irrigation aride (1)

8/18/2019 Irrigation Aride (1)

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Méthodes d’irrigation

en milieu aride

ARBISAN Nicola

e SEVIN Hugo

ABARROT François

Projet d’Eau 2012

Tuteur : Nadia Saiyouri

Le GAC Thibaut

RYSAK Quentin

ULLMANN Coralie


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Sommaire Introduction ................................................................................................................................. 4

I Les différentes méthodes d’irrigations. ......................................................................................... 5

- Les différents types d’irrigation gravitaire.............................................................................. 5

1) L’irrigation par planche et par bassin ........................................................................ 5

2) L’irrigation à la raie ................................................................................................. 6

3) L’irrigation partielle de la rhizosphère ...................................................................... 8

- L’irrigation par aspersion : .................................................................................................... 9

1) Microaspersion ....................................................................................................... 9

2) L’aspersion ............................................................................................................. 9

3) Coûts.................................................................................................................... 14

- Micro irrigation superficielle ............................................................................................... 15

1) Système complet de goutte-à-goutte ..................................................................... 15

2) Goutte-à-goutte simplifié ...................................................................................... 17

3) Applications .......................................................................................................... 18

- Les exsudeurs souterrains. ................................................................................................. 19

1) Irrigation par vases céramiques poreux. ................................................................. 19

2) Irrigation à l’aide de tuyaux poreux sectionnés. ...................................................... 20

3) Irrigation par manchons de plastique perforés ........................................................ 20

4) Conclusions sur les exsudeurs souterrains .............................................................. 21

- Irrigation Souterraine et Drainage Contrôlé ......................................................................... 22

1) Introduction ......................................................................................................... 22

2) Définition ............................................................................................................. 22

3) Principes de fonctionnement des systèmes ............................................................ 23

II Etude de cas sur des zones géographiques précises .................................................................... 27

- Récupération de l’eau de pluie en Ethiopie. Irrigation par les crues et le ruissèlement. .......... 27

1) Description de cette technique .............................................................................. 27

2) Coût, Avantages et Inconvénients .......................................................................... 28

- Gestion de l’eau et méthodes de captation de l’eau en Asie ................................................. 29

1) La situation des réserves d’eau .............................................................................. 29

2) Des techniques innovantes .................................................................................... 30

- Gestion de l’eau et méthodes de captation de l’eau au Sahara ............................................. 33

1) La situation de la réserve en eau Saharienne .......................................................... 33

2) Les systèmes d’irrigation propres au Sahara ........................................................... 34

3) Conclusion partielle sur la région du Sahara septentrional ....................................... 38


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- Technique de captage en Israël........................................................................................... 39

1) Condensation historique........................................................................................ 39

2) Le rôle de l'irrigation dans l'agriculture de pointe.................................................... 39

3) L'offre et la demande - la gestion de ressources en eau limitées .............................. 40

4) L’eau saumâtre et l’eau de mer, des techniques maitrisées ..................................... 40

5) La situation actuelle .............................................................................................. 42

- Australie : La grande sécheresse ......................................................................................... 43

1) Le contexte environnemental ................................................................................ 43

2) Les investissements technologiques ....................................................................... 44

3) Réutilisation des eaux usées .................................................................................. 45

III Le biomimétisme, base de la récolte de l’eau. ........................................................................... 46

- La « récolte » du brouillard. ............................................................................................... 46

1) Les filets de brouillard ........................................................................................... 46

2) Curtains water. ..................................................................................................... 48

3) Coastal fog-harvesting tower, Huasco, Chilie. (Les tours de brouillard) ..................... 49

- Récupération de l’eau par condensation............................................................................. 51

1) Eole Water Marc Parent (ingénieur français) .......................................................... 51

2) Max Water ........................................................................................................... 52

3) Groasis Water Box................................................................................................. 52

Conclusion générale du rapport ................................................................................................... 54

IV Références Webographie : ....................................................................................................... 55

- Les différentes méthodes d’irrigations ................................................................................ 55

- Etude de cas sur des zones géographiques précises ............................................................. 55

- Le biomimétisme, base de la récolte de l’eau....................................................................... 56


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Introduction

L’eau est un des enjeux majeurs du 21e siècle. En effet, bien que les réserves mondiales

d’eau soient théoriquement suffisantes pour les besoins de toute la planète, elles sont très

inégalement réparties. Les précipitations sont également très déséquilibrées en fonction dessaisons dans certaines régions du monde. De plus, le réchauffement climatique augmente encore

ces inégalités.

Il est important de savoir que l’agriculture est de loin le plus grand consommateur d'eau

(devant l’industrie et les services), puisque 69 pour cent des prélèvements mondiaux lui sont

imputables. Dans ce contexte assez particulier, les systèmes d’irrigation en milieux aride et leurs

améliorations récentes sont cruciaux afin de permettre la production de nourriture dans ces zones,

de réaliser des économies d’eau ou encore de lutter contre la désertif ication.

Nous avons donc choisi de détailler dans un premier temps les différentes techniques

d’irrigations utilisés dans ces zones arides et semi -arides et leurs récentes innovations vis-à-vis de

l’économie d’eau. Ensuite nous nous sommes intéressés à di fférentes étude de cas à travers le

monde où des projets innovants ont été mis au point pour répondre à des situations de pénuries

d’eau précises. Enfin nous verrons les moyens de captation de l’eau les plus modernes qui ont été

inventés ces dernières années.


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I Les différentes méthodes d’irrigations.

- Les différents types d’irrigation gravitaire

L’irrigation de surface ou irrigation gravitaire consiste à repartir l’eau directement sur la

parcelle cultivée par ruissellement sur le sol dans des sillons ( méthode d’irrigation à la raie), par

nappe (on parle d’irrigation par planche ou calant) ou encore par submersion contrôlée (irrigationpar bassin). Il s’agit du mode d’irrigation le plus ancien (et donc assez rudimentaire) mais il est peu

couteux en investissement et il s’agit de la méthode la plus utilisée à travers le monde (il représente

par exemple 80% de la superficie des grands périmètres irrigués du Maroc). Il est donc indispensable

de s’y intéresser dans le cadre de ce projet.

Traditionnellement pour ces méthodes, l’eau est amenée au niveau de la parcelle puis

distribuée dans des canaux de terres qui alimente les raies, les planches ou les bassins. Les pertes par

infiltration et la difficulté de contrôler les débits délivrés conduisent à un gaspill age d’eau et à un

arrosage hétérogène.

1) L’irrigation par planche et par bassin

Ces techniques sont utilisées pour les cultures semées à plat telles que les céréales, le bersim, la

luzerne, des plantes fourragères etc.

En agriculture, une planche désigne une portion longue et étroite d’un jardin ou d’un champ. Le

principe de l’irrigation par planche et de faire couler une mince couche d’eau sur des planches

longues et étroite pour un sol à pente faible (0.1 jusqu’à 5% selon les cultures). L’eau ruisselle et

s’infiltre au cours de son parcours le long de la planche. Pour éviter un gaspillage excessif de l’eau,

elle est déversée par une ou plusieurs vannes dans le canal d’amenée, guidée le long de la planche

par des bourrelets latéraux peu élevés et larges (afin qu’ils n’opposent aucun obstacle au passage des

machines, en période sèche). Un canal de colature recueille, au bas de la planche, les eaux en excès.

L’irrigation par bassin est similaire, sauf que le sol n’est pas incliné, il est donc nécessaire de

fournir une quantité et un débit d’eau plus important pour obtenir une nappe d’eau sur toute la

surface de la parcelle de terre délimitée par des rigoles. Cette nappe d’eau va ensuite s’infiltrer

progressivement dans le sol. Cette technique présente de nombreux inconvénients, et surtout dans

le cadre d’une irrigation en milieu aride. On observe en effet un tassement du sol en profondeur, une

réduction de la perméabilité et une asphyxie temporaire du sol qui peut être nuisible. De plus elle

réclame beaucoup d’eau et donc la proximité d’une oasis.

Ces techniques traditionnelles restent néanmoins très utilisées, et elles ont été modernisées ces

dernières années.


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Figure 1 : Schéma de réseau d'irrigation de surface modernisé

2) L’irrigation à la raie

Cette technique est utilisée pour les cultures semées en bi llon telle que la betterave à sucre et la

pomme de terre.

Elle consiste à couvrir partiellement le sol par l’eau qui, ensuite, s’infiltre latéralement et

remonte par capillarité. Au lieu de s’étendre sur toute la surface, l’eau quittant le canal d’amenéeruisselle puis s’infiltre dans les rigoles bordant les billons s ur lesquels sont implantées les cultures.

S’infiltrant latéralement et remontant par capillarité, elle atteint les racines.

On l’utilise idéalement pour des sols composés de sable de texture grossière et de limon sableux

avec une pente de 0.2 à 3 %. Elle est peu chère et facile à mettre en place mais on observe de fortes

pertes d’eau par percolation ou par fuite lors de l’acheminement de l’eau (30 à 40% de l’eau est ainsi

perdue au Maroc) Il faut donc veiller à l’entretien de ces canaux et utiliser des gaines souples ou des

tuyaux semi-rigides en polyéthylène pour réduire ces pertes.

