Évaluer les économies d’eau potentiellement réalisables par modernisation du système d’irrigation
2021 |FICHE, PROJET DE RECHERCHE
Résumé
Contexte
Figure 1 : Canon enrouleur, site expérimental du CEFEL Montauban (2021, Bonnespratiques-eau).
La rareté de l’eau, accentuée par l’impact du changement climatique, place les économies d’eau comme un des enjeux majeurs de la plupart des pays européens à l’heure actuelle. Pour répondre à cet enjeu et parce que les prélèvements d’eau pour l’agriculture en Europe représentent plus de 20% des prélèvements totaux (AQUASTAT, FAO), l’Union européenne a intégré en 2013 une nouvelle condition d’admissibilité aux Fonds Européen Agricole pour le Développement Rural (FEADER). Ainsi, selon l’article 46-4 du règlement européen n°1305/2013 relatif au soutien au développement rural par le FEADER :
« Un investissement dans l’amélioration d’une installation d’irrigation existante ou d’un élément d’une infrastructure d’irrigation n’est admissible que s’il ressort d’une évaluation ex ante et qu’il est susceptible de permettre des économies d’eau d’un minimum compris entre 5% et 25%, sans diminution du rendement des cultures, selon les paramètres techniques de l’installation ».
Chaque pays membre de l’Union Européenne était libre d’utiliser la méthode qu’il souhaitait pour évaluer le potentiel d’économie d’eau d’un matériel donné. Or, en France, il n’existait pas, à cette époque, de méthode standardisée d’évaluation ex ante des économies d’eau potentiellement réalisables tenant compte à la fois du type de sol, du climat, de la culture et de l’état du matériel en place sur la parcelle.
A partir de la collecte de toutes les études disponibles sur le thème des économies d’eau réalisées à la parcelle par un changement de matériel d’irrigation et menées sur le territoires métropolitain au cours des trente dernières années, les chercheurs de l’UMR G-EAU de l’INRAE Montpellier ont créé un référentiel des économies d’eau potentiellement réalisables par modernisation du système d’irrigation, destiné à la fois aux exploitants agricoles, aux conseillers en irrigation mais aussi aux organismes instruisant les dossiers de demande de subvention.
Problématique et objectifs
L’objectif de cette étude était de créer un outil d’aide à l’évaluation, avant l’investissement, des économies d’eau qui pourraient être potentiellement réalisables par le renouvellement du système d’irrigation par aspersion existant vers un système localisé, à l’échelle parcellaire et sans perte de rendement ou modification de la qualité de la production. Cet outil, créé en 2017, devait être simple d’utilisation, évolutif afin d’avoir la possibilité d’intégrer de nouveaux référentiels et surtout tenir compte du contexte agropédoclimatique de l’installation.
Solutions et résultats
Figure 2: Etapes du parcours de l’eau d’irrigation à l’échelle de la parcelle et pertes d’eau d’irrigation (Serra-Wittling et Molle, 2017).
Les pertes d’eau d’irrigation dépendent de plusieurs types de facteurs qui vont conditionner leur nature et leur ampleur : le climat, le sol, la culture, la technologie d’irrigation utilisée, les pratiques culturales.Dans un contexte d’économie d’eau à l’échelle de la parcelle ou de l’exploitation, l’efficience de l’irrigation est décrite selon la méthode classique qui considère que l’eau qui quitte la parcelle est perdue (Hsiao, 2007) et définie comme le rapport entre l’eau d’irrigation réellement transpirée et l’eau d’irrigation entrant dans la parcelle (Serra-Wittling et Molle, 2017). Le schéma en cascade suivant (figure 2) détaille le parcours de cette eau d’irrigation en 6 étapes, de son entrée dans la parcelle jusqu’aux racines, entre lesquelles des pertes d’eau d’irrigation peuvent se produire.
- Plusieurs leviers sont possibles pour améliorer l’efficience globale de l’irrigation :
- La réduction des fuites à la fois dans les canalisations et les équipements à la parcelle,
- La limitation de l’évapotranspiration et de la dérive,
- La diminution du ruissellement et du drainage,
- La réduction, voire la suppression, de l’évaporation du sol.
La modernisation du système d’irrigation et notamment le passage d’une irrigation par aspersion à une irrigation localisée (goutte-à-goutte) active plusieurs de ces leviers.
