notes de cours irrigation et fertilisation (production
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Notes de cours
Irrigation et Fertilisation (Production végétale :L3-2021)
Notes de cours
Irrigation et Fertilisation (Production végétale :L3-2021)
PARTIE A : Fertilisation
A-Quelques lois essentielles de la fertilisation minérale
La loi du minimum de Liebig (1803-1873), ou loi du facteur limitant : « L’importance du
rendement d’une récolte est déterminée par l’élément qui se trouvent en plus faible quantité par
rapport aux besoins de la culture. » Ou si vous préférez la version philosophique, la force d’une
organisation se mesure à celle de son maillon le plus faible
Cette loi doit être connue de tout cultivateur, car elle fonctionnement non seulement pour le
domaine de la nutrition minérale mais aussi pour les autres facteurs de croissance des plantes.
(Éclairement, teneur en CO2 de l’air, en O2 dans la solution nutritive, etc.)
Prenons un exemple qui illustre cette loi : une plante qui dispose en quantité suffisante de
l’azote, du phosphore, une quantité limite en potassium et une quantité insuffisante en
magnésium verra sa productivité réduite par le manque de magnésium. Tout apport d’azote ou
phosphore, n’aura pas d’effet sur le rendement. Si on intervient à temps en fournissant à la
plante tout le magnésium nécessaire la baisse de rendement s’en trouve réduite mais est
désormais limité par les faibles teneursen potassium….
C’est la même chose pour les différents facteurs intervenant dans la croissance des plantes : les
quantités de CO2 absorbés dépendent de la température, de l’hygrométrie, de l’éclairement. Une
hygrométrie trop basse a comme conséquence la fermeture des stomates. Les échanges gazeux
étant limités par l’air trop sec, il est inutile d’apporter du CO2 tant que le degré hygrométrique
n’a pas atteint une valeur favorisant l’ouverture des stomates. Il n’est pas non plus nécessaire
d’ajouter des lampes permettant d’obtenir de fortes intensités lumineuses qui ne seront pas
valorisées par les plantes.
Dès lors, tout l’art du cultivateur en hydroponie, consiste à analyser les lois et d’en déterminer
le(s) facteur(s) limitant(s) la croissance et le développement des plantes : ( facteurs
environnementaux, nutrition minérales, carbonées.).
Effets de la sur fertilisation et des carences induites (le blocage d’éléments), et la disponibilité
en fonction du pH.
La nutrition minérales des plantes est un sujet complexe,( faisant appel à la chimie, physiologie,)
que l’on a voulu simplifier afin de permettre à une majorité de comprendre les grands
mécanismes de la nutrition et éventuellement d’effacer les zones d’ombres qui touchent ce
domaine.
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Irrigation et Fertilisation (Production végétale :L3-2021)
Les phénomènes de carence et de toxicité minérale dans les solutions nutritives.
En culture hydroponique, la carence en élément minéral peut avoir plusieurs origines:
– Le pH de la solution nutritive n’est pas optimal pour l’assimilation de ce nutriment.
– Par effet d’antagonisme, où l’excès d’un ion empêche l’assimilation d’un autre.
– La solution nutritive ne convient pas aux stades de croissance de la plante. Les engrais ont pu
être « sous-dosés » lors de la fabrication de la solution nutritive administrée aux plantes.
– Dans les systèmes fermés, les plantes peuvent avoir prélevé une grande quantité d’ions et se
retrouve désormais en quantité insuffisante.
EC = conductivité électrique de la solution hydroponique
La conductivité électrique (EC) d’une solution nutritive permet d’avoir une idée de sa richesse
en éléments nutritifs. (La minéralisation totale du liquide) Ainsi, plus l’EC est élevé, plus il y a
d’ions dans la solution nutritive disponible, pour la nutrition minérale et hydrique des plantes.
Une EC basse indique qu’il y a peu d’éléments nutritifs sous forme ionique.
L’électro conductivité ne fournit cependant pas d’informations sur la nature des ions présents
dans la solution nutritive. La valeur indique la somme de la conductivité de tous les ions
présents en solution. Ainsi, le cultivateur ne peut déceler des excès ou carences d’un élément
nutritif en particulier avec son conductimètre. C’est pourquoi qu’il faut renouveler la solution
nutritive.
