Deviner la quantité d’eau à utiliser est l’un des coûts cachés les plus importants de l’agriculture. Trop d’eau crée un ruissellement, emporte les nutriments et gaspille de l’énergie. Trop peu d’eau stresse les cultures et réduit les rendements. C'est une question de précision.
Le calcul scientifique de l’eau d’irrigation vous offre une méthode claire pour déterminer exactement la quantité d’eau dont vos cultures ont besoin et quand elles en ont besoin. Cela constitue la base d’une gestion agricole intelligente. Ce guide vous guide tout au long du processus.
Comprendre les principes fondamentaux
Pour calculer avec précision l’eau d’irrigation, vous devez d’abord comprendre ce qui détermine la demande en eau dans les exploitations agricoles. Cette connaissance explique le « pourquoi » derrière les mathématiques.
1.1 Définir les besoins en eau
○ Les besoins en eau des cultures (CWR) correspondent à l'eau totale dont une culture a besoin, de la plantation à la récolte, dans des conditions de croissance parfaites.
○ Les besoins en eau d'irrigation (IWR) sont différents. Il s'agit de la part de CWR que vous devez fournir par irrigation. Cela équivaut au CWR moins l’eau provenant d’autres sources comme les précipitations et l’humidité stockée du sol.
1.2 Le modèle de bilan hydrique
Imaginez votre champ comme un compte bancaire. Le modèle de bilan hydrique suit chaque goutte comme un grand livre. Le principe est simple : ce qui entre doit être égal à ce qui sort plus toute modification du stockage.
☆ Entrées (Irrigation + Précipitations)=Sorties (Évapotranspiration + Ruissellement + Percolation profonde) + Modification du stockage de l'eau du sol
Votre objectif est de gérer l'entrée "Irrigation". Cela maintient le « changement dans le stockage de l'eau du sol » au niveau optimal pour des cultures saines.
1.3 Déconstruire les composants clés
Plusieurs variables clés déterminent cette équation du bilan hydrique. Les comprendre est essentiel pour des calculs précis.
○ L'évapotranspiration potentielle (ET₀) est votre point de départ. Il montre le taux maximal de perte d'eau dans l'atmosphère à partir d'une surface d'herbe standard-bien arrosée. La météo détermine cette mesure à travers le rayonnement solaire, la température, le vent et l’humidité.
○ Le coefficient de culture (Kc) ajuste ET₀ pour votre culture spécifique. Un jeune plant de maïs utilise moins d’eau qu’un plant adulte. Le facteur Kc reflète ce changement. Cela varie tout au long des étapes de croissance de la culture : initiale, développement, mi--saison et fin-saison.
○ Les précipitations effectives (Pe) sont la part des précipitations totales qui aide réellement la culture. C'est de la pluie qui pénètre dans le sol et reste dans la zone racinaire. Une averse courte et forte peut provoquer un ruissellement important. Sa pluviométrie effective est bien inférieure à la quantité totale mesurée.
Maîtriser la formule de base
Maintenant que vous comprenez les principes, vous pouvez les intégrer dans une équation pratique. C’est votre principal outil de calcul des besoins en irrigation.
2.1 Phase de conception : estimation basée sur le « pire scénario »
2.1.1 Calcul de la consommation d’eau d’irrigation pendant la phase de conception
Dans la phase de conception et de planification, le calcul de la consommation d'eau d'irrigation est basé sur des facteurs tels que la méthode d'irrigation la plus défavorable sur le site du projet, la consommation d'eau maximale pendant la période de croissance des cultures et les conditions météorologiques les plus défavorables (en supposant qu'il n'y ait pas de pluie pendant une période prolongée, c'est-à-dire des précipitations=0). Premièrement, il est nécessaire de déterminer la saison de croissance de la culture et la demande maximale d'irrigation pendant sa période de croissance. Les conditions climatiques les plus défavorables sont la demande en eau des cultures pendant l'été. Lors d’une rotation de plusieurs cultures, la culture ayant la demande en eau la plus élevée en été doit être sélectionnée pour les calculs de consommation d’eau. Enfin, sur la base des paramètres de conception du système d'irrigation, tels que la méthode d'irrigation, l'efficacité de l'irrigation, etc., la consommation d'eau d'irrigation est calculée.
Lors de la phase de planification et de conception, la période pendant laquelle la culture pousse doit être choisie comme base de conception. Le bon choix est d'utiliser la demande en eau de la culture pendant la période de croissance avec la consommation d'eau la plus élevée comme demande en eau conçue pour la culture.
