etat hydrique et irrigation : méthodes et outils disponibles pour la caractérisation et...

TIC, état hydrique, irrigation Rencontres Qualiméditerranée 2010

Etat hydrique et IrrigationEtat hydrique et Irrigation

Méthodes et outils disponibles Méthodes et outils disponibles

pour la caractérisation et l’aide à pour la caractérisation et l’aide à

la décision la décision

Unité Expérimentale de PECH ROUGE

INNOVATION, DIVERSIFICATION et DURABILITÉ

en VITICULTURE et OENOLOGIE

la décision la décision

Unité Expérimentale de Pech RougeUnité Expérimentale de Pech Rouge

HernHernánán OjedaOjeda

[email protected]@supagro.inra.fr


Sécheresse = Contrainte environnementaleSécheresse = Contrainte environnementale

Limitation en eauLimitation en eau

Introduction:Introduction:




“Contrainte hydrique”“Contrainte hydrique” “Stress hydrique”“Stress hydrique”

•• contrainte contrôléecontrainte contrôlée

•• concept “modéré”concept “modéré”

•• effets positifseffets positifs

••concept “excessif”concept “excessif”

••dysfonctionnement physiologiquedysfonctionnement physiologique

••effets nocifs (cavitation, effets nocifs (cavitation, thyllosethyllose, ,

folletage, fla, ...folletage, fla, ...))


Sécheresse = Contrainte environnementaleSécheresse = Contrainte environnementale

Limitation en eauLimitation en eau

IntroductionIntroduction::

Comment, quand et combien irriguer ?




“Contrainte hydrique”“Contrainte hydrique” “Stress hydrique”“Stress hydrique”

•• contrainte contrôléecontrainte contrôlée

•• concept “modéré”concept “modéré”

•• effets positifseffets positifs

••concept “excessif”concept “excessif”

••dysfonctionnement physiologiquedysfonctionnement physiologique

••effets nocifs (cavitation, effets nocifs (cavitation, thyllosethyllose, ,

folletage, fla, ...folletage, fla, ...))

Comment, quand et combien irriguer ?


Des méthodes non basées sur des mesures directes sur la planteDes méthodes non basées sur des mesures directes sur la plante : :

•• l’estimation de l’évapotranspiration de la culture à partir de données climatiques; l’estimation de l’évapotranspiration de la culture à partir de données climatiques;

•• l’estimation de la disponibilité en eau du sol; l’estimation de la disponibilité en eau du sol;

•• l’utilisation de capteurs d’humidité du sol (tensiomètres, résistance électrique, l’utilisation de capteurs d’humidité du sol (tensiomètres, résistance électrique,

sondes neutroniques, sondes FDR et TDR,…)sondes neutroniques, sondes FDR et TDR,…) ; ;

•• le calcul d’indices basés sur un ou plusieurs méthodesle calcul d’indices basés sur un ou plusieurs méthodes

Des méthodes basées sur des mesures au niveau de planteDes méthodes basées sur des mesures au niveau de plante : :

Méthodes d’aide à la décision pour l’irrigationMéthodes d’aide à la décision pour l’irrigation





•• observation de symptômesobservation de symptômes

•• la caractérisation physiologique de la plante avec des potomètres ou des la caractérisation physiologique de la plante avec des potomètres ou des

analyseurs d’échanges gazeusesanalyseurs d’échanges gazeuses ; ;

•• le potentiel hydrique foliaire avec la chambre à pressionle potentiel hydrique foliaire avec la chambre à pression ; ;

•• la transpiration avec les capteurs de flux de sève; la transpiration avec les capteurs de flux de sève;

•• la dendrométrie pour contrôler les fluctuations de diamètre du tronc; la dendrométrie pour contrôler les fluctuations de diamètre du tronc;

•• la température de la feuille et de la canopée; la température de la feuille et de la canopée;

•• la détermination du rapport isotopique 13 C / 12 C chez le raisinla détermination du rapport isotopique 13 C / 12 C chez le raisin


