Cours de Micro Irrigation 2003

E. 1. E. R.COURS DE MICRO-IRRIGATION Mars 2003 M. L. COMPAORE E. 1. E. R. Il II COURS DE MICRO-IRRIGATION . . La solution nutritive ' Pages vi 1 1 1 1 1 2 3 3 4 5 5 6 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 .3.3.2.2.3. Le débit d'eau 2. Conditions climatiques 2.7. La fertigation localisée 2. Système d'irrigation par mini-diffuseurs 1. Nature et qualité des ressources en eau 2.1. Principales techniques de micro-irrigation 1 .Concepts 1 2 1 .1. Matériels d'un réseau de micro-irrigation 2.3. La culture 2.1.5. Risques de salinisation du sol 2.4.2. L'unité de tête 2.1. Système goutte à goutte 1. Conditions d'emploi des techniques de micro-irrigation 2.5.5.2.5. Caractéristiques du sol 2. 1 . Topographie 2.Processus d'humidification du sol 2 Historique et développement de la micro-irrigation 2 1 .Historique 2 2 . La température de l'eau 2. La configuration de la parcelle 2.2.Développement 3 Caract2ristiques de la méthode de micro-irrigation 4 Avantages et inconvénients de la micro-irrigation 5 Choix de la méthode de micro-irrigation CHAPITRE 2 : APPLICATION DES TECHNIQUES DE MICROIRRIGATION 1 .2. Conclusion CHAPlTRE 3 CONSTlTUTlON D'UN RESEAU DE MICRORRIGATION 1 Structure générale d'un réseau de micro-irrigation 2.5.4. Le matériel d'injection 2. Système à rampes poreuses 2.11 TABLE DES MATIERES AVANT PROPOS CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LA MICRO-IRRIGATION 1 Définitions et concepts 1 1 -Définitions 1 2 .2. La qualité de l'eau 2.4. Système d'arrosage par ligne dit système Bas-Rhône 1. Le dispositif de fertilisation en micro-irrigation 2.6.Méthodes d'application de l'eau 1 2 2 .8.2. Effets de la qualité de l'eau sur le fonctionnement du réseau : risques d'obstruction 2. 2 .Influence de la température sur les débits 3 .3 .Les types d'automatismes 1 1 .4.rampes 2 4 3 .La micro-irrigation semi-automatique 1 2 .3.2.1 .3.La micro-irrigation automatisée 1 3 .4 .La commutation non séquentielle 4 .Les vannes hydrauliques 2 2 .L'irrigation totalement asservie 2 .1 .3 .4 .Les canalisations 2.3 .2 -Cas des capillaires ou micro-tubes 2.Coefficient de variation technologique ou de fabrication 4 .2.5.1 .Les programmateurs .Généralités 2 .Matériels de base de l'automatisme 2 1 .Les rampes 2.Le réseau de porte .4 .5 .1 .Goutteurs auto-régulants à membrane 2. Les types de filtres 2.2 .2 . 2 3 Le dispositif de filtration 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 .2.1 .Les distributeurs ou émetteurs d'eau 2.2 .3.Diamètre des orifices 3.Goutteurs à sorties multiples 2.Goutteurs de type "orifice" à sortie unique 2.3. CARACTERISTIQUES DES DISTRIBUTEURS 1 . DALIA) 2 3 .Pertes de charge et débits 2.La commutation séquentielle 3 i 1 .Nombre de REYNOLDS 2.2 .Systeine a commande hydraulique 3 1 2 .5.2.111 .5 .Le réseau de conduites principales 2 4.3.Cas général 2.Généralités 2.Système à commande électrique 3 2 .Cas des gaines perforées doubles 2.Goutteurs à Vortex 2.Uniformité de la distribution CHAPITRE 5 AUTOMATISATION 1 . Le poste de filtration 2.Les vannes volumétriques (BERMAD.1.régime d'écoulement et débit 2.2...Caractéristiques technologiques 3.1 .pression des distributeurs 2.Goutteurs à sortie unique à long cheminement 2.Loi débit .Les vannes électriques 3 .2.Les types de commutations 3 1 . But de l'étude hydraulique 1 2 .Avantages 5.2 .1.2 .1 .1.Influence du taux de couverture du sol 3.5 . 92 92 92 92 92 94 95 96 96 97 98 98 98 99 1O0 1O0 1O 0 109 109 109 110 111 112 112 112 113 114 114 114 114 114 115 CHAPITRE 7 CALCULS HYDRAULIQUES 1 .Volume d'eau annuel ' .Remarques 5 5 .Calcul hydraulique d'une rampe en micro-irrigation 5 1 .4 .1.Méthode du débit uniformément réparti 5 3 1.3 .2 .Méthode de calcul classique 5 3 .But et contenu de l'étude hydraulique I 1.Formule de WILLIAMS .Définitions 4.4.Distribution de l'eau aux plantes 5.3 .IV CHAPITRE 6 : DONNEES DE BASE ET CALCUL D'UNPROJET DE MICRO-IRRIGATION 1 .4.HAZEN 4 3 .Calcul de I'évapotranspiration 3.Formule de DARCY-WEISBACH 4 2.1 .Dose réelle : Dr 5.Besoins en eau d'irrigation de pointe et besoins en eau d'irrigation réels 4.Fréquence des arrosages : fNj 5.2 .Dose brute d'arrosage Dbmte 5.Rendement hydraulique global à la parcelle en micro-irrigation : Rp 4.1 .Dose d'arrosage maximale nette 5.3 .4.1.Besoins en eau journaliers moyens de la culture en micro-irrigation ETMIOC 4 .4 .Besoins d'irrigation de pointe 4.Structure hydraulique générale d'un réseau de micro-irrigation 3 .1 .Débit de l'installation : Q 5.Détermination de la perte de charge à partir de l'aval 117 117 120 120 121 12 1 12 1 122 125 126 .géométrie et topographie de la parcelle 3 .Débit par distributeur ou par groupe de distributeurs (9) et durée de fonctionnement (t) des distributeurs 5.Avantages et inconvénients de subdivision en postes 5.Dose et fréquence d'arrosage 5.3 .Position du problème 5 2 .Formule de GUYON-PERNES 4 4 .Dimensionnement des conduites principales et des portes-rampes 4 1.Variation du débit d'un distributeur 4 .4.1 .2 .4 .Besoins d'irrigation réels 5 .2 .Contenu de l'étude hydraulique 2 .Besoins en eau des cultures 3.Relation entre les besoins en eau d'irrigation et les besoins en eau des cultures 4.Inconvénients 5.1 .Données de base générales 2 .Besoins en eau d'irrigation 4. V 5.En terrain à pente uniforme ou variée 5.2 .En terrain plat 5. Disposition et calcul des porte-rampes 6.1 Disposition des porte-rampes 6.6.6.2.5.6.2.Répartition des pressions le long d’une rampe uniforme 5.4 . Rampes télescopiques 5. Calcul hydraulique du porte-rampes CHAPITRE 8 MAINTENANCE DU RESEAU 1 Pathologies des réseaux de micro-irrigation 2 Entretien des réseaux de micro-irrigation 2 1 .Détermination de la perte de charge à partir de l’amont 5. Détermination de la distance x où la pression effective est minimale 5.Entretien des rampes et des porte-rampes 2 4 .Entretien des émetteurs d’eau 2 3 .3.4.2 Détermination de la distance x nécessaire au changement de diamètre pour conserver une perte de charge AH 6.4 .Entretien des filtres 2 2 .Réparation des dégâts divers BIBLIOGRAPHIE 127 128 128 129 130 13 1 13 1 131 132 132 132 133 133 133 133 133 134 134 135 .1 Détermination de la perte de charge totale 5. ). Elle exige de bonnes connaissances techniques pour son installation e t pour son ex p Ioit a t io n. Elle constitue une avancée en irrigation du f a i t de la perfection technologique e t scientifique des moyens e t des méthodes employés. d'appréhender l'étude technique des projets. L. le matériel. elle l'est en effet compte tenu du mode d'apport de l'eau qui ne mouille pas toute la surface du champ.vi A V A N T PROPOS La micro-irrigation ou l'irrigation localisée est une méthode d'irrigation révolutionnaire e t est considérée aujourd'hui comme la pointe du progrès en irrigation. Son développement est relativement récent. I I permet au lecteur de faire son initiation à l'environnement des systèmes de micro-irrigation ou d'irrigation localisée. etc. Toutes les suggestions d'amélioration de son contenu sont bien venues. de la nature e t de la précision du matériel d'arrosage utilisé. M. les applications. COMPAORE . les outils de calcul e t la maintenance des installations de micro-irrigation ou d'irrigation localisée. Le présent cours s'attache à décrire les principes. Révolutionnaire. des hautes performances potentielles suscitées (économie d'eau. augmentation des rendements. . 1 . Dans certains cas. 1. 1.1 CHAPITRE 1 1 1. Les doses appliquées sont très réduites.2.Méthodes d'aDplication de l'eau La micro-irrigation consiste à apporter l'eau au voisinage ou au pied des plantes. .Concepts La micro-irrigation regroupe un certain nombre de techniques d'arrosage relativement récentes.1 GENERALITES SUR LA MICRO-IRRIGATION 1 1. le sol se comporte plus comme un conducteur d'eau vers les racines qu'un réservoir. l'arrosage peut être quasi continu et en ce moment. Dans cet ouvrage nous prévilégierons l'usage du terme micro-irrigation retenu par la CIID qui met plus l'accent sur la faiblesse des doses et des débits que sur la manière dont ils sont apportés.2 .micro-irrigation (retenu par la Commission Internationale des Irrigations et du Drainage [ C I D ] ) qui prend en compte le fait que les débits apportés sont faibles et les fréquences élevées. Cette eau est filtrée et éventuellement enrichie en fertilisants. L'eau est conduite à la plante grâce à un réseau dense de canalisations. ce qui conduit à des fréquences élevées (espacement entre les arrosages de l'ordre de 1 à 2 jours). irrigation goutte à goutte ou "trickle irrigation" (retenu par les ingénieurs de I ' h e r i c a n Society of Agricultural Engineers [ASAE]) qui est en fait représentatif d'une technique d'arrosage particulière . avec de faibles débits (quelques litres à quelques dizaines de litredheure : 2 à 150 l/h) et à intervalles rapprochés (morcellement de la dose).Définitions Il existe plusieurs termes : . DEFINITIONS ET CONCEPTS .irrigation localisée (retenu par la FAO) qui traduit plus le mode d'apport de l'eau au voisinage des racines ou directement au pied des plantes . directement à la surface du sol ou à l'intérieur du sol. . 2. généralement saturée.Processus d'humidification du sol Sous la zone d'apport. Il en résulte un bulbe d'humidification (fig. Les faibles doses apportées fréquemment maintiennent la zone humectée à une humidité élevée. une partie de la surface reste sèche ce qui favorise la poursuite des soins aux cultures. t GO UT1E U R ECARTEMEHT EHTRE RAMPES LlGHE DE COURAljT COU?BE D'EGALE HUMIDITE L. ce qui les hisse à l'heure actuelle à la pointe du progrès en irrigation. de minces filets d'eau ou de mini-jets au travers des dispositifs de distribution variés. le transfert d'eau dans le sol se fait essentiellement sous forme d'écoulement non saturé.) .L A R G E U R H U M I D I F I E E4 i I l PERCOLaTiOt-1 PROFOH DE= I Fig. ce qui constitue un facteur important d'accroissement des rendements. En outre. 1. du débit d'apport et de la fréquence des arrosages. proche de la capacité de rétention. L'apport se fait sous forme de gouttes.2 Seule une fraction de la surface est arrosée (zone explorée par les racines des plantes). L'extension latérale du bulbe est d'autant plus marquée que la texture est fine. L'eau est donc facilement disponible pour les plantes. 1) de forme elliptique dont les dimensions dépendent fortement des caractéristiques du sol.2 . 1 : Schéma du bulbe d'humidification dans un sol grossier (a) et dans sol fin (b) (Pénadille Y. L'eau dimise verticalement et latéralement dans le sol sous l'effet conjugué des forces de gravité et de succion. Les techniques de micro-irrigation combinent tout à fait harmonieusement l'efficience et la qualité . 2. ce qui constitue un facteur important d'accroissement des rendements. de minces filets d'eau ou de mini-jets au travers des dispositifs de distribution variés. L'apport se fait sous forme de gouttes. 1. ECARTEMEUT EHTRE RAMPES - Fig L Schkma du bulbe d'humidification dans un sol qrossier ( a ) et dans sol fin (b) (Penadille Y ) . L'eau est donc tàcilement disponible pour les plantes. Les techniques de micro-irrigation combinent tout à fait harmonieusement l'efficience et la qualité .Processus d'humidification du sol Sous la zone d'apport. L'eau dimise verticalement et latéralement dans le sol sous l'effet conjugué des forces de gravité et de succion II en résulte un bulbe d'humidification (fig. le transfert d'eau dans le sol se fait essentiellement sous forme d'écoulement non saturé. En outre. proche de la capacité de rétention. ce qui les hisse à l'heure actuelle à la pointe du progrès en irrigation. du débit d'apport et de la fréquence des arrosages. L'extension latérale du bulbe est d'autant plus marquée que la texture est fine.2 . Les faibles doses apportées fréquemment maintiennent la zone humectée à une humidité élevée. 1) de forme elliptique dont les dimensions dépendent fortement des caractéristiques du sol.2 Seule une fraction de la surface est arrosée (zone explorée par les racines des plantes). une partie de la surtàce reste sèche ce qui favorise la poursuite des soins aux cultures. généralement saturée. 1986). Puis survint l'ère des tuyaux PVC perforés. même sans bouchage. les essais se concentrèrent sur des tuyaux perforés réalisés en divers matériaux. apparut en Angleterre au début des années 1940. Israël. Deux inconvénients cependant : d'abord. leur section de passage également. Les réseaux de ce genre fonctionnèrent plus de 20 ans après leur mise en place. U. Puis une étape importante f i t enregistrée en Israël à la fin des années 1950 à la suite de la mise au point des goutteurs à long cheminement. la petitesse des trous (env. flexibles. avec comme objectif de voir si le débit était déterminé par la pression de l'eau dans le tuyau ou par la tension d'humidité dans le sol environnant (KELLER.. Leur longueur était assez importante pour augmenter le parcours de l'eau. Des essais similaires eurent lieu en U. A partir des années 1960. ensuite le manque d'uniformité des trous et leur changement dans le temps provoquaient des différences de débit inacceptables. recouverts d'un filtre de 0. dans le but de trouver une meilleure méthode du fonctionnement. D. les rendements accrus encouragèrent les recherches en vue de I'ainélioration de ce système.S. J. (1923) et en France. utilisé dans les champs et vergers aussi bien que dans les serres (Australie. et KARMELI. HISTORIQUE ET DEVELOPPEMENT DE LA MICRO-IRRIGATION 2. Le goutte à goutte. la méthode de micro-irrigation ne pu se pratiquer à grande échelle par manque de matériaux convenables et économiques (BUCKS. D. de tels tuyaux présentant de sérieux atouts. . Afrique du Sud. Après 1935. en lignes espacées de 5 m. tout en demeurant peu encombrants. 1975). O. Mexique.Historique La méthode de micro-irrigation tire vraisemblablement son origine des pratiques de techniques d'irrigation souterraine où l'irrigation se fait par contrôle du niveau de la nappe phréatique au profit du système radiculaire des cultures.S.A. On le mit au point dans les serres. Ils firent naître l'idée d'utiliser pour l'irrigation les variations du plan d'eau de la nappe phréatique. Europe. C'est la "sub-irrigation" qui est pratiquée à grande échelle aux U. Les premiers goutteurs étaient des capillaires entourés autour de cylindres. pour pratiquer l'irrigation et la fertilisation avec le même réseau.3 2. On relève le plan d'eau dans un système serré de canaux à partir desquels l'infiltration provoque un relèvement du niveau de la nappe phréatique jusqu'à la partie inférieure de la zone radiculaire. faciles à perforer et à raccorder. 1 mm) entraînant leur obstruction. tel qu'on le pratique aujourd'hui. divers appareils ou goutteurs furent placés sur le tuyau. S..). pour réduire les risques d'obstruction.R. Bien que de conception simple.50 in d'épaisseur.S. en Hollande et en Angleterre. A. Japon. et DAVIS. Un premier essai fut entrepris en Allemagne en 1860 combinant irrigation et drainage avec un réseau comportant des drains en terre cuite non jointifs. le goutte à goutte devint un nouveau mode d'irrigation. C'est le développement de l'utilisation des tuyaux en matière plastique qui détermina l'évolution vers le goutte à goutte actuel bon marché. posés à une profondeur de 0.80 in environ..1 .A. malgré une filtration poussée.30 à 0. Malgré ces deux inconvénients. Au lieu d'un simple trou percé dans la paroi du tuyau.S. Elles atteignent actuellement environ 2 500 O00 ha.s irrigihs par micro-irrigation dam le mot i e ((XII.Développement Le tableau ci-après donne d’après une enquête de la Commission Internationale des Irrigation et du Drainage(CI1D) les surfaces irriguées sous micro-irrigation dans le inonde en 1991. Tableau I : . légumes Autres pays TOTAL 100 737 1 768 987 Malgré les progrès enregistrés.2. légumes 41 150 Maroc 1 9 766 1 verger verger. cultures sous serre. . ce qui ne représente que 1 % des surfaces irriguées.2 . les superficies irriguées sous micro-irrigation dans le inonde restent relativement peu importantes. cultures sous serre. vigne. d 1991) Pays Superficies (ha) Principales cultures Japon lnde France Thaïlande 57 098 55 O00 50 953 verger.i’ziperficie. vigne. ne mouille pas le feuillage . . . .économisent fortement l'eau. . . 4. . . .réduisent les coûts d'entretien.mettent à la disposition des utilisateurs des conditions d'arrosage très souples.s'adapent bien à tous types de sols et de reliefs. n'arrose qu'une fraction du sol (application de l'eau près de ou dans la zone radiculaire). . Avantages Les techniques de micro-irrigation .réduisent les adventices. f/. .se prêtent facilement à l'automatisation. . n'apporte que de faibles quantités d'eau (utilisation de faibles débits avec de faibles pressions) pendant des temps très longs .3.permettent un raccourcissement du cycle végétatif de la culture. ci. apporte l'eau à des fréquences rapprochées . .impose dans la plupart des cas l'automatisation (car nécessite des apports fréquents et fractionnés). met en oeuvre des équipements fixes.est totalement indépendante vis à vis des autres interventions sur la culture . e/. . AVANTAGES ET INCONVENLENTS DE LA MICRO-IRRIGATION En comparaison à l'aspersion et à l'irrigation de surface.économisent la main d'œuvre. la micro-irrigation connaît aussi quelques inconvénients spécifiques.gênent rarement les habitudes culturelles et sont constituées de structures souples. . légers et relativement fragiles . d/. h/. CARACTERISTlOUES DE LA METHODE DE MICRO-IRRIGATION Les caractéristiques principales de la méthode de micro-irrigation peuvent se résumer comme ci-dessous. adaptables à tous les cas particuliers.permettent d'arroser avec des débits très faibles avec contrôle précis de la dose. . la micro-irrigation autorise une utilisation plus rationnelle de l'eau et offre de nombreux avantages.permettent d'utiliser des eaux salées.sont d'utilisation assez simple. b/. mobiles.autorisent une facilité de jaugeage de l'eau. convient bien à l'irrigation fertilisante . Malgré ces grands avantages.présentent des rendements excellents. La micro-irrigation : a/. g/.sont insensibles aux vents. soinine toute. .connaissent une sensibilité des goutteurs à l'obstruction . . . . . .nécessitent une maintenance rigoureuse. .nécessitent la filtration de l'eau d'irrigation.. On remarquera que.exigent un haut niveau de compétence au moins pour les études. 1983) : .prix de l'eau élevé ou ressources en eau rares. L. .présentent un coût de première installation élevé. 5.conviennent mieux à des cultures à forte valeur ajoutée. il pourrait en toute connaissance de cause installer un système de micro-irrigation si la faisabilité technique est prouvée. .terrain en forte pente ou accidenté. CHOIX DE LA METHODE DE MICRO-IRRIGATION On peut résumer les conditions d'utilisation de la micro-irrigation ainsi qu'il suit (VERMEIREN. on peut aussi évoquer les stratégies ou les motivations propre à l'irrigant Par exemple si celui-ci opte d'investir dans la production de cultures spécialisées à haut rendement et à forte valeur ajoutée.6 1nconvénients Les techniques de micro-irrigation : . les avantages du système sont nettement dominants comparativement aux inconvénients.fonctionnent avec du matériel délicat à durée de vie relativement faible.ne conviennent pas à toutes les cultures (kiwi par exemple) .rareté et cherté de la inain d'œuvre.inauvaise qualité de l'eau (salinité) Outre ces aspects. Ces ajutages sont placés en dérivation sur une rampe en polyéthylène (PE) noir d'environ 25 min de diamètre. En combinant judicieusement les diamètre des ajutages. Du fait de l'importance des débits délivrés.h-1. Chaque rampe est immobilisée au fond de la rigole par les petits barrages en terre utilisés pour le cloisonnement. Les orifices fonctionnent sous une pression de l'ordre de 1 bar et délivrent des débits variant entre 30 et 100 1. Il y a autant de petits bassins que la rampe comporte d'ajutages. la micro-irrigation par aspersion (mini-diffuseurs).5 à 6. L'eau ne s'infiltre pas ponctuellement. PRINCIPALES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION Les techniques de micro-irrigation se définissent essentiellement suivant le mode d'apport de l'eau à la culture. la microirrigation souterraine (gaines poreuses). Le petit jet qui résulte de la transformation de la pression de l'eau en vitesse lors de son passage à travers I'ajutage est écrasé par une bague brise-jet. on peut obtenir un débit relativement uniforme tout au long de la rampe qui peut mesurer 200 m. la micro-irrigation ponctuelle (goutte à goutte).5 m de longueur) parallèles aux rangées de plantation. selon leur diamètre.1 min.2 à 2.7 CHAPITRE 2 1 APPLICATION DES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION 1 1. . On distingue la micro-irrigation linéaire (système Bas-Rhônes). 1. les rampes sont installées dans des rigoles cloisonnées constituant une série de petits bassins (2. Système d'arrosage par liene dit système Bas-Rhône La distribution de l'eau se fait au travers d'ajutages calibrés disponibles selon I O diamètres différents échelonnés tous les 1/10 de min de 1.1. mais se répartit dans les petits bassins. 2 : Système Bas-Rhône (CEMAGREF et RNED-HA.h.-'..50 m Fig. la pluviométrie doit être inférieure à la capacité d'infiltration du sol considéré.40 m - 0.5 i sous une pression de n 1 à 2 bars avec des débits compris entre 20 et 60 l. 1990) 1. .-l avec des exigences de pression de 1 à 6 bars.h.2. Cette technique d'irrigation est utilisée principalement en arboriculture sur des sols grossiers dans lesquels la diffusion latérale de l'eau est très réduite et l'infiltration essentiellement verticale. Système d'irrigation par mini-diffuseurs La distribution d'eau se fait au moyen de petits asperseurs statiques dont le jet est de faible portée (pulvérisation de l'eau sous forme de tache). Dans touts les cas. Certains mini-diffuseurs auto-régulants peuvent délivrer des débits atteignant 120 l. ainsi que dans certains sols argileux gonflants présentant des fentes de retrait importantes dans lesquels l'eau a tendance à percoler en profondeur avec une faible diffiision latérale (MERMOUD. A.1995). La portée des mini-diffuseurs couramment utilisés est de 1 à 2.8 d L 0. suspendues à environ 50 cm au-dessus du sol à un fil tendu entre des poteaux ou sur le palissage des arbres. le mini-diffuseur est fixé directement à la rampe. le mini-diffuseur est fixé sur un support à 20 ou 30 cm au-dessus du sol et relié à la rampe par un tube prolongateur en PE ou en PVC .. on peut obtenir diverses formes et dimensions des surfaces arrosées (fig. 3 : Système d’irrigation par mini-diffuseurs (MERMOUD. Dans ce cas. Fig. Dans ce cas.Les inini-diffuseurs sont des pièces comportant une base munie d’un orifice calibré et coiffée d’une tête brise-jet qui écrase l’eau à la sortie et l’oblige à s’échapper latéralement. 1995) cercle complet 112cercle pinceau -Pe Fig. 4 : Formes des surfaces arrosées avec les tnini-diffuseurs (CEMAGREF et RNEDHA.enterrées (20 à 40 cm) ou posées sur le sol. Selon le type de mini-diffuseur utilisé. 