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Irrigation souterraine .pdf



Nom original: Irrigation souterraine.pdf
Titre: CH_09_Irr_sout
Auteur: rlagace

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CHAPITRE

9

Irrigation souterraine

9.1 INTRODUCTION
Les systèmes de drainage souterrains peuvent aussi être utilisés pour faire de l’irrigation.
L’irrigation souterraine n’est pourtant pas une technique nouvelle, elle est pratiquée en Hollande, depuis fort longtemps, aux moyens de canaux ouverts (Hooghoudt, 1952). Selon Criddle et Kalisvaart (1967), la Hollande possède le réseau d’irrigation souterraine le plus étendu
au monde. Renfro (1955) et Stephens (1955) mentionnent déjà l’utilisation de l’irrigation souterraine et du drainage contrôlé dans plusieurs parties des Etats--Unis.

9.2 DÉFINITION
L’irrigation souterraine peut être définie comme l’action de fournir l’eau aux plantes en dessous de la surface du sol, en maintenant une nappe d’eau artificiellement élevée, de façon à
maintenir la meilleure combinaison d’eau et d’air dans la zone des racines pour des rendements maximaux.
I1 faut bien distinguer l’irrigation souterraine (”subirrigation”) de la micro--irrigation localisée (”subsurface irrigation”) qui est aussi un système qui fournit de l’eau sous la surface du sol,
mais à chaque plan de façon individuelle, tel l’irrigation goutte--à--goutte.
L’irrigation souterraine peut se faire à l’aide de tuyaux perforés enterrés ou de canaux ouverts.
Jusqu’au début des années 1970, l’irrigation souterraine se faisait par des canaux ouverts uniquement. Israelsen (1962) et Renfro (1955) décrivent plusieurs réseaux de ce genre situés dans
diverses régions des Etats--Unis et dont les canaux sont espacés de 15 à 90 m. Sous certaines
conditions de sol, les canaux pourraient être espacés de 300 mètres (Zimmerman, 1966). En
Floride, il n’est pas rare de voir des espacements de 120 m pour des sols organiques possédant
une perméabilité de l’ordre de 5 à 6 m/jour.

142

IRRIGATION SOUTERRAINE

L’utilisation de canaux ouverts pour l’irrigation souterraine au Québec s’avère moins avantageuse que l’utilisation de réseaux enterrés. Les réseaux de conduites enterrées tout en permetant à la fois le drainage et l’irrigation comme pour les canaux ouverts n’amènent aucune perte
de surface cultivable par rapport aux fossés. De plus, les fossés sont considérés par les agriculteurs comme un nuisance pour les travaux de culture et la circulation des machines.
Ce chapitre traitera de l’irrigation souterraine à l’aide d’un système de drainage souterrain.

9.3 PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DES SYSTÈMES
9.3.1 Forme de la nappe sous irrigation souterraine
La figure 9.1 montre la forme que prend la nappe entre deux drains lors du drainage et de l’irrigation souterraine. Elle montre que sous irrigation souterraine, la nappe possède une forme
concave contrairement à la forme convexe constatée lors du drainage. En effet, c’est la différence d’élévation entre la nappe au niveau des drains et celle à mi--chemin entre ceux--ci qui
crée le mouvement latéral de l’eau. Dans le cas de l’irrigation souterraine, l’eau doit s’écouler
des drains vers le point milieu entre deux drains afin de combler les pertes par évapotranspiration. La différence d’élévation ”m” entre la nappe au niveau des drains et celle à mi--chemin
entre ceux--ci est un facteur très important à considérer puisque l’uniformité d’approvisionnement en eau des racines en dépend.

Figure 9.1 Forme de la nappe entre deux drains lors de l’irrigation souterraine et du drainage.

143

PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DES SYSTÈMES

9.3.2 Structure de contrôle du niveau de la nappe
Le contrôle du niveau de la nappe souterraine est effectué à l’aide d’une structure appelée
chambre de contrôle. La chambre de contrôle doit permettre le fonctionnement du système de
tuyaux enterrés sous les modes de drainage et d’irrigation souterraine . La figure 9.2 montre un
modèle de chambre de contrôle qui est constituée d’un tuyau vertical en acier galvanisé de
1,2 m de diamètre. Le contrôle du niveau de l’eau s’effectue à l’aide d’un panneau amovible
au centre de la chambre. Si le niveau de l’eau s’élève dans la chambre de contrôle au--dessus du
panneau, le trop plein se déverse de l’autre côté du panneau amovible et s’évacue vers le fossé.
En mode irrigation, l’eau en provenance de la pompe se déverse dans la section amont alimentant la surface irriguée souterrainement. La différence entre le niveau d’eau dans la chambre de
contrôle et celui de la nappe dans le sol provoque à elle seule le mouvement de l’eau de la
chambre de contrôle vers le système de tuyaux. En période de drainage, le panneau amovible
peut être enlevé et le système se comporte comme un réseau de drainage conventionnel.