En effet,l’efficience de l’irrigation atteint 50 à 65% dans le cas de l’aspersion et pourrait être améliorée, dans certains contextes, de 10 à 25% par un passage au goutte-à-goutte et de 10 à 40% supplémentaires par le pilotage (apport de la bonne quantité d’eau, au bon moment). (Serra-Wittling et Molle, 2017).
L’outil d’évaluation des économies d’eau potentiellement réalisables présenté ci-après fournit une base pour estimer le pourcentage potentiel d’économie d’eau. Celui-ci est alors déterminé, selon le cas (Tableau 1), en repérant la case correspondante au changement de matériel d’irrigation (Tableau 2) ou à l’acquisition de matériel de pilotage (Tableau 3).
La modernisation du système d’irrigation peut également conduire, en complément des économies d’eau, à des économies d’énergie et de main d’œuvre. Pour en savoir plus, vous pouvez consulter le rapport « Potentialités d’économies d’énergie et de main d’œuvre au travers de la modernisation des systèmes d’irrigation », publié en Février 2020 (Serra-Wittling et Molle, 2020).
Tableau 1 : Mode d’emploi.
Tableau 2.1 : Economies d’eau potentiellement réalisables par modernisation du système d’irrigation, MAÏS ET AUTRES GRANDES CULTURES.
Tableau 2.2 : Economies d’eau potentiellement réalisables par modernisation du système d’irrigation, MARAÎCHAGE DE PLEIN CHAMP.
Tableau 2.3 : Economies d’eau potentiellement réalisables par modernisation du système d’irrigation, ARBORICULTURE.
Tableau 2.4 : Economies d’eau potentiellement réalisables par modernisation du système d’irrigation, CULTURES HORS SOL.
Tableau 2.5 : Economies d’eau potentiellement réalisables par modernisation du système d’irrigation, cas particulier des EQUIPEMENTS HYDRO-ECONOMES.
Tableau 3 : Economies d’eau potentiellement réalisables par l’acquisition et l’utilisation d’un MATERIEL DE PILOTAGE (en comparaison d’une irrigation sans matériel de pilotage)
* Augmenter les valeurs hautes et basses des intervalles de +5 en région ventée
Limites et conditions de réussite
Figure 3 : Economie d’eau réalisées entre un système d’aspersion et un système d’irrigation localisée (EE-SI), en fonction du déficit hydrique de la saison culturale. Courbes exponentielles (Expon.) pour chaque type de culture. GGS : goutte-à-goutte de surface, GGE : goutte-à-goutte enterré, MA : micro-aspersion, (Serra-Wittling et al., 2020).
Du fait de leur dépendance aux conditions climatiques, les valeurs d’économie d’eau réalisées par modernisation du système d’irrigation présentent une grande variabilité, de 0 à 77%, quelque-soit le système d’irrigation ou le type de cultures (Serra-Wittling et al., 2020). Comme le montre le graphique en figure 3, la valeur d’économie d’eau diminue lorsque que le déficit hydrique* augmente et même, au-delà d’un certain seuil de déficit atteint, ici 4.5, la modernisation du système d’irrigation seul ne suffit plus. Ceci s’explique notamment par la réduction des pertes par drainage lors d’une irrigation par aspersion en année sèche. En effet, en année sèche, le sol n’étant pas en partie saturé par de l’eau de pluie, sa capacité à absorber le surplus d’eau issu de l’irrigation par aspersion est plus importante qu’en année humide. Les pertes d’eau par percolation et stockage diminuent alors, améliorant ainsi l’efficience du système d’irrigation par aspersion et réduisant les écarts avec les systèmes localisés.
*Le déficit hydrique, sans unité, est calculé en faisant le rapport entre l’évaporation potentielle cumulée en mm et le cumul des précipitations en mm, sur la saison culturale.
Les études tendent donc à monter que pour garantir une diminution des pertes d’eau et s’affranchir de la dépendance aux conditions climatiques, la mise en place d’un système d’irrigation localisée doit être couplé à l’utilisation de sondes de mesure de l’état hydrique du sol pour le pilotage. Le pilotage de l’irrigation grâce à l’utilisation de ce type de sondes est, en effet, basé sur l’effet réel des précipitations sur la teneur en eau du sol et non pas sur la quantité totale de précipitations cumulées depuis le début de la saison culturale. Les économies ainsi obtenues varient entre 8 et 68% (Figure 4).
Attention, des expérimentations complémentaires sont nécessaires pour confirmer cette observation lors des années très sèches.