2.1.2 Tableau de référence et base de détermination de l'intensité de consommation d'eau de conception (ETc)
La norme de conception technique de micro-irrigation GB/T 50485-2020 "Normes techniques pour l'ingénierie de micro-irrigation" fournit directement la consommation d'eau de conception pour les cultures, comme indiqué dans le tableau 1 : Intensité de consommation d'eau de conception (mm/j). La demande en eau conçue pour la culture est uniquement utilisée pour calculer la conception du cycle d'irrigation.
|
Cultures |
Irrigation goutte à goutte |
Micro-irrigation par aspersion |
Cultures |
Irrigation goutte à goutte |
Micro-irrigation par aspersion |
|
Raisins, arbres, melons |
3-7 |
4-8 |
Légumes (plein champ) |
4-7 |
5-8 |
|
Céréales, Coton, Plantes oléagineuses |
4-7 |
\ |
Herbes de saison fraîche- |
\ |
5-8 |
|
Légumes (Zones Protégées) |
2-4 |
\ |
Graminées de saison-chaude |
\ |
3-5 |
En effet, pour les cultures correspondant à un mode d’irrigation particulier, il n’est pas nécessaire de considérer de manière excessive la période de croissance et les variations climatiques. Ces exigences peuvent être impossibles à satisfaire lors de la phase de conception. L'utilisation conventionnelle de l'eau d'irrigation, qui fait référence à la quantité d'eau utilisée lors d'un seul événement d'irrigation, est appelée quota d'irrigation (le quota d'irrigation fait référence à la profondeur d'eau appliquée au cours d'une seule irrigation ou à la quantité d'eau appliquée par unité de surface au cours d'une seule irrigation).
2.1.3 Quota d’irrigation de conception et quantité maximale d’irrigation par événement
Quantité maximale d'irrigation par événement :
Où:
max′- la limite supérieure de la teneur en humidité appropriée du sol (en %), calculée par rapport au volume ;
min′- la limite inférieure de la teneur en humidité appropriée du sol (en %), calculée par rapport au volume ;
η- le coefficient d'utilisation de l'eau d'irrigation. Différentes méthodes d'irrigation ont des valeurs différentes pour ce coefficient. Généralement, pour l'irrigation goutte à goutte : η=0.9 ; pour l'irrigation par aspersion : η=0.85.
max′=95 % de la capacité du champ, min′=70 % de la capacité du champ.
2.1.4 Méthode de calcul standard pour la conception du cycle d'irrigation
Dans la phase de conception, le cycle d'irrigation peut être calculé selon la norme technique d'irrigation par aspersion GB/T 50085-2007, formule 4.3.4. Le cycle d'irrigation et le nombre d'irrigations doivent être déterminés sur la base de données expérimentales locales. En l’absence de données expérimentales, le nombre d’irrigations peut être déterminé sur la base de l’année représentative de conception et du régime d’irrigation formulé selon le principe du bilan hydrique. Le cycle d'irrigation peut être calculé comme suit :
Où:
○ T - cycle d'irrigation de conception, la valeur calculée est un nombre entier (jours) ;
○ ETa- intensité de consommation d'eau de conception de culture, sélectionnée dans le tableau ou prise comme valeur moyenne de la période de pointe d'irrigation pour l'année représentative de conception (mm/j) ;
○ md- quota d'irrigation de conception (mm).
Formule courante de calcul de la consommation d’eau d’irrigation :
je=ETc + W−P
Où:
○ I - consommation d'eau d'irrigation, en mm ;
○ ETc - intensité de consommation d'eau de conception, en mm/j ;
○ P - précipitations, en mm ;
○ W - déficit d'humidité du sol, en mm. Cette formule est couramment utilisée pour calculer la consommation d’eau d’irrigation pendant la phase de conception du système d’irrigation. L'idée est que la consommation d'eau d'irrigation doit répondre à la consommation d'eau de la culture.
2.2 Phase d'exploitation : calcul précis basé sur les "conditions quotidiennes réelles"
Pendant la phase d'exploitation et de gestion, le calcul de la consommation d'eau d'irrigation est basé sur la demande quotidienne réelle d'irrigation et les conditions d'approvisionnement en eau du système d'irrigation. Avant le démarrage du système d'irrigation (avant l'irrigation), la demande d'irrigation doit être déterminée en fonction du stade de croissance de la culture, des conditions météorologiques, etc. Ensuite, sur la base de la teneur actuelle en humidité du sol et des précipitations nettes de la dernière irrigation à l'irrigation actuelle, la quantité d'irrigation nécessaire pour reconstituer l'eau perdue par la culture de la dernière irrigation à cette irrigation est calculée. L'eau stockée dans le sol doit également être prise en compte, c'est-à-dire le cycle d'irrigation prévu. La valeur calculée est :
○ Utilisation de l'eau d'irrigation=Consommation d'eau des cultures - (précipitations nettes + eau disponible dans le sol).
