCTION L'irrigation des terres agricoles constitue pour l'homme le premier facteur de consommation d'eau. L'irrigation augmente sensiblement les productions et les revenus agricoles, particulièrement dans les régions arides. L'irrigation remonte à la nuit des temps. On mentionne cette pratique dans la Bible : “Un fleuve sortait d'Eden pour arroser le jardin...” Genèse, II,10). Les anciennes civilisations prospères se sont développées près des sources d'eau fraîche qu'ils utilisaient pour l'irrigation. Dans les années de sécheresse, les gens étaient forcés de se déplacer à la recherche de sources d'eau. Malheureusement, le manque d'eau a également donné naissance à de nombreuses guerres. Dans l'antiquité, d'énormes projets d'alimentation en eau ont vu le jour. Nous pouvons citer entre autres le Grand canal en Chine (1200 km de long). En Inde et au Sri Lanka, l'adduction d'eau et les systèmes d'irrigation existaient déjà il y a des milliers d'années. Aujourd'hui, les ingénieurs sont encore étonnés par la sophistication des systèmes de distribution d'eau et des techniques d'irrigation employées. La production alimentaire de l'Égypte dépend entièrement du barrage d'Assouan qui emmagasine l'eau pour l'irrigation de la vallée du Nil et une partie du désert attenant et assure la disponibilité alimentaire pour la population. Avant la découverte de l'électricité, les hommes exploitaient la pesanteur pour charrier l'eau le long des pentes naturelles. Il fallut pour cela construire des réseaux de canaux et les excaver. Étant donné qu'il n'était pas possible de transporter l'eau vers les terres situées en dessous du niveau des sources d'eau, le développement de pompes le permettant constitua une révolution remarquable pour la technologie de l'irrigation. Aujourd'hui, la technologie de l'irrigation se divise en deux grandes catégories : L'irrigation de surface (non pressurisée) - canaux, raies, bourrelets, ennoiement, etc. L'irrigation pressurisée – asperseurs, pulvériseurs, goutte-à-goutte. Les rivières et les ruisseaux transportent l'eau naturellement. Les lacs naturels et artificiels constituent des réservoirs d'eau. La construction de barrages transforme les rivières en réservoirs et augmente leur capacité de stockage. Suite à l'introduction des pompes, les pipelines commencèrent à transporter de l'eau. Les canalisations sont en fer, en aluminium, en béton et en plastique. La croissance de la population nécessita le transport de l'eau sur une grande distance et poussa le développement de l'hydrotechnique et la science qui en découle, l'hydraulique. Nous pouvons dire que l'irrigation est la science de la survie.

1

IRRIGATION DE SURFACE L'irrigation de surface est la technique d'irrigation la plus courante utilisée de par le monde. Plus de 90 % des 250 millions d'hectares irrigués dans le monde sont irrigués en surface. Les méthodes d'irrigation de surface peuvent être classées en plusieurs groupes: la sélection de la méthode dépend de facteurs tels que la technologie culturale, le climat, le type du sol, la topographie, la disponibilité de l'eau et ses moyens de distribution, la mentalité des agriculteurs et la tradition. Les facteurs du sol les plus importants sont sa structure et ses propriétés physiques: perméabilité, écoulement de l'eau en surface, mouvements internes, capacité au champ, point de flétrissement, état d'aération. Les facteurs climatiques les plus importants sont les taux de précipitation et d'évapotranspiration durant la saison de croissance. En observant les facteurs ci-dessus, par cette soi-disant "ancienne technologie", on améliore le volume de la production et la qualité des produits.

MÉTHODES D'IRRIGATION EN SURFACE Irrigation par ruissellement Le casier ressemble à une large rigole ou bassin (4-18 m) entouré de diguettes, avec en sa largeur une inclinaison de zéro degré et en sa longueur une inclinaison ne dépassant pas 1 %. En ouvrant le barrage à l'extrémité du lit, ou en activant les siphons, le lit s'emplit d'eau provenant d'un fossé ou d'une raie. Cette méthode, qui ne convient qu'à condition de bénéficier des structures topographiques adéquates, nécessite un travail de nivellement et un fort débit. En mouillant le casier sur de courtes périodes, on évite des pertes d'eau audelà de la zone racinaire. Il faut examiner la performance du système par des tests sur le terrain (avancée et retrait de l'eau pour une période donnée). Le riz, les bananes, la luzerne et d'autres cultures de plein champ sont généralement irriguées par cette méthode.

Bassins nivelés entourés d'une courbe de niveau Cette méthode est similaire à celle de l'irrigation par ruissellement, cependant les parois sont des courbes de niveau telle que l'indique l'illustration, Figure 1.

Raies L'eau est distribuée dans les champs par des caniveaux étroits, chacun d'entre eux distribuant de l'eau à une ou deux rangées de plantes. Pour une irrigation efficace, il faut procéder en deux étapes: tout d'abord, envoyer un débit élevé pour mouiller la surface du sol sur l'ensemble de la raie. Ensuite, un débit plus faible sur une plus longue période afin de mouiller la zone racinaire en profondeur = % eau disponible X 10 X mm. Profondeur du système racinaire.

Fig.1 Méthodes d’irrigation gravitaires 2

PROPRIÉTÉS DU SOL Texture du sol Pour être optimale, l'application de l'eau doit être fonction des propriétés du sol. Le sol se forme par la pourriture des roches qui se décomposent en particules minuscules. Le sol possède une forme émiettée, une certaine porosité. Il est composé de particules de tailles différentes et est classé selon des conventions internationales.

Tableau 1. Classification du sol en fonction du diamètre des particules Fraction

Diamètre en mm

Argile

20

Limon

10 – 20

Argile

5 – 10

Argile sodique

1–5

Fig. 11. Modification de l'infiltration avec le temps Le tableau ci-dessus présente les taux d'infiltration caractéristiques pour 4 types de sols différents. Le graphe à droite indique le changement dans le taux d'infiltration avec le temps, dans deux types de sols. Le taux d'infiltration d'eau dans le limon sableux commence à 68 mm/h pour devenir pratiquement constant à 25 mm/h 90 minutes plus tard. Le taux d'infiltration d'eau dans le sol argileux passe en 30 minutes de 50 mm/h à zéro. Cependant, les valeurs ci-dessus ne se réfèrent qu'à la différence dans le type de sol. Le taux d'infiltration dépend également d'autres variables telles que la structure du sol, les pratiques du culture, la teneur en matière organique, la salinité du sol. Il peut varier en conséquence. Il ne faut donc utiliser ces valeurs que comme une directive générale et chaque fois que c'est possible, effectuer des tests sur le terrain pour déterminer le taux d'infiltration régulier réel qui dépend fortement de l'emplacement.

Déterminer le taux d'infiltration de l'eau On utilise diverses méthodes pour déterminer le taux d'infiltration de l'eau. L'une d'elles consiste à tester le taux d'infiltration dans un petit bassin. Marr, de l'Université de Californie à Davis (voir Figure page suivante) a proposé la seconde méthode.

Fig. 12. Mesure du taux d'infiltration par la "méthode d'inondation" 8

Détermination du taux d'infiltration Marr par la méthode des raies On pose des anneaux dans la raie qui transporte l'eau. On mesure en divers endroits dans les anneaux le taux d'infiltration de l'eau avec un centimètre.

Méthode de mesure du taux d'infiltration par inondation On enfonce profondément dans le sol un anneau de 20 cm de diamètre, laissant dépasser de 5 à 10 cm. La teneur en humidité doit correspondre aux conditions du sol existant avant le début de l'irrigation. Durant les premiers tests (1,2,5 et 10 minutes), on mesure le taux d'infiltration en versant de l'eau d'un large cylindre étalonné de 2 litres posé au sol dans un tuyau afin de déterminer le taux d'infiltration initial. Quand, environ 10 minutes après le début du test, le taux d'infiltration commence à décélérer, on installe sur le tuyau un entonnoir inversé avec une burette et un réservoir à eau afin de maintenir une fine couche d'eau constamment à la surface du sol. En effectuant périodiquement des lectures incrémentales du niveau d'eau dans la burette, il est possible de déterminer avec précision la quantité d'eau qui s'infiltre dans le sol (ml). Cette méthode convient à des sols moyens et lourds à profil uniforme.

Méthode du petit bassin Il est également possible de déterminer le taux d'infiltration dans un petit bassin de 60 x 60 cm, ou 100 x 100 cm. On y verse lentement de l'eau et le taux de baisse du niveau de l'eau indique le taux d'infiltration dans le sol. On le mesure avec une règle comme indiqué Figure 12. Il est important de veiller à ce que la surface du sol dans le bassin ne bouge pas durant sa formation pour avoir une image réelle de la surface du sol. Le mesurage se fait en deux temps: tout d'abord, il faut attendre l'état d'équilibre, quand le taux d'infiltration se stabilise. Ensuite, l'eau s'infiltre dans le sol à un taux constant.

Tableau 4 . Valeurs d'infiltration et de conductivité hydraulique dans divers types de sols Capacité d'infiltration Infiltration nulle Infiltration très lente

Conductivité hydraulique mm/h 250

Référence & Source : Smith et Browning : Determination of hydraulic conductivity in the laboratory.

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S. Dasberg de l'ARO, I. Hausenberg et O. Kramer du Département de l'l'Irrigation et des Sols ont proposé une amélioration de cette méthode de mesurage présentée ici.

Fig. 13. Mesurage du taux d'infiltration par la "méthode d'inondation" Ceci facilite la mesure du taux d'infiltration par la méthode d'inondation. Un.Agencement pour la mesure du taux d'infiltration au début de l'application d'eau. Deux. Agencement pour la mesure du taux d'infiltration après la stabilisation du taux d'infiltration. Le taux de précipitation du système d'irrigation par aspersion ne doit jamais dépasser le taux d'infiltration d'eau. Si le taux de précipitation est plus élevé que le taux d'infiltration, il y aura engorgement du sol et le ruissellement pourrait entraîner l'érosion de la couche supérieure du sol. Il faut prendre ces données en ligne de compte dans la sélection du type d'émetteur et de son taux de débit ainsi que dans la conception du positionnement des asperseurs dans le champ et la programmation de l'irrigation.

La méthode par aspersion Les asperseurs fonctionnent dans une zone où l'on enfonce à quelques centimètres dans le sol un anneau de 30-50 cm de diamètre. Toute la surface est irriguée à un taux d'application connu. Le mouvement de Fig. 14. La méthode par aspersion l'eau à la surface du sol est limité par l'anneau. L'excès d'eau qui n'est pas absorbé par le sol à l'intérieur de l'anneau se déverse dans un grand cylindre gradué placé dans le sol près de l'anneau. On commence à mesurer le taux d'infiltration dès que l'eau se déverse dans le cylindre. Dès que l'on a appliqué à l'intérieur de l'anneau la quantité d'eau pour une certaine unité de temps (Q1) et que l'on connaît la quantité d'eau accumulée dans le cylindre (Q2), il est possible de calculer la quantité d'eau (Q1-Q2) qui s'est infiltrée dans l'anneau pour le temps écoulé. La "méthode par aspersion" est la meilleure méthode pour déterminer le taux d'infiltration de l'eau pour l'irrigation par aspersion car son effet est similaire à celui des gouttes d'eau tombant sur la croûte de la surface du sol. 10

IRRIGATION PAR ASPERSION L’histoire de l’irrigation par aspersion remonte au début du XXème siècle lorsqu’on utilisait les asperseurs pour l’irrigation des jardins. Ensuite, on les adapta à l’irrigation des cultures de plein champ, des plantations et des serres. Après la Deuxième guerre mondiale, l’aluminium devint bon marché et largement disponible. D’autre part, la terre plane, idéale pour l’irrigation non pressurisée, se fait rare. Tout cela contribue à l’expansion de l’irrigation par aspersion. L’irrigation par aspersion permet le fonctionnement simultané de nombreux asperseurs latéraux, facilite la mesure exacte de l’eau et l’ajustement du taux de précipitation de l’eau au taux d’infiltration du sol.

Avantages : Convient à une large gamme de conditions topographiques, à des terres accidentées et à des pentes escarpées qui ne peuvent être irriguées par une irrigation de surface. ƒ Un grand éventail d’émetteurs et de buses facilitent l’ajustement du taux de précipitation de l’eau au taux d’infiltration du sol. ƒ Répartition uniforme de l’eau dans le champ, d’où une grande efficacité de l’irrigation. ƒ Fonctionnement facile et simple. Formation rapide des opérateurs. ƒ Mesurage précis des quantités d’eau appliquées. ƒ Haute mobilité de l’ensemble du système d’irrigation d’un champ à l’autre. ƒ L’utilisation des installations permanentes diminue les besoins en maind’œuvre. ƒ Possibilité de petites applications d’eau fréquentes pour la germination, le refroidissement, la protection antigel, etc. ƒ Le système clos de distribution d’eau évite la contamination de l’eau d’irrigation durant le transport et diminue l’apparition du colmatage des émetteurs. ƒ Pratique pour mélanger les engrais à l’eau d’irrigation. ƒ Intégration facile dans les systèmes d’irrigation informatisée. ƒ

Inconvénients : ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Investissement initial élevé. Coût supplémentaire d’énergie en raison de la création de la pression d’eau. Sensible au vent. Perte en eau par évaporation de la surface du sol et du couvert végétal. Induction de maladies foliaires en cas d’irrigation par le dessus. Danger d’accumulation de sel sur un feuillage humide Risque de brûlure des feuilles et de lessivage des pesticides. Interférence de l’irrigation avec diverses activités agricoles telles que labour, récolte, pulvérisation, etc. Danger de formation de croûte à la surface du sol et d’accroissement du ruissellement. Perte en eau en marge des parcelles. 11

DÉFINITIONS Pression : Force agissant sur une surface, exprimée en unités de kg/cm², bars ou atmosphères. Hauteur de chute : pression à la base d’une colonne d’eau, exprimée en mètres. La chute au bas d’une colonne d’eau de 10 m de haut est de 10 m = 1 atm. ≈ 1 bar. Quantité d’eau : on la mesure en unités de volume. Dans le système métrique, les unités les plus courantes sont le litre et le mètre cube (m3) (1.000 l = 1 m3). Débit : quantité d’eau passant par un point donné par unité de temps. Dans le système métrique, les unités sont : m3 / h ou litre/h. Diamètre de portée : le diamètre de la surface au sol mouillée par un asperseur = deux fois le rayon de portée de l’asperseur. Mesuré en mètres. Espacement des asperseurs : Distance entre les asperseurs et entre les asperseurs latéraux. Par exemple : 12 m x 18 m.

Orientation rectangulaire

Orientation en diagonale

Fig. 15. Espacement entre les asperseurs Intensité de l’irrigation : Force avec laquelle les gouttes d’eau tombent sur le sol durant la précipitation. L’intensité dépend du nombre de gouttes, de leur taille, de la vitesse et de l’angle d’impact au sol. L’intensité s’exprime en termes quantitatifs : forte, moyenne, faible.

Forte intensité – Grosses gouttes

Faible intensité – Fines gouttelettes

Fig. 16. Intensité de l’irrigation

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Taux d’application (de précipitation) : Quantité d’eau appliquée à une unité de surface pour une unité de temps : 1 mm/h = 1 m3 par 0,1 ha/heure. Intervalle d’irrigation : L’intervalle de temps entre deux applications d’eau = la période entre le début d’un cycle d’irrigation et le début du cycle suivant. Cycle d’irrigation : La période entre le début et la fin d’un événement d’irrigation dans une certaine zone. Vitesse du vent : Exprimée en mètres par seconde (m/sec.).

Fig. 17. Influence du vent sur l’uniformité de la distribution de l’eau Diamètre nominal des tuyaux Pour les conduites en acier et en fibro-ciment, jusqu’à 10 », on indique, en pouces, leur diamètre interne (1 pouce = 25,4 mm). Pour les diamètres plus importants, ainsi que ceux des tuyaux en aluminium, en plastique, on indique le diamètre externe, en pouces pour l’aluminium et en millimètres pour le plastique.

TYPES D’ASPERSEURS Il existe des asperseurs en métal et en plastique. Ils sont fixés sur des canalisations verticales en métal ou en plastique, de hauteurs différentes, correspondant à la technique d’irrigation et à la hauteur des cultures. Les asperseurs sont classés en fonction de leur principe de fonctionnement, leur mode d’opération, leur pression de service, leur débit, le matériau avec lequel ils sont fabriqués, etc.

Mode d’opération Les asperseurs sont actionnés par la pression de l’eau. Un jet d’eau sortant d’une buse active le composant mobile de l’asperseur. Arroseurs-tourniquet à impact: Le jet d’eau en sortant de la buse frappe le mécanisme à marteau et l’envoie en direction opposée. Un ressort le ramène en position initiale. En frappant le corps de l’asperseur, il fait pivoter celui-ci dans la direction opposée. L’asperseur à impact possède une, deux ou trois buses. Ce type d’asperseur est fabriqué en plusieurs modèles et sert à l’irrigation de surface des cultures de plein champ et des vergers, avec un angle d’éjection de 30°. Pour l’irrigation du couvert de vergers, un jet à angle de 4-7° est recommandé. Au début, les asperseurs étaient en métal mais le plastique l’a peu à peu remplacé. L’usure des pièces mobiles et des buses en plastique renforcé est bien plus faible que celle des pièces métalliques. Bien que les asperseurs à impact soit très fiables, il faut une maintenance régulière pour assurer un bon fonctionnement. Le turbo-asperseur : Le jet d’eau actionne une roue dentelée qui frappe le marteau.

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L’impact du marteau fait pivoter l’asperseur. Le turbo-asperseur est en plastique et sert à l’irrigation à faible débit des vergers, des cultures maraîchères et des jardins.

Fig. 18. Turbo-asperseur

Fig. 19. Asperseur-tourniquet à impact

Asperseurs géants (canons) : Les grands asperseurs sont en laiton et possèdent une ou deux buses. La pression de service est élevée (4-8 bar). Le débit peut varier de 6 à 60 m3/h. Les canons conviennent à l’irrigation des cultures fourragères, des grandes cultures avec de solides installations permanentes. Ils peuvent également fonctionner en tant que canon mobile autonome. La plupart des asperseurs à marteau existent en version secteur (irrigation partielle du rayon de portée).

Fig. 20. Asperseur géant ou canon 14

Arroseurs escamotables – utilisés en général pour les pelouses. L’arroseur sort de son réceptacle à couvercle en début d’irrigation pour y retourner, l’irrigation une fois achevée. Il y reste en veille jusqu’à la prochaine irrigation. Logé dans le sol, il ne gêne nullement pour la tonte des gazons, parcs, terrains de golf, etc. Il existe toute une gamme de types d’arroseurs escamotables, à secteur ou plein cercle, de diverses hauteurs.

Fig. 21. Arroseur escamotable

Fig. 22. Arroseur escamotable irriguant une pelouse

Arroseurs statiques – en laiton ou en plastique dur, ils n’ont aucune partie mobile. On les utilise principalement pour les jardins. Ils existent en version secteur ou plein cercle. Leur portée est inférieure à celle des asperseurs rotatifs.

Les catalogues des fabricants fournissent toutes les informations nécessaires concernant les caractéristiques techniques et la performance des asperseurs. On y trouve des informations sur le débit (Q), la portée (D) et la plage de pression de service autorisée (P). Vous y trouverez aussi des informations sur l’espacement conseillé entre les asperseurs, le taux de précipitation et l’uniformité de la distribution. 15

Les composants de l'asperseur à impact Base Son raccordement au tuyau de monté est fileté ou taraudé. Son diamètre varie de 0,5" à 3". Tige : Insérée dans la base, elle est raccordée au corps de l'asperseur. Entre la base et la tige se trouvent de 1 à 3 joints dont la fonction est d'assurer un mouvement rotatif en douceur et de minimiser l'usure provenant de la friction de la tige avec la base. Mécanisme anti-sable : Constitué d'un ressort de pression et d'un manchon externe en plastique, il évite la pénétration de sable et de grès. Corps : Contient les orifices auxquels sont fixées les buses. Supporte les parties rotatives de l'asperseur. Dans l'asperseur à pont, le ressort est fixé dans un cadre. Ce n'est pas le cas pour l'asperseur à couronne. Ressort : Engendre la rotation de l'asperseur en ramenant le bras du marteau activé par le jet d'eau sortant de la buse. Dans l'asperseur à Couronne, il est possible d'ajuster la tension du ressort en fonction de la taille de la buse et de la hauteur de chute. En général, les ressorts sont en cuivre. Cependant, lorsqu'on utilise des eaux usées, l est préférable d'utiliser des ressorts en acier inoxydable.