Figure 4 : Economie d’eau réalisées grâce à un système de pilotage de l’irrigation en plein champ (EE-SP), en fonction du déficit hydrique de la saison culturale. ASP : irrigation par aspersion, GGS : goutte-à-goutte de surface, (Serra-Wittling et al., 2020).
- Coût d’achat et d’installation plus élevé, donc plus justifié pour les cultures à fort investissement
- Temps de travail plus important pour la mise en place et le démontage
- Nécessite un bon entretien pour éviter le bouchage des goutteurs
MAIS
- Economie d’eau et d’énergie (30 à 70% selon le cas)
- Efficacité d’application de l’ordre de 95%
- Risque de maladie réduit car pas de mouillage du feuillage
- Insensible au vent
- Ajout de fertilisant possible
Pour en savoir plus : Serra-Wittling et Molle, 2020, ARVALIS-info.fr
Cette étude a été réalisée à l’échelle de la parcelle et ne prend donc pas en compte les réseaux en amont de la parcelle, ni les appareils de pompage. De plus, les économies d’eau ont été évaluées à l’échelle de la saison culturale. L’idéal serait d’évaluer à terme ces économies pour une année sèche, une année humide et une année moyenne.
Pour finir, le passage d’une irrigation gravitaire à une irrigation sous pression n’a pas été étudié ici car les économies réalisées lors d’une telle conversion sont systématiquement supérieure aux objectifs affichés par l’Europe de 5 à 25% de réduction. Pour autant, l’abandon des systèmes gravitaires ne peut pas être décrété ex abrupto, car les aménités apportées par l’irrigation gravitaire sur l’environnement du secteur irrigué (recharge de nappe et usages multiples induits ou préservés) nécessitent une analyse plus riche qu’une simple étude quantitative des seuls volumes d’eau économisés.
Aspects économiques
Une analyse réalisée en 2012 par ARVALIS et la Fédération Nationale de la Production de Semences de Maïs et de Sorgho (FNPSMS), donne des exemples de coûts comparés du goutte-à-goutte enterré, de surface et de l’aspersion, pour une installation de 30ha de maïs irrigués à raison de 3000m3/ha (saison sèche).
Tableau 4 : Coûts comparés du goutte-à-goutte enterré, du goutte-à-goutte de surface et de l’aspersion (Séminaire UMT-Eau, 2015).
Regards de chercheurs
« Si vous souhaitez réaliser des économies d’eau sur votre exploitation et que vous envisagez de changer votre système d’irrigation par aspersion pour passer à un système au goutte-à-goutte, n’oubliez pas que le pilotage de l’irrigation est indispensable pour atteindre vos objectifs d’économies d’eau. Vous devez connaître où vous irriguez, quand vous irriguez et avec quel volume d’eau. »
Ils l’ont fait, ils en parlent
En complément, retrouvez les retours d’expérience de :
- Bruno Cabe (producteur de maïs dans les Landes) qui réalise un essai de goutte-à-goutte enterré sur son exploitation depuis 2012 avec l’accompagnement technique de Julien Rabe (Conseiller gestion de l’eau, Chambre d’agriculture Landes).
- Sébastien Ballion (sous-directeur du CEFEL et responsable expérimentation) qui a réalisé un essai dans l’objectif de tester et comparer l’efficacité de l’irrigation localisée (goutte-à-goutte de surface) et de la micro-aspersion (micro-jet) par rapport à un système par aspersion sur frondaison, sur vergers de pommiers.
Contacts
Claire SERRA-WITTLING, ingénieure de recherche
à l’UMR G-EAU, INRAE Montpellier
claire.serra-wittling@inrae.fr
Liens
Serra-Wittling C. et Molle B., 2017. Évaluation des économies d’eau à la parcelle réalisables par la modernisation des systèmes d’irrigation.
Serra-Wittling C., Molle B. et Cheviron B., 2020. La modernisation des systèmes d’irrigation en France : quelle économie d’eau possible à l’échelle de la parcelle, Sciences Eaux & Territoires, vol. 34, p.46-52.
Serra-Wittling C. et Molle B., 2020. Potentialités d’économies d’énergie et de main d’œuvre au travers de la modernisation des systèmes d’irrigation.
Séminaire thématique de l’UMT-EAU, Toulouse, 09/04/2015. Économie d’eau dans les exploitations agricoles irrigantes : enjeux et perspectives (présentations power point).
Ce document a été réalisé avec l’aide financière de :
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