Conditions environnementauxConditions environnementaux

•• rayonnement globalrayonnement global

•• températuretempérature

•• précipitationsprécipitations

•• ventsvents

Estimation de l’évapotranspirationEstimation de l’évapotranspiration




Consommation en eau du vignobleConsommation en eau du vignoble

ModélisationModélisation

(sous des conditions hydriques du sol non limitées)(sous des conditions hydriques du sol non limitées)


Détermination – Modélisation:

Etc = Eto * KcEtc = Eto * Kc

Calcul de l’évapotranspiration théorique de la culture:Calcul de l’évapotranspiration théorique de la culture:

Etc = (Ea * Kp) * KcEtc = (Ea * Kp) * Kc

(facteur hydrique non limitant) (facteur hydrique non limitant)





Où:Où:

EtcEtc = évapotranspiration théorique de la culture= évapotranspiration théorique de la culture

EtoEto = évapotranspiration de référence = évapotranspiration de référence (équation de (équation de PenmanPenman--MonteithMonteith))

EaEa = évaporation de l’= évaporation de l’évapotranspiromètreévapotranspiromètre ((lysimètrelysimètre))

KpKp = coefficient de l’= coefficient de l’évapotranspiromètreévapotranspiromètre

KcKc = coefficient de la culture= coefficient de la culture Propre à

chaque parcelle

Stade phénologique

sol, cultures associées,

cépage, clone,

système de conduite,

âge,...


Potentiel de base (M

Pa)

-0,5

0

Influence du Influence du

système de conduitesystème de conduite

débourrement

flora

ison -

nouaison

véra

ison

récolte

Période végétative

maturationCroissance herbacée de la baie

0

Influence de l’année et Influence de l’année et

de la hétérogénéité de la parcellede la hétérogénéité de la parcelle






Pa)

-1,5

-1

14/6

28/6

12/7

26/7 9/8

23/8 6/9

Taille minimaleLyreEspalier


Pa)

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

Zone 1Zone 2Zone 3Zone 4

2003 2004





Évolution du bilan hydrique sur pour deux millésimes sur une même parcelle. Illustration desde la date, de l’intensité et de la durée de la contrainte hydrique. Les courbes représententles valeurs théoriques, les points les valeurs mesurées. (Payan et al. 2003)




•• L’estimation de la disponibilité en eau du sol; L’estimation de la disponibilité en eau du sol;



















•• échantillonnage (déterminations gravimétriques échantillonnage (déterminations gravimétriques

et volumétriques)et volumétriques)

•• tensiomètrestensiomètres

•• blocs de résistance électriqueblocs de résistance électrique

Capteurs d’humidité du solCapteurs d’humidité du sol




•• blocs de résistance électriqueblocs de résistance électrique

•• sondes à neutronssondes à neutrons

•• sondes sondes diélectriques (FDR, TDR,…)diélectriques (FDR, TDR,…)


Sondes diélectiques (TDR)

câblecâble

Panneau solairePanneau solaire

Data loggerData logger

Capteurs d’humidité du solCapteurs d’humidité du sol




Surface du solSurface du sol

électrodeélectrode

Tuyau d’accèsTuyau d’accès

électrodeélectrode


W = W0 + P – TV - ES

W = réserve hydrique du sol à une période donnée

W0 = réserve hydrique initiale utile du sol

P = pluie (1/4 au 30/9)

TV = transpiration potentielle du vignoble (1/4 au 30/9)

ES = évaporation directe à partir du sol (1/4 au 30/9) Indice de Riou

TV = ETP kETP = évapotranspiration potentielle (Penman)

k = coefficient d’absorption du rayonnement (0,1-0,5)

ES = ETP

N(1-k) JPm

N = nombre de jours du mois

JPm = nombre de jours par mois où l’évaporation à

partir du sol est effective (pluie du mois/5)

Indice de SécheresseIndice de Sécheresse




N partir du sol est effective (pluie du mois/5)

Classe de climatClasse de climat ISIS

A sécheresse forte

A sécheresse modérée

Sub-humide

Humide

≤ -100

> 50 ≤ -100

> 150 ≤ 50

> 150 Tonietto et Carbonneau 2004


W = W0 + P – TV - ES

W = réserve hydrique du sol à une période donnée

W0 = réserve hydrique initiale utile du sol

P = pluie (1/4 au 30/9)

