Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutteI- Introduction : L’irrigation est l’apport d’eau aux cultures mises en place, pour assurer leur développement. Avec l’irrigation, l’agriculteur dispose d’un puissant moyen pour accroître et régulariser la production de ses cultures, à condition de pouvoir la maîtriser, afin de satisfaire les objectifs techniques (rendement) et économiques (à coût optimal) visés. La performance d’une installation d’irrigation dépendra du bon choix de la technique et du système d’irrigation et de la bonne mise en place des équipements sur la base de la parfaite connaissance des informations techniques et économiques liées aux conditions de l’exploitation. L’irrigation est passée par différentes étapes de développement et l’on trouve plusieurs systèmes d’irrigation qui se résument à trois grands types : a) l’irrigation de surface (submersion, planche, raie) : écoulement gravitaire. b) l’irrigation par aspersion : écoulement en charge c) l’irrigation localisée ou micro-irrigation : écoulement en charge L’objet de notre sujet se limite à l’irrigation localisée. Il s’agit de déterminer, à partir de la connaissance des paramètres agro-climatiques, les caractéristiques techniques optimales d’un réseau pour l’irrigation d’une surface agricole de 1 ha de culture maraîchère sous serre. 1 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte II- L’irrigation localisée II-1. Définition de l’irrigation localisée : Cette méthode d’irrigation sous pression est appelée ainsi du fait que l’eau est appliquée en des endroits ou l’on désire la voir s’infiltrer. Cette application est donc localisée. L’irrigation localisée regroupe tous les systèmes caractérisés par un réseau de distribution à la parcelle, fixe sous pression. L’eau circule dans des tuyaux souples de petit diamètre disposés à la surface du sol et sont munis de dispositif appelé « goutteur » permettant des apports d’eau continus ou fréquents en des endroits déterminés par rapport au dispositif cultural et de façon telle que l’infiltration ne se produise que sur une fraction réduite de la surface du sol, en l’occurrence la zone racinaire. Les systèmes d’irrigation localisée les plus répandus sont le système goutte à goutte indiqué pour le maraîchage, et le micro jet indiqué pour l’arboriculture. Les systèmes d’irrigation sous pression engendrent une économie d’eau moyenne de 30 à 60 % par rapport aux systèmes gravitaires. Les systèmes d’irrigation localisée, quant à eux, peuvent engendrer une économie d’eau allant jusqu’à 50 % par rapport aux systèmes par aspersion (limitation maximal de l’évaporation et de la percolation car l’eau est livrée à faible dose et n’humidifie qu’une fraction du sol). Les systèmes d’irrigation localisée occasionnent les plus-values suivantes : prévention du développement des mauvaises herbes et possibilité de fertilisation (fertirrigation). Ils ne sont par contre pas adaptés si les cultures emblavées sont à enracinement profond ainsi que si les eaux sont trop chargées (sable, limon, matière organique, fer, etc. qui peuvent obstruer les tuyaux) ou trop salées (pas de lessivage). Une vue d’ensemble d’un système d’irrigation goutte à goutte est représentée en figure 1 ci-dessous. 2 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Figure 1: serre équipée de goutte à goutte II-2. Origine et développement : II-2.1. Dans le monde : Des essais avaient été faits en France (Avignon) 1927-1930 pour irriguer localement le sous-sol avec des tuyaux de drainage en poterie, ce fut un échec plus encore économique que technique. Plus tard au USA et en Israël, on essaya encore l’humectation du sol à 0.4 m de profondeur par des canalisations en plastique perforé. Les résultats ne furent pas convaincants : il était difficile de vérifier le bon fonctionnement du système, les réparations étaient délicates et complexes ; enfin les orifices s’obstruaient par le développement des racines et les impuretés de l’eau. La solution qui s’est finalement affirmée comme étant viable techniquement et économiquement est la distribution en surface par rampe à rayon d’action localisé. Mais des l’abord, il est également apparu que cette technique particulière, consistant finalement à n’humidifier qu’une partie du sol, ne présente d’intérêt par rapport aux autres systèmes que pour certaines cultures en lignes et surtout dans les cultures à grands espacements, telles que vignes, vergers, bananeraies, etc.… 3 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Apparu aux alentours de 1960 en Israël, ce n’est qu’à partir de 1970 que l’irrigation localisée a commencé à se développer en France avec un fort taux de croissance. Cependant, par le fait même qu’elle est d’emploi très spécialisé, les superficies agricoles qui ont été ainsi équipées restent assez modestes, au début de 1978 on en dénombrait 10000 hectares environ, et au début de 1980 l’estimation était de 15000 hectares . II-2.2. En Algérie : Cette technique a été introduite en Algérie dès 1979 pour un certains nombre de raisons, entre autres : • Résultats encourageants de cette méthode aussi bien dans l’économie de l’eau que dans la production alimentaire. • Valorisation maximale des ressources hydriques. • Extension des superficies irriguées. Cette technique a tendance à être largement utilisée par les services agricoles, surtout en agriculture contrôlée (sous serres) dans les régions insuffisamment pourvues en eau. La superficie irriguée par l’irrigation localisée est passé de 133 ha en 1986 à 513 ha en 1988.(pas de statistique actuelle). Les wilayas qui pratiquent cette technique sont : El-Oued, Sidi Bel Abbas, Tebessa, Chlef, Ain Defla, Tizi Ouzou (Abdelkrim,A.,IHFR,1996). II-3. Types de cultures adaptées au goutte à goutte : Les cultures jugées convenables pour ce système sont : • Les arbres fruitiers. • Les cultures légumières de plein champ. • Les cultures maraîchères et florales sous serres. • La vigne, la canne à sucre, le coton, les fraises. L’irrigation goutte à goutte en arboriculture et en viticulture trouve des conditions favorables d’emplois, du fait de son faible investissement du réseau puisque les rangées 4 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte sont relativement écartées et de même pour les goutteurs, mais aussi les rampes d’arrosages sont confondues avec les lignes de plantation. (D.Zareb –1987 Procédés modernes d’irrigation de Solem Devagri). II-4. Choix du système goutte à goutte : Cette technique d’irrigation est utilisée pour résoudre le problème des pertes d’eau par infiltration ou par ruissellement, de répondre aux sols peu retentifs. Elle maintient l’humidité du sol à un taux correspondant à son optimum, ce qui permet à la fois : • La parfaite alimentation en eau des racines suivant les besoins. • Aération normale du sol en évitant tout risque d’asphyxie. II-5. Avantages et inconvénients de l’irrigation goutte à goutte : II-5.1. Avantage : Cette technique présente de nombreux avantages : a) Economie et efficience de l’eau : Peu de perte d’eau par évaporation car les gouttes tombent très prés du sol où à même le sol, le feuillage n’est pas humidifié, une partie du sol reste sèche limitant la croissance des mauvaises herbes concurrentes pour la consommation d’eau, les pertes par percolation sont limitées. b) Uniformité d’arrosage : La précision et l’uniformité des arrosages sont assurés en ce sens que les doses sont mesurées (débits des goutteurs) et la répartition de l’eau n’est pas affectée par le vent ou par les irrégularités de terrain. c) Economie d’énergie et de main d’œuvre : L’irrigation goutte à goutte fonctionne sous faibles pression, n’imposant pas de gros moteurs aux stations de pompages. 