La modernisation de ces techniques

d’irrigation par planche et par bassin peut

consister en plusieurs points :

- Etancher le canal qui distribue l’eau

en tête de parcelle

- L’équiper de vannes de régulation

pour irriguer successivement les

différents bassins- Automatiser l’ouverture et la

fermeture des différentes vannes

- Recouvrir les canaux de distribution,

les remplacer par des canaux

préfabriqués ou encore les enterrer

sous terre.

Ces différentes techniques sont toutefois

assez couteuses et nécessitent beaucoup

d’entretien même si elles diminuentgrandement le gaspillage de l’eau.

L’irrigation à la raie se prêtemieux à la mécanisation par

siphon, par rampes à vannettes,

par gaine souple ou par

transirrigation. Ces techniques

ont différents avantages et

inconvénients les unes par

rapport aux autres.

Irrigation à la raie par siphon


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Le système “transirrigation” est constitué d’un tuyau rigide posé avec une pente

régulière en tête de parcelle et percé d’orifices calibrés qui alimentent les raies. Le déplacement

automatique d’un piston à l’intérieur du tube entraine le déplacement de la main d’eau surl’ensemble de la parcelle. Le débit de chaque trou décroît progressivement jusqu’à s’annuler au fur

et à mesure que le piston se déplace vers l’aval du trou. Cette technique permet peu de travail

pendant l’irrigation, une maitrise précise de la dose d’eau apportée (et donc moins de gaspillage). Le

principal inconvénient est qu’elle est très onéreuse et nécessite une étude de dimensionnement

approfondie.

Ces systèmes d’irrigation ont un rendement hydraulique de 50% (la moitié de l’eau

utilisée n’est pas effectivement captée par la plante) pour les méthodes traditionnelles et jusqu’à

80% pour les méthodes modernisés. Ces chiffres s’approchent des rendements des techniques

d’aspersion ou de micro-irrigation. Toutefois, des recherches récentes pourraient permettre

d’améliorer l’économie d’eau sans surcoût important.

L’irrigation par siphon permet

d’éviter beaucoup de travaux liés à

la distribution, de réduire l’érosion

du sol à la tête de la raie. Il présente

une bonne répartition de l’eau et un

faible investissement.

L’irrigation par rampes à vannettes permet un

réglage plus précis et plus constant du débit

d’eau déversé (les vannettes sont réglable en

position 25, 50 ,75 et 100%). Toutefois une

étude de dimensionnement est nécessaire.

L’irrigation par gaine souple est peu chère et

facile à mettre en œuvre. Elle est toutefois

assez fragile (déchirures) et les débits déversés

sont peu précis

Irrigation à la raie par gaine

souple


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3) L’irrigation partielle de la rhizosphère

Des recherches récentes (2010) ont été effectuées en Chine sur une manière différente

pour irriguer les cultures. Il s’agit de l’irrigation partielle de la rhizosphère (Partial root-zone drying

irrigation en anglais).

Le principe de cette technique est relativement simple à comprendre : on va irriguer

uniquement la moitié de la racine de la plante, et ceci de manière alternée. On a donc la moitié de la

racine qui capte l’eau nécessaire à son développement et l’autre moitié qui subit une pénurie d’eau

et va envoyer des signaux aux cellules de la plante. Celle-ci va donc « adapter » son comportement

en diminuant sa consommation d’eau.

On observe ainsi une diminution de la transpiration de la plante qui s’adapte, mais aussi

une diminution de l’évaporation du sol (car on irrigue une surface 2 fois plus petite). Cela permet

aussi de limiter l’augmentation de la salinité des sols qui est un vrai problème pour l’irrigation au

long terme.

Les chercheurs ont comparé la taille et le développement des racines, des feuilles et de la tige de

plante de cotons pour une irrigation traditionnelle (toutes les raies sont irriguées), une irrigation

partielle d’une seule des 2 raie et une irrigation d’une seule raie alternativement.

Les résultats ont été assez spectaculaires, l’irrigation partielle alternée permet une

économie de presque 30 % d’eau (par rapport à l’irrigation traditionnelle) pour la même quantité de

récolte. On a également observé que la plante arrive à maturité plus tôt avec cette méthode. Pour les

régions semi arides de Chine, cela constitue un avantage économique pour la culture de certaines

plantes(le coton notamment). En effet cette méthode permet de sauver une plus grande partie de la

récolte qui arrive à maturité avant les périodes de grand froid.

En conclusion on peut dire que cette technique présente de nombreux avantages :

- Elle est facile à mettre en place et peu onéreuse (il suffit d’avoir un moyen technique de

contrôler le débit d’eau dans les raies).

- Elle est adaptable aux autres systèmes d’irrigation (micro irrigation par exemple) car elle est

liée au comportement de la plante et non à une innovation technique.

- Elle est utilisable pour beaucoup de plantes différentes : les chercheurs ont réussi à faire

pousser des tomates, des raisons, des pommes de terre (et pas uniquement du coton).

Ces études ont été effectuées avec la

méthode d’irrigation à la raie en

irriguant alternativement une raie

sur 2.


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- L’irrigation par aspersion :

1) Microaspersion

L'irrigation grâce à des micropulvérisateurs arrose seulement une fraction de la surface du

sol. L'eau est éjectée en jets fins par une série de gicleurs d'où elle tombe en pluie. Chaque gicleur

peut arroser plusieurs mètres carrés. Le système de la microaspersion permet donc d'augmenter levolume de sol mouillé dans lequel les racines des plantes absorbent l'eau et les éléments nutritifs, ce

qui est particulièrement intéressant pour les gros arbres.

La microaspersion a un autre gros avantage. En effet, comme les orifices des gicleurs sont

plus larges et le taux d'écoulement supérieur, le risque d'obstruction est réduit. La pression requise

est de l'ordre de 1 à 2 bars. Ce qui oblige à installer un système de pompage ou à surélever le

réservoir d'alimentation d'au moins 10 m.

A d'autres égards, l'irrigation par microaspersion permet l'application fréquente d'un faible volume

d'eau et l'injection de fertilisants dans l'eau. En outre, il est facile d'adapter les systèmes de

microaspersion aux conditions des pays en développement, en réduisant leur taille, pour la rendreplus conforme aux parcelles à irriguer, généralement de petites dimensions.

En revanche, la microaspersion a aussi des inconvénients. La composante évaporation du bilan

hydrique est accrue, à la fois parce que la surface mouillée est plus grande, que l'eau est pulvérisée

dans l'air sec et que les feuilles les plus basses sont mouillées. Comme le feuillage est mouillé,

l'utilisation d'eau saumâtre et l'incidence des maladies fongiques posent plus de problèmes.

2) L’aspersion

L'irrigation par aspersion s'est rapidement développée après la seconde guerre mondiale,

notamment en Europe et aux Etats-Unis. Avec les améliorations techniques de rendement et de la

baisse du coût, elle s’est petit à petit développée dans les régions arides et semi-arides. L'eau esttransportée dans des réseaux de conduites sous pression puis délivrée au niveau de la parcelle par

des bornes qui régulent la pression et le débit. L’eau est ensuite dirigée dans d’autres conduites quialimentent sous pression des asperseurs qui répandent l'eau en pluie.

Il existe deux types d’irrigation par aspersion. L’aspersion traditionnelle et l’aspersion mécanisée.

L’aspersion traditionnelle

En agriculture, les arroseurs sont à rotation lente. Celle-ci est obtenue par le va-et-vient d’un

bras de levier qui porte un seul aubage et qui oscille grâce à l’impact d’un jet qui s’échappe d’unebuse. Voici quelques chiffres de dimensionnement :

Diamètre des

buses (mm)

Pression de

service (bars)

Portée Angle d’inclinaisonpar rapport à

l’horizontal (°)

Petits Arroseurs 4 à 7 Entre 2.5 et 3.5 Relativement

faible, petites

gouttelettes

Moyens Arroseurs 8 à 14 Entre 3.5 et 4.5 Entre 25 et 26

Grands Arroseurs 15 à 25 Au moins 4.5 Grande,

grossesgouttelettes

Entre 23 et 24


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Les petits asperseurs sont disposés le long d'une rampe mobile que l'on déplace de poste en poste,

pour irriguer l'ensemble de la parcelle.

Les grands arroseurs ont une pluviométrie

horaire élevée et ceci conduit à la formation de

grosses gouttelettes. Ceci peut poser problème. Eneffet la taille des gouttelettes ne doit occasionner

aucun dommage ni au sol, ni à la culture. Et plus

l’arroseur est grand, plus les gouttelettes sontgrosses. Les gouttes peuvent poser des problèmes

de battances du sol (formation de croûte

superficielle) sur des sols limoneux ou fins. Il faut

donc dimensionner notre arroseur en fonction du

sol (limon, sable…) et du type de plante.

De plus l’angle d’inclinaison joue aussi un rôle tres

important dans l’homogénéité de l’irrigation. L’angle idéal d’inclinaison par rapport au plan

horizontal est de 32° en condition calmes (vent quasi nul). Mais à cause du vent (celui-ci ne doit pas

être trop fort), l’angle d’inclinaison doit être diminué pour permettre une irrigation homogène.

