Evapotranspiration en zone semi-aride de deux couverts vegetaux (gazon, ble) obtenue par plusieurs methodes. I. Evaluation de l'ETP (conditions hydriques non limitantes)

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Evapotranspiration en zone semi-aride de deux couverts

vegetaux (gazon, ble) obtenue par plusieurs methodes.

I. Evaluation de l’ETP (conditions hydriques non

limitantes)

C. Riou, R. Chartier

To cite this version:

C. Riou, R. Chartier. Evapotranspiration en zone semi-aride de deux couverts vegetaux (gazon,

ble) obtenue par plusieurs methodes. I. Evaluation de l’ETP (conditions hydriques non limitantes).

Agronomie, EDP Sciences, 1985, 5 (3), pp.261-266. �hal-02727950�

Evapotranspiration

en

zone

semi-aride

de deux

couverts

_végétaux

_(gazon,

_blé)

obtenue

_par

plu-sieurs

méthodes.

I.

-

Evaluation

de l’ETP

(conditions hydriques

non

limitantes)

Charles RIOU Roger CHARTIER*

I.N.R.A., Station de _{Bioclimatologie-Télédétection,} route de St-Cvr, F 78000 Versailles

*_Mission

ORSTOM, 18, avenue _{Charles-Nicolle, Tunis,} Tunisie

RÉSUMÉ Différentes méthodes sont utilisées pour évaluer l’évapotranspiration potentielle du gazon sous le climat semi-aride de la Tunisie _(région de _{Tunis) :}

1. La mesure directe de l’ETP par un _{évapotranspiromètre.}

2. Les bacs d’évaporation « classe A » et « colorado » en différents sites _{(gazon irrigué} et sol nu).

3. La formule de PENMAN avec une fonction du vent déterminée à _partir des formulations de RIOU-ITIER et

BRUTSAERT.

Toutes ces méthodes fournissent des résultats comparables satisfaisants.

Une fonction du vent a été élaborée pour le cas du blé et des valeurs d’ETP du blé calculées par la formule de

P ENMAN

; ces valeurs seront _comparées aux mesures dans la 2’ _partie de cet article _(VACHAU! et al.). ).

Mots clés additionnels : Tunisie, bacs d’eau libre, formule de PENMAN, bilan hydrique.

SUMMARY Use

_{of different}

methods to estimate

_{evapotranspiration from}

two

_plant

covers

_(grass

and

_wheat)

in

the semi-arid zone. I. — Estimation

of

potential

evapotranspiration

when soil water is not a

limiting factor.

Several methods were used to estimate PET under a semi-arid Mediterranean climate in Tunisia (near Tunis) :

I. measurement of PET by means of a lysimeter ; 2. use _{of colorado and class A pans and correlation with}

PET ; 3. use of PEtvt!tnrv!s formula with a modified version of Dalton’s formula elaborated from RIOU-ITIER and BRUTSAERT _{relationships.} The different methods were compared and found to lead to similar results. Finally, a modified DALTON formula is proposed for calculating wheat-field evaporation ; these values will be

compared with measurements of water consumption obtained _by use of neutron moisture probes and

tensiome-ters in the next paper (VncHnuo et _{at.). ).}

Additional key words : Tunisie, water pan evaporation, PENman!!s formula, water balance.

1. INTRODUCTION

Les mesures ont été effectuées sur un site

_aménagé

en

_1979,

par l’ORSTOM

près

de

Tunis,

dans le cadre

d’une convention avec le Ministère de

l’Agriculture

de Tunisie et d’une collaboration avec la Direction des

ressources en eau et en sol. Ce site installé dans la

plaine

du

_{Mornag (RIOU}

&

_CHARTIER,

₁₉₈₂₎

com-prend

3

_{parcelles :}

une

_parcelle

de

0,5

ha maintenue sans

végétation,

un _gazon

_irrigué

en

_période

sèche

d’une surface

équivalente,

1 ha mis en culture

(ici

en

blé).

Le climat est méditerranéen et semi-aride

(tabl.