Cependant, la conductivité électrique permet d’ajuster la teneur en ions dans la solution en
fonction de l’étape de croissance: par exemple, un jeune plant de Laitue supporte mal les
solutions nutritives salées (on entend par « salées, une solution nutritive riche en sels nutritifs
dissous, riche en engrais.). Ces jeunes plants auront des feuilles brûlées par l’excès d’engrais.
(Phénomène d’osmose ou la plante perd l’eau pour diminuer la concentration en sels du liquide
nutritif)
A l’inverse, un pied de Tomate en pleine fructification auquel on administre une solution
nutritive avec une EC trop basse, montrera des signes de carences.
Les lois concernant l’utilisation des engrais
Loi de la proportion
Assure les relations correctes entre tous les nutriments du sol. Une agriculture efficace consiste à
garantir une juste proportion de chaque nutriment du sol par rapport à tous les autres nutriments,
de façon à ce que le sol demeure complet dans sa globalité.
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Irrigation et Fertilisation (Production végétale :L3-2021)
Première loi de la restitution (loi de Liebig)
Il faut toujours restaurer les nutriments retirés par le processus agricole de façon à ne pas réduire
la fertilité du sol.
Deuxième loi de la restitution (loi de Voison)
Il faut toujours restaurer les nutriments retirés par la sur-application des quatre éléments
d’engrais les plus communs (azote (N), phosphore (P), potassium (K), calcium (Ca)).
Un excès d’utilisation de tout nutriment provoque, directement et/ou indirectement, le lessivage
d’autres nutriments. Comme par exemple les effets du calcium (Ca), manganèse (Mn), ou
potassium (K) sur le bore (B), du phosphore (P) sur le zinc (Zn), de l’azote (N) sur le cuivre
(Cu) et vice-versa.
Loi du minimum (loi de Liebig)
Les rendements agricoles sont limités par le premier élément de fertilisation présent dont la
quantité minimale vient à manquer.
Loi du maximum (loi de Mitscherlich)
Un excès de nutriments disponibles réduit l’efficacité des autres nutriments en les rendant
indisponibles, ce qui réduit également les rendements.
Loi des actions systémiques
Il faut traiter le système agricole dans sa globalité. Un plan de gestion des sols durable doit
prendre en considération les effets systémiques globaux de tout changement, de façon à ne pas
bouleverser l’équilibre écologique.
On l’aura compris, il est essentiel de connaître l’électroconducitivté de la solution nutritive que
l’on fournit aux végétaux cultivés en hydroponie. Cette valeur permet une gestion quantitative
de l’ensemble des engrais présent en solution, mais ne permet pas de connaître l’excès ou le
défaut d’un ion (dans le liquide nutritif)
PARTIE B
IRRIGATION : DÉTERMINEZ LES BESOINS EN EAU DES CULTURES ET LES STOCKS
D’EAU DISPONIBLES
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Irrigation et Fertilisation (Production végétale :L3-2021)
Des conditions hydriques optimales !
Pour atteindre des objectifs de production satisfaisants, il convient de mettre les cultures dans
des conditions hydriques optimales. Ces conditions peuvent être assurées grâce à une bonne
connaissance des besoins en eau de la culture (Evapotranspiration), des stocks d’eau dans le
sol, et des apports d’eau extérieurs (Pluie, irrigation).
Comment détermine-t-on les besoins en eau des cultures ?
Un couple Sol/Plante, en réponse à une demande climatique (effets combinées de la température,
vent, ensoleillement, humidité), va respectivement évaporer et transpirer l’eau qu’elle a à sa
disposition. On quantifie ce phénomène : l’évapotranspiration de référence ETRef, exprimée en
mm d’eau/jour. Elle est déterminée de manière théorique pour un couvert végétal de type gazon,
recouvrant entièrement le sol.
Petit rappel : 1 mm d’eau = 1 L/m² = 10 m3/ha
Pour une culture donnée, l’ETRef est pondérée grâce à un coefficient cultural Kc, correspondant
au stade de développement de la plante (surface foliaire principalement).
Ainsi, on obtient les besoins en eau pour chaque culture :
ETc : Kc x ETRef (en mm d’eau/jour)
Les valeurs d’ETRef (demande climatique) varient entre 0 et 8mm/jour en fonction de la saison
et des conditions climatiques. Les valeurs de Kc varient entre 0 et >1 selon les cultures et les
stades de développement (voir quelques exemples indicatifs de Kc simplifiés ci-dessous)
Comment détermine-t-on les stocks d’eau dans le sol ?