Vue en plan

Vue en coupe

Figure 9.2 Chambre de contrôle (d’après Hawkins, 1979).
I1 existe plusieurs types de chambres de contrôle. Celui de la figure 9.3 montre un système où
le niveau d’eau est maintenu constant à l’aide d’un tuyau vertical. Si le niveau venait à monter
au--dessus de l’entrée supérieure du tuyau, l’eau pénétrerait dans le tuyau et se drainerait vers
le fossé ou le cours d’eau. Une trappe installée à la base de la chambre de contrôle permet un
drainage complet lorsque la trappe est ouverte.
La figure 9.4 montre une chambre munie d’un flotteur. Elle est construite de tuyaux en chlorure de polyvinyle (PVC) dont les diamètres varient entre 100 et 300 mm. Un flotteur coulissant sur une corde munie d’un cran d’arrêt actionne l’ouverture d’une portière en caoutchouc

144

IRRIGATION SOUTERRAINE

flexible. Lorsque le niveau à l’amont dans le système s’élève au--dessus du niveau d’ajustement du flotteur, ce dernier, sous la poussée d’Archimède ouvre la portière qui laisse évacuer
une certaine quantité d’eau proportionnelle à son ouverture. Légère, peu encombrante et facile
à installer et à ajuster, la chambre à flotte est disponible sur le marché et elle est de plus en plus
utilisée.

Figure 9.3 Chambre de contrôle munie d’un tuyau vertical et d’une trappe de drainage.

Figure 9.4 Chambre de contrôle en PVC avec flotteur.
Quelque soit le type de chambre de contrôle utilisé, il importe :
1. que le niveau de l’eau dans la chambre puisse être ajusté en fonction du niveau désiré de
la nappe dans le sol et pour permettre un drainage partiel lors de fortes précipitations;
2. que toute forme de contrôle puisse être enlevée de la chambre ou court circuité afin
que le système se comporte comme un système de drainage en automne et au printemps.

PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DES SYSTÈMES

145

9.3.3 Système d’alimentation en eau
Les chambres de contrôle montrées aux figures 9.2, 9.3 et 9.4 seraient très peu efficaces au
niveau économie d’eau si le seul système de contrôle utilisé était un système de trop plein (panneau de contrôle, tuyau vertical servant à évacuer le trop plein ou flotteur actionnant une protière). En effet, la demande en eau de la part des cultures varie constamment alors que le débit
de la pompe est constant. Il est donc nécessaire d’installer une valve à flotteur qui contrôlera
l’alimentation en eau. Afin d’éviter la surchauffe de la pompe, il faut prévoir, en plus, une
valve de sécurité assurant un débit minimum lorsque la valve à flotte est fermée.
Une pompe actionnée par un moteur diesel ou électrique peut être utilisée. Dans le cas d’un
moteur électrique, i1 ne faut pas utiliser un système de flotteurs pour contrôler le départ et l’arrêt de la pompe puisque la vitesse d’abaissement du niveau d’eau dans la chambre est tel qu’il
nécessiterait de fréquents arrêts et départs pouvant endommager le moteur.

9.3.4 Arrangement des systèmes
La figure 9.5 montre l’emplacement de la chambre de contrôle par rapport au système de drainage dans le cas où le terrain est suffisamment plat pour n’utiliser qu’une seule chambre. Dans
le cas présenté, l’eau est pompée à partir d’un réservoir créé sur un cours d’eau à l’aide d’un
barrage amovible.

Figure 9.5 Localisation de la chambre de contrôle par rapport au système de drainage
souterrain
Comme mentionné précédemment, la distance entre la surface du sol et la nappe est de première importance pour obtenir une alimentation uniforme en eau des cultures. Ceci n’implique
pas qu’il soit impossible d’irriguer souterrainement un terrain en pente. Dans un tel cas, il faut

146

IRRIGATION SOUTERRAINE

contrôler la nappe par secteur en utilisant plusieurs chambres de contrôle. L’alimentation peut
se faire à chaque chambre individuellement ou, lorsque la chose est possible, en alimentant
uniquement la chambre la plus élevée tel que montré à la figure 9.6. La figure montre que chaque chambre en aval est alimentée par le trop plein de la précédente.

Figure 9.6 Configuration d’un système d’irrigation souterraine dans le cas d’un terrain en
pente.

9.3.5 Drainage contrôlé
Dans les régions où l’eau est difficile à obtenir pour l’irrigation, le rendement des cultures peut
être amélioré même si aucune eau d’irrigation n’est ajoutée à la chambre de contrôle. L’eau
présente dans le sol au printemps peut être conservée en diminuant le drainage à l’aide de la
chambre de contrôle. Cette technique est appelée “drainage contrôlé” et est largement utilisée
au Québec et aux Etats--Unis. La réserve d’eau ainsi créée permet l’approvisionnement en eau
des cultures au début de la saison de croissance.