Pièces 1. Arbre du marteau 2. Manchon du marteau 3. Ressort de tension 4. Marteau 7. Corps 8. Bague 11. Ressort comprimé

14. Base du connecteur 15. Tube du connecteur 16. Rondelles d'étanchéité 17. Rondelles lubrifiante en Téflon 25. Capuchon 28. Buse 32. Atomiseur (2,5 mm) 33. Bouchon

Fig. 24. Pièces composant un asperseur

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Bras du marteau : Active la rotation de l'asperseur, améliore la répartition de l'eau en fonction du nombre de coups (30-60/min). Il existe deux types de bras : 1.

A cuillère : Il s'agit d'un bras rigide, sans aucune pièce mobile. Il s'utilise avec des pressions modérées et fortes.

2.

A double action (cale) : Une cale en plastique est fixée sur arbre à l'extrémité du bras. Il s'utilise avec des faibles pressions, pour une portée de faible diamètre, est enclin à des dysfonctionnements.

Amortisseur : Il minimise l'usure du corps causée par les coups du marteau. Guide le bras.

Fig. 26. A cuillère

Fig. 27. A double action (cale)

Fig. 28. Asperseur à secteur

A pont : Dans certains types d'asperseurs, le marteau est relié au corps par un arbre fixé à un pont reliant deux supports verticaux. L'impact du marteau sur l'un des supports active la rotation de l'asperseur. Le ressort en se retournant fait tourner l'arbre. A couronne : D'autres types d'asperseurs n'ont pas de pont. Le ressort est fixé audessus du marteau par une couronne plastique ou métallique. Dans des conditions climatiques extrêmes (gel, poussière), une protection en plastique protège le ressort.

Fig. 29. Asperseur à pont

Fig. 30. Asperseur à couronne

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Fig. 31. Asperseur à couronne protégée

Buses L'asperseur possède une, deux ou trois buses. Le type et la taille de la buse déterminent le débit, l'uniformité de la répartition et la taille des gouttes. Les buses ont tendance à s'user et modifient également le débit et la répartition de l'eau. Par exemple, l'eau d'irrigation contenant du sable est abrasive et peut élargir l'orifice, donc augmenter le débit et modifier la distribution. Les buses en plastique résistent mieux à l'abrasion que les buses en métal. Il existe divers types de buses. Une buse à embout circulaire assure un jet de longue portée tandis qu'un embout elliptique ou en quart de cercle donne une distribution de courte portée. On obtient une portée maximale par un angle de jet de 30° par rapport au sol. Pour les asperseurs de couvert, des angles de 4° et 7° sont conseillés. La taille de la buse est exprimée en mm. Étant donné que la coupe transversale des buses n'est pas toujours circulaire, la définition de la taille peut être la taille nominale équivalente à une section circulaire ayant le même débit. En principe, la taille de la buse est inscrite sur la buse-même. Pour les buses en

Fig. 32. Types de buses plastique, on a l'habitude de différencier les tailles par différentes couleurs. Le débit (Q) dépend de la hauteur de chute de l'eau, du diamètre de la buse et du coefficient de friction.

Q = pXd 2 X12.5C Q = Débit de la buse, en litres par heure (l/h). P = Hauteur de chute, en m. D = Diamètre nominal de la buse, en mm. C =Coefficient de friction. Sa valeur pour les buses de petite taille, jusqu'à 5,5 mm = 0,95. Pour les buses de taille moyenne, de, 5.5 à 8 mm. = 0.9 Pour les grandes buses, c = 0.85. Pour une buse donnée, le débit fonction de la pression est :

Q2 = Q1

p2 p1

Q1 = Le débit à la hauteur chute P1. Q2 = Le débit à la hauteur chute P2 . 18

Angle de jet L'angle du flux sortant de la buse détermine la portée, la sensibilité au vent et l'uniformité de la distribution. Des angles larges, jusqu'à 45°, donnent une portée plus importante mais une plus grande sensibilité au vent. Pour l'irrigation des cultures de plein champ, on utilise un angle de 30° et pour l'irrigation de couvert des vergers, des angles de 40 - 70.

Fig. 33. Angles de jet

Fonctions des asperseurs ƒ

Utilisation générale : Irrigation par le dessus pour les cultures de plein champ, les cultures fourragères et les cultures maraîchères – angle de jet de 30°, une ou deux buses.

ƒ

Sous couvert : Utilisé pour l'irrigation des vergers, l'angle de jet est de 4°-7°. Il s'agit des asperseurs à marteau pour couvert, des turbo-asperseurs, des asperseurs rotatifs, des mini-asperseurs, des micro-asperseurs et des asperseurs à micro-jet (pulvérisation, spinners).

ƒ

Asperseurs géants (canons) : Pour l'irrigation des céréales et des fourrages, peut fonctionner en unité autonome, en unité latérale à fonctionnement manuel ou autopropulsé.

ƒ

Asperseurs à secteur : Ces asperseurs sont installés en bout de ligne ou de parcelles afin d'économiser l'eau et de ne pas mouiller les routes.

ƒ

Asperseurs à régularisation : Il s'agit d'un régulateur de pression ou de débit. Simplifie la conception et le fonctionnement dans des conditions topographiques complexes.

ƒ

Asperseurs escamotables : Pour les pelouses, jardins et terrains de golf.

Débit des asperseurs ƒ

Faible débit : 20 - 500 1/h. Pour les vergers, les serres et les jardins.

ƒ

Débit moyen : 500 - 5000 l/h. Principalement pour l'irrigation par le dessus des cultures de plein champ, des vergers, du fourrage et des cultures maraîchères.

ƒ

Haut débit : Supérieur à 5 m3/h. Pour les systèmes à espacement important et les machines d'irrigation mécanisée.

Pression (Chute) : ƒ ƒ ƒ

Faible pression : Jusqu'à 2 bar (20 m.). Microjets, micro-asperseurs, miniasperseurs, asperseurs rotatifs et turbo-asperseurs. Pression moyenne : 2 - 5 bar (20 - 50 m.). Asperseurs à impact. Haute pression : Supérieure à 5 bar (50 m.). Asperseurs géants et à fort impact.

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ESPACEMENT, SÉLECTION ET OPÉRATION DES ASPERSEURS Il faut prendre en ligne de compte plusieurs facteurs essentiels pour la sélection des asperseurs en fonction des différentes conditions opérationnelles : ƒ

Le débit et la portée pour les différentes pressions.

ƒ

La plage de pression autorisée et l'espacement conseillé entre les émetteurs.

ƒ

L'espacement des cultures.

ƒ

Le taux d'infiltration du sol. Le taux d'application doit être inférieur au taux d'infiltration du sol.

ƒ

Le vent durant la saison d'irrigation.

ƒ

La qualité de l'eau.

Taux

d' applic.

(mm/h ) =

Debit asperseur Espacement

(litre/h ) (m x m )

Il faut également prendre en considération la vitesse du vent dans le choix du type d'asperseur ainsi que l'espacement entre les asperseurs. Plus la vitesse du vent est importante, plus l'espacement sera réduit.

Défintions de la vitesse du vent : Vent nul Vitesse moyenne : Vent fort Vent très fort

0 - 1.0 m/sec. 1,0 -2,5 m/sec. 2,5 -4,0 m/sec. supérieur à 4.0 m/sec. L'irrigation par aspersion n'est pas conseillée.

Table 5. Espacement conseillé entre les asperseurs Orientation Rectangulaire

Diagonale

Vitesse du vent m/sec

Espacement

Vent nul

60 % de la portée

2

50% de la portée

3.5

40% de la portée

Plus de 3,5

30% de la portée

Vent nul

65% de la portée

2

55% de la portée

3.5

45% de la portée

Plus de 3,5

30% de la portée

Dans les climats venteux, la disposition en quinconce permet un espacement plus important entre les asperseurs.

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MICRO-IRRIGATION Le terme micro-irrigation se rapporte aux technologies de l'irrigation qui utilisent des émetteurs d'eau aux orifices minuscules fournissant de l'eau à un faible débit. Il n'y a en fait aucune différence entre les asperseurs pour l'irrigation et les émetteurs utilisés pour la micro-irrigation. Les émetteurs ayant un débit inférieur à 200 l/h sont considérés comme étant des micro-émetteurs. Parmi les émetteurs de la micro-irrigation, nous trouvons les micro-asperseurs, les micro-jets, les pulvérisateurs, les émetteurs vortex, les nébuliseurs et les goutteurs. (Cette brochure ne traite pas de l'irrigation au goutte-àgoutte). On se sert principalement de la micro-irrigation sans goutte-à-goutte pour l'irrigation des vergers. A l'encontre des cultures de plein champ et des cultures maraîchères pour lesquelles on désire obtenir une distribution uniforme (semblable à la pluie) sur l'ensemble de la zone irriguée, dans l'irrigation des vergers, une couverture et une distribution totales sont impossibles et non nécessaires. L'objectif de l'irrigation des vergers est de fournir une quantité d'eau uniforme à chaque arbre et de la distribuer en fonction de la distribution du système racinaire dans le sol. Cependant, il existe encore des vergers irrigués par aspersion. Dans ces vergers, les asperseurs sont similaires à ceux servant pour l'irrigation des cultures de plein champ, particulièrement pour la protection antigel et anti-chaleur. Dans les vergers, en raison de l'interférence du couvert, une distribution uniforme de l'eau à la surface du sol est impossible. Quand la protection est un facteur significatif dans le choix de la technique d'irrigation, l'irrigation par aspersion est préférable dans les vergers. Cependant, cette technique comporte de nombreux inconvénients par rapport à l'irrigation par aspersion. Elle interfère avec la lutte contre les parasites en lessivant les pesticides du couvert et accroît les maladies des feuilles et des fruits. La consommation en énergie dans l'irrigation par aspersion est plus élevée que dans l'irrigation sous le couvert. La technique qui domine dans l'irrigation pressurisée dans les vergers est donc l'irrigation sous couvert avec des asperseurs à faible volume, à angle aigu, des mini et des micro-asperseurs ainsi que des micro-jets, des pulvérisateurs et des goutteurs. En général, les micro-asperseurs sont en plastique dur. Ils sont bien plus petits et bien moins chers que les asperseurs traditionnels. Il existe quatre grands types d'émetteurs : 1. Les micro-émetteurs statiques 2. Les émetteurs multi-jets 3. Les émetteurs Vortex 4. Les micro-asperseurs Les émetteurs multi-jet forment plusieurs courants qui s'échappent de l'émetteur. Ces émetteurs sont moins sensibles au vent que les micro-asperseurs. L'émetteur est fiable car il ne possède pas de pièces mobiles. Avec les déflecteurs vibrants, l'eau est éjectée d'un orifice circulaire et frappe le déflecteur qui disperse l'eau. L'émetteur est simple et fiable.

Fig. 34. Divers micro-émetteurs

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Avec les asperseurs, les déflecteurs pulvérisateurs forment une légère pulvérisation qui donne une couverture uniforme dans les sols sableux. Ils sont utiles pour la protection antigel. Cependant ils sont sensibles au vent et aux pertes dues à l'évaporation. Les déflecteurs sont disponibles en plusieurs configurations qui permettent une couverture sur un secteur allant de 45° à 360°. Les micro-asperseurs sont disponibles en différentes configurations. Ce qui les distingue est la rotation du déflecteur sur un arbre central. Ceci leur permet d'irriguer une plus grande zone que les microasperseurs. Avec les spinners, ce sont le corps et la buse qui pivotent. Cependant, les pièces mobiles augmentent la sensibilité aux facteurs extérieurs ainsi que l'usure. Ce type d'appareil est plus enclin à se casser. Durant la récolte, les cueilleurs marchent parfois sur les émetteurs des micro-asperseurs et leur tige et les cassent. Les rampes de pulvérisation d'herbicides ou autres machines peuvent également les abîmer. Les émetteurs Vortex ne comprennent aucune pièce mobile. L'eau tourbillonne dans un vortex circulaire qui transmet un faible débit par un orifice assez important, évitant ainsi les dangers de colmatage. La zone mouillée par ce type d'émetteur est inférieure à celle des autres types d'émetteurs. La majorité des micro-asperseurs est modulaire. Possédant de nombreuses pièces interchangeables, ils permettent de modifier, à faible coût, le débit, la portée, la distribution et la taille des gouttes en fonction des besoins de chacun.

Fig. 36. Micro-émetteurs modulaires 22

Fig. 35. Micro-asperseurs sur tige

Les micro-émetteurs sont moins enclins au colmatage que les goutteurs mais en cas de colmatage, il est vite remarqué et facilement éliminé. Certains émetteurs sont équipés d'une petite valve intégrale permettant de couper l'eau durant le nettoyage. D'autre part, divers types de micro-asperseurs ont tendance à se colmater tant en raison des œufs et autres excrétions des araignées, des fourmis et autres insectes, qu'au sable que les gouttes d'eau des émetteurs adjacents projettent en touchant le sol. Pour éviter tout cela, des dispositifs résistants aux insectes ont été mis au point. Il est possible d'ajouter des capsules anti-fourmis ou autres insectes désireux de pénétrer dans le système à la recherche d'eau ou de bâtir un nid près des émetteurs. Les araignées peuvent immobiliser les spinners, les mettant hors d'usage. Si le colmatage n’est pas éliminé à temps, les plantes peuvent se dessécher, entraînant, par manque d'émetteurs par plante, une baisse la production ou de la qualité.

Fig. 37. Micro-asperseur modulaire à pont

Fig. 38. Micro-asperseur à pont

Les micro-émetteurs à pression compensée et à régulation de débit servent à l'irrigation des pentes à forte dénivellation. Des écoulements pulsatoires permettent au système d'utiliser des volumes d'eau moindres. Le mode d'opération et la maintenance des microasperseurs est relativement simple par rapport aux autres systèmes de micro-irrigation. On peut également les utiliser pour la protection antigel. D'autre part, les systèmes de micro-asperseurs nécessitent généralement des débits plus importants que les systèmes en surface ou enfouis. Généralement, les micro-émetteurs sont liés aux canalisations secondaires par des micro-tuyaux en plastique. Ils sont montés sur des tiges pour garantir leur position verticale et les soulever à environ 25 cm du sol. Parfois, les micro-émetteurs filetés sont montés sur des canalisations verticales rigides de 1/2" – 3/4" ou directement sur les canalisations secondaires. Pour l'irrigation par aspersion des serres, il existe des modèles de micro-asperseurs renversables. Dans les serres, la micro-irrigation sert souvent à augmenter l'humidité relative et à faire baisser la température de l'air ambiant. Pour cela, on utilise des nébulisateurs aux gouttelettes minuscules. Ils fonctionnent par pulsations intermittentes grâce à une jauge automatique. 23

Fig. 39. Différents composants

Fig. 40. Mini-asperseur compact

Les micro-émetteurs à pont supportent mieux le spinner rotatif mais la partie verticale du pont présente une section sèche derrière le support vertical.

Fig. 41. Micro-émetteur fileté

Fig. 42. Asperseur

La micro-irrigation est une technologie efficace pour un débit faible et précis d'eau et de fertilisant dans les vergers. Dans les serres, on s'en sert par le biais de pulvérisateurs et de nébulisateurs, pour accroître l'humidité relative et contrôler le climat. L'espacement entre les émetteurs doit être réglé en fonction de la distribution de l'eau des émetteurs. Vous trouverez les données concernant la portée dans les catalogues des fabricants.

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IRRIGATION MÉCANISÉE Le manque de main-d'œuvre qualifiée ainsi que le passage rapide de l'irrigation de surface à l'irrigation pressurisée et la nécessité d'irriguer de vastes régions ont encouragé le développement de l'irrigation mécanisée. Les premières technologies développées étaient la remorque destinée à remplacer les installations d'arrosage mobile déplacées à la main et l'enrouleuse mécanisée pour remplacer l'enrouleuse manuelle. On a ensuite conçu des systèmes plus sophistiqués : le canon roulant, le déplacement linéaire et le pivot central. L'irrigation mécanisée convient à de grandes parcelles rectangulaires, de plus de 10-20 hectares de plaine ou à pente légère. L'irrigation mécanisée de parcelles irrégulières n'est pas véritablement efficace et implique des pertes d'eau.

Remorque L'irrigation remorquée consiste en des rampes d'aluminium ordinaire, de 12 m de long. Des raccords renforcés relient les rampes afin de minimiser le risque de cassure durant le remorquage. Les conduites sont soutenues par des patins ou des roulettes espacées de 6 à 12 m. Pour les conduites plus longues, le pic est monté au milieu pour une meilleure stabilité durant le remorquage. Le remorquage se fait le long des rangées.

Fig. 43. Remorque sur roues

Side-roll (remorquage latéral) Le side-roll est constitué d'une conduite en aluminium ou en fer galvanisé de 3" à 6 " de diamètre. La conduite constitue l'axe de roues métalliques de 0,5 –1 m de rayon. La longueur de la canalisation secondaire peut atteindre 300-400 m, parfois 600m.

Fig. 44. Accessoires de remorquage Les asperseurs sont montés le long de la canalisation secondaire sur des connecteurs pivotants à ballast afin de veiller à la position verticale du pic. La largeur de la zone irriguée dans chaque position dépend des spécifications de l'asperseur. En général, elle va de 20 à 30 m. Un moteur monté sur le système actionne les roues par un arbre d'entraînement qui permet de déplacer le système d'un point d'irrigation à l'autre. La durée de l'irrigation en chaque point va de 3 à 12 heures, jusqu'à ce que la quantité d'eau prédéfinie soit appliquée. A ce moment, l'eau est coupée automatiquement. Ensuite, l'opérateur actionne le moteur et déplace le système au point d'irrigation suivant, à 12-24 m de là. L'enrouleuse convient uniquement pour des dénivellations allant jusqu'à 5 % et pour des couverts de petite taille.

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Canon roulant Les canons roulants nécessitent une pression de travail élevée, de 6-8 atm. dans la buse. Le débit d'un seul canon peut aller jusqu'à 250 m3/h et sa portée jusqu'à 50 m. L'alimentation en eau se fait part une canalisation rigide ou souple de grand diamètre. Le tuyau est sur un enrouleur monté sur une remorque. Il est possible de remorquer le canon par l'enroulement du tuyau

Fig. 45. Canon roulant

sur la roue.

La force motrice est obtenue soit par un moteur intégral soit par la pression d'eau. Il est possible de réaliser un montage différent, le canon étant monté sur un chariot à roulettes et tiré par un câble.

Irrigation par translation

Fig 46. Canalisation secondaire à mouvement latéral irrigation par translation est constituée d'un tuyau en acier galvanisé de grand diamètre, de 200 à 400 mètres de long, monté sur des tours mobiles équipées de roues. Les émetteurs d'eau sont montés sur la canalisation secondaire. Le système fonctionne soit par la pression d'eau soit par un moteur électrique ou diesel. L'amenée d'eau est située en fin de conduit ou en son centre. L'alimentation en eau provient de prises d'eau situées dans le champ auxquelles on fixe un tuyau flexible de gros diamètre. On peut également pour s'alimenter en eau, tirer un long tuyau flexible ou pomper l'eau directement d'un canal situé en bordure du champ. Le dosage d'eau dépend de la vitesse de déplacement de la canalisation secondaire, du taux d'infiltration de l'eau et du débit des émetteurs. Le champ peut faire de 1000 à 2000 mètres de long. Il est possible de faire pivoter la canalisation secondaire de 180° en bout de champ et de faire le chemin dans une rangée adjacente.