Le sol constitue un réservoir d’eau qui se rempli et se vide, tel une éponge. La Reserve Utile
(RU) est déterminée comme la quantité d’eau du sol utilisable par une culture. Au sein de cette
RU, la RFU est déterminée comme la quantité d’eau du sol facilement utilisable, équivalent à
près de 2/3 de la RU. L’eau restante est considérée comme trop difficilement utilisable par les
racines, car trop liée aux éléments du sol.
La Reserve Utile dépend de la texture du sol (tableau ci-dessous) et s’exprime en mm d’eau par
mètre de profondeur de sol.
Et en pratique ? On y est !
Voici un exemple de calcul de dose d’irrigation pour du poireau d’automne, culture exigeante en
eau mais craignant l’excès d’eau ! Nous sommes au mois de Juillet dans le sud de la France, sur
un intervalle de 10 jours.
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Irrigation et Fertilisation (Production végétale :L3-2021)
Le sol est argilo-limono-sableux, sa RU est de 180 mm/m.
La RFU est donc de : 2/3 x RU = 2/3 x 1,80 = 120 mm/m
La profondeur d’enracinement du poireau à cette période est de 30 cm.
Les racines ont donc un stock d’eau disponible de 0,3 m x RFU = 0,3 x 120 = 36 mm.
L’ETRef est en moyenne de 5mm/j sur cette période de 10 jours. Le Kc du poireau est de 0,7 à
cette période.
Le besoin en eau est donc de : 10 jours x Kc x ETRef = 10 jours x 0,7 x 5 mm/j = 35 mm.
Sur ces dix jours, la culture aura donc besoin de 35 mm d’eau pour assurer un bon
développement.
Les doses d’irrigation pourront être apportée en 2 ou 3 fois sur cette période, de 10 à 15 mm
par irrigation (10 mm + 10 mm + 15 mm).
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Irrigation et Fertilisation (Production végétale :L3-2021)
Réserve utile en eau d'un sol
La réserve utile en eau d'un sol (RU) est la quantité d’eau que le sol peut absorber et restituer à
la plante1. La RU est autrement dit la différence entre l’humidité à la capacité au champ et
l’humidité au point de flétrissement permanent2.
La RU est composée de RFU (Réserve Facilement Utilisable ou confort hydrique) et de RDU
(Réserve Difficilement Utilisable ou réserve de survie) qui engendre du stress hydrique. Elle
varie selon les types de sol de 1/3 (en sol sableux) à 2/3 (en sol argileux) de la capacité de
rétention3.
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Méthode de calcul
Lorsque le sol est saturé, tous les pores du sol sont remplis d'eau.
Une première partie de l'eau lessive tout de suite et part vers les profondeurs par percolation,
n'étant pas retenue par les forces capillaires, c'est l'eau gravitaire. Cette quantité est d'autant
plus grande que la texture du sol est grossière (sable). On obtient alors un sol ressuyé, c'est-à-
dire un sol contenant le volume maximal d'eau qu'il peut retenir compte tenu de ses
caractéristiques de porosité, perméabilité4 et granulométrie: cette réserve d'eau est
appelée capacité au champ.
Puis les plantes (évapotranspiration) et le soleil (évaporation) pompent cette eau.
Les plantes commencent par utiliser la RFU puis la RDU (elle diminue alors son activité
d'évapotranspiration pour survivre) mais il arrive un moment où la force de rétention capillaire
excède la force maximale de succion des racines (15 bars), c'est le point de flétrissement
permanent, la plante meurt. Plus la texture du sol est fine (argile < limon < sable) plus le point
de flétrissement est élevé.
La différence entre la capacité au champ et le point de flétrissement donne la réserve utile.
RU = (HCC - HPFP) * DA * Z
HCC = Humidité à la Capacité au Champ
HPFP = Humidité au Point de Flétrissement Permanent
DA = Densité Apparente du sol
Z = Profondeur d'enracinement en dm
Valeurs moyennes
À titre indicatif, la valeur moyenne de la RU est de5 :
0.9 à 1.2 mm/cm de sol pour un sable
1.3 à 1.6 mm/cm de sol pour un limon argileux
1.8 à 2 mm/cm de sol pour un sol argileux, argilo limoneux, argilo sableux.