9.4 CRITÈRES D’APPLICATION
L’irrigation souterraine, par rapport à l’irrigation par aspersion, offre de multiples avantages
dont les principaux sont :
peu de travail requis pour l’opération du système et pas de tuyaux à déplacer;
un seul système pour l’irrigation et le drainage;
les coûts d’entretien sont peu élevés;
aucun délai n’est occasionné dans les pratiques culturales par l’irrigation;
diminution du lessivage des éléments nutritifs dans la zone des racines;
le contrôle des mauvaises herbes est facilité. La surface du sol reste plus sèche, créant un
milieu inhospitalier à la germination des graines de mauvaises herbes.
S les pertes par évaporation sont diminuées. L’évaporation survient dans la couche la plus
près du sol, or celle--ci n’est que très peu mouillée par l’irrigation souterraine.

S
S
S
S
S
S

CRITÈRES D’APPLICATION

147

Avec tous ces avantages, il est surprenant que l’irrigation souterraine ne soit pas plus répandue.
La raison est que l’implantation de l’irrigation souterraine requiert un ensemble de conditions
naturelles qui ne se retrouvent pas facilement.

9.4.1 Conductivité hydraulique du sol
La conductivité hydraulique est l’un des facteurs les plus importants à considérer pour l’irrigation souterraine. De façon pratique, il est difficile d’irriger souterrainement les sols possédant
une conductivité hydraulique inférieure à 0,5 mètre/jour, ce pour des raisons économiques.
La conductivité hydraulique du sol affecte directement l’uniformité de la distribution de la
nappe entre deux drains. Pour un écartement donné entre les drains, plus la conductivité
hydraulique du sol sera faible, plus la différence de niveau entre la nappe près du drain et à
mi--chemin entre les drains(voir ”m” à la figure 9.1) devra être grande.
Il est possible techniquement d’irriguer des sols avec une faible conductivité hydraulique mais
ces sols nécessitent toutefois un faible écartement entre les drains de sorte que la rentabilité est
plus difficile à obtenir.

9.4.2 Couche imperméable et nappe permanente
Afin d’éviter les pertes par infiltration profonde, et par conséquent, une diminution de l’efficacité du système, il est nécessaire d’avoir une couche imperméable à une profondeur maximale
d’environ 2 mètres. Cette couche imperméable peut être constituée d’une nappe d’eau naturellement haute, d’une couche d’argile ou d’un lit de roche imperméable.
De plus, la couche imperméable doit être la plus horizontale possible de façon à réduire les
pertes par écoulement latéral.

9.4.3 Topographie du terrain
La superficie à irriguer doit être idéalement horizontale ou avec une pente légère (0,2%). Une
pente trop accentuée occasionne des différences de profondeur entre la nappe et la surface du
sol, créant ainsi des parties du champ où la culture est moins bien irriguée. Cette situation peut
toutefois être améliorée en effectuant un contrôle de nappe par secteurs tel que décrit précédemment.
Il importe aussi que la topographie soit assez uniforme pour éviter l’inondation dans les
dépressions et l’assèchement dans les parties les plus élevées. I1 peut donc être nécessaire
d’effectuer des travaux de nivellement avant d’utiliser l’irrigation souterraine.

9.4.4 Type de sol
L’irrigation souterraine peut être recommandée pour les sols loameux et sableux ainsi que dans
les sols organiques. Habituellement, ces sols possèdent les caractéristiques de conductivité
hydraulique et de taux de remontée capillaire requis pour l’irrigation souterraine.

IRRIGATION SOUTERRAINE

148

En ce qui concerne les sols organiques, le contrôle de la profondeur de nappe offre l’avantage,
en plus d’augmenter les rendements, de réduire considérablement l’affaissement dû à l’oxydation en milieu aérobique. Des expériences ont été effectuées au Québec en ce sens (Campbell
et Millette, 1981). De plus, une nappe d’eau plus élevée maintient la surface du sol plus
humide, diminuant ainsi les risques d’érosion éolienne.
L’irrigation souterraine est aussi pratiquée avec succès dans les sols argileux.

9.5 CONCEPTION
Trois facteurs sont à considérer lors de la conception d’un système d’irrigation souterraine :
1.
2.
3.
4.

l’écartement entre les drains;
le taux d’évapotranspiration;
la profondeur de la nappe;
la déflexion maximale de la nappe.

Ceux--ci seront examinés successivement.