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Pivot central

Fig. 47. Vue aérienne d'une zone irriguée par pivots centraux La construction du pivot central de base est similaire à celle de la translation. Il y a trois grandes différences : Le conduit secondaire pivote autour d'un point fixe (le pivot), comme une horloge. Le pivot est branché à l'alimentation en eau. En raison du mouvement circulaire, chaque émetteur couvre une zone différente. Pour une irrigation uniforme, chaque émetteur doit émettre des quantités d'eau différentes qui augmentent plus on s'éloigne du centre. Le débit nécessaire et l'espacement de chaque émetteur est calculé par un logiciel informatique spécifique. Les parcelles carrées conviennent mieux aux pivots centre car la zone mouillée couvrira environ 80 % de la surface. Il est possible de mouiller l'ensemble de la surface en utilisant un équipement d'angle. Ces dispositifs compliquent le fonctionnement de l'appareil et ajoutent environ 25 % au coût du système. Un pivot centre ayant une rampe de 400 m de long peut irriguer un cercle de 50 ha sans équipement d'angle et un carré de 64 ha lorsqu'il est équipé d'un équipement d'angle.

Fig. 48. Système universel (peut être utilisé en translation ou en pivot central)

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Fig. 49. Tour principale du pivot central Au cours de la dernière décennie, on a mis au point des systèmes à double fonction pouvant être utilisés soit en configuration de déplacement latéral soit en configuration de pivot centre. Il suffit de changer l'unité d'entraînement et l'arrivée d'eau. Le principal avantage du pivot central réside dans l'économie de main-d'œuvre qu'il fait réaliser. Étant donné que les canalisations secondaires pivotent autour d'un centre, il n'est pas nécessaire de déplacer le système d'un endroit à un autre durant le cycle d'irrigation. Les systèmes restent en général en place durant l'ensemble de la saison d'irrigation. L'alimentation en eau au pivot centre est simple. Plus besoin de longs tuyaux flexibles ou de prises d'eau, comme dans la translation. Un autre avantage du pivot centre est la simplicité de l'opération par moteur électrique que l'on peut brancher à toute source d'électricité près de la sortie d'eau. Le coût de l'infrastructure : le réseau d'alimentation, les prises d'eau, l'automation et l'alimentation en électricité peuvent, le cas échéant, se monter à 25 % - 50 % du coût brut du système. L'irrigation mécanisée économise de la main-d'œuvre mais demande des opérateurs hautement qualifiés.

Les émetteurs d'eau Les premiers systèmes mécanisés étaient équipés d'asperseurs ordinaires à haute pression. Cependant, l'uniformité de la distribution laissait souvent à désirer pour les raisons suivantes : la distance excessive entre les émetteurs, le ruissellement qu'entraînait un taux d'application élevé, l'impact des gouttes d'eau sur la surface du sol. Un autre inconvénient de ces asperseurs est leur forte consommation d'énergie. Dans les systèmes d'irrigation mobile, en plus du taux d'application, le paramètre Specific Longitudinal Discharge (SLD – débit longitudinal spécifique), c'est-à-dire le débit horaire par unité de longueur le long de la canalisation secondaire, est très important. Cela facilite l'estimation de la performance, c'est-à-dire, la surface maximum irriguée par

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le système. Le débit longitudinal spécifique est le quotient du débit horaire du système par la longueur de la canalisation secondaire.Par exemple : Débit du système - 600 m3/h, longueur de la canalisation secondaire - 400 m. SLD = 600/400 = 1.5 m3/m/h. Plus le SDL du système est élevé, plus la surface qu'il irrigue en un temps donné est importante, à condition qu'il n'y ait pas de ruissellement. En moyenne, le SLD varie de 0.5 à 2 m3/h. La vitesse de progression courante est de 50 - 100 m/h. Au cours de la dernière décennie, la tendance est à une utilisation plus dense des émetteurs à faible volume afin de surmonter les écarts mentionnés plus haut. Les asperseurs statiques et dynamiques, des rotateurs et des spinners ont été mis au point et installés à une distance de 1 à 4 m. le long de la conduite secondaire. Le débit d'un émetteur ordinaire est de 1 - 5 m3/h. Il est possible de classer les émetteurs en fonction de leur pression de service et du type de buse.Les systèmes à haute pression nécessitent une pression supérieure à 4 atm. au point d'arrivée d'eau. Les systèmes à pression moyenne nécessitent de 2 à 4 atm. au branchement d'eau.Les systèmes à faible pression nécessitent de 1 à 2,5 atm. au branchement d'eau.La pression nette nécessaire dans l'émetteur est de 3 à 6 atm. dans les grands asperseurs à impact, de 2 à 4 atm. dans les petits asperseurs, de 0,6 à 2 atm dans les buses d'aspersion et les spinners et de 0,4 à 0,7 atm. dans les émetteurs LEPA (Low Energy Precision Application ou application de précision à basse énergie). Dans la conception du système, il faut prendre en compte les pertes de friction entre l'arrivée et l'émetteur ainsi que la friction dans la canalisation secondaire et la topographie. Les asperseurs à haute pression envoient de l'eau loin. Alors, bien que le débit longitudinal soit élevé, le taux d'application local peut être inférieur à celui des systèmes de pression moyenne et faible. Les inconvénients sont le vent et les coûts d'énergie élevés. Les systèmes à faible pression ont des taux d'application locale plus élevés, ce qui peut entraîner le ruissellement malgré le faible impact des gouttes sur le sol.

Fig. 50. Espacement des émetteurs – Pivot Centre

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Fig. 51. Exemple d'engorgement par des émetteurs à pulvérisation – Gros plan Dans les pulvérisateurs statiques, le jet d'eau sortant de la buse frappe le tampon du déflecteur d'où les petites gouttes d'eau sont projetées en cône. Le diamètre mouillé est relativement petit, de 2 à 4 m, et nécessite une plus petite distance, de 1 à 3 mètres, entre les émetteurs de la canalisation secondaire. Les micro-émetteurs ont des tampons déflecteurs qui augmentent sensiblement le diamètre mouillé, jusqu'à 15 mètres et plus, permettant d'avoir plus facilement une distance de 4 m entre les émetteurs de la canalisation secondaire, ce qui réduit ainsi le taux d'application. Le type rotateur pivote doucement (1-2 t/mn). Les gouttes sont assez grosses, la sensibilité au vent est faible mais l'impact des gouttes sur la surface du sol pourrait augmenter le ruissellement.

Émetteurs à faible pression

Rotateur ondulant Pulvérisateur

Asperseur à impact

Fig. 52. Émetteurs divers Le spinner pivote bien plus rapidement, projetant des gouttes plus petites. Son impact à la surface du sol est moindre mais il est plus sensible au vent. Dans la nouvelle génération des pulvérisateurs dynamiques, tels que les pulvérisateurs ondulants et à plateau basculant, le tampon du déflecteur a, en plus de son mouvement de rotation, un mouvement de balancier, ce qui améliore l'uniformité de la distribution. L'angle de déflexion détermine la portée. Les angles vont de 100 à 450.

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Dans les sols lourds à faible taux d'infiltration d’eau, l'utilisation des rampes pulvérisantes, chacune équipée de 3 à 7 pulvérisateurs à faible volume à la place de chaque asperseur, peut réduire sensiblement le ruissellement et les pertes d'eau. Les pertes de pression et les fluctuations de chute pourraient réduire l'efficacité de l'irrigation dans les systèmes mécanisés. Une pression trop importante peut accélérer l'usure des buses et des tampons déflecteurs. Certains fabricants d'équipement exigent une garantie sur l'installation des régulateurs de pression avant l'installation des émetteurs. Dans les parcelles à topographie variée, la variation de pression implique des écarts de débit dans les émetteurs. La présence de régulateurs de pression ou de débit est donc nécessaire. L'utilisation de ces régulateurs nécessite un calibrage régulier de l'unité régulateur-émetteur au début de la saison d'irrigation. La perte de pression dans les régulateurs est de 0,3 – 0,7 bar, en fonction du débit de l'émetteur. Il faut prendre ces données en compte dans la conception la pression à l'amenée d'eau. Sur une surface plane, il est préférable de réguler la pression à l'arrivée d'eau. C'est bien moins cher et cela économise l'entretien. La hauteur de l'émetteur par rapport au couvert des cultures est un facteur important dans la gestion de l'uniformité de la distribution de l'eau. Plus l'émetteur est placé en hauteur, plus la portée augmente et l'interférence du couvert diminue, mais la sensibilité au vent augmente elle aussi. La hauteur optimale au-dessus du sol est d'environ 2 mètres. Dans les cultures à haut couvert comme le maïs, l'irrigation sous couvert est possible mais il faut alors plus d'émetteurs le long de la canalisation secondaire. En LEPA, les émetteurs sont installés sur des conduites flexibles, qui partent de la canalisation secondaire pour arriver à 0,3 –0,4 m au-dessus du sol. Les conduites sont installées une rangée sur deux sur la canalisation secondaire et le taux d'application est très élevé, d'où le danger de ruissellement. Il est possible d'y remédier par des cultures compatibles. Les unités modernes mécanisées sont équipées d’unités de contrôle sophistiquées qui permettent de contrôler totalement la vitesse du mouvement, le débit, le début de l'irrigation et l'arrêt de l'eau et qui protègent des coups de bélier et de l'éclatement des tuyaux. Les capteurs peuvent contrôler avec exactitude l'avancement et l'alignement de l'ensemble de la canalisation secondaire le long de la rangée et veiller à l'arrêt de l'eau en fin de champ. Les tours interfèrent avec la distribution de l'eau à partir des émetteurs adjacents. Il est possible de réduire cette interférence en remplaçant les émetteurs sur les tours par des émetteurs sectoriels qui envoient l'eau des deux côtés de la roue. Cela comporte un avantage supplémentaire: les roues avancent sur un sol sec sans comprimer le sol. Certaines de ces unités sont équipées de filtres automatiques intégrés. Ceci est particulièrement important quand on pompe l'eau directement d'un fossé situé dans le champ. Les systèmes à translation et à pivot central peuvent servir pour la chimio-irigation. Par le passé, on appliquait les insecticides par le système d'irrigation. Actuellement, on préfère avoir un système d'aspersion séparé monté sur le système d'irrigation.

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LE SYSTÈME D'IRRIGATION Les performances des systèmes d'irrigation sous pression dépendent des sources d'eau disponibles, des réservoirs et des installations de pompage. L'efficacité de l'emploi de l'électricité et de l'eau dépend des propriétés des systèmes de distribution.

Principaux composants du système : ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

L'unité de pompage. Le tuyau d'alimentation. La tête de contrôle. Les dispositifs d'alimentation électrique. Les tubulures. Les latéraux Les pics. Les émetteurs. Les accessoires: vannes, clapets anti-retour, ventouses de purge d'air, vannes à vide, filtres, coupleurs, régulateurs de pression et de débit, dispositifs de fertigation, etc.

L'unité de pompage La pompe élève l'eau depuis sa source (puits, rivière, lac, réservoir, canal, etc.). Les pompes sont actionnées par des moteurs électriques ou au gasoil, l'eau est fournie au système sous pression. L'eau peut provenir d'un fournisseur (source externe) responsable de la charge dans le système d'irrigation. Il arrive que l’agriculteur doive pomper l'eau à sa source ou renforcer la pression au point de fourniture. Les pompes peuvent aussi être branchées sur des moteurs électriques peu coûteux. Elles peuvent être actionnées par des moteurs au gasoil, au kérosène ou au gaz. L'efficacité de l'unité de pompage est un des principaux facteurs du coût en carburant, du débit et de la charge. L'unité de pompage comporte trois éléments principaux : le moteur, l'entraînement de la pompe et la pompe.

Fig. 53. Pompes à eau électriques

Pompes centrifuges Les pompes centrifuges servent à pomper les eaux de surface vers le système d'irrigation ou à renforcer la pression dans le système. La pompe convertit l'énergie du moteur en charge, par force centrifuge. La rotation développe la force centrifuge qui lance l'eau vers le bord extérieur de la pompe et vers l'orifice de sortie. La puissance à l’admission (CV) est proportionnelle au débit du pompage et à la charge.

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Pompes de puits artésiens Ces pompes sont installées à la verticale dans des puits et servent à pomper les eaux souterraines. Le moteur peut être monté sur la turbine, au-dessus du niveau de l'eau, ou immergé dans l'eau, dans un caisson étanche. Les pompes sont équipées d'impulseurs mixtes appliquant à la fois force centrifuge et d'élévation. Dans ces appareils toute augmentation du débit peut réduire la charge. Les pompes bien entretenues peuvent atteindre 80% d'efficacité. Si la pompe fonctionne à un taux de rendement moindre, elle est probablement mal entretenue ou usée. L'usure de la pompe s'accélère si l'eau contient du sable.

Moteurs Le rendement des moteurs électriques est généralement de 75%-90%. Le rendement des moteurs à combustion interne est généralement inférieur de beaucoup. Le rendement des moteurs à combustion interne ne dépasse pas 25-35%. Le bloc d'entraînement transmet l'énergie du générateur à la pompe. Si l'arbre de transmission des pompes électriques est relié directement à l'arbre du moteur, le bloc d'entraînement n'est pas nécessaire. Si la pompe est actionnée par un moteur à combustion interne, l'entraînement est à angle droit, ce qui peut changer la vitesse angulaire de la pompe. Le rendement des systèmes d'entraînement à angle droit est de 95% environ. Les systèmes d'entraînement à courroie ont un rendement allant de 85 à 95%. Calcul de la puissance requise dans l'arbre de la pompe

N=

QXH 270Xη

N = puissance requise (CV) Q = débit de la pompe - m3/h. H = charge total requise (élévation+pertes par friction+pertes topographiques+pression de travail) [m]. (1 m = 0,1 bar) η = rendement de la pompe [fraction décimale]

Conduites d'alimentation Les conduites d'alimentation amènent l'eau de la source au terrain irrigué. Ces conduites sont en métal ou plastique enduit ou non enduit, par exemple P.V.C., polyéthylène, polypropylène ou fibre de verre. Le diamètre des canalisations d'alimentation va de 3” (75 mm) à 14” (350 mm). Ces canalisations doivent pouvoir résister aux coups de bélier. Les pressions de travail vont de 8 à 20 atm (80 – 200 m).

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Fig. 54. Réseau de distribution de l'eau

Tête de contrôle La tête de contrôle est composée des accessoires de gestion des processus d'irrigation et de fertigation. Elle peut contenir la vanne et un filtre, si nécessaire. Les bornes de commande les plus avancées, comportent un ordinateur de contrôle, une pompe d’injection d'engrais, un régulateur de pression, une soupape de purge d'air, etc.

Les éléments de la tête de contrôle 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Tubulures en T Soupape de purge d'air Vanne principale Compteur d'eau Vanne à bille Vanne hydraulique principale Orifice de sortie d'eau vers l'injecteur d'engrais 8. Arrivée de solution d'engrais 9. Filtre 10. Régulateur de pression 11. Vannes de secteurs 12. Réservoir d'engrais 13. Contrôleur d'irrigation 14. Clapet anti-retour

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Fig. 55. Tête de contrôle type

VANNES Les vannes contrôlent le débit de l'eau dans les systèmes d'irrigation. Les vannes servent à ouvrir et fermer, à la régulation de la pression et du débit et à la prévention du reflux. Les vannes peuvent être actionnées manuellement ou automatiquement, par des mécanismes hydrauliques, électriques ou mécaniques. Divers types de vannes ont été développés pour différents besoins.

Vannes d'opercule La vanne d'opercule sert principalement à ouvrir et à fermer. Une disquette ou une cale attachée à la broche de la vanne régularise le débit. Le type le plus commun comporte une broche montante permettant de détecter le taux d'ouverture de la vanne (la partie filetée de la broche est exposée). L'action d'ouverture/fermeture est lente. On peut l'accélérer en faisant glisser la broche vers le haut ou vers le bas à l'aide d'un levier mécanique. Les vannes d'opercules régularisent le débit à une position intermédiaire (la fermeture a lieu en général quand la vanne est presque fermée). Le profil de contrôle du débit n'est pas linéaire.

Vannes à bille Cette vanne est compacte et utilise un élément sphérique de contrôle du débit. Il fonctionne en rotations de 90°. Le vanne à bille, quand ellel est entièrement ouverte, permet un débit maximal, avec une perte de charge minimale. En raison de la nature non linéaire du débit, les vanne à bille ne servent pas à régulariser le débit, sauf si elles sont spécialement conçues pour l'étranglement.

Vannes à soupape 34

Elles servent à l'étranglement et au contrôle du débit. La réaction du débit à une fermeture partielle est quasi-linéaire. La vanne à soupape est contrôlée par un arbre montant. La vanne est telle que l'eau fait deux tours à 90° à travers la vanne ouverte. La perte de charge est donc plus importante qu'avec une vanne entièrement ouverte. La perte de charge constitue le principal inconvénient de ce type de vanne.

Vannes à coude et en "Y" Les vannes à coude et en "Y" ont des pertes de charge réduites et un écoulement linéaire. Les vannes à coudes comportent moins d'angles que les vannes à soupape, l'eau ne prend qu'un virage à 90°. Dans la vanne en "Y" l'eau doit prendre deux virages, mais les angles sont de 45°. Le cheminement de l'eau est presque aussi libre que dans les vannes d'opercule.

Vanne en Y

Vanne hydraulique Vanne à soupape Vanne à bille Fig. 56. Configurations de vannes

Vanne doseuse

Vanne à membrane L'eau est séparée de l'arbre et de l'embase par une membrane souple. La membrane est pressée contre un déversoir, ce qui ferme la vanne. Entièrement ouverte, ce type de vanne perd très peu de charge. L'arbre de ces vannes est similaire à celui des vannes d'opercule.

Vannes à ailettes Dans ces vannes, l'élément de contrôle du débit est un disque pivotant sur un axe dans le carter. Le disque pivote et se place parallèlement au sens de l'écoulement de l'eau quand la vanne est entièrement ouverte, ce qui réduit les pertes par friction. Les vannes à ailettes sont simples et compactes, et leur capacité d'étranglement est bonne. La réaction de l'eau à la fermeture n'est pas linéaire.

Vannes de commande Elles comportent une vanne et un vérin. Les vérins employés en irrigation sont électriques ou hydrauliques. Les vannes sont de type à piston ou à diaphragme souple, contrôlées par une vanne électrique (bobine) ou un vérin hydraulique. Le courant est transmis par des fils électriques, ou la pression hydraulique via des tubes de petit diamètre. Les vannes de régulation sont de deux types - normalement ouvertes (NO) ou normalement fermées (NC norm. closed). NO signifie que la vanne est ouverte quand elle ne fonctionne pas. NC signifie que la vanne est fermée quand elle ne fonctionne pas. Le type NC est plus sûr car l'eau ne s'écoule pas quand il y a une panne ou une interruption du courant. Mais les pertes d'eau sont plus importantes.

Commande électrique des vannes hydrauliques L'élément de commande est souvent actionné par la pression hydraulique, activée par le courant électrique fournie par le vérin. Le contrôle du débit peut être via un piston qui ouvre ou ferme la vanne. Le vérin du piston peut servir de régulateur de débit.

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Commande mécanique Fig. 57. Vannes de commande

Commande électrique

Commande hydraulique

L'électrovanne, fréquemment employée en irrigation, emploie la force électromagnétique pour actionner directement le piston ou activer l'ouverture de la vanne. Les vannes électriques peuvent être ouvertes ou fermées manuellement.

Commande hydraulique de la vanne La structure de la commande hydraulique ou du vérin est similaire à cette de la vanne de commande électrique, mais l'énergie provient des variations de pression au-dessus de l'actionneur de la membrane ou du piston. La variation de pression est transmise par les canalisations de commande hydraulique ou par diversion d'une partie de l'eau s'écoulant à travers la vanne. La plupart des vannes de commande hydraulique sont de type NO.

Clapets anti-retour Elles servent à empêcher le reflux de l'eau dans les réseaux d'irrigation et d'alimentation en eau. Les éléments de commande possibles sont par bille, élévation du disque, disque basculant, languette ou disque oscillant. La pression de l'eau s'écoulant dans la direction ordinaire maintient le passage ouvert. Le reflux est empêché par pesanteur ou par action d'un ressort, même si la pression en aval est supérieure à la pression en amont. La pression due au reflux ou le poids de la colonne d'eau dans le tuyau fait que l'élément de contrôle est pressé contre l'obturateur, qu'il bouche et empêche le reflux.

