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coursdemicroirrigation2003 140316043003 phpapp02 (1) .pdf



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E. 1. E. R.

COURS DE
MICRO-IRRIGATION

Mars 2003

M. L. COMPAORE

E. 1. E. R.

II

Il

COURS DE

MICRO-IRRIGATION

11

TABLE DES MATIERES
AVANT PROPOS
CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LA MICRO-IRRIGATION
1 Définitions et concepts
1 1 -Définitions
1 2 - Concepts
1 2 1 - Méthodes d'application de l'eau
1 2 2 - Processus d'humidification du sol
2 Historique et développement de la micro-irrigation
2 1 - Historique
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

Pages
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CHAPITRE 2 : APPLICATION DES TECHNIQUES DE MICROIRRIGATION
1 . Principales techniques de micro-irrigation
1 . 1 , Système d'arrosage par ligne dit système Bas-Rhône
1.2. Système d'irrigation par mini-diffuseurs
1.3. Système goutte à goutte
1.4. Système à rampes poreuses
2. Conditions d'emploi des techniques de micro-irrigation
2.1. Conditions climatiques
2.2. Caractéristiques du sol
2.3. Topographie
2.4. Le débit d'eau
2.5. La qualité de l'eau
2.5.1. Effets de la qualité de l'eau sur le fonctionnement du réseau : risques
d'obstruction
2.5.2. Nature et qualité des ressources en eau
2.5.3. La température de l'eau
2.5.4. Risques de salinisation du sol
2.6. La configuration de la parcelle
2.7. La culture
2.8. Conclusion

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20
20

CHAPlTRE 3 CONSTlTUTlON D'UN RESEAU DE MICRORRIGATION
1 Structure générale d'un réseau de micro-irrigation
2, Matériels d'un réseau de micro-irrigation
2.1. L'unité de tête
2.2. Le dispositif de fertilisation en micro-irrigation
2.2.1. La fertigation localisée
2.2.2. Le matériel d'injection
2.2.3. La solution nutritive

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7
7
8
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10
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11
11
14
14
15

'

...

111

2 3 Le dispositif de filtration
2.3.1. Le poste de filtration
2.3.2. Les types de filtres
2.4 - Les canalisations
2.4.1 - Le réseau de conduites principales
2 4.2 - Le réseau de porte - rampes
2 4 3 - Les rampes
2.5 - Les distributeurs ou émetteurs d'eau
2.5.1 - Généralités
2.5.2 - Les goutteurs

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45
45
45
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47
47

CHAPITRE 4 . CARACTERISTIQUES DES DISTRIBUTEURS
1 - Généralités
2 - régime d'écoulement et débit
2.1 - Nombre de REYNOLDS
2.2 - Pertes de charge et débits
2.2.1 - Goutteurs de type "orifice" à sortie unique
2.2.2 - Goutteurs à sorties multiples
2.2.3 - Goutteurs à sortie unique à long cheminement
2.2.4 - Goutteurs auto-régulants à membrane
2.2.5 - Goutteurs à Vortex
2.3 - Loi débit - pression des distributeurs
2.3.1 - Cas général
2.3.2 -Cas des capillaires ou micro-tubes
2.3.3 - Cas des gaines perforées doubles
2.4 - Influence de la température sur les débits
3 - Caractéristiques technologiques
3.1 - Diamètre des orifices
3.2 - Coefficient de variation technologique ou de fabrication
4 - Uniformité de la distribution

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70
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76
76
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CHAPITRE 5 AUTOMATISATION
1 - Les types d'automatismes
1 1 - La micro-irrigation semi-automatique
1 2 - La micro-irrigation automatisée
1 3 - L'irrigation totalement asservie
2 - Matériels de base de l'automatisme
2 1 - Les vannes hydrauliques
2 2 - Les vannes volumétriques (BERMAD, DALIA)
2 3 - Les vannes électriques
3 - Les types de commutations
3 1 - La commutation séquentielle
3 i 1 - Systeine a commande hydraulique
3 1 2 - Système à commande électrique
3 2 - La commutation non séquentielle
4 - Les programmateurs

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81
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85
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89

IV

CHAPITRE 6 : DONNEES DE BASE ET CALCUL D'UNPROJET DE
MICRO-IRRIGATION
1 - Données de base générales
2 - géométrie et topographie de la parcelle
3 - Besoins en eau des cultures
3.1 - Calcul de I'évapotranspiration
3.2 - Influence du taux de couverture du sol
3.3 - Besoins en eau journaliers moyens de la culture en micro-irrigation
ETMIOC
4 - Besoins en eau d'irrigation
4.1 - Définitions
4.2 - Rendement hydraulique global à la parcelle en micro-irrigation : Rp
4.3 - Relation entre les besoins en eau d'irrigation et les besoins en eau des
cultures
4.4 - Besoins en eau d'irrigation de pointe et besoins en eau d'irrigation réels
4.4.1 - Besoins d'irrigation de pointe
4.4.2 - Besoins d'irrigation réels
5 - Distribution de l'eau aux plantes
5.1 - Dose et fréquence d'arrosage
5.1.1 - Dose d'arrosage maximale nette
5.1.2 - Fréquence des arrosages : fNj
5.1.3 - Dose réelle : Dr
5.1.4 - Dose brute d'arrosage Dbmte
5.2 - Débit par distributeur ou par groupe de distributeurs (9) et durée de
fonctionnement (t) des distributeurs
5.3 - Débit de l'installation : Q
5.4 - Avantages et inconvénients de subdivision en postes
5.4.1 - Avantages
5.4.2 - Inconvénients
5.5 - Volume d'eau annuel

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92
92
92
92
94

'

,

CHAPITRE 7 CALCULS HYDRAULIQUES
1 - But et contenu de l'étude hydraulique
I 1- But de l'étude hydraulique
1 2 - Contenu de l'étude hydraulique
2 - Structure hydraulique générale d'un réseau de micro-irrigation
3 - Variation du débit d'un distributeur
4 - Dimensionnement des conduites principales et des portes-rampes
4 1- Formule de DARCY-WEISBACH
4 2- Formule de WILLIAMS - HAZEN
4 3 - Formule de GUYON-PERNES
4 4 - Remarques
5 5 - Calcul hydraulique d'une rampe en micro-irrigation
5 1 - Position du problème
5 2 - Méthode de calcul classique
5 3 - Méthode du débit uniformément réparti
5 3 1- Détermination de la perte de charge à partir de l'aval

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96
97
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98
98
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1O0
1O 0
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109
109
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117
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120
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12 1
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V

