Techniques D'irrigation Et de Drainage [PDF]

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INTRODUCTON GENERALE AUX TECHNIQUE D’IRRIGATION ET DE DRAINAGE L’eau est surement le facteur prépondérant parmi ceux qui conditionne le développement d’une culture, est l’augmentation de la production agricole passe par la maitrise de l’eau. L’irrigation permet d’améliorer le rendement des cultures en pays tempérer (l’irrigation de complément), d’entreprendre, en zone aride, des cultures qu’il n’aurait pu être envisager en cela. Le drainage, deuxième aspect de la maitrise de l’eau, permet de mettre en valeur les terres les plus humides. Cette technique dont l’application peut paraitre moins urgente dans les pays arides, pour celle de l’irrigation, et souvent un complément de cette dernière. L’irrigation et drainage sont les deux aspects de l’hydraulique agricole. Avant d’aborder les problèmes techniques de l’irrigation et du drainage, il est nécessaire d’étudier les rapports « Sols – plantes- Eaux » et d’évaluer les besoins en eau des cultures.

CHAPITRE I ; LE SOL ET L’EAU L’irrigation permet d’apporter à une plante, par l’intermédiaire des racines et du sol, la d’eau optimale dont elle a bésoin pour avoir un développement maximal. La connaissance des caractéristiques du sol permettra de mieux comprendre son rôle de réservoir d’eau pour la plante. 1.1 ANALYSE MECANIQUE D’UN SOL L’analyse mécanique d’un sol permet de contraire la structure, la texture, le poids spécifique et la porosité. 1.1.1 TEXTURE D’UN SOL Le sol résulte de la dégradation d’une roche mère sous l’action de facteur physique, chimique et biologique. On désigne sous le terme de texture, la répartition des éléments constituant le sol en des différentes fraction granulométrie. Le classement des particules adopter, par l’association internationale de la science du sol est la suivante (voir schéma) Les colloïdes argileux (2micro), limons(20micro), sables fin (200micro), sable grossiers (2mm), graviers (20mm), cailloux. 1micro = 10^-3mm 1.1.2 STRUCTURE D’UN SOL Le mode d’assemblage des particules définir la structure du sol.

Une structure continue est caractéristique des sols argileux, argile franche impropre à la culture. Un sol a une structure discontinue et caractériser par des vides remplis d’eau ou d’air qui se trouve entre les agrégats constituer par les particules élémentaires. C’est cette dernière structure qui convient au sol agricole. 1.1.3 POROSITE La porosité d’un sol est définie comme le volume de vide de ce sol, exprimer en % du volume total. Va= Volume apparent ou volume total de l’échantillon Vp= Volume des particules seuls Va – Vp = volume des vides P = (Va – Vp) / Va*100 La porosité peut s’exprimer également en fonction du poids spécifique réels et apparent  Poids spécifique réels Psr = Poids des particule Pp/ le volume de ses particules Vp = 2,6g/cm^3 Cette valeur est à peu près constant quel que soit le type du sol.  Poids spécifique apparent (Psa) ou Da = Poids de terre fine sèche Pts / volume de l’échantillon non remanier (avec l’eau) Va Psa varie selon les types de sols g/cm^3. Terre sable-humifère ; est compris entre 0,75 à 1 Les terres argileuses ; Psa est compris entre 1,40 et 1,60 Limons ; Psa est entre 1,2 et 1,25 Terre sableuse ; Pas est entre 1,3 et 1,4 Psr =Pp/ Vp Psa = Pts/Va Vp =Pp/ Psr Va= Pts/Psa P= (Pts/Psa – Pp/Va) / (Pts/Psa) valeurs)

( faire le jeu de développement en remplaçant les

Pp = Pts pour le même volume de l’échantillon entrain que P= 1 – (Psa /Psr) Dans les couches supérieures des sols cultivés, la porosité varie de 50 à 60%. Dans les couches inférieures elle peut aller de 40 à 45%.