TV = transpiration potentielle du vignoble (1/4 au 30/9)

ES = évaporation directe à partir du sol (1/4 au 30/9) Indice de Riou

TV = ETP kETP = évapotranspiration potentielle (Penman)

k = coefficient d’absorption du rayonnement (0,1-0,5)

ES = ETP

N(1-k) JPm

N = nombre de jours du mois

JPm = nombre de jours par mois où l’évaporation à

partir du sol est effective (pluie du mois/5)

Indice de sécheresseIndice de sécheresse

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

ET

P (m

m)

Pré

cipi

tatio

ns (m

m) Précipitations

250

300

350

A

B




N partir du sol est effective (pluie du mois/5)

Classe de climatClasse de climat ISIS

A sécheresse forte

A sécheresse modérée

Sub-humide

Humide

≤ -100

> 50 ≤ -100

> 150 ≤ 50

> 150 Tonietto et Carbonneau 2004

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

mm

Année

A: Evolution de l’évapotranspiration potentielle totale (ETP) et des précipitations ; B: Evolution de l’Indice de Sécheresse (IS: Tonietto et Carbonneau 2004). Période avril – septembre. Années 1990-2010. INRA, Unité Expérimentale de Pech Rouge.


Observation des symptômesObservation des symptômes

•• Diminution de l’angle formé par le pétiole et le limbe de la feuille Diminution de l’angle formé par le pétiole et le limbe de la feuille

•• Réduction ou inhibition de la croissance des Réduction ou inhibition de la croissance des entreentre--noeudsnoeuds




•• Réduction de la croissance des vrilles et des apexRéduction de la croissance des vrilles et des apex

•• Réduction du nombre et la longueur des entreRéduction du nombre et la longueur des entre--coeurscoeurs

•• Jaunissement des feuilles basalesJaunissement des feuilles basales




en VITICULTURE et OENOLOGIEPhoto: F.Alves (Portugal)


Transpiration / conductance stomatique / photosynthèseTranspiration / conductance stomatique / photosynthèse





PotentielPotentiel hydriquehydrique de la de la feuillefeuille

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

MP

a

6 8 10 12 14 16 18 20

hora

S1

T

S2

PAR

Photosynthèse netePhotosynthèse nete

0

2

4

6

8

10

µm

ol m

-2s-1

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

µm

ol m

-2s-1

Transpiration / conductance stomatique / photosynthèseTranspiration / conductance stomatique / photosynthèse




-1,50 800

6 8 10 12 14 16 18 20

ConductanceConductance stomatiquestomatique

0

50

100

150

200

6 8 10 12 14 16 18 20

heure

mm

ol

m-2

s-1

TranspirationTranspiration

0

10

20

30

6 8 10 12 14 16 18 20

mm

ol

m-2

s-1

heure H. Ojeda 1999


Afrique du SudFrance

ArgentinePérou

Gruissan




Canada

Italie Chili Chili Chili

Italie

Détermination de l’état hydrique de la vigne avec la chambre à pression


Période végétativePériode végétative

postpost--récolterécoltematurationmaturation

Croissance Croissance

herbacée de la herbacée de la

baiebaie

Croissance du Croissance du

rameaurameaudébourrement

flora

ison -

nouaison

véra

ison

récolte

chute

des feuilles

PotentielPotentiel

hydriquehydrique

0

-2

-4

0

-5

-8

0

-8

-11

ΨΨbb ΨΨtt ΨΨhh

Chambre à Chambre à

pressionpression

Modèles de stratégies de contrôle de l’état hydrique de la vigneModèles de stratégies de contrôle de l’état hydrique de la vigne




potentiel hydrique de base (Ψb), potentiel de “tige” au zénith (Ψt), potentiel de feuille au zénith (Ψf)

-4

-6

-8

-8

-11

-14

-11

-14

-16


Période végétativePériode végétative

postpost--récolterécoltematurationmaturation

Croissance Croissance

herbacée de la herbacée de la

baiebaie

Croissance du Croissance du

rameaurameaudébourrement

flora

ison -

nouaison

véra

ison

récolte

chute

des feuilles

PotentielPotentiel

hydriquehydrique

0

-2

-4

0

-5

-8

0

-8

-11

ΨΨbb ΨΨtt ΨΨhh

Chambre à Chambre à

pressionpression

Modèles de stratégies de contrôle de l’état hydrique de la vigneModèles de stratégies de contrôle de l’état hydrique de la vigne