Des mesures d'humidité et donc de RU peuvent être faites grâce à une sonde à neutrons,
un tensiomètre ou par réflectométrie dans le domaine temporel (Humidimètre TDR).
les réserves de l'eau sur la plante
la réserve utile et les besoins des cultures –
L’irrigation consiste à apporter de l’eau aux plantes cultivées, par des procédés divers, afin de
permettre leur développement normal lorsque les conditions de pluviométrie naturelle sont
insuffisantes.
Le pilotage d’irrigation consiste à répondre aux questions suivantes :
- Quand arroser ? En tenant compte :
Des besoins en eau des plantes ;
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Des réserves en eau du sol.
- Combien d’eau à apporter ? Pour déterminer les doses d’irrigation qu’il faut apporter en
complément.
- Comment l’apporter ? En fonction :
du mode d’irrigation ;
du type de sol ;
de la nature des cultures.
I- Besoins en eau de la plante
Dans le système sol – plante – atmosphère, l’eau est utilisée de la manière suivante : - Une partie
entre dans la composition du végétal : Eau de constitution
- Une partie est transpirée par les feuillées : Eau de végétation
- Une partie est évaporée par le sol : Evaporation L’eau transpirée par les feuilles et celle
évaporée par le sol constituent l’évapotranspiration (ET) On distingue : Evapotranspiration
Potentielle (ETP) : C’est la quantité d’eau que cède à l’atmosphère , par évapotranspiration , une
culture de végétation abondante , en pleine croissance , couvrant totalement un sol largement
pourvu d’eau .
Pour calculer l’ETP, il existe plusieurs méthodes théoriques:
La formule de Penman corrigée par la FAO, est la plus employée actuellement. Elle est
basée sur des données météorologiques :
ETP = α. Rayonnement + f (vent, aridité de l’air)
La formule Blaney–Criddle :
ETo = p ·(0.46·Tmean + 8)
avec:
ET0 est l'évapotranspiration de référence [ mm jour - 1 ] (mensuel )
Tmean est la température quotidienne moyenne [ ° C ] donné comme:
Tmoyenne = ( Tmax +Tmin ) / 2
p est le pourcentage quotidien moyen d'heures de jour annuelles
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Evapotranspiration Maximale (ETM) : C’est la quantité d’eau maximale évaporée par
l’ensemble sol-culture à un stade végétatif donné. Elle correspond au besoin de la culture. Elle
est estimée à partir de l’ETP en utilisant des coefficients culturaux (Kc)
ETM = Kc x ETP Il est important de noter que les valeurs de Kc dépendent des stades du
développement de la culture.
Evapotranspiration Réelle (ETR) : C’est la quantité d’eau réellement perdue par
évapotranspiration d’un système sol-culture quelles que soient les conditions dans lesquelles il
se trouve. Sa mesure reste du domaine de la station expérimentale. Mais elle peut être estimée à
partir de l’ETM en tenant compte de l’eau disponible dans le sol. Il faut donc aborder la question
des réserves en eau du sol.
II- Réserves en eau du sol
La plante puise l’eau dont elle a besoin dans le sol considéré comme un réservoir. Cependant,
seule une fraction d’eau du sol est accessible aux racines, appelée « Réserve Utile » RU. La
réserve utile correspond à la quantité d’eau contenue dans la tranche de sol explorée par les
racines, entre le point de ressuyage (Hcc) et le point de flétrissement (Hpf).
RU = (Hcc - Hpf) x Da x Z
Hcc : Humidité pondérale en % à la capacité au champ. Elle correspond à l’humidité du sol
après ressuyage. L’eau n’occupe que les micropores du sol (inférieures à 30 microns).
Hpf : Humidité pondérale en % au point de flétrissement permanent. Elle correspond à la
capacité maximale de succion par la plante, voisine de 15 Bars.
Da : Densité apparente du sol
Z : Profondeur d’enracinement en dm
Par commodité, on appelle réserve facilement utilisable RFU, la fraction de la RU pour laquelle
la plante pourra répondre à la demande climatique.