C’est valeurs sont celles d’un bon sol agricole. 1.2 RETENTION DE L’EAU PAR LE SOL Nous considérons dans ce chapitre le sol uniquement dans son rôle de recevoir d’eau et d’élément nutritif. L’eau dans le sol, est très rarement en état d’équilibre. Elle est le plus souvent soumise à un système de force – pesanteur absorption, tension capillaire, pression hydrostatique, qui donne à l’eau du sol des mouvements très lent. 1.2.1 L’EAU DANS LE SOL Suivant que la molécule d’eau se trouve au contact d’une particule de sol, (absorption) dans un petit canal capillaire (capillarité) ou dans un large interstice (gravité), son comportement dans le sol sera différent ainsi que son utilisation par la plante. Ces différence forces sont variables dans le temps et suivant le degré d’humidité dans le sol, l’une ou l’autre d’entre elle prédomine.  Eau d’adhésion ou d’hygroscopicité, (c’est celle qui adhère à la surface des particules) elle ne peut être mise en mouvement par les forces de pesanteur ou capillaire, la pression qui maintient cette eau atteint des valeurs très élevés (plusieurs dizaines de bars). Cette eau, qui l’eau résiduelle dans le sol dessécher, (tous humidité hygroscopique) est inutilisable par les plantes  Eau de saturation (ou gravitaire) est l’eau qui circule librement dans le sol sous l’effet de la pesanteur. Elle alimente en générale la natte phréatique et peut être retirer du sol par drainage. Elle correspond à l’eau retenue dans le sol au-delà de la capacité de rétention. Cette eau n’est pas utilisée par les plantes.  Eau capillaire ; c’est celle qui se trouve dans les petits interstices du sol et qui est retenu par les forces capillaires supérieur au force de la pesanteur. Tension d’humidité ; est la pression par laquelle l’eau est retenue par le sol, c’est-à-dire la force qui est nécessaire d’exercer sur 1 cm^2 pour séparer l’eau du sol. Cette tension T, est créer par la force capillaire. La valeur de T est variable avec le taux d’humidité du sol. L’eau de capillarité est utilisable par les plantes. 1.2.2 TAUX REMARQUABLE D’HUMIDITE Il existe un certain nombre de points remarquables de l’humidité dans le sol quand il passe de l’humidité maximale a la complexe sècheresse. Se sont : Capacité maximale Hm ; Capacité de rétention Hr ; point de plétrissement Hf ; Point d’hygroscopicité Hh.

Définition – Mesure au laboratoire. L’humidité dans le sol est la quantité d’eau contenu dans ce sol. Elle peut s’exprimer de deux façon ; Poids d’eau par rapport au point sec de l’échantillon, Hp= (P1 –P2) / P2*100 P1 = Poids de l’échantillon

P2 = Poids de même échantillon après dessiccation à l’étuve. Hp = 20% c.a.d 20g d’eau pour 100g de terre sèche ou 20L pour 100L de sol. Volume d’eau par rapport au volume du sol en place Hv = Volume d’eau / volume du sol *100 Relation Hv, Hp, Da ou Psa Hp= Poids de l’eau/Poids de sol sec Hv= volume d’eau/volume du sol Hp/Hv= (Poids de l’eau/poids de sol sec) x (volume du sol/volume d’eau) = Densité eau / Da Hv= Hp x Da Au laboratoire, le dosage s’effectuer sur un échantillon de sol prélever selon la méthode de Vergière, peser à l’état P1 et peser après passage l’étuve ( P2) L’expérience de Schloesing elle permet de montrer les différentes étapes de la variation du taux d’humidité d’un sol. Dans un tube verticale, large de 40cm de hauteur, fermer en bas par une toile tendue, liée sur les bords, on met de la terre fine. On remplit ensuite d’eau et on laisse la terre égoutter. On remarque après un temps d’égouttage suffisante, que l’humidité est décroissante du bas en haut du tube et que l’on peut distinguer trois partie : 1- Partie inférieur (3) humidité forte et uniforme 2- Partie médiane (2) humidité variable décroissant de bas en haut 3- Partie supérieur (1) humidité faible et uniforme Cette distribution montre l’influence sur l’eau du sol, de la pesanteur et des forces capillaires. PARTIE 1 la terre ressuyée normalement seule et rester l’eau qui n’a pas été entrainer par la pesanteur. Seul reste l’eau qui se trouve dans les capillaires. Cette partie montre une valeur remarquable de l’humidité du sol, la capacité de rétention. PARTIE 3 dans la partie inférieur, la terre ne se ressue pas aussi vite car la toile forme un obstacle à l’écoulement de l’eau. Pratiquement tous les interstices du sol sont restés pleins d’eau. Cette partie montre une autre valeur remarquable de ‘humidité du sol, la capacité maximale. 1.2.2.1 CAPACITE MAXIMALE Hm Elle est = la porosité, tous les vides du sol sont remplis d’eau. Ce sol gorgé d’eau est impropre à toute végétation 1.2.2.2 CAPACITE DE RETENTION