40408 8 8

55

5




potentiel hydrique de base (Ψb), potentiel de “tige” au zénith (Ψt), potentiel de feuille au zénith (Ψf)

-4

-6

-8

-8

-11

-14

-11

-14

-1640 mm de précipitations

67 mm d’irrigation

57 7 7 7

Fréquences et quantités variables


Méthode : mesure de flux de sève par bilan de chaleurDétermination : transpiration au niveau de la plante entière





250

300

350

400

450

flo

w (

gr/h

)

irrigué, Ψb= -0,4 MPa

non irrigué, Ψb= -0,9 MPa

3,99 L / cep/jour





0

50

100

150

200

250

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

sap

-flo

w (

gr/h

)

2,09 L /cep/ jour

0,83 mm/m2/jour

3,99 L / cep/jour

1,60 mm/m2/jour

(Prieto 2008)heure


Val

eu

rs d

e t

ran

spir

atio

n c

orr

igé

e

2jo

ur

-1)

Niveau de

contrainte

nulle à faible

moyenne à forte

Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer.

S0

S1

S2

S4ir

riga

tio

n





Jour de l'année

Val

eu

rs d

e t

ran

spir

atio

n c

orr

igé

e

(mm

m-2 moyenne à forte

210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270

sévère


Changements micrométriques du diamètre du tronc ou d’une tigeChangements micrométriques du diamètre du tronc ou d’une tige

Système d’enregistrement

de données




Résolution 1/100 mm Résolution 1/100 mm






Van Leeuwen et al. 2000


Température de la feuilleTempérature de la feuille

Où:Où:= différence entre la = différence entre la température température

•• IndiceIndice CWSI (CWSI (IsdoIsdo 1981)1981)

CWSI = CWSI = ((TfTf –– Ta) Ta) maxmax –– ((TfTf –– Ta) Ta) minmin

((TfTf –– Ta) Ta) –– ((TfTf –– Ta) Ta) minmin

•• Indice Indice de Jones (1999)de Jones (1999)

I I JonesJones = = (T sec (T sec –– T hum) T hum)

(Tf (Tf –– T hum) T hum)

Où:Où:= = tt de la feuille échantillonde la feuille échantillon




(Tf (Tf –– Ta)Ta) = différence entre la = différence entre la température température (t(t°° ) ) de la feuille et celle de l’airde la feuille et celle de l’air

(Tf (Tf –– Ta) minTa) min = différence entre la = différence entre la tt°° de la de la feuille d’une plante bien irriguée feuille d’une plante bien irriguée (transpiration maximale) et la (transpiration maximale) et la tt°° de l’airde l’air

(Tf (Tf –– Ta) max Ta) max = différence entre la = différence entre la tt°° d’une d’une feuille dont la conductance stomatique feuille dont la conductance stomatique est nulle et la est nulle et la tt°° de l’airde l’air

Tf Tf = = tt°° de la feuille échantillonde la feuille échantillonT secT sec = = tt°° d’une feuille sans d’une feuille sans transpiration (la face inférieure transpiration (la face inférieure couverte de vaseline)couverte de vaseline)

T hum T hum = = tt°° de feuille à humidité de feuille à humidité maximale (la face inférieure maximale (la face inférieure couverte d’eau pulvérisée)couverte d’eau pulvérisée)


16

18

20

22

24

26

28

30

Température

moyenne journalière de

la feuille (ºC)

22

24

26

28

30

Température

moyenne de l’air

Température Température

de la feuillede la feuille




Témoin

Cont. hydr. Forte avant véraison

Cont hydr forte après véraison

Cont hydr moyenne avant vér.

