E. 1. E. R.
COURS DE MICRO-IRRIGATION
Mars 2003
M. L. COMPAORE
E. 1. E. R.
Il
II
COURS DE
MICRO-IRRIGATION
11
TABLE DES MATIERESAVANT PROPOS CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LA
MICRO-IRRIGATION 1 Dfinitions et concepts 1 1 -Dfinitions 1 2 -
Concepts 1 2 1 - Mthodes d'application de l'eau 1 2 2 - Processus
d'humidification du sol 2 Historique et dveloppement de la
micro-irrigation 2 1 - Historique 2 2 - Dveloppement 3
Caract2ristiques de la mthode de micro-irrigation 4 Avantages et
inconvnients de la micro-irrigation 5 Choix de la mthode de
micro-irrigation CHAPITRE 2 : APPLICATION DES TECHNIQUES DE
MICROIRRIGATION 1 . Principales techniques de micro-irrigation 1 .
1 , Systme d'arrosage par ligne dit systme Bas-Rhne 1.2. Systme
d'irrigation par mini-diffuseurs 1.3. Systme goutte goutte 1.4.
Systme rampes poreuses 2. Conditions d'emploi des techniques de
micro-irrigation 2.1. Conditions climatiques 2.2. Caractristiques
du sol 2.3. Topographie 2.4. Le dbit d'eau 2.5. La qualit de l'eau
2.5.1. Effets de la qualit de l'eau sur le fonctionnement du rseau
: risques d'obstruction 2.5.2. Nature et qualit des ressources en
eau 2.5.3. La temprature de l'eau 2.5.4. Risques de salinisation du
sol 2.6. La configuration de la parcelle 2.7. La culture 2.8.
Conclusion CHAPlTRE 3 CONSTlTUTlON D'UN RESEAU DE MICRORRIGATION 1
Structure gnrale d'un rseau de micro-irrigation 2, Matriels d'un
rseau de micro-irrigation 2.1. L'unit de tte 2.2. Le dispositif de
fertilisation en micro-irrigation 2.2.1. La fertigation localise
2.2.2. Le matriel d'injection 2.2.3. La solution nutritive'
Pages vi 1 1 1 1 1 2 3 3 4
5 56
7 7 7 8 10 10 11 11 11 14 14 15
15 17 18 18 20 20 20
21 21 23 23 24 24 24 35
111
...
2 3 Le dispositif de filtration 2.3.1. Le poste de filtration
2.3.2. Les types de filtres 2.4 - Les canalisations 2.4.1 - Le
rseau de conduites principales 2 4.2 - Le rseau de porte - rampes 2
4 3 - Les rampes 2.5 - Les distributeurs ou metteurs d'eau 2.5.1 -
Gnralits 2.5.2 - Les goutteurs
36 36 37 45 45 45 45 47 47 47 63 63 63 63 65 65 66 68 69 69 70
70 72 74 75 76 76 76 77 80 80 80 81 81 83 83 85 85 85 85 85 87 89
89
CHAPITRE 4 . CARACTERISTIQUES DES DISTRIBUTEURS 1 - Gnralits 2 -
rgime d'coulement et dbit 2.1 - Nombre de REYNOLDS 2.2 - Pertes de
charge et dbits 2.2.1 - Goutteurs de type "orifice" sortie unique
2.2.2 - Goutteurs sorties multiples 2.2.3 - Goutteurs sortie unique
long cheminement 2.2.4 - Goutteurs auto-rgulants membrane 2.2.5 -
Goutteurs Vortex 2.3 - Loi dbit - pression des distributeurs 2.3.1
- Cas gnral 2.3.2 -Cas des capillaires ou micro-tubes 2.3.3 - Cas
des gaines perfores doubles 2.4 - Influence de la temprature sur
les dbits 3 - Caractristiques technologiques 3.1 - Diamtre des
orifices 3.2 - Coefficient de variation technologique ou de
fabrication 4 - Uniformit de la distribution CHAPITRE 5
AUTOMATISATION 1 - Les types d'automatismes 1 1 - La
micro-irrigation semi-automatique 1 2 - La micro-irrigation
automatise 1 3 - L'irrigation totalement asservie 2 - Matriels de
base de l'automatisme 2 1 - Les vannes hydrauliques 2 2 - Les
vannes volumtriques (BERMAD, DALIA) 2 3 - Les vannes lectriques 3 -
Les types de commutations 3 1 - La commutation squentielle 3 i 1 -
Systeine a commande hydraulique 3 1 2 - Systme commande lectrique 3
2 - La commutation non squentielle 4 - Les programmateurs
IV
CHAPITRE 6 : DONNEES DE BASE ET CALCUL D'UNPROJET DE
MICRO-IRRIGATION 1 - Donnes de base gnrales 2 - gomtrie et
topographie de la parcelle 3 - Besoins en eau des cultures 3.1 -
Calcul de I'vapotranspiration 3.2 - Influence du taux de couverture
du sol 3.3 - Besoins en eau journaliers moyens de la culture en
micro-irrigation ETMIOC 4 - Besoins en eau d'irrigation 4.1 -
Dfinitions 4.2 - Rendement hydraulique global la parcelle en
micro-irrigation : Rp 4.3 - Relation entre les besoins en eau
d'irrigation et les besoins en eau des cultures 4.4 - Besoins en
eau d'irrigation de pointe et besoins en eau d'irrigation rels
4.4.1 - Besoins d'irrigation de pointe 4.4.2 - Besoins d'irrigation
rels 5 - Distribution de l'eau aux plantes 5.1 - Dose et frquence
d'arrosage 5.1.1 - Dose d'arrosage maximale nette 5.1.2 - Frquence
des arrosages : fNj 5.1.3 - Dose relle : Dr 5.1.4 - Dose brute
d'arrosage Dbmte 5.2 - Dbit par distributeur ou par groupe de
distributeurs (9) et dure de fonctionnement (t) des distributeurs
5.3 - Dbit de l'installation : Q 5.4 - Avantages et inconvnients de
subdivision en postes 5.4.1 - Avantages 5.4.2 - Inconvnients 5.5 -
Volume d'eau annuel',
92 92 92 92 92 94 95 96 96 97 98 98 98 99 1O0 1O0 1O 0 109 109
109 110 111 112 112112
113 114 114 114 114 114115
CHAPITRE 7 CALCULS HYDRAULIQUES 1 - But et contenu de l'tude
hydraulique I 1- But de l'tude hydraulique 1 2 - Contenu de l'tude
hydraulique 2 - Structure hydraulique gnrale d'un rseau de
micro-irrigation 3 - Variation du dbit d'un distributeur 4 -
Dimensionnement des conduites principales et des portes-rampes 4 1-
Formule de DARCY-WEISBACH 4 2- Formule de WILLIAMS - HAZEN 4 3 -
Formule de GUYON-PERNES 4 4 - Remarques 5 5 - Calcul hydraulique
d'une rampe en micro-irrigation 5 1 - Position du problme 5 2 -
Mthode de calcul classique 5 3 - Mthode du dbit uniformment rparti
5 3 1- Dtermination de la perte de charge partir de l'aval
117 117 120 120 121 12 1 12 1 122 125 126
V
5.3.2 - Dtermination de la perte de charge partir de lamont 5.4
- Rpartition des pressions le long dune rampe uniforme 5.4 - En
terrain plat 5.4.2.En terrain pente uniforme ou varie 5.5.
Dtermination de la distance x o la pression effective est minimale
5.6. Rampes tlescopiques 5.6.1 Dtermination de la perte de charge
totale 5.6.2 Dtermination de la distance x ncessaire au changement
de diamtre pour conserver une perte de charge AH 6. Disposition et
calcul des porte-rampes 6.1 Disposition des porte-rampes 6.2.