2) ;

comme on _peut le constater, les années

hydrologiques

(1

er

septembre-31 août)

1980-1981 et 1981-1982 ont des

pluviosités

assez

_proches

₍₄₅₁

et

419

_mm)

et voisines de la moyenne

(450 mm),

mais

dont la

_répartition

mensuelle est différente et

_plus

favorable à la

production agricole

au

_printemps

1982. Sur ce site sont

_effectuées,

outre les mesures

global (pyranomètre thermo-électrique

étalonné par un

pyrhéliomètre

de

LINKE-FEUSSNER),

du vent, de

l’éva-potranspiration

potentielle

du _gazon

_(kikuyu)

d’un

évapotranspiromètre

THORNTHWAITE de 4

_m

₂

_,

de

l’évaporation

de l’eau libre en bacs

(classe

A et colo-rado modifié

_ORSTOM).

La 1 re

_partie

de cet article se _propose de comparer les

résultats de différentes méthodes d’estimation de

l’éva-potranspiration quand

les conditions

hydriques

du sol sont considérées comme non limitantes.

La 1 °eméthode consiste à se référer à

l’évapotranspi-romètre

planté

en _{gazon ;} une 2eméthode utilise

l’éva-poration corrigée

des différents bacs

utilisés ;

en 3elieu

enfin,

l’évaporation

a été calculée par la formule de PENMA

N

_{(1948) adaptée}

successivement au _gazon et au

couvert de blé.

La mesure de l’humidité du sol est

_également

effec-tuée sur ces

_parcelles

à

_partir

de batteries de tensiomè-tres et d’humidimètres

neutroniques ;

la

_description

de ce

dispositif

sera détaillée dans la 2e

partie

de cet article

(VACHAUD

et

_{al., 1985).}

II.

ÉVAPOTRANSPIRATION

POTENTIELLE

DU GAZON.

ÉVAPORATION

DES BACS D’EAU LIBRE

L’évapotranspiromètre

de 4

m

2

et de

_0,8

m de

pro-fondeur est

_placé

au milieu de la

parcelle irriguée

de

0,5

ha. Une nappe d’eau est maintenue à

0,5

m de la surface et un _arrosage

_quotidien

excédentaire est assuré en dehors des

_{pluies importantes.}

_{Le gazon} est le

kikuyu,

très

_{répandu localement,}

maintenu à une

hau-teur peu variable par des tontes successives. L’eau drainée est recueillie en

_totalité,

même

_pendant

les

épi-sodes très

pluvieux.

Deux

_{pluviomètres, placés}

à la même hauteur que le rebord de

l’évapotranspiromètre

(0,10

m au-dessus du

sol)

et de part et d’autre de ce

dernier,

fournissent la hauteur de

_pluie.

Il a été vérifié en zone

_équatoriale

_que la _moyenne de ces 2

pluviomè-tres donnait une bonne indication de la

pluie

intercep-tée _par

_{l’évapotranspiromètre}

_(Riou,

_1975).

L’anneau de

garde

est suffisamment

_grand

pour minimiser de

manière satisfaisante l’effet d’advection en été :

_quand

on mentionnera

_l’ETP,

il

s’agira

donc en fait de la consommation d’eau du gazon bien

irrigué

telle

qu’elle

est évaluée à

_partir

de cet

_appareil.

Les bacs d’eau libre sont de 2 types : le bac « colo-rado _»,

_{légèrement modifié, appelé}

aussi bac « ORS-TOM »,

qui

a 1

m

2

de

_surface,

_0,60

m de

_profondeur

en

_émergeant

du sol de

_{0,1 m,}

et le bac « classe A » installé suivant les normes, au-dessus du sol.

Un bac « colorado » et un bac « classe A » sont

ins-tallés

près

de

l’évapotranspiromètre

au milieu de la

pelouse,

un bac colorado est

_{également placé}

au milieu de la

parcelle

de sol nu.

Il faut noter _que les mesures de

l’évaporation

des

bacs d’eau libre sont moins

précises

en

_période

plu-vieuse

_qu’en

saison sèche : les

pluies accompagnées

de vents forts rendent les mesures douteuses. Les

_journées

correspondantes

ont donc été éliminées. Dans les

autres cas et à la suite d’une étude faite à Brazza-ville

_(Riou,

_1975),

des corrections de - 3 _p. 100 et

-

5 p.

100 sont

_apportées

à la

pluie

mesurée au sol

respectivement

pour les bacs « colorado

_pelouse

» et « classe A ». Pour le bac « sol nu », la

pluie prise

en

compte est celle mesurée au sol par le

pluviomètre

international « Snowdon

_{» placé}

au centre de son

écran maillé.

La

_comparaison

de

l’évapotranspiration potentielle

du _gazon

_(ETP)

avec

_{l’évaporation}

des bacs a

_porté

sur

les moyennes décadaires calculées

pendant

un _peu

_plus

de 2 ans.