○ Eau disponible du sol=Capacité du champ - Teneur actuelle en humidité du sol.
Lorsque le cycle d’irrigation n’est pas pris en compte, le calcul devient :
○ Utilisation de l'eau d'irrigation=Consommation d'eau des cultures - Précipitations nettes.
2.3 Besoin Net d'Irrigation (NIR)
La formule du besoin net d’irrigation (NIR) calcule la quantité d’eau que vous devez appliquer pour répondre aux besoins des cultures. Il tient compte des précipitations et des pertes du système.
La formule principale est :
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
Ici, ETc représente l'évapotranspiration des cultures, Pe représente les précipitations effectives et Ea représente l'efficacité d'application de votre système d'irrigation.
Décomposons chaque variable afin que vous sachiez exactement comment la trouver ou la calculer.
⒈ ETc (Crop Evapotranspiration) : Cela montre la consommation spécifique d'eau de votre culture. Calculez-le avec : ETc=ET₀ * Kc. Les valeurs Kc pour diverses cultures et stades de croissance sont disponibles auprès de sources telles que l'Organisation pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) ou des recherches universitaires.
⒉ Pe (Précipitations Efficaces) : L'estimation des précipitations efficaces peut être simple ou complexe. Une méthode courante suppose que Pe est un pourcentage des précipitations totales, souvent 70-80 %, en fonction du type de sol et de l'intensité de la tempête. Des calculs plus précis, comme la méthode USDA-SCS, utilisent la capacité de rétention d'eau du sol et les données de précipitations quotidiennes pour une meilleure précision.
⒊ Ea (Application Efficiency) : Ce facteur crucial est souvent négligé. Il indique le pourcentage d'eau qui atteint réellement la zone racinaire de la culture à partir de votre système d'irrigation. Aucun système n’est efficace à 100 %. Les pertes sont dues au vent, à l'évaporation et au ruissellement. Nous explorerons cela en détail plus tard.
2.4 Surveillance du processus
Pendant le processus d'irrigation, il est nécessaire de surveiller la teneur en humidité du sol et les conditions de croissance des cultures, en ajustant la quantité d'irrigation en temps opportun pour garantir que les cultures reçoivent suffisamment d'eau. De plus, la durée d'irrigation ou le volume d'eau doivent être calculés et ajustés quotidiennement en fonction des conditions réelles pour obtenir des résultats d'irrigation optimaux.
En conclusion, comprendre et calculer avec précision la consommation d’eau d’irrigation est crucial dans la conception et la gestion opérationnelle des systèmes d’irrigation.
Choisir votre système
Le système d’irrigation que vous utilisez affecte considérablement votre calcul d’eau. Ceci est capturé par la variable Application Efficiency (Ea) dans notre formule de base.
3.1 Rôle de l'efficacité des applications
L'efficacité d'application (Ea) est le pourcentage d'eau stockée avec succès dans la zone racinaire de la culture, prête à être absorbée. L'eau restante est perdue par évaporation, dérive du vent, ruissellement ou percolation profonde sous les racines.
Un système avec un faible Ea de 50 % vous oblige à appliquer le double de l'eau dont votre culture a réellement besoin. Un système avec un Ea élevé de 95 % élimine presque ces déchets. Cela réduit directement les coûts de pompage et la consommation d’eau.
3.2 Comparaison des efficacités des systèmes
Comprendre l'efficacité typique des différents systèmes est essentiel pour choisir la valeur Ea correcte pour vos calculs. Cela aide également lors des investissements stratégiques dans de nouveaux équipements.
|
Méthode d'irrigation |
Ea typique (%) |
Principales causes de perte |
Idéal pour |
|
Inondation / Sillon |
40 - 60% |
Évaporation superficielle élevée, ruissellement, percolation profonde inégale. |
Champs plats,-zones riches en eau, cultures spécifiques-tolérantes au sel. |
|
Pivot central/arroseur |
75 - 85% |
Évaporation des pulvérisations, dérive du vent, interception du couvert forestier. |
Champs vastes et uniformes pour les céréales, les fourrages et les légumes. |
|
Goutte à goutte/micro-irrigation |
90 - 95%+ |
Minimal. Une certaine évaporation superficielle des zones humides. |
Cultures en lignes-de grande valeur, vergers, vignobles, zones-à faible consommation d'eau. |
3.3 Le cas de l’irrigation goutte à goutte
Les données montrent clairement que l’irrigation goutte à goutte offre le plus grand potentiel d’utilisation efficace de l’eau pour l’irrigation. Son Ea élevé réduit directement l’eau totale nécessaire dans le calcul des besoins nets d’irrigation.