1990) . tête en bas le plus souvent. au moyen d’un filetage ou d’une tête de vipère. 4) Les rampes alimentant les mini-diffuseurs peuvent être . A. A.. . .h-1 sous une pression de l'ordre de 1 bar Le système goutte à goutte constitue le procédé le plus représentatif des techniques de micro-irrigation. Ils délivrent ponctuellement des débits ne dépassant généralement pas 12 1 . 1995)..... .4.. 5 : Système d'irrigation par goutte à goutte (MERMOLJD. L'eau est délivrée au sol.. Les goutteurs fonctionnent à faible pression et à faible dédit.. soit des dispositifs plus élaborés dont les plus sophistiqués (goutteurs compensés) permettent une régulation automatique de la pression et du débit (MERMOUD.soup/e.. . . .. les racines ne sont pas assez profondes pour être alimentées par la rampe. Fig. Système goutte a goutte L'eau est transportée dans un réseau de canalisations généralement enterrées qui alimentent des rampes . A. par des goutteurs....3.s de faible diamètre placées le long des rangées de cultures et sur lesquelles on installe les organes de distribution.. Système a rampes poreuses Ce système utilise des tuyaux à petit diamètre (entre 20 et 40 inin) dont la paroi à structure poreuse laisse suinter l'eau tout le long du tuyau (CEMAGREF et RNED-HA... .. C'est donc essentiellement ce système qui sera étudié par la suite. 1990). 1995) 1.. ..... Ces tuyaux sont généralement enfouis à faible profondeur (entre 20 et 50 cin) dans le sol. Ces différents aspects continuent de faire l'objet de recherches..1O 1.. . .. . . aux problèmes d'obstruction et au fait qu'en début de cycle végétatif.. Les inconvénients du système sont liés à l'irrégularité des débits délivrés (variabilité). qui peuvent être soit de simples perforations pratiquées sur les rampes. goutte à goutte ou sous forme de minces filets. En sols grossiers profonds ou en argiles gonflantes présentant des fentes de retrait. types de distributeurs. en zones aride et setni-aride. En effet.11 2. Cependant. de même que sur les cultures sous serre. Conditions climatiques La micro-irrigation peut se pratiquer sous tous les types de climat. 2. Il s'avère que la forme des bulbes d'humidification est fortement tributaire des caractéristiques du sol. la conjugaison des forces de gravité et de succion se traduit par un bulbe d'humidification a beaucoup plus grande extension latérale. les apports par mini-diffuseurs sont préférés aux apports par goutteurs. Aussi. 2.. En sols grossiers. espacement des distributeurs. les caractéristiques pédologique du sol . la topographie du terrain. ces paramètres déterminent le volume de sol exploré par les racines qui.. les conditions financières de l'exploitation . le développement radiculaire est concentré presque exclusiveinent au sein des bulbes d'humidification. En sols fins. la qualité et la quantité des ressources en eau disponibles . peut causer des dégâts sévères en cas de pannes d'irrigation et à des déracinements en cas de vent fort. du fait de l'insuffisance accentuée des précipitations naturelles. les cultures concernées . notamment de la texture et de la structure. les possibilités d'application des techniques de micro-irrigation doivent être évaluées en considérant les paramètres tels que : - les conditions cliinatiques .2.1. CONDITIONS D'EMPLOI DES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION Il est nécessaire que le système soit adapté aux conditions d'emploi. fréquence des apports. . Pendant les études de faisabilité . pour une meilleure exploration du sol par les racines il est indispensable de fixer judicieusement la position et le nombre de distributeurs. .). Caractéristiques du sol Le sol doit transmettre l'eau aux racines des plantes : son rôle est d'autant plus prépondérant que le mode d'apport est plus localisé (goutteurs). La plupart des sols conviennent à l'emploi des techniques de micro-irrigation sous réserve toutefois de bien tenir compte de l'influence de leurs propriétés hydrauliques dans la conception du système (écartement des rampes. les impacts sur l'environnement. l'infiltration est influencée principalement par les forces de gravité et le bulbe est étroit et allongé. s'il est insuffisant. débit des distributeurs. 1) ci-dessus ne tient pas en compte d'éventuels processus d'hystérèse.12 Fig.. il se crée une zone saturée sous le distributeur dont la . en particulier la conductivité hydraulique à saturation K.1) où K(h) KS : conductivité hydraulique en tn. ii)-la capacité d'infiltration. et GERGELY. h-' : charge de pression en in 1 h a constante caractéristique de sol. Lorsque le débit du distributeur dépasse la capacité d'infiltration ponctuelle du sol. 6 : Forme du bulbe d'humidification dans un sol grossier (a) et dans un sol fin (b) (BALOGH. La relation liant la conductivité hydraulique K à la charge de pression h. Elle varie avec l'humidité du sol et se réduit au fur et à mesure de l'irrigation. peut s'exprimer par une relation exponentielle du type : K(h) = Ks euh (2.h-' : conductivité hydraulique à la saturation en m. J.. l. 1980) Les caractéristiques du sol qui interviennent le plus dans le transfert de l'eau sous le distributeur sont : +les propriétés conductrices et de rétention. u est plus élevé dans les sols grossiers que dans les sols fins en m-' La relation (2. ce qui conduit à une augmentation du rayon de la surface saturée. en cm. L'infiltration résulte de l'influence combinée des gradients de succion et de gravité. ne varient plus guère.). foisonnement de l'argile.i ou encore : p = 1000. Au bout d'un certain temps. ainsi que celles du bulbe d'humidification sous-jacent. en égalant le débit d'apport au débit infiltré : (I=- n.2) s'écrit : Si l'on tient compte non seulement de l'effet de gravité.1 cl 1 débit du distributeur. Au fur et à mesure que le front d'humidification pénètre plus profondément. Lorsque le régime permanent est atteint.13 surface augmente progressivement. la capacité d'infiltration tend vers la valeur de la conductivité hydraulique à saturation K. et l'équation (2. on évolue vers un régime permanent et les dimensions de la tache saturée. Ceci contribue à réduire la valeur de la conductivité hydraulique à saturation et donc à accroître la dimension de la zone saturée au cours de l'irrigation. le rayon de la surface saturée s'obtient par la relation (WOODING. 1 est possible de calculer la valeur du rayon p (en cin) de la tache saturée sous le 1 distributeur. A la longue. Ceci se vérifie d'autant plus que le temps d'irrigation est important par rapport aux intervalles entre les arrosages. migration de particules.h-i capacité d'infiltration. dans l'hypothèse où l'infiltration se fait verticalement.pL. La diminution de i est due principalement à deux raisons : la diminution du gradient de succion. etc.T (1 1O00 i n. inais également de l'effet de succion. en 1. la capacité d'infiltration décroît pendant l'irrigation. en cm P Généralement. le gradient de succion devient négligeable dans la partie supérieure du profil et le gradient gravitationnel est l'unique force motrice les modifications des propriétés du sol (dégradation de la structure et formation d'une croûte de surface. le gradient moyen de succion diminue puisque la différence de succion entre la surface du sol et la zone sèche se répartit sur une distance croissante.h-1 rayon de la tâche. 1968) : . s in. : : : paramètre de la relation K(h). les racines ne se développent ni dans la zone saturée. Dans le cas contraire (pente prononcée. sont élevées (sols grossiers). La teneur en eau du sol diminue graduellement au fur et à mesure que l'on s'éloigne du distributeur. Lorsque la topographie est peu accidentée ou lorsque les rampes sont de faibles longueurs (< à 100 m). Par ailleurs. 1990). Topographie La micro-irrigation peut se pratiquer en terrain à topographie irrégulière (accidentée). en cm-1 débit du distributeur. Le débit d'eau Le débit d'eau utilisé en micro-irrigation dépend de la technique appliquée (CEMAGREF et RNED-HA. elle inêine fonction du type de sol et de la qualité de l'eau. En outre. pour atteindre une très faible valeur à l'extérieur du bulbe. 1995). Cependant. de percolation et de pertes par évaporation que cela comporte.4.. on préférera des distributeurs non compensés. . grandes parcelles. En règle générale. les différences de pression dans le réseau peuvent occasionner une forte hétérogénéité des débits délivrés.h-l conductivité hydraulique saturée. inais de préférence 0. il y a des risques de ruissellement en sols pentus à éviter à tout prix. et a).14 a q K. en 1. voire 1/500). Ces ruissellements peuvent induire une forte déformation du bulbe d'humidification. Dans ce cas. I à 0. A. l'extension latérale du bulbe d'humidification (frange d'humidité capillaire) est très faible et ne dépasse guère celle de la zone saturée en surface (MERMOüD. avec les risques de ruissellement. on peut donc obtenir la surface de la zone saturée souhaitée en choisissant un distributeur de débit approprié. Connaissant les propriétés hydrauliques du sol (K. . si le débit des distributeurs est trop élevé. On notera toutefois que les conditions qui prévalent dans la zone saturée de surface sont similaires à celles observées en irrigation gravitaire. à courbes de niveau très denses. .).. inais exclusivement là où l'eau et l'air sont en proportion harmonieuse. il augmente avec le débit du distributeur. 2. En sols grossiers.h-1 On constate que le rayon est d'autant plus faible que les valeurs de a et de K. le réseau doit être rigoureusement étudié sur la base de plans à grande échelle (1/1000. au moins 0. ni dans la zone sèche.2 in. On a donc intérêt à maintenir la zone saturée à une valeur restreinte et donc à utiliser des distributeurs de débit aussi faible que possible. on adoptera des distributeurs auto-régulants ou des capillaires dont la longueur sera calculée avec soin. moins chers et moins sensibles au colmatage.3. 2. en cm. .d'argile ou de débris végétaux en suspension dans l'eau . Une analyse préalable de l'eau est indispensable pour apprécier les risques et définir les moyens de prévention à mettre en œuvre pour éviter le colinatage. les particules les plus grosses provoquent un bouchage quasi instantané des distributeurs (sable) tandis que les particules les plus fines modifient peu à peu le débit des distributeurs par un dépôt lent à l'intérieur de ceux-ci. on peut soit utiliser le système Bas-Rhône. On enlève ensuite les bouchons d'extrémité de rampe et on rince à l'eau claire. 1990) 2 . Effets de la qualité de l'eau sur le fonctionnement du réseau : risques d'obstruction Les causes d'obstruction des distributeurs sont d'ordre physique. l'hydrogène sulfuré et le manganèse.l DISTRIBUTEUR APPORT DEBIT (llh) gQ"zr par point diffuseur (jet fixe) I i ajutage (orifice calibre) en ligne 1 micro asperseur (Jet tournant) en grande tache petit asperseur en plein en tache 20 à 60 là6 35 a 100 60 2 150 l l I CONDUITE 0 type goutie A goutte (1 à piusieurs apports par jouri rn BOUCHAGE sensible au bouchage peu sensible au bouchage type aspersion (1 B piusieurs apports par semaine1 Fig. 5 La qualité de l'eau La qualité physico-chimique de l'eau détermine l'importance des risques de bouchage du matériel d'arrosage et constitue un critère de choix de la technique. .c(cuses d'ordre ahvsicrue : particules de sable. L'analyse de l'eau permet de déterminer sa teneur en calcaire et d'évaluer les risques d'obstruction.causes d'ordre chimique : précipitations de sels dissous contenus dans l'eau d'irrigation. soit utiliser des brise-jets anti-calcaires (cas des capillaires). soit utiliser de l'acide nitrique diluée à 5/1000 que l'on fait séjourner dans les tuyauteries pendant une nuit.51. . chimique ou biologique. C'est un élément essentiel de la réussite de la micro-irrigation. Si l'eau est de type incrustante (teneur importante en calcaire). Les éléments chimiques à prendre également en compte sont le fer (développement de bactéries ferrugineuses). 7 : Débit d'eau en fonction de la technique appliquée (CEMAGREF et RNED-HA. 2. de limon . 2000 10 . Le tableau 3 ci-après donne les risques d'obstruction potentiels des distributeurs en fonction des principaux éléments physiques chiiniques et biologiques contenus dans l'eau d'irrigation. sont arrêtés au niveau de l'installation de tête.5 > 0.Carbonates .1 0. les algues ne se développent pas puisqu'elles sont privées de luinière mais les champignons et les bactéries peuvent former des colonies. . outre de la matière organique inorte plus ou moins décomposée.1. Le fer ou l'hydrogène sulfuré (H2S) provoquent également des proliférations de diverses bactéries. 1 . ainsi que les argiles et les limons fins.1 . (b) par in1 < 10000 10 .1O0 7-8 5000 .E. Dans les tuyaux P.0 2 Nombre inax. bactéries.2.5 o. Par contre.5 . Facteur Physique . Les éléments de dimension supérieure à 50 ou 100 p tels que les algues pluricellulaires et une grande partie de la matière organique morte.PH .50 100 .Manganèse . champignons. on peut avoir également des risques de précipitation.5 2.200 0.1 < ' 100 max-ppm (a) max-pptn (a) inax-ppin (a) inax-pprn (a) rnax-ppin (a) inax-ppin (a) <os 28 2000 50 200 1. toute sorte de micro-organismes vivants : algues. souvent gélatineuses. noir.cnuses d'ordre biologique : sans doute les plus difficiles à maîtriser. parfois en quelques jours.Fer . par un filtre à sable.5 0.0 > : . L'eau de surface (rivière.Sels dissous totaux .0.50000 50000 . qui fixant les particules physiques augmentent la vitesse de colmatage.Population bactériennes Unité Faible Ri! lue d'obstruction Fort Moyen 50. inax-pprn (a) c 50 <7 < 500 10 100 < 0. d'où des obstructions rapides.Solides en suspension Chimique . les organismes monocellulaires passent facilement à travers les filtres. du fait que l'on modifie 1 les propriétés chiiniques et physiques de l'eau. Pour lutter contre les risques d'obstruction d'ordre biologique. spores.H2S Biologique . protozoaires.Calcium . canal ou bassins) contient en effet.1 faut remarquer que dans le cas d'une irrigation fertilisante. on peut utiliser l'eau de javel ou hypochlorite de sodium qui est un oxydant et un désinfectant puissant et qui détruit les matières organiques et les micro-organismes. 17 (a) = concentration maxiinale inesurée selon une méthode norinalisée sur un nombre représentatif d'échantillons. (b) = nombre inaxitnal de bactéries par millilitre obtenu sur échantillons prélevés au champ et analysés en laboratoire. Afin de débarrasser l'eau d'irrigation de ces différentes impuretés, on peut utiliser divers types de filtre qui retiennent les particules solides inais qui n'effectuent pas de filtration chimique. 2.5.2. Nature et qualité des ressources en eau L'alimentation du réseau en eau peut se faire à partir de cours d'eau (rivière, canal, ruisseau,. . .), d'eau morte (lac, étang, bassin d'accumulation, réservoir,. . .) ou d'eau souterraine (puits, forage, source,...). 2.5.2.1. Les cours d'eau II contiennent toujours des éléments en suspension (sable, limon, argile, inatière organique) et, en quantité limitée, des substances en solution. Les particules minérales sont retenues facilement par contraste de densité ou par filtration (filtre à sable et filtre à tamis), à l'exception des colloïdes d'argile dispersée qui s'éliminent difficilement à la filtration. 2.52. 2. Les pians d'eau Il favorisent la sédimentation des particules denses mais offrent fréquemment des conditions favorables à la prolifération de micro-organismes (MERMOUD, A., 1995). Ces derniers, vivants ou morts, présentent un risque important d'obstruction des réseaux. On peut difficilement les éliminer, étant donné leur petite taille qui rend la filtration inopérante. Cette dernière, réalisée d'un filtre à sable et d'un filtre à tamis, doit souvent être accompagnée d'un traitement chimique. 2.52. 3. L'eau souterraine Lorsque le captage est bien réalisé, l'eau produite ne contiendra que peu d'éléments minéraux et organiques en suspension. Dans ce cas, un filtre à tamis est en général suffisant. Cependant, certaines substances en solution peuvent être source de problèmes, notaininent le calcium et le fer qui sont en équilibre dans la nappe. Cet équilibre peut être rompu par oxygénation ou par une variation de température et se traduire par des précipitations. Le carbonate ou le bicarbonate de Calcium, au contact de l'air, peuvent précipiter et colmater le réseau au niveau des orifices des émetteurs ou par dépôts dans les canalisations et dans les circuits des distributeurs; leur élimination nécessite des injections d'acide (acide nitrique ou chlorhydrique, à raison de 2 à 5 1 par in3 d'eau) (MERMOUD, A., 1995). Le fer se trouve dans l'eau sous forme réduite (ions ferreux Fe++) ; à la sortie des distributeurs, au contact de l'air, les ions ferreux sont oxydés en ions ferriques Fe+++ et précipitent pour former des gels d'hydroxydes ferriques ou des dépôts de rouille très difficiles à éliminer. Les risques de dépôt dépendent fortement du potentiel redox et du pH de l'eau. En général les précipitations se produisent pour des concentrations en fer supérieures à 1.5 ppin ; toutefois certaines bactéries (Galionella) retirent leur énergie de l'oxydation de sels ferreux et peuvent provoquer des précipitations du fer, même à très faible concentration. 2.5.3. La température de l'eau La température de l'eau peut avoir des effets importants sur les débits délivrés. Les variations de température affectent la viscosité de l'eau, le diamètre et la longueur des canalisations, ainsi que les caractéristiques des distributeurs. 2.5.4. Risques de salinisation du sol (A.MERMOUD) La teneur en sel des eaux d'irrigation joue un rôle important vis à vis des effets directs sur les végétaux et des risques de salinisation du sol. Les critères d'appréciation de la qualité de l'eau en liaison avec les risques de salinisation, sont la conductivité électrique (CE) et le SAR. Distribution des sels dans le sol L'irrigation goutte à goutte pratiquée à fréquence élevée maintient la zone radiculaire à une très faible succion, ce qui réduit les risques d'accumulation de sel et d'accroissement de la pression osmotique. Aussi peut-on utiliser des eaux à plus forte concentration qu'avec les techniques méthodes d'irrigation classiques (aspersion et gravité). En micro-irrigation, les sels ont tendance à s'accumuler dans la couche supérieure de sol (dans les quelques premiers cm) et à la périphérie du bulbe d'humidification. Par contre, à l'intérieur du bulbe la concentration est réduite. Le mouvement de sel est étroitement lié à celui de l'eau d'irrigation qui génère un bulbe dont la forme dépend des caractéristiques du sol, du débit des distributeurs, de la durée et de la fréquence des arrosages. La teneur en eau décroît au fur et à mesure que l'on s'éloigne du distributeur, ce qui occasionne une réduction de la conductivité hydraulique et des flux liquides, étant donné également les prélèvements opérés par les végétaux et l'accroissement du volume de sol intéressé par l'écoulement. La concentration augmente progressivement et les sels s'accumulent à la périphérie du bulbe. La profondeur d'accumulation dépend de la quantité d'eau appliquée et des propriétés du sol ; elle augmente lorsque les apports dépassent I'évapotranspiration. Ceci s'applique également à l'accumulation latérale, mais la superposition des bulbes adjacents et l'excédent d'humidité qui en résulte peut favoriser un lessivage de ces zones. En surface, l'évaporation au voisinage de la zone saturée entourant le distributeur, provoque un dépôt de sel qui n'est pas lessivé. On peut chercher à influencer la position des zones d'accumulation et la forme du profil de salinité, en agissant sur le débit des distributeurs, la quantité d'eau appliquée et la fréquence des arrosages. Un accroissement du débit se traduit généralement par une augmentation du diamètre de la tache saturée de surface et de l'humidité au voisinage du distributeur. Plus la durée de l'irrigation est longue, plus l'effet sur la dimension du bulbe sera prononcé. Si l'on réduit l'intervalle entre les irrigations, sans changer les quantités totales d'eau apportées, le bulbe sera inoins profond, mais la teneur en eau supérieure. Lorsque la dimension du bulbe est suffisante, la présence de sites d'accumulation de sels à sa périphérie peut n'avoir aucune influence néfaste sur les végétaux, au cours d'une campagne d'irrigation tout au moins, dans la mesure où le développement de la zone radiculaire reste concentré à l'intérieur du bulbe. Pour une espèce donnée, le développement des racines est fortement influencé par le pourcentage relatif d'eau et d'air dans le sol. Lorsque l'humidité est constainment suffisante, mais sans excès, les racines se concentrent dans les horizons supérieurs de sol (30 à 40 premiers cin pour les cultures annuelles, 80 à 100 cin pour les cultures pérennes). Par ailleurs, plusieurs chercheurs sont arrivés à la conclusion qu'en irriguant par goutte à goutte seulement les 50 % de la zone radiculaire habituelle, on obtient des rendements normaux en maintenant régulièrement la teneur en eau à une valeur proche de la capacité de rétention. Les effets différenciés de la présence de sel. dans le cas d'une irrigation par goutte à goutte et d'une irrigation par aspersion, sont indiqués à la figure 7 publiée par VERMEIREN et al (1980). rendement (%) 20- O CE (ms an" ) 1 I I 1 I Fig. 8 : Effets de la salinité de l'eau d'irrigation sur le rendement en irrigation goutte à goutte et par aspersion (VERMEIREN et al, 1980) . compte tenu du coût d'installation élevé.8 à 2 Maraîchage Plein champ Serre 10 000 à 20 O00 goutteurs 2 2 2à4 jusqu'à 50 O00 goutteurs 10 O00 à 20 000 goutteurs jusqu'à O 2à4 Grandes cultures 2 2.6 à 0.6. mais aussi performante. Une installation de miro-irrigation est coûteuse et. tant au point de vue technique qu'économique. l'arrosage doit commencer suffisamment tôt pour maintenir l'humidité du sol à une valeur élevée. le projet doit donc être étudié soigneusement. La culture La micro-irrigation est un système actuellement peu pratiqué sur grande culture. proche de la capacité de rétention et les apports doivent être judicieusement espacés pour éviter les percolations. elle est difficilement modifiable.8. La configuration de la parcelle Le matériel d'arrosage mis en place doit tenir compte de la configuration de la parcelle afin de réaliser non seulement une installation intéressante du point de vue coût. Un suivi régulier de l'humidité du sol permettra une gestion optimale des arrosages. on dispose en micro-irrigation d'une gamme de matériels étendue. afin qu'il soit parfaitement adapté aux conditions spécifiques du périmètre à irriguer et qu'il donne satisfaction aux usagers. une fois réalisée. et qui permet un choix raisonné. Type de culture Arboriculture Nombre de distributeurdha Débit du distributeur (l/h) 1 500 à 2 O00 goutteurs 400 à 1 000 diffuseurs 4 20 Apport horaire (mm/h) 0.8 0.20 2. la conduite des irrigations doit être également très rigoureuse. Conclusion Pour faire face aux différentes conditions d'emploi. qui a des performances variables.7. 