5.3.2 - Détermination de la perte de charge à partir de l’amont
5.4 - Répartition des pressions le long d’une rampe uniforme
5.4 - En terrain plat
5.4.2.En terrain à pente uniforme ou variée
5.5. Détermination de la distance x où la pression effective est minimale
5.6. Rampes télescopiques
5.6.1 Détermination de la perte de charge totale
5.6.2 Détermination de la distance x nécessaire au changement de diamètre
pour conserver une perte de charge AH
6. Disposition et calcul des porte-rampes
6.1 Disposition des porte-rampes
6.2. Calcul hydraulique du porte-rampes

127
128
128
129
130
13 1
13 1

CHAPITRE 8 MAINTENANCE DU RESEAU
1 Pathologies des réseaux de micro-irrigation
2 Entretien des réseaux de micro-irrigation
2 1 - Entretien des filtres
2 2 - Entretien des émetteurs d’eau
2 3 - Entretien des rampes et des porte-rampes
2 4 - Réparation des dégâts divers

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133
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133
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134

BIBLIOGRAPHIE

135

131
132
132
132

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.
Révolutionnaire, elle l'est en effet compte tenu du mode d'apport de l'eau qui ne
mouille pas toute la surface du champ, de la nature e t de la précision du matériel
d'arrosage utilisé, des hautes performances potentielles suscitées (économie
d'eau, augmentation des rendements, etc.).

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.
Son développement est relativement récent.

Elle exige de bonnes connaissances techniques pour son installation e t pour son
ex p Ioit a t io n.
Le présent cours s'attache à décrire les principes, les applications, le matériel,
les outils de calcul e t la maintenance des installations de micro-irrigation ou
d'irrigation localisée. I I permet au lecteur de faire son initiation à
l'environnement des systèmes de micro-irrigation ou d'irrigation localisée,
d'appréhender l'étude technique des projets.
Toutes les suggestions d'amélioration de son contenu sont bien venues.

M. L. COMPAORE

1

CHAPITRE 1

1

GENERALITES SUR LA MICRO-IRRIGATION

1

1. DEFINITIONS ET CONCEPTS
1.1

- Définitions
Il existe plusieurs termes :
- 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 ;

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 ;

- 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.
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.
1.2 - Concepts

La micro-irrigation regroupe un certain nombre de techniques d'arrosage relativement
récentes.
1.2.1 - Méthodes d'aDplication de l'eau

La micro-irrigation consiste à apporter l'eau au voisinage ou au pied des plantes.
directement à la surface du sol ou à l'intérieur du sol, avec de faibles débits (quelques litres à
quelques dizaines de litredheure : 2 à 150 l/h) et à intervalles rapprochés (morcellement de la
dose). Les doses appliquées sont très réduites, ce qui conduit à des fréquences élevées
(espacement entre les arrosages de l'ordre de 1 à 2 jours).
Dans certains cas, l'arrosage peut être quasi continu et en ce moment, le sol se
comporte plus comme un conducteur d'eau vers les racines qu'un réservoir.

L'eau est conduite à la plante grâce à un réseau dense de canalisations. Cette eau est
filtrée et éventuellement enrichie en fertilisants.

2

Seule une fraction de la surface est arrosée (zone explorée par les racines des plantes).
L'apport se fait sous forme de gouttes, de minces filets d'eau ou de mini-jets au travers des
dispositifs de distribution variés.
Les techniques de micro-irrigation combinent tout à fait harmonieusement l'efficience et
la qualité ; ce qui les hisse à l'heure actuelle à la pointe du progrès en irrigation.
1.2.2 - Processus d'humidification du sol

Sous la zone d'apport, généralement saturée, le transfert d'eau dans le sol se fait
essentiellement sous forme d'écoulement non saturé. L'eau dimise verticalement et latéralement
dans le sol sous l'effet conjugué des forces de gravité et de succion. Il en résulte un bulbe
d'humidification (fig. 1) de forme elliptique dont les dimensions dépendent fortement des
caractéristiques du sol, 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. Les faibles doses apportées
fréquemment maintiennent la zone humectée à une humidité élevée, proche de la capacité de
rétention. L'eau est donc facilement disponible pour les plantes, ce qui constitue un facteur
important d'accroissement des rendements. En outre, une partie de la surface reste sèche ce qui
favorise la poursuite des soins aux cultures.

t

ECARTEMEHT

EHTRE

RAMPES

GO UT1E U R

LlGHE DE COURAljT

COU?BE

I

l

i

I

L- L A R G E U R H U M I D I F I E E4

D'EGALE

HUMIDITE

PERCOLaTiOt-1

PROFOH
DE=

Fig. 1 : Schéma du bulbe d'humidification dans un sol grossier (a) et
dans sol fin (b) (Pénadille Y.)

2

Seule une fraction de la surface est arrosée (zone explorée par les racines des plantes).
L'apport se fait sous forme de gouttes, de minces filets d'eau ou de mini-jets au travers des
dispositifs de distribution variés.
Les techniques de micro-irrigation combinent tout à fait harmonieusement l'efficience et
la qualité ; ce qui les hisse à l'heure actuelle à la pointe du progrès en irrigation.
1.2.2 - Processus d'humidification du sol

Sous la zone d'apport, généralement saturée, le transfert d'eau dans le sol se fait
essentiellement sous forme d'écoulement non saturé. 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. 1) de forme elliptique dont les dimensions dépendent fortement des
caractéristiques du sol, 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. Les faibles doses apportées
fréquemment maintiennent la zone humectée à une humidité élevée, proche de la capacité de
rétention. L'eau est donc tàcilement disponible pour les plantes, ce qui constitue un facteur
important d'accroissement des rendements. En outre, une partie de la surtàce reste sèche ce qui
favorise la poursuite des soins aux cultures.
ECARTEMEUT

Fig L

EHTRE

RAMPES -

Schkma du bulbe d'humidification dans un sol qrossier ( a ) et
dans sol fin (b) (Penadille Y )

