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Orientation de recherches en matière d'irrigation goutte à goutte

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Orientation de recherches en matière d’irrigation goutte à goutte

B. Cabibel

To cite this version:

B. Cabibel. Orientation de recherches en matière d’irrigation goutte à goutte. no. 73;16 p., 1973.

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ORIENTATION DE RECEERCIEM EN UkTIERE D'I2RIGTION GOUTTE A GOUTTE

B. CABIBEL Station d'Agronomie

Centre de Recherches d'Avignon, I.r.R.A., 84140 MONTFAVET

Groupe de travail sur les Nouvelles Techniques d'Irrigation, Aix-en-Provence, Mars

1973

(3)

ORIENTATION DE RECHERCHES EN MATI= D'IRRIGATION GOUTTE A GOUTTE

B. CABIBEL Station d'Agronomie

Centre de Recherches d'Avignon, I.N.R.A., 84140 EONTFAVET

Pour présenter l'orientation choisie pour nos recherches en matière d'irriga- tion en goutte à goutte, nous devons préalablement donner une définition de cette technique d'irrigation et décrire sommairement les orientations des travaux déjà en- trepris par ailleurs. Une tells démarche nous permettra d'une part de définir les grands problèmes agronomiques ayant induit l'orientation de nos recherches et d'aut part de situer celles-ci par rapport à celles déjà poursuivies.

A. DEFINITION DE L'IRRIGATION EN LOCALISATION.

L'irrigation en localisation consiste en l'apport continu ou non, en divers points du sol, de l'eau, en l'absence ou sous très faible nharge, l'eau et les en- grais, nécessaires à la culture, tendant de plus à étre associés en un méme apport ponctuel. Dès lors l'aire à travers laquelle s'infiltre la solution et le volume hu- mecté et fertilisé qui en résulte sont faibles comparés à la surface et au volume dr sol total.

Les trois grands thèmes de recherche, déduits de cette définition et que nous nous proposons d'étudier, peuvent dtre ainsi caractérisés :

1) Circulation tridimentionnelle de l'eau apportée en un point du milieu po- reux

2) Circulation des sels

3) Relations et interactions entre les fonctionnements des bulbes humides et salins, le développement et le fonctionnement du système racinPire.;

Des réponses à ces problèmes sont, en effet, nécessaires pour pouvoir espérer fixer, de façon cohérente et synthétique, les conditions de mise en oeuvre et de gé- néralisation de cette technique d'irrigation.

(4)

- 2.

B. ORIENTATION' DE RECHERCHE.

Deux orientations de recherche paraissent actuellement poursuivies. Elles prc- cèdent de deux approches expérimentales très différentes du phénomène étudié.

1.Dans une première approche on tente d'établir des schémas mathématiques ou géométriques à l'aide d'hypothèses de base que l'on essaye de vérifier expérimentaU»

ment en résolvant les équations mathématiques initialement proposées et en vérifiant leur adéquation à un modèle simple. Ces études théoriques ayant pour but de fixer, par exemple, la forme du bulbe ou:la vitesse d'avancement du front d'humidité, néces , sitent, pour pouvoir s'appuyer sur les lois physiques utilisées, des conditions sou- vent très contraignantes, principalement au niveau du milieu poreux (nécessité, par exemple, d'un milieu poreux rigoureusement isotrope au point de vue structure, textu- re, humidité initiale et par ailleurs non gonflante).

2. Alionosétuuxiearoche .procède d'une recherche expérimentale et bele en plein champ, portant sur la migration de l'eau et des sels dans le sol et su - tout sur la réaction du végétal (croissance, rendement, ..). Cette technique d'étudc permet d'obtenir un grand nombre d'informations dans un contexte donné et un inventa re des problèmes posés.

Bien que nécessaires dans le cadre d'une étude générale du phénomène, ces deu orientations de recherches ne peuvent seules permettrent une généralisation des réelu tats acquis.