C’est la quantité maximale d’eau que peut contenir un sol quand son drainage est assuré librement. Elle varie suivant les sols en raisons inverse de la grosseur des éléments constitutifs. Pour les argiles et les limons argileux, Hr varie de 35 à 40%, pour le sable et gravier, Hr est de 5 à 10 %. La détermination de la capacité Hr étant délicate, on lui a substituée la notion d’humidité équivalente He L’humidité équivalente est l’humidité résiduel d’un sol saturé soumis, pendant un temps déterminé a une force centrifuge de 1000g. Sa détermination se fait au Labo et sa valeur He est très voisine de Hr. 1.2.2.3 POINT DE FLETRISSEMENT PERMANANT Hf Il caractérise la teneur en eau du sol dans la force de succion des plantes = égales la force de rétention capillaire exercé sur l’eau résiduel su sol. « Le point de flétrissement permanant est dont le taux d’humidité du sol en de ça duquel les plantes fanent de façon définitive » On a pu déduire des mesures fait que : Hf est peut diffèrent de Hr /2 Point de flétrissement temporaire Hft c’est taux d’humidité de sol quand la plante présente les premiers signes réversibles de flétrissement. 1.2.2.4 POINT D’HYGROSCOPICITE Hh Au-delà du point de flétrissement permanant, le sol dans un climat sec, continue à se dessécher sans atteindre toute fois le taux d’humidité zéro %. Un équilibre s’établie entre l’atmosphère et le sol pour aboutir à une valeur de Hh comprise entre 2 et 5% dans les pays arides. On peut noter qu’en pays arides, le point d’hygroscopicité est atteint pour les sols non irrigués pendant la saison sèche. 1.3 CIRCULATION DE L’EAU DANS LE SOL Nous distinguerons deux cas principaux  Le taux d’humidité du sol supérieur à Hr ; dans le cas le mouvement de l’eau est soumis essentiellement à la pesanteur (circulation de l’eau gravitaire).  Le taux d’humidité de sol inférieur à Hr ; dans le cas les mouvements de l’eau sont soumis aux forces capillaire (diffusion capillaire) 1.3.1 CIRCULATION DE L’EAU GRAVITAIRE o Notion de perméabilité loi de Darcy : La perméabilité d’un sol caractérise son attitude à s’opposé ou non au cheminement de l’eau gravitaire. La loi de Darcy permet de mieux définir cette notion.