2. d). goutteurs à simple orifice.21 CHAPITRE 3 1 CONSTITUTION D'UN RESEAU DE MICRO-IRRIGATION 1. 0. goutteurs à circuit court autorégulants). distributeurs qui constituent les organes d'arrosage à débit faible et régulier. goutteurs à circuit hélicoïdal. borne de réseau collectif. une canalisation principale de tête morte. .). rampes en PE basse densité ou en PVC rigide de petit diamètre sur lesquelles sont branchés les distributeurs. goutteurs à turbulence.). Elle permet de réguler la pression et le débit. une série d'antennes également enterrées. généralement enterrée (PVC rigide. b). soit directement. l'unité de tête reliée au point de fourniture d'eau (sortie de pompe. STRUCTURE GENERALE D'UN RESEAU DE MICRO-IRRIGATION Un réseau type de micro-irrigation se compose de 1 a). g). soit placés à la surface du sol. les goutteurs A circuit court (ajutages. goutteurs à circuit long autorégulants. On distingue les goutteurs A circuit long (capillaires. Sous l'aspect technique de la fixation sur la rampe. les mini-dimiseurs. goutteurs à double orifice et effet de turbulence ou goutteurs cyclones ou vortex. acier galvanisé). un point de fourniture de l'eau sous pression (pompage. TI existe d'autres types de rampes telles que les rampes (ou gaines) poreuses ou les gaines perforées (à simple ou double section) qui assurent à la fois le transport et la distribution de l'eau. c). on distingue les distributeurs latéraux et les distributeurs en ligne. de filtrer l'eau et d'y introduire des éléments fertilisants. etc. etc. e). 1 existe de 1 nombreux types de distributeurs. porte-rampes en PE moyenne densité ou en PVC rigide. Ils peuvent être soit enterrés. borne individuelle ou collective). château d'eau. soit en dérivation. 9 : Parties essentielles d'un réseau de micro-irrigation (VERMEIREN et al 1983) .22 Fig. elle est généralement constituée des éléments suivants (fig.un filtre à gravier (8) .une vanne volumétrique (2) : la quantité d'eau qui doit passer par cette vanne pendant un arrosage donné doit être afichée inanuelleinent. .1.une ventouse ( 5 ) . 10 : Unité de tête type (VERMEIWN et al 1983) . L'unité de tête Reliée au point de fourniture de l'eau. et dès que le volume affiché a été délivré.un dispositif de mesure des voluines d'eau (compteur) qui permet de connaître le débit moyen délivré et la hauteur d'eau apportée à chaque arrosage et la quantité d'eau totale fournie pendant toute la campagne d'irrigation.un fertiliseur (4) dans lequel on mélange avec l'eau la quantité d'engrais désirée .une vanne contrôlant l'entrée de l'eau dans l'installation (vanne de prise ou vanne d'arrêt) .COURANT FILTRE A TAMIS Fig. (1) . .un inanoinètre de contrôle (6) .C O U R A N T SORTIE POUR LAVAGE A CONTRE. . . la vanne se ferine autoinatiquernent . 1 VANNE D E PRISE VANNE CLAPET SUR L E RESEAU COLLECTIF 2 VDLUMETRIOUE ANI1 0 50 m m 3 4 5 - RETOUR F E R T I L I SEUR VENTOUSE MANOMETRE VANNE SUR ROBINET 3 VOIES DE PRESSION 6 7 REDUCTRICE GRAVIER 8 FILTRE A 9. MATERIELS D'UN RESEAU DE MICRO-IRRIGATION 2. 10) .23 2. . . .un clapet anti-retour ( 3 ) . . .un régulateur de pression (7) .un filtre à tamis (1 1) . ENTREE POUR 10 11 LAVAGE A CONTRE . 2. ce qui permet le fractionnement des apports et la correction des carences : . ce qui évite les pertes par lessivage et accroît l'efficacité . surtout sous serre où le sol n'est pas soumis a l'influence de la pluie naturelle.le système par différence de pression. La fertigation localisée Lorsque l'on utilise le système Bas-Rhône ou des Inini-difiseurs.automatisation possible.les pompes d'injection ou pompes doseuses (hydrauliques ou électriques) .1. Lorsque l'on utilise des goutteurs. Les éléments fertilisants peuvent être entraînés dans le sol au voisinage des racines par l'eau d'irrigation.2. l'injection d'engrais dans l'eau d'irrigation est donc la seule solution possible. Le matériel d'iniection Il existe de nombreux moyens techniques pour l'introduction d'engrais ou de produits de traitement dans un réseau d'irrigation. Cependant. .24 2. L'apport d'engrais bénéficie alors des avantages de la micro-irrigation : .le matériel d'injection doit être fiable.la canalisation principale doit comporter un clapet anti-retour pour éviter tout risque de pollution de la ressource en eau par les engrais.2. ainsi que dans les régions où le déficit pluviométrique est important pendant la période de végétation de la culture et où les besoins en éléments fertilisants sont importants.2. 2. . il y a deux systèmes principalement utilisés : . chacun d'eux ayant ses avantages et ses inconvénients. bien utilisé .meilleur contrôle des quantités apportées. .intervention possible à tout moment. il est possible d'apporter l'engrais de façon localisée soit dans la rigole. ni provoquer la corrosion du matériel . . Dans ce cas.le réseau d'irrigation doit être bien conçu pour assurer une répartition homogène de l'eau sur la parcelle .les produits injectés ne doivent ni précipiter. bien choisi. . Le dispositif de fertilisation en micro-irrigation 2.l'injection d'engrais dans le réseau doit toujours être faite à l'amont du filtre a tamis . . soit sur la surface du sol. . la surface mouillée est trop faible pour permettre la solubilisation de l'engrais et son entraînement. qui utilise des fertiliseurs.localisation des apports à proximité des racines . Mais il faut respecter certaines conditions . à l'amont du filtre à tamis. soit sous forme de solution mère (cas des doseurs). On distingue deux catégories d'injecteurs : les doseurs (régime d'écoulement tranquille) et les dilueurs (régime d'écoulement turbulent). 1995) 3.. 12 ) L'admission de l'eau sous pression est faite de façon à créer à la base de la cuve. Les dilueurs (fig. 2. de 10 à quelques centaines de litres de capacité dans laquelle on introduit l'engrais soit sous forme solide.) dans la conduite principale. A.2. mais soluble (cas des dilueurs). L'absence de turbulence et la différence de densité entre l'eau et la soliitiori-inère font que ces deux liquides ne se mélangent pas. Fonctionnement Ce sont des appareils constitués d'une cuve étanche. 1 1 : Doseur (MERMOUD.2. vanne. orifice étanche d'introduction de la solution fertilisante canalisation d'arrosage . + TZT pure \ 7 \ L organe de création r de perte de charge Fig. La cuve est montée en dérivation sur la conduite principale d'irrigation.11 & 12 1.25 2. qui entraîne la dérivation d'une partie de l'eau à travers la cuve.1. Les doseurs (fig I l ) L'eau sous pression est admise sans turbulence ii la partie supérieure de la cuve et refoule par l'orifice d'évacuation situé à la base de la cuve la solutio-mère vers la canalisation maîtresse. Les iniecteurs a pression différentielle ( fig. réduction de diamètre. un régime turbulent qui provoque la dilution de l'engrais solide ou liquide et le refoulement vers la . Le raccordement à la conduite d'irrigation se fait par deux branchements de part et d'autre d'un dispositif permettant de créer une perte de charge (diaphragme. etc. a . fig. on distingue les pompes doseuses électriques. Pompes doseuses électriques (.. Elle peut être magnétique. Il existe également des pompes électro-magnétiques constituées d'un électro-aimant commandé électroniquement. élastomètres fluorés. etc. la concentration de la solution finale augmente et ceci peut entraîner des risques importants d'accident pour les cultures. 2. soit utiliser une énergie extérieure (électricité)..13 ) Les pompes doseuses électriques sont constituées d'un moteur électrique qui entraîne soit une pompe alternative à membrane ou à piston ( fig.2. . soit asservi à ce débit par l'intermédiaire d'un volucoinpteur émetteur d'impulsions. 13 ). Ils présentent l'avantage d'être simples. Elles peuvent soit injecter directement la solution fertilisante dans la canalisation principale. Les matériaux utilisés pour la fabrication des pompes doivent être hautement résistants aux risques de corrosion causés par les engrais chimiques ou par l'acide nitrique : PVC. la pompe est réglée pour injecter un volume v à une cadence déterminée (x coups/ininute). soit une pompe rotative. Critère de choix cles injecteurs à pression clifférentielle Ces appareils autonomes peuvent être utilisés en plein champ. on prélève en sénéral une petite partie du débit qui sert à actionner la pompe d'injection et qui est ensuite rejetée (débit de fuite). soit servir à préparer dans un bac une solution diluée qui est ensuite reprise par pompage.2. Les pompes doseuses ( fig. En fonction de leur mode de fonctionnement.2.27 6. robustes. La liaison entre le moteur et la pompe à injection est généralement mécanique. entièrement statiques et de pouvoir s'installer sur n'importe quelle conduite sous pression. plexisglas. Dans le premier cas. lorsque le débit dans la canalisation principale diminue. Ils sont facilement transportables et pratiquement sans entretien. La variation du débit injectée est très facilement opérée par la simple manoeuvre de robinet-vanne destiné à créer la pression diRérentielle. 1. qui actionne une membrane. soit utiliser l'énergie même du réseau d'irrigation. les pompes doseuses hydrauliques et les pompes doseuses hydrauliques à commande électrique. qu'il s'agisse d'une alimentation en réseau collectif ou particulier. Cette injection peut. Le volume de solution fertilisante injecté peut être soit indépendant du débit principal. ou encore un mécanisme qui écrase périodiquement un tuyau souple. le volume de solution fertilisante injecté restant constant. acier inoxydable. Dans ce dernier cas. L'inconvénient de ce système est que. 13 & 14 ) Ces pompes injectent directement sous pression dans l'eau d'irrigation une solution fertilisante concentrée. . Principe de fonctionnement Le moteur électrique (1) accouplé à un réducteur de vitesse (2) à roue et à vis.13 : Pompe doseuse électrique à membrane simple (CEMAGREF et KNED-HA. 1990) 1.Possibilité d'automatisation. transmet un mouvement alternatif au piston (4) par l'intermédiaire d'un excentrique (3) à came et galet.Possibilité d'injecter plusieurs solutions simultanément grâce à un montage en parallèle de plusieurs pompes. . lubrifié par un bain d'huile. 1.1.3.Possibilité d'injecter à grande distance. L'asservissement des pompes doseuses électriques peut également se faire par la mesure d'une caractéristique physique de la solution finale ( mesure de conductivité ou du pH ). (11 existe également pour cela des doseurs à plusieurs corps d'injection). Le mouvement du piston déplace une membrane (6) simple ou double. Inconvénients . 1. donc pas d'autonomie. Un ressort de rappel ( 5 ) ramène le piston vers l'arrière.Nécessité de disposer d'une alimentation électrique.2. . SORTIE D E LA SOLUTION MERE B0IJTCI. .Gamme de débits et de réglage très étendue. A vantuEes . C'est en limitant la course du piston par une butée (7) que l'on règle le débit de la pompe. la pompe doseuse étant dépendante du débit principal par l'intermédiaire du volucompteur.Précision et fiabilité assurées.Risques d'accidents dus à la présence de courant électrique.28 Dans le second cas par contre. la concentration de la solution finale sera constante quelque soit ce débit principal.J ZEGLASE DE _-- I 1 I Fig. . . Les pompes montées en dérivation de la conduite d'irrigation sont mues par un volume d'eau prélevé dans cette conduite et rejeté après coup ( fig.les pompes montées en dérivation de la conduite d'irrigation. Clapet d'aspiration l Clapet de refoulement Engrais liquide 1 Filtre Tube d aspiration d'engrais - 1 -1 - Tube de refoulement d engrais Engrais - 4 motrice Vanne principale 1 f~ 'b Echappement de ïeau motrice Filtre c r = \ Pompe T. Le montage de 2 pompes hydrauliques en parallèle est à proscrire. Pompes doseuse hvdruu1ique. 14 ). d'une partie motrice et d'une partie injectrice. Ceci permet de passer d'un poste à un autre poste dont le débit d'irrigation est différent mais pour lequel la concentration finale est la même. 19901 . 14 : Pompe doseuse hvdraulique à membrane montée en dérivation [CEMAGREF et RNED-HA.B. Certains modèles ont un débit constant préréglé.v (jig. Ligne d'wrlgabon - Eau d'irrigation Fig.les pompes montées en séries sur la conduite d'irrigation. alors que d'autres sont utilisés en doseurs-volumétriques par l'adjonction d'un volucompteur placé sur la canalisation principale. Il en existe 2 types selon le mode de montage . 1 5 ) Ces pompes utilisent l'énergie hydraulique du réseau et sont donc entièrement autonomes. Elles peuvent injecter une ou deux solutions fertilisantes. Elles se composent d'un distributeur. Le débit de la pompe varie avec le débit du réseau et maintient une concentration constante en fertilisant (pompe doseuse TMB).29 2.M. . .fonctionnement du dispositif nécessitant une pression miniinale de 2 bars. peut être réglée de 2 à 20 litres de solution fertilisante par in3 d'eau.Limitation du débit admissible sur certains modèles (dimension limitée du corps de P O "Pe) . 1. Avantages des pompes closeuses hvdrdiciues montées série . . .Pas de risques de surpression. Ainsi.5 ) Les pompes montées en série sur la conduite d'irrigation sont mues par le passage de toute l'eau de la conduite d'irrigation dans le corps de pompe.Volume d'eau motrice rejetée et perdue égale au double du volume de solution injectée.2.s lzvdrciuiiques montées série . Le dosage au taux d'injection.s nzontées ciérivation .30 Le nombre de va et vient par minute détermine le débit de solution injectée et peut être réglé par une vanne. 2.2. 2. la pompe s'arrête.2. Ce réglage est cependant lié à la pression de l'eau dans la conduite d'irrigation. 2. Inconvénients cies ponzpes closeuses hvcirau1ique. le débit d'injection est lié au débit de la conduite d'irrigation.1.2.Gamine de débits moins importante.1. c'est-à-dire la quantité de solution fertilisante injectée par m3 d'eau d'irrigation.1.Autonomie de fonctionnement 2. Inconvénients cles pomiies c1oseu~se.1.Moindre risque de surdosage accidentel car s'il y a un arrêt du courant d'eau principal. 2. .Autonomie : pas besoin d'énergie autre que l'énergie hydraulique.2. Avantages cies pompes closeuses hvclrauliques nzontées dérivation .Nécessité de les protéger contre les coups de bélier éventuels dans le réseau d'irrigation. Le débit injecté est réglable entre quelques litres et 300 litres par heure. . Le démarrage et l'arrêt de la pompe peuvent être commandés par une vanne volumétrique ou par une électro-vanne placée sur l'arrivée d'eau motrice. Ponzms doseuses hvclrauliciues niontées en série (Bg. 15 : Pompe hydraulique a piston 1990) - montage en série (CEMAGREF et KNED-HA.15 b : Descente du piston Fig. .15 a : Montée du piston Solution à injecter .-Piston d e d o s a g e t---. .31 --- Piston moteur E TIE . : awasse a ~ i a luamad sasnasop saduiod sa7 ZE . 18 : Asservissement d'une pompe doseuse au pH et à la conductivité de la solution . - Filtre l Fig. 1990) Pompe doseuse Boiîer d e contrôle Eiectrovanne +- - \ . - l \ Retour d e contrôle 1 1 I ~ Solytion mere Arrivée d eau 1 Bac de meiançe Sonde (1 / Pompe de reprise _ _ . .t . 17 : Asservissement d'une pompe doseuse au débit de la conduite principale (CEMAGREF et RNED-HA.33 __t Bder de contrdle Solytlon mere Pompe doseuse - I ----t Canalisation principale Fiiire \ Volucompteur __ - Fig. Iinportante Assez bonne concentration .Autonomie .seu.de choix dii mntkriel u"ir!jectiorr DOSEUR Large gamine de prix .34 5.Utilisation sur réseau collectif .se. il est recoininandé d'installer un filtre sur la canalisation principale. afin de pallier tout retour de solution fertilisante vers l'amont des installations.c Le volume que la pompe doseuse doit débiter : V .Gamme des DILUEURS Large gamine de prix Importante Mauvaise Autonoines POMPES DOSEUSES Large gamine de prix Importante Bonne . De même.Nécessité de préparer une solutioninère 6. (l/h) en n coups/h V( 1/11 )=v .Conditions d'installation Autonomes . il est impératif de prévoir la pose d'un clapet anti-retour à l'amont immédiat de l'injecteur Tubleam 5 :Kksiirnc! des crit2re. Remarque Afin d'éviter des risques d'entraînement de particules de produits non dissoutes dans le réseau de distribution.Nécessité de disposer de courant électrique (pompes électriques et pompes à asservissement électriquej .Autonoines .c.(pompes hydrauliques) .~ Soient 1 T Q V C le taux de concentration de la solution finale (g/l) le débit dans le réseau principal (I/h) le volume délivré par la pompe pour une impulsion ( 1 j la concentration de la solution-mère (SA) Quantité d'engrais délivrée pour une impulsion : v.Autoinatistion Oui Non Limitée oui Oui Non Limitée Non Oui Oui Importante oui . Rénlane (Les uompes do. immédiatement à l'aval de l'injecteur. n . dilution d'engrais soluble pour être injectée dans la conduite d'irrigation. .1.2. . .c = v. soit liquides On peut employer des engrais sous formule simple ou composée . Concentration solution inère : c (g/i) = Poids d' engrais dissout en g Volume d'eau de solution mère en 1 3 débit pompe doseuse (I/h) taux d'injection : 8.n.3. .n.2. soit solides (cristallisés).3.2. J.soit v .a solution nutritive 2.35 Quantité d'engrais apportée en 1 h PE = V. (Vin )= "J ' débit conduite d'irrigation (m 3/h) 8.c Tz-1- Q Q A partir de cette équation on peut déterminer : . La solution mère est la solution fertilisante.2. Définitions . Choix des engrais %O ) Les engrais utilisés doivent être solubles.3.soit c 2. La solution fille est l'eau d'irrigation qui a reçu l'injection de la solution mère.en (Vin 3 ) ou %O "J ' Salinité : Sa1 (g/l) = concentration solution mère x taux d'injection ( l/m3 ou Sa1 (SA) = C(kg/l) x &j (1 /in') Il faut toujours imposer Sa1 < 4g/l 2.soit n . . ou solution nutritive préparée par.c PE v.. 36 2.3.1. . Il est très rare de pouvoir disposer d'eaux d'irrigation parfaitement claires et non chargées ( cf. Il est nécessaire d'utiliser une eau débarrassée de ses impuretés pour limiter les risques d'obstruction du matériel.5 du chapitre 2 ). compte tenu de l'origine de l'eau et du type de distributeur. d'où l'obligation de recourir à une filtration préalable.$ 1.3. afin de fournir une eau la plus propre possible. Le poste de filtration Le poste de filtration doit être conçu avec le plus grand soin. les goutteurs et les capillaires nécessitent une filtration plus fine atteignant 1 O0 microns. Si les ajutages calibrés tolèrent une filtration de moins de 500 microns. Le dispositif de filtration En micro-irrigation. 2. la filtration de l'eau est rendue obligatoire par la petitesse des circuits hydrauliques des distributeurs. limons. Ces filtres de crépines sont en tissu métallique . provenant des autres filtres. Les types de filtres Il existe plusieurs types de filtres : . . 1.les filtres à disques 2.les filtres à tamis. petits animaux) et des dessableurs qui permettent après tranquillisation de l'eau de retenir les éléments les plus grossiers. particules lacs collinaires Filtre à grossières tamis Puits ou forages ou sources Limons. Filtres Prossiers de crépines Ils sont utilisés en préfiltration quand l'eau est pompée dans les réserves ou les cours d'eau où abondent des plantes aquatiques et/ou des algues. feuilles. sables.les filtres séparateurs cyclones ou vortex ou hydrocyclones .2. fer Filtre à tamis seul (si peu de limon) Filtre à sable Filtre flottant Eau souterraine Séparateur (si particules denses) Déferrisation (coût élevé) + Filtre à tamis Pour une capacité de filtration donnée.le lavage est d'autant plus difficile et long que le filtre est gros . on a intérêt à prévoir plusieurs petits filtres en parallèle plutôt qu'un gros filtre. Argiles. . . car : . 2.Origine de l'eau Origine de l'eau Nature des impuretés Filtration Option Eau de surface Rivières. algues.2.mieux vaut laver avec de l'eau propre. Il s'agit de filtres à grosse mailles (200 à 400 p) placés à l'aspiration des pompes (crépines) et souvent derrière des dégrilleurs (grilles retenant les branches.3.3.les filtres à sables .les filtres grossiers de crépine. Filtre à sable + bactéries. canaux. de séparer des particules plus denses que l'eau et leur accumulation à la partie inférieure de l'appareil. 1983) 2. Utilisation Ce type d'appareil placé à l'entrée de la station de tête permet l'élimination des particules d'assez grosses dimensions. la densité des particules doit être supérieure à celle de l'eau. Princiw L'arrivée tangentielle de l'eau entraîne une mise en rotation de celle-ci. Il s'agit d'une préfiltration et à la suite des séparateurs vortex on installe très souvent des filtres à sables et des filtres à tamis. Pour que la séparation eau/particules solides se fasse. Une purge régulière permet d'évacuer les particules solides ainsi déposées.crépine autonettoyant (VERMEIREN et al. POMPE SECONDAI RE TUYAU FLEXIBLE POUR NETTOYAGE Fig. Un second vortex se forme dans l'axe du cyclone et remonte vers le haut. . SéDarateurs cvclones 1. 2. 19 : Filtre . 2. entraînant ainsi l'eau débarrassée des particules solides. Il s'agit d'un appareil simple mais dont la qualité de filtration est relative.3.38 Ils sont fixes ou flottant et quelque fois même autonettoyants par projection depuis l'intérieur du filtre d'un jet d'eau sous pression.2. sable en particulier. ce qui permet sous l'action de la force centrifuge ainsi créée. 4 mm de diamètre. Le sable roulé d'une seule granulométrie. Séparateur cyclone (CEMAGREF et RNED . Filtres A sable 1. TE = 10d - un coefficient d'uniformité (CU) du sable tel que : . Pour une bonne efficacité du filtre.7 à 1. on doit considérer : - une granulométrie du sable telle que la taille effective ( T.2.3. Le sable peut être roulé ou concassé. qui arrête les éléments solides en suspension dans l'eau qui la traverse. Principe Le filtre a sable est une cuve à pression remplie d'une épaisse couche de sable calibré. Les granulométries les plus couraininent utilisées correspondent à un sable de 0.HA. 1990) 2.39 Sortie d e l'eau Entrée d e l'eau chargée Dépôt d e particules solides denses Fig. 2. L'emploi de couches de sable de granulométries différentes entraîne une variation de la porosité à la suite des lavages du filtre. 20 . permet une filtration plus homogène.E ) ou la dimension des particules de sable soit d'environ 10 fois la dimension (d) des particules à retenir. en phase de nettoyage Fig. . W .. 1990) . < I Fig 22 Courbe granulométrique du sable (CEMAGREF et RNED-HA. 2 1 : Filtre à sable (CEMAGREF et RNED-HA. - 2.b. Utilisation Il est indispensable pour arrêter les éléments organiques ( fig. il est préférable d'avoir un filtre de grande section (grand diamètre)..8 c t d s pour un même volume de sable.40 d60 21. . F a. en fonctionnement normal . 1990) I II. 21 ).3 d10 CU - = ~ une vitesse de filtration : V < 100 m h ou 2. . Un tiltre à sable est toujours suivi d'un filtre à tamis ou d'un filtre à disques. 