3

2. HISTORIQUE ET DEVELOPPEMENT DE LA MICRO-IRRIGATION
2.1

- 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.
Bien que de conception simple, la méthode de micro-irrigation ne pu se pratiquer à
grande échelle par manque de matériaux convenables et économiques (BUCKS, D. A. et
DAVIS, S., 1986). Un premier essai fut entrepris en Allemagne en 1860 combinant irrigation
et drainage avec un réseau comportant des drains en terre cuite non jointifs, en lignes espacées
de 5 m, posés à une profondeur de 0.80 in environ, recouverts d'un filtre de 0.30 à 0.50 in
d'épaisseur. Les réseaux de ce genre fonctionnèrent plus de 20 ans après leur mise en place.
Puis survint l'ère des tuyaux PVC perforés.
Après 1935, les essais se concentrèrent sur des tuyaux perforés réalisés en divers
matériaux, 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, J. et KARMELI, D.,
1975).
Des essais similaires eurent lieu en U.R.S.S. (1923) et en France, dans le but de trouver
une meilleure méthode du fonctionnement. Ils firent naître l'idée d'utiliser pour l'irrigation les
variations du plan d'eau de la nappe phréatique. C'est la "sub-irrigation" qui est pratiquée à
grande échelle aux U.S.A., en Hollande et en Angleterre. 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.
C'est le développement de l'utilisation des tuyaux en matière plastique qui détermina
l'évolution vers le goutte à goutte actuel bon marché, flexibles, faciles à perforer et à
raccorder, de tels tuyaux présentant de sérieux atouts. Deux inconvénients cependant : d'abord,
la petitesse des trous (env. O, 1 mm) entraînant leur obstruction, malgré une filtration poussée,
ensuite le manque d'uniformité des trous et leur changement dans le temps provoquaient des
différences de débit inacceptables, même sans bouchage. Malgré ces deux inconvénients, les
rendements accrus encouragèrent les recherches en vue de I'ainélioration de ce système. Au
lieu d'un simple trou percé dans la paroi du tuyau, divers appareils ou goutteurs furent placés
sur le tuyau.
Le goutte à goutte, tel qu'on le pratique aujourd'hui, apparut en Angleterre au début des
années 1940. On le mit au point dans les serres, pour pratiquer l'irrigation et la fertilisation
avec le même réseau. Les premiers goutteurs étaient des capillaires entourés autour de
cylindres. Leur longueur était assez importante pour augmenter le parcours de l'eau, tout en
demeurant peu encombrants. leur section de passage également, pour réduire les risques
d'obstruction.
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. A partir des années 1960, le goutte à
goutte devint un nouveau mode d'irrigation, utilisé dans les champs et vergers aussi bien que
dans les serres (Australie, Europe, Israël, Japon, Mexique, Afrique du Sud, U.S.A.).

2.2 - 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 : ,i’ziperficie.s irrigihs par micro-irrigation dam le mot ide ((XII,
1991)
Pays

Superficies (ha)

Japon

57 098

lnde

55 O00

France

50 953

Thaïlande

41 150

Maroc

Principales cultures

verger, vigne, cultures sous serre, légumes

verger

9 766
1

1

Autres pays

100 737

TOTAL

1 768 987

verger, vigne, cultures sous serre, légumes

Malgré les progrès enregistrés, les superficies irriguées sous micro-irrigation dans le
inonde restent relativement peu importantes. Elles atteignent actuellement environ 2 500 O00
ha, ce qui ne représente que 1 % des surfaces irriguées.

3. CARACTERISTlOUES DE LA METHODE DE MICRO-IRRIGATION

Les caractéristiques principales de la méthode de micro-irrigation peuvent se résumer
comme ci-dessous.
La micro-irrigation :

a/. n'arrose qu'une fraction du sol (application de l'eau près de ou dans la zone radiculaire);
b/. n'apporte que de faibles quantités d'eau (utilisation de faibles débits avec de faibles
pressions) pendant des temps très longs ;
ci. apporte l'eau à des fréquences rapprochées ;

d/. met en oeuvre des équipements fixes, légers et relativement fragiles ;
e/. ne mouille pas le feuillage ;
f/. convient bien à l'irrigation fertilisante ;

g/.est totalement indépendante vis à vis des autres interventions sur la culture ;

h/.impose dans la plupart des cas l'automatisation (car nécessite des apports fréquents et
fractionnés).
4. AVANTAGES ET INCONVENLENTS DE LA MICRO-IRRIGATION

En comparaison à l'aspersion et à l'irrigation de surface, la micro-irrigation autorise une
utilisation plus rationnelle de l'eau et offre de nombreux avantages. Malgré ces grands
avantages, la micro-irrigation connaît aussi quelques inconvénients spécifiques.

Avantages
Les techniques de micro-irrigation
- économisent fortement l'eau,
- s'adapent bien à tous types de sols et de reliefs,
- permettent d'utiliser des eaux salées,
- permettent un raccourcissement du cycle végétatif de la culture,
- réduisent les adventices,
- sont insensibles aux vents,
- se prêtent facilement à l'automatisation,
- mettent à la disposition des utilisateurs des conditions d'arrosage très souples,
- autorisent une facilité de jaugeage de l'eau,
- gênent rarement les habitudes culturelles et sont constituées de structures souples, mobiles,
adaptables à tous les cas particuliers,
- présentent des rendements excellents,
- permettent d'arroser avec des débits très faibles avec contrôle précis de la dose,
- économisent la main d'œuvre,
- réduisent les coûts d'entretien,
- sont d'utilisation assez simple,

6

1nconvénients

Les techniques de micro-irrigation :
- présentent un coût de première installation élevé,
- connaissent une sensibilité des goutteurs à l'obstruction
- nécessitent la filtration de l'eau d'irrigation,
- nécessitent une maintenance rigoureuse,
- exigent un haut niveau de compétence au moins pour les études,
- conviennent mieux à des cultures à forte valeur ajoutée,
- ne conviennent pas à toutes les cultures (kiwi par exemple)
- fonctionnent avec du matériel délicat à durée de vie relativement faible.
On remarquera que, soinine toute, les avantages du système sont nettement dominants
comparativement aux inconvénients.
5. CHOIX DE LA METHODE DE MICRO-IRRIGATION

On peut résumer les conditions d'utilisation de la micro-irrigation ainsi qu'il suit
(VERMEIREN, L., 1983) :
- prix de l'eau élevé ou ressources en eau rares,
- terrain en forte pente ou accidenté,
- rareté et cherté de la inain d'œuvre,
- inauvaise qualité de l'eau (salinité)

Outre ces aspects, 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, il pourrait en toute connaissance de cause installer un
système de micro-irrigation si la faisabilité technique est prouvée.

7

CHAPITRE 2

1 APPLICATION DES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION 1
1. PRINCIPALES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION

Les techniques de micro-irrigation se définissent essentiellement suivant le mode
d'apport de l'eau à la culture.
On distingue la micro-irrigation linéaire (système Bas-Rhônes), la micro-irrigation par
aspersion (mini-diffuseurs), la micro-irrigation ponctuelle (goutte à goutte), la microirrigation souterraine (gaines poreuses).
1.1. 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 1.2 à 2.1 min. Ces ajutages sont
placés en dérivation sur une rampe en polyéthylène (PE) noir d'environ 25 min de diamètre.
Du fait de l'importance des débits délivrés, les rampes sont installées dans des rigoles
cloisonnées constituant une série de petits bassins (2.5 à 6.5 m de longueur) parallèles aux
rangées de plantation. Chaque rampe est immobilisée au fond de la rigole par les petits
barrages en terre utilisés pour le cloisonnement. Il y a autant de petits bassins que la rampe
comporte d'ajutages. Les orifices fonctionnent sous une pression de l'ordre de 1 bar et
délivrent des débits variant entre 30 et 100 1.h-1, selon leur diamètre. 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.
L'eau ne s'infiltre pas ponctuellement, mais se répartit dans les petits bassins. En
combinant judicieusement les diamètre des ajutages, on peut obtenir un débit relativement
uniforme tout au long de la rampe qui peut mesurer 200 m.