Clapet anti-retour Fig. 58. Clapets anti-retour

Coupe du clapet anti-retour

Clapet anti-retour double

Soupapes de limitation de pression Elles protègent le réseau d'irrigation contre les coups de bélier. Elles s'ouvrent rapidement et laissent passer une petite quantité d'eau, de manière à réduire les pressions trop fortes. Leur fermeture est par disque à ressort ou par pression hydraulique. Dans certains types de

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vannes, le ressort peut être ajusté à une pression limite prédéterminée. En cas de pression trop forte, la vanne s'ouvre et évacue un peu d'eau.

Régulateurs de pression Ils sont employés dans des systèmes fonctionnant à pression faible et constante en raison de leurs composants particulièrement sensibles, par exemple les latéraux ou les émetteurs. On les emploie aussi dans des systèmes soumis à des fluctuations de la pression, pour maintenir une pression constante en aval du régulateur. La structure du régulateur de pression est similaire à celle des vannes à membrane ou des soupapes de purge à ressort.

Régulateur de pression

Montage de 6 unités

Régulateur de pression à commande hydraulique

Fig. 59. Régulateurs de pression Le débit est étranglé par l'action d'un ressort sur le dessus de la membrane et par la contrepression de l'eau en dessous de la membrane. L'eau sur le côté à haute pression est déviée vers la cavité au-dessus de la membrane pour compenser la compression du ressort en fonction de la pression en amont. La vanne de commande est étranglée et maintient la pression au niveau prédéterminé.

Soupapes de purge d'air L'air emprisonné dans un réseau d'irrigation constitue un problème sérieux, les dégâts possibles sont loin d'être négligeables. L'air s'introduit dans le système quand le pompage est amorcé ou à la fermeture, si les vannes locales restent ouvertes. L'air entre dans le réseau drainé via les émetteurs. Au début de l'irrigation, la pénétration d'air dans le compteur d'eau peut le fausser, dans les cas extrêmes il peut chauffer et faire fondre les pales du propulseur. Un autre effet possible est celui des coups de bélier dus à l'air comprimé qui risque de faire éclater les tuyaux si la pression dépasse la résistance du système. On évite les poches d'air à l'aide des soupapes de purge. Les vannes doivent être installées aux points les plus élevés du réseau, là où l'air s'accumule. La soupape agit via son flotteur. Si le tuyau est vide ou partiellement plein d'eau, le flotteur est bas et l'orifice sur le dessus est ouvert et laisse l'air s'échapper. Une fois les canalisations pleines d'eau, le flotteur monte et bouche l'orifice. Les soupapes de purge d'air sont de deux types : Soupape à air cinétique servant à évacuer de grandes quantités d'air à faible pression. Utile en début d'irrigation, quand on veut évacuer beaucoup d'air en peu de temps. Elles servent aussi à introduire de l'air dans le réseau après sa fermeture, pour éviter le vide dans les canalisations. Ce type de soupape ne fonctionne pas à haute pression quand le réseau est plein d'eau.

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Soupape à air automatique fonctionnant à haute et basse pression, mais n'évacuant que de petites quantités d'air. Sa fonction principale est d'évacuer les petites quantités d'air s'échappant de l'eau, en raison des variations de température et de pression.

La soupape à air combinée comporte les deux fonctions dans un même caisson, elle répond à tous les besoins de purge d'air.

Fig. 58. Coupes des soupapes de purge d'air

Capacité de la vanne L'eau s'écoulant dans une vanne perd de l'énergie par friction avec les parois de la vanne et avec les autres composants. Si la surface de passage est plus grande, que les parois sont plus lisses et que le tuyau comporte moins de coudes, la capacité de la vanne sera supérieure. Par convention, le facteur du débit (Kv) est celui du débit causant une perte de charge de 10 m (1 atm.).

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AUTOMATISATION Dans les systèmes d'irrigation modernes, l'automatisation est un des principaux éléments du fonctionnement. On économise ainsi de la main-d'œuvre et on améliore la précision et la régularité de l’irrigation et de la distribution des engrais. L'automatisation se base sur quatre facteurs: les dispositifs de détection et de mesure; les appareils de commande et de régulation; les outils d'entrée ou de sortie et la bonne communication entre les différents éléments. Le contrôle du temps et des quantités sont deux éléments de base de l'automatisation. On classifie les systèmes d'automatisation selon l'étendue du contrôle: ƒ Ponctuel: dispositif automatique monté directement sur la vanne, contrôlant exclusivement cette vanne, sans rapport avec les autres. ƒ Local : plusieurs vannes d'une même parcelle, contrôlées et coordonnées par une seule unité. ƒ Centrale : plusieurs unités locales reliées à une unité centrale contrôlées par elle.

Fonctions L'automatisation est plus ou moins sophistiquée : ƒ Arrêt de l'écoulement de l'eau. Ouverture manuelle. ƒ Ouverture et fermeture automatiques, selon un horaire. ƒ Ouverture selon un certain horaire, fermeture selon une certaine quantité. ƒ Idem avec en plus feedback et enregistrement du volume écoulé. ƒ Irrigation et fertigation combinées, avec ou sans enregistrement du volume d'eau ou de la quantité d'engrais. ƒ Ouverture en séquence des vannes de la parcelle. ƒ Commande de l'irrigation basée sur des informations provenant de détecteurs. par ex.: température, vent, pluie, degré d'humidité de la terre, charge d'eau, etc. ƒ Contrôle des sources d'eau selon la demande sur le terrain. ƒ Contrôle des sources d'eau et des systèmes d'irrigation intégrés. ƒ Conception et exploitation des systèmes d'irrigation intégrés.

Compteurs d'eau Le compteur est l'élément de base du contrôle de la distribution de l'eau dans les systèmes d'irrigation sous pression. C'est le seul moyen de contrôler quantitativement l'irrigation. Le compteur d'eau le plus simple consiste en un boîtier contenant un propulseur horizontal ou vertical. Le flux d'eau entraîne les propulseurs, le mouvement de rotation est transmis à un appareil de mesure monté sur le boîtier. L'appareil de mesure est calibré, il compte la quantité d'eau passant dans le boîtier. Le compteur d'eau affiche la quantité fournie ou envoie les données à un contrôleur d'irrigation, un ordinateur ou un enregistreur, via un dispositif électrique. 39

Compteur d'eau Waltman électrique Fig. 61. Compteurs d'eau

Coupe du compteur d'eau

Compteur avec signal

Méthodes de contrôle Deux types de méthodes sont utilisées en irrigation : ƒ Boucle de contrôle ouverte avec action prédéfinie uniquement. ƒ Boucle de contrôle fermée collectant les données des détecteurs, décidant et appliquant ces décisions.

Systèmes à boucle de contrôle ouverte Les décisions sont prises par l'opérateur qui ajuste l'appareil selon les performances voulues. Les appareils qui nécessitent une intervention manuelle externe sont des systèmes à boucle ouverte. Dans les systèmes ouverts avec minuterie, la durée de l'irrigation est contrôlée. Les paramètres de base sont les horaires, les intervalles et la durée de l'irrigation. Les appareils combinés ont une minuterie pour fixer l'heure de début et un compteur pour interrompre l'irrigation après un certain volume d'eau. Les systèmes à boucle ouverte sont peu coûteux, d'un emploi simple, et il est facile de se les procurer, cependant ils nécessitent de fréquentes remises à zéro manuelles.

Systèmes à boucle de contrôle fermée L'opérateur définit globalement la fonction. Le système de contrôle décide quand et combien d'eau distribuer. Le contrôleur reçoit le feedback du ou des détecteurs. Les paramètres sont ceux de l'environnement: humidité de la terre, température, rayonnement solaire, vitesse du vent et humidité relative. Les données sont comparées au programme prédéfini et l'irrigation est enclenchée si nécessaire. La décision se base sur les mesures de l'humidité du sol et les calculs de consommation en eau des plantes.

Minuteries d'irrigation Les minuteries d'irrigation sont des horloges activant une ou plusieurs unités du système d'irrigation selon un horaire prédéfini. Les minuteries d'irrigation assurent plusieurs des fonctions suivantes :

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ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Horloge/minuterie mesurant l'heure en vue de l'irrigation prévue. Un calendrier de sélection des jours d'activation du système. Réglage de la date de la station permettant de déterminer le jour et l'heure de début, et la durée, pour chaque station. Lancement manuel permettant à l'opérateur de lancer un cycle sans modifier le programme. Lancement manuel de chaque station, permettant à l'opérateur de lancer un cycle sans modifier le programme. Interrupteur principal contrôlant l'activation de l'ensemble du système d'irrigation. Suppression de station servant à exclure certaines stations du prochain cycle d'irrigation. Vanne principale contrôlant le matériel de prévention du reflux et l'interruption automatique de l'irrigation en cas de panne du système. Branchement de la pompe reliant la bobine de lancement de la pompe au vérin de chaque station. Le contrôle du pompage est synchronisé au contrôle de l'irrigation. Les minuteries sont électromécaniques ou électroniques.

Contrôleurs électromécaniques Les contrôleurs électromagnétiques comportent une horloge électrique et un interrupteur mécanique pour les vannes d'irrigation. Ils sont fiables et insensibles aux variations de l'alimentation électrique. En cas de panne, le programme n'est pas effacé. Les options de programmation sont cependant limitées, par rapport aux appareils électroniques.

Contrôleurs électroniques Les contrôleurs électroniques sont faits de semi-conducteurs et de circuits intégrés, gérant l'horloge/la minuterie, la mémoire et les fonctions de contrôle. Certains systèmes sont sensibles à la stabilité de l'alimentation électrique et ne supportent pas les pointes de courant. Les contrôleurs sont modulaires, de nombreuses options sont proposées à un prix relativement bas. Les minuteries sont fréquemment employées dans les jardins particuliers, les pépinières et les serres de propagation. L'irrigation dure relativement peu de temps, et le manque de précision en raison des fluctuations de pression n'est pas crucial. On peut améliorer la précision et veillant à maintenir une pression constante à l'aide d'une pompe d'appoint et de régulateurs de pression.

Systèmes de commande d'irrigation sur ordinateur Les systèmes informatisés sont combinés logiciel/matériel, ils gèrent l'irrigation et la fertigation par boucle fermée. Le système surveille les variables mesurées, les compare avec les valeurs visées, décide des actions à entreprendre et les exécute.

Senseurs Le senseur ferme le circuit en réaction au changement d'un paramètre spécifique. Les senseurs sont de deux types : continus ou discrets. Les détecteurs continus transmettent un signal électrique continu, par exemple la tension, la conductivité, la capacitance ou le courant.

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Ils sont employés quand la valeur de la variable est nécessaire, et qu'une décision de type oui/non n'est pas suffisante, par exemple quand on mesure les fluctuations de pression. Les détecteurs discrets sont en fait des commutateurs mécaniques ou électroniques, à deux positions. Ils sont utiles quand on vérifie un certain seuil, par exemple ouverture/fermeture d'un dispositif. Ils peuvent indiquer si le seuil a été atteint. Par exemple, un détecteur discret peut être un interrupteur avec flotteur dans un réservoir ou un tensiomètre à commutation vérifiant si l'humidité du sol a dépassé un certain seuil. Les variables mesurées par les systèmes informatisés sont les suivantes : débit, pression, humidité du sol, température de l'air, vitesse de l'air, rayonnement solaire, humidité relative, conductivité de l'eau, et pH de l'eau.

Interface A/D Les signaux analogiques des détecteurs doivent être convertis en données numériques pouvant être lues par l'ordinateur. La conversion est effectuée par une interface Analog-toDigital (A/D). Les signaux discrets résultant de la fermeture des circuits et de la mesure des seuils sont enregistrés en mémoire. Les signaux électriques continus (analogiques) sont convertis en nombres binaires. La précision de la conversion dépend de la résolution de l'équipement de conversion.

Types d'ordinateurs Le matériel de conversion A/D est directement relié à l'ordinateur. L'ordinateur peut être un PC ou un contrôleur spécifique programmé.

Communication Sauf pour les cas d'automatisation ponctuelle, dans laquelle l'unité de contrôle est montée directement sur la vanne de sortie, les détecteurs sont reliés à l'unité de contrôle de la vanne de sortie. Dans certaines circonstances, une ligne de communication en plusieurs étapes est nécessaire. Les signaux entre l'unité de commande et les unités terminales sont envoyés sous forme de pulsions hydrauliques ou électriques. Sur de courtes distances, la communication hydraulique est plus avantageuse que la communication électrique. Aucune source d'énergie externe n'est nécessaire pour les vannes à grand diamètre à action hydraulique, et il n'est pas non plus nécessaire de convertir les signaux électriques via une vanne électrique. La canalisation de contrôle de l'eau en 6/4-8/6 mm est moins coûteuse qu'un câble électrique. Les points faibles de la communication hydraulique sont l'interférence de la topographie, la vulnérabilité aux dégâts mécaniques et la pénétration de l'air. Dans le passé, la longueur des lignes de communication était limitée à quelques centaines de mètres. Par la suite, on a développé des accessoires permettant d'allonger les lignes et de résoudre les problèmes de topographie. Un autre inconvénient de la communication hydraulique est celui de la communication à sens unique, sans possibilité de feedback vers l'unité principale. Les pulsions électriques sont transmises par câbles ou appareils radio. Jusqu'à 1000 mètres, la communication par câbles est moins chère. Le matériel de communication radio est sensible aux interférences d'autres émissions et aux intempéries, alors que les câbles sont susceptibles de pannes mécaniques.

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L'activation des vannes terminales par les pulsions électriques se pratique uniquement dans les jardins particuliers et les pépinières, avec des vannes en général de petit diamètre. Les vannes de diamètre important sont à commande hydraulique. Le signal électrique est converti par un petit solénoïde contrôlant l'arrivée d'eau à la vanne hydraulique.

Configuration Les systèmes automatiques locaux contrôlent les programmes (horaire) de l'irrigation et le dispositif de fertigation. On peut éventuellement installer une unité de commande dans les systèmes automatiques en série. Dans l'irrigation séquentielle, la fermeture d'une vanne provoque l'émission d'un signal hydraulique d'ouverture de la vanne suivante. Dans des systèmes plus sophistiqués, la séquence est contrôlée par un contrôleur central. Les réseaux d'automatisation sont de deux types. Dans les configurations en étoile, chaque unité locale est reliée à l'unité centrale. Le câble de connexion est à deux fils, ce qui permet d'envoyer un signal et de fournir de l'énergie. Si un feedback est nécessaire, il faut installer un câble à trois fils. Dans les circuits en boucle, toutes les unités sur le terrain sont reliées en chaîne à l'unité centrale, par un câble. Le câble comporte plusieurs fils, chaque unité locale est reliée à la centrale par deux ou trois fils. Une autre configuration possible est celle du câble à deux fils où les deux câbles sont reliés à chacune des unités locales. L'ordinateur de l'unité centrale examine constamment les unités locales par une émission à haute fréquence, identifiant chaque unité, lui envoyant les informations pertinentes et recevant un feedback. Dans cette configuration, le matériel sur le terrain est moins cher, à condition d'utiliser un bon ordinateur.

Fonctions logicielles Le développement rapide et la réduction des prix des micro-ordinateurs permettent une plus grande sophistication. Les microprocesseurs, PCB et terminaux composant les nouveaux ordinateurs et contrôleurs d'irrigation sont des produits standards. Ce type de configuration permet l'intégration des opérations de programmation horaire, opération et contrôle, dans une même unité. Le fonctionnement conditionnel, relatif aux données reçues depuis les unités distantes ou locales, ou la gestion intégrée de systèmes d'irrigation entiers - de la source d'eau à la dernière vanne sur le terrain - est devenu une norme.

Fig. 62. Contrôleur d'irrigation

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FILTRATION Une filtration adéquate est essentielle en irrigation pressurisée. Un grand nombre de problèmes lors de la transition à l'irrigation pressurisée peuvent être attribués à une filtration inadéquate, et donc à des émetteurs bouchés et à une distribution de l'eau inégale. Les impuretés de l'eau sont de trois types : ƒ solides inorganiques en suspension - sable, limon, argile, précipités chimiques, ƒ organismes : zooplancton, phytoplancton, algues, protozoaires, bactéries et champignons, ƒ débris organiques. En général, les eaux de surface pompées dans des sources naturelles - bassins, lacs, rivières, cours d'eau, canaux et réservoirs locaux, contiennent plus d'impuretés que les eaux souterraines. L'irrigation à base d'eau recyclée implique également un haut niveau de filtration. En irrigation pressurisée, il est important de filtrer l'eau avant qu'elle n'arrive à l'émetteur, susceptible de s’obstruer. Différentes techniques de filtration sont employées : tamis, disques cannelés, gravier ou sable. Les séparateurs de sable fonctionnent selon des principes particuliers, force centrifuge ou sédimentation.

Filtres à tamis Le filtre à tamis est le type le plus fréquent en irrigation. Le caisson est en métal ou en plastique renforcé. Il comporte quatre ouvertures : l'arrivée et la sortie d'eau, la vanne de drainage et l'ouverture de nettoyage sur le dessus. La plupart des éléments de filtration sont composés d'un support cylindrique en plastique moulé et du tamis. Le tamis peut être en acier inoxydable, nylon ou polyester. Les trois principaux types de tamis sont : les plaques perforées en acier qui n'ont pas besoin de support, les fils profilés et les fils tressés. Les fils tressés sont les plus courants car leur rapport de perforation à la surface totale du tamis est le plus élevé. Les divers types de tissage sont adaptés à différents besoins de filtration.

Fig. 63 Composants des filtres

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Plaque perforée

Fils profilés

Fils tressés

Fig. 64. Types de tamis La maille tressée est le principal type de filtre à tamis, sa porosité est la plus élevée relativement à sa surface totale. Le degré de filtration est défini selon deux systèmes d'unités distincts : microns et norme mesh. La notation en microns du niveau de filtration indique le plus grand diamètre de particule pouvant passer à travers les mailles du filtre. La norme mesh compte le nombre de fils sur une longueur de 1 pouce (25,4 mm). Les deux définitions ne sont pas entièrement interchangeables. Avec la même norme mesh, la largeur de la perforation peut varier en raison de l'épaisseur des fils. La conversion approximative d'un système à un autre se fait de la manière suivante : norme mesh x microns = 15 000.

Table 6. Exemples de perforation du tamis Norme mesh

Taille des trous [microns]

Epaisseur des fils [microns]

40

420

250

50

300

188

80

177

119

100

149

102

120

125

86

155

100

66

200

74

53

A. Disques cannelés B. Fil tressé supporté C. Plaque perforée

Fig. 65. Eléments de filtration

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Le choix du degré de filtration approprié dépend du diamètre du canal d'eau dans les émetteurs et du caractère des impuretés dans l'eau. Si les impuretés sont des solides inorganiques en suspension (sable, limon, précipités chimiques), le diamètre de perforation maximal sera 40 %-50 % du plus petit canal du émetteur. Si les impuretés sont organiques ou biologiques, le diamètre de perforation maximal sera 25 %-30 % du plus petit canal du émetteur. Les filtres à tamis sont adaptés aux eaux aux impuretés inorganiques ; les déchets organiques ou biologiques boucheraient le filtre rapidement.

Fig. 66. Exemple de perte de charge dans les filtres à tamis

Filtres à disques

Fig. 67 Filtre à disque, mode d’écoulement de l’eau

Fig. 68 Filtre à disque

Les filtres à disques conviennent aux eaux mixtes, contenant des particules inorganiques solides et des débris organiques. Le caisson est en métal ou en plastique. L'élément de filtration est fait de disques cannelés empilés, fortement retenus par un couvercle vissé. L'eau est filtrée lors de son passage à travers les cannelures. Les intersections des cannelures assurent une filtration "en profondeur". Les particules plus grosses sont retenues sur la surface extérieure, les plus petites et les débris organiques sont retenus par les cannelures intérieures. Le filtre du disque a une capacité de rétention supérieure à celle des filtres à tamis de mêmes spécifications. La définition du degré de filtration est 46

équivalente à celle des filtres à tamis. Le code des couleurs des disques indique le niveau de filtration.

