Notions clés en irrigation
Bilan hydrique
Le bilan hydrique exprime l'équilibre des changements entre toutes les ressources en eau (précipitations, ruissellement, irrigation) qui entrent dans un système (stockage) et celles qui le quittent (évapotranspiration, percolation et ruissellement), par rapport à une zone et à une période de temps.
Le bilan hydrique est la balance entre les besoins exprimés par l’évapotranspiration potentielle (ETP) et la réserve utile en eau du sol (RU). C’est donc une méthode simple qui permet de suivre l’évolution de la réserve en eau du sol.
Pour une gestion raisonnée de l’irrigation, il est primordial de connaitre le bilan hydrique pour les raisons suivantes :
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D’une part, s’assurer que l’apport d’eau par irrigation est suffisant pour ne pas vider la réserve facilement utilisable (RFU) et donc provoquer un stress hydrique à la culture,
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D’autre part, s’assurer que l’apport d’eau par irrigation n’est pas trop important, pour éviter de saturer le sol et provoquer des pertes d’eau par ruissellement.
Réaliser le bilan hydrique de sa parcelle est une méthode qui permet d’analyser les besoins en eau de sa culture à un certain moment, mais nécessite certains équipements afin de pouvoir l’estimer (stations météos, capteurs, …)
Figure 1 : Schéma notions de base (Production personnelle)
Infiltration / percolation
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L’infiltration désigne le mouvement de l'eau pénétrant dans les couches superficielles du sol et l'écoulement de cette eau dans le sol et le sous-sol, sous l'action de la gravité et des effets de pression. L'infiltration est nécessaire pour renouveler le stock d'eau du sol, alimenter les eaux souterraines et reconstituer les réserves aquifères. De plus, en absorbant une partie des eaux de précipitation, l'infiltration peut réduire les débits de ruissellement.
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La percolation représente plutôt l'infiltration profonde dans le sol, en direction de la nappe phréatique.
Réserve utile
Figure 1 : Schéma notions de base (Production personnelle)
Plus d'information sur la notion de réserve utile à la page spécifique
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Réserve utile (RU) : Elle est déterminée comme la quantité d’eau du sol utilisable par une culture. Dans un sol limono-argileux, on peut considérer que la réserve utile présente sur 1 m d’épaisseur est de 170 à 200 l/m². Une moitié à deux tiers environ de cette quantité d’eau est appelée réserve facilement utilisable.
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Réserve facilement utilisable (RFU) : Elle est déterminée comme la quantité d’eau du sol facilement utilisable par la plante. Cette estimation tient compte des besoins en eau de la culture et des apports naturels par les pluies ou par irrigation.
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Réserve difficilement utilisable (RDU): L’eau restante est considérée comme trop difficilement utilisable par les racines, car trop liée aux éléments du sol.
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Capacité aux champs (CC) : Lorsque la force de rétention exercée par les particules de sol égale la force de gravité, l’eau descendante s’arrête, le sol se trouve au point de ressuyage et la quantité d’eau présente s’appelle capacité au champ ; c’est le maximum d’eau qu’il peut retenir.
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Point de flétrissement : Sans apport nouveau, l’eau du sol est extraite par évaporation ou par absorption par les racines de la végétation, jusqu’à atteindre le point de flétrissement, où l’eau restante est liée aux particules de sol avec une force supérieure à la force d’attraction des racines ; c’est l’eau inutilisable par les plantes. (Niveau bas au-dessous duquel l’eau n’est plus accessible à la plante). Le point de flétrissement permanent précise la teneur en eau du sol pour laquelle les feuilles des plantes qui poussent sur ce sol commencent à se flétrir d'une façon permanente. Si un sol s'assèche jusqu'au point de flétrissement permanent, l'eau est si fortement liée dans l'horizon bien enraciné du sol que les plantes se fanent irréversiblement.