8

d

0.40 m -

L

0,50 m

Fig. 2 : Système Bas-Rhône (CEMAGREF et RNED-HA, 1990)

1.2. 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). 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, 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 2.5 in sous une pression de
1 à 2 bars avec des débits compris entre 20 et 60 l.h.-'. Certains mini-diffuseurs auto-régulants
peuvent délivrer des débits atteignant 120 l.h.-l avec des exigences de pression de 1 à 6 bars.
Dans touts les cas, la pluviométrie doit être inférieure à la capacité d'infiltration du sol
considéré.

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.
Selon le type de mini-diffuseur utilisé, on peut obtenir diverses formes et dimensions des
surfaces arrosées (fig. 4)
Les rampes alimentant les mini-diffuseurs peuvent être
- enterrées (20 à 40 cm) ou posées sur le sol. Dans ce cas, 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
- suspendues à environ 50 cm au-dessus du sol à un fil tendu entre des poteaux ou sur le
palissage des arbres. Dans ce cas, le mini-diffuseur est fixé directement à la rampe, tête en bas

le plus souvent, au moyen d’un filetage ou d’une tête de vipère.

Fig. 3 : Système d’irrigation par mini-diffuseurs (MERMOUD, A., 1995)

cercle complet

112cercle

pinceau

-Pe

Fig. 4 : Formes des surfaces arrosées avec les tnini-diffuseurs (CEMAGREF et RNEDHA, 1990)

1O

1.3. Système goutte a goutte

L'eau est transportée dans un réseau de canalisations généralement enterrées qui
alimentent des rampes .soup/e.s de faible diamètre placées le long des rangées de cultures et
sur lesquelles on installe les organes de distribution. L'eau est délivrée au sol, goutte à goutte
ou sous forme de minces filets, par des goutteurs, qui peuvent être soit de simples
perforations pratiquées sur les rampes, soit des dispositifs plus élaborés dont les plus
sophistiqués (goutteurs compensés) permettent une régulation automatique de la pression et
du débit (MERMOUD, A., 1995). Les goutteurs fonctionnent à faible pression et à faible
dédit. Ils délivrent ponctuellement des débits ne dépassant généralement pas 12 1 .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. C'est donc essentiellement ce système qui sera étudié par la suite.

...
...
...
...
....
...
...
....
...
...
...

Fig. 5 : Système d'irrigation par goutte à goutte (MERMOLJD, A., 1995)
1.4. 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, 1990).
Ces tuyaux sont généralement enfouis à faible profondeur (entre 20 et 50 cin) dans le
sol.

Les inconvénients du système sont liés à l'irrégularité des débits délivrés (variabilité),
aux problèmes d'obstruction et au fait qu'en début de cycle végétatif, les racines ne sont pas
assez profondes pour être alimentées par la rampe. Ces différents aspects continuent de faire
l'objet de recherches.

11

2. CONDITIONS D'EMPLOI DES TECHNIQUES DE MICRO-IRRIGATION

Il est nécessaire que le système soit adapté aux conditions d'emploi. Pendant les études
de faisabilité ; les possibilités d'application des techniques de micro-irrigation doivent être
évaluées en considérant les paramètres tels que :
-

les conditions cliinatiques ;
les caractéristiques pédologique du sol ;
la topographie du terrain;
la qualité et la quantité des ressources en eau disponibles ;
les cultures concernées ;
les conditions financières de l'exploitation ;
les impacts sur l'environnement.

2.1. Conditions climatiques

La micro-irrigation peut se pratiquer sous tous les types de climat, de même que sur les
cultures sous serre. Cependant, en zones aride et setni-aride, du fait de l'insuffisance
accentuée des précipitations naturelles, le développement radiculaire est concentré presque
exclusiveinent au sein des bulbes d'humidification. Aussi, pour une meilleure exploration du
sol par les racines il est indispensable de fixer judicieusement la position et le nombre de
distributeurs. En effet, ces paramètres déterminent le volume de sol exploré par les racines
qui, s'il est insuffisant, peut causer des dégâts sévères en cas de pannes d'irrigation et à des
déracinements en cas de vent fort.
2.2. 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).
En sols grossiers profonds ou en argiles gonflantes présentant des fentes de retrait, les
apports par mini-diffuseurs sont préférés aux apports par 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, types de distributeurs, espacement des
distributeurs, débit des distributeurs, fréquence des apports,. ..). Il s'avère que la forme des
bulbes d'humidification est fortement tributaire des caractéristiques du sol, notamment de la
texture et de la structure. En sols grossiers, l'infiltration est influencée principalement par les
forces de gravité et le bulbe est étroit et allongé. En sols fins, la conjugaison des forces de
gravité et de succion se traduit par un bulbe d'humidification a beaucoup plus grande
extension latérale.

12

Fig. 6 : Forme du bulbe d'humidification dans un sol grossier (a) et dans un sol fin (b)
(BALOGH, J. et GERGELY, 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, en particulier la conductivité
hydraulique à saturation K,.
La relation liant la conductivité hydraulique K à la charge de pression h, peut
s'exprimer par une relation exponentielle du type :

K(h) = Ks euh

(2.1)


K(h)

: conductivité hydraulique en tn.h-'

KS

: conductivité hydraulique à la saturation en m.h-'

h

: charge de pression en in

a

1

constante caractéristique de sol. u est plus élevé dans les sols grossiers
que dans les sols fins en m-'

La relation (2.1) ci-dessus ne tient pas en compte d'éventuels processus d'hystérèse.
ii)-la capacité d'infiltration. Elle varie avec l'humidité du sol et se réduit au fur et à
mesure de l'irrigation. Lorsque le débit du distributeur dépasse la capacité
d'infiltration ponctuelle du sol, il se crée une zone saturée sous le distributeur dont la

13

surface augmente progressivement. Au bout d'un certain temps, on évolue vers un
régime permanent et les dimensions de la tache saturée, ainsi que celles du bulbe
d'humidification sous-jacent, ne varient plus guère. Ceci se vérifie d'autant plus que
le temps d'irrigation est important par rapport aux intervalles entre les arrosages.
11 est possible de calculer la valeur du rayon p (en cin) de la tache saturée sous le
distributeur, dans l'hypothèse où l'infiltration se fait verticalement, en égalant le
débit d'apport au débit infiltré :

i

n.pL.i ou encore : p = 1000.T(1

(I=-

1O00

n.1

cl

débit du distributeur, en 1.h-i

1

capacité d'infiltration, en cm.h-1

P

rayon de la tâche, en cm

Généralement, la capacité d'infiltration décroît pendant l'irrigation, ce qui conduit à
une augmentation du rayon de la surface saturée. La diminution de i est due
principalement à deux raisons :
la diminution du gradient de succion. L'infiltration résulte de l'influence
combinée des gradients de succion et de gravité. Au fur et à mesure que le front
d'humidification pénètre plus profondément, 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. A la longue, 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, migration de particules, foisonnement de l'argile,
etc.). 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.
Lorsque le régime permanent est atteint, la capacité d'infiltration tend vers la valeur
de la conductivité hydraulique à saturation K, et l'équation (2.2) s'écrit :