4 c d s ) pour une granuloinétrie de TE = 0.Vannes 1-2 ouvertes .Vannes 1-2 fermees 1 FLLTRE EN DERIVATION FILTRATION : .Vannes 3-4 fermees CONTRE-LAVAGE : -Vannes 3-4 ouvertes . la vitesse de passage de l'eau en contre-lavage doit être comprise entre 50 i d h (1.1"' temps Vannes 2-4 ouvertes Vannes 1-3-5 fermees . -Vannes 3-4 ouvertes .Vannes 3-4 fermees + CONTRE-LAVAGE. Le courant de contre-lavage doit être bien réparti à la base de la inasse filtrante.Vannes 1-2 fermees + sens de l'écoulement de l'eau de filtration normale 2 FILTRES EN BATTERIE FILTRATION ' . 23 :Principe de montage des filtres à sable (CEMAGREF et RNED-HA.Vannes 3-4 fermees CONTRE-LAVAGE: . 4 1 FILTRE EN LIGNE FILTRATION : -Vannes 1-2 ouvertes .2 c d s ) pour TE = 1. Il est conseillé de changer le sable tous les deux ans et plus fréqueinment pour des eaux chargées.6 inin et 80 i d h (2.Vannes 1-2-3 ouvertes .41 3. Entretien Le nettoyage du filtre se fait par contre-lavage.Vannes 3.4 et 0.1 inin. Il intervient lorsque la difference de pression entre l'entrée et la sortie est cornprise entre 0.Vannes 1-2 fermées Fig.4 ouvertes .Vannes 4-5 fermees CONTRE-LAVAGE EN DEUX TEMPS .2' temps Vannes 1-5 ouvertes Vannes 2-3-4 fermees 3 FILTRES EN BATTERIE FILTRATION ' .Vannes 1-2 ouvertes . Le nettoyage du filtre se fait en inversant le sens de circulation de l'eau à travers le filtre. 1990) .7 bar. Pour éviter l'entraînement du sable. 42 2.3.2. 3. Filtres a tamis 1. Principe C'est une cuve à pression contenant une paroi filtrante ou tamis, en plastique ou en acier inox, dont les mailles varient de 80 a 150 microns. Les particules de dimensions supérieures à cette maille sont arrêtées par le tamis ( fig.24). On obtient une bonne filtration pour une vitesse de passage de l'eau à travers le tamis de l'ordre de 3 c i d s au plus Fig. 24 : Filtre a tamis (CEMAGREF et RNED-HA, 1990) Cet appareil est, en dernier ressort, l'élément de sécurité du système car il termine et fignole la filtration. La filtration jusqu'à quelques p (micron) est possible. L'inconvénient des toiles très fines est leur fragilité (déchirure et abrasion par les particules de sable et de limon). Elles ne conviennent pas pour la matière organique ou l'argile. Un filtre à tamis est défini : - d'une part par sa finesse, exprimée soit en nombre de mesh', soit en vide de maille qui est l'intervalle existant entre 2 fils contigus du tamis. En micro-irrigation, les filtres utilisés ont une finesse de filtration de 80 a 120 p. La règle est que le vide de maille ne doit pas dépasser le tiers de la plus petite dimension de la plus petite section de passage du goutteur. 1 iioiiibre de inailles par pouce valaiit 2 3 4 ciii 43 d'autre part par sa surface nette de passage de l'eau qui est de 50% environ de la surface brute du tamis et qui est d'autant plus faible que la toile est plus fine. Quelque soit la nature du filtre, il faut qu'il soit largement dimensionné (grande surface nette de passage) pour avoir une faible vitesse de passage V < 3 cmh, ce qui améliore la qualité de la filtration et permet d'espacer les nettoyages. Lorsque les eaux sont très chargées, le filtre sera surdimensionné par rapport au débit de l'installation. - 2. Montuge cles filtres ci tamis On monte soit un seul filtre, soit 2 filtres à tamis en parallèle, ce qui permet lors du nettoyage de procéder de la même façon qu'avec les filtres à sable. La présence d'un filtre à tamis à l'aval des autres dispositifs de filtration est indispensable pour arrêter les particules qui échappent au dessableur cyclone ou qui sont entraînées lors du nettoyage du filtre à sable. Toute installation de filtration comprend au moins un filtre à tamis à titre de sécurité même si l'eau paraît parfaitement propre. Le colmatage d'un système filtrant se repère par une augmentation importante de la perte de charge entre l'entrée et la sortie du filtre. Cette perte de charge se mesure par un inanomètre. 1 convient d'effectuer un nettoyage aussi fréquent que nécessaire, pour éviter 1 qu'un colmatage complet ne diminue pas trop le débit car, à ce moment là, le régulateur de pression du réseau ne fonctionne plus et la pression statique du réseau collectif se transmet intégralement jusqu'au filtre qui peut être soit déchiré, soit écrasé, avec toutes les conséquences que cet accident entraîne au niveau des goutteurs. Le décolmatage peut être : - manuel : démontage. brossage de la toile et remontage du filtre ; - semi-automatique : certains modèles possèdent une brosse qui peut être inanoeuvrée de l'extérieur (modèles Eurofiltre - types 1O 1O, 2500, 5000, Berinad) ; autonzatirlue : il est soit hydraulique, soit électrique. Dans le cas d'un décolmatage autoinatique hydraulique, c'est la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre qui entraîne le déclenchement du processus de nettoyage. Dans le cas d'un décolmatage autoinatique électrique, cette même différence de pression provoque, par l'intermédiaire d'un pressostat la mise en route d'un moteur électrique entraînant une brosse placée à l'intérieur, du filtre et l'ouverture d'une électrovanne de purge. - 44 Lorsque la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre atteint une valeur prédéterminée, la coininande automatique envoie un signal qui déclenche le mécanisme d'autonettoyage. Le clapet hydraulique s'ouvre pendant une période brève et les valves de succion, tournant autour de l'axe, enlèvent le dépôt amassé sur l'élément filtrant. L'eau sale entre dans les fentes aspirantes des valves. d'où elle passe au clapet hydraulique avant de s'écouler par l'ouverture de vidange. -* des impurFig. 25 : Filtre à tainis Bermad à décolmatage automatique sans électricité (DITAM) 2.3.2.4. Maintenance des filtres Malgré les nettoyages des filtres, des dépôts finissent par altérer leur perméabilité au bout d'un certain temps. a. Maintenance des filtres A sable Il est conseillé de changer le sable tous les 2 ans et plus fréquemment pour des eaux chargées. On doit veiller à la qualité sable (calibré et roulé) et le laver avant utilisation. mais il ne peut être collé et doit être soit soudé. . le 14. le 17/20 et le 22/25. 2.Le réseau de porte .Les canalisations 2. en acier galvanisé. Pour la même raison. Les critères de pose.7 d s ) . et les normes sont similaires à ceux employés en adduction d'eau à la différence que l'on y admet généralement des vitesses supérieures (1. etc. de filtres additionnels.3 à 1.4.45 b. Pour les tuyaux PVC de 50 inm de diamètre et plus. Elles sont reliées au porte .Les rampes Les rampes portant les distributeurs. Leur diamètre est compris entre I O et 30 min et elles possèdent une épaisseur de 0.rampe par des colliers de prise. Les conduites peuvent être en PVC (chlorure de polyvinyle) ou en PE (polyéthylène). car dans la pratique on a des déboires avec les joints collés en grands diamètres. de vannes.1 . On incorpore généralement au PE du noir de carbone pour protéger le tuyau de l'action des rayons ultraviolets et prévenir la prolifération d'algues à l'intérieur des rampes. 2. soit placés à la surface du sol.8 à 1 . en général enterrées est destiné à amener l'eau à la parcelle pour la répartir entre différents porte-rampes. Quant au polyéthylène. les diamètres les plus couramment employés sont le 13/16.4.4 .4.rampes Le réseau de porte . 2.2 .rampes ou conduites secondaires alimentant les rampes sur un ou deux côtés. En PE ou en PVC. il faut recourir à des raccords en plastique et non à des raccords en métal (bronze par exemple) qui risquent de se corroder.3 . Ils peuvent être équipés de dispositifs de régulation de la pression ou du débit. dans le cas d'irrigations fertilisantes. ils peuvent être soit enterrés. Maintenance des filtres ii tamis Il faut vérifier périodiquement l'état du tamis et le changer si les mailles sont obturées ou détériorées. du fait qu'il peut être enroulé facilite son transport en grande longueur. Le PVC présente l'avantage de pouvoir être collé ou emboîté. Elles sont le plus souvent en PE basse et moyenne densité. il est conseillé d'utiliser les joints de caoutchouc. etc.Le réseau de conduites principales Le réseau de conduites principales.5/17. l'essentiel des réseaux jusqu'au diamètre 300 min est effectué en PVC moyenne pression. soit inanchonné à force. Actuellement.5 min. 1 faut éviter le métal qui peut s'oxyder et libérer des impuretés qui 1 pourraient obstruer les appareils d'arrosage (distributeurs). toujours de façon à dégager le sol. 11 faudra s'assurer que les tuyaux peuvent supporter cette pression. posées au fond d'une rigole triangulaire de faible profondeur et immobilisée par des diguettes en terre qui délimitent les biefs (système Bas-Rhône).6 0. - .4 En ce qui concerne la position des rampes sur la parcelle. toute les solutions existent : - simplement posées sur le sol (cas général). et dans ce cas elle peut atteindre 4 bars. Tableau 8 : Coefficient réduction de résistance du Polvéthylène (PE) selon la température. posées d'arbre en arbre sur les charpentières.6 0. Remar(iues : - Les réseaux sont généralement fixes. Dans les rampes la pression de l'eau n'excède généralement pas 2 bars. - - - Les conduites se terminent par des dispositifs permettant de les purger et d'effectuer des chasses périodiques. Température ( O C ) 20 25 30 35 40 Coefficient réducteur de résistance 1 o. accrochés au premier fil de palissage ou à un fil tendu spécialement (micro-jets) dans le cas de haies fmitières ou de vignes palissées. Les rampes munies de distributeurs ne sont pas déplacées entre les irrigations. sauf lorsque les distributeurs sont auto-régulants . si bien que la couverture du périmètre doit être totale.46 1 faut noter que le PE perd une partie de ses qualités hydrauliques à la chaleur ambiante 1 et il faut en tenir compte lors des calculs. enterrées avec le distributeur au dessus du sol dans le cas par exemple de récoltes mécaniques d'arbres.8 0. 2. 2. 1 . - - Quelque soit le type choisi par le projeteur. Parmi les distributeurs on peut distinguer 4 grandes familles : - les goutteurs - les ajutages calibrés les gaines poreuses les mini-dimiseurs..Les distributeurs ou émetteurs d'eau 2. les distributeurs sont caractérisés par leur pression de service.h-1 sous une charge de pression de 1 bar . Cependant. soit surtout par injection dans un moule. Ils sont réalisés en général en matières plastiques (polyéthylène (PE) et polypropylène (PP) en particulier soit selon des procédés d'extrusion à travers une filière comme les capillaires.2 .5 . la plage de variation de celle-ci et leur débit nominal.5.Les goutteurs 2 5 2 . donc ponctuelle.2 . CVfi effet de la température.5. ce qui permet théoriquement un écoulement "goutte à goutte'' et une infiltration immédiate. section de passage suffisante pour réduire les risques d'obstruction physique (matières en suspension dans l'eau) ou d'obstruction chimique (dépôts de sels). Les distributeurs doivent répondre à 3 exigences fondamentales : - débit faible.5. etc.Généralités Leur débit est inférieur à 12 1. certains sont usinés en laiton comme les ajutages Bas-Rhôme.47 2.).Généralités Les distributeurs constituent les organes les plus délicats dans un réseau de microirrigation. le nombre de sorties..1 . il est essentiel pour le calcul du projet de connaître les caractéristiques de fonctionnement du distributeur ( q = f(H).Classification des goutteurs Il est possible de classer les poutteurs selon les trois critères principaux suivants : - le mode de fixation sur les rampes. de l'eau dans le sol. Ces données doivent être fournies par le fabricant et si possible certifiées par un organisme habilité. . le mode de dissipation de la pression. uniforme et relativement constant.2. prix faible. - - Sur le plan hydraulique. Uri inconvénient de ce type de montage réside cependant dans le fait que les goutteurs faisant saillir peuvent gêner l'enroulement des rampes ou éventuellement s'en détacher lors des manipulations et des déplacements. -les goutteurs en ligne. Dans certains cas. soit en usine. 26 : Montage en dérivation d'un goutteur (CEMAGREF et RNED-HA. Y Tête de vipère Fig.48 a. Mode de fixation sur la raml)e 1 existe 3 modes de fixation des goutteurs sur la rampe : 1 -les goutteurs en dérivation. on peut placer les goutteurs à l'extrémité d'un prolongateur vertical. Ils sont donc surtout envisagés dans l'irrigation de cultures pérennes où les rampes ne sont pas déplacées. (1. Les goutteurs nzontés en clériiwtion Les goutteurs montés en dérivation (goutteur latéraux) sont fixés sur la rampe par l'intermédiaire d'un embout appelé "tête de vipère'' et sont traversés uniquement par le débit de distribution. Ce type de fixation est très coûteux et n'est utilisé que lorsque les goutteurs sont suffisamment espacés ou pour des exigences de facilité culturale.1. -les goutteurs intégrés. 1990) . Le montage en dérivation des goutteurs sur la rampe s'effectue soit sur le terrain (ce qui donne l'avantage de les placer exactement aux endroits souhaités). notamment quand la rampe est enterrée. 1990) a 3.49 (1. La rampe (tuyau) n'est pas tronçonnée et différents écartements entre les goutteurs sont proposés par les fabricants. 27 : Montage d'un goutteur en liane (CEMAGREF et RNED-HA.Les goutteurs montés en l i m e Constitués de 2 éléments assemblés en usine. Toutefois. Ils sont traversés par la totalité du débit aval de la rampe. Fig. ils s'insèrent dans la rampe par l'intermédiaire de 2 embouts cannelés. Ce montage est effectué.5 m (CEMAGREF et RNED-HA. Les goutteurs intézrés Ils sont incorporés dans les rampes lors de la fabrication (extrusion) de celles-ci. l'écartement des goutteurs étant imposé à la fabrication. ce qui est un avantage précieux pour les cultures annuelles. ce qui peut occasionner des pertes de charge singulière non négligeables. il y a peu de souplesse d'utilisation. 1990). 28 : Goutteur intégré (CEMAGREF et RNED-HA. après tronçonnage de la rampe. 1990) . Il est à remarquer que la plupart des goutteurs intégrés sont de fait des goutteurs en ligne. Les rampes munies de goûteurs en ligne sont faciles à enrouler et à déplacer. Embouts cannelés Rampe 1 Fig. à des intervalles différents selon les cultures auxquelles sont destinées les installations : écartement 0.2.30 in à 2. L'emploi des goutteurs à sortie multiple permet de réduire le nombre total de goutteurs et la densité de rampes. POIREE M.5 min.l ) et possèdent des diamètres de l'orifice principal compris entre 1. Les goutteurs à sorties multiples alimentent plusieurs points de distribution au moyen de petits tubes de prolongation (0. ils sont dits goutteurs ii circuit long . Ces goutteurs présentent des débits totaux relativement importants (20 à 50 1 h . notamment) qui présentent une grande extension du système radiculaire et dont les besoins en eau sont importants.50 b. 1 existe 3 catégories de goutteurs d'après le fonctionnement hydraulique (VERMEIREN 1 et al. Ils sont surtout utilisés pour les cultures pérennes (arbres fmitiers. Nombre de sorties Les goutteurs peuvent comporter une ou plusieurs sorties. Fig. ce qui limite les risques de colmatage. Mode de dissipation de la pression La pression de l'eau dans la rampe est consommée par le passage de l'eau à travers le goutteur. 1983) : - ceux qui sont basés sur une perte de charge le long d'un chetninement de petit diamètre ..5 et 2. 29 : Goutteur à sorties multiples (OLLIER CH. ceux qui sont constitués essentiellement par un petit orifice de section réduite à travers lequel la pression à l'amont est transformé en vitesse aux pertes de charges près. - - . ce qui diminue le coût des réseaux. ceux qui dissipent la pression par l'action d'un vortex mais qui en fait sont aussi des goutteurs i circuit court. 1991) c.2 à 2 in de long) qui conduisent l'eau à l'endroit désiré. Ils sont dits goutteurs ii circuit court (type orifice) . . Certains sont en ligne. G'outteurs ii circuit long uniforme La section de passage de l'eau est constante tout le long du cheminement . A.5 mm).5 à 1. . Leur régime d'écoulement est presque toujours sub-laminaire. l'eau suit un cheminement grande longueur (0. i. qui provoque la dissipation de la pression sous forme de perte de charge. d'autres sont latéraux. qui permet de dissiper la pression. Ils peuvent comporter un Cheminement en hélice ou en spirale. On peut ajuster cette longueur de sorte à obtenir des débits constants tout au long de la rampe. 30 : Goutteur à tube capillaire (MERMOUD.1. 1995) ii. l'eau s'échappe généralement sous forme de mini-jet. c. 1 à 1 in) et de section réduite (0. tuyau capillaire J Fig.1.1. L'autre extrémité n'étant pas munie d'un brise-jet. L'une des extrémités du capillaire est taillé en biseau et est enfoncée de quelques cin dans la rampe. Goutteurs ci circuit long incorpore Lorsque par exemple la longueur des capillaires est trop importante. Goutteurs ci circuit long Dans ce type de distributeurs. les microtubes deviennent encombrantes et l'on peut y remédier en recourant à ce que l'on appelle goutteurs à circuit incorporé. les pertes de charges sont dues aux frottements de l'eau le long des parois du goutteur. 1 existe des goutteurs a circuit long uniforme et ceux à circuit long non 1 uniforme.5 à 1 min de diamètre intérieur et de longueur variable selon la pression que l'on veut dissiper.c. ïnpillnires ou microtubes La perte de charge est provoquée par le Cheminement de l'eau dans un capillaire de 0.. . 32 . Dans le modèle de la figure 37. ce qui nettoie l'orifice. et. Pour remédier à la tendance qu'ont les petits orifices à se boucher. Aux basses pressions. ce qui réduit la section de passage de l'eau et accroît les pertes de charge qui viennent équilibrer l'auginentation de la pression. Un problème fréquemment rencontré avec ce genre de goutteurs est la déformation du disque flexible par vieillissement. Ce sont des goutteurs Ci compensation de pression ou goutteurs compensk. 1983) . r -réglage débit Fig. l'eau est obligée de couler dans la spirale et il en résulte une certaine perte de charge. l'eau coule librement. pénètre dans la rainure. En outre ils sont incapables de s'auto-nettoyer. le circuit en spirale est pressé contre le disque flexible qui en se déformant.Les goutteurs à géométrie fixe sont incapables de délivrer un débit constant quand la pression fluctue notablement. M. quand la pièce en plastique dans laquelle est gravé le circuit à cheminement en spirale est appliquée contre le disque flexible de régulation. quand l'arrosage commence ou s'arrête. CH. . un dispositif (un disque. lorsque la pression augmente à un niveau donné. les fabricants ont mis au point des goutteurs auto-nettoyants. A basse pression. Au fùr et à mesure que la pression augmente.. ce qui peut entraîner des modifications du débit délivré. une bille ou un ressort) vient fermer l'orifice. Certains goutteurs auto-purgeur délivrent un débit constant sur une gamme étendue de pressions. Goutteur à pipette réglable (OLLIER.s ou goutteurs nuto-réguimts. Ce sont des goutteurs à géométrie variable dans lesquels chaque arrosage coininence et finit par une phase de purge. le circuit en spirale et disque flexible sont écartés l'un de l'autre. POIREE. ce qui permet à une partie de l'eau de passer à côté du cheminement provoquant ainsi une action de purge. 1983) t Fig. 35 : Goutteur en dérivation à cheminement en spirale (VERMEIREN et al.54 Fig. 1983) . 1983) f-r J - r 4 Fig. 34 : Goutteur en dérivation à cheminement en hélice (VERMEIREN et al. 33 : Goutteur en ligne à chetninetnent en hélice (VERMEIREN et al. Fiç. 1983) BOUTON POUSSOIR PERMETTANT DE DECOLLER LE CHEMINEMENT SPIRALE DU DISQUE FLEXIBLE POUR PURGER CHAPEAU DISQUE FLEXIBLE 4 CHEMI NEMENT SPIRALE CORPS OREILLES D'ACCROCHAGE SUR LA RAMPE EMBOUT CANNELE DE FIXATION A LA RAMPE Fiç. 37 : Goutteur à circuit long à compensation de pression (VERMEIREN et al. 1983) . 36 : Goutteur en dérivation à cheminement en pas de vis (VERMEIREN et al. 1. l'eau est soumise à des changements brusques de direction qui provoquent des effets de turbulence venant s'ajouter aux frottements contre les parois pour dissiper la charge. Goutteurs ci circuit long non uniforme ou goutteurs ci circuit long et effet de turbulence Dans ce type de goutteurs (dits à chicanes ou à labyrinthe). Fig. 1990) Fig. . la pression existant dans la rainpe est transformée en vitesse et l'eau sort sous forme d'un jet très fin qui doit être brisé.2.2. Ainsi. 39 : Goutteur labyrinthe en liane (VERMEIREN et al. l'eau passe par un orifice calibré de section réduite. 1983) c. Dans cette catégorie de goutteurs. Les goutteurs de cette catégorie sont très sensibles à l'obstruction en raison du diamètre réduit des orifices. Goutteurs ci circuit court (type orifice) Ils sont dits également goutteurs ci orifice. 38 : Goutteurs à chicanes en dérivation et en ligne (CEMAGREF et RNED -HA.56 c. inséré dans la rampe (VERMEIREN. 5 c3. Gaines perforées simples Les gaines perforées sont constituées de tuyaux en plastique qui assurent à la fois le transport et la distribution de l'eau.. de la variation de la pression dans la gaine due à la perte de charge. 1983). La distribution de l'eau est réalisée grâce à de nombreux petits trous pratiqués le long du tuyau.57 i. L. on limite l'utilisation des gaines à des longueurs 5 60 m. se trouvent les distributeurs constitués d'un ajutage calibré. M. Compte tenu de cet inconvénient. POIREE. Ajutages calibrés Parmi les autres dispositifs imaginés pour résoudre les dificultés d'uniformité de distribution rencontrées avec les gaines perforées. Une solution de supprimer cet inconvénient a été de proposer la gnineperfurée cfuuhle (cf. . d'autre part. ensuite.. CH. est brisé par un déflecteur pour obtenir des gouttes. 3 9 a (CEMAGREF et RNED-HA. d'une part. 1983) ii. 38 : Gaine perforée simple (OLLIER. de la dificulté à réaliser exactement tous les trous avec le même diamètre et. à géométrie fixe. L'inconvénient de ce système réside dans la mauvaise uniformité de la distribution de l'eau du fait. et al. L'eau sort d'abord sous forme d'un jet qui. 1990) .ii ) Q Fig. 58 39 b (VERMEIREN et al. 1993) Fig. 40 : Goutteur à orifice autoprugeur à compensation de pression (VERMEIREN et al. 1983) . Fig. 39 : Coupes d'ajutages. iii. Goutteurs ci circuit court auto-régulants Leur principe de fonctionnement est identique à celui des goutteurs à circuit long autorégulant à la différence de circuit près. C goutteur à circuit court dans lequel l'eau pénètre Le mouvement rapide de rotation qui en résulte (tourbillon ou vortex) provoque une forte perte de charge. C'est en fait un type particulier tangentiellement dans une cylindre.5 à 6. Le régime d'écoulement dans ce type de ditributeurs est pratiqueinent toujours turbulent. L'eau est ensuite obligée de sortir à grande vitesse par un second orifice situé dans l'axe de la chambre.2 à 2. Autres twes de ditributeurs i. L. Goutteurs vortex C'est un goutteur à double orifice. 