Mesurer la réserve utile
Deux types de sondes permettent de mener des opérations de pilotage de l’irrigation : les sondes capacitives et tensiométriques. Pour que l’irrigation soit optimale (en d’autres mots, pour éviter le stress hydrique, l’état de sécheresse ou un taux d’humidité trop élevé), la quantité d’eau doit être située entre la capacité au champ et le niveau bas de RFU. Les seuils de capacité au champ et la RFU sont définis selon les propriétés du sol de la parcelle et peuvent être estimées localement grâce aux sondes.
Figure 3 : Schéma notions de base + sondes (Production personnelle)
D’après Agralis :
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Sonde capacitive
Elle mesure l’humidité, la température et en option la salinité du sol tous les 10 cm de profondeur. Elle existe en plusieurs longueurs pour s’adapter à toutes les cultures : 10, 30, 60, 90 et 120cm.
La sonde capacitive mesure l’humidité du sol grâce à une onde électromagnétique envoyée dans le sol, qui est conduite par l’eau dans le sol. Ainsi, plus il y a d’eau dans le sol, plus cette onde se propagera rapidement. C’est selon ce principe que ces sondes mesurent la quantité d’eau présente dans le sol.
Certaines sondes mesurent l’humidité du sol directement en millimètre d’eau afin d’avoir une donnée facilement interprétable par tous. Vous pourrez ainsi observer jour après jour combien de millimètres d’eau consomment vos plantes et donc combien de millimètres d’eau vous allez devoir éventuellement apporter pour compenser les besoins, pour ainsi éviter de descendre sous la RFU.
Grâce aux capteurs présents tous les 10 cm, vous pourrez observer le développement des racines en profondeur et ainsi vérifier le statut hydrique de votre sol et le bon développement de votre culture.
Figure 4 : Sonde capacitive (source : Les différences entre la sonde tensiométrique et la sonde capactivie - Agralis Services (agralis-services.fr) )
Avantages et les inconvénients de cette sonde :
| Avantages (+) | Inconvénients (-) |
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Sonde tensiométrique
La sonde tensiométrique ne mesure pas immédiatement la quantité d’eau présente dans le sol, mais sa disponibilité pour la plante. Elle va ainsi mesurer la force que la racine doit exercer pour extraire l’eau du sol et nourrir la plante. Cette mesure est exprimée en centibars.
Elle offre une mesure rapide de la disponibilité de l’eau, mais présente des résultats limités en profondeur. Une seule mesure par tensiomètre est possible. Face à cette limite, plusieurs sondes tensiométriques doivent être installées à des profondeurs différentes ce qui peut perturber la représentativité du lieu de mesure. Les valeurs de sortie de ce capteur varient en fonction du dessèchement et du remplissage et lorsque le sol est sec, la bougie de gypse peut mettre quelque temps à se rééquilibrer avec le sol environnant ; on parle parfois de décrochage lorsque la réserve descend en dessous du bas de la réserve facilement utilisable. Lorsque le sol est à la capacité au champ, le tensiomètre est à zéro et il ne donne pas d’information entre cette valeur de capacité au champ et le niveau de saturation au fur et à mesure que les macro-porosités du sol se vident ou se remplissent d’eau.
Si les tensions transmises aux sondes sont élevées, cela signifie que l’eau est difficilement mobilisable pour les racines. Si les tensions transmises sont faibles, cela signifie que l’eau est facilement mobilisable pour les racines.
Figure 5 : Sonde tensiométrique (source : Une Sonde Tensiométrique pour Piloter l'Irrigation avec Précision | Weenat )
Voici les avantages et les inconvénients de cette sonde :
| Avantages (+) | Inconvénients (-) |
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Evapotranspiration
ETP*Kc * Ks = ETM*Ks = ETR
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ETP (évapotranspiration potentielle) : Elle peut se définir comme la somme de la transpiration du couvert végétal, à travers les stomates des plantes, et de l’évaporation du sol qui pourrait se produire en cas d’approvisionnement en eau suffisant (disponibilité en eau non limitative) pour un couvert végétal bas, continu et homogène sans aucune limitation (nutritionnel, physiologique ou pathologique). L’ETP est une valeur calculée par des formules mathématiques. Ce paramètre dépend fortement de l’environnement : température, humidité de l’air, vent, lumière… Dans nos conditions, l'ETP varie de 0 à 7 mm par jour suivant la météo du jour et la saison.