Notre orientation de recherche est, en quelque sorte, intermédiaire par rappc aux deux précédentes et de plus, portera exclusivement sur l'analyse des phénomènes en présence d'apport ponctuel d'eau ou de solutions salines en l'absence de char , e.

Nous procèderons d'une part à l'étude des phénomènes sur modèles -un certain nombre de paramètres, définis ultérieurement, étant contr8lés- et d'autre part, dans une ét pe finale, à l'étude des phénomènes in situ dans des expérimentations de plein champ Dans l'étude sur modèles, on s'intéressera tant aux différentes phases d'établisseme.

et de fonctionnement des bulbes lors des apports d'eau et de solution, en présence cy.

non d'une racine, qu'à l'établissement et au fonctionnement de ces bulbes jugés glo- balement.

Nous chercherons moins à dégager des lois physiques rendant compte des phéno- mènes étudiés qu'à établir une gamme de références dans le but de réunir des élément.

de généralisation quant à l'établissement et au fonctionnement des bulbes dans des sr variés et quant aux interactions existantes, dans les conditions de l'irrigation gou -:

te à goutte, entre les bulbes humides et salins développés dans les sols et le déve- loppement et le fonctionnement des systèmes racinaires des cultures.

(5)

3.

C PROGRAEXP DES RECHERCHES,

Le programme de recherche que nous envisageons de mener à la Station d'Agrono- mie de Montfavet (INRA) aura pour objectif l'étude, en fonction de variables liées au sol et aux conditions d'apport de l'eau et des sels :

- des déplacements et de la distribution de l'eau et des sels dans le sol - de leurs disponibilités pour la plante

- de l'influence de leurs distributions et de leurs disponibilités sur le déve- loppement du système racinaire et le comportement de la culture. Inversement l'action possible du système racinaire sur les bulbes hydriques et salins soi%

étudiée.

Pour parvenir à ces objectifs, ce programme de recherche comporte quatre étapez.

successives et dépendantes :

1. Mise en place d'expériences culturales en pot à caractère exploratoire 2. Etude du fonctionnement du sol du point de vue de la phase hydrique 3. Etude du fonctionnement du sol du point de vue de la phase saline

4. Etude des relations bulbes hydriques et salins - fonctionnement du système racinaire et comportement de la culture.

Pour les différentes étapes de recherche que nous venons d'énoncer, dont certe_

nes sont soit réalisées soit en cours de développement, nous présenterons succinteme soit les principaux résultats acquis, soit les conditions théoriques et expérimentai envisagées pour leur réalisation.

1. Cultures en pot.

Les expériences préalables déjà réalisées, avaient pour but de mettre en évider ce les principaux problèmes à étudier et de préciser les paramètres essentiels que nous devrions soumettre à l'anplyse lors des étapes ultérieures. Deux cultures en po_

furent effectuées sous serre, chaque pot contenant 36 Kg d'un sol sableux sec, porté et maintenu, tout au long de la culture, à une humidité correspondant à la capacité de rétention du sol, déterminée au laboratoire à pF 2.

a) Dans une première série d'expériences, chaque pot portait un plant de Mals et les sols avaient tous été humectés de façon homogène dans toute la masse du pot avant semis. Deux variables ont été étudiées :

- le type d'irrigation appliquée (irrigation en goutte à goutte ou sur toute la surface du pot)

- le type d'apport des engrais (répartition uniforme dans la masse du sol ou apport en solution lors des arrosages).

(6)

4.

La distribution de l'eau et des sels dans les sols, la consommation globale er eau par pot, l'absorption minérale par la plante et la production de matière sèche ont été évaluées ou mesurées en fin d'essai, 60 jours après la levée des plants.