1983) c.h-1 sous une charge de pression de 1 bar .3.1 min de diamètre) fixés en dérivation sur la rampe à intervalles réguliers (2.5 in) et recouverts d'un manchon brise-jet. Orifice de grand diamètre avec brisejet Le système Bas-Rhône mis au point par la CNABL (compagnie nationale d'ainénagement de la région du Bas-Rhône et du Languedoc) est constitué de larges ajutages (1.59 iiii.A SORTI E ENTREE TAN GENT IE L L E ENTREE TANGENTIELLE SORTIE AXIALE ~ Fig. 4 1 : Goutteur vortex (VERMEIREN et al. Leur débit est de l'ordre de 35 à 100 l. si bien que le diamètre de l'orifice d'entrée peut être sensiblement plus élevé que dans le cas d'un simple goutteur à orifice. avant d'être interceptée par un brise jet. A. 5 m m ' Fig. ORIFICE CALIBRE 4 MANCHON B R I S E .JET VUE E N PLAN VUE DE PROFIL l I 3.60 Grâce à leur brise-jet. cette dépression est constituée par un bief ainénagé dans une rigole de section triangulaire et de faible profondeur au fond de laquelle est maintenue la rampe.JET l PETIT BARRAGE l RAMPE ORIFICE ET BRISE. 42 : Procédé Bas-Rhône (VERMEIREN et al. Dans le procédé Bas-Rhône. aménagée en général sous forme de dépression où elle peut être stockée temporairement. Elle s'écoule et s'infiltre sur une certaine surface. 1983) . l'eau s'écoule sans pression sur le sol inais ne peut s'infiltrer ponctuellement. Gaines perforées doubles C'est dans le but d'améliorer les performances des gaines perforées simples que les fabricants ont mis au point des gaines perforées doubles. suivant les caractéristiques du sol.5 à 2 bars.75 mm.5 à 0. et l'espacement des orifices d'entrée de 0. GAINE DE REPARTITION \ GAINE DE TRANSPORT Fig. Les gaines perforées doubles sont constituées de 2 tuyaux accolés et l'une dite gaine d'entrée de section plus importante sert au transport de l'eau et alimente par des orifices internes (orifices d'entrée) une gaine secondaire qui laisse s'écouler l'eau par des orifices externes (orifice de sortie) de petit diamètre. Ce type de distributeur n'est pas adapté aux terrains accidentés car du fait de faiblesse des pressions on ne pourra pas assurer l'uniformité des débits. étant entendu qu'une densité plus grande est recommandée en sol de faible diffusivité latérale si l'on désire humidifier une bande continue. La pression dans la gaine d'entrée peut varier de 0. . Elles ont permis de : . alors que la pression dans la gaine de répartition est réduite à environ 0. 1983) .6 in. Le débit d'un orifice d'entrée étant réparti entre 4 à 10 orifices de sortie.05 bar.5 à 3. le débit de ces derniers est notablement réduit. Le passage de l'eau de la gaine de transport vers la gaine de répartition est assurée par des orifices d'entrée.61 ii.de réduire les problèmes d'obstruction. La gaine secondaire ou gaine de répartition ou distribution est munie d'orifices de sortie de diamètre 0.d'améliorer l'uniformité de la distribution de l'eau. 43 : Principe de la gaine double (VERMEIREN et al. Le rapport du nombre d'orifices de sortie au nombre d'orifice d'entrée est de 4 à 10. h-1 sous une pression de 1 bar [CEMAGREF et RNED . Leur débit varie plus couramment de 20 à 60 1. elles font partie des systèmes d'irrigation souterraine. 1990) . La forme des surfaces varie selon le type de tête utilisée ( fig. 19901. 44 : Schéma éclaté d'un inini-dimiseur.h-l sous des charges de pression situées entre 1 et 6 bars. Les mini-diffuseurs On y retrouve les types "inicro-jet" d'Afrique du Sud ou MAMTAZ 7700 israélien et les "spitters" ou "cracheurs" des U. 44 ) Orifice de passage de l'eau 9 u Fig.50 m au-dessus du sol.S.A. (CEMAGREF et RENED-HA.62 iii. Toutefois. sur laquelle le jet vient se briser. Les portées des jets sont limitées à 1 ou 2 in. iiii.30 à 0. et d'une tête formant déflecteur. certains mini-diffuseurs auto régulants délivrent des débits pouvant atteindre 120 1. ou voisinage des arbres (il s'agit en effet de technique d'irrigation particulières aux vergers. du moins aux cultures arbustives). au travers duquel l'eau passe sous forme de jet. Placés à environ 0. ils pulvérisent l'eau sous forme de tache. Ils fonctionnent comme de petits asperseurs statiques ne couvrant qu'une partie de la surface. Les mini-diffuseurs sont constitués d'une base comportant un orifice calibré. Les gaines ou rampes poreuses ou tubes poreux Ces gaines étant en général enterrées.HA. s-l) = débit du distributeur .1 . de la topographie.REGIME D'ECOULEMENT ET DEBIT 2. de la qualité de l'eau.Nombre de REYNOLDS Le régime d'écoulement se caractérise par le nombre de REYNOLDS : Re Re=-où VD V (4. des disponibilités financières. Le choix dépendra du type de culture. 2 . etc. de la nature du sol. du climat.1) V(in.s-') D(m) = vitesse = moyenne d'écoulement diamètre de la section de passage v(m2. Une bonne connaissance de la sensibilité des goutteurs à la pression.s-l pour l'eau à 15" C Dans le cas d'une section circulaire on a v = -et 4q ?z D2 Re devient une fonction du débit : Re =- 4q nDv avec : q(m3.s-l) = viscosité cinématique de l'eau v = 1. aux variations de température et aux processus d'obstruction doit permettre une meilleure estimation de la régularité de la distribution dans l'espace (sur l'ensemble de la parcelle) et dans le temps (risque de colmatage progressif).GENERALITES La sélection des distributeurs doit être adaptée à chaque situation particulière.15 10-6m2.63 CHAPITRE 4 1 CARACTERISTIQUES DES DISTRIBUTEURS 1 1 . Le coefficient de perte de charge ( h ) est mal défini et peut varier sensiblement en cas d'un léger entartrage ou d'une faible modification de la rugosité due à des dépôts de limon ou à des incrustations sur la paroi.h-') on peut écrire R .2') in = constante = 3. En régime partiellement turbulent.k Re La rugosité relative du tuyau n'intervient pas. .6 106 On distingue 4 régimes d'écoulement suivant la valeur de Re : 1 - régime laminaire si si R e < 2000 2 O00 < R e < 4000 4 O00 < R. le coefficient de perte de charge ( h ) comme le débit ( q ) sont instables.. Le tableau ci-après indique les relations entre R. En régime laminaire.64 Si on exprime q(1. En régime instable. En régime entièrement turbulent. Cependant. et il est élevé pour des valeurs de Re compris entre 4 O00 et 8 000.4q e-mxDv où 1 (4. le coefficient de perte de charge ( h ) est inversement proportionnel a Re : A=. < 10 O00 2 . Les diamètres qui y sont portés ont été calculés pour divers débits et les principaux régimes d'écoulement concernés. q et D. le coefficient de perte de charge ( h ) dépend d'abord de la rugosité relative du tuyau. R. varie avec la température. le coefficient de perte de charge ( h ) dépend seulement de la rugosité relative du tuyau : il est indépendant de Re. et celle-ci peut varier lorsque l'eau passe de la conduite d'amenée aux conduites de distribution puis aux rampes.régime instable 3 - régime partiellement turbulent si régime entièrement turbulent si 4 Re > 10 O00 Les constatations ci-après peuvent être faites . OS'O 1 OO'L SZ'S i 01'Z OS'E 09 i OP'1 1? 88'0 OP OPLP Z9'Z SL' 1 OP' 1 oz'z sz SI O1 8 9 I C ' 1 i ES'O 88'0 ? SC'O O L ' O ? 82'0 ZS'O i I Z ' O SO' 1 OL'O SE'O ? PI'O LI'O 1? LO'O P Z s €'O O00 O1 5 3x5 O00 P iualnqini iuauialppsd au1!9?~ ua . le second est un tuyau perforé à double paroi (fig. pour une même perte de charge et un même débit.73 (Karrneli et al.2.Goutteurs à sorties multiples L'intérêt principal d'un goutteur à sorties inultiples est que l'orifice intérieur peut être de section beaucoup plus importante que dans le cas d'une seule sortie. inais une faible perte de charge peut être dissipée au niveau des sorties extérieures et des tubes de distribution. La plus grande partie de la perte de charge se produit dans l'orifice intérieur.2. 1975).4) où n : nombre de sorties q débit de chaque sortie D : diamètre de chaque sortie D.2 . 1 diamètre de l'orifice principal du goutteur . 29 ). Ces goutteurs sont soit à cheminement long. Pour cette raison. 2. de l'orifice principal du goutteur repose sur l'équation donnant le débit à travers un orifice : D2 ---m 7~ q=mc 4 __nq -% D2 soit:Dn = D & cl (4. 2. 43 ). la dissipation de charge est plus forte que dans un goutteur à orifice simple de même dimension.1 . Dans le cas d'un goutteur comportant n sorties caractérisées par un diamètre D et un débit q. le calcul du diamètre DI.2. La perte de charge y est accrue d'un facteur I .66 Remarcrue Dans les goutteurs "vortex".Goutteurs ii orifice à sorties multiples II en existe 2 types : le premier est un goutteur qui alimente plusieurs tubes de distribution (fig. on peut adopter pour le goutteur "vortex" un diamètre de l'orifice d'entrée très supérieur (environ 3 fois) à celui d'un goutteur à orifice simple. soit à orifice. 2. Les sorties sont disposées tous les 0.2.3 ci dessous.h-1.05 et température de l'eau t = 20°C: avec v = IO-" in3. = 2 inm. On donne H = 10 in. on fixe le diamètre de la section d'écoulement à D. on peut augmenter la section de passage et rester dans un régime partiellement turbulent.2 .h-I . W Application 3 Déterminer la longueur de cheminement d'un goutteur à 6 sorties à long cheminement.5 in et le débit de la rainpe est de 1 1.70.h-' au total.] .67 Application 1 Déterminer le diamètre d'un goutteur à 4 sorties de chacune I O 1.70 2. in-' sous H = 5 in et C = 0. = 1O in avec Application 2 Déterminer le diamètre de l'orifice intérieur d'une rampe à double paroi ayant 10 sorties par orifice. s .Goutteurs A sorties multiples a long cheminement En raison de leur grand débit. où le débit de chaque sortie est de 7 1.h-1 sous H C = 0. Pour réduire les problèmes d'obstruction. . soit 42 1. Le calcul de ce goutteur se fait conforinéinent à l'équation (4. On obtient simultanément une forte perte de charge par unité de longueur (du fait de la valeur élevée du débit) et un faible débit à chaque sortie. h = 0.6) établie au yj 2.2. 2.h-').6) A q2 En régime laminaire (microtubes) h est inversement proportionnel a Re et on a : 64 A=--= Re 16n.7) .h-l) débit du goutteur : coefficient de perte de charge ' h m constante = 3. J=--=D 2g A v2 a q2 D2gm2s2 avec . D(m). j(m.3 .s ). m = 3. v(m .2') avec : q(l.6 1O6 La dissipation de la charge H se fait en totalité dans le goutteur de longueur de cheminement L et on a : On en déduit 2gHD q=ms( AL ) 112 et L= 2gm2s2 H D (4.m 9 2 -1 cf (4.6 106 Obtient alors en remplaçant h dans l'équation (4.1n-l) D(m) perte de charge linéaire unitaire : diamètre du tube V(in.6) et sachant que S = section circulaire 7[: D2/4 en zg D 4 H m 128v L et L = n g D 4 H m 128v q (4.D.v. La perte de charge se calcule par l'équation de DARCY-WEISBACH : .68 2.Goutteurs à sortie unique à long cheminement La perte de charge se produit tout au long du cheminement de l'eau dans le goutteur ou dans le microtube.s-l) : vitesse moyenne de l'eau q(1. Pour des sections de fimm d@rente (triangulaire. les @ets de la variation de la tempbrature de l'eau sur sa viscositd et sa masse volumique peuvent influencer sensiblement le dibit.. 4 000) et il est dqficile de calculer la valeur du coeflicient A qui peut varier .5 . dans l'ordre suivant [KELLER.). 2. si bien qu'à perte de charge égale son diametre d'entrée est d'environ 3 fois plus grand que celui d'un simple goutteur à orifice.2.Goutteurs auto-régulants à membrane Ils sont conçus pour donner un débit à peu près constant sur gamme élargie de charge de pression. le dibit diminue qmelqme peu pour le rigime laminaire instable. 2) section triangle iquilatiral.2.s le tableau 8 on constate que le rigime d 'icoulement e s ~ laminaire. section rectangulaire . liiponse : I1'qwè. section-circulaire.17 m. Aussi.. le rkgime d'icoulement est souvent instable (2 O00 R. ~ -6 m 2 . h . .1 . s-1 =10 20°C..faibles modfications de r u p s i t i des parois.Goutteurs a Vortex De par son mode de fonctionnement. Les calculs d'orifice peuvent se faire comme ci-dessus mais avec un diamètre variable suivant la pression. LI. .fortement à la suite de . la relation débit charge de pression doit etre diterminke pour chaque type de goutteur. D a m le cas de goutteur à circuit hilicoïdal et eflet de turbulence. section currke. en rigime laminaire. rectangulaire.4 . semi-circulaire. 2. D = l m m .7) permet d'obtenir L = 2. 1974J : 1) section circulaire. Application 4 Déterminer la longueur de cheminement d'un goutteur à sortie unique dans les conditions ci-dessous.69 Remarque : Les formules ci-dessus supposent une section circulaire. et KAlMELI. J. L 'iquation (4. la perte de charge qu'elle engendre est beaucoup plus importante. La dificulté majeure dans ce type de goutteur provient de la déformation que la membrane subit avec le temps et qui entraîne une réduction du débit même à pression constante. D'autre part. H = 1 0 m . ovoïdale. q = 4 1 . Or justement.6 < x 0.3.Loi débit .1 .70 2.h-') : débit du distributeur Kd : constante dimensionnelle caractéristique du distributeur H(m) .8) on a intérêt à adopter une faible valeur de x si l'on ne souhaite pas que les variations de la pression induisent des variations importantes de débit. pression d'exerçant dans la rampe X : constante caractéritique du régime d'écoulement D'après l'équation (4.Cas général La loi générale qui lie le débit q d'un distributeur à la charge de pression à l'entrée de celui-ci est donnée par l'expression : q = K HX d' où : q(1.4 . En fonction de la sensibilité de leur débit aux variations de la pression on distingue .goutteurs à Vortex :x N 0.distributeurs à régime laminaire : tubes capillaires : x N 1 tuyaux poreux : x N 1 .3 .goutteurs à régulation parfaite 0 : < x :0.les distributeurs non auto-régulants .distributeurs à régirne partiellement turbulent (goutteurs à spirale et à long cherninement) : 0.goutteurs compensés (autorégulant) . il est impossible de faire fonctionner tout un réseau à une pression rigoureusement constante du fait des pertes de charge sur les rampes et les accidents topographiques.distributeurs à régime entièrement turbulent (goutteurs à circuit court) : x = 0.nression des distributeurs 2.5 .2s :x=O .les distributeurs auto-régulants Les valeurs de x généralement observées pour différentes catégories de distributeurs sont : .8) . En pratique. 1980) . 1 99s) Les valeurs des constantes Kd et x sont en général fournies par les fabricants. à partir de l'ordonnée à l'origine. il est aussi possible de déterminer expérimentalement K.. I 5 l 10 I 15 1 2Q I 1 25 H im) Fig.71 1 0 - goutteur à cheminement Y + goutteur compensé O 20 30 40 charge de pression H Fig.45 : Relation débit-pression pour différentes catégories de goutteurs (Merinoud. II suffira alors de reporter les résultats sur un graphique bi-logarthinique pour obtenir la valeur x (pente de la droite) et celle de K. et x en faisant fonctionner le distributeur suivant différentes pressions et en mesurant le débit obtenu à chaque fois.46 : Détermination des caractéristiques K et x (Balogh et al. 9) q(1.Dd avec : (4. L'expression donnant le débit est : q = a . on peut alors maintenir constant le débit (ci) d'un capillaire sous une pression variable (H) en faisant varier sa longueur (1).72 Remarque 2.h-') : débit du capillaire l(m) : longueur du capillaire H(m) : pression de service D(min) : diamètre intérieur du capillaire a. .2 -Cas des capillaires ou micro-tubes Le débit d'un capillaire varie suivant la pression de service.3. b .Hc . d : coefficients dépendant de la valeur de D Pour un diamètre (D) donné. 1983). lb . c. son diamètre intérieur et sa longueur (VERMEIREN et al. 78 3.0 Régime d'écoulement Miniinal Laminaire Il II Maxiinal Laminaire Il o.38 -0.1 1 .1 0.s des coefficients a.5 II Il 1 .5 0.5 o.6 o.1 1. d dam la formule donnant le dkhit d'irri capillaire (q en l/h.7 0.Va1eiir.8 0.0 10.O2 1.5 0.1 Diamètre D en inm Débit en l/h Miniinal Maxiinal 2.72 0. 1 en in. c. H en in CE.1 1O0 104 107 110 .0 Il II Il Il Tuhleair I I Vuriatiorr dir dihit inoyeri (6 des capillaires eii forrctioir du diamitre et de k i 9) iemi)krtstirre 1.O 2.0 8.82 3.5 0.O 1.85 3.86 -0.9 Turbulent II II 0.58 0.1 0.65 b C -0.9 1 1 .1 d 3.0 6.0 4. h.75 -0.5 0.0 12.73 Tahleaîr Y .78 0.0 ~ 12. D en inin) D(min) Coefficient a 0. la pression H. d. En supposant C.47 : Principe de gaine perforée double (VERMEIREN et al. 1 = N2(C:d:/Cfd4> +1 (4. on obtient : . Pour une H en tête de la gaine double. GAINE DE REPARTITION Fig.(mm) : diamètre de gaine de répartition : coefficient de débit gaine transport vers gaine de répartition ci di(rnrn) : diamètre de gaine de transport N : rapport du nombre d’orifices de sorties au nombre d’orifices d’entrée.. en tout point est Hi = H . 1983) On peut écrire : H. avec AH = pertes de charge entre l’origine et le point considéré. = d. et d.1O> avec : HO(in) : pression en tout point de la gaine de répartition H.3.(rn) : pression en tout point de la gaine de transport.AH.74 2. = C .Cas des gaines perforées doubles En se référant à la figure 48 ci-dessous on calcule la pression sur les orifices de sortie de la gaine de répartition.3 . .12) go = débit des orifices de sortie de la gaine de répartition La valeur de Co = 0.. A. on note un très léger accroissement de débit avec la température (de l'ordre de 1 '340 pour 1 O O C ) . Cet accroissement de température peut compenser partiellement les effets de perte de charge et donc la réduction du débit le long des rampes disposées en terrain plat. Par contre.5 ?40 par O C .1 1) N2+1 et (4.4 . si l'on s'éloigne trop de la température de référence (habituellement 20"C). Par conséquent. En outre. le débit effectif du goiitteur doit être ajusté par un facteur de correction F Il est à remarquer que la température de l'eau peut varier notablement le long d'une rampe exposée au soleil (jusqu'à 10°C) et influencer par conséquent le débit délivré par les goutteurs. (4.75 Ho =1 H. ceci est dû probablement à un accroissement de la turbulence (effet vortex) lorsque la viscosité de l'eau diminue .67 est une valeur correcte et représentative des gaines doubles actuellement fabriquées. 2.goutteurs à écoulement partiellement turbulent et à écoulement laminaire : influence positive.goutteurs compensés : peu d'influence ou influence négative (très faible diminution du débit lorsque la température augmente) . de l'ordre de 1 à 1. les écarts de température occasionnent des variations du diamètre des orifices et des longueurs de tubes (MERMOUD. L'augmentation de température provoque un accroissement notable du débit. Les variations de viscosité liées aux variations de température de l'eau peuvent avoir une forte influence sur le débit. en réalité.goutteurs à écoulement turbulent : influence théoriquement négligeable . 1995) Il a été établi que l'effet de la température est directement lié au régime d'écoulement : .Lnfluence de la température sur les débits Le débit d'un distributeur est généralement donné pour une température de 20 ou 25°C pour une pression de 10 m d'eau. sauf indication contraire. les goutteurs "vortex" se caractérisent par une diminution de débit lorsque la température augmente . Le coefficient de variation (eVf) du fabriquant est un paramètre qui représente la dispersion des débits d'un lot de distributeurs neufs fonctionnant à la même pression (en général la pression requise pour le débit noininal). il est judicieux de recourir à des distributeurs à écoulement turbulent. les diamètres inférieurs à 0.CARACTERISTIQUES TECHNOLOGIQUES 3.553 0. ceux-ci doivent être fabriqués avec précision car de petites différences de diamètres occasionnent de grandes différences de débit pour la inêine pression.474 0.O03 0.2 .5 inin ne devraient être utilisés que pour des eaux parfaitement pures.8 0.875 l I I l 10 20 30 40 I I I i I I .Diamètre des orifices Pour minimiser les risques d'obstruction.306 1 . On définit un coefficient de variation de fabrication .Température T (OC) O Viscosité cinématique de l'eau v (106 m2/s) 1. Les variations résultant des diverses opérations de fabrication tendent à être distribuées suivant une loi norinale.658 0.1 .4 13 50 60 I 70 3 . Pour des eaux de qualité douteuse. puisque les filtres ne retiennent pas les particules inférieures à 80 microns qui ont tendance à sédiinenter au droit des émetteurs et à réduire progressiveinent le débit.Coefficient de variation technologique ou de fabrication Etant donné le faible diamètre des sections des distributeurs. 3. 1s > 0. . 1979 et ASAE. 1984) Coefficient de variation de fabrication : CV.13) CVI : coefficient de variation technologique ou de fabrication of : écart-type des débits des distributeurs testés à une pression de référence qr : moyenne arithmétique des débits des distributeurs testés à une pression de référence Tahkeau 13 :Inîerprk fation du co@cierit de variation de.05 a o.des phénomènes de vieillissement du matériel . 10 l l l l bon moyen limite acceptable inacceptable o.05 0.juhrrcation (Solomon.d e s différences de pression dues aux pertes de charge et aux accidents topographiques. A.des processus d'obstruction qui ne sont pas forcément brutaux. 1995) : . .Of 9f -- (4.Interprétation 1 IO. mais qui se traduisent souvent par une diminution graduelle du débit. 10 à o.des différences constructives entre distributeurs.15 i 1 I 1 l 1 l 4 . . tant spatialeinent (sur l'ensemble de la parcelle ou. du poste d'arrosage).. que temporellement (les débits ne devraient pas varier de façon significative au cours de la durée de vie de l'installation).. Il n'est pas possible d'obtenir une distribution uniforme du débit sur l'ensemble de la parcelle. pour le moins.77 cvf . Les variations de débit entre les distributeurs résultent (MERMOUD.UNIFORMITE DE LA DISTRIBUTION La qualité d'une installation se mesure principalement à l'homogénéité des débits délivrés. ce qui signifie alors que 95 Y des distributeurs i satisfont à ces conditions.H" qinin : débit théorique du distributeur le plus défavorisé Le facteur 1. on peut déterminer le coefficient d'uniformité réel ou coefficient d'uniformité au champ. on mesure le débit de 16 goutteurs répartis régulièrement sur 4 rampes.i.27 correspond à la moyenne du quart inférieur des débits et sa signification pratique est que 80 ?40 des distributeurs satisfont aux conditions d'uniformité ainsi définies. Après réalisation du projet.70 < CU. ce qui correspond à une variation inaxirnale du débit des goutteurs de l'ordre de 10 %. s'exprime (4. On retient généralement les critères suivants d'appréciation de l'uniformité de l'arrosage : -CUs >90 . calculé au projet ne doit être inférieur à 90 %. Pour un projet. On admet qu'il est souhaitable d'avoir CU. < 7 0 excellente uniformité uniformité satisfaisante uniformité médiocre inauvai se uniforrnit é. A cet effet. KELLER et KARMELI ont proposé un coefficient d'uniformité : CU. le coefficient d'uniformité simple CU. < 80 -CU.80 < CU.14) où CUs (%) : coefficient d'uniformité de l'arrosage CVf : coefficient de variation de fabrication du distributeur (donné par le fabricant) e - : nombre de distributeur par plante (minimum 1) : débit moyen de l'ensemble des distributeurs du poste d'irrigation q d'après la loi q = k. En pratique.78 Pour évaluer la régularité de la distribution. < 90 . On peut aussi porter ce facteur à I 96. > 94 % et qu'en aucun cas CU. On défit alors le coefficient d'uniformité au champ CU' par le rapport de la moyenne du . on conçoit l'installation de sorte à avoir un coef'ficient d'uniformité supérieur à 90 %. classées par ordre croissant à la moyenne de l’ensemble des mesures.79 premier quart des mesures. pour autant qu’ils ne soient pas systématiques.