Il existe deux types d’installations d’aspersion traditionnelle: les installations mobiles portatives et les

installations semi-mobiles portatives.

Les installations mobiles portatives sont composées de canalisations principales ainsi que de

rampes qui peuvent être déplacées à la main. Les conduites qui forment l’ensemble du système

doivent donc être légères, facilement raccordables et détachables les unes des autres. Elles sonthabituellement en aluminium léger ou en al liage d’aluminium et leur longueur est en général de 6m.

Les installations mobiles portatives sont donc conseillées pour les régions à capital d’investissement

faible mais qui disposent d’une main d’œuvre abondante.

L’autre type d’installation d’aspersion traditionnelle est l’installation semi-mobile portative.

Elle comprend des canalisations principales fixes et enterrées à intervalles réguliers. Le plus souvent,

la station de pompage est permanente et elle est située de telle façon à minimiser le trajet de l’eau.

En général les canalisations fixes sont en acier et elles sont aussi protégées contre la corrosion. Mais

il existe d’autres variantes, en utilisant des tuyaux flexibles.

Le type de plantation influe aussi sur le fait de mettre des installations permanentes ou non.

En effet les installations permanentes (ou couverture totale), où les conduites principales et les

rampes sont enterrées, sont souvent utilisées dans les exploitations de vergers. Le gros intérêt de la

couverture totale est qu'avec une bonne disposition d'asperseurs on peut obtenir une répartition

homogène de l'eau sur l'ensemble de la surface irriguée. Les pertes d'eau sont pratiquement nulles

et dans des dispositifs bien conçus, on obtient des rendements hydrauliques de l 'ordre de 90 à 95 %.

En revanche les installations temporaires sont des systèmes qui ont la particularité de pouvoir être

montés au moment de la plantation puis démontés jusqu’à la dernière irrigation avant la récolte.


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L’aspersion mécanisée

L’aspersion mécanisée est très souvent utilisée dans les grandes exploitations. On y utilisedes systèmes de rampes pivotantes et de rampes frontales. Le système de rampe pivotante est

constitué d’une conduite avec arroseurs, supportée à l’une de ses extrémités par une tour à pivotcentral d’où l’eau arrive, une série de tours munies de roues et un moteur électrique ou hydraulique.La conduite peut mesurer entre 100 et 500 m et peut irriguer jusqu’à 100 ha. I1 faut noter que lapluviométrie nécessaire pour apporter une dose homogène à chaque rotation, croît au fur et à

mesure que l'on s'éloigne du centre. En extrémité de rampe, la pluviométrie maximale peut atteindre80 à 100 mm/h, ce qui est incompatible avec la perméabilité de la plupart des sols. I1 est conseillé de

ne pas dépasser un rayon de l'ordre de 400 m sauf sur sol sableux très perméable. Mais l’aspersionmécanisée exige un capital d’investissement élevé mais une faible main d’œuvre. Si la pression deservice est de l’ordre de 6 bars, les débits varieront entre 250 et 850 m 3/h. Pour les rampes frontales,toutes les tours sont mobiles et le déplacement se fait latéralement. Pour alimenter le système en

eau, l’alimentation se fait soit par un fossé creusé au milieu ou au bord du champ, soit par un tuyauflexible. En revanche, l’investissement doit être tres important et la consommation énergétique tresélevée.

Pivot

Un autre type d’irrigation mécanisée par aspersion est l’irrigation par enrouleurs. Ce type

d’irrigation est la plus répandue dans le monde. Les enrouleurs sont des machines d’irrigation à

tambour et à tuyau flexible. L’enrouleur est constitué d’un tambour, sur laquelle s’enroule un tuyau

flexible en polyéthylène. L’enroulement du tuyau provoque le déplacement d’un canon d’arrosage

monté sur roues à l’extrémité du tuyau. L’enrouleur effectue ainsi un arrosage en bande, sans

intervention. En fin de parcours l’enroulement s’arrête automatiquement et l’ensemble est déplacé

au moyen d’un tracteur pour arroser la bande suivante. La longueur du flexible varie évidemment en

fonction de la longueur du champ et peut atteindre 600 m. Son diamètre peut aller de 50 à 140 mm.Enfin le débit peut atteindre 50 m

3/h et la portée est d’environ 100m.


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Enrouleur

Pour utiliser l’irrigation par enrouleur, on a besoin des éléments suivants : un tambour, un

châssis, un mécanisme d’enroulement, un asperseur et un porte asperseur, un flexible en

polyéthylène, un système de régulation de la vitesse d’avancement afin d’apporter la dose d’eau

choisie, un système d’enroulement uniforme du tambour et une sécurité de fin de course. Les plus

grandes machines peuvent contenir un poids dépassant 5 tonnes. En outre, le tambour doit

supporter un couple important afin de pouvoir tirer le flexible rempli d’eau le long de la bande dechamp. Pour permettre l’irrigation, un mécanisme d’entrainement fait tourner le tambour qui

enroule lentement le flexible et tire le porte asperseur le long du terrain. Le tambour peut être

entrainé par chaine, par un engrenage, ou un système d’ergot actionné à l’aide d’une turbine, d’un

soufflet ou d’un moteur… En revanche le système d’entrainement à piston est abandonné depuis

plusieurs années à cause de sa forte oxydation par l’eau d’irrigation.

Ensuite on décrit les différents éléments qui constituent l’irrigation par enrouleur. Tout

d’abord, le porte asperseur est soit un chariot soit un traineau. Leur conception est pensée afin de

réduire au minimum l’endommagement des plantes dû à son déplacement. Mais il existe des portes

asperseurs avec un espacement de roue variable. Cela permet de réutiliser plusieurs fois un porte

asperseur pour différentes cultures. Ensuite le flexible doit être en polyéthylène pour combiner une

grande rigidité et une grande flexibilité. Les flexibles sont obtenus en variant la densité du

polyéthylène. De plus l’enrouleur est également équipé d’un système de régulation de vitesse

d’avancement du porte asperseur. Il existe 2 types de régulations. Tout d’abord une régulation

mécanique (basée sur l’augmentation du diamètre du tambour) et enfin une régulation électronique.

Après avoir installé le porte asperseur en bout de champ, on alimente l’enrouleur en eau

sous pression. Au cours de l’irrigation, l’effort de frottement diminue avec la longueur du flexible

déroulé. Ce qui entraine une augmentation de la vitesse d’avancement. Pour avoir une distributionuniforme de l’irrigation, on doit réduire la pression afin de garder une vitesse quasi -constante. En


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effet une variation de la vi tesse d’avancement de plus de 10% n’est pas recommandée pour

conserver une bonne homogénéité. Tout ceci s’effectue grâce au régulateur de vitesse d’avancement

décrit un peu plus haut.

Pourquoi mettre en place une irrigation par aspersion?

Afin de savoir si on met en place une irrigation par aspersion et afin de dimensionner le

système d’irrigation, on doit considérer les facteurs suivants :1) La dimension et la forme de la surface à irriguer, sa topographie et le type du sol

2) Les sources d’eau disponibles ou potentielles et leurs caractéristiques3) Les conditions climatiques dans la région, l’accessibilité à la parcelle et la culture à irriguer.

Avantages Inconvénients Solutions

Bon pour les sols de faible

profondeur (ne pouvant être

correctement nivelés pour une

irrigation de surface)

Ecarter dans les régions tres

régulièrement ventées

(vents ≥ 5 m/s dégradentconsidérablement l’homogénéitéde l’arrosage)

I1 faut savoir que l'irrigation au

canon est d'autant plus sensible au

vent que la portée du jet est

importante.

On atténue l'effet du vent

en rapprochant le plus

possible les asperseurs et

en les disposant entriangle ou en rectangle,

dont la plus grandedimension est orientée

dans le sens du vent.

Bon pour les sols trop perméables

qui ne permettent pas une

répartition uniforme de l’eau dansle cadre d’une irrigation avecruissellement de surface

Evaporation directe pendant

l’irrigation. Eviter l’arrosage paraspersion à midi

Bon pour les terrains à penteirrégulière avec micro relief

accidenté ne permettant pas

l’établissement d’une dessertegravitaire à surface libre

Lorsque le réseau ne dispose pasd'une charge gravitaire, la mise en

pression nécessaire au bon

fonctionnement des asperseurs

entraine des coûts d'énergie de

pompage qui peuvent être

importants.

Longue durée des composantes

Pour le pivot : il présente

l'avantage de pouvoir réaliser un

arrosage très homogène et biencontrôlé, sans aucune

intervention manuelle. Cela

permet d'envisager son utilisation

pour répandre les produits

fertilisants ou de traitements

phytosanitaires

Son principal inconvénient est la

forme circulaire de la surface

arrosée.

Il convient bien pour les

grandes surfaces de

monoculture.