ETM = ETR Le rapport RFU / RU est généralement voisin de 0,5. Il peut varier en fonction du
type de sol, de l’espèce et de la demande climatique. Lorsque la RFU est consommée, la plante
ferme partiellement ses stomates : ETR< ETM
III- Bilan hydrique d’un sol cultivé
C’est la comparaison entre les réserves et les apports d’une part et les pertes en eau d’autre part
d’un système. Il permet de déterminer l’eau effectivement disponible pour une culture et de
calculer, en cas de déficit, les quantités d’eau à apporter par irrigation. 1- Déficit pluviométrique
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Connaissant l’ETP et la pluviométrie (P), le déficit pluviométrique (Dp) s’obtient pour un mois,
une décade, ou plusieurs mois par : Dp = ETP - P
2- Déficit agricole
Une partie de la RFU peut être utilisée pour combler le déficit pluviométrique sans avoir besoin
d’irriguer. Le déficit agricole (Da) pour un mois ou une décade peut donc s’exprimer ainsi : Da
= ETP –P-K (RFU) K est choisi entre 0 et 1, indique la fraction de la RFU utilisée et non
reconstituée. Si l’irrigation est abondante, on prend K =0 pour reconstituer complètement la
RFU. L’irrigation se propose donc de combler le Da. Mais avec quelle fréquence et quelle dose
?
IV- Paramètres d’irrigation
1- Dose d’irrigation
La dose d’irrigation est la quantité d’eau nécessaire pour ramener l’humidité de la couche du sol
asséchée par les racines à la capacité au champ. La dose d’irrigation doit correspondre à la RFU.
Elle s’exprime par la formule suivante :
Dose = RFU = (Hcc - Hpf) x Da x Z x f Avec f : le coefficient de la réserve utile de l’eau du sol
qu’on laisse s’épuiser avant de déclencher l’irrigation.
2- Fréquence d’irrigation
La fréquence d’irrigation (N) est le nombre d’arrosages qu’il faut pour combler le Da. Elle se
calcule par la relation suivante : N= Da/ Dose
Le nombre de jours qui séparent 2 irrigations successives détermine la cadence d’irrigation.
C= (Dose + P) / ETMj
La durée de l’irrigation nous renseigne sur le temps que doit durer une irrigation. Elle dépend de
la perméabilité du sol et de la dose choisie. On peut la calculer ainsi :
DI = Dose / Perméabilité
ADDITIF de la partie irrigation
2- Evaluation des besoins en eau des cultures ; l’évapotranspiration
La notion d'évapotranspiration regroupe deux processus, à savoir l'évaporation directe de l'eau
du sol et la transpiration par les plantes. Elle est exprimée le plus généralement en hauteur
moyenne évaporée sur la surface considérée pendant une durée définie.
C’est la quantité d'eau transférée du sol vers l'atmosphère par évaporation et transpiration des
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plantes.
Les facteurs de l’évapotranspiration :
Elle est conditionnée pas les phénomènes physiques et biologiques.
En effet, en premier lieu l’évapotranspiration dépend des échanges d’énergie radiante (énergie
solaire) et de la turbulence de l’atmosphère qui sont deux phénomènes liés directement aux
conditions climatiques (température, humidité de l’air, vent, durée d’exposition au soleil).
En second lieu l’évapotranspiration varie en fonction des conditions biologiques. Il y a des
périodes critiques pendant lesquelles les plantes sont plus exigeantes en eau et des périodes où
les plantes se trouvent dans un repos relatif.
a) Notions d'évapotranspiration de référence, potentielle et réelle
L’évapotranspiration de références ET0 : est définie comme le niveau de l’évapotranspiration
d’une surface importante d’un gazon de hauteur uniforme (entre 8 et 15 cm), en croissance
active, recouvrant complètement le sol et alimenté en eau d’une façon non conditionnelle.
L’évapotranspiration potentielle ETP : est l’évapotranspiration d’une culture (stade de
développement végétatif max) bien fournie en eau et ou le sol est à sa capacité de rétention ;
c’est la limite maximale de l’évapotranspiration.
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L’évapotranspiration réelle ETR : est la valeur réelle de l’évapotranspiration, elle est
inférieure à L’évapotranspiration potentielle ETP puisque le sol n’est pas en permanence à sa
capacité de rétention.
Figure : Evaporation et évapotranspiration potentielle et réelle.
b) Les méthodes de détermination de l’ETP par les formules empiriques
Formule de Thornthwaite
ETP = 16 ( 10 t/I)a k
ETP : en mm
T : température moyenne (C°)
I : indice thermique annuel I = ⅀121 i
i : indice thermique mensuel i = (t/5)1,5
a : simplification apporté par Serra a = (1,6/100) * I + 0,5
K : coefficient d’ajustement mensuel.