5 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte La main d’œuvre est réduite puisque le réseau d’irrigation est fixe et ne demande pas de déplacement de matériel. d) Facilité d’exécution des travaux culturaux : Les interlignes restent secs et les travaux culturaux ne sont pas gênés par les arrosages, la technique du paillage plastique est facilitée. e) Réduction des maladies : L’air ambiant reste sec, cette sécheresse relative entrave la prolifération des insectes et la propagation des maladies cryptogamiques. f) Facilité de conduite d’une irrigation fertilisante : La fertilisation est réalisée par l’incorporation des engrais dans l’eau d’arrosage, en outre, la répartition des éléments fertilisants pour chaque plante est améliorée. II-5.2. Inconvénients ou contraintes : a). En premier lieu, l’obstruction des goutteurs : Des particules fines de sable, de limon ou d’argile, des précipitations chimiques de sol (calcaire), le développement de micro-organismes, les algues sont causes de bouchage des petits orifices des goutteurs. Pour prévenir les risques d’obstruction, il faut assurer une filtration très soignée de l’eau à l’amont du réseau et procéder parfois, à une injection dans les rampes. b). Une accumulation de sels qui se concentrent : cette concentration peut être Les coûts d’investissements : néfaste pour les racines et il importes de lessiver ces sols. c). Des dépenses importantes sont nécessaires pour l’installation d’un réseau d’irrigation goutte à goutte. On peut dire que le coût d’un réseau fixe d’irrigation localisée sera beaucoup moins élevé que celui d’un réseau fixe d’aspersion. 6 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte II-6. Principe de fonctionnement : Comme son nom l’indique, l’irrigation localisée ou micro-irrigation selon l’appellation internationale, consiste à humidifier seulement une partie localisée du sol. Sous climat désertique, seule cette partie de sol est colonisée par les racines de la culture. En région tempérée, les racines se développent dans l’ensemble du sol humecté par les pluies et la partie du volume de sol irrigué par micro-irrigation ne constitue qu’une fraction du volume de sol exploité par les racines, dans laquelle la culture s’alimentera en eau en période sèche. Cette méthode d’arrosage est fondamentalement différente de celle de l’irrigation de surface ou par aspersion, qui consiste à réapprovisionner en eau, périodiquement, tout ou partie, du réservoir du sol. Dans ce cas, des doses d’eau relativement importantes (plusieurs dizaines de mm) sont apportées à chaque arrosage, sur l’ensemble de la parcelle irriguée. La réserve d’eau, ainsi constituée dans le sol, permet d’allonger le laps de temps qui sépare deux arrosages successifs (en général de 3 à 10 jours). En irrigation localisée, les réserves en eau du sol ne sont pas reconstituées. L’eau dont a besoin la plante est apportée en petites quantités, une ou plusieurs fois par jour, de façon ponctuelle (goutte à goutte) ou sous forme de tache (diffuseurs). Elle diffuse tant radialement sous l’effet des forces capillaires que verticalement sous l’effet de la gravité, dans un volume de sol limité au voisinage des racines, dans lequel la plante puisera. Il est fondamental de bien maîtriser l’importance du volume de sol humidifié, et les quantités d’eau fournies à chaque apport, ainsi que la fréquence des apports pour satisfaire les besoins de la plante au fur et à mesure de ses consommations en eau. Dans le cas de l’irrigation goutte à goutte, mode spécifique de la micro-irrigation, il se forme sous le goutteur une zone saturée de faible volume, d’où la majeure partie de l’eau diffuse en écoulement non saturé. 7 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Pour un débit et une durée d’arrosage déterminés, la forme et les dimensions du volume de sol humidifié (extension latérale et profondeur d’humectation) dépendent essentiellement des caractéristiques hydrodynamiques du sol et de son degré de siccité. (Figure 2). Figure2. : Formes du volume de sol humidifié suivant les caractéristiques du sol. 8 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Les diffuseurs et les micro-asperseurs arrosent de petites surfaces de sol par aspersion, sous forme de taches ; c’est une technique intermédiaire entre le goutte à goutte et l’aspersion. Elle permet de s’affranchir des contraintes liées aux caractéristiques hydrodynamiques du sol (forte conductivité et faible capillarité) ou à la présence de macropores dues à la fissuration ou à la faune du sol, lorsque des contraintes de ce type ne permettent pas un fonctionnement acceptable du goutte à goutte ou nécessitent une trop forte densité de goutteurs. Les ajutages alimentent en eau la surface du sol avec des débits relativement élevés, sous forme de petites flaques ou de petits bassins à partir desquels l’eau s’infiltre progressivement. Ce mode d’irrigation peut permettre de moderniser les systèmes d’irrigation de surface traditionnels par petits bassins. IIIConcept et composantes du système d’irrigation au goutte à goutte : Cette méthode d’irrigation consiste en une application lente, locale et uniforme de l’eau avec une humectation d’une seule partie du sol, zone exploitée par les racines, généralement en employant des fréquences d’arrosages élevées pour maintenir un niveau constant de l’humidité du sol. Ce système d’irrigation tient compte des aspects agro-bioclimatologiques : l’évaporation, la transpiration, le système racinaire, la texture du sol,…etc. Ce système d’irrigation est caractérisé par : • • • • • • • Utilise des faibles débits et de faibles pressions. Met en œuvre des équipements fixes et légers. Ne mouille pas les feuilles. Convient bien à l’irrigation fertilisante. Il est totalement indépendant vis-à-vis des autres interventions sur la culture. Se prête à l’automatisation en vue d’assurer des apports fréquents et fractionnés. Pose moins de problèmes de salinité. 9 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Le réseau goutte à goutte proprement dit comprend : • L’ensemble des canalisations et tubes : primaires et secondaires qui véhiculent l’eau jusqu’aux tertiaires et qui alimentent par la suite les rampes d’arrosages ou les rampes portes goutteurs. • • • • • • • Les distributeurs ou émissaires. Les dispositifs de contrôle et manipulation : manomètre, venteuse, vannes et Le système pour estimer les besoins en eau : tensiomètre, sonde a neutron, etc. Le système d’irrigation localisée assure un gain sensible en eau par rapport aux Installation coûteuse Difficilement modifiable si cela n’a pas été prévu au départ Maintenance soutenue car l’obstruction des distributeurs constitue le autres accessoires d’automatisme le cas échéant. autres systèmes d’irrigation mais sa gestion doit être rigoureuse car : problème majeur de ce système. Donc on peut dire que les unités de base de ce système d’irrigation sont : • • • • La ressource en eau. La station de tête. Les postes d’irrigation. Les goutteurs. 10 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte III-1 La ressource en eau : L’eau d’irrigation doit être considérée selon sa nature, sa quantité et sa qualité. Pour sa nature, la ressource peut être souterraine exploitée à partir de puits ou de forage ou bien une source d’eau superficielle à partir des lâchées, d’un écoulement ou un captage de source. A ce propos, l’irrigation doit assurer de sa disponibilité au moment voulu pour irriguer, car la connaissance de la quantité d’eau disponible en période de pointe permet de déterminer la superficie à irriguer ; et en qualité (bonne, médiocre ou mauvaise) pour savoir le niveau de traitement et la filtration nécessaire à son utilisation. La disponibilité de l’eau dans le temps, en débit et en pression, conditionne la conception du projet : Dans le temps : Si l’eau est disponible en permanence au niveau de l’exploitation, l’agriculteur n’aura aucune restriction dans la gestion de l’irrigation, suivant les postes qu’il aura à déterminer dans son projet. Si l’eau n’est pas disponible en permanence au niveau de l’exploitation, l’agriculteur aura des restrictions dans la gestion de l’irrigation, imposées par le tour d’eau. En débit : Du débit (Q) disponible pour l’irrigation et les besoins (B) en période de pointe dépend : • • • • La surface maximale (S) des postes d’irrigation : S=Q/B Le choix du distributeur : goutteur, diffuseur, ajustage, micro-asperseur. Le nombre de postes d’arrosage ; La nécessité (ou pas) d’une automatisation plus ou moins poussée. 11 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte En pression : En irrigation sous pression, la pression de fonctionnement d’un distributeur doit être proche de la pression indiquée par le fabriquant .Les ordres de grandeur pour l’irrigation localisée sont les suivants : • • • 1 à 3 bars (10 à 30 m de colonne d’eau) pour les goutteurs auto-régulants. 