Ne nécessite pas une grande

qualité de l’eau Peut opérer sans surveillance


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3) Coûts

Les éléments essentiels du coût de l'irrigation par aspersion sont les charges

d'investissement, les charges de main d'œuvre, les charges d'entretien des équipements et lescharges d'énergie (nécessaires pour assurer une pression suffisante au niveau des asperseurs ou des

canons) Ce dernier est direct en cas de pompage individuel ou inclus dans le prix de l'eau en cas de

distribution par réseau collectif. Cet élément dans le coût de l’irrigation est très important. Parfois ilconduit à abandonner les canons à haute pression, voir même les enrouleurs pour revenir à des

installations fonctionnant à moyenne ou basse pression

Type d’équipements Cout ramené à l’hectare (€/ha)

Rampe mobile, canon déplaçable 200

Couverture intégrale : commande manuelle 1600

Couverture intégrale : automatique 2300

Enrouleur 750

Pivot : 80 à 30 ha 900

Pivot : 20 à 30 ha 1400

Pivot : 10 à 20 ha 1700

Valeurs moyennes des investissements.

Le type d’irrigation par aspersion à utiliser varie donc en fonction de nombreuses caractéristiques. Il

faut en tenir compte afin d’optimiser l’eau et le capital d’investissement.


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- Micro irrigation superficielle

Les méthodes décrites dans cette section sont basées sur l'arrosage continu ou régulier d'unefraction de la surface du sol. Pour ce faire, on distribue habituellement l'eau dans des conduites

fermées (par exemple des tubes de plastique) en des points spécifiques, dont l'emplacement et

l'espacement dépendent de la configuration de la plante cultivée. Au niveau de ces points, on laisse

l'eau sortir à la surface, en veillant à ce que le débit ne soit pas supérieur à la capacité d'infiltration

du sol, pour que toute l'eau pénètre dans la rhizosphère sans stagner ou s'écouler à la surface .

Les systèmes d'irrigation dans lesquels l'eau est distribuée par des conduites fermées

(tuyaux) permettent généralement d'économiser de l'eau car ils accroissent l'uniformité des

applications et évitent les pertes en quantité (dues à la percolation et à l'évaporation) et en qualité

(dues à la contamination de l'eau dans les canalisations à ciel ouvert). Mais comme ils nécessitent un

dispositif de pressurisation et des installations coûteuses, cette économie génère souvent une

augmentation de la consommation d'énergie et des investissements en capital. C'est pourquoi des

méthodes minimisant ces dépenses de capital et d'énergie sont nécessaires.

1) Système complet de goutte-à-goutte

On appelle irrigation au goutte-à-goutte l'application lente et localisée d'eau, littéralementau goutte-à-goutte, au niveau d'un point ou d'une grille de points sur la surface du sol. Si l'eau

s'écoule à une vitesse inférieure à la capacité d'absorption ou d'infiltration du sol, celui-ci n'est pas

saturé et il ne reste pas d'eau qui stagne ou ruisselle à la surface.

L'eau est amenée jusqu'aux orifices de gouttage par un assemblage de tuyaux en plastique,

généralement en polyéthylène opaque ou en PVC résistant aux intempéries. Des canalisations

latérales, alimentées par une conduite maîtresse, sont posées sur le sol. Ces canalisations,

généralement d'un diamètre de 10 à 25 mm, sont perforées ou munies de goutteurs spéciaux.

Chaque goutteur doit déverser l'eau goutte à goutte sur le sol, à un débit prédéterminé, allant de 1 à10 litres par heure.

La pression de l'eau dans les tuyaux est ordinairement comprise entre 0,5 et 2,5 atmosphères. Cette

pression s'atténue par frottement lorsque l'eau s'écoule à travers les étroits passages ou orifices du

goutteur, si bien que l'eau sort à une pression atmosphérique sous forme de gouttes et non en jet ou

aspersion.

Les goutteurs commercialisés sont soit internes (fixés à l'intérieur des tuyaux d'amenée latéraux)

soit externes (enfichés sur les tuyaux à travers des trous perforés dans la paroi de la conduite

d'amenée). Ils sont conçus pour évacuer l'eau à un débit constant de 2, 4 ou 8 litres par heure. Le

débit de sortie est toujours altéré par des variations de la pression, mais dans une moindre mesure siles émetteurs sont munis d'un régulateur de pression. La fréquence et la durée de chaque irrigation

sont contrôlées par une vanne actionnée manuellement ou par une série de valves automatiquesprogrammables. Des valves doseuses interrompent automatiquement l'écoulement une fois qu'un

volume prédéterminé a été appliqué.


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Schéma d'un système classique d'irrigation au goutte-à-goutte

La zone humectée, et donc le volume d'enracinement actif, est ordinairement inférieure de

50 pour cent à ce qu'elle serait si tout le sol était mouillé uniformément. Si les applications au goutte-à-goutte sont fréquentes (ce qui est conseillé), la portion mouillée du sol reste en permanence

humide, mais le sol n'est pas saturé et reste donc bien aéré. Cela crée des conditions d'humidification

exceptionnellement favorables. L'irrigation au goutte-à-goutte présente donc un avantage certain

par rapport à l'irrigation par surverse et même par rapport à l'irrigation par aspersion moins

fréquente, en particulier pour les sols sableux ayant une faible capacité de rétention d'eau et dans

les climats arides où les pertes par évaporation sont élevées . En outre, contrairement à l'irrigation

par aspersion, l'irrigation au goutte-à-goutte n'est pratiquement pas affectée par le vent. La texture

du sol, la topographie ou la rugosité de la surface ont aussi une influence moins grande qu'avec

l'irrigation de surface.Si la quantité d'eau déversée est supérieure aux besoins de la plante, la zone mouillée se trouvant endessous de chaque goutteur s'allonge vers le bas et peut finir par former une «cheminée» qui draine

l'eau excédentaire hors d'atteinte des racines.

Le système du goutte-à-goutte permet aussi d'employer de l'eau légèrement saumâtre

(ayant par exemple une teneur en sel d'environ 1 000 à 2 000 mg/litre) pour irriguer des cultures

comme le coton, la betterave à sucre, les tomates ou les dattes qui ne sont pas trop sensibles à la

salinité. L'eau saumâtre n'entre pas en contact direct avec le feuillage, qui risque donc moins d'être

brûlé par le sel qu'avec l'irrigation par aspersion. Comme, dans la zone mouillée, le sol reste enpermanence humide, les sels ne se concentrent pas et la salinité de la solution du sol dans la

rhizosphère n'est que légèrement supérieure à celle de l'eau d'irrigation. Dans les zones où les pluiessaisonnières sont suffisantes, les anneaux de grosses concentrations en sel formés autour du point

de gouttage sont habituellement lessivés chaque année.

Les systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte requièrent des investissements relativement

élevés, car il faut une grande quantité de tuyaux, de tubes, de goutteurs et de dispositifs auxiliairespour parvenir à délivrer le volume d'eau voulu en des points spécifiques du champ. En outre, c omme

les orifices standards des goutteurs sont étroits, des dispositifs de filtrage onéreux doivent être

installés pour prévenir leur obstruction. De ce fait, les systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte

tendent à être plus chers, au moins au départ, que les systèmes d'irrigation superficielle. Ils peuvent

se révéler rentables à long terme s'ils parviennent effectivement à prévenir le gaspillage d'eau et ladégradation des terres, si fréquents avec les méthodes traditionnelles. Cependant, pour qu'ils soient


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plus facilement applicables dans les zones arides en voie de développement, il faut trouver des

moyens de les simplifier et de réduire leurs coûts d'installation et de fonctionnement.

2) Goutte-à-goutte simplifié

L'équipement extrêmement sophistiqué, mis au point pour les systèmes d'irrigation au

goutte-à-goutte dans les pays industrialisés, leur a fait perdre la simplicité qui était à la base de leur

conception. La principale justification de ces systèmes qui nécessitent des capitaux importants et

consomment généralement beaucoup d'énergie est l'économie de main-d'œuvre. Etant donné quel'importance relative des coûts des facteurs entrant en jeu dans les pays en développement d'Afriqueest souvent inversée par rapport aux pays industrialisés, il est indispensable de simplifier ces

systèmes. La conception des systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte doit être revue de façon à

faciliter leur installation et leur entretien, tout en conservant les principes de base, à savoir

l'application fréquente d'un faible volume d'eau, et la maximisation de l'efficacité de l'irrigation.

Les goutteurs ne doivent pas nécessairement être des dispositifs de précision. Ils peuvent

être improvisés en perçant des trous à la main dans les canalisations latérales. Pour que ces

perforations soient aussi uniformes que possible, il est conseillé d'utiliser des poinçons arrondis

comme ceux employés pour faire des trous dans les ceintures de cuir. Pour empêcher un écoulementtrop important ou l'obstruction des orifices, les utilisateurs peuvent recouvrir les trous avec des

«colliers» bien ajustés, faits en découpant de petites sections du tuyau utilisé pour les canalisations

latérales et en les faisant glisser sur les trous. En procédant par tâtonnements, un utilisateur peut

fabriquer des goutteurs adéquats pour une fraction infime du prix auquel ils sont vendus dans le

commerce. En outre, ces goutteurs sont faciles à entretenir, c'est-à-dire à nettoyer ou à déboucher

quand il le faut. Pour fabriquer les goutteurs, on peut aussi couper des petits bouts de tuyau

(microtubes) et les insérer dans des trous pratiqués dans les parois des canalisations latérales; on

ajustera ensuite la longueur des microtubes pour obtenir le débit souhaité (figures 25 et 26).