Table 7. Degré de filtration des disques (exemple) Norme mesh

Taille des trous [microns]

Couleur du disque

18

800

Blanc

40

400

Bleu

80

200

Jaune

120

130

Rouge

140

115

Noir

200

75

Vert

600

25

Gris

Filtres à média Les filtres à média servent à protéger les émetteurs et micro-asperseurs à canaux étroits contre les dégâts causés par des eaux chargées en matières organiques, pompées dans des plans d'eau de surface ou recyclées. Le large conteneur de média (0,5 - 1,25 m) est en acier au carbone enduit d'époxy, en acier inoxydable ou en matière plastique renforcée telle que la fibre de verre. Le média de filtration est du gravier de basalte de 1,5 - 4 mm, des particules de granite écrasées ou du sable fin de silicate. Les déchets organiques adhèrent à la surface des particules et s'accumulent dans le filtre. On rince à rebours régulièrement pour éliminer les déchets accumulés et réduire les pertes de charge. Le degré de filtration est similaire à ceux des filtres à tamis ou à disques.

Fig. 69. Filtre à média, processus de filtration

Fig. 70. Filtre à média, processus de rinçage à rebours 47

Table 8. Taille des particules des médias sablonneux et code mesh des tamis Granulométrie sable

Taille sable effective [mm]

Code mesh du tamis

8

1.5

70

11

0.8

140

16

0.65

170

20

0.45

230

30

0.28

400

Fig. 71. Filtres à média parallèles

Séparateurs de sable Le sable et d'autres particules de terre nous obligent à employer des éléments de filtration plus fins, lesquels se bouchent plus rapidement. Il est donc préférable de commencer par éliminer le sable et les autres particules de terre par sédimentation dans des séparateurs de sable, avant la filtration. Il existe deux types de séparateurs de sable. Le principe traditionnel est celui de la sédimentation des particules dans l'eau en ralentissant le flux dans des décanteurs. Les décanteurs fermés conservent la charge de l'eau, contrairement aux décanteurs à ciel ouvert après lesquels il faut pomper l'eau à nouveau. Le second type est celui du séparateur centrifuge (hydrocyclone) qui isole le sable et les autres particules suspendues par écoulement tangentiel dans un conteneur conique. Les particules de sable sont projetées contre la paroi conique par la force centrifuge, et s'accumulent au fond du cône dans un collecteur. Une fois plein, le collecteur est rincé à la main ou automatiquement. L'eau débarrassée de ces particules s'écoule hors du séparateur.

.

48

Fig. 72. Hydrocyclone

Fig. 73 .Fonctionnement de l'hydrocyclone

Fig. 74. Séparateur de sable (hydrocyclone)– pertes de charge et débit recommandé

Filtres à tamis à aspiration Ces filtres grossiers (30 - 10 mesh, 0,5 - 1,5 mm) sont montés à l'entrée du tuyau de pompage. Leur fonction est de protéger la pompe. Ils peuvent être employés uniquement si la contamination organique est modérée. En cas de concentration trop élevée, le filtre se boucherait rapidement.

Caractéristiques des filtres Fiabilité 49

Les filtres à disque sont considérés comme extrêmement fiables. L'élément de filtration est moins problématique et plus fiable que dans les filtres à tamis, moins fiables. Les tamis ont tendance à se déchirer et à s'effilocher, en raison de la corrosion et des fluctuations de pression. La structure du squelette du tamis est conçue pour résister aux coups de bélier.

Capacité et pertes de charge Tous les filtres provoquent une perte de charge de l'eau. La perte de charge dépend du type de filtre, du degré de filtration, du débit et du taux d'encrassement. Divers paramètres de la structure du filtre affectent les pertes de charge. En général, en raison des pertes de charge élevées et de l'accumulation rapide des déchets, plus la filtration est fine, et plus le débit nominal est faible. Dans les filtres à tamis, on doit considérer les paramètres suivants : Diamètre: le diamètre des orifices d'arrivée et de sortie de l'eau. Surface de filtration: la surface totale de l'élément filtrant. La surface de filtration requise pour une eau moyennement sale est de 10-30 cm2 pour un débit de 1 m3/h d'irrigation, 25-60 cm2 pour des micro-asperseurs et 60-150 cm2 pour des émetteurs de goutte à goutte. Surface de perforation: la surface ouverte totale des perforations. Rapport de filtration effectif: le rapport entre les surfaces de perforation et de filtration. Rapport de filtration: le rapport entre les surfaces de perforation et de l'orifice d'arrivée. Plus les paramètres ci-dessus sont élevés, plus la capacité du filtre est élevée. Dans d'autres types de filtres, la capacité nominale est fonction des pertes de charge autorisées. La capacité nominale de débit des filtres est celle d'une perte de charge de 2 mètres (0,2 atm.) dans un filtre propre. La perte de charge est proportionnelle au degré d'encrassement. On doit nettoyer le filtre quand la perte de charge atteint 5 mètres (0,5 atm.). Dans les séparateurs de sable centrifuges (hydrocyclones), une perte de charge minimale de 1,5 mètres (0,15 atm.) est nécessaire à une bonne séparation, la perte de charge va donc de 2,5 à 5 mètres (0,25 - 0,5 atm.). Si le débit de l'eau varie fréquemment, il est préférable d'installer une série de séparateurs en parallèle, munis d'une vanne de mise en marche. Le nombre d'unités actives par application doit être ajusté au débit spécifique. La capacité d'accumulation des déchets est faible dans les filtres à tamis, plus élevée dans les filtres à disques et encore plus élevée dans les filtres à média (sable et gravier).

Table 9. Exemples de capacité nominale des filtres Marque Odis Arkal Arkal Arkal Amiad Amiad Odis Netafim Netafim

Type et diamètre du filtre Tamis 2” Disque 2” Disque 2” Disque 2” Tamis 3” Disque 3” Tamis 4” Gravier 4” Séparateur de sable 6”

Degré de filtration [microns] 60-400 100-400 75 25 80-300 100-250 60-400 60-200

50

Capacité m3/h 15-25 25 16 8 50 50 80 60-120 140-230

Direction du flux La direction du flux de l'eau à travers l'élément de filtration constitue un facteur important. Dans les filtres à disque, la direction obligatoire du flux est du périmètre vers l'intérieur. De cette manière, la surface extérieure de la pile de disques peut arrêter davantage de grosses particules que la surface intérieure, plus petite. Cependant, dans les filtres à tamis, l'écoulement de l'intérieur vers l'extérieur correspond mieux aux mécanismes d'auto-nettoyage et protège les tamis contre les coups de bélier. Nombre de filtres à tamis comportent deux éléments de filtration. Le premier est le tamis grossier externe qui retient les grosses particules, et le second est le tamis interne plus fin pour la phase finale de filtration. Dans certains filtres, le flux en diagonale ou en spirale entraîne les déchets vers le haut ou le bas du filtre, d'où ils sont facilement éliminés par rinçage ou ruissellement. Dans les filtres à média l'écoulement se fait vers le bas. L'eau pénètre dans le réservoir par le haut et sort par le bas, après avoir traversé le média de filtrage qui est sur une plaque perforée qui retient les particules. Le rinçage à rebours se fait dans la direction inverse, vers le haut. Un tiers du volume du réservoir reste vide, pour faciliter ce processus. Dans les séparateurs de sable, le flux tangentiel de l'eau et le mouvement centrifuge provoquent la séparation des solides qui restent au fond du séparateur. La sortie de l'eau se fait au-dessus du filtre.

Exploitation et maintenance Une bonne filtration requiert une maintenance de routine très stricte. Le nettoyage régulier des éléments est obligatoire. Le meilleur indicateur pour le nettoyage est la différence de pression entre l'arrivée d'eau et la sortie. La différence de pression augmente avec la quantité de déchets sur l'élément de filtration. On installe des mamelons de mesure de pression avant et après le filtre. La pression peut être surveillée manuellement avec un piézomètre en aiguille ou en branchant deux mamelons à une vanne à trois voies, sur laquelle on monte un manomètre. Il est recommandé de procéder au nettoyage quand la différence de pression atteint 0,5 atm (5 m). En cas de nettoyage manuel, on vérifiera le bon état des éléments de filtration. Il faut vérifier tout particulièrement les joints toriques entre le boîtier du filtre et le couvercle. Dans les filtres à disques, les disques cannelés doivent être rincés à l'eau. La vis de serrage doit être desserrée pour permettre la séparation des disques par l'eau. Il est important de ne pas laisser les déchets s'écouler vers la sortie d'eau et de resserrer les disques après le nettoyage des filtres.

51

Auto-nettoyage et rinçage automatique Dans certaines circonstances, il est pratiquement impossible de nettoyer les filtres à la main. C'est le cas si l'eau est gravement contaminée, quand les filtres sont installés à grande distance ou quand la main d'œuvre est rare ou coûteuse. Divers mécanismes de nettoyage automatique ont été développés pour divers besoins de filtration. La plupart de ces procédures se basent sur une mesure de la pression différentielle et sur une action d'auto-nettoyage quand cette pression atteint un certain seuil. Une autre méthode est celle des nettoyages à intervalles réguliers. Il existe plusieurs méthodes d'auto-nettoyage des filtres à tamis. Les filtres circulant maintiennent le débit d'eau filtrée sans augmenter les pertes de charge. Un mouvement en spirale vers le bas de l'eau évacue constamment les déchets vers une autre cavité en fin de caisson. Les déchets accumulés peuvent être drainés manuellement, continuellement par un purgeur ou automatiquement quand la différence entre l'arrivée et la sortie atteint le niveau fixé. Le processus de nettoyage dure un certain temps, fixé d'avance. Les mécanismes de nettoyage et de rinçage peuvent se faire par pression hydraulique de l'eau ou par un moteur électrique. Le nettoyage des tamis se fait par brosses rotatives ou mamelons de succion. Pour des tamis relativement grossiers (plus de 200 microns), les brosses suffisent, alors que pour des tamis plus fins, la succion est plus efficace.

Fig. 76.Filtre automatique (brosse)

Fig. 77. Filtre automatique (succion)

Le rinçage automatique des filtres à disque commence par le desserrage de la pile de disques. Le mécanisme "spin-klin" combine le rinçage à rebours par l'eau, le desserrage de la pile et la rotation des disques une fois séparés par l'eau qui évacue les déchets des cannelures, à l'aide d'une vanne de drainage s'ouvrant automatiquement. Le rinçage automatique des filtres à média se fait par écoulement par le bas, ce qui fait flotter les déchets accumulés et les évacue par la vanne de drainage. Le flux à contresens s'enclenche automatiquement lorsque la pression différentielle atteint une certaine valeur. Le rinçage automatique des filtres à média et à disques requiert le flux à contre-sens de l'eau filtrée. Ces filtres sont généralement installés en série et leur rinçage est séquentiel, s'effectuant l'un après l'autre.

52

Arrivée d'eau

Sortie d'eau

Sortie d'eau de drainage

Fig. 78. Système de filtration automatique d'asperseur – écoulement

Emplacement du filtre L'emplacement du filtre dans le système d'irrigation est déterminé par la qualité de l'eau et les exigences de filtration des émetteurs. Quand on pompe des eaux contaminées de surface (rivières, cours d'eau, canaux ou autres plans d'eau ouverts), le site de la pompe et la profondeur du tuyau de succion sont très importants. Il est préférable, dans la mesure du possible, de ne pas pomper dans le sens du vent, car les débris flottants seraient poussés vers le point de succion. La profondeur de pompage optimale se trouve sous la couche de végétation de surface mais assez près de la surface pour que la teneur en oxygène de l'eau soit adéquate. Quand cela est possible, il est préférable de pomper dans une cage de pompage protégée par un filtre grossier, pour éviter le colmatage du tuyau de succion. Si l'eau pompée contient du sable ou d'autres solides en suspension, on doit installer un décanteur avant la pompe ou un séparateur de sable après, pour éviter la sédimentation des solides dans le réseau de canalisations. Si l'eau est extrêmement contaminée, la filtration se fera en plusieurs étapes. On doit installer un filtre automatique (tamis, disques ou à média) ou une batterie de filtration, au 53

site de pompage, ainsi que des filtres de secours à tamis ou à disques dans les zones irriguées. Si l'eau provient d'un puits artésien profond et est moyennement contaminée, la filtration sur le terrain sera suffisante.

Autres traitements de l'eau Il est parfois nécessaire d'effectuer un traitement chimique avant d'irriguer, généralement oxydation et acidification. L'oxydation sert à décomposer les matières organiques et à la prévention de la formation d'un film biologique, à l'aide de sulfure et de sidérobactéries. L'agent d'oxydation le plus fréquent est le chlore. Le chlore est ajouté à l'eau sous forme de solide, d'hypochlorite de sodium liquide (NaHCIO2) ou de chlore gazeux. Sous forme gazeuse, il est bon marché et efficace mais son application est dangereuse. Si l'eau contient du fer ferreux, un ppm (part par million) de chlore par ppm de fer est nécessaire pour tuer les sidérobactéries et précipiter le fer de l'eau. Si l'eau contient du sulfure d'hydrogène, 9 ppm de chlore par ppm de sulfure sont nécessaires pour tuer les bactéries du soufre et précipiter le sulfure. Une chloration efficace décompose les matières organiques et empêche le développement d'algues ou de plancton dans les canalisations secondaires et les émetteurs. I - 2 ppm de chlore résiduel dans les canalisations secondaires suffisent à assurer une bonne chloration. L'acidification est nécessaire dans les eaux "dures" à forte concentration en bicarbonates. Les agents acidifiants les plus fréquents sont les acides sulfurique, nitrique et phosphorique. La chloration de l'eau acidifiée est considérablement plus efficace, relativement à une eau plus alcaline, et réduit d'autant le besoin en chlore. Il est fortement recommandé d'appliquer les traitements chimiques avant la filtration, dans le but de réduire les quantités d'impuretés et de capturer les matières décomposées dans les filtres. Plus les canaux dans les émetteurs sont étroits et plus le traitement chimique est important. L'acidification doit avoir lieu avant la chloration. Ne mélangez jamais les produits chimiques des deux processus, la réaction chimique en résultant risque d'être dangereuse.

Détermination de la qualité de l'eau Une définition précise de la qualité de l'eau est essentielle à la sélection d'un système de filtration et son exploitation. On peut analyser l'eau en laboratoire chimique ou sur le terrain, à l'aide de kits. La détermination du chlore résiduel dans les canalisations secondaires est particulièrement importante pour une bonne chloration. Certains dispositifs d'évaluation de la teneur des eaux en impuretés ont été développés. On peut brancher un petit séparateur de sable (hydrocyclone) sur le système d'alimentation. Il mesurera la teneur en particules de terre dans l'eau. La quantité de particules de terre accumulée dans le cône de séparation indique la teneur. Un appareil plus sophistiqué est le Potentiomètre de colmatage développé par la Water Works Association (Association des utilisateurs d’eau) en Israël. Cet appareil mesure le temps nécessaire à l’accumulation d'une perte de charge de 3 mètres (0,3 atm.) dans un flot constant de déchets sur son tamis. Le résultat des mesures est un indice comparatif (Temps de colmatage potentiel - Clogging Potential Time), servant à la définition des exigences de filtration.

54

IRRIGATION FERTILISANTE ou FERTIGATION L'irrigation fertilisante est l'application combinée de l'eau et des engrais par le système d'irrigation. On introduit les engrais dans le système d'irrigation et ils sont ainsi distribués dans le sol par l'eau d'irrigation. L'utilisation de la fertigation par l'aspersion possède des avantages significatifs. Les résultats les plus impressionnants sont toutefois obtenus par la micro-irrigation mais de nombreuses cultures bénéficient également des autres technologies d'irrigation. Plus le rapport entre le secteur mouillé et l'ensemble de la surface de la parcelle est réduit et plus les intervalles entre les applications d'eau sont rapprochés, plus l'avantage sera significatif. L'application des engrais par l'eau d'irrigation dans des systèmes à mouillage partiel évite les pertes d'engrais sur la surface non mouillée.

Les avantages de la fertigation ƒ Distribution uniforme des nutriments dans le sol par l'eau d'irrigation. ƒ Pénétration plus profonde des nutriments dans le sol. ƒ Réduction des pertes d'engrais de la surface du sol. ƒ Meilleure coordination de la fourniture de nutriments en alternance avec les besoins de la culture en nutriments durant le cycle de croissance. ƒ Haute efficacité facilitant l'économie d'engrais. ƒ Régulation et dosage précis des engrais dans les systèmes d'irrigation automatiques et semi-automatiques, évitant le lessivage des nutriments au-delà de la zone racinaire. ƒ L'application fréquente de nutriments maintient des niveaux adéquats de nutriments en marge des sols peu profonds et sableux. ƒ La non diffusion mécanisée d'engrais élimine la compaction du sol et les dégâts aux plantes et au produit. ƒ La fertigation contribue à l'économie de main-d'œuvre et est plus pratique pour l'application des engrais. Limites et Précautions ƒ

Si le système d'eau est relié au réseau d'alimentation en eau potable, il existe un danger pour la santé. En cas de problème d'alimentation en eau, on peut avoir un reflux d'eau contenant des engrais dans le système d'eau potable.

ƒ

Le lessivage des nutriments par application d'eau excessive constitue un danger de contamination des ressources d'eau souterraines et de surface.

ƒ

Seuls les engrais totalement solubles peuvent être appliqués par le système d'irrigation.

ƒ

Les engrais acides peuvent ronger les composants métalliques du système d'irrigation.

ƒ

Les engrais dissous peuvent agir sur l'eau d'irrigation. Ils peuvent augmenter le pH de l'eau et déclencher la précipitation de sels insolubles qui vont colmater les émetteurs et le système de filtrage.

ƒ

L'opérateur risque des blessures ou des brûlures par les solutions d'engrais acides.

ƒ

L'irrigation fertilisante nécessite un investissement initial dans le matériel d'irrigation.

ƒ

L'opération et la maintenance du système nécessitent une main-d'œuvre hautement qualifiée.

55

Matériel pour la fertigation L'application des engrais par le biais d'un système d'irrigation pressurisée nécessite de contourner la pression du système. Il existe plusieurs techniques pour le faire : ƒ

Créer une pression différentielle avec un étranglement du débit d'eau à l’entrée de la parcelle et détourner une partie de l'eau vers un réservoir à engrais. Le réservoir contient un engrais solide soluble qui se dissout peu à peu et est dilué dans l'eau. Il est également possible d'appliquer des engrais liquides par un réservoir à engrais.

Fig. 79. Réservoir de fertilisation

Fig. 80. Réservoir de fertilisation proportionnelle

ƒ

Succion par le biais d'un dispositif Venturi dans lequel on réduit la voie de débit d'eau. On augmente la vitesse du débit d'eau dans l'étranglement, ce qui donne une chute négative, inférieure à la pression atmosphérique. Un tube monté dans l'étranglement aspire la solution fertilisante dans réservoir ouvert.

Fig. 81. Injecteur Venturi – Coupe transversale 56

ƒ

Injection d'une solution fertilisante par pompe.

Les pompes peuvent être actionnées à l'électricité, aux moteurs à diesel, tractées et actionnées par la prise de force ou hydrauliquement par la pression d'eau du système d'irrigation. La pompe hydraulique est versatile, fiable et ses coûts de fonctionnement et de maintenance sont faibles. Les pompes hydrauliques à piston et à diaphragme sont actionnées par la pression du système d'irrigation qui émet une fraction de l'eau d'actionnement après la dissipation de l'énergie.