9.5.1 Écartement entre les drains
C’est le facteur le plus important à déterminer puisque de lui dépend la rentabilité d’un système d’irrigation souterraine.
Fox et. (1956) semblent être les premiers à avoir établi des critères de conception pour l’irrigation souterraine. Aujourd’hui, les critères de conception sont mieux connus. Skaggs (1979)
mentionne que pour la détermination de l’écartement entre les drains, trois cas doivent être
considérés :
1. Irrigation -- régime permanent Le système doit être en mesure de maintenir la nappe
d’eau à une position stable en période de forte évapotranspiration et répondre aux besoins
des plantes.
2. Irrigation -- régime transitoire La nappe peut être plus profonde que la profondeur
désirée au début de la saison de croissance. De plus, la nappe peut descendre sous le
niveau voulu durant la saison de croissance dû a un bris de l’équipement ou à une
erreur de l’opérateur. Le système doit donc être conçu pour faire remonter la nappe à
la hauteur désirée dans une période de temps acceptable.
3. Drainage Quand des périodes de fortes précipitations surviennent, le système doit
être tel qu’il permette l’élimination de l’excès d’eau en un court laps de temps.
Le plus petit des trois écartements déterminés pour ces trois cas est alors sélectionné.
La présente section traitera du calcul de l’écartement en régime permanent.

149

CONCEPTION

9.5.2 Écartement sous évapotranspiration constante
A partir de la littérature revue sur le sujet, il apparaît qu’une seule équation a été utilisée pour la
détermination de l’écartement entre les drains pour l’irrigation souterraine en régime permanent. I1 s’agit de l’équation de Hooghoudt (Luthin, 1978). Fox et al. (1956) ont développé une
équation pour l’écartement entre les drains qui n’est essentiellement qu’une forme de l’équation de Hooghoudt.
En se référant à la figure 9.7 (identification des paramètres, l’équation de Hooghoudt peut
s’écrire comme suit :
E 2 = 4eK 2 m h d + de − m 2

[9.1]

E = écartement entre les drains (m)
K = conductivité hydraulique (m/j)
e = taux d’évapotranspiration (m/j)
de = profondeur équivalente de drainage (m)
hd = hauteur de la nappe d’eau au--dessus du bas du drain (m)
m = déflexion de la nappe (m)

Figure 9.7 Position de la nappe avec irrigation souterraine sous évapotranspiration
constante.
La conductivité hydraulique est celle obtenue à partir des essais de conductivité hydraulique
au champ.
La profondeur équivalente de drainage «de» est fonction de l’écartement entre les drains «E»
ainsi que de la distance entre les drains et la couche imperméable «Z». Les équations ou les
abaques du chapitre 7 sont utilisées.

IRRIGATION SOUTERRAINE

150

9.5.3 Taux d’évapotranspiration
Au Québec, le taux d’évapotranspiration est d’environ 4 à 5 mm/j et ne dépasse rarement
6 mm/j. Toutefois, pour être sécuritaire, il est recommandé d’utiliser un taux de 8 mm/jour.
Des taux de 5 à 8 mm/j peuvent être utilisés mais le système ne pourra alors répondre à 100%
des besoins en évapotranspiration; pour plusieurs cultures, les légers stress causés par cette
situation auront peu d’effet sur les rendements.

9.5.4 Profondeur de la nappe
La profondeur à laquelle la nappe doit être maintenue pour combler les besoins en évapotranspiration d’une culture est un facteur important à considérer en irrigation souterraine. En l’absence de précipitation ou d’autres modes d’irrigation, le taux d’évapotranspiration réel d’une
culture donnée est fonction de la profondeur de la nappe. Plus la nappe est profonde, moins la
plante peut puiser son eau par remontée capillaire et moins le taux d’évapotranspiration peut
être élevé.
Bien que plusieurs expériences aient été effectuées aux États--unis (Williamson et Kriz, 1970;
Benz et al., 1978; Benz al., 1984; Doty al., 1984) pour déterminer la profondeur optimale de la
nappe pour obtenir un rendement maximal, le transfert des résultats est difficile en raison des
différences dans les types de sol et des variations dans les conditions climatiques.
La profondeur de la nappe doit se situer entre la profondeur d’enracinement et la profondeur
maximale de la nappe pouvant alimenter la zone des racines par remontée capillaire. La nappe
ne doit pas remonter dans la zone des racines effective des racines car elle y amènerait une
certaine axphysie des racines et une diminution des rendements. La valeur considérée acceptable est la demie de la profondeur des racines.
En irrigation souterraine, l’eau est soutirée du sol par les racines en presque totalité au bas de la
zone racinaire. Ceci a été démontré par Whisler et al. (1968), et implique que la remontée
capillaire ne s’effectue qu’entre la nappe et le bas de la zone des racines. La profondeur maximale correspond alors à la profondeur effective des racines à laquelle s’ajoute cette hauteur de
remontée capillaire.
La profondeur de la nappe p’ peut être définie par :
p min ≤ p ≤ p max