_{L’évaporation}

du bac « classe A » est notée

E,

IA

,

celle du bac « colorado

» pelouse

_E

_c

_p

_l

_,

et celle du bac « colorado » sol nu

_{E! ;}

elles sont

_exprimées

en

mm

.J

-

.

1.

Les

équations

de

_régression

sont :

! _ETP =

0,60

E

clA

-

0,12 ;

75

_{couples ;}

r =

_0,98,

! _{ETP =}

_0,81

E

c

p

l

0,16 ;

77

_{couples ;}

r =

0,99,

! _{ETP =}

_0,57

E

csn

-

0,03 ;

73

_{couples ;}

r =

0,98,

équations

qui

peuvent être

_{simplifiées,}

en

_forçant

les

droites à _{passer par}

_l’origine,

sous la forme : i

ETP =

0,58

E

clA

(fig. 1),

ETP =

0,78

E

C

p

l

(fig. 2),

ETP =

0,57

Ec,,, (fi

g

.

3).

Le

_rapport

_E

_clA

_/E

_c

_p

_l

est ici

_supérieur

à

1,30,

valeur nettement

_plus

élevée que le

rapport

constaté en

Afri-que centrale :

1,11

à

_1,15

_(R

_l

_ou,

_{1975) ;}

ceci peut être attribué à la vitesse du vent relativement élevée dans la

région

de Tunis

(moyennes

mensuelles de la vitesse du

vent à 2 m allant de 2 à 4

m.s-!

contre 1 à

_{2,5 m.s-!}

en

_{Afrique centrale).}

Le bac « colorado sol nu » fournit une

_évaporation

journalière

qui

peut être

_supérieure

de 50 p. 100 à celle

du bac «

pelouse

». Une telle différence est due en

grande partie

à

_l’apport

de chaleur convective dû au sol nu et sec en surface entourant le bac. A cet effet de bord

s’ajoute l’augmentation

de vitesse du vent sur une

surface de faible

_{rugosité ;}

la

_comparaison

d’anémo-mètres

_placés

à

_0,25

m du sol

_près

des bacs montre _que la vitesse du vent sur sol nu est

_fréquemment

_1,5

fois

plus grande

que sur

_pelouse.

La liaison entre l’ETP et

_{l’évaporation}

des bacs est

ici bien meilleure que celle

qui

avait été mise en évi-dence dans le sud de la France

_(S

_EGUIN

_,

_{1975) ;}

on ne

trouve pas, en

particulier,

de valeurs d’ETP

supérieu-res à celles du bac colorado.

Cas des mois d’été

Les

_équations

de

_régression

ont été

également

éta-blies

_séparément

pour les mois chauds et secs

_(mai

à

septembre) :

! _ETP =

0,50

E

c1A

+

_{0,84 ;}

r =

0,86,

! _ETP =

0,72

E

c

p,

+

_{0,53 ;}

r =

0,91,

! _ETP =

0,51

E

c

,,

+

0,59 ;

r =

0,85.

Les _{rapports moyens}

_{ETP /E}

_c1A

_,

_ETP/E

_c

_p,

et

ETP /E

Csn

sont

_{respectivement}

_{0,57 - 0,79 - 0,58,}

soit

pratiquement identiques

aux rapports établis sur

l’ensemble de l’année.

Les coefficients de

_{corrélation,}

un peu moins bons ici

_que

sur l’ensemble de

_l’année,

sont

_cependant

très

supérieurs

à ceux que SEGUIN

(1975)

a trouvés à Avi-gnon ; la relation entre

_{l’évaporation}

du bac colorado

pelouse

et l’ETP _y est

_également

très différente :

Avignon

r = 0.72 ETP =

1,82

E

C

p

l

-

2,36.

III. UTILISATION DE LA FORMULE DE PENMAN

La formule de

P

ENMAN

,

_Ep

=

(ARn

₊

!y

EJ/( !

+

_{y ),}

a été modifiée à la suite de

plusieurs

résultats

expéri-mentaux établis en Tunisie et

_qui

_portent

sur

l’estima-tion du

_rayonnement

net Rn et le calcul de la fonction

E

a

.