Fig. 82. Pompe hydraulique à piston

Il est possible d'utiliser divers types de pompes pour l'injection des engrais: on utilise des pompes centrifuges lorsqu'il faut utiliser de fortes capacités ou lorsque la solution fertilisante n'est pas claire. On utilise les pompes à galet pour une injection précise de petites quantités d'engrais. Les types de pompes les plus courants sont les pompes à piston et les pompes à diaphragme qui associent précision, fiabilité et faibles coûts de maintenance

Fig. 83. Pompe hydraulique à diaphragme Le dosage de la solution fertilisante par le contrôleur peut être soit proportionnel soit quantitatif. Dans le dosage proportionnel, l'engrais est appliqué uniformément dans l'eau d'irrigation tout au long de la période d'irrigation. Dans le dosage proportionnel, la quantité prédéfinie d'engrais est injectée par brèves pulsations tout au long de la période d'irrigation. Dans les serres, l'application simultanée des solutions fertilisantes à nutriments multiples est obligatoire. Certains engrais ne conviennent pas pour être mélangés en concentrés en raison du danger de la désintégration ou de la formation des précipités. Dans ce cas, il faut relier deux ou trois injecteurs l'un à la suite de l'autre à la tête de contrôle. Il faut ajuster et surveiller le rapport d'application des différents injecteurs par le contrôleur d'irrigation. Fig. 84 Pompe de précision

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CONDUITES Les conduites d'eau dans les systèmes d'irrigation pressurisée sont en aluminium, en polyéthylène, en PVC, en PVC non plastifié, en fibre de verre, en acier et en fibrociment. Les conduites en aluminium sont désignées par leur diamètre externe nominal en pouces : 1.5", 2", 3”, 4”, 5", 6”, 8", 10", etc., les plus courantes étant les diamètres de 2", 3" et 4". La longueur standard de ces conduites est de 6 et 12 mètres. Les conduites en PVC et en polyéthylène sont disponibles dans des diamètres allant de 12 à 1000 mm. On les désigne également par leur diamètre externe en mm. Les conduites en polyéthylène (PE) se divisent en conduites à densité faible, moyenne et haute (respectivement LDPE, MDPE et HDPE). Les émetteurs d'eau tels que: asperseurs, micro-asperseurs et micro-jets peuvent être montés directement sur des tuyaux reliés aux conduites par des pics ou autres raccords. L'épaisseur de la paroi varie en fonction de la conduite et la nécessité de résister à des pression de travail et le contre-foulement. Les conduites en polyéthylène sont disponibles en catégories de 2,5, 4 et 6 atm. La catégorie indique la pression de travail en atmosphères. La conduite doit résister à des contre-foulements dont la force représente deux fois la pression de travail. Pour l'irrigation des canalisations secondaires, les conduites sont fabriquées en diamètres de 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, et 90 mm. Les diamètres plus importants sont utilisés pour des conduites d'alimentation. Les conduites en polyéthylène sont disponibles en rouleaux, pratiques pour le transport et l'installation sur le terrain. Les conduites en PVC rigides très résistantes sont fabriquées en unités séparées de 4, 6 et 12 m. de longueur. Cependant, il est possible d'en commander à façon en différentes longueurs. La durée de vie des conduites dépend de la qualité de la fabrication, de la pression du régime d'opération et du niveau de maintenance. Les engrais chimiques, les rongeurs et les climats rigoureux peuvent réduire la vie des conduites d'irrigation.

COUPLEURS ET ACCESSOIRES On utilise des coupleurs en aluminium pour raccorder deux conduites. Certains coupleurs ont des sorties pour les élévateurs d'aspersion. Les coupleurs hermétiques servent à relier des conduites principales d'alimentation qui seront posées dans le champ pour au moins toute la saison. On utilise beaucoup les coupleurs à double loquet. Ils sont fabriqués dans des diamètres de 2, 3, 4, 5 et 6 ". Le coupleur est relié au tuyau par deux pinces et deux bagues. Il existe des joints hermétiques aux deux extrémités pour éviter les fuites durant l'irrigation et pour faciliter le drainage après la coupure d'eau. Il existe des joints pour les hautes et faibles pressions.

Fig. 85. Coupleurs hermétiques

Fig. 86. Joint à bague

Fig. 87. Elbow 58

Les coupleurs à loquet unique sont fabriqués en diamètres de 1, 1,5, 2,, 3 et 4 ". Ils sont fixés de façon permanente par des vis en bout de conduite. En raison de leur démontage pratique, ils sont principalement utilisés dans les systèmes manuels et à remorque. Pour chaque type de coupleur, il existe plusieurs modèles tels que des coudes de démarrage pour raccorder les latéraux à la valve, des coudes, des adaptateurs pour convertir les divers diamètres, des bouchons terminaux, etc

Fig. 88. Coupleurs à loquet

Les adapteurs en “mazak” (alliage d'aluminium et de plomb) doivent être installés en tant que connexion isolante entre les coupleurs en aluminum et les autres composants métalliques pour éviter la fusion du métal et de l'aluminum.

Adapteur Mazak

Pour les conduites secondaires à déplacement manuel, dans des cultures à feuillage élevé, telles que le maïs, il existe des coupleurs rapides qui facilitent le démontage du pic. Les pics sont en fer galvanisé, en aluminum ou en P.V.C. Au moins une de leurs extrémités sont filetées. Les pics les plus courants pour les asperseurs sont ¾” et 1” de diamètre.

Fig. 89. Valve Adapters

Fig. 90. Assemblage en aluminium pour canalisation secondaire Coupleurs en polypropylène : leur fonction est identique à ceux des coupleurs en aluminium. Ils sont fabriqués en diverses tailles et configurations. Il y a deux grands groupes : des coupleurs externes et des coupleurs internes. Avec les coupleurs externes, on insère la conduite dans le coupleur et on la fixe à l'aide d'une ou de plusieurs bagues cannelées. Il y a également une combinaison des deux méthodes – fermoirs externes et internes dans la même unité. Le type externe est le plus courant utilisé dans l'irrigation par aspersion. Ces coupleurs sont bon marché, faits en plastique (polypropylène) qui assurent robustesse, souplesse et facilité d'assemblage et de démontage.

A. Plastique B. Aluminum Fig. 91. Sellettes pour conduites

Fig. 92. Coupleur en plastique

Les asperseurs sont attachés aux canalisations secondaires de trois façons : a. Par un pic attaché à un collier (selette), monté sur la canalisation secondaire. Le collier facilite la position verticale du pic 59

Fig. 93. « T »en plastique et coude

b. Par un tube et un support qui permettent une certaine souplesse d'espacement. Ce type de connexion assure la position verticale de l'asperseur indépendamment de la position de la canalisation secondaire. c. Directement sur le collier :les coupleurs sont en formes. Ils sont en coude, en T, en angle, Les coupleurs à baïonnette rapide servent à relier les pics aux conduites en aluminium et en polyéthylène aux vannes et diverses sorties d'eau.

Fig. 94. Montage d'un asperseur sur une canalisation secondaire

Fig. 95. Connexion flexible aux canalisations secondaires en

Fig. 96. Coupleurs rapides

Vannes mobiles Les vannes mobiles ont été mises au point pour compléter la série des canalisations secondaires en aluminium manuelles et remorquées. Les composants permanent sont des pics de montés sur les canalisations de surface ou souterraines. L'élément permanent de la vanne est monté sur le pic mais ne peut être ouvert sans l'élément mobile. La vanne mobile est connectée à la partie permanente par un branchement à double loquets ou par un coupleur à baïonette. L'utlisation des vannes mobiles détachables est plus courante dans les champs plus éloignés afin d'éviter le vandalisme et les manipulations d'eau par des étrangers. Fig. 97. Vanne Mobile

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DÉBIT D'EAU DANS LES CONDUITES Pertes d'énergie par friction Le débit d'eau dans les conduites perd de l'énergie en raison de la friction avec les parois des conduites et autres composants du système d'irrigation. On divise les pertes de friction en deux catégories : ƒ

Les pertes de friction longitudinales (hf) : provient de la friction de l'eau avec les parois de la conduite. Les pertes s'accumulent le long des tuyaux.

ƒ

Les pertes locales (ht) : proviennent de la turbulence provoquée par les changements soudains dans le débit, tels que modification du diamètre de la conduite, passage d'une vanne, coude, etc. Ces pertes sont locales mais il faut les prendre en ligne de compte.

Les pertes de friction longitudinales (hf) : Le calcul des pertes de charge dues à la friction dans les conduites se base sur des données suivantes : ƒ Le coefficient de friction CH-W (C pour plus de simplicité) de la conduite qui est une valeur constante, pour une conduite donnée et dépend de la rugosité de la paroi. ƒ Le diamètre interne d de la conduite. Plus le diamètre est important, plus les pertes de friction sont faibles à un débit donné. ƒ Le débit Q. Plus le débit est important, plus le sont également les pertes de friction. ƒ La longueur du tuyau L. Plus la longueur est importante, plus le sont également les pertes de friction. Il est possible d'exprimer graphiquement la pente de la ligne piézométrique tout au long de la conduite. Pour les pertes de friction, la ligne piézométrique décline doucement et est représentée par une ligne droite descendante, dans la direction du débit. Une ligne piézométrique verticale abrupte reflète une perte locale. Il n' a aucune perte locale dans la section (1) – (2) de la conduite de la figure 98. La seule perte de chute dans cette section est la perte de friction. Cette perte s'exprime par l'inclinaison de la ligne piézométrique le long de cette section ; la valeur de la perte hf équivaut à la chute de la ligne d'énergie dans la section (1) – (2). Tant que les valeurs de C, d et Q ne changent pas,

Fig. 98. Présentation graphique des pertes de charge dues à la friction

La valeur de la perte de friction par unité de longueur est constante et augmente uniformément dans la direction du courant le long de la conduite. La perte de friction par unité longitudinale (gradient hydraulique) s'exprime généralement par la lettre J. On calcule sa valeur ainsi :

J=

hf E1 − E2 = L L

A partir de la figure 98, il est clair de J est effectivement l'inclinaison de la ligne piézométrique. On l'exprime généralement en pourcentage (%), 0/oo, ou sous forme d'une fraction décimale.

61

Exemple : dans la figure 98 L = 100 m., E1 = 101.5 m., E2 = 100.0 m, Alors

J=

101.5 - 100 1.5 = = 0.015 = 1.5% = 15‰ 100 100

J =gradient hydraulique et est absolument indépendant de l'inclinaison du tube I.Il existe de nombreuses formules pour calculer les pertes de friction dans les tuyaux. La plus utilisée est la formule de Hazen-Williams :

J = 1.131 X 1012(Q/C)1.852 X D-4.87 Où : J – Le gradient hydraulique exprimé en ‰ (m. perte de charge pour 1000 m. de longueur de conduite) Q – Débit d'eau exprimé en m3/heure. C – Le coefficient de friction (va de 80 à 150). Valeur basse = friction haute. d – Le diamètre interne du tuyau exprimé en mm. Le coefficient de friction C dépend de la rugosité de la paroi interne de la conduite. Le coefficient de friction du tuyau peut augmenter avec le temps, en raison de la corrosion dans les conduites en acier non enduites et l'accumulation de précipités dans tous les types de tuyaux. Les valeurs représentatives du coefficient C sont : Dans les conduites en PVC et PE : C = 140 - 150 Dans les conduites en fibrociment : C = 130 -140 Dans les conduites neuves en acier : C = 110 -120 Dans les conduites en acier âgées de 5 ans : C = 80 - 90 Dans les conduites en acier enduites à l'intérieur en béton : C = 110 -120 Dans les conduites en béton : C = 90 -100

Mesure de la pression Une condition préalable à une irrigation optimale est un régime de pression adéquat dans la zone irriguée. Chaque type d'émetteur possède sa propre plage de pression dans laquelle la distribution d'eau est satisfaisante. Tout écart diminue l'efficacité de l'application d'eau. On peut mesurer la pression en des endroits précis par des manomètres fixes ou portables adaptés pour mesurer la pression dans la buse de l'asperseur. Il existe également un manomètre portable équipé d'une aiguille que l'on insère dans des goutteurs installés sur certains accessoires du système d'irrigation, tels que coudes, bouchons, dispositifs de fertigation etc.

62

Fig. 99. Instruments de mesure de pression

Calcul des pertes de charge longitudinales Le calcul des pertes de charges prévisibles est essentiel à la conception du nouveau système d'irrigation. C'est également important dans la comparaison de la performance réelle du système d'irrigation avec celle de la performance souhaitée du système. Le débit de l'émetteur est lié à la pression conformément à la formule :

Q=

PXd 2 X3.96XC 100

Alors que : Q = Débit de l'émetteur, m3/h P = Pression de l'asperseur, atm. d = Diamètre nominal de la buse, en mm. Ce = Coefficient dépendant de la structure de l'asperseur. La valeur moyenne est de 0,9.

Table 10. Perte de charge dans les conduits en aluminum, en m. de charge par conduite de 100 m. , sans sorties Débit M3/h

2”

2 3 4 6 8 10

0.32 0.71 1.24 1.89 3.54 5.69

0.02 0.09 0.16 0.23 0.44 0.72

15 20 30 35 40 45 50

13.32 20.95 49.50 63.00

1.66 2.62 6.07 7.82 9.70 11.7 1 14.3 9 17.0

55 60 80 90 100 120 150 180 200

Diamètre nominal 3” 4” 6”

21.1 8 34.5 0 44.6 0

8”

0.01 0.03 0.05 0.09 0.17 0.39 0.63 1.40 1.82 2.28 2.78 3.36

0.03 0.07 0.19 0.23 0.30 0.37 0.44

0.01 0.04 0.05 0.06 0.08 0.10

3.94 4.90 8.05 10.4 2 12.9 0 19.3 1 29.9 0

0.51 0.60 1.06 1.36 1.68 2.58 3.89 5.02 6.23

0.12 0.15 0.26 0.33 0.40 0.58 0.92 1.20 1.50

9.18 14.6 0 18.9 0

2.19 3.48 4.51 5.11 6.14 6.85

250 300 350 400 425 450 63

Le calcul de la perte de charge peut se faire conformément à la formule Hazen-Williams. Dans la vie quotidienne, les nomogrammes, les règles à calcul spécifiques et les logiciels informatiques facilitent la détermination des pertes de charge. Exemple : L = 500 m., Q = 60 m3/h, d = 6” Le tableau nous indique qu'à un débit de 60 m3/h dans une conduite en aluminium de 6 ", la perte de charge est de 0,6 m/ 100 m. de tuyau (0.6%). La perte de charge pour une longueur de 500 m sera 0,6 X 500/100 = 3 m.

Perte de charge dans les conduites secondaires Les résultats obtenus des tableaux et les monogrammes concernent les conduites aveugles sans sorties. Le débit d'eau des sorties de long de la conduite diminue la perte de charge totale accumulée dans la conduite. Dans ce cas, le calcul de la perte de charge le long de la conduite peut se faire par incréments entre les sorties. Une procédure plus courte facilite le calcul de la perte de charge dans les conduites secondaires; il suffit de multiplier la perte de charge dans la conduite aveugle par la coefficient F. La valeur du coefficient F dépend du nombre de sorties le long de la conduite et de la distance entre le premier asperseur et l'entrée de la conduite secondaire. Cette procédure est valide si le débit de chaque émetteur est égal à l'intervalle entre les émetteurs le long de la conduite secondaire. Le tableau 11 indique le coefficient F dans les canalisations secondaires. X=1 indique que la distance entre la conduite secondaire et le premier émetteur est égale à l'intervalle entre les émetteurs le long de la canalisation secondaire. X=1/2 indique que la distance entre la conduite secondaire et le premier émetteur est la moitié de l'intervalle entre les émetteurs le long de la canalisation secondaire. Exemple : L = 114 m., la distance entre la conduite secondaire et le premier émetteur est de 6 m. L'intervalle entre les asperseurs est de 12 m. d = 2”, le débit de l'asperseur est de 1,5 m3/h. Quelle sera la perte de charge dans la canalisation secondaire ? Le nombre des asperseurs le long de la canalisation secondaire est de 10. 114m. – 6m. de la première section = 108m. 108m. .12m. (L'intervalle entre les asperseurs = 9 sections = 10 asperseurs). Le débit total de la canalisation secondaire est : 1.5 m3/h X 10 = 15 m3/h. La perte de charge dans une canalisation d i d di t ib ti d 2" (à ti Table 11. Coefficient F dans les conduites secondaires 64

Nombre d'émetteurs 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 26 28 30 40 50 100 >100

X=1

X = 1/2

1.0 0.625 0.518 0.469 0.440 0.421 0.408 0.398 0.391 0.385 0.380 0.378 0.373 0.370 0.367 0.365 0.363 0.361 0.360 0.359 0.357 0.355 0.353 0.351 0.350 0.345 0.343. 0.338 0.333

1.0 0.500 0.422 0.393 0.378 0.369 0.363 0.358 0.355 0.353 0.351 0.349 0.348 0.347 0.346 0.345 0.344 0.343 0.343 0.342 0.341 0.341 0.340 0.340 0.339 0.338 0.337 0.337 0.335

Le coefficient F va de 0,5 pour deux sorties à 0, 33 pour plus de 100 sorties.

Pression et topographie Dans les champs, la topographie affecte la pression dans le système d'irrigation. Une hausse de 1 m. fait baisser la pression de 1 m (0.1 atm.). Une baisse de 1 m augmente la pression de 1 m. La dénivellation le long des conduites s'exprime en %. Ceci facilite le calcul de l'effet combiné de la friction dans les conduites et la topographie à chaque point du champ.

Nomogrames et règles à calcul En général, on utilise les monogrammes, des règles à calcul et des ordinateurs pour calculer la perte de charge.

Fig. 100. Règle à calcul pour le calcul de la perte de charge dans les conduites

Pertes de charge dans les conduites en PVC et PE Le calcul des pertes de charge dans les conduites en PVC et en polyéthylène est similaire à celui des conduites en aluminium. Les conduites en plastique étant désignées par leur diamètre nominal externe, il faut connaître l'épaisseur de la paroi. La connaissance du diamètre externe et de l'épaisseur de la paroi facilite le calcul du diamètre interne et de la surface de la conduite. Ces valeurs sont nécessaires pour calculer les pertes de charge selon la formule de Hazen-Williams et pour l'utilisation des nomogrammes universels de perte de charge, dans lesquels le diamètre interne est le paramètre en question. Dans les conduites en plastique, la pression nominale de travail étant plus élevée, l'épaisseur de la paroi dans les conduites de même type doit être supérieure. Le diamètre interne et surface libre sera plus petite dans les conduites ayant le même diamètre externe. Par exemple, dans les tuyaux en PE de 50 mm des catégories de pression de travail de 4, 6 et 8 atm., le plus grand diamètre interne est celui de la catégorie 4 et le plus petit de la catégorie 8. Pour un débit identique, les plus grosses pertes de charge seront celles de la catégorie 8 et les plus petites, celle de la catégorie 4. Vous trouverez plus bas deux nomogrammes différents pour les types de conduits en PE (rigide et souple) les diamètres les plus courants.

65

Exemple de calcul : (avec le nomogramme de Hazen-Williams) Il faut calculer la perte de charge d'un asperseur de 3" en aluminium sur une canalisation secondaire ayant 16 asperseurs, à 12 m d'écart. Le débit moyen d'un asperseur est de 1,5 m3/h ; la longueur de la conduite secondaire est de 186 m. Le coefficient de friction [C] du tuyau est 120.