[9.2]

pmin = profondeur d’enracinement
p min = 1 profondeur racines
2

[9.3]

p max = p racines + p r ≈ p min + p r

[9.4]

pr = hauteur de remontée capillaire

151

CONCEPTION

Il est suggéré d’évaluer la profondeur d’enracinement à chaque site particulier.
La détermination théorique du taux de remontée capillaire n’est pas chose aisée car elle nécessite des expérimentations complexes au champs (Hillel et al., 1972), ainsi que la solution
numérique d’équations différentielles partielles non--linéaires. La figure 9.8 donne une estimation approximative de la distance entre le bas de la zone racinaire et la nappe en fonction du
taux de remontée capillaire pour un certain nombre de sols typiques.

PROFONDEUR DE LA NAPPE SOUS LA ZONE DES RACINES (cm)

La profondeur de la nappe p’ est souvent considérée comme la moyenne des profondeurs
minimale et maximale.

1 Argile lourde
2 Sable loameux
3 Argile
4 Sol Organique
5 Argile

6 Loam sableux
7 Loam sableux fin
8 Loam sableux très fin

TAUX DE REMONTÉE CAPILLAIRE (mm/j)
Figure 9.8 Taux de remontée capillaire en fonction de la distance entre le bas de la zone des
racines et la nappe (d’après Doorenbos et Pruit, 1977).

IRRIGATION SOUTERRAINE

152

9.5.5 Déflexion maximale de la nappe
La déflexion maximale théorique de la nappe «m» est la différence entre la profondeur maximale et la profondeur minimale. Dans la pratique, cette déflexion maximale «m» à ne pas
dépasser devrait être inférieure à 30 cm (0,3 m). I1 ne faut pas oublier que durant les heures de
forte évapotranspiration (12:00 -- 14:00), le système ne sera pas capable de compenser les pertes et que la nappe entre deux drains peut s’abaisser jusqu’à 10 cm de plus que le niveau désiré.
La hauteur de la nappe hd au--dessus des drains est fonction de la distance désirée entre la surface du sol et la nappe. D’après la figure 9.7, elle s’exprime :
hd = d − p

[9.5]

d = profondeur des drains (m)
p = profondeur de la nappe au--dessus du drains (m)
Toutefois, la profondeur de la nappe «p» au--dessus des drains est fonction de la déflexion «m»
et de la profondeur de nappe requise pour une culture donnée «p’», ce qui donne :
p = p − m 2

[9.6]

h d = d − p + m 2

[9.7]

9.6 TEMPS DE REMONTÉE DE LA NAPPE
Les paramètres utilisés dans cette section sont décrits à la figure 9.9.
e

hd

e

h(x, t)

hi

z

d

x

ho

IMPERMÉABLE

E/2

Drain

Figure 9.9 Fossés ou drain en mode irrigation souterraine -- description des paramètres
liés à la détermination du temps de la remontée de la nappe.

TEMPS DE REMONTÉE DE LA NAPPE

153

D’après Skaggs (1979), le taux de remontée de la nappe peut être décrit par l’équation suivante, souvent appelée équation de Boussinesq :



f ∂h = K ∂ h ∂h + e
∂t
∂x ∂x

[9.8]

f = porosité équivalente de drainage (fraction)
h = h(x,t) = distance entre la nappe et la couche imperméable ajustée
pour de (m)
t = temps (jour)
K = conductivité hydraulique (m/j)
x = coordonnée horizontale à partir du centre d’un des drains (m)
e = taux d’évapotranspiration (m/j) (évapotranspiration : négatif; précipitation : positif)
L’équation [9.8] peut être réécrite sous une forme adimensionnelle en opérant les transformations suivantes :
H= h
hd

[9.9]

ξ= x
E

[9.10]

2
= e E2
K hd

[9.11]

τ=

K hd
t
f E2

[9.12]

hd = élévation de la nappe au niveau du drain au--dessus de l’imperméable (ajustée pour de) (m)
E = écartement entre les drains ou fossés (m)
L’équation [9.8] se réécrit alors :





∂H = ∂ H ∂H +
∂τ
∂ξ
∂ξ

[9.13]

L’équation [9.13], sujette aux conditions limites appropriées, peut être résolue numériquement. Les solutions de «H= Hi » en fonction de «τ» sont présentées pour le point à mi--chemin
entre les drains (ξ= x/E = 0,5) aux figures 9.11 à 9.14 inclusivement pour des valeurs de µ de 0,
--1, --2 et --3 respectivement. Les solutions sont présentées pour des valeurs de D allant de 0 à
0,95. Les valeur de «Hi » et D sont définis :
Hi =

hi
hd

[9.14]

IRRIGATION SOUTERRAINE

154
D=

ho
hd

[9.15]

ho = élévation initiale de la nappe au--dessus de l’imperméable (ajustée
pour de ) à mi--chemin entre deux drains.
hi = l’élévation de la nappe au--dessus de l’imperméable (ajustée pour
de ) à mi--chemin entre deux drains (figure 9.9).