-qinf où : - (4. .CU’< 70 YO : grave dysfonctionnement du réseau.15) qinf q : moyenne des quatre mesures les plus faibles : moyenne de l’ensemble des mesures La détermination périodique de CU’ permet de suivre la qualité de fonctionnement du réseau et de déceler les colmatages insidieux.70 YO< = CU’ < = 90 YO : fonctionnement perturbé par quelques problèmes dont il faut rechercher les causes pour y remédier . Les critères d’appréciation du coefficient d’uniformité au champ sont . II faut améliorer rapidement la situation .CU’= 100 % : fonctionnement impeccable du réseau. Cu’= 100. . 80 CHAPITRE 5 1 AUTOMATISATION 1 Du fait qu'elle implique une installation en couverture totale.des automatismes à 1 ou 2 étages ( voir 3 3.commande automatisée .le volume délivré : réglage du volume à délivrer par arrosage .1 ).1.). . L'irrigation doit être préparée (vannes volumétriques armées) et les modalités d'irrigation et traitement (insecticides. 1 .commande entièrement manuelle. hydrauliques et/ou électriques.La micro-irrigation semi-automatique Ce type de commande comprend .des vannes volumétriques.l'humidité du sol ou commande par "feed back" : les arrosages sont asservis aux dispositifs d'humidité du sol (tensioinètres. Il existe de nombreuses méthodes de commande des réseaux de micro-irrigation : .1 . La fonction essentielle d'une commande automatique est de mettre en marche l'installation qui doit marcher pendant un laps de temps donné ou délivrer un volume d'eau déterminé. engins) préparés à l'avance.. puis de l'arrêter. sondes neutroniques.. Les principes d'automaticité peuvent être .commande semi-automatique ou semi-manuelle. sondes TDR (Time Doinain Reflectrometry).LES TYPES D'AUTOMATISMES 1. .le temps de fonctionnement prédéterminés 1 ouverture et fermeture de l'eau à des moments . etc. sondes gainmamétriques. la micro-irrigation se prête bien à l'automatisation SOUS toutes ses formes.commande totalement asservie et automatisée. . . .l'état de l'eau dans le soi : % d'humidité tension.81 1.des doses d'irrigation et de traitement.La micro-irrigation automatisée La micro-irrigation automatisée ne diffère de la micro-irrigation semi-automatique que par le fait que les vannes volumétriques manuelles sont remplacées par les vannes électriques à commandes programmées par horloge et fonctionnant en temps réel. L'ordinateur chargé du pilotage devra recevoir des informations sur : .L'irrigation totalement asservie L'installation telle que décrite dans le cas de la micro-irrigation automatisée est en outre pilotée par un ordinateur qui va décider à tout instant et en temps réel : . etc. .l'enclenchement de l'irrigation sur un secteur déterminé .l'arrêt de l'irrigation . Une unité centrale comprenant une horloge et des dispositifs mécaniques ou électromécaniques permet : . etc.l'état et le stade végétatifdes plantes .le dosage d'engrais ou de produits phytosanitaires .le climat instantané : pluie humidité relative radiation solaire températures vents.. . les normes d'irrigation et de traitement doivent être pré-établies. .2 .3 .l'état du réseau : débit et pression en tête bouchage des organes de distribution état des filtres accidents.des mises en route et arrêts des installations en fonction des diverses cultures. __ . .éventuellement la mise en route et l'arrêt des pompes etc Mais ici également. 1. de leur état végétatif et du climat. à la mise en route des pompes .aux traitements et injections d'engrais .à l'ouverture des vannes . puis enfin il préviendra tout incident ou accident et établira un bilan général au pas de temps choisi.au contrôle des débits et des pressions .les tours d'eau . WEATHER STATION /.+..le programme d'irrigation.les traitements . De même. . 48 : Schéma d'une installation de micro-irrigation totalement asservie (Bucks et al.les doses théoriques .(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.au choix de la pluviométrie . 1983) . il rendra compte de l'ensemble des commandes et traitements qu'il a eEectués.82 Par ailleurs. Il adaptera à tout moment le programme de base aux informations reçues et analysées. Il procédera alors grâce à des télécoininandes ..à la surveillance des réseaux. il aura été rentré dans l'ordinateur : . 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.1 . les vannes hydrauliques norinaleinent fermées qui s'ouvrent lorsque I'on applique une pression sur la membrane ou le piston.MATERIELS DE BASE DE L'AUTOMATISME 2. 49 : Vanne hydraulique à piston . Fig. 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.83 2 . 84 . 50 : Vanne hydraulique a membrane . l l 1 i I I j 1. Fig. la commande la plus simple comprend soit une horloge pour la mise en marche et l'arrêt de la pompe.1 . permet de réaliser sans énergie autre que celle du réseau.2 . du moins dans les petites dimensions ( 1 ".3 . 3 . 2. la fermeture est hydraulique. soit une vanne volumétrique. L'association de vannes volumétrique et de vannes hydrauliques. Electrovanne + vanne hydraulique = vanne électrique.La commutation séquentielle Une commutation séquentielle est une opération ou un ensemble d'opérations qui se déroulent toujours dans le même ordre. 3. Ce type de matériel est en général utilisé en combinaison avec des vannes hydrauliques. quand il n'y a qu'un poste d'arrosage.Système S commande hydraulique Les vannes de commande a distance à commande hydraulique les plus employés sont à membrane ou à piston. robustes et d'un coût modeste.Les vannes volumétriques (BERMAD. Une turbine entraînée par le flux de l'eau traversant la vanne provoque par l'intermédiaire d'un train d'engrenage la fermeture de la vanne lorsque le volume affiché sur le bouton gradué est totalement passé. Le cas échéant.la commutation non séquentielle. Il rend automatique la commutation ce qui est d'autant plus intéressant que le nombre de postes est élevé et les arrosages fréquents. Cette commutation peut être à 1 ou 2 étages : .2. 1.la commutation séquentielle . 2"). Les séquences peuvent être à commande hydraulique ou électrique dans les cas où on souhaite ne mette en fonctionnement qu'une partie du réseau à la fois (existence de plusieurs postes d'arrosage).5". 3.1 . une commutation hydraulique séquentielle. commandée en général à partir d'un programmateur.LES TYPES DE COMMUTATIONS Deux types de commutations sont employés : . DALIA) Les vannes volumétriques sont simples.Les vannes électriques Ce sont des vannes hydrauliques dont l'ouverture ou la fermeture se font l'intermédiaire d'une électrovanne 2 voies ou 3 voies. Pour les vannes hydrauliques supérieures à 2".1. a . @ 5 1 . pour les surfaces importantes.5 1 b ). l ! A i Soatc. 5 1 a ) commutation hydraulique à 2 étages ( fig. De ce fait. on a intérêt à utiliser une commutation hydraulique à 2 étages ( fig.5 1 b ).86 commutation hydraulique à 1 étage ( fig. Les vannes volumétriques de gros diamètre deviennent rapidement d'un prix élevé et leur fonctionnement perd en fiabilité.Commutation hydraulique à 1 étage . De la même façon. Le poste (2) se inet en route. Lorsque la vanne volumétrique VV( 1) se ferme. la membrane ou le piston sont commandés par une vanne solénoïde. mais. VV(2). la plupart des systèmes fonctionnent en base temps. et la séquence complète pour l'ensemble des postes peut être prograinmée. le poste (3) se met en route. Les vannes hydrauliques VH(2) et VH(3) sont fermées.VH(2) et C-VH(3). la commande étant en fait électro-hydraulique.1. pour les grosses conduites. dans le tronçon B . 3.Commutation hydraulique Princioe de fonctionnement ii ! i i i i i i I En début d'irrigation.Système A commande électriaue Dans les systèmes à commande électrique.VH(2) s'annule et la vanne VH (3) s'ouvre. 5 1. .b . lorsque VV(2) se ferme la pression dans le tronçon VV(2) . VV(3) sont ouvertes L'eau circule donc dans le poste (1).87 A' n e C 6 ' c f f i T r I i l ' 1 T 1 7 l i I il i ! 5 1. les vannes volumétriques VV( 1).2 . la pression dans le tronçon VV( 1)-A devient nulle et la vanne VH(2) s'ouvre. Les vannes solénoïdes seules sont utilisées pour les faibles débits. elles ne servent qu'au pilotage des vannes hydrauliques.Commutation hydraulique à 2 étages Fig. Coinrne la surface de la membrane côté chambre est supérieure à celle côté réseau la membrane est repoussée sur son siège et obture le passage de l'eau. b . /' 52. .2. le noyau de fer doux reprend sa place et obture le canal (a).88 3.Principe de fonctionnement vanne fermée -. La pression dans la chambre (c) étant supérieure à celle du réseau à l'aval de la vanne.Principe de fonctionnement d'une vanne électrique commandée par une électrovanne 2 voies Lorsque la tension 24 V est établie aux bornes du solénoïde A. le noyau de fer doux est attiré vers le haut et ouvre le canal (a). A la mise hors tension du solénoïde. l'eau s'écoule donc de la chambre vers le réseau aval par l'intermédiaire du canal (a). Sous l'action de la pression du réseau. On a toujours un écoulement qui se produit à travers l'axe (x). 52.Principe de fonctionnement d'une vanne électrique commandée par une électrovanne 2 voies . La vanne se ferme. la membrane est repoussée et la vanne hydraulique s'ouvre. La chambre (c) se remplit par l'intermédiaire de l'axe (x).1 . 52 .1.Principe de fonctionnement vanne ouverte Fig.a . de faible diamètre (Tubing).2 . il s'agit de vannes.89 3. électriques ou hydrauliques. 53 .2.1. les liaisons entre les électrovannes et les vannes hydrauliques se faisant par l'intermédiaire d'un tuyau de P.LES PROGRAMMATEURS Les programmateurs sont des équipements permettant à l'irriguant de déterminer à l'avance et de réaliser automatiquement le déclenchement ou l'arrêt de l'arrosage ou bien souvent les deux à la fois. Chaque vanne peut délivrer un volume d'eau différent.2 . 3. Aux heures fixées par l'irrigant. de réaliser les injections d'engrais. l'établissement ou . 53 a e t 53 b ) Fig. à un moment différent suivant un programme préétabli ou par pilotage de capteurs. 4 . Le tableau de commande comporte des circuits électriques permettant de faire fonctionner la pompe et les vannes principales. de mesurer l'humidité du sol. Ce sont des mécanismes électriques à horloge horaire avec répétition du cycle qui est souvent journalier ou hebdomadaire.Fonctionnement d'une électrovanne 3 voies Les électrovanne peuvent par exemple être placées au voisinage du programmateur et les vannes hydrauliques à plusieurs centaines de mètres sur la parcelle (1000 m). entièrement automatiques qui fonctionnent indépendamment l'une de l'autre en temps et en volume.La commutation non séquentielle Dans la commutation non séquentielle.Principe de fonctionnement d'une électrovanne 3 voies La vanne électrique agit comme un robinet 3 voies mettant en liaison la face supérieure de la membrane de la vanne hydraulique soit avec le réseau amont (vanne fermée) soit avec l'atmosphère (vanne ouverte). ( Fig.E. la durée d'arrosage qui peut varier de quelques minutes à quelques heures est la même pour tous les postes alors que pour d'autres. quelques cas de fonctionnement mérite d'être signalés a) Utilisation de capteur d'humidité du sol : le déclenchement de l'irrigation se fait par le programmateur à l'heure prévue par I'irrigant et l'arrêt par une sonde sensible à l'humidité (tensiomètre. Certains sont assujettis à un compteur d'impulsion et agissent donc en fonction du volume.90 l'interruption de circuits électriques permettent la mise en marche ou l'arrêt de l'arrosage sur tel ou tel poste. Ils fixent le temps d'arrosage et non le volume écoulé ce qui peut être un inconvénient. on peut choisir une durée particulière en fonction de la nature des cultures ou du sol ou encore de la pluviométrie horaire délivrée par les distributeurs utilisés.) . mais l'oxydation des contacts peut provoquer des pannes ainsi qu'un certain manque de précision. Le paramètre choisi peut être l'humidité du sol (Solinatic) ou une variable atmosphérique qui intègre 1'ETP (bac évaporomèt re). soit l'exécution des déclenchements (programmateurs). Signalons enfin les vannes à programmation constituées par la combinaison d'un petit programmateur à une voie et d'une vanne électrique. Cette solution est utilisée dans le cas des arrosages fertilisants qui nécessitent une meilleure précision de la dose (serres). soit automatiser l'élaboration même de ces ordres. Pour les plus simples. On peut automatiser. b) La durée d'arrosage est affichée sur le programmateur : la dose se trouve fixée et c'est le capteur qui déclenche l'arrosage. Ils peuvent desservir 1 ou plusieurs postes (programmateur à une ou plusieurs voies ou directions). Dans ce sens. et l'avenir est certainement aux types électroniques à circuit imprimé ou intégré dont la précision et la fiabilité sont plus grandes. capacimètre. et des arrêts On peut par exemple utiliser un système permettant une commutation séquentielle hydraulique. Les plus anciens sont de types électromécanique. résistiinètre. mais on peut également adjoindre des capteurs permettant de fixer la durée des arrosages. etc. d'où l'intérêt de les automatiser. . Les installations de micro-irrigation sont caractérisées par les arrosages fréquents. un simple programmateur horaire. 91 Tnhlearr f 1 :Fractroir drsporrihle (err Y6 de In c a p c i f ide rdention err~fi,tictr«~i la ierrsiorr de yoirr des .ssl.s de texture dIver:scs) [ V E I M E I I - N et LII, 1Y83J argileuse 7 13 20 27 45 75 100 92 CHAPITRE 6 DONNEES DE BASE ET CALCUL D'UN PROJET DE MICRO-IRRIGATION 1 - DONNEES DE BASE GENERALES Pour entreprendre l'étude d'un projet de micro-irrigation, il faut disposer des données de base suivantes : - les dimensions et la topographie de la parcelle; - la pédologie des sols à irriguer; - les cultures que l'on veut pratiquer; - le climat de la zone; - les disponibilités en eau (quantité, débit. qualité); - les besoins en eau des cultures; - les volumes et temps d'arrosage; - les doses et fréquences d'arrosage, etc. 2 - GEOMETRIE ET TOPOGRAPHlE DE LA PARCELLE Un support de base indispensable à l'étude est l'établissement d'un plan topographique au 1/500 ou 1/1000 Sur le relevé topographique du site on indiquera : - la délimitation de la parcelle à aménager et le zonage pédologique; - les ruptures de pente importantes ainsi que les points ayant la côte maximale et la côte minimale; - la position du point d'alimentation en eau ainsi sa cote: - le tracé des rampes et du porte-rampe. 3 - BESOINS EN EAU DES CULTURES 3.1 - Calcul de l'évapotranspiration Ce sont les besoins en eau maximaux (besoins de pointe) de la culture ou de la parcelle qui intéressent le projeteur. Les besoins en eau d'une parcelle correspondent à toute l'eau utilisée par cette parcelle ou évapotranspiration réelle (ETR) pour le développement de la culture qui y est installée. 93 Cette quantité d'eau (ETR) coinprend : - la transpiration de la culture (inais aussi des adventices), - l'évaporation directe à partir du sol ou des plantes. A défaut de pouvoir évaluer I'ETR, on calcule généralement I'évapotranspiration inaxiinale (ETM) qui dépend : - de l'ET0 (évapotranspiration de référence); - du végétal (type et stade végétatif), ETM = Kc . ETo (6.1) où : ETM : évapotranspiration maxiinaie journalière en inin.j-' ETo : évapotranspiration de référence en inin,j-' Kc : coefficient cultural (tenant compte du stade de développement végétatif et de la culture L'ET0 peut être calculée par diverses forinules (Penmann, Turc, Blaney et Criddle, etc.) ou calculée à partir de l'évaporation d'un bac classe "A" ou de celui d'un bac Colorado. Si Ebac est l'évaporation d'un bac, où : ETo : évapotrançpiration de référence Kb : coefficient du bac (0.6 i <0.85) Kb Ebac : évaporation du bac. Il vient alors que : E T M = K c . K b .Ebac (6.3) A titre indicatif, on pourrait considérer pour certaines cultures les valeurs d'ETM suivantes ; - cultures inaraîchèers - vergers 4 à 8 1nm.j- 5 à 7 inm.j-' les apports d'eau étant localisés sur une portion très faible de la surface du sol située en plus au voisinage des plantes. la part d'évaporation directe à partir du sol est réduite. Kr = 1 lorsque la culture couvre tout le sol Kr = CS lorsque CS < 0.2 . KELLER et KARMELI (1 974) : Kr =- cs 0. . Kr dépend du taux de couverture du sol (CS) par les plantes adultes et peut être calculé par diverses formules proposées ci-après.5) Cette formule fait l'hypothèse que l'évaporation sur la partie de la surface non couverte par la culture intervient pour moitié de sa valeur dans la transpiration de la culture. Cet ef'fet d'oasis est plus important lorsque le taux de couverture du sol par la culture et/ou le rapport entre surface irriguée la surface sèche restent faibles.4) Kr plafonné à 1 CS = taux de couverture du sol par les plantes adultes (en fait la surface de leur projection au soi) FREEMAN et GAZOLI K r = CS + 0.85 (6.94 3. donc à l'ombre du feuillage.5 DECROTX Kr plafonné à I Le terme O. ayant pour effet de provoquer de fortes valeurs de ETo. 1 tient compte de l'effet d'oasis qui Caractérise le transfert horizontal d'énergie sous forme de chaleur sensible.CS) (6. dû à la juxtaposition d'une zone sèche et d'une zone irriguée et la conversion de cette chaleur sensible en chaleur latente d'évaporation.5 ( 1 .Influence d u taux d e couverture d u sol En micro-irrigation. On applique alors à I'ETM un coefficient de correction de réduction : Kr. 1).3 .j-') = Kr .60 0.Besoins en eau journaliers moyens de la culture en micro-irrigation : ETMloc Les besoins en eau journaliers moyens d'une culture en micro-irrigation s'expriment par l'expression : ETMIOC(mm. .-l) ou encore : (6.Taux de couverture du solCs ('Yi) Valeurs de Kr KELLER & KARMELI FREEMAN & GAZOLI DECROiX 0.24 0.20 0.85 0.j-') moyenne de l'évapotranspiration maximale journalière de la période de pointe Compte tenu des relations établies précédemment (6.30 0.J .95 1 1 1 00 1 3.47 0.80 0.ETo(mm.2) .Kc. (6.20 0.40 0 50 0.8) .7) ETMloc (minj-') : besoins nets journaliers moyens de la période de pointe ETM (mm.90 0. 10 0.j-1 ) = Kr.80 0. ETM (mm.59 0. (6.40 0.90 1 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 o.35 0. 12 0.94 o.70 0.3) on peut écrire : ETMloc(mm.82 0.30 0.j-') Avec 1 (6.75 0.70 0. besoins décennaux si couverts 9 années sur 4 .) mais exclusion faite de la contribution des autres ressources). Le choix des fréquences résulte d'un calcul économique : .). b) Au contraire on aura : B < Bp lorsque la plante peut satisfaire ses besoins à partir d'autres ressources en eau que l'irrigation seule [ l ' h i e @nce (Peff). .1 .96 Remarque Le calcul des besoins en eau doit être conduite de façon fréquentielle sur le plus grand nombre d'années possible. Remontée capillaire à partir de la nappe (Rc) ] RN=ressources e n eau naturelles On définit : Le besoin d'irrigation net : Bnet Bnet = volume (ou hauteur) d'eau d'irrigation théoriquement nécessaire pour obtenir une production norinale sur l'ensemble de la surface cultivée. inégalités de répartition.besoins biennaux si couverts 5 années sur 10 ou encore 1 année sur 2 . P percolation profonde.BESOINS EN EAU D'IRRIGATION 1 O. on aura : B 2 B en raison des pertes diverses a la parcelle (besoins de lessivage. Réserve en eau du sol (Rs). exclusion faite des pertes et déduction faite de la contribution des autres ressources.Définitions Le besoin en eau d'irrigation. a) Si l'irrigation est la seule ressource en eau. etc. est la quantité d'ea que l'on doit apporter a la culture pour lui assurer la totalité de son besoin en eau (HI> ou une fraction déterminée de celui-ci (a B p ) .besoins quinquennaux si couverts 8 années sur 10 ou encore 4 années sur 5 . 4. B. Le besoin d'irrigation brut : Bbmt Bbmt = volume (ou hauteur) d'eau brut d'irrigation nécessaire en pratique (y compris les pertes et les besoins de lessivage (L. ’ 1 I Type de sol sable grossier ou sol léger sur sous-sol gravier 85 % ou 0. Lr = besoin de lessivage 4.98 o sols argilo-limoneux ou argileux Au minimum CU 2 90 YO Au mieux CU 2 94 YO .Rendement hydraulique global ii la Darcelle en micro-irrigation : RE Le rendement hydraulique global. à la parcelle en micro-irrigation se définit par : R p = E CU Avec : (6. fonction de l’uniformité de fabrication des distributeurs et de la topographie Ona:E<letCU<laRp<l lnhlmu 13 : Vdemrs de fi.95 98 Y OU 0.2 .12) E= eau stockée dans la zone racinaire (en moyenne) eau apportée en (moyenne) ou encore E= CU eau transpirée eau apportée = coefficient d’uniformité en micro irrigation traduisant l’uniformité de la distribution de l’eau sur la parcelle.97 - Bnet Bbrut + Lr ( 6 . R.90 o 95 YOOU 0.I l ) RP Rp = rendement hydraulique global.85 1 sols sableux sols limoneux ou liinono-sableux 90 Y OU 0. 16) RP où : RN = PeR+ Rs + Rc = ressources naturelles contribuant.15) (6. 4.16) K .K b . Dans ce cas on peut écrire : (6.1 .4 .Cas d'une irrigation iournalière Dans le cas d'une irrigation journalière.14) ETM.1.15) Ebac . en plus de l'irrigation.Kr -Ebac' b + L r -RN Bbrut RP (6. etc.13) 4.Besoins en eau d'irrigation de pointe et besoins en eau d'irrigation réels Les besoins d'irrigation de pointe sont utilisés pour le calcul des diamètres des conduites. il n'est pas nécessaire de chercher à satisfaire la pointe de consommation que i'on peut enregistrer certains jours exceptionnellement chauds.1 . 4. .4.98 Remarque : Certains auteurs proposent de fixer à 10 'Y0 de Bnet la quantité d'eau supplémentaire que nécessitent le lessivage et les pertes inévitables par percolation profonde.Kc. Les besoins d'irrigation réels intéressent l'irrigant pour la conduite des arrosages.14) (6.Besoins d'irrigation de pointe 4.Kr Bbrut - + L r -RN RP (6.Relation entre les besoins en eau d'irrigation et les besoins en eau des cultures 'net =ETM.Kr+Lr-RN - (6.3 .4.KC Bbrut - + L r -RN (6. secs et ventés. du débit des pompes. a l'alimentation en eau de la culture. Pour les périodes où la demande climatique est inoindre. de disposer de la valeur de l'évaporation journalière du inois ou de la décade et des apports naturels (pluies notamment).1.pendant les jours exceptionnellement chauds.4. on ajuste automatiquement en réduisant la fréquence des arrosages. 4.il y a une possibilité pour les plantes de mobiliser dans une certaine mesure les réserves résiduelles d'eau reçue les jours précédents.4.99 Cela se justifie par le fait que : . calculé en considérant la "pointe moyenne" de Ebac ou de I'ETM.3 . 