Les systèmes goutte à goutte fournissent l’eau lentement et directement à la zone racinaire. Cela minimise les pertes par évaporation et par le vent. Cette méthode réduit également la croissance des mauvaises herbes entre les rangées et permet une « fertigation » très efficace - en appliquant des nutriments via l'eau d'irrigation.
Pour ceux qui cherchent à optimiser l’efficacité de leurs applications, il est essentiel d’investir dans des équipements de qualité. Des produits fiables, comme le bandes goutte à goutte disponibles auprès de fabricants spécialisés, assurent une distribution d'eau constante et une durabilité. Cela contribue directement à une plus grande efficacité d’utilisation de l’eau et à de meilleurs résultats de récolte.
Ajustements dynamiques avancés
Les calculs statiques et saisonniers fournissent une base de référence solide. Cependant, pour atteindre une efficacité maximale d'utilisation de l'eau agricole, vous devez aller au-delà des moyennes et utiliser des données en temps réel-pour une gestion dynamique de l'irrigation.
4.1 Écouter votre sol
Les capteurs d'humidité du sol constituent votre ligne de communication directe avec la zone racinaire de la culture. Ils répondent à des questions cruciales : « Quand dois-je irriguer ? et "Combien d'eau reste-t-il dans le sol ?"
Ces outils fournissent des mesures directes sur le terrain-de la teneur en eau du sol. Cela élimine les incertitudes liées à la planification. Les types courants comprennent les tensiomètres, qui mesurent la tension de l'eau du sol, et les sondes électroniques (TDR, capacité), qui mesurent la teneur volumétrique en eau.
Placez des capteurs à différentes profondeurs dans la zone racinaire pour établir des déclencheurs d'irrigation. Par exemple, une stratégie courante consiste à irriguer lorsque l'humidité du sol tombe à 50 % de l'eau disponible pour les plantes-. Cela évite tout stress sur la culture.
4.2 Intégration des données météorologiques
Au lieu d'utiliser des moyennes mensuelles historiques pour ET₀, un système véritablement intelligent utilise des données météorologiques en-temps réel.
Les stations météorologiques modernes fournissent des valeurs ET₀ quotidiennes ou même horaires. Ceux-ci peuvent se trouver dans une-exploitation agricole ou faire partie d'un réseau régional. L'intégration de ces données en direct dans vos calculs permet des ajustements immédiats de votre programme d'irrigation.
Cette pratique évite un arrosage excessif avant une tempête de pluie prévue. À l’inverse, cela garantit que vous appliquez suffisamment d’eau pour traverser une vague de chaleur inattendue. Il-ajuste votre application d'eau pour qu'elle corresponde aux conditions réelles d'un jour donné.
4.3 Comptabilisation des pertes d'eau
Un calcul véritablement avancé va au-delà des seuls besoins des cultures. Cela tient compte d’autres applications et pertes d’eau nécessaires. Ce niveau de détail est rarement abordé dans les guides de base.
Un facteur clé est l’exigence de lixiviation (LR). Dans les zones où le sol ou l'eau sont salins, un supplément d'eau doit être appliqué pour éliminer les sels accumulés sous la zone racinaire. Ignorer cela peut conduire à une accumulation de sels toxiques et à une réduction importante du rendement au fil du temps.
Vous devez également vous efforcer de minimiser et de prendre en compte les pertes dues au ruissellement et à la percolation profonde. Des techniques telles que « l’irrigation pulsée » peuvent réduire considérablement le ruissellement sur les sols en pente ou serrés. Cela applique de l’eau par courtes rafales pour permettre l’absorption du sol. Il est essentiel de faire correspondre le taux d'application de votre système au taux d'infiltration du sol. Cela empêche l’eau de dépasser la zone racinaire avant que la culture puisse l’utiliser.
Conclusion
L’époque de l’irrigation selon le calendrier ou selon le toucher du sol est révolue. La voie vers une exploitation agricole plus rentable, résiliente et durable est pavée de données. La conservation de l'eau dans l'agriculture grâce à cette approche rapporte des dividendes constants sous la forme d'économies d'eau, d'énergie et de rendements agricoles plus élevés et plus fiables.