Si l'on tient compte non seulement de l'effet de gravité, inais également de l'effet de
succion, le rayon de la surface saturée s'obtient par la relation (WOODING, 1968) :

14

a

:

q
K,

:
:

paramètre de la relation K(h), en cm-1
débit du distributeur, en 1.h-l
conductivité hydraulique saturée, en cm.h-1

On constate que le rayon est d'autant plus faible que les valeurs de a et de K, sont
élevées (sols grossiers). Par ailleurs, il augmente avec le débit du distributeur.
Connaissant les propriétés hydrauliques du sol (K, et a), on peut donc obtenir la
surface de la zone saturée souhaitée en choisissant un distributeur de débit approprié.
En sols grossiers, 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, A., 1995). On notera toutefois que les conditions qui prévalent dans la
zone saturée de surface sont similaires à celles observées en irrigation gravitaire,
avec les risques de ruissellement, de percolation et de pertes par évaporation que cela
comporte, 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. La teneur en eau
du sol diminue graduellement au fur et à mesure que l'on s'éloigne du distributeur,
pour atteindre une très faible valeur à l'extérieur du bulbe. En règle générale, les
racines ne se développent ni dans la zone saturée, ni dans la zone sèche. inais
exclusivement là où l'eau et l'air sont en proportion harmonieuse.
2.3. Topographie

La micro-irrigation peut se pratiquer en terrain à topographie irrégulière (accidentée).
Cependant, si le débit des distributeurs est trop élevé, il y a des risques de ruissellement en
sols pentus à éviter à tout prix. Ces ruissellements peuvent induire une forte déformation du
bulbe d'humidification. En outre, les différences de pression dans le réseau peuvent
occasionner une forte hétérogénéité des débits délivrés. Dans ce cas, le réseau doit être
rigoureusement étudié sur la base de plans à grande échelle (1/1000, voire 1/500), à courbes
de niveau très denses, au moins 0,s in, inais de préférence 0. I à 0.2 in. Lorsque la topographie
est peu accidentée ou lorsque les rampes sont de faibles longueurs (< à 100 m), on préférera
des distributeurs non compensés, moins chers et moins sensibles au colmatage. Dans le cas
contraire (pente prononcée, grandes parcelles,. . .), on adoptera des distributeurs auto-régulants
ou des capillaires dont la longueur sera calculée avec soin.
2.4. Le débit d'eau

Le débit d'eau utilisé en micro-irrigation dépend de la technique appliquée
(CEMAGREF et RNED-HA, 1990), elle inêine fonction du type de sol et de la qualité de
l'eau.

l

DISTRIBUTEUR
APPORT
DEBIT (llh)

gQ"zr

diffuseur
(jet fixe)

par point

en tache

l

CONDUITE

20 à 60

là6

i

ajutage
(orifice calibre)

type goutie A goutte
(1 à piusieurs apports par jouri

type aspersion
(1 B piusieurs apports par semaine1

1

en ligne

micro asperseur
(Jet tournant)

petit
asperseur

en grande tache

en plein

60 2 150

35 a 100

l

0

rn

I

I

BOUCHAGE

sensible au bouchage
peu sensible au bouchage

Fig. 7 : Débit d'eau en fonction de la technique appliquée (CEMAGREF et RNED-HA,
1990)
2 . 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'est un élément essentiel
de la réussite de la micro-irrigation.
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.
2.51. 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, chimique ou
biologique.
- c(cuses d'ordre ahvsicrue : particules de sable, de limon ,d'argile ou de débris végétaux
en suspension dans l'eau ; 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.
- causes d'ordre chimique : précipitations de sels dissous contenus dans l'eau
d'irrigation. L'analyse de l'eau permet de déterminer sa teneur en calcaire et d'évaluer
les risques d'obstruction.

Si l'eau est de type incrustante (teneur importante en calcaire), on peut soit utiliser le
système Bas-Rhône, 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. On enlève ensuite les bouchons d'extrémité de rampe et on rince à
l'eau claire.
Les éléments chimiques à prendre également en compte sont le fer (développement de
bactéries ferrugineuses), l'hydrogène sulfuré et le manganèse.

11 faut remarquer que dans le cas d'une irrigation fertilisante, du fait que l'on modifie
les propriétés chiiniques et physiques de l'eau, on peut avoir également des risques de
précipitation.

- cnuses d'ordre biologique : sans doute les plus difficiles à maîtriser. L'eau de surface
(rivière, canal ou bassins) contient en effet, outre de la matière organique inorte plus
ou moins décomposée, toute sorte de micro-organismes vivants : algues, bactéries,
protozoaires, spores, champignons. Les éléments de dimension supérieure à 50 ou 100
p tels que les algues pluricellulaires et une grande partie de la matière organique
morte, sont arrêtés au niveau de l'installation de tête, par un filtre à sable. Par contre,
les organismes monocellulaires passent facilement à travers les filtres, ainsi que les
argiles et les limons fins.
Dans les tuyaux P.E. noir, les algues ne se développent pas puisqu'elles sont privées de
luinière mais les champignons et les bactéries peuvent former des colonies, souvent
gélatineuses, qui fixant les particules physiques augmentent la vitesse de colmatage.
Le fer ou l'hydrogène sulfuré (H2S) provoquent également des proliférations de
diverses bactéries, d'où des obstructions rapides, parfois en quelques jours.
Pour lutter contre les risques d'obstruction d'ordre biologique, 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.
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.

Facteur
Physique
- Solides en suspension
Chimique
- PH
- Sels dissous totaux
- Calcium
- Carbonates
- Manganèse
- Fer
- H2S
Biologique
- Population bactériennes

Unité

inax-pprn (a)

max-ppm (a)
max-pptn (a)
inax-ppin (a)
inax-pprn (a)
rnax-ppin (a)
inax-ppin (a)

Nombre
inax. (b) par in1

Faible

.

Ri! lue d'obstruction
Fort
Moyen

c 50

50- 1O0

>:

<7
< 500

<os

7-8
5000 - 2000
10 - 50
100 - 200
0.1 - 1.5
o. 1 - 0.5
0.5 - 2.0

28
2000
50
200
1.5
> 0.5
2.0

< 10000

10 - 50000

10
100
< 0.1
0.1
<'

100

2

50000

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)

20

2.6. 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, mais aussi
performante.
2.7. La culture

La micro-irrigation est un système actuellement peu pratiqué sur grande culture, compte
tenu du coût d'installation élevé.