4. seuls Kc et Kr doivent être modifiés. Cette option n'est pas valable ii l'échelle du mois. Aussi. soit par jour. . Ces réserves peuvent durer longtemps si on les ménage et peuvent assurer le complément d'une irrigation volontairement insuffisante.Besoins d'irripation réels L'irrigant doit déterminer la quantité d'eau à appliquer.2 . même si toute l'eau nécessaire est apportée au sol.Cas cénéral Le dimensionnement d'un réseau de micro-irrigation ainsi que son temps inaxiinal de fonctionnement dépendent du besoin d'irrigation de pointe (BIP). soit par arrosage.Cas des cultures Dérennes ii système racinaire très nrofond Les cultures pérennes a système radiculaire très profond sont capables de mobiliser les réserves de l'ensemble du sol. Il suffit d'évaluer Kc et K r . 4. 1 1 est conseillé de toutes les façons de réserver les déficits d'irrigation aux périodes du cycle végétatif où le rationnement est le mieux supporté.1. peut-on se contenter de réaliser un apport moyen dans le cas d'une irrigation journalière ou même d'une irrigation décadaire. .4. il est fréquent que la régulation stomatique intervienne. secs et ventés. Si on utilise la méthode d'arrosage a dose constante.2 . du débit des distributeurs.de l'espacement des distributeurs sur la rampe. 1983).Détermination de la fraction de soi A humidifier : P La détermination de la proportion de surface ou de volume de sol humidifié par rapport à la surface totale ou au volume de sol qui peut être exploré par les racines est essentielle dans le calcul d'une installation de miro-ïrrigation. on peut choisir P = 20 %O. Lorsque les plantes sont serrées (vignes. pour le calcul d'un projet. on peut être amené à humidifier presque tout le volume de sol P = 50 à 100 %) pour assurer à chaque plante une alimentation satisfaisante. S'il y a des pluies pendant la campagne d'irrigation et que l'irrigation revêt un caractère de complément.1. . La valeur de P dépend .Dose et fréquence d'arrosage 5.).1 : degré d'extraction de l'eau du sol : profondeur de sol explorée par les racines : fraction de sol humidifié .de l'écartement des rampes.du type de sol. fraises.1O0 5 .17) Dnette (min) : dose maximale ou dose théorique Hcr ( m d m ) : humidité (volumique) du sol à la capacité de rétention ou capacité au champ Hfp (midin) : humidité (volumique) du sol au de flétrissement permanent e z(m) P 5.Dose d'arrosage maximale nette La dose d'arrosage maximale nette ou dose théorique qui peut être apportée par arrosage est donnée par / H où : fP ) e. cultures maraîchères.DISTRIBUTION DE L'EAU AUX PLANTES 5.z.P (6.1 . etc.1. tomates. Un objectif raisonnable.1.1 . . est d'humidifier au minimum le 1/3 de l'ensemble de la zone racinaire potentielle (P = 33 %) dans le cas d'un verger dont les arbres sont largement espacés (VERMEIREN et al. . . Toutefois.Influence de l'écartement des rampes La prise en compte de l'écartement des rampes se fait suivant les types d'installation de celles-ci : .) . c .5 et 2 in). les caractéristiques du sol.rampe simple : chaque rangée de culture est desservie par une seule rampe rectiligne. Ce dispositif est amélioré. Les trois dernières configurations conviennent spécialement à l'irrigation des cultures arboricoles. Dans le cas de cultures fruitières. dans le cas de cultures serrées et de terrain favorable (structure fine). autour des arbres. L'écartement des rampes est dicté par la nature des cultures à arroser. on peut parfois irriguer plusieurs rangées à l'aide d'une seule rampe en plaçant un distributeur de part et d'autre (environ 50 cm de chaque côté) des jeunes plantes.rampe à boucles (queue de cochon) et en "zig-zag" : ces distributeurs extrêmement flexibles permettent de regrouper les distributeurs autour des arbres. au fur et à mesure que les arbres grandissent. d'où son incidence directe sur le pourcentage du volume de sol humidifié. vignes. etc. Les distributeurs doivent être placés de telle sorte que leur espacement soit maximal.5 in. Ce système est surtout utilisé pour les cultures à faible écartement (cultures maraîchères.Influence de la texture du sol La texture du sol joue un rôle important dans la formation des bulbes humides générés par les distributeurs pour un débit d'arrosage donné.101 a .rampe double : deux rampes sont disposées en parallèle. la détermination de leur emplacement sur les rampes et l'écartement des rampes elles-mêmes sont des éléments essentiels à la réussite d'un projet puisqu'ils influence fortement le volume de sol à humidifier.rampe à dérivations latérales : ce système permet d'augmenter la surface irriguée et la dose apportée par addition de tuyaux latéraux sur une rampe simple . par le rajout de distributeurs supplémentaires espacés de 1 à 1. le débit des distributeurs et la fréquence des irrigations. Le plus souvent chaque rangée de culture est munie d'une rampe.Influence de l'implantation des distributeurs Le choix judicieux des distributeurs (type et débit). . b . tout en assurant une humidité continue sufisante de la zone radiculaire. Les distributeurs placés en ligne ou en dérivation sont assez rapprochés (entre 0. il est possible de placer une première rampe lorsque les arbres sont jeunes et d'en ajouter une deuxième lorsque les besoins en eau augmentent . 102 d . Fig.Tableau de prédiction des valeurs de P KELLER et KARMELI (1974) ont inis au point un guide d'estimation du pourcentage de volume de sol humidifié P dans le cas d'une rampe simple rectiligne équipée de distributeurs uniformément espacés. pour différents débits. moyenne (M) ou fine (F) et une dose d'arrosage fixée à environ 40 inin. 54: Schémas types d'installation (Merinoud. pour des sols de texture grossière (G). 1995) . on peut entrer avec un debit iiiajore allant ~usqu'audouble du debit reel du distributeur. SI S r caractérise I'écarteineiit entre les rampes.mitale de l'eau.dans le cas d'une seule rampe.5 F 0.5 lih 2 lih * ) 4 lih 8 l/h plus dc 12 lih Espacenient recomniaudé des distributeurs sur la rampe.2 x Sd . liiverseiiieiit.3 M 0.2 M 0. on peut être amené à humidifier la majeure partie du sol pour assurer une aliineiitatioii eii eau suflïsaiite de chaque plante (80 % < 1 5 100 YU).103 ïahliau 15 :Guide d'estimation de P .0 * Quand l'irrigatioii est conduite à fréqueiice élevée. Lorsque les cultures sont faiblement espacées. donc des doses faibles.3 F 2. ceci dans le cas de doses nonnales Pour des frequeiicea elevees.3 Ci M 1. dans les sols preseiitaiit des seinelles dures.85 % de la plus graiide dimension horizontale Sh du bulbe d'huinidifïcatioii : il s'en suit que Sh N 1. moyenne (M). ou toute autre stratification qui favorise la diffusion 1iori. fine (F) Ci 0.7 F 1. et à inoiiis de 20 VOen régioii suhhuinide.6 M 1. Dans le cas de cultures largeineiit espacées.entre rampes et entre distributeurs .9 (i 0. Il est donc préférable dans ce cas d'entrer dans le tableau avec un débit de distributeur approxiiiiativeineiit moitié du débit réel.0 F 1.0 (1. il conviciidra d'être vigilant lorsque P descend à moins de 33 % en régioii aride.3 F 1. s d en in en sol de texture gsossikrc (Ci). des lentilles d'argile ou de sable. rectiligne.7 Li M 1.6 1. équipée de distributeurs unilorinément espacés délivrant une dose de 40 inm par arrosage sur l'ensemble de la surface) Débit des distributeurs cl( Ecniienizut 2Ilt1'2 i-anipes moins de 1.30 III ciiviroii eii dessous de la surface du sol.0 1. (P = pourcentage de sol liuinidifié pour débits de distributeurs et divers espaceineiits . P se calcule approximativement par le rapport de sii sur S e . L'espacement Sd ' entre distributeurs correspoiid approxiinativenieiit A 80 . le développement horizontal de la zone huiiiidilice est moindre que pour des doses plus grandes. on preiidra de debit iioiniiial du distributeur ** Le pourceiitage de sol huinidifié P est calculé d'après l'aire de la sectioii horizontale humidifiée à 0. Calcul de P clans Ie cas d'une rampe rectiligne comportant cle. Sd.Calcul de P i. Que faire si l'on souhaite avoir P 2 30 % ? i i. q. sachant que le débit des goutteurs est de 4 I/h. type sol) Voir tableau 15 Exenzple : On considère un verger planté à 6 m entre ligne dans un sol à texture moyenne Déterminer l'espacement convenable des goutteurs sur rang simple ainsi que le pourcentage de sol mouillé. .s ciistrihuteurs uniformément espacés pour chaque rang de culture. Calcul cle P clans le cas cl'une rampe double pour clznque rcingée d'nrbres comportant cles gou tteurs uniformémen t esjiacés.104 e . P = f( S . .4 O On calcule : P = PISI P = + p2s2 = 100 x 1.I.s. Polir obtenir P I tableau indique S.8 s.. 4.2 m.Calcul de P dans le cas des systèmes ou boucles dfig. ~ 2 ?. -s . = s. =pourcentage de sol humidifié pour S P' =pourcentage de sol humidifié pour 2 A partir du tableau. Déterminer P. I m. Mais on peut placer les extrémités des conducteurs à même distance du tronc de chaque arbre.8 39 iii . le entre i 1.2 + 24 x 4. et P doit alors être calculée comme dans le cas de queues de cochon ou de zigzag. . + O ? ' 1. le tableau recommande un espacement des distributeurs (goutteur:s) :. . s d . ('eçi - 100 % les 2 branches dune même rampe double.V. iiii . /\>+mise:Pour q . (6.IO5 s.) rrzig-zagr' de "queues de cochon" et Les deux règles suivantes doivent être respectées : * l'espacement Spd entre les points de distribution doit être égal a la valeur de s d recommandé par le tableau pour le débit et le type de sol considérés : Sp. On veut l'irriguer avec un dispositif à rampes doubles équipées de goutteurs de débit 4 I/h.8m S2 = 6 . y dktermrne s. S2.2 + 4.2 tI%lyrèsle tableau :P..Cas de rampes simples munies de goutteurs ci plusieurs sorties On obtient un résultat sensiblement identique à celui obtenu avec une rampe double. = s d . S 1. on calcule S I = S p pour P1 = 100% s' si 1 voir tableau = si ! = 1 Exemple On considère un verger planté à 6 m entre lignes dans un sol de texture moyenne. s.3 l/h et en sol ù texture moyenne.19) P.18) (6. =s. égale à S tirée du tableau pour P = 100 ! % à partir du débit et du type de sol considérés Sa = espacement des arbres sur la ligne Sr = écartement entre rangs d'arbres.106 * la longueur de bande humidifiée SI. est sensiblement égale à la valeur S ! de l'écartement entre rampes tirée du tableau pour P = 100 % : S h dg pour P = 100% * Le pourcentage de sol humecté est donné par : (6.zag O O 0- . Sa plusieurs sort les DISTRIBUTEUR Queues cochon Sa O e 9 O O Rampes zig Sa .d = espacement des points de distribution autour du même arbre Sh = largeur de bande de sol humidifié.20) 100 Sa . S r n = nombre de points de distribution par arbre Sp. 1.L.1.3 x 1.Valeurs de la profonde d'enracinement : z Les valeurs minimales et maximales de la profondeur d'enracinement sont présentées dans le tableau ci-dessous.2 . Tableau 16 : Valeurs minimales et maximales de Z pour diverses cultures Cultures Tomates Cultures maraîchères Agrumes Arbres fruitiers à feuilles caduques Vigne 1 .2 0.6 1 - 1.6 points de distribution par arbres .0.5your P 100 % On calcule .5 6x6 5.2 1 . on a :SI.' __ P - 1 00 6 x 1.d et = Sd = 1.3 m = Sp 1.plantation 6 x 6 m en sol de texture moyenne.107 Exemple : Déterminer le pourcentage de sol humidifié (P) et l'espacement des points de distribution (S ) d'une installation à goutteurs à sorties Pd multiples ayant les caractéristiques suivantes : .3 .2 1 3 .débit par point de distribution = 8 l/h . »'après le tableau. Hfp Hc. Sableuse '9 5 (4 à 6) (6 à 12)* (70 à 100)" Sablo-limoneuse 14 ( 1 8 120 (90 (IO à 18) (4 a 8) 1O ( 8 2 12) (6 a IO) 150) 170 Liinoneuse (18 22 12 (10 a 14) 14 (12 i 16) 16 a 26) 27 (140 à 190) 190( 170 a 220) Liinono-argileuse 13 (25 i 3 1) (11 à 15) 15 (13 B 17) 17 (15 B 1'9) Argiio-liriioiicuse 31 (27 à 3 5 ) 210 (180 a 2 3 0 ) (14 a 18) 18 (16 a 20) Argilcuse 35 (31 a 39) 230 (220 a 2 5 0 ) - * plage de variation 5.3 .3 pour cultures sensibles a la sécheresse e = 0.Valeurs des caractéristiques hydriques du sol L.108 51.1.4 .e tableau 17 ci-après donne un aperçu des caractéristiques hydriques de quelques types de sols.s Huiniditl pondérales en % di ioids sec Testurc à la rétention Réserve utile voluinétrique en iiiridin 85 du flétrissement Hfp 4 (2 2 6) disponible H.6 pour cultures non sensibles à la sécheresse . ïahlecm 17 :('uractLrrstcques hydriques de quelques s01. ..1.Valeur du degré d'extraction de l'eau du sol ou fraction de la capacité utile i recharger : e En règle général on prendra : e = 0.1. 5.Dose réelle : Dr Une fois la fréquence ( . En rappel R p = E . = NJ avec : Dnette Kr.f ( NI) est donné par (6.23) La dose réellement appliquée (dose brute) doit être supérieure à dose nette ou à la dose réelle pour tenir compte du rendement global de l'irrigation à la parcelle ( R p ) .ETM : besoins journaliers moyens de la période de pointe. cj 5 .Dnette ETMloc 3 fNJ arrondi a l'entier inférieur ou encore f .1.ETM (6.) = Kr.Dose brute d'arrosage : Dbrute (6.1. L'intervalle entre deux arrosages . on ajuste la dose nette (Dnelle) à sa valeur réelle (Dy).22) : intervalle entre 2 arrosages fNj (i0Ut-S) : dose nette d'arrosage Dnette (mm) ETMIOC (mm.1.j.j-') 5.25) .21) f NJ .2 ci-dessus).109 5.2 . CU Rp = dose réelle dose brute - (6.4 .3 . Dr (min) = fNj (i) x ETMloc (inm.24) Dbrute D . RP (6. I . f N j 1 des arrosages connue (cf.Fréquence des arrosages : fNj La fréquence des arrosages se calcule à partir des besoins en eau journaliers moyens de la culture et de la dose nette apportée à chaque arrosage. 110 5. on calcule le débit par distributeur ou par groupe de distributeurs par la formule : Dbrute. Dbrute (mm) dose brute d’arrosage. sd clt . S II ’ surface totale arrosée par chaque distributeur ou par un groupe de Dbrute t distributeurs en m2. s d (m> espacement des distributeurs sur la rampe.27) q (l/h) débit moyen d’un distributeur ou d’un groupe de distributeurs. dose d’arrosage en min . sd t= avec . Toutefois. durée de fonctionnement des distributeurs en heures b) durée de fonctionnement (t) des distributeurs En première approximation.sl (6. espacement moyen des rampes. On peut tabler sur 6 à 10 heures par jour en sols grossiers et 10 à 18 heures par jour pour des sols ayant une bonne capacité de rétention. .26) 9 sd : débit moyen d’un distributeur ou d’un groupe de distributeurs en l/h. La formule de calcul de la durée de fonctionnement des distributeurs par arrosage s’écrit : Dbrute.2 . la durée maximale d’utilisation du réseau doit correspondre aux possibilités qu’ont les plantes de l’utiliser. en période de pointe. durée de fonctionnement par arrosage sy (m) t (h) .Débit par distributeur ou uar groupe de distributeurs fonctionnement (t) des distributeurs a) Débit par distributeur ou par groupe de distributeurs (q) (4) et durée de Une fois déterminée la dose brute d’arrosage pour la fréquence d’arrosage choisie. la durée peut être portée à 20 ou 22 heures par jour. sP (6. 111 5.Sd. le réseau fonctionnera 24 h par Jour et par conséquent : N <24q E. s p ETMIOC (6.32) ou Q=K2 ~ s NP Dbrute t (6.4 E.CU (6.3 .3 1) (6. Au plus.30) Remarque : Attention à ne pas confondre la durée de fonctionnement des N) distributeurs par arrosage (t) et la durée journalière d'irrigation ( h Le débit de l'installation est donné par : Q=Kl ou S 24 f t NP Nj ETMioc E.s d . de postes d'arrosage (ou de sous-parcelles).Débit de l'installation : Q Pour calculer le débit de l'installation. on calculera Np par : N h fNj Np 5 t ouencore N Nh. on détermine le nombre Np.28) ou encore : (6.33) avec 1 Q(W S(W : débit nécessaire à l'arrosage de la surface S 1 surface de la parcelle : espacement des arrosages NP fnrj@urs) CU : nombre de postes d'arrosage ETMloc(mndj) : évapotranspiration maxiinale moyenne de la période de pointe : coefficient d'uniformité d'arrosage .29) Lorsque le réseau fonctionne quotidiennement pendant une durée Nh.CU .Sp ETMloc (6.CU <. 5 4 .0. .112 q Wh) Sd(1n ) débit moyen d'un goutteur : espacement des goutteurs sur la rampe : écartement moyen des rampes .6 K =-- 5. Pour permettre les possibilités de rattrapage il ne faut pas dimensionner l'installation pour un fonctionnement de 24 h sur 24 h mais de 16 h ou 18 h sur 24.diminution du débit à transporter d'où réduction du diamètre des canalisations .l a réduction de la surface du poste a tendance à améliorer le coefficient d'uniformité sur l'ensemble de la parcelle. .78 3.Avantages et inconvénients de subdivision en postes 54.4 .Avantages .1 . s p (m) Db. . . à condition que le volume à apporter à chaque poste puisse être dosé avec précision (vannes volumétriques). réduction de la prime fixe de souscription en cas de branchement collectif) . 2 .des investissements plus importants en appareillage de branchement et de commutation du débit entre les postes.Inconvénients La subdivision en postes introduit une complexité plus grande du réseau qui se traduit par .diminution du débit nécessaire en tête de parcelle (réduction de la puissance de pompage en cas de pompage individuel.une perte de souplesse quant au choix de la période d'arrosage (dans la journée de travail). et elle permet de tenir compte des hétérogénéités locales des besoins entre divers postes.d e s manoeuvres plus longues de commande des arrosages en matière d'exploitation.te(mm) t (h) dose brute d'arrosage durée de fonctionnement par arrosage 10 .116 86 4 10 K 2 = 2 4 K I =-=2. 113 5.5 .34) où : 3 Van(m ) : volume d'eau annuel.Volume d'eau annuel Ce paramètre peut se calculer à partir des besoins nets annuels (6. S(ha) : surface du périmètre. . Ban(mm) . besoins net annuels. Chaque porte-rampe et les rampes qu’il alimente constituent un sous-poste ou bien un poste du réseau. Exemple : AQ Si on admet -= k 5 % et si le débit nominal du goutteur utilisé est de 4 l/h.2. calcul des primaires . et temporelle. 5. Cette uniformité doit être à la fois spatiale. La configuration du réseau est tributaire des dimensions et de la forme de la parcelle. Le calcul hydraulique d’un projet en micro-irrigation consiste donc à déterminer la configuration de l’ensemble des canalisations. la position du porte-rampe et la longueur maximale des rampes utilisées pour que la variation de débit AQ entre les différents distributeurs ne dépasse pas une certaine valeur fixée par le projeteur (généralement k 10 %O ou k 5 % de la valeur du débit nominal). 4. calcul des rampes . tout au moins au poste d’arrosage. Le projeteur devra conduire l’étude de sorte à mieux équilibrer le fonctionnement du réseau tout en optimisant le coût d’investissement. car elle doit s’étendre à l’ensemble de la parcelle ou.114 CHAPITRE 7 1 CALCULS HYDRAULIQUES 1 1. But de l’étude hydraulique Dans une installation de micro-irrigation. le rôle des distributeurs est de répartir l’eau d’arrosage avec la meilleure uniformité possible. les Q valeurs respectives de qminet de qInaxseront 3. les obstacles divers et la topographie. 3.s I/h et 4. 2.1. BUT ET CONTENU DE L’ETUDE HYDRAULIOUE 1. . car elle doit se maintenir pendant toute la vie de l’installation (5 à 10 ans ou davantage). calcul du ou des porte-rampes . détermination des pertes de charge dans la station de tête Détermination si nécessaire de la station de pompage.2 l/h 1. 2. Contenu de l’étude hydraulique L’étude hydraulique d’un projet s’effectue suivant les étapes ci-après 1 . STRUCTURE HYDRAULIQUE GENERALE D’UN RESEAU DE MICRO- IRRIGATION Une installation de micro-irrigation comprend en général un réseau étendu de rampes et de porte-rampes reliés à la conduite principale. Pour la disposition des porte-rampes sur le terrain. d H d’ ‘ dq-x.7 . Les valeurs de x sont différentes selon le type de distributeur goutteur à capillaire x = 1 goutteur a circuit long (partiellement turbulent) x = 0.1) . En terrain plat. le tronçon amont du porte-rampe doit être choisi plus court que le tronçon aval. si possible. VARIATION DU DEBIT D’UN DISTRIBUTEUR Les différences de débits entre les distributeurs d’un poste d’arrosage sont dues : - aux hétérogénéités technologique). on doit étudier différentes variantes et comparer les coûts. En effet. 3. la loi débit-pression d’un distributeur est de la forme : - q=K d HX (7.5 goutteur vortex x = 0. de fabrication du distributeur choisi (non uniformité aux variations topographiques et aux différences de pressions s’exerçant sur les distributeurs dues aux pertes de charge dans les rampes et porte-rampes (non uniformité hydraulique). La variation de débit en fonction de la variation de pression a pour expression dq = K x Hx-’ . judicieux de poser les portesrampes dans le sens de la pente et les rampes suivant les courbes de niveau. Si besoin est.4 . goutteur a orifice (régime entièrement turbulent) x = 0. aux phénomènes de vieillissement ou d’obstruction différencieis des distributeurs apparaissant au bout d’une certaine période d’utilisation et s’aggravant avec le temps (non uniformité temporelle). la contrainte majeure est la conservation de la charge dans les limites imposées. En terrain en pente. Quelquefois.-dH 9 H . Lorsque les parcelles sont en pente. il sera.115 Aucune règle précise ne permet d’aboutir à un schéma idéal. on peut disposer un régulateur de pression ou un limiteur de débit après l’embranchement. le partage égal du débit des 2 côtés du porte-rampe représenterait le meilleur tracé. On recherchera un compromis bien étudié quant au choix des longueurs des tronçons et des diamètres des conduites pour obtenir des charges pratiquement identiques aux extrémités du porte-rampe. la variation maximale de pression le long d’une rampe sera différente selon le type de distributeurs utilisé Exemple. 7 = 1. Exemple : Soit une rampe de débit unitaire q = 4 l/h/m. .1 x 10 O. .1 x 10 0.9187. . 1 en résulte que la longueur maximale de rampe utilisable (même débit et même 1 diamètre) sera différente dans les deux cas puisque la perte de charge autorisée est difTérente.c. = 10 m. dans le cas le cas d’un goutteur à orifice (x = 0. 4 Si __ = 1 O ?O et la pression nominale H.e.e.43 m. ‘ c1 On aura 1 = 1 O m.5) : AH = -~ 0. On considèrera une conduite en PE basse densité de diamètre D 13/ 16 et on utilisera la formule de pertes de charge de WILLIAMS-HAZEN (cf 4.5 = 2 m.12 du est : = 5 4.852 On procède ensuite par itérations. 10-5L’.c.. pour une variation de débit donnée (AQ) toutes conditions étant égales par ailleurs.. Calculer sa longueur maximale L.2. C = 130 pour D I inm J = 0..116 Soit 9AH -x.7) : AH = 0.l. . dans l’hypothèse d’une variation du débit de __ = 10 ?O et une pression nominale 4 ‘ 9 H.9 H Ainsi. La formule de perte de charge de WILLIAMS-HAZEN (équation 7. dans le cas d’un goutteur à circuit long (x = 0.2). D = 13 mm.) 15 q = 4 l/h/m . . dans le cas d’un goutteur à circuit long J.L. = 66 m .. 4. S On obtient . = 74 m 4. il existe diverses formules de calcul des pertes de charge dont quelques unes sont présentées ci-dessous.5 m....117 ... Il est à noter que pour les tuyaux en plastique il est recommandé de ne pas dépasser des vitesses de 1. On remarquera que ce type d’écoulement est fréquent en micro-irrigation où les vitesses de l’eau sont faibles et les diamètres de conduites réduits. Formule de DARCY-WEISBACH 1 semble d’après de récentes recherches que cette formule donnent de meilleurs 1 résultats pour les écoulements dont le nombre de Reynolds (Re) est inférieur à 25 000.1. dans le cas d’un goutteur à circuit court : J. DlMENSIONNEMENT DES CONDUITES PRINCIPALES ET DES PORTESRAMPES Pour le dimensionnement des conduites assurant un service d’extrémité (débit constant sur toute la longueur de la conduite). = AH = 1..43 m et on obtient L . J=-Q2 D 2g. = AH = 2 m et on obtient L.S2 (7.. La forniule est donnée par Q Sachant que V = -.L.4) perte de charge linéaire unitaire vitesse moyenne de l’eau section de la conduite de diamètre D diamètre intérieur de la conduite débit de la conduite Accélération de la pesanteur Coefficîent de perte de charge linéaire dépendant du régime d’écoulement .s-’ .. 