A. Calcul du _rayonnement net

Une erreur

_{systématique}

est commise en saison fraî-che en Tunisie sur le

_rayonnement

_{atmosphérique qui}

est

_{sous-estimé,}

ce

qui

entraîne une sous-estimation du

rayonnement

net

_{(Riou, 1981).}

Par

_ailleurs,

la correction introduite _{par P}EN

-MAN _{pour tenir compte de la nébulosité} est de la forme

0,1

+

_0,9

_SS/SS

_o

_,

alors

_qu’ici

la relation

0,35

+

_0,65

_SS/SS

_O

conviendrait mieux

(Riou,

1981).

En

_fait,

ces 2 erreurs se compensent en

_hiver,

alors

qu’en

été la correction de nébulosité intervient _{peu ;} il est donc souhaitable de conserver ici la forme

habi-tuelle

_0,1

+

_0,9

_SS/SS

_o

_,

_malgré

son

_{imprécision.}

Une correction

_peut

en revanche être introduite pour

tenir compte de l’écart entre la

_température

de surface

T

s

et la

_température

de l’air

_T

_a

_,

sous la forme du terme

c (cy Ts

4

-

a

_{Ta4) !}

4

g

a

_-

_s

_(T

_}

_T

_T

_a

₎

à

ajouter

au

rayonnement net ; combinée à l’estimation de la cha-leur

_{convective y f(U) (T}

_S

_-

_T

_a

_),

cette correction con-duit à la formule finale :

Ep,

Rn et

_E

_a

étant

_exprimés

ici en

_mm/jour.

B. Calcul de la fonction

f(U)

dans

_E

_.

1. Cas des bacs

En ce

_qui

concerne les

bacs,

la

_température

de l’eau relevée

chaque jour

à 6 h 00 et 12 h 00 TU permet le calcul des coefficients de la formule de DALTON.

Pour le bac colorado «

_pelouse

_», le meilleur

ajuste-ment

_statistique,

effectué à

_partir

des valeurs

moyen-nes

_{journalières}

des

_paramètres,

est :

E est en

_mm.j-’,

_U2

en

m/s,

eset _eden millibars. C’est cette fonction

_qui

est utilisée ici dans le calcul de la formule de

_P

_ENMAN

_;

on note

_qu’elle

s’écarte assez peu des formules traditionnellement

proposées

pour des

petits plans

d’eau ou des

_{végétations}

rases,

tout en _{introduisant le rapport}

_SS

_o

_/12.

PE N

MAN E =

(0,14

-Ù

2

₊

0,13) (e

s

-

e

j

Service

_hydrologique

d’URSS

2. Cas du gazon et du blé

Dans un article

_récent,

RIOU & ITIER

(1983)

propo-sent, en utilisant des résultats de BRUTSAERT

(1975),

une méthode de calcul de

l’évapotranspiration

valable pour un couvert de

_rugosité

dynamique

donnée

_Z

_o

_.

La

formulation peut être

simplifiée

pour permettre

l’éva-luation

de

_E

à partir

des moyennes

journalières

é

s

,

é

d

,

U

2

,

1

B

et

_T

_a

_,

ce

qui

conduit à une

_équation

de la forme :

où E est

_{l’évapotranspiration}

moyenne

journalière

et a

et b sont des constantes

_dépendant

de la hauteur de

rugosité

Z

o

(une

telle

_expression

est valable pour une

vitesse de vent _moyenne

_journalière

_supérieure

à

1

_m/s).

Les coefficients a et b ont été calculés pour un _gazon

court

_(Z

_o

=

4.10-

3

m)

_{et un} blé bien

développé

(Z

o

=

3.10 - m),

ce

_qui

donne pour

gazon

blé

développé

Différentes mesures effectuées

_au-dessus

du gazon et du blé ont

_permis

d’évaluer les écarts

_{T, -}

_T

_a

et de

proposer des valeurs moyennes

respectives

de

3,5°

et

2°,

ce

_qui

donne les relations finales :

blé à l’épiaison :

La

_première

de ces estimations de

f(U)

est voisine de celle

_qui

est

_proposée

_par

P

ENMAN

;

elle est

_également

proche

de la relation établie

_{expérimentalement}

_{pour le} bac « colorado

_{» (sauf}

pour les faibles vitesses du

vent).

La fonction du vent

_adoptée

pour un blé à son maxi-mum de hauteur fournit par contre des valeurs nette-ment

_plus

élevées que la

précédente (0,73

au lieu de

0,37

pour un vent de 3

_m/s).