L'analyse des données fait apparaitre les principaux résultats suivants : - La distribution de l'eau et des sels est fonction du type d'arrosage, du ty:

d'apport de l'engrais et de la nature de l'ion considéré

- La production de matière Sèche est équivalente dans tous les pots

- L'absorption en éléments minéraux par les plantes est toujours supérieure en présence d'une irrigation goutte à goutte quel que soit le type d'apport de l'engra - ce qui laisse supposer une interaction entre le développement et le fonctionnement du système racinaire et le type d'apport de l'eau

- La consommation globale en eau est réduite en présence d'irrigation en gout'.

à goutte, essentiellement par réduction des pertes en eau par évaporation à la sur- face du pot.

h) Lors d'une deuxième série d'essais l'on a associé à des pots portant chaci..7:

un plant de tomate, des pots maintenus en sol nu, l'irrigation en goutte à goutte i tervenant sur l'ensemble des pots dès le deuxième jour de l'essai. Les variables étv diées étaient :

- le type de l'apport initial de l'eau dans le sol : humectation homogène de l'ensemble du pot au humectation par goutte à goutte sur sol sec (l'humidité initia.

du sol séché à l'air étant de 0,9 p.cent)

- le type d'apport d'engrais (types précédemment définis).

L'analyse globale des paramètres a été effectuée 70 jours après semis, au sta:

maturité du ler bouquet. Dans les sols les contrôles ont été effectués sur des échar.

tillons de sol prélevés dans un plan passant par l'axe central du pot, point d'imeac des gouttes lors des irrigations. Une prise d'échantillon était effectuée à des pro- fondeurs distantes de 5 cm sur des verticales distantes de 3,2 cm sur les rayons co:.

dérés, la verticale zéro passant par l'axe du pot.

Les principaux résultats obtenus dans les pots maintenue en sol nu font appar2 tre que :

- la distribution finale de l'eau dans le sol et la consommation globale en sont essentiellement fonction du type de l'apport initial de l'eau. Une consommation double en eau est enregistrée dans les pots n'ayant reçu que des irrigations en gou- te à goutte (Fig. n°

(7)

5.

- la distribution finale des sels dans le sol est essentiellement fonction du type de l'apport des engrais et secondairement du type d'apport initial de l'eau

(Fig. n° 2 et 3)

- la migration des divers ions est fonction de leurs propriétés physico-chimi- ques vis à vis des colloïdes du sol et des phénomènes biochimiques pouvant exister dans les sols,

Bien que la reproductibilité des résultats d'une répétition à l'autre soit tr" . satisfaisante , il nous est actuellement impossible de proposer une interprétation cohérente des faits observés. Ces expériences préalables confirment cependant le chc fait des points à étudier en priorité et permettent de définir les paramètres inter- venant dans les phénomènes, paramètres dont nous préciserons l'influence lors des ét pes suivantes. Par ailleurs, à ce stade de l'analyse et dans les conditions expérim, ,_

tales choisies, l'introduction d'une plante, surimposant ses propres contraintes à celles du milieu sol et n'aboutissant à aucune information supplémentaire interpré- table, nous paraît devoir gtre éliminée dans une première étape.

2. FonctionnerLent du sol du point de vue de la phase hydrique.

Les études portant sur la circulation et la disponibilité de l'eau non satura:

dans le sol (HALLAIRE - FEODOROFF - MORIZET - PUECH - etc..) montrent que celles-ci sont sous la dépendance d'un certain nombre de paramètres tels que l'humidité initi le du sol, le débit, la dose et la fréquence d'apport de l'eau, la longueur du par- cours de l'eau à l'intérieur des mailles du sol, le potentiel capillaire de l'eau le sol ou la vitesse de dessèchement. Elles montrent également qu'elles sont étroite- ment liées à la valeur de la porosité totale et en particulier à la distribution pc1.7 .

taille des pores du sol, à son évolution en fonction de l'humidité et au gonflement des colloïdes.