1 bar (10 m de colonne d’eau) pour les goutteurs non auto-régulants. 0.6 bar (6 m de colonne d’eau) pour les gaines. Ne pas oublier de tenir compte des pertes de charges dans les conduites d’amenée d’eau jusqu’à portes-rampes. Lorsque la pression dans les rampes est supérieure à celle de la limite de la plage de tolérance du distributeur, il est nécessaire d’installer des régulateurs de pression. 12 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte III-2.La station de tête : Se trouve au niveau de la source d’eau, elle comprend : • • • • Un système de mise en pression du réseau d’irrigation (pompes). Un système de filtration (filtre à sable, filtre à tamis, filtre à disque). Un équipement de filtration (pompe doseuse, venturi, doseur). Contrôleur de pression, de débit et automates le cas échéant Figure3: station de tête comprenant les filtres à sables et les filtres à tamis. III-2.1. Pompage : La mise en pression du réseau d’irrigation goutte à goutte est assurée par des groupes moto-pompes ou des groupes électro-pompes qui puisent leur eau en général d’un bassin. III-2.2. Filtration : Elle a pour objectif d’arrêter les éléments solides en suspension, susceptibles d’obstruer les goutteurs. Différentes types de filtres sont utilisées comme le filtre à sable, le filtre à tamis et le filtre à disque. 13 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte 1. Les filtres à sable et les filtres à tamis : Au cours des premières années du développement des systèmes d’irrigation au goutte à goutte, on utilisait des filtres à sable et à tamis, et en général la combinaison des deux types de filtres : le filtre à sable en amont et le filtre à tamis en aval, afin de garantir un maximum de sécurité du fonctionnement. Les filtres à sable n’offrent la capacité nécessaire de rétention des particules solides que sous réserve de limiter la vitesse de filtration, cette condition requiert une grande surface de filtration ce qui implique de plus grande dimension des filtres et de leur abri le cas échéant. Le sable qui est l’élément filtrant doit être d’une grande qualité. Mais malgré le soin apporté à sa sélection, le sable se tasse avec l’usage des fertilisants et à cause des agents contaminants véhiculés par l’eau, ce qui facilite la formation des petits trous permettant le passage d’eau non filtrée, chargée de surcroît de sable dont l’entraînement reste toujours possible de par sa structure granuleuse. C’est pourquoi il est nécessaire de placer un filtre de sécurité (un filtre à tamis) pour capturer toutes ces particules traversant le filtre à sable. Le filtre à sable présente par ailleurs l’inconvénient de contenir une grande quantité de sable, ce qui rend difficile l’opération de son lavage à contre courrant. Avec le temps, ces difficultés de maintenance contribuent à augmenter les pertes de charges, à diminuer le rendement du système, avec toutes les conséquences négatives sur la qualité de la filtration. Il faut souligner en fin que le caisson en acier du filtre à sable doit être protégé à l’intérieur par un enduit en époxy pour résister aux actions chimiques des produits de traitement du sol. Cette protection doit faire l’objet d’une vérification minutieuse, qui n’est pas toujours aisée, avant de procéder au remplissage du filtre par le sable. Le filtre à sable est donc d’un coût élevé, encombrant, d’exploitation délicate et reste d’une fiabilité moyenne, même avec l’adjonction d’un filtre de sécurité en aval. La recherche d’un nouveau système devenait dé lors nécessaire et le choix s’est porté tout naturellement sur le filtre à tamis, plus précisément sur l’agencement en batteries de plusieurs filtres à tamis. 14 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Cependant, ce système montra beaucoup de limites : une faible sécurité quant à la qualité de la filtration est une capacité réduite à filtrer les matières organiques, ce qui le déclassa systématiquement pour certains types d’eau. Par ailleurs, l’élément filtrant du filtre à tamis est facilement déformable, vulnérable en présences de grosses particules et autres éléments physiques, ce qui fait du filtre à tamis un filtre offrant une faible sécurité lors de la filtration. Ainsi les batteries de filtres à tamis, pressenties un moment comme palliatifs aux filtres à sable, ne se sont pas imposées complètement et de nouveaux horizons devaient dés lors être explorés. (Figure 4) Figure4 : filtre à tamis. 2. Les filtres à disques : Durant les années 80 apparaissent les filtres à disques avec une filtration tridimensionnelle, fruits de la résolution des problèmes des filtres à sables et à tamis et de l’évolution technologique. 15 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Aujourd’hui, dans le monde entier, la majorité des nouvelles installations d’irrigation goutte à goutte sont équipées de stations de filtres à disques, de type manuel ou automatique. Cet engouement pour les filtres à disques n’est pas fortuit mais possède des avantages qu’offrent ces derniers. (Figure 5) Figure5 : Station de tête comprenant les filtres à disques. a) Filtration tridimensionnelle : Réalisée grâce à une pile de disque comprimé, obligeant la circulation de l’eau à travers des canaux rainurés limitant la largeur, la longueur et la hauteur des particules, les matières organiques incluses. b) sécurité maximale : Le filtre à disque maintient la qualité de filtration dans des conditions différentes : Physique : Sa conception et sa structure lui permettent de supporter de grandes pressions ainsi que des variations de pression importantes, sans affecter la qualité de filtration. 16 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Chimique : De par la nature des matières utilisées pour leur fabrication, les disques résistent aux agents chimiques utilisés dans l’agriculture (produits de décolmatage, fertilisations, produits de traitement du sol). c) Un nettoyage facile et efficace : Les disques se détachent et se nettoient facilement en utilisant une eau sous pression, aussi bien dans les systèmes manuels qu’automatiques. Dans les systèmes automatiques qui comprennent plusieurs filtres, un filtre est lavé avec l’eau propre provenant des autres filtres. d) Un encombrement réduit : Les équipements à disques sont des systèmes compacts et modulaires qui utilisent au mieux l’espace disponible et requièrent moins de main d’œuvre pour leur mise en place. e) Un coût d’entretien avantageux : L’entretien des filtres à disques est nettement plus économique que les systèmes à sable ou à tamis, de par leur conception modulaire. f) Une maniabilité facile : La haute sécurité du système de filtration à disques ne nécessite pas un personnel très qualifié, ni spécialisé pour les opérations de filtration, de nettoyage manuel et automatique. g) Possibilité d’une automatisation simple : La conception des équipements de filtration à disques, par leur modularité et leur autonomie, permet une automatisation rapide et économique de ces équipements. h) Adaptation aux degrés de filtration demandés : L’interchangeabilité des disques de degrés de filtration différents, est possible grâce à la conception intérieure de ce système (modularité, facilité de montage et de démontage, etc.) 17 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte i) Nécessité d’une moindre puissance de la pompe : Ces systèmes générant des pertes de charge inférieures à celle des autres systèmes (filtres à sables, filtres à tamis,…), nécessitent des pompes de moindre puissance. j) Aspects particuliers des filtres à disques : En partenariat avec AZUD\ Espagne, le système « HILIX-SYSTEM » est commercialisé en Algérie. • Corps : Le corps est équipé d’une bouche d’entrée et de deux bouches de sorties pour l’eau, de 2 ou 3’’ (’’ =1 pousse = 2.54 cm), deux connexions pour manomètres de 3/4", filtrées et non perforées, afin de pouvoir mesurer la différence de pression, et donc l’état de propreté de du filtre, si nécessaire. La structure nervurée du corps a été spécialement conçue pour supporter les variations produites par les coups de bélier hydriques. . • Système de fermeture : Collier en acier inoxydable 316, facile à manier, haute