Type de culture

Nombre de distributeurdha Débit du distributeur

Apport horaire

(l/h)

(mm/h)

1 500 à 2 O00 goutteurs

4

0.6 à 0.8

400 à 1 000 diffuseurs

20

0.8 à 2

Plein champ

10 000 à 20 O00 goutteurs

2

2à4

Serre

jusqu'à 50 O00 goutteurs

2

jusqu'à O

10 O00 à 20 000 goutteurs

2

2à4

Arboriculture

Maraîchage

Grandes cultures

2.8. Conclusion

Pour faire face aux différentes conditions d'emploi, on dispose en micro-irrigation d'une
gamme de matériels étendue, qui a des performances variables, et qui permet un choix
raisonné.
Une installation de miro-irrigation est coûteuse et, une fois réalisée, elle est
difficilement modifiable. le projet doit donc être étudié soigneusement, tant au point de vue
technique qu'économique, afin qu'il soit parfaitement adapté aux conditions spécifiques du
périmètre à irriguer et qu'il donne satisfaction aux usagers. la conduite des irrigations doit être
également très rigoureuse. l'arrosage doit commencer suffisamment tôt pour maintenir
l'humidité du sol à une valeur élevée, proche de la capacité de rétention et les apports doivent
être judicieusement espacés pour éviter les percolations. Un suivi régulier de l'humidité du sol
permettra une gestion optimale des arrosages.

21

CHAPITRE 3

1 CONSTITUTION D'UN RESEAU DE MICRO-IRRIGATION
1. STRUCTURE GENERALE D'UN RESEAU DE MICRO-IRRIGATION

Un réseau type de micro-irrigation se compose de

1

a). un point de fourniture de l'eau sous pression (pompage, borne de réseau collectif,
château d'eau, etc.),
b). l'unité de tête reliée au point de fourniture d'eau (sortie de pompe, borne individuelle ou
collective). Elle permet de réguler la pression et le débit, de filtrer l'eau et d'y introduire
des éléments fertilisants,
c). une canalisation principale de tête morte, généralement enterrée (PVC rigide, acier
galvanisé).
d). une série d'antennes également enterrées.
e). porte-rampes en PE moyenne densité ou en PVC rigide. Ils peuvent être soit enterrés,
soit placés à la surface du sol.

0.rampes

en PE basse densité ou en PVC rigide de petit diamètre sur lesquelles sont
branchés les distributeurs, soit directement, soit en dérivation. 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.

g). distributeurs qui constituent les organes d'arrosage à débit faible et régulier. 11 existe de
nombreux types de distributeurs. On distingue les goutteurs A circuit long (capillaires,
goutteurs à circuit hélicoïdal, goutteurs à turbulence, goutteurs à circuit long autorégulants, etc.), les goutteurs A circuit court (ajutages, goutteurs à simple orifice,
goutteurs à double orifice et effet de turbulence ou goutteurs cyclones ou vortex,
goutteurs à circuit court autorégulants), les mini-dimiseurs.
Sous l'aspect technique de la fixation sur la rampe, on distingue les distributeurs latéraux
et les distributeurs en ligne.

22

Fig. 9 : Parties essentielles d'un réseau de micro-irrigation (VERMEIREN et al 1983)

23
2. MATERIELS D'UN RESEAU DE MICRO-IRRIGATION
2.1. L'unité de tête

Reliée au point de fourniture de l'eau, elle est généralement constituée des éléments
suivants (fig. 10) .
- une vanne contrôlant l'entrée de l'eau dans l'installation (vanne de prise ou vanne
d'arrêt) , (1)
- une vanne volumétrique (2) : la quantité d'eau qui doit passer par cette vanne pendant
un arrosage donné doit être afichée inanuelleinent, et dès que le volume affiché a été
délivré, la vanne se ferine autoinatiquernent ,
- un clapet anti-retour ( 3 ) ;
- un fertiliseur (4) dans lequel on mélange avec l'eau la quantité d'engrais désirée ;
- une ventouse ( 5 ) ;
- un inanoinètre de contrôle (6) ;
- un régulateur de pression (7) ;
- un filtre à gravier (8) ;
- un filtre à tamis (1 1) ;
- 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.
1

VANNE D E PRISE

2

VANNE

3

CLAPET

4

F E R T I L I SEUR

ANI1

5

VENTOUSE

6

MANOMETRE

7

VANNE

8

FILTRE A

11

-

L E RESEAU COLLECTIF

0

50 m m

RETOUR

SUR

REDUCTRICE

ROBINET 3 VOIES
DE PRESSION

GRAVIER

9. ENTREE POUR
10

SUR

VDLUMETRIOUE

LAVAGE A CONTRE - C O U R A N T

SORTIE POUR LAVAGE A CONTRE- COURANT
FILTRE

A

TAMIS

Fig. 10 : Unité de tête type (VERMEIWN et al 1983)

24
2.2. Le dispositif de fertilisation en micro-irrigation

2.2.1. La fertigation localisée

Lorsque l'on utilise le système Bas-Rhône ou des Inini-difiseurs, il est possible
d'apporter l'engrais de façon localisée soit dans la rigole, soit sur la surface du sol. Les
éléments fertilisants peuvent être entraînés dans le sol au voisinage des racines par l'eau
d'irrigation.
Lorsque l'on utilise des goutteurs, la surface mouillée est trop faible pour permettre la
solubilisation de l'engrais et son entraînement. Dans ce cas, l'injection d'engrais dans l'eau
d'irrigation est donc la seule solution possible, surtout sous serre où le sol n'est pas soumis a
l'influence de la pluie naturelle, 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.
L'apport d'engrais bénéficie alors des avantages de la micro-irrigation :
- intervention possible à tout moment, ce qui permet le fractionnement des apports et la
correction des carences :
- localisation des apports à proximité des racines ;
- meilleur contrôle des quantités apportées, ce qui évite les pertes par lessivage et accroît
l'efficacité ;
- automatisation possible.

Mais il faut respecter certaines conditions

- le réseau d'irrigation doit être bien conçu pour assurer une répartition homogène de l'eau
sur la parcelle ;
- l'injection d'engrais dans le réseau doit toujours être faite à l'amont du filtre a tamis ;
- le matériel d'injection doit être fiable, bien choisi, bien utilisé ;
- les produits injectés ne doivent ni précipiter, ni provoquer la corrosion du matériel ;
- la canalisation principale doit comporter un clapet anti-retour pour éviter tout risque de
pollution de la ressource en eau par les engrais.