Calcul hydraulique du porte-rampes CHAPITRE 8 MAINTENANCE DU RESEAU
1 Pathologies des rseaux de micro-irrigation 2 Entretien des rseaux
de micro-irrigation 2 1 - Entretien des filtres 2 2 - Entretien des
metteurs deau 2 3 - Entretien des rampes et des porte-rampes 2 4 -
Rparation des dgts divers BIBLIOGRAPHIE
127 128 128 129 130 13 1 13 1 131 132 132 132 133 133 133 133
133 134 134 135
vi
A V A N T PROPOSLa micro-irrigation ou l'irrigation localise est
une mthode d'irrigation rvolutionnaire e t est considre aujourd'hui
comme la pointe du progrs en irrigation. Rvolutionnaire, elle l'est
en effet compte tenu du mode d'apport de l'eau qui ne mouille pas
toute la surface du champ, de la nature e t de la prcision du
matriel d'arrosage utilis, des hautes performances potentielles
suscites (conomie d'eau, augmentation des rendements, etc.).
Elle constitue une avance en irrigation du f a i t de la
perfection technologique e tscientifique des moyens e t des mthodes
employs. Son dveloppement est relativement rcent.
Elle exige de bonnes connaissances techniques pour son
installation e t pour son ex p Ioit a t io n.Le prsent cours
s'attache dcrire les principes, les applications, le matriel, les
outils de calcul e t la maintenance des installations de
micro-irrigation ou d'irrigation localise. I I permet au lecteur de
faire son initiation l'environnement des systmes de
micro-irrigation ou d'irrigation localise, d'apprhender l'tude
technique des projets. Toutes les suggestions d'amlioration de son
contenu sont bien venues.
M. L. COMPAORE
1
CHAPITRE 1
11.1
GENERALITES SUR LA MICRO-IRRIGATION
1
1. DEFINITIONS ET CONCEPTS
- DfinitionsIl existe plusieurs termes :- irrigation localise
(retenu par la FAO) qui traduit plus le mode d'apport de l'eau au
voisinage des racines ou directement au pied des plantes ;
irrigation goutte goutte ou "trickle irrigation" (retenu par les
ingnieurs de I ' h e r i c a n Society of Agricultural Engineers
[ASAE]) qui est en fait reprsentatif d'une techniqued'arrosage
particulire ;
- micro-irrigation (retenu par la Commission Internationale des
Irrigations et du Drainage [ C I D ] ) qui prend en compte le fait
que les dbits apports sont faibles et les
frquences leves.Dans cet ouvrage nous prvilgierons l'usage du
terme micro-irrigation retenu par la CIID qui met plus l'accent sur
la faiblesse des doses et des dbits que sur la manire dont ils sont
apports.1.2 - Concepts
La micro-irrigation regroupe un certain nombre de techniques
d'arrosage relativement rcentes.1.2.1 - Mthodes d'aDplication de
l'eau
La micro-irrigation consiste apporter l'eau au voisinage ou au
pied des plantes. directement la surface du sol ou l'intrieur du
sol, avec de faibles dbits (quelques litres quelques dizaines de
litredheure : 2 150 l/h) et intervalles rapprochs (morcellement de
la dose). Les doses appliques sont trs rduites, ce qui conduit des
frquences leves (espacement entre les arrosages de l'ordre de 1 2
jours).Dans certains cas, l'arrosage peut tre quasi continu et en
ce moment, le sol se comporte plus comme un conducteur d'eau vers
les racines qu'un rservoir.
L'eau est conduite la plante grce un rseau dense de
canalisations. Cette eau est filtre et ventuellement enrichie en
fertilisants.
2
Seule une fraction de la surface est arrose (zone explore par
les racines des plantes). L'apport se fait sous forme de gouttes,
de minces filets d'eau ou de mini-jets au travers des dispositifs
de distribution varis. Les techniques de micro-irrigation combinent
tout fait harmonieusement l'efficience et la qualit ; ce qui les
hisse l'heure actuelle la pointe du progrs en irrigation.1.2.2 -
Processus d'humidification du sol
Sous la zone d'apport, gnralement sature, le transfert d'eau
dans le sol se fait essentiellement sous forme d'coulement non
satur. L'eau dimise verticalement et latralement dans le sol sous
l'effet conjugu des forces de gravit et de succion. Il en rsulte un
bulbe d'humidification (fig. 1) de forme elliptique dont les
dimensions dpendent fortement des caractristiques du sol, du dbit
d'apport et de la frquence des arrosages. L'extension latrale du
bulbe est d'autant plus marque que la texture est fine. Les faibles
doses apportes frquemment maintiennent la zone humecte une humidit
leve, proche de la capacit de rtention. L'eau est donc facilement
disponible pour les plantes, ce qui constitue un facteur important
d'accroissement des rendements. En outre, une partie de la surface
reste sche ce qui favorise la poursuite des soins aux cultures.
tGO UT1E U R
ECARTEMEHT
EHTRE
RAMPES
LlGHE DE COURAljT
COU?BE
D'EGALE
HUMIDITE
L- L A R G E U R H U M I D I F I E E4i
I
l
PERCOLaTiOt-1
PROFOH DE=
I
Fig. 1 : Schma du bulbe d'humidification dans un sol grossier
(a) et dans sol fin (b) (Pnadille Y.)
2
Seule une fraction de la surface est arrose (zone explore par
les racines des plantes). L'apport se fait sous forme de gouttes,
de minces filets d'eau ou de mini-jets au travers des dispositifs
de distribution varis. Les techniques de micro-irrigation combinent
tout fait harmonieusement l'efficience et la qualit ; ce qui les
hisse l'heure actuelle la pointe du progrs en irrigation.1.2.2 -
Processus d'humidification du sol
Sous la zone d'apport, gnralement sature, le transfert d'eau
dans le sol se fait essentiellement sous forme d'coulement non
satur. L'eau dimise verticalement et latralement dans le sol sous
l'effet conjugu des forces de gravit et de succion II en rsulte un
bulbe d'humidification (fig. 1) de forme elliptique dont les
dimensions dpendent fortement des caractristiques du sol, du dbit
d'apport et de la frquence des arrosages. L'extension latrale du
bulbe est d'autant plus marque que la texture est fine. Les faibles
doses apportes frquemment maintiennent la zone humecte une humidit
leve, proche de la capacit de rtention. L'eau est donc tcilement
disponible pour les plantes, ce qui constitue un facteur important
d'accroissement des rendements. En outre, une partie de la surtce
reste sche ce qui favorise la poursuite des soins aux
cultures.ECARTEMEUT
EHTRE
RAMPES -
Fig L
Schkma du bulbe d'humidification dans un sol qrossier ( a ) et
dans sol fin (b) (Penadille Y )
3
2. HISTORIQUE ET DEVELOPPEMENT DE LA MICRO-IRRIGATION 2.1
- Historique
La mthode de micro-irrigation tire vraisemblablement son origine
des pratiques de techniques d'irrigation souterraine o l'irrigation
se fait par contrle du niveau de la nappe phratique au profit du
systme radiculaire des cultures. Bien que de conception simple, la
mthode de micro-irrigation ne pu se pratiquer grande chelle par
manque de matriaux convenables et conomiques (BUCKS, D. A. et
DAVIS, S., 1986). Un premier essai fut entrepris en Allemagne en
1860 combinant irrigation et drainage avec un rseau comportant des
drains en terre cuite non jointifs, en lignes espaces de 5 m, poss
une profondeur de 0.80 in environ, recouverts d'un filtre de 0.30
0.50 in d'paisseur. Les rseaux de ce genre fonctionnrent plus de 20
ans aprs leur mise en place. Puis survint l're des tuyaux PVC
perfors. Aprs 1935, les essais se concentrrent sur des tuyaux
perfors raliss en divers matriaux, avec comme objectif de voir si
le dbit tait dtermin par la pression de l'eau dans le tuyau ou par
la tension d'humidit dans le sol environnant (KELLER, J. et
KARMELI, D., 1975). Des essais similaires eurent lieu en U.R.S.S.