résistance, durabilité Joint de caoutchouc nitrile afin que la fermeture soit parfaitement étanche, à haute et basse pression. • Couvercle : Fabriqué en polyamide de grande résistance, spécialement étudié pour supporter des hautes pressions. L’extrémité du couvercle est munie d’une connexion de 3/4" qui sert de bouche d’évacuation pour les particules entraînées vers l’extrémité par l’effet hélicoïdal. • Hélice : L’hélice est un élément fondamental du système. Il s’agit d’une pièce de matière plastique injectée en polyamide renforcée avec de la fibre de verre dont le profil et la mécanique hydraulique ont fait l’objet d’une étude exhaustive. L’hélice, située à la base de la cartouche, est munie d’ailettes déflectrices qui grâce à un angle d’inclinaison déterminée, permettent d’obtenir un mouvement hélicoïdal de l’eau. 18 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte • Diagramme de flux : l’eau est introduite dans le filtre par une bouche d’entrée et passe à travers l’hélice. Les ailerons déflecteurs créent un mouvement hélicoïdal qui génère une grande force centrifuge sur les particules en suspension dans l’eau. les projetant vers les parois intérieures de la carcasse. Cette centrifugation de l’eau avant la filtration permet de séparer les particules en suspension (même le sable) en les déplaçant vers le fond de la carcasse, d’où elles peuvent être éliminées. L’eau, à présent libre de ces éléments solides, pénètre dans la cartouche à travers l’unique voie possible : les canaux rainurés qui permettent une filtration en profondeur. L’eau filtrée est évacuée par l’une des bouches de sortie. le filtre à disques AZUD-HELIX peut être installé soit avec le fond en bas, ou fond en haut (c’est cette dernière position qui est adoptée dans tous les cas pour les systèmes automatiques). Le mouvement hélicoïdal imprimé à l’eau permet d’augmenter la durée entre deux lavages successifs avec pour conséquence une économie non négligeable en eau et en temps. 19 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Figure6 : Les filtres à disques. III-2.3. Fertirrigation : La fertirrigation c’est l’apport d’engrais soluble qu’on injecte dans le réseau d’irrigation goutte à goutte qui convient bien à cette opération. Ce système présente un nombre d’avantages important par rapport aux pratiques traditionnelles d’engraissement : • • • • • Apport engrais facile et contrôlé Meilleure assimilation Meilleure distribution Fertilisation selon les besoins de la plante Economie dans la distribution de tout le programme de fertilisation Le système de station de fertirrigation privilège le venturi comme doseur dont le fonctionnement repose sur le prélèvement au réseau d’irrigation d’une certaine quantité d’eau et sa restitution, assurant ainsi par succion l’injection d’engrais et ou d’autres produits à partir de bacs généralement en matière plastique où on aura au préalable préparé les produit en question. Une station de fertirrigation comprend : • Un système de prélèvement d’eau du réseau principal et sa restitution, qui est en plus au moins sophistiqué selon le type de station (manuel, semi-automatique, automatique). • Un certain nombre de bacs en plastique ou en matière résistante aux produits utilisés en agriculture, dans lesquels on prépare les solutions mères des différents engrais soluble et d’autres produits comme l’acide nitrique utilisé pour la régulation du pH lors de la fertirrigation et décolmatage des goutteurs notamment. • Le système de venturi et des appareils de contrôle (PH, Ce,…) qui est raccordé au réseau d’une part et aux bacs d’autre part. 20 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Figure7 : Pompe doseuse pour la fertirrigation. Pour respecter les normes de l’irrigation et de la fertilisation (capacité du filtre), on divise la parcelle à irriguer à des postes d’irrigation. III-3. Les postes d’irrigation : Seront définis en tenant compte de la forme, des dimensions et de la topographie des parcelles à irriguer, qui conditionnent la longueur et le choix des rampes, compte tenu de la densité et du débit des goutteurs, de la durée d’arrosage quotidien qui limitera le nombre de postes possible par jour, ainsi que du débit disponible sur l’exploitation, qui limitera la surface maximale possible d’un poste. Une vue d’un poste d’irrigation est représentée en Figure8 ci-dessous. 21 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Figure8 : Un poste d’irrigation. III-4. Les goutteurs : L’élément important dans un réseau d’irrigation goutte à goutte est le goutteur (distributeur). Une vue d’un goutteur est représentée dans la figure ci-dessous : Figure9 : Goutteur incorporé 22 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte III-4.1. Le fonctionnement : Les goutteurs apportent l’eau à la surface du sol de manière ponctuelle. a) Fonctionnement hydraulique du goutteur : La pression de l’eau dans la rampe est consommée par le passage de l’eau à travers le goutteur. Dans le cas où le passage est long, le goutteur est dit de circuit long. Dans le cas où l’eau passe par un orifice de section réduite, cette eau sort sous forme de jet très fin et le goutteur est appelé à circuit court. b) Mode de fixation sur la rampe : Il existe trois modes de fixation des goutteurs sur la rampe : • • • Les goutteurs en dérivation comme exemple goutteur : Les goutteurs en lignes comme les goutteurs AZUD2, AZUD3, Les goutteurs intégrés comme AZUDRIP, AZUD PC-DIS, AZUD8.S50P ; L.S25.R70.MBECH. AZUD5, AZYD6. AZUDLINE. c) Sensibilité aux variations de pression : La relation entre le débit d’un distributeur et la pression dans la rampe au niveau de celui-ci est de la forme : Q=k h X Q : débit du goutteur en (l/h) K : constante dimensionnelle h : pression s’exerçant dans la rampe ( en mètres de colonne d’eau ) X : exposant caractéristique du goutteur. c)-1 Les goutteurs non auto-régulants : Dont le débit varie en fonction de la pression dans la rampe. Ils sont caractérisés par des valeurs de l’exposant X qui varient de 0.38 à 0.8 et sont d’autant moins sensibles aux variations de pression que la valeur de X est faible. c)-2 Les goutteurs auto-régulants : 23 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Dont le débit est pratiquement indépendant de la pression dans une certaine plage de valeurs, dans laquelle la valeur de X est voisine de 0. La régulation est obtenue par une membrane élastique qui se déforme et obture plus au moins le passage de l’eau sous pression. Graphe1 : Relation entre débit et pression pour un goutteur non auto-régulant. Graphe2 : Relation entre débit et pression pour un goutteur autorégulant. 24 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte e) Sensibilité à la qualité de l’eau : Le goutteur est la partie sensible d’un réseau d’irrigation au goutte à goutte car lors de l’exploitation, il peut être soumis à des bouchages, où on distingue trois types : • Obstruction physique : L’obstruction des distributeurs a pour origine de particules organiques ou non organiques (sable, limon, argile, déchets de plastiques résultant de l’installation). • Obstruction chimique : A pour origine des différentes particules ou des précipités chimiques, leur concentration est proportionnelle à l’évaporation de l’eau, l’élévation du pH et l’incompatibilité de certains fertilisants. • Obstruction biologique : Les algues, les bactéries et les insectes sont à Solution aux obstructions physiques : Le passage de l’eau à travers un Le choix du meilleur l’origine de cette obstruction. 1. ou une série de filtres permet d’éviter ce type d’obstruction. problème. 2. système de filtration et sa maintenance restent les solutions efficaces pour éviter ce Solution aux obstructions chimiques : Sous certaines conditions, des éléments chimiques contenus dans l’eau précipitent dans le réseau d’irrigation et précisément au niveau des goutteurs où les vitesses sont réduites. Les précipités les plus fréquemment observés sont formés à partir des sels de calcium ou de fer. 3. Les dépôts calciques : Lors d’une augmentation du pH, ajout d’élément chimiques incompatibles, le gaz carbonique dissout dans l’eau se dégage. Les bicarbonates se transforment en carbonates, qui, moins solubles, précipitent. Le carbone de calcium est souvent associé aux carbonates de magnésium. Ces carbonates peuvent être solubilisés facilement par l’injection de solutions acides dans le cas de colmatage partiel. En cas d’obstruction total ce traitement est inefficace. Si le colmatage est important, il est préférable, dans le cas des goutteurs en dérivation de les enlever et de les traiter à part avec des solutions plus concentrées. 