2.2.2. 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, chacun d'eux ayant ses avantages et ses inconvénients.
Cependant, il y a deux systèmes principalement utilisés :
- le système par différence de pression, qui utilise des fertiliseurs,
- les pompes d'injection ou pompes doseuses (hydrauliques ou électriques)

25
2.2.2.1. Les iniecteurs a pression différentielle ( fig.11 & 12
1. Fonctionnement
Ce sont des appareils constitués d'une cuve étanche, de 10 à quelques centaines de litres
de capacité dans laquelle on introduit l'engrais soit sous forme solide, mais soluble (cas des
dilueurs), soit sous forme de solution mère (cas des doseurs). La cuve est montée en
dérivation sur la conduite principale d'irrigation, à l'amont du filtre à tamis.
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, vanne, réduction
de diamètre, etc.) dans la conduite principale, qui entraîne la dérivation d'une partie de l'eau à
travers la cuve.
On distingue deux catégories d'injecteurs : les doseurs (régime d'écoulement tranquille)
et les dilueurs (régime d'écoulement turbulent).
2. 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.
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.
orifice étanche d'introduction
de la solution fertilisante

TZT
pure

-

canalisation
d'arrosage

. +

\
7

L organe de création

\

r

de perte de charge

Fig. 1 1 : Doseur (MERMOUD, A., 1995)

3. Les dilueurs (fig. 12 )

L'admission de l'eau sous pression est faite de façon à créer à la base de la cuve, un
régime turbulent qui provoque la dilution de l'engrais solide ou liquide et le refoulement vers la

a

27
6. Critère de choix cles injecteurs à pression clifférentielle

Ces appareils autonomes peuvent être utilisés en plein champ. Ils présentent l'avantage
d'être simples, robustes, entièrement statiques et de pouvoir s'installer sur n'importe quelle
conduite sous pression, qu'il s'agisse d'une alimentation en réseau collectif ou particulier. 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.
2.2.2.2. Les pompes doseuses ( fig. 13 & 14 )

Ces pompes injectent directement sous pression dans l'eau d'irrigation une solution
fertilisante concentrée. Cette injection peut, soit utiliser une énergie extérieure (électricité), soit
utiliser l'énergie même du réseau d'irrigation. Dans ce dernier cas, 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).
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, acier
inoxydable, plexisglas, élastomètres fluorés, etc...
En fonction de leur mode de fonctionnement, on distingue les pompes doseuses
électriques, les pompes doseuses hydrauliques et les pompes doseuses hydrauliques à
commande électrique.
1. Pompes doseuses électriques (.fig.13 )

Les pompes doseuses électriques sont constituées d'un moteur électrique qui entraîne
soit une pompe alternative à membrane ou à piston ( fig. 13 ), soit une pompe rotative, ou
encore un mécanisme qui écrase périodiquement un tuyau souple. La liaison entre le moteur et
la pompe à injection est généralement mécanique. Elle peut être magnétique.
Il existe également des pompes électro-magnétiques constituées d'un électro-aimant
commandé électroniquement, qui actionne une membrane.
Elles peuvent soit injecter directement la solution fertilisante dans la canalisation
principale, soit servir à préparer dans un bac une solution diluée qui est ensuite reprise par
pompage.
Le volume de solution fertilisante injecté peut être soit indépendant du débit principal,
soit asservi à ce débit par l'intermédiaire d'un volucoinpteur émetteur d'impulsions.
Dans le premier cas, la pompe est réglée pour injecter un volume v à une cadence
déterminée (x coups/ininute). L'inconvénient de ce système est que, lorsque le débit dans la
canalisation principale diminue, le volume de solution fertilisante injecté restant constant, la
concentration de la solution finale augmente et ceci peut entraîner des risques importants
d'accident pour les cultures.

28

Dans le second cas par contre, la pompe doseuse étant dépendante du débit principal par
l'intermédiaire du volucompteur, la concentration de la solution finale sera constante quelque
soit ce débit principal.
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 ).
1.1. Principe de fonctionnement

Le moteur électrique (1) accouplé à un réducteur de vitesse (2) à roue et à vis, lubrifié
par un bain d'huile, transmet un mouvement alternatif au piston (4) par l'intermédiaire d'un
excentrique (3) à came et galet. Un ressort de rappel ( 5 ) ramène le piston vers l'arrière.
Le mouvement du piston déplace une membrane (6) simple ou double. C'est en limitant
la course du piston par une butée (7) que l'on règle le débit de la pompe.
SORTIE
D E LA
SOLUTION MERE

B0IJTCI.J

DE _--

ZEGLASE

I

1

I

Fig.13 : Pompe doseuse électrique à membrane simple (CEMAGREF et KNED-HA,
1990)
1.2. A vantuEes

- Précision et fiabilité assurées,
- Gamme de débits et de réglage très étendue,
- Possibilité d'injecter plusieurs solutions simultanément grâce à un montage en parallèle
de plusieurs pompes. (11 existe également pour cela des doseurs à plusieurs corps
d'injection),
- Possibilité d'injecter à grande distance,
- Possibilité d'automatisation.
1.3. Inconvénients
- Nécessité de disposer d'une alimentation électrique, donc pas d'autonomie,
- Risques d'accidents dus à la présence de courant électrique.

29

2. Pompes doseuse hvdruu1ique.v (jig. 1 5 )

Ces pompes utilisent l'énergie hydraulique du réseau et sont donc entièrement
autonomes. Elles se composent d'un distributeur, d'une partie motrice et d'une partie injectrice.
Elles peuvent injecter une ou deux solutions fertilisantes. Certains modèles ont un débit
constant préréglé, alors que d'autres sont utilisés en doseurs-volumétriques par l'adjonction
d'un volucompteur placé sur la canalisation principale. Le débit de la pompe varie avec le débit
du réseau et maintient une concentration constante en fertilisant (pompe doseuse TMB). 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.
Il en existe 2 types selon le mode de montage
- les pompes montées en dérivation de la conduite d'irrigation,
- les pompes montées en séries sur la conduite d'irrigation,

Le montage de 2 pompes hydrauliques en parallèle est à proscrire.

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. 14 ).

Clapet
d'aspiration

Clapet de
refoulement

l

Engrais

1

liquide

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.M.B.

Ligne d'wrlgabon

-

Eau
d'irrigation

Fig. 14 : Pompe doseuse hvdraulique à membrane montée en dérivation
[CEMAGREF et RNED-HA, 19901

30

Le nombre de va et vient par minute détermine le débit de solution injectée et peut être
réglé par une vanne. Le débit injecté est réglable entre quelques litres et 300 litres par heure.
Ce réglage est cependant lié à la pression de l'eau dans la conduite d'irrigation.
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.

2.1.1. Avantages cies pompes closeuses hvclrauliques nzontées dérivation
- Autonomie : pas besoin d'énergie autre que l'énergie hydraulique,
- Pas de risques de surpression,
- Moindre risque de surdosage accidentel car s'il y a un arrêt du courant d'eau principal,
la pompe s'arrête.