(1923) et en France, dans le but de trouver une meilleure mthode du
fonctionnement. Ils firent natre l'ide d'utiliser pour l'irrigation
les variations du plan d'eau de la nappe phratique. C'est la
"sub-irrigation" qui est pratique grande chelle aux U.S.A., en
Hollande et en Angleterre. On relve le plan d'eau dans un systme
serr de canaux partir desquels l'infiltration provoque un relvement
du niveau de la nappe phratique jusqu' la partie infrieure de la
zone radiculaire. C'est le dveloppement de l'utilisation des tuyaux
en matire plastique qui dtermina l'volution vers le goutte goutte
actuel bon march, flexibles, faciles perforer et raccorder, de tels
tuyaux prsentant de srieux atouts. Deux inconvnients cependant :
d'abord, la petitesse des trous (env. O, 1 mm) entranant leur
obstruction, malgr une filtration pousse, ensuite le manque
d'uniformit des trous et leur changement dans le temps provoquaient
des diffrences de dbit inacceptables, mme sans bouchage. Malgr ces
deux inconvnients, les rendements accrus encouragrent les
recherches en vue de I'ainlioration de ce systme. Au lieu d'un
simple trou perc dans la paroi du tuyau, divers appareils ou
goutteurs furent placs sur le tuyau. Le goutte goutte, tel qu'on le
pratique aujourd'hui, apparut en Angleterre au dbut des annes 1940.
On le mit au point dans les serres, pour pratiquer l'irrigation et
la fertilisation avec le mme rseau. Les premiers goutteurs taient
des capillaires entours autour de cylindres. Leur longueur tait
assez importante pour augmenter le parcours de l'eau, tout en
demeurant peu encombrants. leur section de passage galement, pour
rduire les risques d'obstruction. Puis une tape importante f i t
enregistre en Isral la fin des annes 1950 la suite de la mise au
point des goutteurs long cheminement. A partir des annes 1960, le
goutte goutte devint un nouveau mode d'irrigation, utilis dans les
champs et vergers aussi bien que dans les serres (Australie,
Europe, Isral, Japon, Mexique, Afrique du Sud, U.S.A.).
2.2 - Dveloppement
Le tableau ci-aprs donne daprs une enqute de la Commission
Internationale des Irrigation et du Drainage(CI1D) les surfaces
irrigues sous micro-irrigation dans le inonde en1991.
Tableau I : ,iziperficie.s irrigihs par micro-irrigation dam le
mot i e ((XII, d 1991)Pays Superficies (ha) Principales
cultures
Japon lnde France Thalande
57 098
55 O0050 953
verger, vigne, cultures sous serre, lgumes
41 150
Maroc1
9 7661
verger verger, vigne, cultures sous serre, lgumes
Autres pays TOTAL
100 737
1 768 987
Malgr les progrs enregistrs, les superficies irrigues sous
micro-irrigation dans le inonde restent relativement peu
importantes. Elles atteignent actuellement environ 2 500 O00 ha, ce
qui ne reprsente que 1 % des surfaces irrigues.
3. CARACTERISTlOUES DE LA METHODE DE MICRO-IRRIGATION
Les caractristiques principales de la mthode de micro-irrigation
peuvent se rsumer comme ci-dessous. La micro-irrigation :
a/. n'arrose qu'une fraction du sol (application de l'eau prs de
ou dans la zone radiculaire); b/. n'apporte que de faibles quantits
d'eau (utilisation de faibles dbits avec de faibles pressions)
pendant des temps trs longs ;ci. apporte l'eau des frquences
rapproches ;
d/. met en oeuvre des quipements fixes, lgers et relativement
fragiles ; e/. ne mouille pas le feuillage ; f/. convient bien
l'irrigation fertilisante ;
g/.est totalement indpendante vis vis des autres interventions
sur la culture ;
h/.impose dans la plupart des cas l'automatisation (car ncessite
des apports frquents etfractionns).4. AVANTAGES ET INCONVENLENTS DE
LA MICRO-IRRIGATION
En comparaison l'aspersion et l'irrigation de surface, la
micro-irrigation autorise une utilisation plus rationnelle de l'eau
et offre de nombreux avantages. Malgr ces grands avantages, la
micro-irrigation connat aussi quelques inconvnients spcifiques.
AvantagesLes techniques de micro-irrigation- conomisent
fortement l'eau, - s'adapent bien tous types de sols et de reliefs,
- permettent d'utiliser des eaux sales, - permettent un
raccourcissement du cycle vgtatif de la culture, - rduisent les
adventices, - sont insensibles aux vents, - se prtent facilement
l'automatisation, - mettent la disposition des utilisateurs des
conditions d'arrosage trs souples, - autorisent une facilit de
jaugeage de l'eau, - gnent rarement les habitudes culturelles et
sont constitues de structures souples, mobiles, adaptables tous les
cas particuliers, - prsentent des rendements excellents, -
permettent d'arroser avec des dbits trs faibles avec contrle prcis
de la dose, - conomisent la main d'uvre, - rduisent les cots
d'entretien, - sont d'utilisation assez simple,
6
1nconvnients
Les techniques de micro-irrigation : - prsentent un cot de
premire installation lev, - connaissent une sensibilit des
goutteurs l'obstruction - ncessitent la filtration de l'eau
d'irrigation, - ncessitent une maintenance rigoureuse, - exigent un
haut niveau de comptence au moins pour les tudes, - conviennent
mieux des cultures forte valeur ajoute, - ne conviennent pas toutes
les cultures (kiwi par exemple) - fonctionnent avec du matriel
dlicat dure de vie relativement faible. On remarquera que, soinine
toute, les avantages du systme sont nettement dominants
comparativement aux inconvnients.5. CHOIX DE LA METHODE DE
MICRO-IRRIGATION
On peut rsumer les conditions d'utilisation de la
micro-irrigation ainsi qu'il suit (VERMEIREN, L., 1983) :- prix de
l'eau lev ou ressources en eau rares, - terrain en forte pente ou
accident, - raret et chert de la inain d'uvre, - inauvaise qualit
de l'eau (salinit)
Outre ces aspects, on peut aussi voquer les stratgies ou les
motivations propre l'irrigant Par exemple si celui-ci opte
d'investir dans la production de cultures spcialises haut rendement
et forte valeur ajoute, il pourrait en toute connaissance de cause
installer un systme de micro-irrigation si la faisabilit technique
est prouve.
7
CHAPITRE 2
1 APPLICATION DES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION 11. PRINCIPALES
TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION
Les techniques de micro-irrigation se dfinissent essentiellement
suivant le mode d'apport de l'eau la culture. On distingue la
micro-irrigation linaire (systme Bas-Rhnes), la micro-irrigation
par aspersion (mini-diffuseurs), la micro-irrigation ponctuelle
(goutte goutte), la microirrigation souterraine (gaines
poreuses).1.1. Systme d'arrosage par liene dit systme Bas-Rhne
La distribution de l'eau se fait au travers d'ajutages calibrs
disponibles selon I O diamtres diffrents chelonns tous les 1/10 de
min de 1.2 2.1 min. Ces ajutages sont placs en drivation sur une
rampe en polythylne (PE) noir d'environ 25 min de diamtre. Du fait
de l'importance des dbits dlivrs, les rampes sont installes dans
des rigoles cloisonnes constituant une srie de petits bassins (2.5
6.5 m de longueur) parallles aux ranges de plantation. Chaque rampe
est immobilise au fond de la rigole par les petits barrages en
terre utiliss pour le cloisonnement. Il y a autant de petits
bassins que la rampe comporte d'ajutages. Les orifices fonctionnent
sous une pression de l'ordre de 1 bar et dlivrent des dbits variant
entre 30 et 100 1.h-1, selon leur diamtre. Le petit jet qui rsulte
de la transformation de la pression de l'eau en vitesse lors de son
passage travers I'ajutage est cras par une bague brise-jet.L'eau ne
s'infiltre pas ponctuellement, mais se rpartit dans les petits
bassins. En combinant judicieusement les diamtre des ajutages, on
peut obtenir un dbit relativement uniforme tout au long de la rampe
qui peut mesurer 200 m.
8
d
L
0.40 m -
0,50 m
Fig. 2 : Systme Bas-Rhne (CEMAGREF et RNED-HA, 1990)
1.2. Systme d'irrigation par mini-diffuseurs
La distribution d'eau se fait au moyen de petits asperseurs
statiques dont le jet est de faible porte (pulvrisation de l'eau
sous forme de tache). Cette technique d'irrigation est utilise
principalement en arboriculture sur des sols grossiers dans
lesquels la diffusion latrale de l'eau est trs rduite et
l'infiltration essentiellement verticale, ainsi que dans certains
sols argileux gonflants prsentant des fentes de retrait importantes
dans lesquels l'eau a tendance percoler en profondeur avec une
faible diffiision latrale (MERMOUD, A.,1995).La porte des
mini-diffuseurs couramment utiliss est de 1 2.5 i sous une pression
de n 1 2 bars avec des dbits compris entre 20 et 60 l.h.-'.