25 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Lorsque l’eau utilisée a une teneur élevée en sels de calcium, il est possible de faire fonctionner une installation d’irrigation localisée sans risque de bouchage des distributeurs. Il suffit d’injecter à des intervalles de temps dépendant de la quantité de carbonates présents dans l’eau, une solution d’acide nitrique ou chlorhydrique du commerce, nitrique de préférence en maintenant le pH entre 5.5 et 6.5. 4. Les dépôts ferriques : La quantité de fer dissous dans les eaux des nappes profonde doit être connue avant même la mise en place d’un réseau d’irrigation. Pour le fer ferreux dissous dans les eaux profondes. Le traitement traditionnel comporte deux étapes : • une oxydation du fer ferreux Fe++ soluble en fer ferrique Fe++ décantable. En général, l’oxygène atmosphérique suffit pour parvenir à ce résultat. Cette opération consiste à une mise en contact étroite de l’eau et de l’air en réalisant un barbotage par cascades successives ou une aspersion dans un bassin. • une décantation suivie d’une filtration pour laisser déposer le fer trivalent et arrêter les particules encore en solution. Ce dispositif exige cependant un pompage supplémentaire et un entretien important des systèmes de décantation et de filtration. Il est de ce fait d’un coût relativement important et ne doit être envisagé en exploitation agricole que si aucune autre solution de remplacement n’existe. En effet, il vaut mieux s’assurer préalablement que l’eau destinée à l’irrigation ne contient pas plus de 1.5 mg/l de fer dissous. 5. Solution aux obstructions biologiques : Le chlore est le produit le plus utilisé pour la désinfection de l’eau. Son pouvoir oxydant permet en effet de détruire les matières organiques en agissant sur les enzymes indispensables à la vie des algues et des bactéries contenues dans l’eau. En règle générale, le chlore agit comme : • Bactéricide à faible concentration (1 à 8 PPM). Partie par million, = 1 gramme/tonne ou 1m3 de gaz pour million 26 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte • Oxydant à forte concentration (100 à 1000 PPM) pour nettoyer les tuyaux des débris organiques. Le chlore est utilisé sous différentes formes : • • • • Chlore gazeux. Chlorite de sodium. Hypochlorite de sodium. Dioxyde de chlore. L’hypochlorite de sodium (ou eau de javel) est d’utilisation plus facile que les autres formes de chlore et c’est le traitement le plus efficace et le moins cher contre le développement de micro-organismes. III-4.2. Contrôle des organes de distribution : Un bon moyen pour juger globalement du colmatage des organes de distribution consiste à surveiller régulièrement le débit total traversant l’installation, grâce à un compteur monté en tête de réseau, où tout moyen jugé opportun. Les moyens les plus indiqués restent cependant : • • La vérification visuelle en début et en cours de campagne de l’état des Le contrôle périodique de l’uniformité des débits d’un goutteur à un autre. Sur chaque porte rampe, mesurer sur au moins quatre (4) rampes, le débit Choisir : La première et la dernière rampe, celles qui se trouvent au tiers Sur chacune de ces rampes, le premier et le dernier Classer les débits mesurés par ordre croissant. organes de distribution. Pour contrôler cette uniformité, la procédure suivante pourra être appliquée au champ : d’au moins quatre (4) organes de distribution par rampe. • • et aux deux tiers de la longueur de la porte rampe. distributeur, ceux qui se trouvent au tiers et aux deux tiers de la longueur de rampe. 27 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Calculer : • • • • La moyenne de l’ensemble de débits mesurés : q=somme de 16 mesures de débit /16 La moyenne des quatre mesures de débits les plus faibles qmin Le coefficient d’uniformité CU= (qmin*100)/4 =somme de 4 valeurs de débits les plus faibles /4 Décider des actions à entreprendre au plan curatif : Figure10 : Localisation des points de mesure des débits sur l’installation d’irrigation localisée. Si CU est supérieur à 90, il n’y a pas lieu à intervenir sur le réseau. Si CU est compris entre 90 et 70, réseau à nettoyer. Si CU est inférieur à 70, rechercher les causes de colmatage et traiter les distributeurs à part avec des solutions plus concentrées. 28 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte III-4.3. Le choix du type de distributeur (goutteur) : En irrigation localisée, le choix du type de goutteur est important. Il conditionne l’uniformité de la répartition de l’eau sur la parcelle, le niveau de filtration de l’eau, le type de maintenance à assurer, la pérennité des équipements. Il déterminera la conception du projet. Le choix du type de goutteur doit tenir compte : • • • • • Des caractéristiques du sol. De la nature des cultures. De la qualité de l’eau. De la configuration des parcelles. Du coût de l’installation. Les caractéristiques du sol doivent être considérées en premier lieu pour le choix du type de goutteur. Il faut se rappeler que le sol doit transmettre l’eau aux racines par diffusion verticale et latérale. Celle-ci joue un rôle d’autant plus important que le mode d’apport est localisé. Sur des sols de perméabilité moyenne, qui assurent une bonne diffusion latérale, des goutteurs de 2 ou 4 l/h conviennent et conduisent des investissements moindres que les diffuseurs à plus forts débits. Dans les sols à forte perméabilité, comportant des matières grossières, ainsi que dans certains sols argileux gonflants dont la dessiccation provoque la formation de grosses fentes de retrait, l’eau a tendance à percoler en profondeur, sans diffuser latéralement. Dans ce cas on choisira de préférence des mini diffuseurs, qui arrosent une surface de 1 à quelques m2. La nature des cultures intervient dans le choix des goutteurs compte tenu notamment de leur disposition et des façons culturales. On peut distinguer : Les cultures annuelles : qui nécessitent de dérouler ou enrouler les rampes à la mise en place de la culture et pour la récolte. Il faut éviter d’utiliser des goutteurs en 29 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte dérivation qui font saillie sur les rampes. On choisira plutôt des goutteurs en ligne, des goutteurs intégrés dans les rampes, ou des gaines. Les cultures pérennes : telles que les arbres fruitiers, les vignes, dans lesquelles les installations sont fixes peuvent recevoir tous les types de goutteurs, si la nature du sol le permet. Les goutteurs de 4 l/h sont les plus employés. Les cultures maraîchères : sont les plus souvent équipées par des goutteurs de 2 l/h ou des gaines souples. Les cultures hors sol : sont irriguées par des capillaires ou des goutteurs de 2 l/h montés en dérivation sur des tubes conducteurs Les grandes cultures : sont rarement irriguées par irrigation localisée, du fait du coût d’installation élevé de ce mode d’irrigation (densité importante des distributeurs et des rampes). La qualité de l’eau : est un élément essentiel dont dépendent les risques de colmatage des distributeurs. La qualité d’eau est d’autant moins bonne qu’elle contient des éléments susceptibles de boucher les distributeurs. Ces éléments sont de nature chimique, physique ou biologique. Une analyse de l’eau est nécessaire pour mieux cerner les risques. Lorsque les eaux sont de qualité médiocre ou mauvaise, on portera une attention particulière à la sensibilité des distributeurs à l’obstruction. Si l’on doit utiliser des distributeurs auto-régulants, on choisira ceux qui sont à chicane avec une longueur de cheminement la plus grande possible. La configuration des parcelles : c’est-à-dire leur topographie, leur forme, leurs dimensions, doivent être prises en compte pour choisir le type de goutteur. Lorsque la topographie est douce et qu’il est possible d’implanter des rampes de longueur limitée, les différents types de goutteurs non auto-régulants sont préférables, car ils sont moins sensibles au bouchage et moins chers que les goutteurs autorégulants. Cependant, pour conserver une bonne répartition de l’eau, on choisira de préférence des goutteurs à chicane, peu sensibles aux variations de pression. 