C'est pourquoi nous avons choisi les carActéristiques de la porosité comme va- riables principales. Notre choix est par ailleurs motivé par le fait qu'une telle aT proche des phénomènes étudiés correspondait à un créneau laissé libre dans l'étude générale des relations sol-eau-plante, que nous disposions à la Station d'Agronomie d'Avignon d'un environnement scientifique particulièrement adapté à cette orientatic de rècherche (présence d'une équipe "Physique et Mécanique des sols") et qu'il nous a paru difficile d'étudier des variables telles que le débit, la dose et la fréquenc d'apport de l'eau au sol sans une étude préalable de l'influence de la porosité. Au cours d'une première étape, nous tenterons donc d'étudier au laboratoire, en partant

(8)

* 6.

de cas simples, puis progressivement compliqués, cette dernière variable, à savoir : - Porosité rigide (matériau non gonflants) présentant des distributions par

taille des pores plus ou moins étalées et de dimension moyenne variable - Porosité des matériaux gonflants étudiés en tenant compte du même type de

caractéristique

- Superposition de couches de porosité différentes

- Superposition au sein d'un même matériau de différents systèmes de porosité.

3.

Fonctionnement du sol du point de vue de la phase saline.

Dans une démmrche identique à celle utilisée lors de l'étape précédente, on se propose d'étudier la migration, la répartition et l'accumfflation des sels dans le so ainsi que leur disponibilité en fonction de leurs conditions d'apport (apport préalr.

ble à l'irrigation goutte à goutte, apport dans l'eau d'irrigation soit en phase con tinue soit en phase discontinue), des propriétés physico-chimiques propres à chacun des ions (NO3

- SO4 ' , PO

4 H2 ' - K, Ca, Mg) et des conditions d'établissement et de fonctionnement du bulbe humide. Cette étape de notre recherche peut être considé- rée comme un élément d'un programme général d'étude des conditions de circulation de solutions salines dans les milieux poreux en fonction des diverses conditions de cir culation de l'eau, programme correspondant à une action concertée entreprise par le département Agronomie de l'I.N.R.A.

Ces deux dernières étapes de notre programme devraient aboutir à leurs objectL dans un délai de 12 à 18 mois, permettant ainsi d'aborder ces mêmes problèmes dans des conditions expérimentales soit plus proches des conditions in situ, soit dans dc.

dispositifs expérimentaux aux champs.

4. Etudesdesrelatio/ulbesiauesetsainctio_.__is12 nnementdusvstèmp, racinaire et comportement du végétal.

Dernière étape de notre recherche, cette étude sera entreprise à l'aboutisse- ment des étapes précédentes. Elle aura pour but l'étude des relations entre les bulb:

humides et salins, le développement et le fonctionnement du système racinaire et leu_

interactions. Cette analyse s'effectuera d'une part à l'aide de systèmes expérimen- taux de laboratoire permettant le contrôle des paramètres tels que porosité, humidit;

initiale, conditions climatiques, végétal et d'autre part dans les conditions nature les au champ où l'on pourra faire intervenir simultanément des plantes annuelles et des plantes pérennes de type verger.

(9)

7.

Notre action portera essentiellement sur l'analyse des phénomènes existants

aux interfaces bulbes-racine et bulbes-reste des sols et sur les conséquences agrono- miques de ces interactions au niveau des cultures et au niveau de leurs conditions d'obtention.

De CONCLUSION.

L'orientation de recherche que nous venons de présenter procède d'une approch e expérimentale caractérisée dans une phase analytique des mécanismes par l'utilisatioh

de modèles et dans une phase plus synthétique par l'introduction du végétal. Au cour:-

des quatre étapes d'étude successives et dépendantes, jugés nécessaires pour parveni::

aux objectifs choisis dans le cadre du programme de recherche qui lui est associé, no- tre souci sera d'établir des références et des correlations à des paramètres donnés, nécessaires comme nous l'avons signalé au début de cette présentation à la recherche des conditions de mise en oeuvre et de généralisation de cette technique nouvelle d'i rigation qu'est l'irrigation en goutte à goutte;,

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