9.7 DÉBIT DE LA POMPE D’ALIMENTATION
Il a été vu précédemment que pour le Québec, le taux d’évapotranspiration ne dépasse rarement 6 mm/jour. Toutefois, cette valeur ne doit pas être répartie sur 24 heures puisque presque
toute l’évapotranspiration se produit entre 8:00 et 20:00, le pic se produisant vers 13:00 et correspondant à environ 11% de la valeur journalière.
La valeur de 6 mm/jour correspondrait donc en fait à une valeur moyenne horaire de 6 mm/12
heures = 0,5 mm/heure. La valeur horaire de pointe deviendrait donc 6,0 mm x 0,11 = 0,67
mm/heure.
Toutefois, il n’est pas logique d’utiliser la valeur de pointe de 0,67 mm/heure comme base de
calcul pour le dimensionnement de la pompe. En effet, le système est conçu pour pouvoir fournir 8 mm/jour ou 0,33 mm/heure à la culture (section 9.5.2). Même si l’évapotranspiration de
la culture en période de pointe est 0,67 mm/heure, le mouvement latéral de l’eau dans le sol du
drain au point milieu entre deux drains ne pourra se faire assez rapidement et une baisse du
niveau de la nappe sera alors constatée.
Le dimensionnement de la pompe devrait être basé sur un taux d’évapotranspiration horaire de
0,40 mm/heure, soit 0,33 mm/heure plus un facteur de sécurité de 20%.
Les pertes dues à la différence de niveau entre la nappe dans la partie irriguée et celle dans la
partie non--irriguées n’ont pas besoin d’être considérée dans les cas où la différence de niveau
est inférieure à 1,0 m et où la conductivité hydraulique du sol est plus petite que 1,5 m/jour.

9.8 RECOMMANDATIONS POUR L’OPÉRATION DES
SYSTÈMES D’IRRIGATION SOUTERRAINE
Les points suivants devraient être gardés à l’esprit lors de l’utilisation d’un système d’irrigation souterraine.
1. La chambre de contrôle devrait dépasser d’au moins 0,5 m la surface du sol. En effet, tel
que vu à. la section 9.6, il peut être nécessaire d’élever temporairement le niveau d’eau
dans la chambre de contrôle au dessus de la surface du sol afin de diminuer le temps de
remontée de la nappe.
2. Durant la saison de croissance, le système de débordement de la chambre de contrôle
devrait être réglé de façon à éviter que le niveau d’eau puisse monter assez haut pour
nuire à l’aération de la zone des racines.

RÉGIONS POTENTIELLES

155

3. Le système de débordement de la chambre de contrôle devrait être conçu de façon à
ce qu’il soit possible de faire varier le niveau d’eau.
4. A l’automne, avant la récolte, la valve de fond devrait être ouverte de façon à permettre le drainage normal et à améliorer la trafficabilité. Cette mesure diminuera le
gel du sol et assurera un réchauffement plus rapide au printemps.
5. Au printemps, la valve de fond devrait être fermée pour prévenir la perte d’un grand
volume d’eau. Ceci fournit l’humidité nécessaire à une bonne germination. Toutefois, l’élévation de la nappe ne doit pas nuire à la trafficabilité de la machinerie lors
des opérations. En conséquence, le niveau d’eau dans le sol doit être réglé plus bas
qu’en période d’irrigation. Ceci peut être obtenu en ajustant le niveau du système de
débordement.
6. Lorsque le niveau d’eau commence à diminuer dans la chambre de contrôle, il est
nécessaire de démarrer la pompe d’irrigation.
7. Dans le cas du mais poussant sur un sol sableux et lorsque les réserves en eau le permettent, l’irrigation devrait se poursuivre jusqu’au 15 août.

9.9 RÉGIONS POTENTIELLES POUR L’IRRIGATION SOUTERRAINE AU QUEBEC
Compte tenu des critères d’applications mentionnés à la section 9.4, certains secteurs semblent
avoir un potentiel plus grand pour l’irrigation souterraine:
1.
2.
3.
4.

La région à l’est du Richelieu, entre Sorel et St--Hyacinthe
La région située entre Joliette et le fleuve St--Laurent
La zone à l’ouest de l’île de Valleyfield
La zone périphérique au lac St--Pierre, principalement le groupe d’îles à l’ouest du
lac.

Il ne s’agit pas là des seules régions où l’on est les conditions naturelles propices à l’irrigation
souterraine sont susceptibles d’être rencontrées.
Délimiter tous les secteurs potentiels pour l’irrigation souterraine demanderait une étude
extensive des sols agricoles du Québec.