Fabrication d'un système simple d'arrosage au

goutte-à-goutte en perforant un tuyau de

plastique et en recouvrant les orifices avec un

manchon découpé dans le même tuyau

Fabrication d'un système simple d'arrosage au

goutte-à-goutte, en insérant un microtube, de

longueur réglable, dans un tuyau latéral

La pression hydraulique dans les conduites d'amenée ne doit pas nécessairement être créée

par des pompes mécaniques. Il suffit d'installer le réservoir quelques mètres plus haut que la terre à

arroser pour créer une pression de gravité suffisante pour irriguer au goutte-à-goutte une petite

surface. En élargissant le diamètre des tubes et les orifices des goutteurs, et en augmentant la durée

des arrosages, on peut compenser la faiblesse de la pression. On évitera ainsi de devoir placer des

régulateurs de pression de précision, surtout si le terrain est relativement plat et si les canalisations

latérales ne sont pas trop longues ou trop étroites.


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Le filtrage peut être assuré en interposant un simple récipient rempli de sable entre la

source d'eau et les conduites d'irrigation. L'eau (trouble) qui arrive entrera au fond du récipient et se

répandra vers le haut à travers les couches de sable, dont elle sortira filtrée, pour se déverser dans

les conduites d'irrigation. Un filtre de ce type peut être fabriqué sur place, avec un récipient de métal

ou de plastique de la taille que l'on jugera appropriée, compte tenu de la vitesse d'écoulement et de

la turbidité de l'eau. Le sable utilisé à cette fin sera lavé au préalable pour retirer les particules plus

fines et devra être nettoyé ou remplacé régulièrement à mesure qu'il s'encrassera.

La mesure du débit est fondamentale pour garantir une utilisation efficace de l'eau. Si un

système n'est pas équipé de débitmètres ou de valves doseuses, le débit doit être contrôlé en

enregistrant la durée de chaque irrigation. Le volume de l'écoulement par unité de temps devrait

être contrôlé et recontrôlé périodiquement, de même que l'uniformité (ou la variabilité) du débit des

goutteurs dans chaque canalisation latérale et dans les conduites qui se trouvent dans le champ.

Pour ce faire, on peut enregistrer le temps qu'il faut pour que l'eau qui s'écoule remplisse une cuve

d'un volume donné. Le volume d'eau déversé au cours de chaque période d'irrigation doit

correspondre aux besoins estimés de la culture, compte tenu de son stade de croissance et desconditions météorologiques (pluviométrie et évapotranspiration depuis l'irrigation précédente).

3) Applications

Dans le cadre du projet COGESFOR, 5 sites du Plateau Mahafaly à Madagascar ont été dotés

de kit simple de micro-irrigation goutte-à-goutte. Chaque kit permet d’irriguer 50m2 et coûte environ

26€. L’installation et la formation des paysans étant effectuées, il s’est avéré que cette technique

permettait d’économiser l’eau 6 fois par rapport à un arrosage traditionnel. L’automatisation et la

bonne santé des plantations ont suffi à convaincre pour les agriculteurs qui gagnent en temps, eau et

récolte. Ils sont donc prêts à acheter d’autres kits pour étendre la technique sur toutes leurs terres.

La société International Development Enterprises India (IDEI) investit depuis 15 ans en

recherche et développement, formation et promotion, pour fournir des technologies à faible coût et

adaptées aux faibles surfaces agricoles. Elle a permis, grâce à un projet de micro-irrigation, de sortir

1,5 million de paysans de la pauvreté en améliorant leur sécurité alimentaire et leur revenu.

L’impact immédiat du goutte-à-goutte est de pouvoir avoir une deuxième voire une troisième culture

pendant la saison sèche.


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- Les exsudeurs souterrains.

La méthode des exsudeurs souterrains consiste en l’approvisionnement en eau direct de la

rhizosphère grâce à des réceptacles poreux que l’on enfouit dans le sol, de telle sorte que leur

ouverture supérieure affleure à la surface, et d’une profondeur permettant d’atteindre une certaine

quantité de racines (15 à 50 cm). L’eau migre donc de l’exsudeur vers le sol environnant, et donc la

rhizosphère, grâce à la perméabilité des parois du réceptacle, et alimente ainsi de manière continue

et contrôlée la plante. On peut de plus choisir de remplir périodiquement les réservoirs ou de les

conserver constamment pleins, donnant lieu ainsi à différents modes d’approvisionnement de la

plante en eau.

1) Irrigation par vases céramiques poreux.

Il s’agit là d’une des plus vieilles méthodes d’irrigation en milieu aride, qui dispose d’un

avantage non négligeable, à savoir que les vases en céramique poreuse sont généralement produits

directement à base d’argile présente dans la région qui doit être irriguée. Néanmoins, cette méthodene s’applique généralement qu’à la petite irrigation, à savoir pour des parcelles réduites en

superficie.

On place des pots d’argile poreuses, après avoir creusé des fosses peu à moyenneme nt

profondes, de sorte que l’ouverture supérieure affleure à la surface de la fosse, après damage. L’eau

est alors versée à la main ou grâce à un réseau de tuyaux perforés, par l’ouverture supérieure de ces

pots, jusqu’à la hauteur désirée et nécessaire pour le bon approvisionnement de la plante. Les

formes et dimensions des vases poreux sont variables. On peut déplorer l’archaïsme de certains

aspects de cette méthode, puisque de nombreuses variables de modelage des vases ne sont pas

optimisées, tout comme le réseau d’approvisionnement.

Réseau de vases poreux pour l’irrigation d’un parcelle

Cette méthode permet néanmoins d’irriguer un nombre fini de plantes dans la zone proche

de chaque pot en argile, et donc d’ajuster avec précisions les besoins en eau en accord avec le

nombre de plantes à irriguer. Par exemple, chaque vase peut servir à irriguer 3 plantes A, ou 4

plantes B, selon que la plante soit plus demandeuse en eau que la plante B. Ces ajustements sont

néanmoins permis par le fait que cette méthode est généralement appliquée pour l’irrigation non -

expansive.


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Cette irrigation est en particulier adaptée aux arbres fruitiers, où l’on ajoute des jarres à côtéde l’arbre grandissant au fur et à mesure de sa croissance. Le rythme des renouvellements ainsi quedu rajout des vases dépend principalement de l’expérience locale. Des observations et des essaisminutieux sont nécessaires pour optimiser les variables du système sur lesquelles il est possible de

jouer.

On retrouve cette méthode en Afrique du Nord et au Proche-Orient.

2) Irrigation à l’aide de tuyaux poreux sectionnés.

La méthode que nous venons d’observer peut bénéficier d’améliorations techniques, quisimplifient son usage et donc sa capacité à répondre à des besoins d’agriculture expansive. Enremplaçant les jarres poreuses par des tuyaux horizontaux réalisés dans la même argile perméable,

on optimise l’exsudeur souterrain en permettant des cultures plus resserrées, comme les culturesmaraichères. On note de plus que l’extrémité du tuyau est recourbée vers la surface, afin depermettre l’approvisionnement en eau le long du tuyau, par écoulement du fluide.

Les tuyaux sont placés au fond d’une tranchée peu profonde (environ 25cm de profondeur),creusée au centre d’une planche d’un mètre de large, et disposés de façon à former un tuyau

horizontal continu de 3 m de long. La tranchée est ensuite à nouveau comblée de terre.Les tuyaux, fabriqués en tronçons, à base d’argile poreuse trouvée directement dans la

région, sont assemblés, et disposent donc de jointures par lesquelles l’eau s’exfiltre, s’ajoutant aupotentiel de perméabilité du matériau.

Sol irrigué par des tuyaux souterrains d’argile poreux

On peut de plus, grâce à cette méthode, irriguer deux rangées de plantes avec une seuleconduite souterraine, plantées de part et d’autre du tuyau.

On retrouve cette méthode au Zimbabwe.

3) Irrigation par manchons de plastique perforés

Cette méthode est la quasi-réplique verticale de l’irrigation à base de tuyaux poreux. Onimplante en effet à proximité de la plante une fine gaine plastique perforée, pour qu’elle alimentdirectement en eau les racines et la rhizosphère

Le manchon est de plus en plastique imperméable, contrairement aux

argiles poreuses utilisées dans les méthodes précédentes, implique la nécessitéde le perforer. Le diamètre et l’espacement des trous sont des variablesessentielles qui ne peuvent hélas qu’être optimisées après plusieurs essais etconclusions. Ces paramètres influent également sur la solidité de la gaine en

plastique.

Enfin, l’introduction de la gaine en plastique dans le sol est renduepossible par l’ajout de sable dans cette gaine, ayant néanmoins pour effet de

réduire la capacité de rétention d’eau dans la gaine de 50 à 60 %. On retrouve cette méthode au Sénégal, dans des plantations de manioc principalement.


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4) Conclusions sur les exsudeurs souterrains

Les différentes méthodes que nous avons pu observer comportant des exsudeurs

souterrains semblent présenter les même avantages et inconvénients.