L’échantillon de sol est traversé par l’eau sous la charge H. H/L est appelé la pente motrice I. Darcy q montrer que la vitesse de l’eau dans l’échantillon d’un sol V = k x H/L. k est le coefficient caractéristique du matériau ou le coefficient de perméabilité. Le débit traversant l’échantillon Q = V x S ou Q = k x H x S/L k à les dimension d’une vitesse et exprimer en (m.s). Calcul de l'ETP Formule de TURC Elle s'ecrit : ETP = ((Ig+50)x 0,40xt)/(t+15)*(1+50-hr/70) Ig = IGA x (0,18+0,62h) NB : (50-hr)/70 n'intervient que pour hr inférieur à 50 ETP en mm t : température moyenne mensuelle en Degré celsius Ig : Radiation globale du mois considéré Iga : radiation maximale pouvant atteindre le sol en l'absence d'athmosphère h: durée d'isolation en heure/ mois (ou par décade) H: durée astronomique du jour en heure / mois hr= valeur de l'humidité relative mensuelle de l'air en Pourcentage Si l'on désire connaitre l' ETP pour une période plus courte, il y a lieu de remplacer le coefficient 0,40 par ; 0,37 pour 28 jours (Février) 0,13 pour une décade. Les valeurs des durées mensuelles des jour en heures et les valeurs de IGA, sont données dans les tableaux si après : l'humidité relative de l'air la durée d'isolation sont donnée par les stations météorlogiques conclusion sur les formules permettant de calculer l'ETP le caractère mathématique des formules permettant de calculer l' ETP ne doivent pas donner un sentiment de précision que les auteurs eux-mêmes n'ont jamais revendiqués Les valeurs de l' ETP exprimé en mm seront arrondie au cm supérieur ou inférieur sauf formule de glanney fridole elles ne font qu'intervenir que la durée et elle néglige les facteurs telles que l'isolation, l'état hydrométrique elle à l'avantage de la simplicité mais ne saurait rendre compte de façon exacte et complète de tous les phénomènes dans l'evapora transpiration cette formule peut etre utilisée au début d'une étude pour donner des ordres de grandeur suffisante, - Formule de TURC: celle qui est présenté dans ce cours est la formule définitive établit en 1960 cette formule fait intervenir de nombreux paramètres précisant assez bien le climat l'etat hydrométrique (en milieu tropicale) , la durée d'insolation qui determine la radiation globale du lieu considéré,

Cette formule expérimentée en zone arides et semi arides à donner des résultats satisfaisant elle pourra être utilisé pour l'étude des projets Autres formule : D'autres chercheurs comme par exemple THORNDHWAIT PERMANT ont établie des formules qui sont beaucoup moins utilisé ETUDE RATIONNELLE DU DEFICITE EN EAU (DEFICIT HYDRIQUE ou pluviométrique) : elle est égale, pour une période donnée à la différence entre l'ETP et la pluviométrie P détérminé pour la grande période D = ETP - P D, ETP et P sont exprimés en mm de hauteur d'eau, Quand D est positif, l'ETP est supérieur à la pluviométrie : il y a déficite en eau Quand D st négatif et l'ETP est supérieur à la pluviométrie, il n'y a pas déficite On peut dresser un bilan hydrique d'une station considéré en établissant le graphique des déficites pluviométriques, On porte en abscisse les différents mois de l'année et en ordonnée pour chaque mois, l'evapotranspiration potentiel dont on retranche ensuite les modules pluviométriques

il n'est pas necessaire de fournir au sol chaque mois, la totalité des deficite hydrique S'il faut mettre à la disposition de la plante toute ou une partie des reserves qu'il à acquis les mois excedentaires la reserve d'eau accumulée dans le sol est appelé reserve utile , elle correspond au volume d'eau capillaire emmagasiné par le sol entre les points de rétention et de,,, par la tranche de sol exploré par les racines Pour un même sol la Ru est variable selon la plante La reserve facilement utilisable (Rfu) quand on s'approche du point

Mois par mois il faut calculer les besoins pour une section d'année aussi longue que possible, en rattachant le bilan de chaque année à celui de l'année précédente pour consommation et reconstitution Facilement utilisable suivre l’évolution de la RFU Reserve il conviendra de détenir les données suivant; caractéristique climatique sur une longue période (au moins 10ans) pour une bonne analyse il faut avoir les données sur 15ans Pour calculer, pour chaque mois, la valeur de ETP (Evapore Transpirant. on prendra pour un mois donnée une valeur donner de ETP La valeur mensuelle de précipitation pour cette même période. Notons qu'il faudrait tenir compte de la pluviomètre efficace c’est-à-dire la quantité d'au qui s'infiltre sans ruisseler; Valeur de la réserve en eau du sol, facilement utilisable ( RST)