30 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Dans le cas d’une topographie accentuée, d’une parcelle de forme très irrégulière ou de grandes dimensions, sur laquelle il n’est pas possible de limiter la longueur des rampes, on utilisera des goutteurs auto-régulants ou des capillaires. Il faut vérifier, après calcul des débits linéaires de rampes, compte tenu de la pente, que les pressions dans les rampes restent dans la plage de fonctionnement des goutteurs. Les longueurs de capillaires seront choisies en fonction des pressions et des débits souhaités. Le coût de l’installation : doit être considéré dans sa globalité, c’est-à-dire en tenant compte du coût des équipements et des charges annuelles qui en découlent, en fonction de leur durée de vie ; mais aussi du coût de main d’œuvre nécessaire à la mise en œuvre de l’installation. Le coût des équipements : dépend du choix des goutteurs, du types de filtration nécessaire et du dispositif choisi pour l’implantation des porte-rampes et des rampes. Pour une même parcelle, ce coût peut varie de 20 à 30%. La station de filtration (filtre à sable+filtre à tamis) est un poste onéreux qui doit s’amortir sur au moins 3 à 4 ha. La durée de vie des équipements peut aller d’une seule campagne d’irrigation (gaine souple jetable) à 10 ou 15 ans. Le coût de la main d’œuvre : dépend également du choix du type de goutteur. Suivant les cas, leur mise en œuvre exigera un temps de travail plus ou moins long. On peut classer par ordre croissant d’exigence : • • • • • Les gaines. Les goutteurs en ligne. Les goutteurs en dérivation. Les capillaires. Les mini-diffuseurs. Le choix du type de goutteur le mieux adapté au problème posé sera l’aboutissement d’un compromis raisonné entre plusieurs exigences, d’abord technique qu’économique. 31 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Par conséquent, il faut que celui qui a la responsabilité de ce choix soit bien informé : • • • • • Des besoins en eau à satisfaire. Des exigences imposées par la nature du sol et par le type de culture. Des pratiques culturales. De la qualité de l’eau d’irrigation. De la configuration des parcelles à irriguer. Le ou les types de goutteurs les mieux adaptés techniquement seront ceux qui réaliseront le meilleur compromis entre leurs propres performances et les caractéristiques du milieu dans lequel ils seront placés. Les critères d’ordre économique n’interviendront ensuite que pour sélectionner le type de goutteur le mieux placé sur le plan du rapport qualité-prix, par rapport aux objectifs de production. Recommandations ultimes : Il faut savoir que l’entretien préventif reste la meilleure façon pour éviter le colmatage des réseaux. Pour ce faire, il faut veiller notamment à : • • • • • • Suivre scrupuleusement les instructions d’utilisation et de maintenance Rincer systématiquement le réseau après chaque fertirrigation ou chaque Purger les rampes porte-goutteurs au moins une fois par campagne (fin de Stocker correctement les rampes et toutes parties mobiles du réseau, lorsqu’il y a Maintenir le pH aux alentours de 6 à 6.5 par injection d’acide nitrique lors des Former le personnel d’exploitation du réseau d’irrigation. 32 contenues dans les manuels spécifiques (relatifs à la fertilisation, à la filtration,…) traitement. campagne), et éventuellement une deuxième fois en début de campagne recommandée. nécessité de transférer le réseau d’un endroit à un autre. irrigations et des fertirrigations. Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte N’attendez pas que les goutteurs soient obturés pour suivre ces recommandations. Il sera déjà trop tard, et le seul remède dans ce cas sera de démonter les goutteurs et de procéder soit à un nettoyage vigoureux (utilisation d’une solution d’acide concentrée) soit à leur remplacement. IV- Mise en place d’un système d’irrigation goutte à goutte : IV-1. Introduction : La phase pratique de notre étude consiste à mettre en place un réseau goutte à goutte pour l’irrigation d’une surface utile de 1 ha de tomate. Le site d’emplacement est l’institut des Cultures Maraîchères et Industrielles de HASSI-Bounif. Pour cela ; nous nous proposons, à partir de la connaissance des besoins en eau de la culture considérée, et en tenant compte des diverses contraintes (disponibilité en eau, type de culture, nature du sol…) de déterminer les caractéristiques techniques du réseau. IV-2. Etude du milieu sol : Cette étude permet d’apprécier les possibilités ou les contraintes liées à l’application de l’eau d’irrigation. Elle fournit les données de base nécessaires à une meilleure utilisation de l’eau (capacité de rétention, point de flétrissement, dose d’irrigation, etc.). IV-2.1. Analyse granulométrique du sol : a). Structure : La structure d’un sol se définit par l’arrangement ou le mode d’assemblage des particules. Qui explique en partie certaines caractéristiques hydrodynamiques du sol (vitesse d’infiltration, perméabilité, porosité, etc.…). b). Texture : La texture ou composition texturale donne le pourcentage des éléments présents dans le sol (limon, sable, argile). L’analyse granulométrique montre un sol limoneux sableux : Limon : 49% Sable (fin+grossier) : 24% Argile : 17% 33 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte c). Densité: • Densité apparente : C’est le rapport entre la masse du solide et le volume de l’échantillon. Da = Ms/Ve Où Ms = masse du solide Ve = volume de l’échantillon. Cette grandeur est variable avec la texture. Dans notre étude, pour un sol limoneux sableux, la densité apparente est en moyenne de 1.6. • Densité réelle : La densité réelle est en moyenne de 2.7 (pour un sol limoneux sableux). d). La porosité : La porosité exprimée en pourcentage est le rapport entre le volume des vides contenu dans le sol et le volume total de ce sol. La porosité est divisée en deux parties : • La macroporosité : c’est le volume du gros pore dans lequel l’air et l’eau circule (circulation rapide). • La microporosité : c’est le volume du plus petit pore dans lequel l’eau se stocke (circulation lente). • La porosité est donnée par : p% =100× 1− 1 .6 Da = 100 1− × 2 .7 Dr = 41% Où Da : densité apparente. Dr : densité réelle. 34 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte IV-2.2. Caractéristiques hydrauliques du sol : A) Capacité de rétention (He) ou humidité équivalente : C’est la quantité maximale que le sol peut contenir sans qu’elle s’écoule, c’est-àdire dans un sol drainé. Elle varie d’un sol à l’autre et met en évidence son pouvoir de rétention de l’eau. Elle est définie par le rapport du poids de l’eau contenue dans un volume de sol saturé au poids de sol sec contenu dans ce même volume. Pour la déterminer, on a utilisé une relation empirique établie par Déloge et Rebours donnant capacité de rétention en fonction de la teneur en argile du sol : He = 10 + 0.55*Ta Où Ta désigne la teneur en argile du sol.(Référence P. Regamey :AssainissementIrrigation- Aménagement agricole des eaux). Comme la teneur en argile de notre sol est de 17%, on obtient une capacité de rétention de 19.35%. B) Humidité au point de flétrissement (Hf) : L’humidité au point du flétrissement est le degré d’humidité minimale du sol en dessous de laquelle la plante ne peut extraire l’eau. La détermination est assez délicate. Ainsi pour estimer l’humidité au point de flétrissement on utilise également la relation de Déloge et Rebours : Hf = 0.54 He soit Hf = 10.45% La capacité de rétention et l’humidité au point de flétrissement permettent d’évaluer la quantité d’eau disponible pour une alimentation continue de la plante. 