Certains mini-diffuseurs auto-rgulants peuvent dlivrer des dbits
atteignant 120 l.h.-l avec des exigences de pression de 1 6 bars.
Dans touts les cas, la pluviomtrie doit tre infrieure la capacit
d'infiltration du sol considr.
Les inini-diffuseurs sont des pices comportant une base munie
dun orifice calibr et coiffe dune tte brise-jet qui crase leau la
sortie et loblige schapper latralement. Selon le type de
mini-diffuseur utilis, on peut obtenir diverses formes et
dimensions des surfaces arroses (fig. 4) Les rampes alimentant les
mini-diffuseurs peuvent tre- enterres (20 40 cm) ou poses sur le
sol. Dans ce cas, le mini-diffuseur est fix sur un support 20 ou 30
cm au-dessus du sol et reli la rampe par un tube prolongateur en PE
ou en PVC - suspendues environ 50 cm au-dessus du sol un fil tendu
entre des poteaux ou sur le palissage des arbres. Dans ce cas, le
mini-diffuseur est fix directement la rampe, tte en bas
le plus souvent, au moyen dun filetage ou dune tte de vipre.
Fig. 3 : Systme dirrigation par mini-diffuseurs (MERMOUD, A.,
1995)
cercle complet
112cercle
pinceau
-Pe
Fig. 4 : Formes des surfaces arroses avec les tnini-diffuseurs
(CEMAGREF et RNEDHA, 1990)
1O
1.3. Systme goutte a goutte
L'eau est transporte dans un rseau de canalisations gnralement
enterres qui alimentent des rampes .soup/e.s de faible diamtre
places le long des ranges de cultures et sur lesquelles on installe
les organes de distribution. L'eau est dlivre au sol, goutte goutte
ou sous forme de minces filets, par des goutteurs, qui peuvent tre
soit de simples perforations pratiques sur les rampes, soit des
dispositifs plus labors dont les plus sophistiqus (goutteurs
compenss) permettent une rgulation automatique de la pression et du
dbit (MERMOUD, A., 1995). Les goutteurs fonctionnent faible
pression et faible ddit. Ils dlivrent ponctuellement des dbits ne
dpassant gnralement pas 12 1 .h-1 sous une pression de l'ordre de 1
bar Le systme goutte goutte constitue le procd le plus reprsentatif
des techniques de micro-irrigation. C'est donc essentiellement ce
systme qui sera tudi par la suite.
... ... ... ... .... ... ... .... ... ... ...
Fig. 5 : Systme d'irrigation par goutte goutte (MERMOLJD, A.,
1995)1.4. Systme a rampes poreuses
Ce systme utilise des tuyaux petit diamtre (entre 20 et 40 inin)
dont la paroi structure poreuse laisse suinter l'eau tout le long
du tuyau (CEMAGREF et RNED-HA, 1990). Ces tuyaux sont gnralement
enfouis faible profondeur (entre 20 et 50 cin) dans lesol.
Les inconvnients du systme sont lis l'irrgularit des dbits
dlivrs (variabilit), aux problmes d'obstruction et au fait qu'en
dbut de cycle vgtatif, les racines ne sont pas assez profondes pour
tre alimentes par la rampe. Ces diffrents aspects continuent de
faire l'objet de recherches.
11
2. CONDITIONS D'EMPLOI DES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION
Il est ncessaire que le systme soit adapt aux conditions
d'emploi. Pendant les tudes de faisabilit ; les possibilits
d'application des techniques de micro-irrigation doivent tre values
en considrant les paramtres tels que :-
les conditions cliinatiques ; les caractristiques pdologique du
sol ; la topographie du terrain; la qualit et la quantit des
ressources en eau disponibles ; les cultures concernes ; les
conditions financires de l'exploitation ; les impacts sur
l'environnement.
2.1. Conditions climatiques
La micro-irrigation peut se pratiquer sous tous les types de
climat, de mme que sur les cultures sous serre. Cependant, en zones
aride et setni-aride, du fait de l'insuffisance accentue des
prcipitations naturelles, le dveloppement radiculaire est concentr
presque exclusiveinent au sein des bulbes d'humidification. Aussi,
pour une meilleure exploration du sol par les racines il est
indispensable de fixer judicieusement la position et le nombre de
distributeurs. En effet, ces paramtres dterminent le volume de sol
explor par les racines qui, s'il est insuffisant, peut causer des
dgts svres en cas de pannes d'irrigation et des dracinements en cas
de vent fort.2.2. Caractristiques du sol
Le sol doit transmettre l'eau aux racines des plantes : son rle
est d'autant plus prpondrant que le mode d'apport est plus localis
(goutteurs). En sols grossiers profonds ou en argiles gonflantes
prsentant des fentes de retrait, les apports par mini-diffuseurs
sont prfrs aux apports par goutteurs. La plupart des sols
conviennent l'emploi des techniques de micro-irrigation sous rserve
toutefois de bien tenir compte de l'influence de leurs proprits
hydrauliques dans la conception du systme (cartement des rampes,
types de distributeurs, espacement des distributeurs, dbit des
distributeurs, frquence des apports,. ..). Il s'avre que la forme
des bulbes d'humidification est fortement tributaire des
caractristiques du sol, notamment de la texture et de la structure.
En sols grossiers, l'infiltration est influence principalement par
les forces de gravit et le bulbe est troit et allong. En sols fins,
la conjugaison des forces de gravit et de succion se traduit par un
bulbe d'humidification a beaucoup plus grande extension
latrale.
12
Fig. 6 : Forme du bulbe d'humidification dans un sol grossier
(a) et dans un sol fin (b) (BALOGH, J. et GERGELY, l., 1980) Les
caractristiques du sol qui interviennent le plus dans le transfert
de l'eau sous le distributeur sont :+les proprits conductrices et
de rtention, en particulier la conductivit hydraulique saturation
K,. La relation liant la conductivit hydraulique K la charge de
pression h, peut s'exprimer par une relation exponentielle du type
:
K(h) = Ks euh
(2.1)
oK(h)KS
: conductivit hydraulique en tn.h-' : conductivit hydraulique la
saturation en m. h-' : charge de pression en in1
h
a
constante caractristique de sol. u est plus lev dans les sols
grossiers que dans les sols fins en m-'
La relation (2.1) ci-dessus ne tient pas en compte d'ventuels
processus d'hystrse.ii)-la capacit d'infiltration. Elle varie avec
l'humidit du sol et se rduit au fur et mesure de l'irrigation.
Lorsque le dbit du distributeur dpasse la capacit d'infiltration
ponctuelle du sol, il se cre une zone sature sous le distributeur
dont la
13
surface augmente progressivement. Au bout d'un certain temps, on
volue vers un rgime permanent et les dimensions de la tache sature,
ainsi que celles du bulbe d'humidification sous-jacent, ne varient
plus gure. Ceci se vrifie d'autant plus que le temps d'irrigation
est important par rapport aux intervalles entre les arrosages.1 est
possible de calculer la valeur du rayon p (en cin) de la tache
sature sous le 1 distributeur, dans l'hypothse o l'infiltration se
fait verticalement, en galant le dbit d'apport au dbit infiltr
:
(I=-
n.pL.i ou encore : p = 1000.T (11O00
i
n.1
cl1
dbit du distributeur, en 1.h-i capacit d'infiltration, en cm.h-1
rayon de la tche, en cm
P
Gnralement, la capacit d'infiltration dcrot pendant
l'irrigation, ce qui conduit une augmentation du rayon de la
surface sature. La diminution de i est due principalement deux
raisons : la diminution du gradient de succion. L'infiltration
rsulte de l'influence combine des gradients de succion et de
gravit. Au fur et mesure que le front d'humidification pntre plus
profondment, le gradient moyen de succion diminue puisque la
diffrence de succion entre la surface du sol et la zone sche se
rpartit sur une distance croissante. A la longue, le gradient de
succion devient ngligeable dans la partie suprieure du profil et le
gradient gravitationnel est l'unique force motrice les
modifications des proprits du sol (dgradation de la structure et
formation d'une crote de surface, migration de particules,
foisonnement de l'argile, etc.). Ceci contribue rduire la valeur de
la conductivit hydraulique saturation et donc accrotre la dimension
de la zone sature au cours de l'irrigation. Lorsque le rgime
permanent est atteint, la capacit d'infiltration tend vers la
valeur de la conductivit hydraulique saturation K, et l'quation
(2.2) s'crit :
Si l'on tient compte non seulement de l'effet de gravit, inais
galement de l'effet de succion, le rayon de la surface sature
s'obtient par la relation (WOODING, 1968) :
14
aq K,
:::
paramtre de la relation K(h), en cm-1 dbit du distributeur, en
1.h-l conductivit hydraulique sature, en cm.h-1
On constate que le rayon est d'autant plus faible que les
valeurs de a et de K, sont leves (sols grossiers). Par ailleurs, il
augmente avec le dbit du distributeur. Connaissant les proprits
hydrauliques du sol (K, et a), on peut donc obtenir la surface de
la zone sature souhaite en choisissant un distributeur de dbit
appropri. En sols grossiers, l'extension latrale du bulbe
d'humidification (frange d'humidit capillaire) est trs faible et ne
dpasse gure celle de la zone sature en surface (MERMOD, A., 1995).