2.1.2. Inconvénients cies ponzpes closeuses hvcirau1ique.s nzontées ciérivation
- Volume d'eau motrice rejetée et perdue égale au double du volume de solution injectée,
- fonctionnement du dispositif nécessitant une pression miniinale de 2 bars,
- Gamine de débits moins importante.

2.2. Ponzms doseuses hvclrauliciues niontées en série (Bg. 1.5 )
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. Ainsi, le débit d'injection est lié
au débit de la conduite d'irrigation.
Le dosage au taux d'injection, c'est-à-dire la quantité de solution fertilisante injectée par
m3 d'eau d'irrigation, peut être réglée de 2 à 20 litres de solution fertilisante par in3 d'eau.

2.2.1. Avantages des pompes closeuses hvdrdiciues montées série
- Autonomie de fonctionnement

2.2.2. Inconvénients cles pomiies c1oseu~se.slzvdrciuiiques montées série
- Nécessité de les protéger contre les coups de bélier éventuels dans le réseau
d'irrigation,
- Limitation du débit admissible sur certains modèles (dimension limitée du corps de
P O "Pe)

31

Piston moteur

---

E

TIE

,

- -Piston d e d o s a g e

t----

Solution à injecter

- 15 a : Montée du piston

- 15 b : Descente du piston

Fig. 15 : Pompe hydraulique a piston
1990)

-

montage en série (CEMAGREF et KNED-HA,

: a w a s s e a ~ i aluamad sasnasop saduiod sa7

ZE

33

__t

Bder de
contrdle

Solytlon
mere
Pompe
doseuse

I

-

Canalisation principale

----t

Fiiire

\

__

Volucompteur

-

Fig. 17 : Asservissement d'une pompe doseuse au débit de la conduite principale
(CEMAGREF et RNED-HA, 1990)

Boiîer d e
contrôle

Pompe doseuse

+-

Eiectrovanne

-

\

.
t
-

l

-

\

1

I

~

Solytion
mere
Arrivée d eau

Retour d e contrôle

1

1
Bac de
meiançe

(1

Sonde

-

__..

Filtre

-

/
Pompe de reprise

l

Fig. 18 : Asservissement d'une pompe doseuse au pH et à la conductivité de la
solution

34

5. Remarque
Afin d'éviter des risques d'entraînement de particules de produits non dissoutes dans le
réseau de distribution, il est recoininandé d'installer un filtre sur la canalisation principale,
immédiatement à l'aval de l'injecteur,
De même, afin de pallier tout retour de solution fertilisante vers l'amont des installations,
il est impératif de prévoir la pose d'un clapet anti-retour à l'amont immédiat de l'injecteur

Tubleam 5 :Kksiirnc! des crit2re.c.de choix dii mntkriel u"ir!jectiorr
DOSEUR

DILUEURS

POMPES DOSEUSES

Large gamine
de prix

Large gamine
de prix

Large gamine de prix

Iinportante

Importante

Importante

Assez bonne

Mauvaise

Bonne

concentration
- Conditions
d'installation

Autonomes

Autonoines

- Autonoines - (pompes
hydrauliques)
- Nécessité de disposer
de courant électrique
(pompes électriques et
pompes à asservissement électriquej .

- Utilisation sur
réseau collectif

Oui

Oui

Oui

- Autoinatistion

Non

Non

Oui

- Autonomie

Limitée

Limitée

Importante

- Nécessité de préparer une solutioninère

oui

Non

oui

- Gamme des

6. Rénlane (Les uompes do.seu.se.~

Soient

1

T
Q

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)

V

C

Quantité d'engrais délivrée pour une impulsion : v.c
Le volume que la pompe doseuse doit débiter : V . (l/h) en n coups/h
V(

1/11

)=v

,

n

35

Quantité d'engrais apportée en 1 h
PE = V.c = v.n.c
PE v.n.c
Tz-1-

Q

Q

A partir de cette équation on peut déterminer :
- soit n
- soit v
- soit c

..

2.2.3. J,a solution nutritive
2.2.3.1. Définitions

. La solution mère est la solution fertilisante, ou solution nutritive préparée par- dilution
d'engrais soluble pour être injectée dans la conduite d'irrigation.

. La solution fille est l'eau d'irrigation qui a reçu l'injection de la solution mère.
.

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. . (Vin )=
"'J
débit conduite d'irrigation (m 3/h)

8. .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
2.2.3.2. Choix des engrais

Les engrais utilisés doivent être solubles, soit solides (cristallisés), soit liquides
On peut employer des engrais sous formule simple ou composée

%O

)

36

2.3. Le dispositif de filtration

En micro-irrigation, la filtration de l'eau est rendue obligatoire par la petitesse des
circuits hydrauliques des distributeurs. Si les ajutages calibrés tolèrent une filtration de moins
de 500 microns, les goutteurs et les capillaires nécessitent une filtration plus fine atteignant 1 O0
microns.
Il est très rare de pouvoir disposer d'eaux d'irrigation parfaitement claires et non chargées
( cf.$ 1.5 du chapitre 2 ), d'où l'obligation de recourir à une filtration préalable.

Il est nécessaire d'utiliser une eau débarrassée de ses impuretés pour limiter les risques
d'obstruction du matériel.
2.3.1. Le poste de filtration

Le poste de filtration doit être conçu avec le plus grand soin, afin de fournir une eau la
plus propre possible, compte tenu de l'origine de l'eau et du type de distributeur.

Origine de
l'eau

Eau de surface

Eau
souterraine

Origine de l'eau

Nature des impuretés

Filtration

Rivières, canaux, Argiles, limons, algues, Filtre à sable
+
bactéries, particules
lacs collinaires
Filtre à
grossières
tamis
Puits ou forages
ou sources

Limons, sables, fer

Filtre à tamis
seul (si peu
de limon)
Filtre à sable

Option

Filtre flottant

Séparateur
(si particules denses)
Déferrisation
(coût élevé)

+

Filtre à
tamis

Pour une capacité de filtration donnée, on a intérêt à prévoir plusieurs petits filtres en
parallèle plutôt qu'un gros filtre, car :
- le lavage est d'autant plus difficile et long que le filtre est gros ;
- mieux vaut laver avec de l'eau propre, provenant des autres filtres.

2.3.2. Les types de filtres

Il existe plusieurs types de filtres :
- les filtres grossiers de crépine,
- les filtres séparateurs cyclones ou vortex ou hydrocyclones
- les filtres à sables
- les filtres à tamis.
- les filtres à disques

2.3.2. 1. 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.
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, feuilles, petits
animaux) et des dessableurs qui permettent après tranquillisation de l'eau de retenir les
éléments les plus grossiers.

Ces filtres de crépines sont en tissu métallique


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