35 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte C) Vitesse d’infiltration (K) ou conductivité hydraulique : La vitesse d’infiltration est la quantité d’eau qui s’infiltre pendant un certain temps dans un sol saturé en eau sous une charge constante. La valeur moyenne de k est 3.10-6 cm/s pour l’échantillon de sol considéré par le U.S.C.S (united soil classification system). Elle est relativement basse, d’où la nécessité d’irriguer avec précaution, en choisissant des goutteurs de faible débit. IV-3. Etude agronomique : Vu que le consommateur algérien cherche de plus en plus les produits agricoles sur le marché durant toute l’année, même en dehors de leur saison, et vu que l’agriculteur algérien acquit un esprit commercial ; les cultures maraîchères prennent un élan important ces dernières années en Algérie, avec une bonne maîtrise des techniques culturales, et des facteurs de production. Parmi ces produits maraîchers les plus répandus, on trouve la tomate en tête de liste et cela revient à la demande importante du marché et le climat favorable. IV-3.1. Choix de la culture : Outre les raisons évoquées précédemment, le choix de la tomate est justifié par sa forte consommation en eau, surtout sous abris plastiques (transpiration de la plante plus élevée). De fréquents arrosages légers permettent une meilleure croissance que des arrosages abondants, pour une même quantité d’eau fournie. Le système d’irrigation goutte à goutte permet une telle pratique culturale (gestion des apports) et réalise des économies, d’autant plus importantes que la consommation en eau est élevée. 36 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte IV-3.2. Exigence de la tomate : Plante qui exige trop de chaleur pour accomplit le cycle de sa végétation. a). En température : La température moyenne de développement oscille entre 15 La maturation du fruit nécessite une forte amplitude thermique journalière, soit 18°c la nuit et 27°c le jour. C’est une plante sensible à l’hygrométrie, une forte humidité ainsi qu’un temps sec et aride sont défavorables à la libération du pollen. et 18°c. La germination est optimale pour des températures entre 21 et 24°c. En eau : Les besoins en eau sont importants durant les phases de végétation et floraison. Les besoins globaux varient de 400 mm à 600 mm selon le climat 100 à 140 jours) En lumière : Une luminosité insuffisante pendant la végétation a une influence défavorable sur le rendement et la précocité. b). • dunaires). • • Bonne tolérance à la salinité PH de 4.5 à 8.2 avec un optimum entre 6.5 et 6.8. V-4. Etude climatique : Les besoins en eau dépendent en partie de l’environnement de la plante. L’influence du facteur climatique essentiel (rayonnement) est intégrée dans le calcul de l’évapotranspiration potentielle (ETP) ou plus précisément l’évapotranspiration maximale (ETM, c’est à dire les besoins réels de la tomate). On considère une année de données de rayonnement global extérieur Rg (2005).On suppose un taux de transmission de la couverture de polyéthylène (PE) de l’ordre de 80 %. En sol : La tomate s’adopte à une large gamme de sols (sols argileux – sables (cycle de 37 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte A l’aide de la formule de De Villèle : ETPs = (0.67 Rg s/L)- 0.2 où ETPs :évapotranspiration potentielle sous serre Rgs : rayonnement global solaire pénétrant dans la serre en cal/cm2/jour L = 60 cal/cm2/mm d’évaporation, ce terme correspond à la chaleur latente de vaporisation de 0.1g d’eau . 0.67 et 0.20 coefficients expérimentaux de corrélation Les résultats de calcul sont consignés dans le tableau suivant : Tableau : Calcul de l’ETM décadaire pour la culture de tomate sous serre. mois février décades 1ere décade 2eme décade 3eme décade Etps 29.08 34.26 19.57 25.07 22.98 34.22 32.50 43.44 34.94 43.28 45.56 39.01 41.25 45.27 44.87 38 Kc 0.5 0.5 0.5 1 1 1 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 ETM décadaire 14.54 17.13 9.79 25.07 22.98 34.22 26.00 34.75 27.95 34.62 36.45 31.21 33.00 36.22 35.89 Total mensuel 41.46 mars 1ere décade 2eme décade 3eme décade 82.28 Avril 1ere décade 2eme décade 3eme décade 88.70 Mai 1ere décade 2eme décade 3 eme ere 102.28 décade Juin 1 décade 2eme décade 3eme décade 105.11 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Au vu des résultats, les besoins en eau de la tomate en période de pointe sont de l’ordre de 3.5 mm/jour. IV-5. Etude technique : compte tenu des contraintes agronomiques et pédologiques, on choisit des goutteurs de faible débit soit 1.5l/h, pour un sol limoneux sableux à texture moyenne, la section arrosée par un goutteur est de 0.28m2 , soit un rayon d’humectation de 0.3m, donc on adopte une distance inter plantes de 0.5m. pour déterminer le nombre de goutteurs dans une serre, on utilise la formule suivante : Ng = N r∗L l L : étant la longueur de la rampe. Nr : représente le nombre des rampes dans une serre l : représente l’espacement entre les goutteurs Ng = 50*7/0.5 =700 goutteurs. Comme la surface n’est pas entièrement humectée, on détermine le coefficient de réduction K : K= S g∗N g S Sg : représente la superficie humectée par un goutteur Ng : représente le nombre des goutteurs dans une serre S : représente la superficie de la serre K = 0.28*700/400 = 49% 39 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte IV-5-1. Dose pratique d’arrosage : En irrigation goutte à goutte, la dose pratique définie en hauteur d’eau équivalente est exprimée en millimètre. C’est la quantité d’eau susceptible de subvenir aux besoins de la plante entre deux arrosages successifs. La superficie humectée, fonction du type du goutteur et de leur écartement représente une fraction de la surface totale. La dose d’arrosage est ainsi réduite dans la même proportion et tient compte de la bande du sol à humidifier. La dose pratique est donnée par :(CH.Ollier et M.Poiree-1986 page 462). 2 D p = 3 H e − H f × H × K He : étant la capacité de rétention du sol égale à 19.35% Hf : étant l’humidité au point de flétrissement égale à 10.45% H = 1 mètre est la profondeur du sol explorée par les racines de la tomate.(CH.Ollier et M.Poiree-page 261). K : coefficient de réduction de la surface à irriguer due au fait que la surface de la serre n’est pas entièrement humidifiée. Dp = 2/3(0.1935-0.1045)0.49 = 29mm IV-5-2. Dose nette d’arrosage : La dose nette, quantité d’eau effectivement consommée par les plantes, n’est qu’une fraction de la dose pratique. Elle dépendra du coefficient d’uniformité (Cu) et de l’efficience d’irrigation (Ei) qui est égale à 90%. Le coefficient d’uniformité traduit l’homogénéité texturale du sol. Lorsque celui ci diminue le sol devient de plus en plus uniforme. Ainsi le coefficient d’uniformité proche de 1 est caractéristique d’un sol monodispersé. Le sol considéré présente un coefficient d’uniformité de 85%. 40 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte La dose nette d’arrosage est donnée par la formule suivante : Dn = D p ∗C u ∗Ei Dn = 29 * 0.85 *0.9 = 22mm IV-5-3. La fréquence d’arrosage : La fréquence d’arrosage ou l’espacement des arrosages est l’intervalle en jours qui s’écoule entre deux arrosages. La fréquence de retour T des arrosages sera fonction d’une part des besoins quotidiens qu’il faut satisfaire, et d’autre part de la dose nette d’arrosage. T = Dose nette d’arrosage/ besoin de pointe T = 22/3.5 = 6.28 jours IV-5-4. Débit en tête du réseau : Dans l’hypothèse d’une exploitation ininterrompue du réseau, le débit serait : 10∗ETM ∗S Q= Ei ∗T S : représente la surface en hectare ETM : représente les besoins journaliers en millimètre par jour Ei : représente l’efficience d’irrigation égale à 0.9 T : représente la durée d’irrigation en heures par jour Q = (10*3.5*1)/(0.9*24) = 1.62 m3/h 41 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Dans le cas d’une exploitation fractionnée d’environ 10h/j le débit devient : Q = 1.62*24/10 = 3.88 m3/h Le débit d’une serre est donnée par : Qs = Ng * qg Ng = nombre de goutteurs dans une serre qg représente le débit d’un goutteur Qs = 700*1.5 =1050 l/h/serre Qs = 1.05 m3/h/serre Le nombre de serre à irriguer est donc : Ns = Q/ Qs Ns = 3.88/1.05 = 3 serres Le nombre de poste à irriguer est : Np = nombre total de serres/ nombre de serres à irriguer Np = 24/3 =8 postes Chaque poste se répartit en trois serres Durée d’irrigation effective d’un poste : Les besoins en eau d’une serre en période de pointe sont : B = 3.5/24 = 1.45m3/jour/serre Puisque un poste est réparti en trois serres donc on aura : B = 1.45*3= 4.35 m3/jour/poste On calcul le débit d’un poste en connaissant le débit d’une serre Qp=1.05*3 = 3.15 m3/heure La durée d’irrigation