16

18

20

22

Jours après floraison-0,3

-0,1

0,1

0,3

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

moyenne de l’air

(ºC)

Différence entre la

température de la

feuille par rapport à

un témoin bien irrigué

(ºC)

H. Ojeda (1999)

véraison


Rapport isotopique Rapport isotopique 1212C / C / 1313CC

•• Dans le CODans le CO22 de l’atmosphère les proportions de de l’atmosphère les proportions de 1212C y C y 1313C sont 98,9 % et 1,1 % C sont 98,9 % et 1,1 %

respectivement.respectivement.

•• La photosynthèse incorpore principalement La photosynthèse incorpore principalement 1212C, qui est plus léger.C, qui est plus léger.

•• La contrainte hydrique produit la fermeture des stomates et réduit les échanges de La contrainte hydrique produit la fermeture des stomates et réduit les échanges de

COCO entre la feuille et l’atmosphère.entre la feuille et l’atmosphère.

(Van Leeuwen et al. 2001)




COCO22 entre la feuille et l’atmosphère.entre la feuille et l’atmosphère.

•• Dans les situations avec contrainte hydriques le rapport Dans les situations avec contrainte hydriques le rapport 1212C / C / 1313C est proche au C est proche au

valeur de l’atmosphère.valeur de l’atmosphère.

•• Le rapport Le rapport 1212C/C/1313C dans les produits primaires de la photosynthèse est variable en C dans les produits primaires de la photosynthèse est variable en

fonction de la contrainte hydrique supportée par la plante pendant la synthèse de fonction de la contrainte hydrique supportée par la plante pendant la synthèse de

ces produits. ces produits.


•• Le rapport isotopique Le rapport isotopique 1212C/C/1313C se mesure avec un spectrophotomètre C se mesure avec un spectrophotomètre

de masse continu. de masse continu.

•• Les résultats s’expriment par rapport à un standard (en Les résultats s’expriment par rapport à un standard (en %%00).).

Rs Rs -- RbRb

Rapport isotopique Rapport isotopique 1212C / C / 1313CC(Van Leeuwen et al. 2001)




Où:Où:

RsRs = rapport = rapport 1212C/C/1313C de l’échantillonC de l’échantillon

Rb = rapport Rb = rapport 1212C/C/1313C du standard. C du standard.

1212C/C/1313C =C =Rs Rs -- RbRb

RbRbx 1000x 1000


1212C/C/1313CC

Sucres du moût Sucres du moût ........................................................ ........................................................ R2= 0,81R2= 0,81

Acide tartrique du vin .............................................. R2= 0,26Acide tartrique du vin .............................................. R2= 0,26

Anthocyanes du raisin .............................................. R2= 0,23Anthocyanes du raisin .............................................. R2= 0,23

Rapport isotopique Rapport isotopique 1212C / C / 1313CC(Van Leeuwen et al. 2001)




Potentiel hydrique foliaire de base (MPa) Potentiel hydrique foliaire de base (MPa)

Anthocyanes du raisin .............................................. R2= 0,23Anthocyanes du raisin .............................................. R2= 0,23

Extrait des composés phénoliques du vin Extrait des composés phénoliques du vin ................ ................ R2= 0,73R2= 0,73


Conclusions:Conclusions:

�� Aucune méthode n’est parfaiteAucune méthode n’est parfaite : tous ont des avantages et des inconvénients: tous ont des avantages et des inconvénients

�� Beaucoup d’offreBeaucoup d’offre : des différences importantes en prix et performances: des différences importantes en prix et performances

�� Certains méthodes permettent la caractérisation des situations hydriques, Certains méthodes permettent la caractérisation des situations hydriques,

d’autres la gestion de l’irrigation, d’autres les deux choses à la foisd’autres la gestion de l’irrigation, d’autres les deux choses à la fois





d’autres la gestion de l’irrigation, d’autres les deux choses à la foisd’autres la gestion de l’irrigation, d’autres les deux choses à la fois

�� Si possible, privilégier les méthodes qui mesurent directement sur la plante en Si possible, privilégier les méthodes qui mesurent directement sur la plante en

tant qu’élément intégrateurtant qu’élément intégrateur

�� Méthode de référence (contrôle)Méthode de référence (contrôle) : le potentiel hydrique foliaire avec la : le potentiel hydrique foliaire avec la

chambre de pressionchambre de pression

etat hydrique et irrigation : méthodes et outils disponibles pour la caractérisation et...

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