9.10 RESSOURCES EN EAU
Un point à ne pas négliger lors de la planification d’un projet d’irrigation souterraine est celui
des ressources en eau. L’eau peut provenir de trois sources :
1. étang de ferme;
2. cours d’eau;
3. eau souterraine.
Lorsque l’approvisionnement se fait à partir de l’eau souterraine, il faut s’assurer que celle--ci
soit de qualité suffisante pour l’irrigation.

156

IRRIGATION SOUTERRAINE

Il n’y a généralement pas de problèmes de qualité quand l’eau de surface est utilisée.
L’oubli de considérer les ressources en eau, dans la conception d’un système d’irrigation souterraine, peut résulter en un échec partiel qu’une planification adéquate aurait pu éviter.

9.11 RECHERCHE EFFECTUÉE AU QUÉBEC
Durant les étés 1982 et 1983, des expériences ont été réalisées afin d’évaluer la faisabilité de
l’irrigation souterraine dans les sols sableux au Québec.
Les expériences se sont déroulées à Ste--Victoire, dans le Comté de Richelieu, sur un loam
sableux fin, d’une profondeur moyenne de 1,6 m sur argile imperméable. La conductivité
hydraulique mesurée en laboratoire était de 1,5 m/jour. Le champ expérimental, d’une superficie de 10 ha, était semé en maïs depuis 1967, et l’était encore en 1982 et 1983.
Le système de drainage existant a été modifié de façon à obtenir 8 parcelles, chacune contenant
deux traitements (1. avec irrigation souterraine et 2. sans irrigation).
Durant l’été 1982, il ne fut possible d’irriguer que deux parcelles. Sur les six autres parcelles, il
fut impossible d’élever la nappe en raison du colmatage des drains. À l’automne 1982, les
drains défectueux ont été remplacés de sorte que le système expérimental était fonctionnel
durant l’été 1983.
Durant l’été 1983, les 8 parcelles furent irriguées du 6 au 19 juillet. Durant cette période, la
profondeur moyenne de la nappe se maintint à 75 cm dans les parcelles irriguées comparativement à 120 cm dans les parcelles non--irriguées. En 1983, les parcelles irriguées ont donné en
moyenne un rendement de grains secs supérieure de 86% sur celui des parcelles non--irriguées
La recherche effectuée à date démontre donc que l’irrigation souterraine est une technique
réalisable au Québec.

9.12 EXEMPLES
9.12.1 Exemple 1 -- Écartement
Dans un sol ayant une conductivité hydraulique 1,5 m/j sur une profondeur de 2,4 m, un système d’irrigation souterraine doit y être installé. Une profondeur moyenne de la nappe «p’» à
60 cm de profondeur est souhaitée. La déflexion maximale acceptée “m” est de 30 cm et les
drains sont à une profondeur moyenne «d» de 130 cm. Par ailleurs, les éléments suivants sont
déduits :
S la profondeur de sol sous les drains est de 1,1 m (2,4 m -- 1,3 m);
S la profondeur équivalente de drainage «de» est d’environ 0,9 en supposant un écartement
entre les drains d’environ 25 m,
S une évapotranspiration maximale de 8 mm/j (0,008 m/j) est considérée,

EXEMPLE 1 - ÉCARTEMENT

157

En utilisant l’équation 9.7, la hauteur de la nappe «hd » au--dessus des drains est :
hd = d - p’ + m/2 = 130 -- 60 + 30/2 = 85 cm = 0,85 m
L’écartement peut se calculer par l’équation [9.1] :
4 · 1, 5 (
2
2 · 0, 3 · (0, 85 + 0, 9)) − (0, 3) = 720 m 2 ⇒ E = 26, 8 m
0, 008
Comme ici, l’écartement trouvé (26,8 m) est très près de celui supposé pour trouver ”de ”,
aucune itération additionnelle n’est nécessaire. Un écartement de 27 m répond aux objectifs.
E2 =

9.12.2 Exemple 2 -- Temps de remontée
Dans cet exemple, nous allons chercher à calculer le temps que prendra le système de l’exemple 1 pour atteindre le niveau d’équilibre, soit une nappe moyenne à 60 cm de profondeur. La
porosité équivalente de drainage est assumé à 0,05. La figure 9.10 présente de façon schématique les données.