Formule de Turc
Si l’humidité relative de l’air est supérieure à 50 %, l’évapotranspiration potentielle est
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donnée par :
en (mm/mois).
Avec :
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T : Température moyenne mensuelle en °c
Ig : Radiation globale du mois considéré en (cal / cm2 / j),
Selon TURC, le coefficient 0.40 est réduit à 0.37 pour le mois de février.
Si l’humidité relative de l’air est inférieure à 50 %, l’ETP est donnée par :
Avec :
T : Température moyenne de la période considéré en °c.
Hr : L’humidité de l’air en %
Ig : Radiation globale en (cal / cm2 / jour)
Telque :
Avec : IgA : Radiation maximale théorique
H : Durée astronomique de jour en (heure / mois)
h : la durée d’insolation en (heure / mois)
Remarque : Pour le mois de février le coefficient 0.40 est réduit à 0.37.
c) Les méthodes de détermination de l’ETR
Pour l'estimation de l’évapotranspiration réelle (ETR) par les formules suivantes :
Formule de Thornthwaite
Formule de Turc
La formule de L. Turc permet d’évaluer l’évapotranspiration potentielle mensuelle moyenne
et tenant compte de la durée réelle de l’insolation.
Avec : L= 300 + 25×T + 0,05×T3
P : Précipitations moyennes annuelles (mm) ;
T : Températures moyennes annuelles (°C) ;
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ETR : Evapotranspiration réelle (mm)
L : Pouvoir évaporant, est une limite vers laquelle tend l’ETR lorsque P devient grand.
Formule de Coutagne
Cette formule fait appel à deux paramètres indispensables en climatologie, mais sous une
autre procédure (formule) de calcul.
ETR = P – λP2
Avec : λ = 1/ (0.8 + 0.14T)
ETR : Evapotranspiration réelle en mm.
P : Précipitation moyenne annuelle en mm.
T : Température moyenne annuelle en °C
Cette formule n’est valable que si les précipitations sont comprises entre
1/8λ < p (m) < 1/2λ.
I. Nécessité des irrigations (besoin en eau d’irrigation)
Les disponibilités en eau du sol comparées aux besoins des plantes. L’eau reçue par le sol
s’infiltre, ruisselle, s’évapore ; les racines des plantes ne puisent l’eau dans le sol que jusqu’à
une profondeur limitée, souvent inférieure à 1 mètre.
Quelles sont les quantités d’eau que le sol met naturellement à la disposition des
plantes ?
1ere partie des précipitations atmosphériques absorbées et retenues par la couche de sol
accessible aux racines.
2eme une fraction de l’humidité accumulée dans le sol en hiver et utilisable par les
plantes au printemps.
1. Etude rationnelle du déficit en eau
a) Le déficit pluviométrique
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Il est possible de définir le déficit pluviométrique (Dp) d’une période donnée comme étant la
différence entre l’evapo-transpiration et le module pluviométrique correspondant P :
(Dp) = (ETP) – P
Il est important de noter que les excédents de précipitation sont perdus par infiltration et
ruissellement et ne viennent pas compenser les déficits des autres mois. Il en résulte que le
déficit pluviométrique annuelle est évalué mois par mois.
b) Le déficit agricole
Il n’est pas nécessaire de fournir au sol chaque mois la totalité de déficit pluviométrique si le
sol peut mettre à la disposition de la plante une certaine quantité d’eau prise par sa réserve
utilisable.
da= ETP – P – kc * RFU
da= Dp - kc * RFU
Avec kc : coefficient culturale
En revenant à la notion du reserve utile RU et RFU.
- La réserve utile (RU)
La réserve utile est la quantité d’eau stockée dans le sol qui peut être absorbée par les racines
des plantes. Cette réserve utile pour les plantes dépend essentiellement de la granulométrie
des sols et varie à l’inverse de la perméabilité : les sols argileux ont une réserve utile
supérieure aux sols sableux.
RU = (Hcc – Hft)* Da* Z Hcc :
humidité de rétention (capacité de champ) en %.
Hft : humidité au point de flétrissement en %.
Da : densité apparente du sol.
Z : profondeur d’enracinement en dm.
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La réserve facilement utilisable (RFU)
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C’est la quantité d’eau disponible par unité de surface calculée sur la profondeur maximale
d’enracinement, et comprise entre deux limites ; d’une part le point de flétrissement et d’autre
part la capacité de rétention (RFU comprise en pratique entre 1/2 et 2/3 de la réserve utile).