On notera toutefois que les conditions qui prvalent dans la zone
sature de surface sont similaires celles observes en irrigation
gravitaire, avec les risques de ruissellement, de percolation et de
pertes par vaporation que cela comporte, On a donc intrt maintenir
la zone sature une valeur restreinte et donc utiliser des
distributeurs de dbit aussi faible que possible. La teneur en eau
du sol diminue graduellement au fur et mesure que l'on s'loigne du
distributeur, pour atteindre une trs faible valeur l'extrieur du
bulbe. En rgle gnrale, les racines ne se dveloppent ni dans la zone
sature, ni dans la zone sche. inais exclusivement l o l'eau et
l'air sont en proportion harmonieuse.2.3. Topographie
La micro-irrigation peut se pratiquer en terrain topographie
irrgulire (accidente). Cependant, si le dbit des distributeurs est
trop lev, il y a des risques de ruissellement en sols pentus viter
tout prix. Ces ruissellements peuvent induire une forte dformation
du bulbe d'humidification. En outre, les diffrences de pression
dans le rseau peuvent occasionner une forte htrognit des dbits
dlivrs. Dans ce cas, le rseau doit tre rigoureusement tudi sur la
base de plans grande chelle (1/1000, voire 1/500), courbes de
niveau trs denses, au moins 0,s in, inais de prfrence 0. I 0.2 in.
Lorsque la topographie est peu accidente ou lorsque les rampes sont
de faibles longueurs (< 100 m), on prfrera des distributeurs non
compenss, moins chers et moins sensibles au colmatage. Dans le cas
contraire (pente prononce, grandes parcelles,. . .), on adoptera
des distributeurs auto-rgulants ou des capillaires dont la longueur
sera calcule avec soin.2.4. Le dbit d'eau
Le dbit d'eau utilis en micro-irrigation dpend de la technique
applique (CEMAGREF et RNED-HA, 1990), elle inine fonction du type
de sol et de la qualit de l'eau.
l
DISTRIBUTEURAPPORT DEBIT (llh)
gQ"zrpar point
diffuseur (jet fixe)
Ii
ajutage (orifice calibre) en ligne
1
micro asperseur (Jet tournant) en grande tache
petit asperseur en plein
en tache20 60
l6
35 a 100
60 2 150
l
l
I
CONDUITE
0
type goutie A goutte (1 piusieurs apports par jouri
rn
BOUCHAGE
sensible au bouchage peu sensible au bouchage
type aspersion (1 B piusieurs apports par semaine1
Fig. 7 : Dbit d'eau en fonction de la technique applique
(CEMAGREF et RNED-HA, 1990)2 . 5 La qualit de l'eau
La qualit physico-chimique de l'eau dtermine l'importance des
risques de bouchage du matriel d'arrosage et constitue un critre de
choix de la technique. C'est un lment essentiel de la russite de la
micro-irrigation. Une analyse pralable de l'eau est indispensable
pour apprcier les risques et dfinir les moyens de prvention mettre
en uvre pour viter le colinatage.2.51. Effets de la qualit de l'eau
sur le fonctionnement du rseau : risques
d'obstruction
Les causes d'obstruction des distributeurs sont d'ordre
physique, chimique ou biologique.- c(cuses d'ordre ahvsicrue :
particules de sable, de limon ,d'argile ou de dbris vgtaux en
suspension dans l'eau ; les particules les plus grosses provoquent
un bouchage quasi instantan des distributeurs (sable) tandis que
les particules les plus fines modifient peu peu le dbit des
distributeurs par un dpt lent l'intrieur de ceux-ci. - causes
d'ordre chimique : prcipitations de sels dissous contenus dans
l'eau d'irrigation. L'analyse de l'eau permet de dterminer sa
teneur en calcaire et d'valuer les risques d'obstruction.
Si l'eau est de type incrustante (teneur importante en
calcaire), on peut soit utiliser le systme Bas-Rhne, soit utiliser
des brise-jets anti-calcaires (cas des capillaires), soit utiliser
de l'acide nitrique dilue 5/1000 que l'on fait sjourner dans les
tuyauteries pendant une nuit. On enlve ensuite les bouchons
d'extrmit de rampe et on rince l'eau claire. Les lments chimiques
prendre galement en compte sont le fer (dveloppement de bactries
ferrugineuses), l'hydrogne sulfur et le manganse.
1 faut remarquer que dans le cas d'une irrigation fertilisante,
du fait que l'on modifie 1 les proprits chiiniques et physiques de
l'eau, on peut avoir galement des risques de prcipitation.
- cnuses d'ordre biologique : sans doute les plus difficiles
matriser. L'eau de surface(rivire, canal ou bassins) contient en
effet, outre de la matire organique inorte plus ou moins dcompose,
toute sorte de micro-organismes vivants : algues, bactries,
protozoaires, spores, champignons. Les lments de dimension
suprieure 50 ou 100 p tels que les algues pluricellulaires et une
grande partie de la matire organique morte, sont arrts au niveau de
l'installation de tte, par un filtre sable. Par contre, les
organismes monocellulaires passent facilement travers les filtres,
ainsi que les argiles et les limons fins. Dans les tuyaux P.E.
noir, les algues ne se dveloppent pas puisqu'elles sont prives de
luinire mais les champignons et les bactries peuvent former des
colonies, souvent glatineuses, qui fixant les particules physiques
augmentent la vitesse de colmatage. Le fer ou l'hydrogne sulfur
(H2S) provoquent galement des prolifrations de diverses bactries,
d'o des obstructions rapides, parfois en quelques jours. Pour
lutter contre les risques d'obstruction d'ordre biologique, on peut
utiliser l'eau de javel ou hypochlorite de sodium qui est un
oxydant et un dsinfectant puissant et qui dtruit les matires
organiques et les micro-organismes. Le tableau 3 ci-aprs donne les
risques d'obstruction potentiels des distributeurs en fonction des
principaux lments physiques chiiniques et biologiques contenus dans
l'eau d'irrigation.
Facteur Physique - Solides en suspension Chimique - PH - Sels
dissous totaux - Calcium - Carbonates - Manganse - Fer - H2S
Biologique - Population bactriennes
Unit
Faible
Ri! lue d'obstruction Fort Moyen50- 1O07-8 5000 - 2000 10 - 50
100 - 200 0.1 - 1.5 o. 1 - 0.5 0.5 - 2.0> :
.
inax-pprn (a)
c 50
+1
(4.1O>
avec : HO(in) : pression en tout point de la gaine de rpartition
H;(rn) : pression en tout point de la gaine de transport. Pour une
H en tte de la gaine double, la pression H, en tout point est Hi =
H - AH, avec AH = pertes de charge entre lorigine et le point
considr. d,(mm) : diamtre de gaine de rpartition : coefficient de
dbit gaine transport vers gaine de rpartition ci di(rnrn) : diamtre
de gaine de transport N : rapport du nombre dorifices de sorties au
nombre dorifices dentre. En supposant C,=
C , et d,
=
d,, on obtient :
75
Ho
=1
H.