Il faut rappeler que cette réserve est proportionnelle à la profondeur d’un rancissement. Etude fréquentielle des besoins. Exemple Nous avons calculé, pour l’étude d’un projet d’irrigation, les besoins sur une période de 14 années. De 1946 à 1959. Etudions en détails les besoins annuels de quelques années : pluviométrie en (mm) selon le mois Janvie févrie Mois / année r r Mars 1946 28 62 22 1947 53 46 87 1948 96 29 18 1949 18 19 11

Avril 52 32 82 31

Mai 66 61 42 29

Juin 82 51 53 25

Juillet Août 28 68 29 19 30 77 12 42

Sept 58 32 44 66

Oct 41 21 16 72

Nov 55 48 29 63

Déc 58 80 53 34

1950

27

87

31

55

61

44

69

35

82

6

85

98

16

34

60

85

102

106

95

65

35

16

9

Avril 8 28 -22 29 5

Mai 19 24 43 56 24

Juin 20 51 49 77 58

Juillet Août 78 27 77 76 76 18 94 53 37 60

Sept 7 33 21 -1 -17

Les valeurs de ETP ETP ( mm)

8

(ETP moins P en mm)

1946 1947 1948 1949 1950

Janvie févrie r r Mars -20 -46 12 -45 -30 -53 -88 -13 16 -10 -3 23 -19 -71 3

Oct Nov -6 -39 14 -32 19 -13 -37 -47 29 -69

Déc -49 -71 -44 -25 -89

Quand on une valeur position ETP est supérieur à la pluviométrie donc il y a déficite en eau, mais si on a une valeur négative ETP est inférieur à la pluviométrie donc il a de l’eau en excès. Il y a de l’eau en excédent quand (ETP – P) est négatif. C’est en ce moment-là que la RFU du sol peut se reconstituer. Dans notre exemple, il s’agit des mois pluviers novembre, décembre, janvier, février essentiellement. En principe au début du printemps, vers le mois de mars, la RFU doit être reconstituer à son maximum, pieds 100mm si les plus de fin d’automnes et divers ont été accès abondante.  Besoin de l’année 1946 : Ba (1946). Supposons que dans l’hivers 1945 -1946 la RFU qui s’est reconstitué est égal à 100mm. Les besoins sont égaux à la somme des ETP position – la RFU qui est égal à 100mm Dans ce cas, Ba (1946) = (12+8+19+2078+27+7)-100 = 71mm (La RFU a été absorbée en totalité) Pendant les mois pluvieurs de fin 1946 et début 1947 on a un excédent d’eau égal à : 222mm La RFU = 0 en octobre 1946 a pu se reconstituer, et est égale de janvier 1947 à son maximum  Besoin de l’année 1947 : La RFU est réconstituer = 100mm Ba 1947 = (28+24+51+77+76+33+14)-100=203mm Entre novembre 1947 et février 1948, la RFU se reconstitué puisque les excèdent sont égaux 204mm qui est supérieur à 100mm.  Les besoins de l’année de 1948 :

La RFU est maximum en février 1948. Elle est en tanné de 16mm en mars mais reconstituer à 100mm en avril. Ba1948= (43+49+76+18+21+19) 126mm Excèdent de pluie entre novembre 1948 et févier 1949 :13+44+10+3= 70 qui est inférieur à 100mm. La RFU ne sera pas reconstituée à son maximum. Elle sera = 70mm au debut de mars 1949. C’est la conséquence d’un hiver sec.  Les besoins de l’année 1949 La RFU= 70mm Ba1949= (23+29+56+77+94+53) -70= 262mm. Pendant l’automne 1949 et l’hivers 1949 et 1950, l’excèdent pluviométrie supérieur à 100mm permet de reconstituer la RFU à son maximum  Besoin de l’année 1950 RFU = 100mm Ba1950 = (3+5+24+58+37+60+29-17)-100=99mm  On calculera ainsi les besoins jusqu’à 1950 qui sont classées par ordre décroissant 262 ;232 ;203 ;175 ;150 ;140 ;126 ;115 ;106 ;102 ;99 ;71 ;50 ;47 (mm)