RFU = RU * α 0.5 α 1
α = 2/3 pour l’argile
La réserve facilement utilisable dépend essentiellement :
o De la nature du sol
o De la profondeur du sol capable de recevoir des racines
o La nature des cultures, dont dépend la profondeur réelle des racines
o De l’excédent hivernal.
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II. L’humidité du sol
La quantité d’eau qui contient un sol par une mesure effective soit sur le sol en place, soit au
laboratoire sur un échantillon.
Il existe plusieurs valeurs remarquables de l’humidité du sol : il passe de l’humidité maximale
à la sécheresse absolue.
a) Humidité maximale (ou capacité maximale)
On dit encore capacité totale correspond à la terre gorgée d’eau. C’est l’humidité du sol
lorsque l’eau occupe toute la porosité, le sol ne contient plus d’air.
b) Humidité de rétention (ou la capacité de rétention)
C’est la quantité maximale d’eau que le sol peut retenir dans les conditions où son drainage se
trouve assuré librement, cette valeur notée Hr. Après la disparition de l’eau de gravité, cette
humidité et en quelque sorte la limite supérieure de l’eau utile (également appelée humidité de
capacité au champ).
c) Point de flétrissement
C’est l’humidité au-dessous de laquelle la plante se fane d’une façon permanente et subit des
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dommages irréversibles à cause de la sécheresse. Nous noterons ce taux Hpf.
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III. Circulation de l’eau dans le sol
Les déplacements de l’eau dans le sol sont régis par des lois très différentes suivant le taux
d’humidité. Nous distinguerons deux cas principaux :
Premier cas : le taux d’humidité du sol est supérieur à la capacité de rétention avec le
sol gorgée d’eau (H = Hm, capacité maximale). Le mouvement de l’eau est alors régi
essentiellement par la pesanteur.
Deuxième cas : le taux d’humidité du sol est inférieur à la capacité de rétention (H ˂
Hr), le mouvement de l’eau est régi alors par la diffusion capillaire. Ensuite, si le
dessèchement se poursuit le déplacement de l’eau ne s’effectue plus que sous l’effet de
l’évaporation.
1. Circulation de l’eau de gravitation
a) Notion de perméabilité. Loi de Darcy
Dans le cas d’un sol saturé (H = Hm), le mouvement de l’eau est provoqué par l’action de la
gravité. La perméabilité est la propriété qui traduit en langage courant la facilité plus ou
moins grande avec laquelle s’effectue alors le cheminement de l’eau.
Darcy a énoncé (« les fontaines publiques de la ville de Dijon », 1856) une règle simple
concernant l’écoulement de l’eau à travers les colonnes de sable.
On désigne, en effet, souvent l’expression H/L par I que l’on appelle pente motrice.
Le débit est donné par l’expression
Q = VS = KSI
2. Diffusion capillaire
Lorsque l’humidité d’un sol est inférieure à l’humidité de rétention, il peut y avoir encore
circulation de l’eau. Mais la loi de circulation n’est plus une loi aussi simple que dans le cas
où le sol est saturé. La vitesse du déplacement, très faible, est encore régie par les différences
du potentiel des forces auxquelles est alors soumise l’eau entre les différents points du sol.
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Or, on sait que pour une humidité comprise entre humidité de rétention et, par exemple,
l’humidité de flétrissement temporaire, c’est-à-dire :
Hr ˃ H ˃ Hft
Au fur et à mesure que le sol se dessèche les forces de rétention du sol et le potentiel de l’eau
(exprime l’intensité des forces qui retiennent l’eau dans le sol) augmente.
Plus le sol est humide plus le potentiel de l’eau est faible, plus l’eau est mobile.
Les principes fondamentaux de l’irrigation
I. Eléments de base pour l’étude d’un projet d’irrigation
1. Les éléments de base pour l’étude d’un projet d’irrigation est essentiellement le besoin
propre des plantes cultivé en eau et le besoin en eau d’irrigation.
2. Facteurs naturels de l’irrigation : en résumé, si la quantité totale d’eau à fournir à une
culture donnée, sous un climat défini, est bien connue, les conditions pratiques
d’arrosage ne pourront être déterminées qu’après une étude complémentaire de deux
facteurs naturels :
- D’une part, le débit d’arrosage ou débit continu à fournir et ses variations au cours de
chaque mois et d’autre part l’étude du sol à irriguer.