En cours de

_croissance,

la

fonction

_f(U)

_augmente

donc pour le

blé ;

dans les cal-culs

qui

suivent nous nous sommes limités aux 2 cas extrêmes : blé

jeune

assimilé au gazon, blé e!n fin de

croissance ;

les évaluations de la formule de PENMAN

dans ces 2 cas doivent donc encadrer les valeurs de

l’évapotranspiration

maximale du blé.

C. Résultats

1.

_Evaporation

calculée du bac colorado «

_pelouse

»

La formule de PENMAN ainsi

corrigée

et avec un

terme

_E

_a

calculé selon

₍₁₎

a été d’abord

appliquée

au calcul de

l’évaporation

décadaire du bac colorado au

sein de la

_{pelouse ;}

les résultats sont

_indiqués

sur la

figure

4

_qui

regroupe

plus

de 2 années de mesure et sont tout à fait

_{satisfaisants,}

ce

_qui

constitue ici un bon

test pour l’estimation de Rn.

2. Calcul de l’ETP du gazon

La même

formule,

mais en utilisant

(2)

comme

expression

de

f(U)

dans

_E

_a

_,

permet le calcul de l’ETP du gazon

indiquée

dans le tableau

_{3 ;}

la

_comparaison

avec les valeurs mesurées décadaires est

_également

illustrée par la

figure

5.

La

_régression

_portant

sur _{les moyennes} mensuelles

(ETP

en

_mm/jour)

conduit à la relation :

Cette relation est meilleure que celle que SEGUIN

(1975)

obtint à

Avignon, particulièrement

en

_{été ;}

la

prise

en

_compte

ici de la correction e

₍

₆

_T

_s

₄

_{- cr T}

_a

₄

₎

majore

la valeur calculée de l’ETP

_quand

_E

_a

est

supé-rieur à

_Rn,

soit en

_{période d’advection,}

et _peut

expli-quer en

_partie

ce meilleur accord observé.

3. Calcul de l’ETP du blé

Le tableau _{4 compare} les moyennes décadaires de

l’évapotranspiration

obtenues par le calcul pour le

gazon

(ETP

e

gazon)

et _pour le blé

_(ETP!

blé), pendant

la

période

de croissance du blé.

En

_fait,

comme il a été

_indiqué

au

_{§ B.2.,}

seules les valeurs calculées de mars et avril

peuvent

être rappro-chées de la consommation maximale du

_{blé ;}

dans la

période qui précède,

l’évapotranspiration

maximale du blé est intermédiaire entre les valeurs calculées du

gazon et du blé.

La

_comparaison

des valeurs du tableau 4 met

égale-ment en évidence

_{l’importance}

du terme

_E

_a

dans le

résultat fourni _par

_{la formule}

de

P

ENMAN

,

la

majora-tion de la fonction

_f(G

₂

₎

entraînant une nette

augmen-tation de l’ETP

calculée ;

dans la 2e

_partie

de

l’article,

on verra _que les mesures

_neutroniques

confirment le

dépassement

de _{l’ETP gazon par}

_{l’évapotranspiration}

du blé.

IV. CONCLUSION

Les résultats font

_apparaître

l’intérêt des mesures en bacs

_{d’évaporation}

_(bac

colorado enterré ou bac clas-se

_A)

pour estimer

l’évapotranspiration potentielle

d’un gazon court ;

plus simple

et moins

_coûteuse,

l’ins-tallation d’un bac enterré au sein d’une

_{petite parcelle}

irriguée

nous

_paraît

donc tout à fait à conseiller sur un

périmètre irrigué.

Par

ailleurs,

la formule de

P

ENMAN

,

calculée selon le mode

_indiqué

et avec les fonctions

f(U)

introduites ici

_(et

justifiées expérimentalement

dans le cas de

l’éva-poration

en bac et _par voie

théorique

pour la

végéta-tion),

rend bien

compte

des valeurs mesurées de

l’éva-poration

de l’eau libre et de l’ETP du gazon ; en ce

_qui

concerne

_{l’évapotranspiration}

du

_blé,

seule l’évolution de la réserve en eau du

_sol,

à

_partir

de

_profils

hydri-ques obtenus à l’humidimètre

neutronique,

nous

per-mettra de tester la

_précision

du calcul

_quand

les

condi-tions

_hydriques

du sol seront favorables. C’est ce

_qui

sera fait dans la 2e

partie

de cet article

_{(VACHAUD et}

al.,

1985).

Reçu le 7 février 1984.

Accepté le 2 novembre l984.

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