cours de micro irrigation 2003

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E. 1. E. R.

COURS DE MICRO-IRRIGATION

Mars 2003

M. L. COMPAORE

E. 1. E. R.

Il

II

COURS DE

MICRO-IRRIGATION

11

TABLE DES 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 [email protected] 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

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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),

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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.

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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