Solution : Le débit cumulé de 16 asperseurs ayant un débit moyen de 1,5 m3/h par asperseur est de 24 m3/h. On trace un trait dans le "Nomogramme pour la détermination du gradient hydraulique dans les conduites" (page ) allant du point A à 24 m3/h sur l'échelle de débit (Q) au point indiquant le diamètre de la conduite (D) = 3" sur l'échelle des diamètres. Le trait traverse l'axe du nomogramme au point B. On trace ensuite un second trait du point C, qui indique 120 sur l'échelle du coefficient au point B, qui figure déjà sur l'axe du nomogramme. On continue le trait jusqu'à l'échelle J (perte de charge). Le point D de l'échelle J indique une perte de charge de 43 ‰, c'est-à-dire 43 m par 1000 m de longueur de conduite. Pour une conduite de 186 m de long, la perte de charge est de 43 x 186/1000 ≈ 8 m. Mais la canalisation secondaire de l'asperseur est une conduite de distribution. Il faut multiplier 8 par le coefficient F. Le premier asperseur est monté à l’extrémité du premier tuyau d'aluminium de 6 m de long. La distance de la conduite secondaire à cet asperseur est la moitié de la distance entre les asperseurs de la canalisation secondaire qui est de 12 m. Le tableau 11 indique que le Coefficient F dans les canalisations secondaires, dans la colone X=1/2 pour 16 sorties est de 0,345. En multipliant ce chiffre (0,345) par 8 m. (la perte de charge dans une canalisation secondaire de non distribution de 186 m, à partir du nomogramme) indique une perte de charge de 2,76 m dans la canalisation secondaire. 8 x 0.345 = 2.76

Table 12. Conduites en plastique Matériaux

Diamètre nominal

Applications

Pression de travail bar (atm)

PE souple/PVC souple

6 mm

Commande hydraulique

4 – 12

PE souple/PVC souple

6 – 10 mm

Connexion entre la canalisation secondaire et les micro-émetteurs

4-6

PE souple/PVC souple

12 -25 mm

Canalisations secondaires à fine paroi pour le goutte-à-goutte

0.5 - 2

PE souple

12 -25 mm

Canalisations secondaires pour le goutte-à-goutte

2.5 – 4

PE souple/PVC souple

16 -32 mm

Canalisations secondaires et les micro-émetteurs

4–6

PE rigide

32 -75 mm

Canalisations secondaires pour asperseurs

4-6

PE rigide

40 -140 mm

Conduites principales et secondaires

4 – 10

PE rigide

75 -450 mm

Réseau d'alimentation en eau

6 – 16

PVC non enduit

½ - 4”

Pics

6 – 10

PVC non enduit

63 -1.000 mm

Conduites principales et secondaires, réseau d'alimentation

10

66

Fig. 101. Nomogramme pour la formule de Hazen-Williams

67

Fig. 102.Nomogrammes pour la détermination de la perte de chute dans les conduits en polyéthylène

68

Fig. 103. Nomogramme pour la détermination du gradient hydraulique local dans les accessoires

69

UNIFORMITE DE LA DISTRIBUTION DE L'EAU En irrigation, la distribution de l'eau se fait de deux façons : ƒ

Par mouillage complet et uniforme de la surface, avec par exemple un asperseur de surface ou par irrigation en bord de champ,

ƒ

Par distribution locale de l'eau, par le biais de goutteurs, raies ou par aspersion de verger sous le couvert.

L'uniformité de la distribution de l'eau est un des facteurs de succès des plus importants des cultures. Une mauvaise uniformité signifie une croissance non uniforme des végétaux, allant du rabougri à l'excessif, dans un même champ, souvent elle signifie également une mauvaise aération du sol, la concentration des éléments nutritifs dans un seul secteur et l'accumulation des sels nocifs dans la zone racinaire d'un autre secteur. Les critères d'uniformité de distribution diffèrent selon les deux types d'irrigation dont il est fait mention plus haut. Il est impossible d'obtenir une bonne uniformité par des méthodes d'irrigation localisée, mais il n'est pas nécessaire de l'assurer sur toute la zone irriguée. La distribution de l'eau est considérée comme satisfaisante si chaque plante reçoit effectivement le même volume d'eau. Cet objectif requiert une disposition appropriée du réseau d'irrigation. Par contre, pour les méthodes d'irrigation distribuant l'eau sur l'ensemble de la zone, il est impératif d'assurer une excellente uniformité. En pratique, l’uniformité absolue est impossible, en raison, entre autres facteurs, de la variance des composants du réseau et de la topographie. On emploie trois méthodes d'évaluation de l'uniformité de la distribution de l'eau sur un champ. Toutes trois sont basées sur les mesures des quantités d'eau sur une zone située entre des asperseurs adjacents. Uniformité de la distribution (DU) - ce concept a été suggéré par le service de conservation des sols du Département de l’agriculture des USA, c'est le rapport entre la profondeur d'application moyenne du quart (25%) de la zone la moins irriguée et la profondeur d'application moyenne de toute la zone.

DU = 100 X

Valeur moyenne du quart inferieur Valeur moyenne

La seconde méthode d'évaluation de l'uniformité de l'irrigation est celle du coefficient d'uniformité (CU), formulé par J. E. Christiansen.

CU = 100(1 -

∑ [x

− xˆ ] ) xˆ * n i

CU = coefficient d'uniformité (%). XI = valeurs individuelles X = valeur moyenne des mesures n = nombres de mesures 70

Les relations linéaires entre CU et DU sont les suivantes :

CU = 0,63 DU + 37,0 DU = 1,59 CU - 59,0 La troisième méthode est celle du Coefficient de programmation (SC). C'est une norme d'uniformité proposée à la base pour les pelouses, sur lesquelles l'effet visuel des surfaces mal irriguées, même petites, est frappant. Le rapport entre la profondeur moyenne générale et celle d'une zone critique déterminée, SC, est le facteur de multiplication de la quantité d'eau nécessaire pour compenser le manque d'uniformité. SC est un nombre supérieur ou égal à 1. SC = 1,0 indique une uniformité parfaite, SC = 1,5 indique qu'une augmentation de 50% du volume d'eau est nécessaire pour compenser le manque d'uniformité. Le Coefficient de programmation peut être calculé pour différentes tailles de zones critiques. Les valeurs les plus communes sont 1%, 2%, 5% et 10% de la zone irriguée, surfaces considérablement plus petites que les 25% nécessaires aux calculs du DU. Un facteur SC calculé sur une fraction de 5% du terrain donne des résultats satisfaisants dans la plupart des cas d'irrigation de paysage.

SC =

Valeur moyenne des releves V. M. des releves dans la zone critique seche

On distingue également trois méthodes de mesure de l'uniformité de la distribution. Dans tous les cas la mesure des quantités d'eau est faite en positionnant des boîtes (d'un volume de 200 à 500 ml) à intervalles de 0,25 à 2 mètres. Les essais de distribution sont réalisés à différentes vitesses de vent, les données de base étant celles des conditions "sans vent".

Méthode 1. Essai d'un seul asperseur L'asperseur fonctionne à une pression uniforme pendant 3 - 4 heures. Les positions des boîtes et les volumes d'eau sont enregistrés en fin d'essai. La vitesse et la direction du vent, ainsi que la vitesse de rotation de l'asperseur (révolutions par seconde) et son débit, sont relevés. On prépare un schéma de distribution de l'eau par cet asperseur. L'uniformité de la distribution pour différents espacements des asperseurs est déterminée par la le modèle de dispersion et de chevauchement théorique du type spécifique d'asperseur. L'inconvénient de cette méthode réside dans le fait qu’il faille se fier au chevauchement théorique et à la durée relativement longue de l'essai (3 - 4 heures) en raison de la faible capacité des boîtes. Il est important de s'assurer que l'asperseur employé est bien représentatif du type et qu'on peut reproduire les résultats obtenus. Cette méthode demande un nombre relativement élevé de boîtes. Il est également important, en raison de la durée de l'essai, de prévenir tout risque d'évaporation de l'eau s'accumulant dans les boîtes.

Méthode 2. Essai d'un seul latéral Un seul latéral est utilisé, avec des asperseurs à intervalles fixes. En général, quatre asperseurs suffisent, à condition que le rayon de mouillage des asperseurs ne dépasse pas le double de l'intervalle entre les asperseurs sur le latéral et que le vent ne souffle pas parallèlement au latéral. Cette méthode est la plus proche des conditions de facto sur le terrain, en cas d'irrigation par asperseurs déplacés manuellement, sans que des 71

latéraux adjacents soient utilisés simultanément. L'essai montre la véritable distribution de l'eau des deux côtés des latéraux. En superposant les données de deux latéraux adjacents, on peut calculer l'uniformité de distribution pour différents espacements de latéraux. L'essais doit durer au moins deux heures.

Méthode 3. Essai simultané de plusieurs latéraux. On utilise simultanément quatre latéraux, avec chacun au moins quatre asperseurs. Les boîtes sont disposées entre les quatre asperseurs centraux des latéraux centraux. Si le rayon de couverture des asperseurs est plus du double de la distance entre les asperseurs, il faudra plus de quatre latéraux et plus de 16 asperseurs pour cet essai. Le nombre de boîtes employées avec cette méthode est moindre, et une durée d'une heure est suffisante. Cette méthode permet de calculer l'uniformité de la distribution uniquement pour l'espacement employé dans l'essai.

Fig. 104. Essai d'un asperseur

Fig. 105. Essai d'un latéral

Fig. 106. Essai simultané

Les résultats des essais sont analysés à l'aide de la formule de Christiansen. Un coefficient d'uniformité (CU) est considéré comme satisfaisant si sa valeur est d'au moins 84%. Dans des conditions optimales, on peut obtenir 90% ou plus. Tout CU inférieur à 84% est considéré comme non satisfaisant, il implique gaspillage d'eau et mauvaise croissance des végétaux

Fig. 107. Terrain d'essai en plein air

Fig. 108. Dispositif d'essais de distribution en salle

72

Fig. 109. Formulaire de consignation des mesures d'uniformité de distribution de l'eau

73

Fig. 110. Quantités d'eau mesurées dans le quart de la surface mouillée dans un test à asperseur unique

Fig. 111. Mode de distribution d'un asperseur

Fig. 112. Présentation d'un mode concentrique 74

Table 13. Calcul du coefficient d'uniformité de Christiansen avec des données expérimentales (exemple):  (2 )x (4 )   CU = 100 1   ( ) 3 ∑   (1)

(2)

(3)

(4)

Relevés

Nombre de relevés

RXn

(R) 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 Total

(n) 1 2 1 2 2 6

(1) X (2) 100 204 104 212 216 660

Ecart de la moyenne

2 3 5 1 5 4 1 4 6 3 6 6 3 1 1 1 66

Average Reading =

(5)

(d) 24 22 20 18 16 14

(2) X (4) 24 44 20 36 32 84

228 348 590 120 610 496 126 512 780 396 804 816 414

10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14

20 24 30 4 10 0 2 16 36 24 60 72 42

142 144 146 8168

18 20 22 -

18 20 22 640

8168 = 124 66

640   CU = 100 1  = 100(1 − 0.078 ) = 100X0.922% = 92.2%  8160  75

Fig. 113. Effet du vent sur le mode de distribution des deux côtés de la canalisation secondaire

Fig. 114. Présentation unilatérale du mode de distribution d'un mini-émetteur 76

TECHNIQUES D'IRRIGATION PAR ASPERSION On utilise trois critères pour la classification des méthodes d'irrigation par aspersion. ƒ Le type de culture: cultures de plein champ, vergers, serres, etc. ƒ Le type d'émetteur: par le dessus, sous couvert, micro-asperseurs, etc. ƒ Le degré de mobilité: déplacement manuel, réseaux permanents, remorque, déplacement linéaire, etc. L'équipement disponible, les exigences des cultures, les considérations économiques et la disponibilité, la qualification et le coût de la main-d'œuvre déterminent la méthode d'irrigation sélectionnée. Les canalisations secondaires existent en métal et en plastique.

Conduites en aluminium Déplacement manuel Les canalisations secondaires d’asperseurs de 2" et 3" de diamètre, ainsi que les segments de 6 ou 12 m de long sont déplacés manuellement d'un emplacement à l'autre. Chaque canalisation secondaire est déplacée plusieurs fois durant le cycle d'irrigation. Au début du prochain cycle d'irrigation, on déplace les canalisations secondaires le long de la ligne de distribution et les canalisations aux extrémités sont remises en début de champ. On appelle cette méthode la "méthode de l'horloge". Elle est largement utilisée. Le déplacement manuel est en général appliqué dans les petites parcelles des cultures de plein champ, les cultures maraîchères, les vergers, ainsi que dans les champs qui ne conviennent pas au remorquage. C'est une méthode qui demande beaucoup de travail et d'effort physique.

Fig 115. Disposition du déplacement manuel de conduites de 2” en aluminium, espacement 6X12 m. 4 canalisations secondaires X 4 positions Exigences en matière de main-d'œuvre : Il faut compter 4 heures de travail pour l'irrigation d'un hectare de coton avec des asperseurs espacés de 12 m x 18 m, y compris le positionnement des canalisations secondaires dans le champ, leur transfert, etc. Il faut deux heures de travail pour l'irrigation d'un hectare de légumes dont l'espacement est de 6 m x 12 m.

Recommandations pour le déplacement manuel : 1. Pour assembler et démonter ces conduites, procéder à partir du centre de gravité. 77

ƒ

le montage, faites couler un peu

ƒ

Durant d'eau dans les conduites.

ƒ

De retour à la chute de la canalisation secondaire, il faut vérifier le couplage, la stabilité des asperseurs et leur performance.

ƒ

ƒ

ƒ

Fig. 116. Assemblage de conduites en aluminium

Dans les hautes cultures, telles que le coton ou le maïs, il faut préparer des sentiers entre les plantes pour faciliter le Lors de l’utilisation des conduites de 12m de long pour l'irrigation de hautes cultures de plein champ, il faut monter le pic au centre de la conduite. Ne pas déplacer les conduites verticalement pour éviter qu'elles n'entrent en contact avec des fils électriques. A la fin de la saison d'irrigation, il faut réviser l'équipement et le ranger.

Remorques Les canalisations secondaires sont tractés par un tracteur d'un endroit à l'autre. Le nombre d'emplacements de la remorque sera deux fois celui des lignes de distribution. En général, les canalisations secondaires sont remorquées en 6 positions mais il existe des champs où l'on trouve 4, 8, voire plus de positions.

Fig 117. Système de remorquage latéral 2 jeux, 8 canalisations secondaires chacun, six positions pour canalisation secondaire, espacement de 12X18 m. Comparaison entre réseau permanent et remorquage Avec un espacement de 12 x 18 m, il faut 600 m de tuyaux d'aluminum pour un hectare en configuration réseau permanent et 100 m de tuyaux pour le remorquage. Le système de remorquage est économique pour les cultures à haut rendement et qui nécessitent une irrigation fréquente. En conséquence, on trouve cette technologie de plus en plus fréquemment dans les cultures de plein champ et les cultures fourragères. Au cours de la dernière décennie, les technologies faisant appel aux canalisations secondaires mécanisées automobiles et à pivot central ont remplacé les remorques au cas où des fonds d'investissement étaient disponibles.

Remorquage dans les vergers On remorque le long des rangées d'arbres les canalisations secondaires en PE souple (classe 6) de 16, 20 ou 25 mm de diamètre, jusqu'à 50 m de long, avec un ou deux 78

asperseurs en fin de canalisation. Au début du cycle d'irrigation, la canalisation secondaire est entièrement posée entre deux rangées d'arbre. La première partie étant irriguée, on déplace la canalisation et ainsi de suite jusqu'à la fin du cycle. L'équipement revient en fin de compte au départ et attend le prochain cycle d'irrigation. Le nombre de positions peut varier, en fonction des conditions du verger. Il va en général de 2 à 6. L'irrigateur se déplace sur sol sec, ne traverse pas les rangées d'arbres lorsqu'il tient les conduites. Dans des conditions identiques, l'efficacité du travail sera supérieure à celle du déplacement manuel avec des conduites en aluminium. Cette méthode est peu onéreuse en raison du petit nombre d'asperseurs nécessaires mais l'usure des canalisations secondaires est importante en raison du bris des conduites. Cette méthode nécessite un positionnement exact et un personnel qualifié et permanent.

Réseaux permanents dans les vergers Irrigation sous couvert On dispose des conduites en PE souple (classe 4) de 16, 20 ou 25 mm de diamètre le long des rangées d'arbres. On monte des asperseurs à faible débit, des mini et des microasperseurs ou des micro-jets (jusqu'à 250 l/h) sur des tuyaux ou on les branche par le biais de petits tuyaux en plastique. Le taux de précipitation est faible, de 3 à 5 mm/h. La distance le long des émetteurs le long du latéral correspond à l'espacement entre les arbres, un émetteur pour deux ou trois arbes. Les conduites secondaires sont en général en PE rigide de classe 4 ou 6 atm et sont enfouies sous terre, en travers des rangées d'arbres. En cas de dégâts causés par les piverts, il faut enterrer les canalisations secondaires.

Fig. 118. Système de réseau permanent dans les vergers. Espacement de 6 X 6 m. Débit de l'asperseur 120 l/h Malgré le coût élevé de cette méthode, le système permanent remplace dans les vergers les systèmes à déplacements manuels. Les micro-émetteurs ainsi que les goutteurs, sont les principaux émetteurs utilisés dans les vergers. Les réseaux permanents économisent du travail, sont faciles à utiliser et sont compatibles avec tous les types de systèmes de contrôle automatique. L'angle de jet aigu, évite de mouiller le couvert, diminuant ainsi les maladies foliaires et le lessivage des pesticides des feuilles; Dans les vergers adultes, le vent a un effet négligeable sur l'uniformité de la distribution de l'eau. On peut utiliser le système pour réduire les dégâts durant les périodes de gel ou de grosses chaleurs. L'irrigation fertilisante ou fertigation est une pratique commune dans les vergers à réseaux permanents. Le cycle d'irrigation court et le 79

meilleur contrôle de la profondeur de mouillage augmente l'efficacité de l'application des nutriments.

Irrigation sur couvert végétal On pose le long des rangées des conduites en PE rigide, de 40 à 75 mm de diamètre, classe 4. Les asperseurs sont montés sur de hauts pics, au-dessus de la cime des arbres. En fonction de l'espacement entre les arbres et de la dimension de la parcelle, on optera pour un espacement toutes les 2 ou 3 rangées ayant de 10 à 15 m le long de la canalisation secondaire. Pour réduire les coûts, l'espacement est aussi étendu que possible. L'installation et le fonctionnement sont simples, l'investissement en main d’oeuvre est minime et avec une position des asperseurs et une pression d'opération adéquates, on obtient une couverture complète. Il y a cependant, quelques inconvénients : Une haute pression de travail et une faible teneur en sel de l'eau d'irrigation sont nécessaires. L'irrigation ne peut se faire que de nuit. On constate une perte d'eau en bordure des parcelles, particulièrement des plus petites. Le mouillage du feuillage entraîne des maladies des feuilles et des fruits. Au cours des dernières années, la technologie des réseaux permanents sous couvert a remplacé l'irrigation sur couvert dans les vergers sauf lorsque l'irrigation sur couvert est nécessaire pour la protection antigel.

Systèmes permanents à mini-asperseurs pour les cultures maraîchères Au cours de la dernière décennie, l'utilisation des mini-asperseurs de faible volume dans les systèmes d'irrigation permanents pour les cultures maraîchères de plein champ s’est fortement développée. Les émetteurs sont des mini-asperseurs de verger sous couvert modifiés, ayant une portée plus importante et permettant un espacement de 8X8 et de 10X10 m. L'investisssement initial est inférieur à celui des systèmes à goutteurs permanents ou des canalisations secondaires avec les asperseurs généralement utilisés. La pression de travail est relativement faible et les résultats économiques sont satisfaisants. Les canalisations secondaires font 40 - 50 mm de diamètre. Les miniasperseurs y sont reliés par de petits tuyaux flexibles et soutenus par de longues tiges métalliques de 100 - 150 cm de long insérés dans le sol. Le débit des asperseurs est de 400 - 600 l/h et le taux de précipitation est de 4 - 6 mm/h. Un autre avantage de cette technologie est la réduction de la croûte de la surface du sol et la prévention du ruissellement, en raison de l'irrigation à faible intensité. Le principal problème de cette technique est sa sensibilité au vent.