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Kc (coefficient cultural) : C’est le rapport entre l'évapotranspiration maximale de la culture (ETM) et l'évapotranspiration potentielle (ETP), il intègre les effets des 4 caractéristiques primaires qui distinguent une culture de la culture de référence qui sont : la hauteur de la culture, la résistance de surface sol - végétation, l'albédo, l'évaporation de sol (=Rythme de consommation d’eau de la plante).
Kc = ETM/ETP
ETM (évapotranspiration maximale) : elle désigne la quantité d’eau perdue par la végétation dans les conditions agronomiques optimales. Elle est déterminée en multipliant un coefficient cultural (Kc) par l’évapotranspiration potentielle.
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Ks (coefficient de sècheresse) : C’est un indicateur de sècheresse. On estime le ks au moyen de relations simples : ks~1 lorsque la culture consomme l’eau de la réserve facilement utilisable (RFU), et décroissant de 1 à 0 au fur et à mesure que l’on consomme l’eau de la RDU, part complémentaire de la réserve utile (RU). Il est donc compris entre 1 quand l’alimentation en eau est assurée (pas de stress) et à 0 quand la plante est totalement flétrie (stress).
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ETR (évapotranspiration réelle) : C’est la quantité d'eau consommée, en fonction du stade phénologique de la culture et de la disponibilité de l'eau dans le sol. L’évapotranspiration réelle (ETR) n'est égale à l'ETP que lorsque l'alimentation en eau n'est pas limitante ; la différence entre ETR et ETP constitue une mesure du déficit hydrique auquel est soumis le peuplement végétal. Dans le cas d’un verger intensif basse-tige adulte dont le sol est désherbé, elle est d’environ 6/10 de l’ETP, et si le sol est enherbé dans les interlignes, elle peut grimper à 9/10 de l’ETP Ceci indique bien l’influence de la couverture herbacée sur la consommation totale d’eau du verger, et explique pourquoi les sols sont désherbés mécaniquement ou chimiquement dans les régions où la ressource en eau est soit limitée soit très coûteuse.
Bibliographie
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Marc GENDRY, Bulletin Sol et Agronomie des Chambres d’agriculture des Pays de la Loire, (en ligne), 20180502_SOLAG_Reserve_utile_des_sols.pdf (chambres-agriculture.fr), consulté le 05/04/2023
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Naio technologies, Irrigation : déterminez les besoins en eau des cultures et les stocks d’eau disponibles, (en ligne), https://www.naio-technologies.com/actualite/irrigation-determinez-les-besoins-en-eau-des-cultures-et-les-stocks-deau-disponibles/ ,consulté le 05/04/2023
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Fwa, Conférence sur la gestion de l'irrigation, (en ligne), Conférence sur la gestion de l'irrigation (fwa.be) , consulté le 05/04/2023
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Prof. André Musy, Hydrologie Générale, (en ligne), Cours Hydrologie générale - prof. André Musy (epfl.ch), consulté le 05/04/2023
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Agralis services, QUELLES SONT LES DIFFÉRENCES ENTRE UNE SONDE TENSIOMÉTRIQUE ET UNE SONDE CAPACITIVE ?, (en ligne), Les différences entre la sonde tensiométrique et la sonde capactivie - Agralis Services (agralis-services.fr), consulté le 05/04/2023
Cette page a été rédigée par Elise Lurquin dans le cadre de son TFE (juin 2023) en collaboration avec Florence Desmet et Philippe Nihoul de la Direction R&D du SPW- ARNE et Alice Cousin du projet Rés'eau