En effet, elles permettent à chaque fois un dosage efficace de l’eau à fournir pour avoir uneirrigation optimale. Elles sont de plus très faciles à mettre en œuvre, car peu couteuses en matériel,d’autant plus que l’argile nécessaire est généralement directement disponible sur place. Elles sontenfin très efficaces car permettent d’alimenter quasi directement la rhizosphère de la plante,optimisant ainsi la dépense en eau.

Toutefois, on peut déplorer que cette méthode d’irrigation ne puisse satisfaire que des casde petite irrigation, car trop archaïque pour être étendue à une irrigation plus extensive. Le manque

de recherche d’optimisation, ou alors trop spécifique à des cas bien particuliers, gêne donc uneméthode pourtant intéressante et novatrice.


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- Irrigation Souterraine et Drainage Contrôlé

1) Introduction

L'irrigation souterraine consiste à amener de l'eau

jusqu'à la zone racinaire des plantes en régularisant, par des

moyens artificiels, la hauteur de la nappe souterraine. Cetteméthode peut être appliquée dans les endroits où la nappe

est naturellement haute, ce qui est souvent le cas le long des

vallées fluviales ou dans les zones arides où l’intérêt est deremonter la nappe phréatique vers les racines.

2) Définition

On creuse habituellement des tranchées ouvertes jusqu'à une

profondeur inférieure à la nappe, et le niveau de l'eau est contrôlé par des

barrages régulateurs ou des vannes. De cette manière, les tranchées

peuvent servir soit à drainer l'excédent d'eau et, partant, à abaisser lanappe phréatique pendant les saisons humides, soit à élever la nappe en

période sèche et, de ce fait, à humidifier la rhizosphère par en dessous.

On peut les éviter en plaçant en dessous de la nappe des

tuyaux poreux ou perforés (généralement en plastique ondulé), munis

de prises d'eau de distribution réglables. Ouvertes, les prises d'eaufont office de drains; fermées, elles permettent à la nappe d'eau de

s'élever. Les conduites souterraines sont cependant plus coûteuses à

installer et plus difficiles à entretenir, car elles tendent à être

bouchées par de la terre ou de l'oxyde de fer précipité. L'irrigation

souterraine peut être utilisée pour arroser les cultures de plein champ, les pâturages et les vergers.

Elle convient particulièrement bien aux plantes hydrophiles, telles que la canne à sucre et les dattes.

L'uniformité de l'irrigation dépend de la régularité de la surface et de l'uniformité du sol.

Le contrôle précis du niveau d'une nappe d'eau souterraine peu profonde est une tâche délicate et

difficile comportant de grands risques. La profondeur idéale de la nappe d'eau devrait être de 30 à 60

cm en dessous de la rhizosphère. Si elle est plus élevée, elle tend à engorger le sol , à limiterl'aération et à provoquer une ascension capillaire et une évaporation à la surface, où les sels risquent

de s'accumuler. Par ailleurs, si elle est maintenue à un niveau trop bas, la plante risque d'être privée

de l'humidité dont elle a besoin. En poussant, la plante absorbe plus d'humidité et son système

racinaire s'étend vers le bas, si bien que la nappe tend à baisser, sauf si on la maintient à dessein à un

niveau élevé.

Etant donné que la source d'eau se trouve en dessous de la zone racinaire, celle-ci est

approvisionnée en eau par capillarité. Le fonctionnement du système dépend donc des

caractéristiques de sorption du sol. Un sol à texture fine (argileux) tend à s'engorger d'eau et à limiter

l'aération. Dans un sol argileux, l'eau d'irrigation souterraine ou de drainage s'écoule aussi plus

lentement. Dans ce type de sol, les tranchées ou les conduites souterraines doivent être moins

espacées. En revanche, un sol à texture grossière (sableux) a une capacité de rétention hydrique trop

Elévation ou abaissement de la nappe

phréatique pour l'irrigation souterraine,

en contrôlant le niveau de l' eau dans des

fossés parallèles


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faible et tend à s'assécher trop vite. Comme avec les autres méthodes d'irrigation, rien ne saurait

remplacer l'expérience locale en matière de maîtrise de l'eau, basée sur la connaissance des

caractéristiques spécifiques du sol et des besoins des plantes.

L’utilisation de canaux ouverts pour l’irrigation souterraine s’avère moins avantageuse quel’utilisation de réseaux enterrés. Les réseaux de conduites enterrées tout en permettant à la fois le

drainage et l’irrigation comme pour les canaux ouverts n’amènent aucune perte de surface cultivablepar rapport aux fossés. De plus, les fossés sont considérés par les agriculteurs comme une 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.

3) Principes de fonctionnement des systèmes

Forme de la nappe sous irrigation souterraine

La figure 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 différenced’élévation entre la nappe au niveau des drains et celle à mi-chemin entre ceux-ci qui crée lemouvement latéral de l’eau. Dans le cas de l’irrigation souterraine, l’eau doit s’écouler des drainsvers 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 entreceux-ci est un facteur très important à considérer puisque l’uniformité d’approvisionnement en eaudes racines en dépend.

Figure 1 : Forme de la nappe entre deux drains lors de l’irrigation souterraine et du drainage.


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Structure de contrôle du niveau de la nappe

Le contrôle du niveau de la nappe souterraine est effectué à l’aide d’une structure appeléechambre 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 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’unpanneau 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 ver sle fossé.

En mode irrigation, l’eau en provenance de la pompe se déverse dans la section amontalimentant la surface irriguée souterrainement. La différence entre le niveau d’eau dans la chambrede contrôle et celui de la nappe dans le sol provoque à ell e seule le mouvement de l’eau de lachambre 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 2 : Chambre de contrôle (d’après Hawkins, 1979).


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Il existe plusieurs types de chambres de contrôle. Celui de la figure 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 fosséou le cours d’eau. Une trappe installée à la base de la chambre de contrôle permet un drainagecomplet lorsque la trappe est ouverte. La figure 4 montre une chambre munie d’un flotteur. Elle estconstruite 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 flexible. Lorsque le niveau à l’amont dans le système s’élève au -dessus du niveaud’ajustement du flotteur, ce dernier, sous la poussée d’Archimède ouvre la portière qui laisseévacuer une certaine quantité d’eau proportionnelle à son ouverture. Légère, peu encombrante etfacile à installer et à ajuster, la chambre à flotte est disponible sur le marché et elle est de plus en

plus utilisée.

Figure 3 : Chambre de contrôle munie d’un tuyau vertical et d’une trappe de drainage.


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Figure 4 : Chambre de contrôle en PVC avec flotteur.

Quel que soit le type de chambre de contrôle utilisé, il importe :

Que le niveau de l’eau dans la chambre puisse être ajusté en fonction du niveau désiré de lanappe dans le sol et pour permettre un drainage partiel lors de fortes précipitations;

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.

Système d’alimentation en eau

Les chambres de contrôle montrées aux figures 2, 3 et 4 seraient très peu efficaces au niveau

économie d’eau si le seul système de contrôle utilisé était un système de trop plein (panneau decontrôle, tuyau vertical servant à évacuer le trop plein ou flotteur actionnant une portière).

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 contrôleral’alimentation en eau. Afin d’éviter la surchauffe de la pompe, il faut prévoi r, en plus, une valve desécurité 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’unmoteur électrique, il ne faut pas utiliser un système de flotteurs pour contrôler le départ et l’arrêt dela pompe puisque la vitesse d’abaissement du niveau d’eau dans la chambre est tel qu’il nécessiteraitde fréquents arrêts et départs pouvant endommager le moteur.


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II Etude de cas sur des zones géographiques précises

- Récupération de l’eau de pluie en Ethiopie. Irrigation par les crues et le

ruissèlement.

1) Description de cette technique

En Ethiopie, le climat est semi-aride, voire aride dans certains zones. La pluviométrie

moyenne annuelle est de 500-700 mm mais elle est irrégulière et surtout mal distribuée. Les terrains

ont une pente plate à légère (0-5%). De plus les exploitations sont de petites échelles et

moyennement riches. Et le travail est souvent manuel.

L’utilisation agricole du ruissellement etdes crues est une pratique traditionnelle de

récolte d’eau qui permet de surmonter le déficithydrique des sols et les pertes de récoltes dansles zones chaudes et sèches à pluviométrie

irrégulière. L’eau des crues qui suit le lit desrivières éphémères, les routes et les pentes est

captée grâce à des digues provisoires de terre et

de pierres (cf. photo à gauche). Un réseau de

canaux creusés à la main – formé par un canalde diversion principal et des canaux secondaires

et tertiaires – achemine et distribue l’eau auxchamps cultivés dans des zones naturellement

plates ou nivelées. L’eau captée sert à produiredes cultures de rente, des légumes et des arbres fruitiers. Les champs irrigués sont divisés en bassins

rectangulaires bordés de diguettes pour optimiser le stockage de l’eau et réduire le risque d’érosion.

La gestion du ruissellement et des crues nécessite une réactivité importante de la part des

paysans. Lorsqu’une crue est attendue dans la rivière temporaire, les paysans doivent ériger la digueen travers du lit de la rivière. De même, chaque paysan doit entretenir le canal qui condui t l’eau àson champ. Lorsque l’eau arrive dans le champ, elle se répartit par inondation ou par des rigoles quisont ouvertes et refermées avec un outil local.