Fig. 119. Irrigation des cultures maraîchères par réseau de mini-asperseurs 80

PLANIFICATION DES SYSTEMES D'IRRIGATION PAR ASPERSION La planification des systèmes d'irrigation par aspersion se fait par étapes, la première étant celle de la collecte des données de la zone à irriguer. Il est important de préparer une carte topographique de la région, avec les limites des secteurs à irriguer. S'il s'agit d'un verger, il faudra indiquer les rangées d'arbres. Il est également important de déterminer le type de sol, sa texture et sa structure, sa perméabilité, sa propension à former une croûte, etc. Il est essentiel de vérifier s’il y a d'éventuelles couches compactes de sol ou des nappes phréatiques élevées. L'autre aspect primordial est celui des ressources en eau et de leur qualité. Si l'eau est fournie par un fournisseur (commercial), il est important de vérifier la charge et le débit maximal, aux points d'alimentation et les heures d'alimentation. Il est également important de connaître les besoins en eau des cultures et leur sensibilité à différents facteurs d'irrigation (salinité, humidité du feuillage), les conditions climatiques, les quantités et la distribution annuelle des pluies. Il est ensuite possible, une fois toutes ces données réunies, de sélectionner la méthode d'irrigation et les émetteurs. Fig. 120. Carte topographique

Les paramètres à considérer sont le débit d'application (doit correspondre au taux d'absorption de l'eau dans le sol), la durée de l'application (doit correspondre aux conditions des vents), la qualité de l'eau et la sensibilité du feuillage à l'humidification. Un facteur primordial est celui des coûts: coût du matériel, investissement de base et frais d'exploitation. Après ces considérations, on procèdera à la sélection du type d'émetteur et de la taille des buses parmi les catalogues des fabricants. Les tableaux des catalogues indiquent les débits aux différentes pressions de travail permises, les diamètres de mouillage, les espacements préconisés entre les émetteurs et les cadences d'application correspondantes. La conception proprement dite du réseau d'irrigation a alors lieu. Une bonne uniformité de distribution signifie une différence de 10% de débit et de 20% de pression - au plus - entre tous les goutteurs fonctionnant simultanément dans la zone. Pour calculer les débits et pressions dans la zone irriguée, il est nécessaire de la délimiter sur la carte topographique ou la grille.

Fig. 121. Formulaire de planification 81

Tableau 14. Performances des asperseurs (exemple)

Les pertes de charge par friction dans les tuyaux sont calculées et l'effet de la topographie y est ajouté, à l'aide des règles de calcul spécifiques, d'abaques, ou d'un logiciel. Deux règles de base doivent être respectées : 1. La charge la plus faible doit être dans la fourchette des charges de travail autorisées pour ce type de goutteurs. 2. La classe des tuyaux doit correspondre à la charge de travail maximale prévue. 82

Un micro-asperseur 70 l/h par arbre (espacement 4X6-m)

Fig. 122. Plan de verger irrigué par mini-asperseurs

Débit du goutteur = 70 l/h, espace 1X1,5 m.

Fig. 123. Plan d’irrigation de pépinière

83

Fig. 124. Design de tuyau d'aluminium à déplacer manuellement

Fig. 125. Design d'asperseur géant automobile

84

Fig. 126. Design d'irrigation permanent de verger 10 cycles, sous couvert Certaines formules et tableaux s'avèrent très utiles en tant que support de décision:

Débit de goutteur sur la rampe  P  Q = nqa = nq0 1 + 0.12 n − 1   P0    Q = débit (total) sur la rampe m3/h qa = débit d'un goutteur en début de la rampe m3/h n = nombre de goutteurs sur la rampe q0 = débit du dernier goutteur Pn = charge au début de la rampe (atm.) P0= charge au dernier goutteur (atm.)

Charge moyenne sur la rampe des goutteurs Pa = P0 + 0.25(Pn − P0 ) Pa = charge moyenne sur la rampe (atm.) P0 = charge au bout de la rampe (atm.) Pn = charge au début de la rampe (atm.)

85

Différence de charge maximale autorisée (atm.) entre goutteurs fonctionnant simultanément

Pf20 = Pn −

Pn 1.21

Pn = P0 1.21

f20=différence

de charge autorisée, 20% de la charge de goutteur la plus élevée sur toute la zone (atm). P0 = charge à l’extrémité de la rampe (atm). Pn = charge maximale de goutteur dans la zone (atm).

La procédure de design Après les étapes préliminaires, la préparation de la carte topographique et le choix de la structure générale, on planifie le réseau. Le débit moyen à la pression optimale des goutteurs est calculé pour certaines rampes typiques, aux tuyaux principaux et secondaires. Le fait d'exprimer la charge de l'eau en mètres (0,1 atm.) simplifie les calculs de pertes de charge. Les pertes de charge par friction dans les tuyaux et dans les accessoires sont exprimées dans les mêmes unités que les effets de la topographie sur la charge. Chaque Le processus de planification a pour résultats : 1. une carte du réseau avec toutes les données, 2. la liste du matériel, 3. le mode d'opération. élévation de terrain d'un mètre diminue la charge totale d'un mètre. Les accessoires (vannes, filtres, etc.) sont choisis en fonction de la capacité requise. Les pertes de charge locales sont calculées et inscrites sur la carte. On vérifie ensuite les pertes de charges dans le réseau, en chaque point, de la tête de contrôle au dernier goutteur.

Tableau 15. Nombre maximal d'asperseurs autorisés sur une rampe au niveau du sol Type de tuyau

Aluminium

Diamètre Débit Distance asperseu entre 3 r m /h asperseurs m

2”

Polyéthylène rigide

3”

50 mm

63 mm

75 mm

6

12

6

12

6

12

6

12

6

12

18

13

35

27

18

13

25

20

35

26

15

12

30

24

18

12

22

17

30

23

13

10

29

22

13

10

19

15

27

21

12

10

27

21

12

10

17

14

25

20

1,6

11

9

24

20

11

9

15

13

23

19

1,8

10

8

22

18

10

8

14

12

20

17

0,8 1,0 1,2 1,4

Nombre maximal d'asperseurs autorisés sur la rampe

86

PROGRAMME D'IRRIGATION La bonne programmation de l'irrigation est capitale, elle doit tenir compte des besoins en eau des cultures, des caractéristiques du sol, des capacités d'apport en eau et du type de réseau d'irrigation. Une programmation optimale garantit une utilisation optimale de l'eau, à condition que les performances soient conformes au programme.

Tableau 16. Formulaire de planification annuelle de l'irrigation Culture : …………………… ……..

Type de sol : ………………………

Période de croissance :… ……..

Méthode d'irrigation : ……………

A. Étape de la croissance

Mise en Végétaplace tion

B. Durée de l'étape (jours) C. Période – dates D. Zone de mouillage - pourcentage E. Précipitations prévues mm/étape F. Efficacité des précipitations - % G. Précipitations effectives – mm/étape H. Evapotranspiration quotidienne moyenne – mm I. Evapotranspiration totale par étape -mm J. Solde des précipitations par étape – mm K. Capacité du champ - % pondéral L. Point de flétrissement - % pondéral M. Eau disponible - % pondéral N. Densité brute– g/cm3 O. Eau disponible - % volumique P. Profondeur moyenne de la zone des racines /étape – cm Q. Eau disponible dans la zone racinaire – mm R. Epuisement de l'eau disponible - % S. Déficit en eau autorisé – mm T. Coefficient de culture par étape U. Reprise d'eau moyenne quotidienne – mm V. Intervalle entre irrigations – jours W. Volume eau net par irrigation – m³/ha X. Efficacité de l'irrigation - % Y. Quantité d'eau brute – m³/ha

87

Floraison Fructif.

Maturité

Total

Les paramètres des besoins en eau des cultures, du climat et du sol, sont inscrits dans le formulaire, et le dosage de chaque application est calculé, manuellement ou à l'aide d'un tableur électronique.

Tableau 17. Exemple de calcul de dosage d'irrigation

Calcul de la quantité d'eau pour l'irrigation par aspersion La quantité d'eau à appliquer par hectare est déterminée en fonction des facteurs suivants : ƒ

type d'asperseurs et de buses,

ƒ

espacement - distance entre les latéraux x distance entre les sperseurs sur les latéraux,

ƒ

charge à la buse d'aspersion (plus la pression est élevée, plus le débit de l'asperseur est élevé).

Selon ces données on calcule le taux d'irrigation voulu : Taux d'irrigation : quantité d'eau [m3] appliquée sur 1000 m2 (O,1 ha) en une heure (1 m³/h sur 1000 m2 = 1 mm). Exemple: Type d'asperseur : 233/92 Type de buse : 3,4 mm x 2,5 mm. Pression à la buse : 2,5 atm. Débit de la buse à cette pression (selon les tableaux de performances du catalogue): 1,06 m³/h. Espacement des asperseurs : 12 m x 12 m. Taux d'irrigation : 7,3 mm/h = 73 m³/h par hectare. Calcul du taux d'irrigation : Si l'espacement n'est pas mentionné dans le tableau, on calcule les quantités de la manière suivante : 88

Exemple: Type d'asperseur : 233/92 Type de buse : 3,4 mm x 2,5 mm. Pression à la buse : 2,5 atm. Débit de la buse à cette pression (selon les tableaux de performances du catalogue): 1,06 m³/h. Espacement des asperseurs : 9 m x 12 m. La zone est irriguée par un seul asperseur (9 X 12 = 108 m²). Taux d'irrigation = débit de l'asperseur [l/h] / zone irriguée [m²] = 1060/108 = 9,8 mm./h. Un débit d'1 mm/h est équivalent à 10 m³/ha/h donc 9,8 mm/h. = 98 m³/ha/h.

Calcul de la durée de l'irrigation : T=

W Pr

T = durée de l'irrigation [heures] W = besoins en eau bruts [mm]. Pr = taux de précipitation [mm/h]

Exemple: Quantité d'eau requise : 600 m³/ha = 60 mm. Débit de précipitation : 9,8 mm/h. Durée de l'irrigation : 60/9,8 = 6,1 heures.

Débit total de l'asperseur Le volume brut d'eau à l'heure (débit) est calculé en multipliant le débit moyen d'un asperseur par le nombre d'asperseurs fonctionnant simultanément.

Exemple: Débit moyen d'un seul asperseur : 1,5 m³/h. Nombre d'asperseurs fonctionnant simultanément: 345. Débit brut de chaque irrigation: 1,5 X 345 = 517,5 m³/h. Quand on planifie la distribution de l'eau dans différents terrains, il est important d'éviter un débit excessif dans le tuyau de distribution, ce qui entraînerait une charge trop faible dans la zone irriguée.

EXPLOITATION ET MAINTENANCE L'exploitation des systèmes d'irrigation selon un programme permet l'optimisation de la quantité d'eau et de l'énergie. Les performances du système doivent être surveillées en temps réel. Il est important d'effectuer aussi des inspections périodiques des éléments. Une indication des performances globales du réseau sera obtenue en mesurant le débit à la tête de contrôle à l'aide d'un compteur d'eau et en le comparant à la valeur prévue. Un débit plus faible indiquerait probablement le colmatage des goutteurs, alors qu'un débit plus élevé indiquerait des fuites d'eau ou l'usure ou la dilatation des buses des goutteurs. L'efficacité du système de pompage influe de manière significative sur le coût du pompage. Il est souhaitable de vérifier les pompes au moins une fois tous les deux ans.

89

Le bon état des canalisations est essentiel. Les tuyaux en plastique sont sensibles aux attaques des rongeurs, des pics-verts, des personnes, des outils mécaniques, et aux des conditions climatiques extrêmes - chaleur ou froid extrêmes. Un autre phénomène est celui de la présence de sels non solubles dans l'eau, ce qui réduit progressivement le diamètre effectif des tuyaux, augmente les pertes de charge par friction et éventuellement bouche les goutteurs. La précipitation des sels affecte principalement les tuyaux plus minces.

Fig. 127. Couplage de tuyaux PE rigides

Fig. 128 Remplacement de joint

Les outils métalliques peuvent endommager les tuyaux en aluminium. L'élément le plus délicat est le joint en caoutchouc du coupleur, susceptible de s'abîmer et de s'user si le climat est chaud et sec et en cas de frictions par couplage et découplage. Les tuyaux rigides en PVC sont sensibles au soleil, on peut les enterrer. Les tuyaux en polyéthylène peuvent être endommagés par les animaux ou les machines. De petits bouchons peuvent boucher d'éventuels petits trous mais en cas de perforations plus importantes il sera nécessaire de couper le tuyau et d'insérer un coupleur spécial.

Fig. 129. Insertion des goutteurs sur un latéral en PE souple de petit diamètre

Fig. 130. Eléments des vannes hydrauliques et de mesure (éléments remplaçables) 90

Les joints souples et les diaphragmes des vannes hydrauliques sont les premiers à s'endommager. Il est nécessaire de vérifier les tuyaux de contrôle et de rechercher d'éventuelles fuites ou fissures. Les éléments filtrants doivent être inspectés, on recherchera d'éventuelles fissures. Dans les systèmes à contre-lavage automatique, on vérifiera la précision des éléments de contrôle. Les goutteurs peuvent s'user ou se boucher. Particulièrement, les réseaux mobiles sont exploités plus intensément en saison que les réseaux fixes. Il est donc important de les examiner plus fréquemment. Les composants des émetteurs les plus susceptibles de s'user sont les joints souples, les buses, les ressorts et le marteau. Si l'eau contient du sable, l'usure des Fig. 131. Outils d'aspersion buses métalliques sera plus rapide que celles des buses en plastique. Le choix d'une buse de plus grand diamètre risque de provoquer une augmentation du débit du goutteur et donc d'affecter l'uniformité de la distribution. La présence de solides ou de précipités chimiques dans les mini-asperseurs et les micro-goutteurs peut provoquer un colmatage partiel ou total, affectant ainsi l'uniformité de la distribution. Fig. 132. Eléments d'asperseur

Fig. 133. Eléments de microjets et mini-asperseurs

Fig. 134. Régulateur de débit

Les membranes de régulation de certains types de goutteurs à pression compensée perdent leur souplesse avec le temps et doivent être remplacées périodiquement, conformément aux recommandations des fabricants et distributeurs. Les éléments des dispositifs de fertigation entrant en contact avec les solutions d'engrais concentrées se dégradent avec le temps et doivent être remplacés fréquemment. Les composants du système de commande doivent également être inspectés. Les contrôleurs d'irrigation doivent être vérifiés régulièrement (précision et réactions correctes aux causes externes). 91

RÉFÉRENCES 5th International Conference on Irrigation Proceedings, 1990, Tel Aviv, Israel. 6th International Conference on Irrigation Proceedings, 1993, Tel Aviv, Israel. 7th International Conference on Irrigation Proceedings, 1996, Tel Aviv, Israel. Soil Science Society of America Journal, 1999, Vol. 63. SSSA, Madison MI, USA. Microirrigation for a Changing World, Proceedings of the 5th International Microirrigation Congress, 1995, Orlando, Florida, USA. Microirrigation – Compilation of Articles from Applied Engineering in Agriculture and Transactions of the ASAE 1985-1994, ASAE, St. Joseph, MI, USA. Our Precious Planet, Special Issue, 1997, Time Magazine, Time-Warner, NY, USA. Benami A., Ofen A., 1993. Irrigation Engineering, Michlol, Haifa, Israel. Brouwer C., Goffeau A., Heibloem M., 1985. Introduction to Irrigation. Fao, Rome, Italy. Dvir Y., 1997. Flow Control Devices, Lehavot Habashan, israel Eisenkott A., 1999. Irrigation Systems Design. CINADCO, Tel Aviv, Israel Elhanani S., 1961. Sprinkler Irrigation, Ministry of Agricuture, Tel Aviv, Israel. Hanson B., 1994. Irrigation Pumping Plants. University of California, Davis, CA, USA. Hausenberg I., 1987. Soil-Water-plant Relationships. CINADCO Tel Aviv, Israel. Hillel D., 1987. The Efficient Use of Water in Irrigation. World Bank, Washington D.C. USA. Le Moigne G. et al., 1989. Technological and Institutional Innovation in Irrigation. World Bank, Washington D.C. USA. Manor S., Chambouleyron J., 1993. Performance Measurement in Farmer-Managed Irrigation Systems, Proceedings of International Workshop on Farmer-Managed Irrigation Systems – Mendosa, Argentina 1991, IIMI. Colombo, Srilanka. Nathan R., 1997. Fertilization Combined with Irrigation (Fertigation). CINADCO, Tel Aviv, Israel. Pair C.H. ed., 1969. Sprinkler Irrigation. Sprinkler Irrigation Association, Washington D.C., USA. Sapir E., 1993. Furrow Irrigation. CINADCO, Tel Aviv, Israel. Sapir E., Yagev E., 1995. Drip Irrigation, CINADCO, Tel Aviv, Israel. Schwankl L., Hanson B,, Prichard T., 1995. Micro-irrigation of Trees and Vines. University of California, Davis, CA, USA. Shani M., Sapir E., 1986. Sprinkler Irrigation Equipment and Methods. Ministry of Agricuture, Tel Aviv, Israel. Stewart B.A., Nielsen D.R., editors, 1990. Irrigation of Agricultural Crops. ASA, CSSA, SSSA, Madison, Wisconsin, USA. Yolles D., 1999. Soil, Ministry of Labor, the Teaching Facilities Institute, Tel Aviv, Israel. (Hébreu).

92

Catalogue Amiad 1999. Catalogue Arad Dahlia 1999. Catalogue Arkal 1999. Catalogue Bermad 1999. Brochure C-Valves 1999. Catalogue Dan Sprinklers 1999. Catalogue Dorot 1999. Catalogue Ein Dor 1999. Catalogue Ein Tal 1999. Catalogue Shani 1999. Catalogue Filtomat 1999. Brochure Irrometer 1999. Catalogue Lego 1999. Catalogue Mezerplas 1999. Brochure Motorola 1999. Tableaux de performance. Naan Irrigation Systems, 1999. Catalogue Netafim 1999. Catalogue Odis 1999. Catalogue Plassim 1999. Catalogue Plasson 1999. Catalogue Plastro Gvat 1999. Catalogue Rainbird International, 1995. Catalogue Reinke 1999. Catalogue Valley 1999.

93

Facteurs de conversion (suite) Col.1ÆCol.2 multiplié par

Colonne 1 Unité SI

Colonne 2 Unité non SI

Col.1ÆCol.2 multiplié par

mégapascal, MPa (106 Pa) mégapascal, MPa (106 Pa) mégagramme par mètre cube, Mg m-3 pascal, Pa pascal, Pa

atmosphère bar gramme par centimètre cube, g cm-3 . livre par pied carré, lb ft-2 livre par pouce carré, lb in-2

0.101 0.1 1.00 47.9 6.90 x 103

Kelvin, K Celsius, 0C

Celsius, 0C Fahrenheit, 0F

1.00 (0C + 273) 5/9 (0F - 32)

joule, J joule, J joule, J joule, J joule par mètre carré, J m-2 newton, N watt par mètre carré, W m-2

Unité thermique britannique, Btu calorie, cal erg pied-livre calorie par cm2 (langley) dyne calorie par cm2 minute, cal cm-2 min-1

1,05 x 103 4.19 10-7 1.36 4,19 x 104 10-5 698

radian, rad

degrés (angle), 0

1,75 x 10-2

Pression 9.90 10 1.00 2.09x 10-2 1.45X 10-4

Température 1.00 (K - 273) (9/5 0C) + 32

Énergie, Travail et Quantité de chaleur 9,52 x 10-4 0.239 107 0.735 2.387x 10-5 105 1,43 x 10-3

Angle plat 57.3

Conductivité électrique, Électricité et Magnétisme 1.0 104

deciSiemen par mètre, dS m-1 tesla, T

milliMho par centimètre, mmho cm-1 gauss, G

1.0 10-4

mètre cube, m3 mètre cube par heure, m3 h-1 mètre cube par heure, m3 h-1 hectare-mètres, ha-m hectare-mètres, ha-m hectare-centimètres, ha-cm

acre-pouces, acre-in pied cube par seconde, ft3 s-1 gallons U.S. par minute, gal min-1 acre-pied, acre-ft acre-pouces, acre-in acre-pied, acre-ft

102.8 101.9 0.227 0.123 1,03 x 10-2 12.33

Mesurage de l'eau 9,73 x 10-3 9,81 X 10-3 4.40 8.11 97.28 8,1 x 10-2

Concentration 1 0.1 1

centimole par kilogramme, cmol kg-1 milliéquivalents par 100 grammes, meq 100 g-1 gramme par kilogramme, g kg-1 pourcentage, % 10 milligramme par kilogramme, mg kg-1 partie par million, ppm 1

Conversion des nutriments végétaux 2.29 1.20 1.39 1.66

Élémentaire P K Ca Mg

Oxyde P2O5 K20 CaO MgO

0.437 0.830 0.715 0.602

1