4 2 10-5 R 0. on prend souvent h = 0. de Poiseuille) (7. en régime entièrement turbulent (R. h varie entre 0.6) pour 4 O00 < & < 25 O00 et plus (régime turbulent).7) Lorsque Rc est supérieur à 25 000. et de la rugosité du tuyau . Sa détermination est difficile . en l’absence de données du fabricant. on fait fréquemment appel à la formule de Colebrook et White ou au diagramme de Moody.3 164 R 0.027. pour des tuyaux rugueux.25 e (Blasius) (7. pour des tuyaux lisses. h dépend de Re. h dépend de R. la rugosité n’intervient pas et l’on peut utiliser l’équation de Blasius : h= 0.5) pour 2 O00 < Re < 4 O00 (régime instable). mais non de la rugosité du 64 R e (éq. h est relativement constant pour une catégorie donnée de tuyaux. Pour les tuyaux plastiques. La formule de Colebrook et White s’écrit : Le choix de la rugosité E à adopter constitue la difficulté majeure d’application de cette formule Le tableau ci-après fournit des valeurs indicatives de E pour différents types de tuyaux . néanmoins on peut adopter la relation suivante : h = 3 .85 e (7.118 pour Re tuyau 2 O00 (régime laminaire).018 et 0. Pratiquement.025. > 10 000). de nombreuses formules permettent d’estimer la valeur de h. h est très sensible à des variations de rugosité des parois. 465D--4.D-5 . en exprimant D en mm et Q en 1.~ 1.4) devient: J = 6.LI') Tableau 18 : valeurs de E Nature Verre Tuyau étiré en cuivre ou laiton Tuyau en PE ou PVC Acier. légèrement rouillé Acier. la formule de Colebrook et White devient : (7.10-~ 5. i o .38h.5.Q1 75 ' OC.10-~ à 3 . on (7 11) .5.5 1 0 .h-' la formule de Darcy-Weisbach (équation 7.~ 0.à 3 10" ~ 10-~ 1o -~ à 1.10-4 2.7) pour de l'eau à 20 obtient J = 0.5.10'~ à 1. 1 o .8 10" Pour des tuyaux lisses. non revêtue Fonte âgée et incrustée Béton neuf et lisse E en m E 10-~ z 10-6 1 1o à 10" -~ à 5. incrusté Fonte revêtue intérieurement PUR Fonte neuve bitumée intérieurement Fonte neuve. ~ .75 .10'3 à 0.9) Pour les conduites à section circulaire.Q-2 (7. neuf Acier.10) Si on estime X à partir de l'équation de Blasius (équation 7.10'~ i .3. J = = 2.78.871 (7.2.14) Avec : J(m/m) : Q(l/s) et D (inm) .E) J = . Cette relation ne prend pas en compte l’influence des variations de viscosité de l’eau Si on exprime D en mm et Q en l/h.17. Q1.3. 4.103 [z) 1.75 .12) devient : J = 3. l’équation (7.12) J (in/m) : perte de charge linéaire unitaire AH (m) : perte de charge L(m) : longueur de la conduite Q(tn3/h) : débit de la conduite D(m) C : diamètre intérieur de la conduite : coefficient de perte de charge.852 D-.87 1 L avec 1 (7. Tuyaux usagés en acier : C = 100.13) 4. 1 0 =8 L 5 .75 (7. Tuyaux en acier neufs : C = I I O .-AH . Formule de WILLMMS .HAZEN C’est la formule utilisée classiquement en micro-irrigation pour le calcul de la perte de charge J occasionnée par le passage d’un débit d’extrémité Q dans un tuyau de longueur L.120 4. Formule de GUYON-PERNES Cette formule a été établie spécialement pour polyéthylène (P. on peut admettre : C = 130 pour des diamètres inférieurs à 15 mm C = 140 pour des diamètres compris entre 15 et 25 mm C = 150 pour des diamètres compris entre 25 et 30 min Tuyaux en fonte : 100 < C < 130 . IOp6 ):[ 1. Pour les tuyaux plastiques à parois lisses.852 D.4. D-4. Q(l/h) et D (mm) 4. comportant n distributeurs L de débit q.4 .4. Lorsqu'on utilise les formules de perte de charge autres que celles de DARCYWEISBACH.13) en assimilant le branchement de chaque rampe à un distributeur de débit égal au débit entrant dans la rampe.121 Ou encore J = ~ 9" L = 0. on néglige les effets de la température qui peuvent être importants et conduire à de graves erreurs. CALCUL HYDRAULIQUE D'UNE RAMPE EN MICRO-IRRIGATION 5.16) (7. +q2 11 + .17) . La perte de charge totale dans la conduite de longueur L est AH = J.... On doit alors faire des vérifications avec la formule de DARCY-WEISBACH.. Position du problème Considérons une rampe de diamètre D et de longueur L..12 ou 7.Remarques .15) Avec : J(in/m) .478 " D.QU (7. .L . Les différentes formules présentées peuvent s'écrire sous la forme généralisée J=K.75 (7.16) .1. aussi constant que possible et équidistants de Sd = n Le débit Q en tête rampe est : 11 Q = q . Dans le cas où les conduites et porte-rampes desservent un grand nombre de rampes.. on peut pour simplifier les calculs appliquer l'équation de Williams-Hazen pour les rampes (éq 7. 5.+(ln =cqi 1=1 (7... 2.14) : soit j i = K I Q“ i ..55 : Répartition des débits et des pressions le long d’une rampe en micro-irrigation.. La rampe assure ainsi un c service en route )) par opposition à un N service d’extrémité )) qui correspond au cas où le débit reste constant sur toute la longueur de la rampe. - -9. Le débit transporté par la rampe est donc variable de l’origine à l’extrémité du tuyau et lorsque les débits des distributeurs sont égaux. la perte de charge dans chaque tronçon de rampe de longueur 1 = Sd délimité par 2 distributeurs consécutifs....18) ‘m = 1 Quelle que soit la formule utilisée. où le débit reste constant est d’après l’équation (7. Méthode de calcul classique En supposant que les n distributeurs ont tous le même débit quelle que soit leur position sur la rampe : q. = q2 =q3 = ” . cette variation est linéaire depuis n. 5.122 Fig..q en amont du premier distributeur jusqu’à O en aval du dernier distributeur.. On peut écrire 9i = - Q I= 4m débit moyen (7. et : j. une rampe comporte en général 20 à 30 distributeurs (n souvent supérieur à 20) et donc F peut être considéré comme constant et pris égul h F N 0. . =K 1 (n 6..21) K L Q“ F = = perte de charge en service d’extrémité coefficient de réduction de perte de charge pour passer du cas d’un service d’extrémité au cas d’un service en route... )“ cas où la rampe débute à une distance 1 avant le premier distributeur (7. =K 1 qm -a .. . . En micro-irrigation.i = I -~ a+l na +1 (7..“+1 + .i n = Q q n n On obtient : J=KLQ ...36 ..21) 11 existe des tables donnant F en fonction de n. ....19) L En se rappelant que : 1 = Sd = .20) Donc J=F K L Q ~ OU (7.+ n a (7.. F= 1“ + 2 “ + 3 “ + .... 1 a + 2a + 3 u .123 Or la perte de charge totale j est la somme des pertes de charge dans les divers tronçons numérotés à compter du dernier distributeur : j = . . + n a .. mais elles diffèrent entre elles suivant la valeur de l’exposant a et aussi de la position du premier distributeur par rapport à l’origine de la rampe (écartement à Sd ou à S d /2 ou à O). . C Ji 1=1 n Dans le dernier tronçon : j .et ... 6 m pour un goutteur en dérivation 1 . au moyen de l’approximation ci-après.23) = pertes de charges dans la rampe AH(m) L(m) = longueur de la rampe D(m) = diamètre intérieur de la rampe n = nombre = débit de distributeurs de la rampe Q(I113/h) moyen des distributeurs F = coefficient de réduction de perte de charge pour passer du cas d’un service d’extrémité à celui d’un service en route (pour n >20.124 Grosso modo.36). F = 0. < 140) . Généralement.10. 1 = 0. 1 .D- (7. moins précise. la perte de charge AH dans la rampe avec le service en route peut être calculée à partir de la valeur de la perte de charge AHf d’une canalisation identique transportant la totalité du débit jusqu’à son extrémité (service d’extrémité).78. = O.L représenterait alors une conduite équivalente de longueur réduite pour laquelle on calcule la perte de charge pour le service d’extrémité. Le calcul précis de la perte de charge globale est en général effectué à l’aide de la formule de Williams-Hazen : AH = 2. les valeurs les plus basses concernent les rampes munies de goutteurs en ligne qui peuvent être à l’origine d’importantes pertes de charges singulières L’indétermination des valeurs de C.3 à 1 m pour un goutteur en ligne avec T de raccordement qui gène peu le passage de l’eau. Une autre méthode.6. c. .1 = 1 à 3 m pour un goutteur en ligne avec embout cannelé ou à baïllonnette à 0.F. Elle consiste à majorer la longueur effective de la rampe d’une certaine distance sur laquelle la perte de charge est considérée équivalente à celle provoquée par les distributeurs.L. limite l’utilisation de l’approche ci-dessus. dite de la longueur équivalente peut aussi être utilisée. On peut aussi supposer que F s’applique à L et F. on retient les longueurs équivalentes suivantes : . = coefficient de perte de charge particulier aux rampes munies de goutteurs (80 < C. = 98 et la longueur fictive équivalente de rampe pour un goutteur.24) J ( d m ) = perte de charge linéaire unitaire pour la totalité du débit (Q = n . En realité. (L + n 1.) avec : F (7. q j L(m) = longueur = = de la rampe 1. 1. 11 est possible de faire une approximation supplémentaire et considérer que l’on a affaire à une rampe théorique distribuant l’eau de façon idéalement continue et uniforme sur toute sa longueur (cas d’une rampe poreuse parfaitement uniforme.12s La perte de charge dans la rampe est donnée par AH = J .52 m.1 m de long équipée de goutteurs de 7..7 mm. 56 : Schématisation de la rampe théorique uniforme . 1- - L Fig.57 l/h espacés de 1. . b) Déterminer AH dans la rampe sachant que le tuyau est en P. (m) F longueur équivalente pour un distributeur coefficient de réduction de perte de charge pour passer du service d’extrémité au service en route. On prendra C. les débits des n distributeurs ne sauraient être égaux compte tenu des pertes de charge et de la topographie (dénivellation le long du tracé de la rampe). = 1. Méthode du débit uniformément réparti La méthode précédente a la prétention d’un calcul plus ou moins exact. 5.E de diamètre intérieur 14.73 in. Application a) Déterminer le nombre de goutteurs et le débit d’une rampe de 67. horizontale et sans perte de charge) O 1- L-x X .3. L ff+1 (7.La . Détermination de la Derte de charg.d a .26) Cette dérivée s’annule pour L = O (origine de la rampe) et augmente progressivement avec L.1.J. .e a partir de l’aval Appliquons la formule de perte de charge à un tronçon infiniment petit dx situé à une distance x de l’extrémité de la rampe et dans lequel le débit Q est supposé constant.3.25) 1 en résulte que la perte de charge dans une rampe où le débit est uniforinément 1 distribué sur toute la longueur équivaut au quotient par (a+ 1) de la perte de charge que l’on aurait eue sur le débit avait été conduit jusqu’à l’extrémité. La dérivée de la ligne piézométrique est (7. D’après l’équation (7. il vient : - d. La ligne piézométrique présente donc une concavité tournée vers le haut.i dx =K ((x .L 1 .15) : En posant : Q = x .d.5. d étant le débit par mètre linéaire de rampe.- j=Kda ~ a+l 1=- a+l J K.d)U = K xU da En intégrant entre O et L j = L L Io d j = I o f+1 K da xa dx . puisque a > 1. Détermination de la perte de charge à partir de l’amont Q=O J Fig.2.29) j . d a .58 : Schéma de la rampe PourOE:j= Pour ME : j2 1 ~ a+l = K’ K .LI.(1 . il vient de l’équation (7. L = K ’ La+’ L?+] Le tronçon OM de longueur LI assure à la fois un débit en route et un débit d’extrémité : Comme L2 = L .3.i) a+1 (7. JI - 1 .La .28) A partir de -.127 5. avec i variant de O en tête de rampe à 1 à l’extrémité de rampe). En posant on obtient : -- L L = i.27) : Donc : (7. on peut calculer J I LI L J j peut être aisément calculée à partir de L et d (débit par mètre linéaire de rampe). à l’extrémité aval de la rampe. On utilisera pour le calcul de la perte de charge. Répartition des pressions le long d’une rampe uniforme 5. Le premier capillaire est placé à S d = 2 m de l’origine de la rampe. . / r \ =f tableau des valeurs de JI 1 en fonction de i = - LI L 5. Si la rampe porte n distributeurs.25 L x = 0. Les recherches montrent que la forme générale et les caractéristiques de la courbe piézométrique sont indépendantes des caractéristiques hydrauliques des distributeurs ainsi que de l’importance de la perte de charge (Keller et Karmeli.75 L Appiiccition On considère une installation de micro-irrigation ayant les caractéristiques suivantes - rampe horizontale en P.4. En terrain plat La variation de la pression ne provient que des pertes de charge. au milieu de la rampe L = 1. la formule de GUYON-PERNES. mais en pratique il suffit de I déterminer quelques valeurs de 1 pour pouvoir tracer la ligne piézométrique.128 On peut tracer la courbe donnant T- . On établira au préalable la courbe % J . On peut repérer la position d’un distributeur sur la rampe par sa position relative L (fis.E de longueur L = 150 m et de diamètre D = 13 mm débit linéaire de la rampe 4 l/Wm - écartement des capillaires sur la rampe S d = 2 m débit des capillaires : q = 8 I/h pression en tête de rampe : 10 in.4. On pose : L = O. ) . L = 0. en tête de la rampe . 1 on considèrera les abscisses : x = 0. En particulier. on a : .5.1. On demande de construire la ligne piézométrique de la rampe.50 L x = 0. 1974). 1 l c1 I Îl 1+PR:iSlON 1 L = P/” L Z l I 1 EN TETE DE RAMPE l 0. 58 : Courbe de répartition des pressions le long d’une rampe 5.39. On peut aussi déterminer la valeur de CU pour toute la rampe. Connaissant la courbe débit-pression du distributeur choisi (fournie par le fabricant).4. En amont de ce point intervient 77 % de la perte de charge totale AH et 23 % en aval.ieme à partir de l’amont. l l l 1 n sd . la différence de cote est caractérisée par des courbes de pertes ou des gains linéaires. Les terrains ondulés font intervenir des pertes de charge non linéaires (gains couplés avec des pertes) si bien que chaque cas est à traiter différemment. Lorsque la pente est assez uniforme. la pression moyenne est : = H(L = O) .77 A H -10) PRESSION . En terrain plat.3 n.2.129 P L=n pour le p. De nombreuses expériences menées par Keller et Karineli (1974) ont montré que pour une large gamme d’exposant x du distributeur et de perte de charge totale.H ( L =1 ) MOYENNE H 1 Fis. la pression moyenne se situe au point de position relative L = 0. II faut tenir compte de la différence d’altitude des points de la rampe.77 AH. on peut aisément calculer q et qmin connaissant H et Hmin. . n/2 1 1 I P 1 n.2 n-1 ri 2 1 3 4 1 . En terrain a pente uniforme ou variée.0. La pression dans la rampe au point de position relative L est H(L). ) L a =I .2 %. Ils peuvent supporter une pression maximale de 6 bars.j(x) est parallèle à la pente 1 du terrain. d(H . les valeurs de qmin. c) Faire le même travail qu’en (a) dans le cas où le terrain présente une pente uniforme montante (0.2 mm . Pour les pertes de charge dans la rampe.3 ”/O) puis descendante (O.4 mm . 5. 19 min. - a) Déterminer en terrain plat. j . Les tuyaux PVC disponibles sur le marché ont les diamètres intérieurs différents suivants : 8. Faire le même travail qu’en (a) dans le cas où le terrain présente une pente b) uniforme descendante de 0.644 coefficient de variation de fabrication CVf = 4. le point de pression minimale est situé à un point d’abscisse x pour lequel la dérivée de H . Les distributeurs installés sur la rampe sont espacés de 5 m et obéissent à une loi Ces distributeurs présentent un débit-pression de la forme : q = 0. La partie montante présente une longueur de 67. Détermination de la distance x où la pression effective est minimale A un point d’abscisse x de la rampe. = 150.8 mm . 15 %). 12.5 in.j(x) ) j d’où (a + 1). q et CU puis tracer la courbe de distribution des pressions. 15. équation 7.130 Application On considère une rampe de longueur 150 m.(IL. la perte de charge s’écrit (cf.5. on utilisera la formule de WILLIAM-HAZEN avec C.28) L a) Cas d’une pente favorable (rampe descendante) Dans ce cas.1 %. 1 w+l d . En pratique. 1 a+l x=L- DY .AH (DI. L) . Détermination de la distance x nécessaire au chanFement de diamètre pour conserver une perte de charge AH La distance x à partir de laquelle on doit changer de diamètre pour obtenir une perte de charge connue AH peut être calculée comme ci-dessus.DIn . coût supplémentaire de la pièce spéciale nécessaire au raccordement des 2 tuyaux). Formule générale AH = K. Détermination de la perte de charge totale Le débit dans la partie terininale de la rampe est beaucoup plus faible qu’à l’origine. Rampes télescopiques 5.13 1 b) Cas d’une Dente nulle ou montante Dans ce cas.1.2. L2) = Chacune des pertes de charge est calculée séparément à l’aide de l’équation (7.q“ 1 J . L2) = AH (D2.D y (K. débit unitaire l/h/m. Lz) avec ’ AH (DI. = perte de charge que l’on aurait si toute la rampe (L = LI + Lz) était entièrement en diamètre D I . q cx .6.E utilisé. meilleure maîtrise de la ligne piézométrique pour mieux suivre le profil naturel du terrain) mais aussi quelques inconvénients (augmentation de la perte de charge. 5. On peut alors placer un tuyau de plus faible diamètre. AH = AH (Di. Le calcul d’une rampe télescopique à 2 tronçons s’effectue .23) L’utilisation de rampes télescopiques présente quelques avantages (diminution du coût de l’installation par réduction du poids de P. L2) + AH (D2. 5.6. L) AH (DI. perte de charge que l’on aurait dans le deuxième tronçon LZ de diamètre Dz.6. perte de charge que l’on aurait si le deuxième tronçon LZ avait u n diamètre D I . on se limite à deux tronçons de diamètres différents sur la inême rampe. la pression effective est minimale en x = L. En terrain accidenté.2. Calculer les longueurs Li et Lz des deux tronçons si l’on souhaite observer une perte de charge AH = 7. 6. En cas de besoin on peut recourir à un régulateur de pression ou à un limitateur de débit en tête de porte-rampe.132 Application On considère une rampe télescopique en P. sauf que l’espacement entre les points de distribution est plus important et les débits sont plus élevés. Calcul hydraulique du porte-rampe Le calcul du porte-rampe est identique à celui de la rampe. le tronçon amont du porte-rampe doit être plus court que le tronçon aval.1. le porte-rampe est placé de manière à obtenir une longueur identique de part et d’autre de la conduite principale. 6. En terrain plat. En terrain en pente. On utilisera la formule de GUYON-PERNES. Le diamètre du premier tronçon est Dl = 14. il est recommandé de disposer les portes-rampes dans le sens de la pente de sorte que les rampes soient parallèles aux courbes de niveau.5 mm et celui du second tronçon est D2 = 13 mm. Un compromis doit être trouvé entre la longueur des tronçons et leur diamètre pour obtenir aux extrémités du porte-rampe des charges équilibrée.E de longueur totale 150 m et débit linéaire 4 I/h/m. DISPOSITION ET CALCUL DES PORTE-RAMPES 6. .5 m. Disposition des porte-rampes La disposition des porte-rampes doit avoir pour contrainte essentielle la conservation de la charge dans des limites de variation fixées. 133 CHAPITRE 8 1 MAINTENANCE DU RESEAU 1 Pour garantir une qualité de fonctionnement qui permette d’assurer véritablement des bonnes performances au niveau du réseau, il est indispensable d’instaurer un programme rigoureux de suivi, de contrôle et de maintenance. En effet, le réseau d’irrigation en micro-irrigation a la particularité d’être vulnérable à un certain nombre de pathologies auxquelles il faut remédier promptement. 1. PATHOLOGIES DES RESEAUX DE MICRO-IRRIGATION Les réseaux de micro-irrigation sont exposés à diverses pathologies qui entravent leur fonctionnement adéquat. Il s’agit essentiellement des phénomènes de colmatage des filtres et d’entartrage des tuyauteries ; - des phénomènes d’obstruction des émetteurs d’eau ; du vieillissement du matériel ; des dommages causés sur le matériel par divers agents ( intempéries, faune, insectes, hommes, surpressions et dépressions, etc.) Pour maîtriser l’ensemble des pathologies, des opérations périodiques d’entretien et de contrôle doivent être entreprises par l’exploitant. En phase de conception, le rôle du projeteur est de prévoir des dispositifs pour faciliter 1’entretien du système. 2. ENTRETIEN DES RESEAUX DE MICRO-IRRIGATION 2.1. - Entretien des filtres On vérifiera la perte de charge par lecture des manomètres amont et aval. Le cas échéant, on utilisera un seul inanoinètre branché successivement sur l’amont et sur l’aval grâce à un robinet à 3 voies. L’opération de nettoyage des filtres sera impérativement déclenchée lorsque les valeurs de consigne de la perte de charge sont atteintes ou dépassées. 2.2. - Entretien des émetteurs d’eau Pour une même charge en tête, on réalisera le contrôle du débit de plusieurs distributeurs (toujours les mêmes) et on effectuera le calcul du coefficient d’uniformité au champ. 1 y a nécessité de suivre les évolutions du coefficient d’uniformité et de procéder au 1 nettoyage du réseau à l’acide ou à l’eau de javel s’il y a lieu. 134 2.3. - Entretien des rampes et des oorte-rampes Il faut réaliser une purge des extrémités, au moins une fois par an avant l’arrêt de l’installation. Les purges doivent commencer par les porte-rampes et se poursuivre sur les rampes, c’est à dire de l’amont vers l’aval. Des robinets de purge au point bas permettent aussi de faire des chasses, si l’eau d’irrigation contient beaucoup d’éléments fins. Dans certaines situations, il peut être nécessaire également, en plus de la pratique des purges des rampes, de recourir au détartrage périodique par l’utilisation périodique d’acide chlorhydrique à une concentration d’environ 5 %O. On peut en même temps lutter contres les algues et les bactéries en injectant, en fin de campagne et hors culture, de l’eau de javel à une concentration de 0.5 %O pendant 30 minutes. 2.4. - Réparation des dégâts divers Les dégâts divers causés au matériel feront l’objet de réparation rapide. A cet effet, il est indispensable de . - constituer un stock conséquent de pièces de rechange ; former l’exploitant aux opérations de réparation simples ; disposer de compétences locales pour les réparations plus importantes - Eyrolles. 1 13 p et annexes. Haifa. JOBLING G. de 1995 ~3 . USA et D. NAKAYAMA F. OLLIER CH. Irrigation.. Israël MERMOUD A. Keller. Yolycopi~ cours EYF‘L. 280 p 1980 CEMAGREF. PENADILLE Y.. Design. GERGELY 1.A. Basic aspects oftrickle irrigation. Technion. L’irrigation localisée ou la micro-irrigation. In Méthodes d’irrigation. Irrigation localisée. Sè Ed. 383 p. BUCKS D. Italie. Karméli. FAO.Manuel de calcul d’un réseau d’irrigation goutte à goutte. 1998 . Guide pratique.. 219 p 1983 .Traité d’irrigation.A. PENADILLE Y. Irrigation. CEP.135 BIBLIOGRAPHIE BALOGH J.. 503 p 1983 VERMEIRIEN L.. RNED-HA. p. Utah State University.. Irrigation localisée. In : Tiercelin J-R. Rome. Irrigation localisée. 3 19 p 1990 CTGREF. 498 . POIREE M. opération and management. S. p. 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