d’un poste est T =B/Qp = 4.35/3.15 = 1.38 heure/jour /poste 42 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Dt = 1.38*8 = 11 heures/jour . IV-6. Calcul du réseau : Consiste à considérer les caractéristiques physiques des conduites (principales, porte rampe, rampes) et des goutteurs en évaluant les pertes de charges dans l’ensemble du réseau ainsi que la hauteur géométrique et ce afin de choisir un système de pompage adéquat (puissance de la pompe) pour une alimentation satisfaisante du réseau. Les données de calcul sont soit réalistes soit fictives, les données réalistes concernent les caractéristiques des conduites en PVC habituellement disponibles sur le marché. La perte de charge est donnée par la loi de Darcy H =λ t L.v D.2g 2 avec V =π. d 4Q 2 et R =Vγ.d e λt = coefficient de perte de charge par frottement L = longueur D = diamètre intérieur V = vitesse moyenne de l’eau dans la conduite g= accélération de la pesanteur γ =1.15 .10-6 m2.s-1 λ = 0.3164 R t 4 e IV-6-1. Conduite principale : Φ = 90mm/110m L = 140m Q = 1.2 l/s V = 0.19m/s Re = 14869 λt = 0.0286 43 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte H conduite principale = 0.085m*0.37 (coefficient de réduction) = 0.0306m IV-6-2. Conduite secondaire : L = 5m Q =1L/s Φ = 32mm V = 1.24m/s λt = 0.0232 Re = 34505.3 H conduite secondaire = 0.284*0.37 = 0.105m Pour les 24 serres : 0.105*24 = 2.52 m IV-6-3. Porte rampes : L = 7m Φ = 32mm Q = 1.5l/s V= 4Q π.d 2 =1.86m/s Re = 51756 λt = 0.0209 H porte rampes = 0.8m * 0.37 = 0.296 Pour 24 serres : H porte rampes = 0.296*24 =7.1 m IV-6-4. Rampes : H =10.29 LQ 2 2 5.23 KD formule de Maning Strichler K = coef du rugosité = 150 pour les tuyaux en PVC L = 49 m Q = 1.39/heures*100 goutteurs =139 L/heure Diamètre = 16mm H rampes = 0.13m* 0.37 = 0.048 44 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Pour une serre H rampes = 0.048*7 = 0.336m Pour les 24 serres = 0.336*24 = 8.06m Perte de charge totale dans le réseau Ht =0.0306+2.52+7.1+8.06 =17.71 m En estimant à 10%les charges singulières Ht = 17.71m+1.77m = 19.5 m pertes de charge totale IV-7. Caractéristiques de la station de pompage : IV-7-1. Capacité de pompage : C’est la combinaison du débit et de la pression nécessaire à une groupe de pompage pour alimenter de façon satisfaisante le réseau d’irrigation. La première étape pour calculer cette capacité est de considérer le débit évalué dans la première partie de l’étude. La deuxième étape consiste à déterminer la hauteur manométrique totale à laquelle ce débit doit être porté. Cette hauteur comprend : • • • • La pression de service P La perte de charge due aux frottements dans l’ensemble du réseau Les pertes de charges singulières dues aux accessoires (raccords) estimées en La hauteur géométrique HG qui est la différence de niveau entre la ressource moyenne entre 10% et 15% des pertes charges. en eau et le terrain. IV-7-2. Choix de la pompe : La source d’eau à partir de laquelle s’effectue l’irrigation est un puit de 100 m de profondeur que l’on se propose d’équiper d’une moto-pompe immergée. La motopompe devra assurer un débit de 1.2 l/s soit 4.32m3. 45 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte IV-7-3. Calcul de la hauteur manométrique totale : Pour évaluer la puissance de la pompe, on détermine la hauteur manométrique total (HMT) à laquelle doit être porté le débit Q = 1.2l/s Calculé précédemment. Pour déterminer la HMT, on doit connaître : • • • Pression de service La perte de charge due aux frottements dans l’ensemble du réseau La hauteur géométrique HG : dénivellation entre la source d’eau et le terrain à irriguer. La hauteur géométrique HG comprend la hauteur d’aspiration HGA et la hauteur de refoulement HGR. • 95)=105m HG = 105 m Q = 0.066 m Débit =1.2 l/s Perte de charge dans la conduite de refoulement à l’intérieur du puit de diamètre 66/76mm. Pour calculer la perte de charge, on applique la méthode de Colebrook : E : rugosité égale à 0.15 E/D = 0.15/66 =0.0023 : Rugosité relative v : viscosité cinématique égale 1.15*10-6 (eau à 15°) V =Q/S =(4Q)/(3.14*D2)=(4*0.012)/[3.14*(0.066)2]= 0.35m/s Re = (0.35*0.066)/(1015*10-6) = 20085.9 .3164 λ = 4 020086.9 =0.0265m t Comme la pompe est immergée HGA = 0, d’où HG = HGR =100m. La parcelle à irriguer est à la côte 95m, la hauteur géométrique totale est : 100+(100- 46 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte 2 H 1=λ t× 1 L×V = 0.0265*100*(0.35)2/(0.066*2*9.8) D×2g H =0.25m Calcul de la perte de charge dans la conduite de refoulement à la station en tête de longueur L = 200m et de diamètre D = 80/90 mm. V = 4*Q/(3.14*D2) = 0.012*4/[3.14*(0.080)2] = 0.238 m/s V = 0.238 m/s R =V ×D = 0.238*0.08/1.15*10-6 v e On détermine le nombre de Reynolds : Re = 16556 V représente la viscosité cinématique de l’eau On détermine le coefficient de perte de charge : λ = 0.3164 = 0.3164/(16556)0.25 = 0.0278m Re t 4 L*V 2 H 2=λ t* D*2g = 0.0278*200*(0.238) /0.08*2*9.8 = 0.197m 2 H2=0.197m D’où la perte de charge totale est : DH = H1+H2 = 0.25+0.197 = 0.44m DH = 0.44m En tenant compte des pertes de charges dues aux accessoires, la perte de charge totale devient : DH = DH+15%*DH = 0.44+0.15*0.44 = 0.506m La hauteur manométrique totale devient donc : HMT = HT+HG+P =19.5+105+0.506+10 = 135m 47 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte IV-7-4. Calcul de la puissance de la pompe: P= Q*HMT *g R Q : C’est le débit de la pompe égale à 1.2l/s soit 12.10-4 m3/s HMT : Hauteur manométrique totale égale à 135m g : Accélération de la pesanteur égale à 9.8m/s2 R : Rendement de la pompe égale à 60% P = 12.10-4*117.4*9.8/0.60 P =2.649 Kw 1Ch = 0.736 Kw p =3.6 Ch. Ainsi, une alimentation en eau satisfaisante du réseau nécessite une pompe de puissance P = 3.6 Ch. Comme les différents postes à irriguer sont similaires (mêmes pressions), il est recommandé l’usage d’une pompe centrifuge à vitesse constante. 48 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Conclusion : Les faibles potentialités hydriques et par suite la rareté de l’eau font que l’irrigation goutte à goutte est pratiquement le meilleur moyen d’économie et de valorisation de l’eau destinée à l’irrigation. Cependant, cette économie d’eau n’est réalisable qu’à la condition préalable d’une bonne maîtrise des paramètres de l’irrigation. C’est, entre autres, l’un des objectifs assignés à notre étude. En effet, cette maîtrise passe par l’optimisation des paramètres du réseau. Une fois le réseau optimisé, sa mise en service nécessite : La formation du personnel d’exploitation Un entretien permanent. La surveillance de la qualité de l’eau. L’observation de façon continue de l’état des infrastructures et du matériel. La planification des opérations sur le réseau (nettoyage des filtres, débouchage des goutteurs, etc.…). Dans ces conditions d’exploitation, ce système d’irrigation permet une amélioration des rendements, une disponibilité permanente des produits, une extension des surfaces à irriguer et une économie substantielle des ressources hydriques mobilisables. 49 Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte Références bibliographiques 1- KESSIRA Mohamed, Ingénieur d’état en Génie Rural Conception d’un projet d’irrigation. 2- Charles OLLIER et Maurice POIREE Irrigation Les réseaux d’irrigation Théorie, techniques et économie des arrosages. 3- Leopard RIEUL, Pierre RUELLE Guide pratique d’irrigation. 3eme édition. Ouvrage collectif élaboré par le Cemagref, et les organismes de recherches et de développement. 4- Groupe des entreprises Hasnaoui SARL SODEA Direction des études et des réalisations Cours d’Hydraulique Agricole Ingénieurs de proximité L’irrigation localisée ou Micro irrigation. Décembre 2004. 5- Pierre Emile Van Laere Mémento de l’irrigation Collection « Manuels techniques », http// : www.isf.iai.be. 6- Bou Bekeur Youcef, dimensionnement d’un réseau d’irrigation localisée pour l’arrosage de 1 ha de culture maraîchère sous serres, à partir du forage Sidi Senouci 2. Sidi Abdelli Tlemcen, 1987-1988, mémoire de fin d’étude. 7- M. Abdel-Krim Abakar.B. Besoins en eau des cultures Dimensionnement d’un réseau d’irrigation goutte à goutte . Mémoire de fin d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur d’application de la météorologie. I.H.F.R. 1992-1996. 50