(4.1 1)
N2+1et(4.12)
go = dbit des orifices de sortie de la gaine de rpartitionLa
valeur de Co = 0.67 est une valeur correcte et reprsentative des
gaines doubles actuellement fabriques.2.4 - Lnfluence de la
temprature sur les dbits
Le dbit d'un distributeur est gnralement donn pour une
temprature de 20 ou 25C pour une pression de 10 m d'eau, sauf
indication contraire. Les variations de viscosit lies aux
variations de temprature de l'eau peuvent avoir une forte influence
sur le dbit. En outre, les carts de temprature occasionnent des
variations du diamtre des orifices et des longueurs de tubes
(MERMOUD, A.. 1995) Il a t tabli que l'effet de la temprature est
directement li au rgime d'coulement :- goutteurs coulement
turbulent : influence thoriquement ngligeable ; en ralit, on note
un trs lger accroissement de dbit avec la temprature (de l'ordre de
1 '340 pour 1 O O C ) . Par contre, les goutteurs "vortex" se
caractrisent par une diminution de dbit lorsque la temprature
augmente ; ceci est d probablement un accroissement de la
turbulence (effet vortex) lorsque la viscosit de l'eau diminue -
goutteurs compenss : peu d'influence ou influence ngative (trs
faible diminution du dbit lorsque la temprature augmente) -
goutteurs coulement partiellement turbulent et coulement laminaire
: influence positive. L'augmentation de temprature provoque un
accroissement notable du dbit, de l'ordre de 1 1.5 ?40 par O C .
Par consquent, si l'on s'loigne trop de la temprature de rfrence
(habituellement 20"C), le dbit effectif du goiitteur doit tre ajust
par un facteur de correction F
Il est remarquer que la temprature de l'eau peut varier
notablement le long d'une rampe expose au soleil (jusqu' 10C) et
influencer par consquent le dbit dlivr par les goutteurs. Cet
accroissement de temprature peut compenser partiellement les effets
de perte de charge et donc la rduction du dbit le long des rampes
disposes en terrain plat.
Temprature T (OC)O
Viscosit cinmatique de l'eau v (106 m2/s)1.875
l II l
10 2030 40
I
I I
i I
I .3061 .O03
0.80.658 0.553 0.474 0.4 13
5060
I
70
3 - CARACTERISTIQUES TECHNOLOGIQUES
3.1 - Diamtre des orifices
Pour minimiser les risques d'obstruction, les diamtres infrieurs
0.5 inin ne devraient tre utiliss que pour des eaux parfaitement
pures. Pour des eaux de qualit douteuse, il est judicieux de
recourir des distributeurs coulement turbulent, puisque les filtres
ne retiennent pas les particules infrieures 80 microns qui ont
tendance sdiinenter au droit des metteurs et rduire
progressiveinent le dbit.3.2 - Coefficient de variation
technologique ou de fabrication
Etant donn le faible diamtre des sections des distributeurs,
ceux-ci doivent tre fabriqus avec prcision car de petites
diffrences de diamtres occasionnent de grandes diffrences de dbit
pour la inine pression. Le coefficient de variation (eVf) du
fabriquant est un paramtre qui reprsente la dispersion des dbits
d'un lot de distributeurs neufs fonctionnant la mme pression (en
gnral la pression requise pour le dbit noininal). Les variations
rsultant des diverses oprations de fabrication tendent tre
distribues suivant une loi norinale. On dfinit un coefficient de
variation de fabrication
77
cvf - - Of9f
--
(4.13)
CVI : coefficient de variation technologique ou de
fabrication
of : cart-type des dbits des distributeurs tests une pression de
rfrence
qr : moyenne arithmtique des dbits des distributeurs tests une
pression derfrence
Tahkeau 13 :Inerprk fation du co@cierit de variation
de.juhrrcation (Solomon, 1979 et ASAE, 1984)Coefficient de
variation de fabrication : CV,Interprtation
1
IO.05 0.05 a o. 10
l l l
l
bon moyen limite acceptable inacceptable
o. 10 o. 1s> 0.15
i 1 I
1
l 1 l
4 - UNIFORMITE DE LA DISTRIBUTION
La qualit d'une installation se mesure principalement l'homognit
des dbits dlivrs, tant spatialeinent (sur l'ensemble de la parcelle
ou, pour le moins, du poste d'arrosage), que temporellement (les
dbits ne devraient pas varier de faon significative au cours de la
dure de vie de l'installation). Il n'est pas possible d'obtenir une
distribution uniforme du dbit sur l'ensemble de la parcelle. Les
variations de dbit entre les distributeurs rsultent (MERMOUD, A.,
1995) : - d e s diffrences de pression dues aux pertes de charge et
aux accidents topographiques;- des diffrences constructives entre
distributeurs; - des processus d'obstruction qui ne sont pas
forcment brutaux, mais qui se traduisent souvent par une diminution
graduelle du dbit; - des phnomnes de vieillissement du matriel
78 Pour valuer la rgularit de la distribution, KELLER et KARMELI
ont propos un coefficient d'uniformit : CU. Pour un projet, le
coefficient d'uniformit simple CU, s'exprime
(4.14)o
CUs (%) : coefficient d'uniformit de l'arrosage
CVf : coefficient de variation de fabrication du distributeur
(donn par le fabricant) e-
: nombre de distributeur par plante (minimum 1) : dbit moyen de
l'ensemble des distributeurs du poste d'irrigation
q
d'aprs la loi q = k,i.H" qinin : dbit thorique du distributeur
le plus dfavoris Le facteur 1.27 correspond la moyenne du quart
infrieur des dbits et sa signification pratique est que 80 ?40 des
distributeurs satisfont aux conditions d'uniformit ainsi dfinies.
On peut aussi porter ce facteur I 96. ce qui signifie alors que 95
Y des distributeurs i satisfont ces conditions. On admet qu'il est
souhaitable d'avoir CU, > 94 % et qu'en aucun cas CU, calcul au
projet ne doit tre infrieur 90 %. On retient gnralement les critres
suivants d'apprciation de l'uniformit de l'arrosage :
-CUs >90 - 80 < CU, < 90
- 70 < CU, < 80-CU, < 7 0
excellente uniformit uniformit satisfaisante uniformit mdiocre
inauvai se uniforrnit ,
En pratique, on conoit l'installation de sorte avoir un
coef'ficient d'uniformit suprieur 90 %, ce qui correspond une
variation inaxirnale du dbit des goutteurs de l'ordre de 10 %. Aprs
ralisation du projet, on peut dterminer le coefficient d'uniformit
rel ou coefficient d'uniformit au champ. A cet effet, on mesure le
dbit de 16 goutteurs rpartis rgulirement sur 4 rampes. On dfit
alors le coefficient d'uniformit au champ CU' par le rapport de la
moyenne du
79
premier quart des mesures, classes par ordre croissant la
moyenne de lensemble des mesures.
Cu= 100.-qinfo :-
(4.15)
qinfq
: moyenne des quatre mesures les plus faibles : moyenne de
lensemble des mesures
La dtermination priodique de CU permet de suivre la qualit de
fonctionnement du rseau et de dceler les colmatages insidieux, pour
autant quils ne soient pas systmatiques.
Les critres dapprciation du coefficient duniformit au champ
sont- CU= 100 %: fonctionnement impeccable du rseau;
- 70 YO< = CU < = 90 YO : fonctionnement perturb par
quelques problmes
dont il faut rechercher les causes pour y remdier- CU< 70 YO:
grave dysfonctionnement du rseau. II faut amliorer
rapidement la situation
80
CHAPITRE 5
1 AUTOMATISATION 1Du fait qu'elle implique une installation en
couverture totale, la micro-irrigation se prte bien
l'automatisation SOUS toutes ses formes.
Il existe de nombreuses mthodes de commande des rseaux de
micro-irrigation :- commande entirement manuelle. - commande
semi-automatique ou semi-manuelle, - commande automatise - commande
totalement asservie et automatise.