La fertilité du sol peut être améliorée grâce au compostage et au paillage. L’entretien, qui

consiste à réparer les brèches dans le canal et les fossés d’acheminement, est à refaire avant chaquesaison des pluies. Cette technique est utilisée pour des cultures annuelles ou pour l’arboriculture. Deplus elle permet d’éviter la perte d’eau, l’aridité des sols et les pertes de terre arable par érosionhydrique. En revanche cette technique est très influencée par la sécheresse et par les variations

saisonnières. Elle est aussi sensible aux très fortes crues.

Pour utiliser cette technique de captage d’eau de pluie, la main d’œuvre doit être trèsimportante à la mise en place (travail intensif pour construire les structures : construction des canaux

avec des talus latéraux, stabilisés par des pierres ; préparation du lit de semence en construisant des

bassins dans les champs). La main d’œuvre doit continuer à être importante pour l’entretien carchaque année les paysans doivent refaire les tranchées (reconstruction des canaux, du lit de

semence et extraction des sédiments).

Figure 2: Canal principal de diversion de l’eau des crues vers

les champs. Les berges sont stabilisées par recouvrement

avec des pierres.


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2) Coût, Avantages et Inconvénients

Coût de mise en place (en

dollars/ha)

Coût d’entretien (en dollars/ha)

Main d’œuvre 253 450

Equipement 24 64

Intrants agricoles 106 300

TOTAL 383 814

Les coûts de mise en place comprennent la construction du fossé de diversion, la construction des

bassins, la préparation du lit de semence, les semences et les plants, le désherbage et le binage,l’irrigation et la récolte. On voit que cette technique est assez couteuse.

Voici un rapide tableau qui résume les bénéfices et les faiblesses et quelles solutions on peut

apporter :

Bénéfices Faiblesses Solutions

Augmentation du revenuagricole (bénéfice à partir

de la 4ème année : 711 dollars

Augmentation de la charge detravail.

Fournir des outils agricoles ;Construire des structures

permanentes en tête de

diversion et revêtir l’intérieurdes fossés pour améliorer leurstabilité et diminuer l’entretien.

Augmentation du taux

d’humidité du sol

Diminution du ruissellement

(de 50% à 5% des pluies

annuelles)

Inégalité sociale (seuls les

paysans les plus aisés ont accès

à la technologie)

Mise à disposition de crédits

Augmentation de la fertilité du

solDiminution des inondations en

aval

Augmentation des rendements

(400% après 10 ans)

Perte de terres (à cause des

structures de conservation)

Ceci est compensé par

l’augmentation de laproduction

On remarque donc d’après ce tableau que les retombés sur le court et le long terme sont

extrêmement positives. On augment radicalement le rendement et le bénéfice grâce à

l’augmentation rapide de la production.


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- Gestion de l’eau et méthodes de captation de l’eau en Asie

1) La situation des réserves d’eau

Nous allons nous intéresser aux différentes stratégies de gestion de l’eau pour l’irrigation en

Asie, et plus précisément dans 2 zones géographiques : la région aride au nord de la chine adjacente

au désert de Gobi et les régions arides du nord-est de l’Inde. En effet ce sont 2 pays qui doivent faire

face à des problématiques de manque d’eau et qui disposent des fonds nécessaires pour rechercher

des solutions innovantes à ces questions.

Dans ces 2 zones, les précipitations sont très inégales durant l’année : il pleut beaucoup (sous formede violents orages) pendant 2 à 4 mois et le reste de l’année est très sec. On peut ainsi voir sur le

graphique suivant les quantités de précipitations en Chine en moyenne sur les 30 dernières années.

La ville de Yinchuan est située dans la zone semi-aride du nord de la Chine. Les zones arides et semi-

aride du nord nord-ouest de la Chine représente plus du quart du pays.

Malgré les faibles précipitations dans ces zones, l’agriculture s’y est développée grâce aux

ressources en eau disponible sous forme de nappe phréatiques et de rivières. Elles sont alimentées

par le ruissèlement des eaux de pluie qui tombent sur les montagnes qui bordent la région. On peut

voir sur le schéma suivant les différents bassins versants et rivières de la zone.


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Toutefois, de nombreuses études réalisées par les chercheurs chinois montrent que la

quantité d’eau disponible dans ces nappes baisse d’année en année. De plus sa qualité diminue

également, ainsi que la végétation environnante. La conséquence directe est la désertification

croissante de la région. Ceci est dû à la surconsommation des eaux de surface pour l’agriculture ces

dernières années, à la mauvaise gestion de l’eau et à l’utilisation de méthodes d’irrigation

archaïques.

La Chine a donc décidé de mettre en place une stratégie d’économie de l’eau pour l’irrigation

et de lutte contre la désertification. L’Inde rencontre aussi ces prob lèmes dans une moindre mesure

dans la région nord-ouest de son territoire.

Nous nous sommes donc intéressés plus en avant sur les différentes techniques innovantes que ces 2

pays ont mises en place pour lutter contre le manque d’eau.

2) Des techniques innovantes

Irrigation de pâturage avec de l’eau salée en Inde (2001)

Dans les zones arides du nord-ouest de l’Inde, des chercheurs ont voulu utiliser des réservessouterraines naturelles d’eau salée en complément des précipitations pour l’irrigation de plantes

Il s’agit de la zone entourée en rouge

sur la carte de la page précédente.On peut se situer grâce à la ville de

Yinchan située au sud-est de cette

région.

On peut voir l’évolution du niveau

des eaux souterraines à la fin du 20e

siècle dans la région


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herbeuses et de graminées. Cela permettrait d’utiliser un minimum d’eau douce pour faire pousser

des pâturages et obtenir des quantités de fourrage plus importantes dans ces zones où le désert

gagne du terrain.

Les chercheurs ont testé différentes espèces d’herbes ayant des capacités à tolérer la

présence de sel avec différents schémas d’irrigation (irrigation avec uniquement de l’eau douce, avec

de l’eau salée) et sont arrivés à des résultats intéressants pour une espèce particulière. En irriguant

avec l’eau salée des nappes cette espèce, on obtient une quantité de fourrage seulement 27% plus

petite qu’avec une irrigation à l’eau douce. L’irrigation de cette herbe avec de l’eau salée permettrait

donc d’obtenir des pâturages viables pendant une plus longue période, dans cette zone aride avec

des températures parfois très chaudes et ainsi lutter contre la désertification.

Collecte et de stockage des eaux de ruissellement en Chine (2005)

Dans les zones limitrophes du désert en Chine, on essaie de faire pousser des arbres afin de

lutter contre la désertification. La technique de collecte des eaux de ruissèlement (Microcatchment

water harvesting) existe depuis plus de 2000 ans. De nombreuses recherches sur cette technique

« oubliée » sont effectuées depuis quelques années par des chercheurs israéliens notamment.

Certains chercheurs chinois envisagent de l’utiliser à grande échelle pour végétaliser les zones en

voie de désertification. Une zone de microcaptage est en fait une zone délimitée par des rigoles, où

le sol est légèrement pentu. Elle est conçue pour accroitre le ruissellement de la pluie afin de

concentrer l’eau dans un bassin de plantation où elle s’infiltre et est efficacement stockée dans le

profil du sol.

.

La taille d’une zone de microcaptage peut varier de 1 m² à 1000m². Une étude a donc été

effectuée entre 2001 et 2003 pour mesurer l’efficacité de la méthode pour des microcaptages de

différentes tailles (de 5 à 50 m²) afin d’irriguer des arbres de l’espèce Tamarix ramosissima.

L’étude a révélé que la technique pouvait être appliquée pour faire pousser des arbres du

type choisi efficacement. Elle a montré que tous les phénomènes pluvieux ne générait pas forcément

de ruissellement (seulement 30% en moyenne) e t que la quantité d’eau de ruissellement collectéeétait proportionnelle à la taille de la zone de collecte. Ainsi sans système de microcatchment, on


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obtient au bout de 3 ans un arbre de 1.45m de haut et un tronc de 1.25cm de diamètre. Avec un

microcaptage de 15m² on obtient respectivement 2.10m et 1.5cm et avec un microcaptage maximal

de 50m² on obtient une hauteur de 2.7m et un diamètre de 2cm. Le dispositif permet donc bien de

fournir efficacement plus d’eau à la plante et d’augmenter sa croissance.

Comparaison sur les différentes techniques de collecte et de stockage de l’eau de pluie, Chine

(2011)En Chine, il y a eu une étude de 2007 à 2009 pour comparer les différents systèmes de

récolte de l’eau de pluie (The ridge and furrow rainwater harvest system RFRHS). Ce système est

composé de sillons et de crêtes alternés. Les crêtes sont imperméabilisées par un film plastique pour

que l’eau tombe dans les sillons où les plantes sont cultivées. Ces sillons sont recouverts d’un paillis

de sable et de gravier, c’est-à-dire d’une couche de sable/gravier qui a pour but de laisser l’eau

pénétrer dans le sol mais d’empêcher son évaporation. Ce paillis peut aussi être renforcé avec du

film plastique qui ne laisse passer l’eau qu’à certains endroits.