II. Le débit caractéristique d’arrosage
a. Débit fictif continu
Représente le débit nécessaire pour assurer une irrigation 24 heures sur 24 heures pendant
le mois considéré
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Avec :
q : est le débit fictif continu en l/s/ha.
Da : déficit agricole.
J : est le nombre de jours du mois considéré
b. Débit caractéristique qc (l/s/ha)
C’est le débit fictif le plus élevé des débits fictifs continus de l’année et qui correspond
généralement au mois de pointe (juillet) en Algérie.
Ef : le rendement global ou efficience globale de cette irrigation, c’est-à-dire le rapport entre
la quantité d’eau consommée efficacement par les plantes et la quantité d’eau envoyée en tête
de réseau (rendement d’utilisation dans le temps et rendement d’utilisation dans le champ).
Elle s’écrit également comme suit :
Avec ζt : rendement d’utilisation dans le temps
ζc: rendement d’utilisation dans le champ
III. La dose d’arrosage
a. Le sol, réservoir d’irrigation
Les plantes n’auront au maximum à leur disposition dans le sol que l’humidité correspondante
à la différence entre le point de rétention et le point de flétrissement (l’humidité supérieur au
point de rétention disparait rapidement et d’autre part l’humidité inférieure » au point de
flétrissement est retenue trop énergiquement par le sol et les plantes ne peuvent pas la capter.
Exemple : on étudie un sol qui présente les caractères suivants :
Au point de rétention = 0,32
Au point de flétrissement = 0,17
L’eau disponible sera, par mètre cube de sol, de :
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1 m3.(0,32-0,17) = 0,15 m3, soit 150 l/ m3.
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Par 1 m3 de sol la quantité d’eau disponible pour les plantes était au maximum de
1000 (0,32-0,17) = 150 litres.
b. Détermination de la dose d’arrosage
C’est la quantité d’eau nécessaire mais suffisante pour compenser dans le sol le prélèvement
par évaporation et transpiration, et aussi c’est la quantité d’eau qu’il faut apporter
régulièrement pour maintenir le sol à sa capacité de rétention.
On distingue :
La dose maximale d’arrosage
C’est la quantité d’eau qu’il faut apporter à un sol durant chaque irrigation pour reconstituer le
réservoir sol sans qu’il y ait perte par percolation profonde ou par ruissellement de surface :
dm = Z (Hr – Hf) dm = RU
Z : la profondeur de sol explorée.
La dose pratique
La dose d’arrosage pratique est la quantité d’eau qu’il faut donner au sol pour éviter
d’arriver au point de danger. Elle est donnée par la formule suivante :
dp = RFU = α RU = α dm
On voit que la notion de dose pratique d’arrosage dp correspond à la reconstitution
de la réserve facilement utilisable RFU.
La dose réelle
La dose d’irrigation réelle est la quantité d’eau dans le sol entre le point flétrissement
et la capacité de rétention (dr ≤ dp).
dr = besoin/N'
Avec N' : N rapproché
IV. Etude des facteurs pratiques de l’arrosage
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Le cadre naturel se résume par la valeur des trois facteurs :
- Le débit fictif continu mensuel, imposé par les plantes et le climat.
- La dose pratique d’arrosage, fixée par le sol et les plantes.
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- La perméabilité du sol, caractéristique du terrain.
Les conditions pratiques de l’arrosage, qui doivent satisfaire à ces données, sont :
L’espacement des arrosages ;
Le débit à employer pratiquement pour l’arrosage de chaque parcelle, débit que
l’on a l’habitude de nommer module ou "main d’eau".
La surface des parcelles recevant successivement l’arrosage ou surface de
l’unité parcellaire.
La durée de l’arrosage de chacune des parcelles unitaires.
1. La fréquence d’arrosage (N)
C’est le nombre d’arrosage par mois, elle est égale au rapport entre l’ETP du mois
(besoin de la culture) considéré et la dose pratique.
2. L’espacement des arrosages (T)
C’est le nombre de jours qui séparent deux irrigations (T doit être un nombre entier).
Ou
Exemple : si l’on avait eu les données suivantes
ETP = 100 mm dp = 30 mm
Trouver N, T et dr
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On aurait d’abord trouvé
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29
On aurait adopté N = 4