La fonction essentielle d'une commande automatique est de mettre
en marche l'installation qui doit marcher pendant un laps de temps
donn ou dlivrer un volume d'eau dtermin, puis de l'arrter. Les
principes d'automaticit peuvent tre- le temps de fonctionnement
prdtermins1
ouverture et fermeture de l'eau des moments
- le volume dlivr : rglage du volume dlivrer par arrosage -
l'humidit du sol ou commande par "feed back" : les arrosages sont
asservis aux dispositifs d'humidit du sol (tensiointres, sondes
neutroniques, sondes TDR (Time Doinain Reflectrometry), sondes
gainmamtriques, etc...).
1 - LES TYPES D'AUTOMATISMES1.1
- La micro-irrigation semi-automatiqueCe type de commande
comprend- des automatismes 1 ou 2 tages ( voir 3 3.1.1 ), - des
vannes volumtriques, hydrauliques et/ou lectriques.
L'irrigation doit tre prpare (vannes volumtriques armes) et les
modalits d'irrigation et traitement (insecticides, engins) prpars
l'avance.
81
1.2 - La micro-irrigation automatise
La micro-irrigation automatise ne diffre de la micro-irrigation
semi-automatique que par le fait que les vannes volumtriques
manuelles sont remplaces par les vannes lectriques commandes
programmes par horloge et fonctionnant en temps rel. Une unit
centrale comprenant une horloge et des dispositifs mcaniques ou
lectromcaniques permet :- l'enclenchement de l'irrigation sur un
secteur dtermin - l'arrt de l'irrigation - le dosage d'engrais ou
de produits phytosanitaires - ventuellement la mise en route et
l'arrt des pompes etc
Mais ici galement, les normes d'irrigation et de traitement
doivent tre pr-tablies.1.3 - L'irrigation totalement asservie
L'installation telle que dcrite dans le cas de la
micro-irrigation automatise est en outre pilote par un ordinateur
qui va dcider tout instant et en temps rel :- des doses
d'irrigation et de traitement, - des mises en route et arrts des
installations en fonction des diverses cultures, de leur tat
vgtatif et du climat.
L'ordinateur charg du pilotage devra recevoir des informations
sur :- le climat instantan : pluie humidit relative radiation
solaire tempratures vents, etc.
- l'tat de l'eau dans le soi :% d'humidit
tension, etc.- l'tat et le stade vgtatifdes plantes. __
- l'tat du rseau
:
dbit et pression en tte bouchage des organes de distribution tat
des filtres accidents.. .
82
Par ailleurs, il aura t rentr dans l'ordinateur :- les tours
d'eau - les doses thoriques - les traitements - le programme
d'irrigation.
Il adaptera tout moment le programme de base aux informations
reues et analyses.Il procdera alors grce des tlcoininandes .- la
mise en route des pompes - l'ouverture des vannes - au contrle des
dbits et des pressions - au choix de la pluviomtrie - aux
traitements et injections d'engrais - la surveillance des
rseaux.
De mme, il rendra compte de l'ensemble des commandes et
traitements qu'il a eEectus, puis enfin il prviendra tout incident
ou accident et tablira un bilan gnral au pas de temps choisi.
WEATHER STATION
/- - +- (FV)
T R E S S SENSOR
FLUSH V A L V E ( F V ) SOLENOID V A L V E ( S V )
WATER
2
-ds (FV)
SECONDARY F I L T E R S ( S F ) PRESSURE TRANSDUCER ( P T ) P R
E S S U R E REGULATOR O R FLOW CONTROL VALVE (PR)
SUBMAIN LINE
Fig. 48 : Schma d'une installation de micro-irrigation
totalement asservie (Bucks et al.,1983)
83
2 - MATERIELS DE BASE DE L'AUTOMATISME 2.1
- Les vannes hydrauliques
L'ouverture ou la fermeture de la vanne s'obtient par
l'application de la pression d'un fluide sur une membrane ou un
piston. Il existe deux types de vannes hydrauliques : les vannes
hydrauliques norinaleinent ouvertes qui se ferment lorsque I'on
applique une pression sur la ineinbrane ou le piston, les vannes
hydrauliques norinaleinent fermes qui s'ouvrent lorsque I'on
applique une pression sur la membrane ou le piston.
Fig. 49 : Vanne hydraulique piston
84
,l
l
1iI
I
j
1.Fig. 50 : Vanne hydraulique a membrane
2.2 - Les vannes volumtriques (BERMAD, DALIA)
Les vannes volumtriques sont simples, robustes et d'un cot
modeste, du moins dans les petites dimensions ( 1 ", 1,5", 2"). Une
turbine entrane par le flux de l'eau traversant la vanne provoque
par l'intermdiaire d'un train d'engrenage la fermeture de la vanne
lorsque le volume affich sur le bouton gradu est totalement pass.
Pour les vannes hydrauliques suprieures 2", la fermeture est
hydraulique. Ce type de matriel est en gnral utilis en combinaison
avec des vannes hydrauliques. Il rend automatique la commutation ce
qui est d'autant plus intressant que le nombre de postes est lev et
les arrosages frquents.2.3 - Les vannes lectriques
Ce sont des vannes hydrauliques dont l'ouverture ou la fermeture
se font l'intermdiaire d'une lectrovanne 2 voies ou 3 voies,
commande en gnral partir d'un programmateur. Electrovanne + vanne
hydraulique = vanne lectrique.3 - LES TYPES DE COMMUTATIONS
Deux types de commutations sont employs :
- la commutation squentielle - la commutation non
squentielle.3.1 - La commutation squentielle
Une commutation squentielle est une opration ou un ensemble
d'oprations qui se droulent toujours dans le mme ordre. Les
squences peuvent tre commande hydraulique ou lectrique dans les cas
o on souhaite ne mette en fonctionnement qu'une partie du rseau la
fois (existence de plusieurs postes d'arrosage). Le cas chant,
quand il n'y a qu'un poste d'arrosage, la commande la plus simple
comprend soit une horloge pour la mise en marche et l'arrt de la
pompe. soit une vanne volumtrique.3.1.1 - Systme S commande
hydraulique
Les vannes de commande a distance commande hydraulique les plus
employs sont membrane ou piston. L'association de vannes
volumtrique et de vannes hydrauliques, permet de raliser sans
nergie autre que celle du rseau, une commutation hydraulique
squentielle. Cette commutation peut tre 1 ou 2 tages :
86
commutation hydraulique 1 tage ( fig. 5 1 a ) commutation
hydraulique 2 tages ( fig.5 1 b ). Les vannes volumtriques de gros
diamtre deviennent rapidement d'un prix lev et leur fonctionnement
perd en fiabilit. De ce fait, pour les surfaces importantes, on a
intrt utiliser une commutation hydraulique 2 tages ( fig.5 1 b
).
l
!
A
i
Soatc.
@
5 1 .a - Commutation hydraulique 1 tage
87A'
n
e
C
6 '
c f
f
i
T
rI
il ' 1
T1
7
liI
ili
!5 1.b - Commutation hydraulique 2 tagesFig. 5 1- Commutation
hydrauliquePrincioe de fonctionnement
ii!
i i iiii
I
En dbut d'irrigation, les vannes volumtriques VV( 1), VV(2),
VV(3) sont ouvertes L'eau circule donc dans le poste (1), dans le
tronon B - VH(2) et C-VH(3). Les vannes hydrauliques VH(2) et VH(3)
sont fermes. Lorsque la vanne volumtrique VV( 1) se ferme, la
pression dans le tronon VV( 1)-A devient nulle et la vanne VH(2)
s'ouvre. Le poste (2) se inet en route. De la mme faon, lorsque
VV(2) se ferme la pression dans le tronon VV(2) - VH(2) s'annule et
la vanne VH (3) s'ouvre. le poste (3) se met en route.3.1.2 -
Systme A commande lectriaue
Dans les systmes commande lectrique, la membrane ou le piston
sont commands par une vanne solnode. Les vannes solnodes seules
sont utilises pour les faibles dbits, mais, pour les grosses
conduites, elles ne servent qu'au pilotage des vannes hydrauliques,
la commande tant en fait lectro-hydraulique. la plupart des systmes
fonctionnent en base temps, et la squence complte pour l'ensemble
des postes peut tre prograinme.