Dans cette étude, on cherche à trouver la combinaison optimale du ratio entre les zones de

crête et de sillons, de la composition du paillis (présence ou non de gravier et d’un film plastique)

pour la culture de la pastèque dans une zone semi-aride.

Comparativement à la méthode d’irrigation à la raie classique, ce système de collecte des

précipitations (RFRHS) combiné avec un paillis de gravier et de sable ou de film plastique ne réduit

pas seulement l'évaporation du sol, il permet aussi de stabiliser les fluctuations de température du

sol. De plus, il en résulte une meilleure utilisation de l’eau de pluie et un rendement de récolte des

pastèques plus élevé. Le ratio crête/sillon a un effet important sur l’efficacité du système et il s’avère

que le meilleur ratio est 1 :1. Recouvrir l’arête avec une couche de film plastique permet aussi un

meilleur rendement.

En conclusion, on peut dire que ce système peut être appliqué efficacement pour l’irrigation

dans les milieux où les précipitations sont limitées. De plus il est moins cher et plus facile à mettre en

œuvre que le système de récolte des eaux de ruissèlement par microcaptage.

On peut voir les crêtes et les sillons

où les plantes sont cultivées. Il s’agit pour cette étude d’une plantation de

pastèques.

On distingue ici le paillis composé de

gravier et de sable.


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- Gestion de l’eau et méthodes de captation de l’eau au Sahara

1) La situation de la réserve en eau Saharienne

Le système aquifère du Sahara septentrional (SASS) est un immense réservoir d’eau

souterraine, qui, en raison des conditions désertiques que l’on trouve dans cette région, est très peu

renouvelables. Néanmoins, de nombreux forages et autres systèmes de captation d’eau sontprésents sur place pour permettre l’approvisionnement des populations locales ainsi que l’irrigation

de terrains. Des problématiques se créent donc au niveau de cette zone de par la nécessité de

développer une zone dont la richesse en eau souterraine est contrainte.

Au cours des trente dernières années, les prélèvements en eau dans le SASS sont passés de

O,6 à 2,5 milliards par an. La salinisation des eaux, la baisse de la piézométrie, le tarissement des

exutoires naturels, les interférences entre pays, tels sont les problèmes qui se greffent à

l’exploitation de la ressource du SASS, et qui menacent lourdement à terme la durabilité du

développement socio-économique engagé dans l’ensemble de la zone.

Le système aquifère du Sahara septentrional est le système né de la superposition de deux

couches aquifères profondes, grandes réserves d’eaux souterraines de la région : la formation du

Continental Intercalaire (CI), qui est la plus profonde, et celle du Complexe Terminal (CT). On obtient

ainsi un système d’une superficie totale de plus d’un million de km², vaste réservoir d’eau pour les

populations qui vivent dans cette zone.

L’aridité du climat rend le renouvellement de ces nappes souterraines très limité. On peutchiffrer la « recharge » de ce système à environ 1 milliard de m

3 par an, et ce de manière non

homogène : en effet, ce sont surtout les régions de l’Atlas saharien, ainsi que le Dahar et le Djebel

Nefoussa qui réalimentent la nappe en eau. Toutefois, les réserves sont bien supérieures, fruits d’une

accumulation qui s’étend sur des siècles de

très faible exploitation, et sont même

difficilement chiffrables.

On dénombre en tout sur le SASS près

de 8800 points d’eau, répartis entre les trois

pays qui partagent cette immense réserve :

6500 en Algérie, 1200 en Tunisie et 1100 en


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Lybie. L’exploitation par ces pays du SASS étant croissante depuis une trentaine d’années, on est en

droit de se demander quel est le destin de ce système aquifère au faible renouvellement annuel, et

dont la détérioration semble d’autant plus probable.

L’intense évolution des prélèvements dans les aquifères du SASS a profondément modifié la

vision que l’on peut désormais se faire de cette exploitation, laquelle se trouve confrontée à un

certain nombre de risques majeurs du simple fait de son développement : salinisation des eaux, …

2)

Les systèmes d’irrigation propres au Sahara

Les conditions extrêmes du Sahara septentrional ont contraint les populations qui s’y sont

installées à redoubler d’ingéniosité pour trouver l’eau et l’utiliser à bon escient pour leurs activités,

et donc principalement pour l’irrigation. Au travers des âges, le système aquifère du Sahara

septentrional a été exploité par les civilisations du Maghreb, d’abord de manière ancestrale, puis

nous allons voir comment ces techniques se sont modernisées pour permettre un développement

plus efficace de ces régions.

2. 1 Les foggaras

La foggara est un système propre au Sahara qui offre une eau par gravité permanente sans

matériels d’irrigation, et ce contrairement aux forages modernes, qui exigent des systèmes de

pompage à énergies fossiles, extrêmement couteux. Les foggaras utilisent directement les eaux du

système aquifère du Sahara septentrional, montrant que même avant l’apparition des technologies

modernes, les populations locales avaient connaissance des réserves souterraines qui sommeillaient

sous les ergs et les dunes arides du Sahara. On en dénombre aujourd’hui 1700 en fonctionnement.

La foggara consiste en une galerie drainante creusée en ligne droite de l’amont à l’aval, qui

capte et amène de l’eau souterraine vers le terrain à irriguer, et ce de manière gravitaire, grâce à une

pente appropriée. L’arrosage se fait aussi par écoulement gravitaire, il est favorisé par les conditions

topographiques favorables du SASS, car le niveau du sol est inférieur au niveau piézométrique de la

nappe du Continental Intercalaire. La partie essentielle de la foggara est la partie drainante du canal,

creusée directement dans la zone aquifère, pour faire circuler l’eau et permettre le passage des

ouvriers en phase de réalisation.

A contrario, la partie du canal qui est en dehors de la zone aquifère ne sert qu’à acheminer

l’eau en dehors de la nappe, et ce en utilisant une légère pente de canal et donc un écoulement

gravitaire.

Schéma d’écoulement de l’eau dans la foggara depuis le SASS


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On peut citer en exemple la foggara d’Amghiar, située dans la région de Timimoun, qui

présente une longueur de 7 kilomètres de galeries et plus de 250 puits servant à l’aération et aux

éventuels besoins d’entretien. Ces puits sont creusés à une profondeur de 45 mètres, et pénètrent

donc directement dans la nappe hydrostatique du Continental Intercalaire. Le débit enregistré

moyen est de 35 l/s, ce qui revient à environ un million de m3 par seconde.

Puits d’aération de la foggara Répartisseur de la foggara

Il est intéressant de remarquer que certaines foggaras présentent une longueur de plus de 15

kilomètres de galeries et plus de 400 puits d’aération. La distribution de l’eau vers les utilisateurs se

fait par débit, grâce à un répartiteur situé en sortie de la foggara, et des canaux qui acheminent l’eau

jusqu’aux zones à irriguer.

Ce système traditionnel jouit de plus d’un aspect communautaire important : en effet,

chaque contributeur à la construction de la foggara devient propriétaire d’une part d’eau qui est

proportionnelle à sa contribution, et dispose du droit d’en faire usage, de la vendre, voire de la louer.

Les conditions d’entretien de la foggara sont toutefois particulièrement pénibles et dangereuses, les

accidents d’effondrements de puits étant fréquents.

Actuellement, ce mode de gestion traditionnelle commence à être abandonné car l’évolution

du mode de vie, de plus en plus urbain, contraint au remplacement de l’agriculture de subsistance

par l’agriculture de marché, toujours plus expansive. On arrive donc progressivement à une

dégradation des foggaras et de leur débit, due principalement au manque d’entretien et à la

disparition de la main d’œuvre qualifiée, entrainant une mauvaise qualité des canaux et donc des

problèmes d’infiltration.

Ce type de système souffre de plus de la concurrence avec les forages modernes de pompage

d’eau, qui, bien que très couteux en énergie, permettent des débits bien supérieurs à ceux des

foggaras. La demande étant croissante, on peut donc difficilement envisager de voir les foggarasressurgir comme solution d’agriculture expansive dans les plaines arides du Sahara.

On pourrait toutefois envisager des améliorations et des protections de ces foggaras, qui

restent des outils ancestraux et efficaces d’irrigation, et font partie intégrante de la culture locale. On

peut par exemple :

Isoler par une matière étanche la partie inactive de la foggara, très perméable et susceptible

de créer des infiltrations.

Boucher les forages situés dans le champ de captage des foggaras.

Etudier par une expérimentation un système d’entretien plus moderne et sécurisé


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2. 2 La Grande Rivière Artificielle de Lybie

Le projet de la grande rivière artificielle ou GRA est parti de la découverte accidentelle en

1968 d’importants gisements d’eaux fossiles dans les grès nubiens de la région de Koufra, par lacompagnie américaine « Occidental Petroléum » au cours de travaux d’exploration pétrolière.

Dés la fin de l’année 1968, la société américaine créait une exploitation agricole de 600 ha dans cette région chère à la dynastie sénoussie, encore au pouvoir. Ainsi une dizaine de milliers

d’hectares irrigués ont été dévelo

irrigation aride (1)

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