Figure 9.10 Description des paramètres de l’exemple 2.
Initialement, la nappe est horizontale au niveau des drains (ho = 0,9 m) et il est souhaité d’amener la nappe à mi--chemin entre les deux drains à une profondeur de 0,75 m (p’ + m / 2), soit une
hauteur hi = 1,45 m. Les paramètres D et Hi sont obtenus :
S D = ho / hd = 0,9 / 1,75 = 0,51
S Hi = hi / hd = 1,45 / 1,75 = 0,83
Une situation avec une évapotranspiration nulle et une avec une évapotranspiration de 6 mm/j
seront considéré.
Pour une évapotranspiration nulle (e = 0 ou µ = 0), la figure 9.11 avec un D = 0,51 et Hi = 0,83
donne un τ ≈ 0,18. Le temps de remontée peut alors être calculé selon l’équation [9.12] :
t=τ

2
f E2
0, 05 · (27 m)
= 0, 18
= 2, 5 j ou 60 heures
K hd
1, 5 m j · 1, 75 m

IRRIGATION SOUTERRAINE

158

Pour une évapotranspiration de 6 mm/j (e = -- 0,006 m/j ) (le signe négatif vient du fait que
l’évapotranspiration est considérée négative dans les équations 9.8 et 9.13), µ peut être calculé
selon l’équation [9.11] :
= − 0, 006 m j ·

(27 m) 2
1, 5 m j · (1, 75 m)

2

= − 0, 95 − 1, 0

La figure 9.12 avec un D = 0,51 et Hi = 0,83 permet d’obtenir un τ ≈ 0,38. Le temps de remontée peut alors être calculé selon l’équation [9.12] :
t=τ

2
f E2
0, 05 · (27 m)
= 0, 38
= 5, 3 j ou 127 heures
K hd
1, 5 m j · 1, 75 m

Avec un taux d’évapotranspiration de 6 mm/jour, la nappe prendra 127 heures pour s’élever de
0,55 m. Si ce temps est jugé trop long, deux solutions sont possibles pour diminuer le temps de
remontée :
S Solution 1: Diminuer l’écartement.
S Solution 2: Augmenter temporairement le niveau de la nappe au dessus des drains.
Le tableau suivant résume les résultats obtenus pour l’exemple 2 ainsi pour les solutions 1
(écartement diminué à 15 m) et 2 (niveau d’au augmenté à 1,15 m). Le fait de réduire l’écartement à 15 mètres (Solution 1) diminue de beaucoup le temps de remontée. Toutefois, une diminution de l’écartement implique des coûts additionnels non--négligeables alors qu’augmenter
temporairement le niveau d’eau au--dessus des drains (Solution 2) pourrait donner les mêmes
résultats sans coût supplémentaire.
Écartement
(m)

Niveau d’eau
au--dessus des
drains (m)

Exemple 2

27

Solution 1
Solution 2

Temps de remontée (heures)
e=0

e = 6 mm/j

0,85

60

127

15

0,85

20

29

27

1,15

19

28

9.12.3 Exemple 3 -- Débit de pompage
Une superficie avec 12 drains latéraux de 500 m espacés de 20 m doit être irriguée. Quel est le
débit requis à la pompe?
Le débit de la pompe est calculé sur la superficie pour un taux horaire d’évapotranspiration de
0,4 mm/h (8 mm / 24 h + facteur de sécurité de 20%).
S Superficie = 12 · 20 m · 500 m = 124,000 m2
S Débit = 124,000 m2 · 0,0004 m/h · 1000 L/m3 · 1/3600 h/sec = 13,8 L/sec

159

BIBLIOGRAPHIE

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160

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hi
hd

τ=

K hd
t
f E2

Figure 9.11 Solutions décrivant le mouvement de la nappe Hi = hi /hd à mi--chemin entre deux drains (x/E = 0,5) lorsque la nappe
migre d’une position D = ho /hd à une position d’équilibre sous une évapotranspiration nulle µ = 0 (d’après Skaggs, 1979).

Hi =

161

hi
hd

τ=

K hd
t
f E2

Figure 9.12 Solutions décrivant le mouvement de la nappe Hi = hi /hd à mi--chemin entre deux drains (x/E = 0,5) lorsque la nappe
migre d’une position D = ho /hd à une position d’équilibre sous une évapotranspiration adimensionnelle µ = - 1,0
(d’après Skaggs, 1979).

Hi =

162

hi
hd

τ=

K hd
t
f E2

Figure 9.13 Solutions décrivant le mouvement de la nappe Hi = hi /hd à mi--chemin entre deux drains (x/E = 0,5) lorsque la nappe
migre d’une position D = ho /hd à une position d’équilibre sous une évapotranspiration adimensionnelle µ = - 2,0
(d’après Skaggs, 1979).

Hi =

163

hi
hd

τ=

K hd
t
f E2

Figure 9.14 Solutions décrivant le mouvement de la nappe Hi = hi /hd à mi--chemin entre deux drains (x/E = 0,5) lorsque la nappe
migre d’une position D = ho /hd à une position d’équilibre sous une évapotranspiration adimensionnelle µ = - 3,0
(d’après Skaggs, 1979).

Hi =

164


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