883.1.2.1
- Principe de fonctionnement d'une vanne lectrique commande par
unelectrovanne 2 voies
Lorsque la tension 24 V est tablie aux bornes du solnode A, le
noyau de fer doux est attir vers le haut et ouvre le canal (a), La
pression dans la chambre (c) tant suprieure celle du rseau l'aval
de la vanne, l'eau s'coule donc de la chambre vers le rseau aval
par l'intermdiaire du canal (a). Sous l'action de la pression du
rseau, la membrane est repousse et la vanne hydraulique s'ouvre. On
a toujours un coulement qui se produit travers l'axe (x). A la mise
hors tension du solnode, le noyau de fer doux reprend sa place et
obture le canal (a). La chambre (c) se remplit par l'intermdiaire
de l'axe (x). Coinrne la surface de la membrane ct chambre est
suprieure celle ct rseau la membrane est repousse sur son sige et
obture le passage de l'eau. La vanne se ferme.
52.a - Principe de fonctionnement vanne ferme
-. ./'
52. b - Principe de fonctionnement vanne ouverte
Fig. 52 - Principe de fonctionnement d'une vanne lectrique
commande par une lectrovanne 2 voies
89
3.1.2.2 - Principe de fonctionnement d'une lectrovanne 3
voies
La vanne lectrique agit comme un robinet 3 voies mettant en
liaison la face suprieure de la membrane de la vanne hydraulique
soit avec le rseau amont (vanne ferme) soit avec l'atmosphre (vanne
ouverte). ( Fig. 53 a e t 53 b )
Fig. 53 - Fonctionnement d'une lectrovanne 3 voies Les
lectrovanne peuvent par exemple tre places au voisinage du
programmateur et les vannes hydrauliques plusieurs centaines de
mtres sur la parcelle (1000 m), les liaisons entre les lectrovannes
et les vannes hydrauliques se faisant par l'intermdiaire d'un tuyau
de P.E. de faible diamtre (Tubing).3.2 - La commutation non
squentielle
Dans la commutation non squentielle, il s'agit de vannes,
lectriques ou hydrauliques, entirement automatiques qui
fonctionnent indpendamment l'une de l'autre en temps et en volume.
Chaque vanne peut dlivrer un volume d'eau diffrent, un moment
diffrent suivant un programme prtabli ou par pilotage de capteurs.
Le tableau de commande comporte des circuits lectriques permettant
de faire fonctionner la pompe et les vannes principales, de mesurer
l'humidit du sol, de raliser les injections d'engrais.4 - LES
PROGRAMMATEURS
Les programmateurs sont des quipements permettant l'irriguant de
dterminer l'avance et de raliser automatiquement le dclenchement ou
l'arrt de l'arrosage ou bien souvent les deux la fois. Ce sont des
mcanismes lectriques horloge horaire avec rptition du cycle qui est
souvent journalier ou hebdomadaire. Aux heures fixes par
l'irrigant, l'tablissement ou
90
l'interruption de circuits lectriques permettent la mise en
marche ou l'arrt de l'arrosage sur tel ou tel poste. Ils fixent le
temps d'arrosage et non le volume coul ce qui peut tre un
inconvnient. Certains sont assujettis un compteur d'impulsion et
agissent donc en fonction du volume. Cette solution est utilise
dans le cas des arrosages fertilisants qui ncessitent une meilleure
prcision de la dose (serres). Ils peuvent desservir 1 ou plusieurs
postes (programmateur une ou plusieurs voies ou directions). Pour
les plus simples, la dure d'arrosage qui peut varier de quelques
minutes quelques heures est la mme pour tous les postes alors que
pour d'autres, on peut choisir une dure particulire en fonction de
la nature des cultures ou du sol ou encore de la pluviomtrie
horaire dlivre par les distributeurs utiliss. Les plus anciens sont
de types lectromcanique, mais l'oxydation des contacts peut
provoquer des pannes ainsi qu'un certain manque de prcision, et
l'avenir est certainement aux types lectroniques circuit imprim ou
intgr dont la prcision et la fiabilit sont plus grandes. Signalons
enfin les vannes programmation constitues par la combinaison d'un
petit programmateur une voie et d'une vanne lectrique. Les
installations de micro-irrigation sont caractrises par les
arrosages frquents, d'o l'intrt de les automatiser. On peut
automatiser, soit l'excution des dclenchements (programmateurs),
soit automatiser l'laboration mme de ces ordres. et des arrts
On peut par exemple utiliser un systme permettant une
commutation squentielle hydraulique, un simple programmateur
horaire, mais on peut galement adjoindre des capteurs permettant de
fixer la dure des arrosages. Dans ce sens, quelques cas de
fonctionnement mrite d'tre signals
a) Utilisation de capteur d'humidit du sol : le dclenchement de
l'irrigation se fait par le programmateur l'heure prvue par
I'irrigant et l'arrt par une sonde sensible l'humidit (tensiomtre,
rsistiintre, capacimtre, etc.) ;
b) La dure d'arrosage est affiche sur le programmateur : la dose
se trouve fixe et c'est le capteur qui dclenche l'arrosage. Le
paramtre choisi peut tre l'humidit du sol (Solinatic) ou une
variable atmosphrique qui intgre 1'ETP (bac vaporomt re),
91
Tnhlearr f 1 :Fractroir drsporrihle (err Y6 de In c a p c i f
ide rdention err~fi,tictr~i la ierrsiorr de yoirr des .ssl.s de
texture dIver:scs) [ V E I M E I I - N et LII, 1Y83J
argileuse713
20
27 4575100
92
CHAPITRE 6DONNEES DE BASE ET CALCUL D'UN
PROJET DE MICRO-IRRIGATION
1 - DONNEES DE BASE GENERALES
Pour entreprendre l'tude d'un projet de micro-irrigation, il
faut disposer des donnes de base suivantes :- les dimensions et la
topographie de la parcelle; - la pdologie des sols irriguer; - les
cultures que l'on veut pratiquer; - le climat de la zone; - les
disponibilits en eau (quantit, dbit. qualit); - les besoins en eau
des cultures; - les volumes et temps d'arrosage; - les doses et
frquences d'arrosage, etc.2 - GEOMETRIE ET TOPOGRAPHlE DE LA
PARCELLE
Un support de base indispensable l'tude est l'tablissement d'un
plan topographique au 1/500 ou 1/1000 Sur le relev topographique du
site on indiquera :
- la dlimitation de la parcelle amnager et le zonage
pdologique;- les ruptures de pente importantes ainsi que les points
ayant la cte maximale et
la cte minimale;- la position du point d'alimentation en eau
ainsi sa cote: - le trac des rampes et du porte-rampe.3 - BESOINS
EN EAU DES CULTURES 3.1 - Calcul de l'vapotranspiration
Ce sont les besoins en eau maximaux (besoins de pointe) de la
culture ou de la parcelle qui intressent le projeteur. Les besoins
en eau d'une parcelle correspondent toute l'eau utilise par cette
parcelle ou vapotranspiration relle (ETR) pour le dveloppement de
la culture qui y est installe.
93
Cette quantit d'eau (ETR) coinprend :- la transpiration de la
culture (inais aussi des adventices), - l'vaporation directe partir
du sol ou des plantes.
A dfaut de pouvoir valuer I'ETR, on calcule gnralement
I'vapotranspiration inaxiinale (ETM) qui dpend :- de l'ET0
(vapotranspiration de rfrence); - du vgtal (type et stade
vgtatif),
ETM = Kc . ETo
(6.1)
o :ETM : vapotranspiration maxiinaie journalire en inin.j-'ETo :
vapotranspiration de rfrence en inin,j-' Kc: coefficient cultural
(tenant compte du stade de dveloppement vgtatif et
de la culture L'ET0 peut tre calcule par diverses forinules
(Penmann, Turc, Blaney et Criddle, etc.) ou calcule partir de
l'vaporation d'un bac classe "A" ou de celui d'un bac Colorado. Si
Ebac est l'vaporation d'un bac,
o :ETo : vapotranpiration de rfrence Kb: coefficient du bac (0.6
i
