Améliorer l’efficience de l’eau d’irrigation grâce au pilotage

2023 | Dossier

Résumé

L’agriculture est le premier usager de l’eau dans le bassin Adour-Garonne, notamment en période d’étiage. Le Changement climatique a pour conséquence pour les systèmes agricoles un recours plus systématique à l’irrigation alors que les débits des cours d’eau en période estivale ne permettent déjà plus de satisfaire les besoins actuels. Face à ce déséquilibre croissant entre ressources et usages, le monde agricole voit sa disponibilité en eau diminuer et doit donc trouver des solutions pour s’adapter et réduire sa consommation.

Avec une économie d’eau potentielle de 10 à 15% pour une culture de maïs grain (AEAG, 2018) la culture majoritaire sur le bassin, le pilotage de l’irrigation se place comme un des leviers importants pour répondre à cet enjeu et ainsi renforcer la résilience des systèmes agricoles vis-à-vis de la fragilité des ressources en eau. Cette « bonne pratique » est certes connue et éprouvée, mais elle n’est pas pour autant généralisée.

Contexte

L’agriculture occupe une place socioéconomique prépondérante dans le bassin Adour-Garonne puisque la SAU occupe 5,3 millions d’hectares, soit 45% de la surface totale du bassin. Ce bassin est également le premier bassin hydrographique français en termes de surfaces agricoles irriguées (500 000ha soit 10% de la SAU totale) et d’exploitations agricoles ayant recours à la ressource en eau (20 000 exploitations) pour satisfaire principalement les besoins des cultures d’été (CRAO, CRANA et al., 2020-21). L’agriculture se place donc comme le premier usager de l’eau sur le bassin (800 millions de m3/an en moyenne soit 43% des prélèvements annuel) et notamment en période d’étiage où les prélèvements agricoles et la consommation nette, en majorité liée à l’irrigation, représentent respectivement 69% et 88% (figure 1). De plus, contrairement aux autres usages, industrie et eau potable, l’eau prélevée dans le milieu pour des usages agricoles, se fait essentiellement sur les mois les plus secs (DREAL, 2020).

Figure 1: Prélèvements d’eau annuels et consommation d’eau nette annuelle, moyenne 2003-2018 pour le bassin Adour-Garonne, hors énergie nucléaire (DREAL, 2020).

Le changement climatique marqué par une augmentation des températures, de l’évapotranspiration et de la sècheresse des sols, et une modification de la répartition des pluies (hivers plus humides et étés plus secs), entraine pour les systèmes agricoles un recours plus systématique à l’irrigation. Cependant, le débit des cours d’eau en période estivale ne permet plus de satisfaire ces besoins, surtout dans un contexte d’accroissement de la population (plus 1,5 millions d’habitants d’ici 2050). Face à ce déséquilibre croissant entre ressources et usages, le monde agricole voit sa disponibilité en eau diminuer. Il est de plus en plus sommé de réaliser des économies. Une meilleure gestion de l’eau, au plus près des besoins des plantes, est donc devenue indispensable pour allier préservation des ressources en eau et maintien des productions agricoles.

Avec une économie d’eau potentielle de 10 à 15% pour une culture de maïs grain (AEAG, 2018) la culture majoritaire sur le bassin (figure 2), le pilotage de l’irrigation se place comme un des leviers importants pour répondre à cet enjeu et ainsi renforcer la résilience des systèmes agricoles vis-à-vis de la fragilité des ressources en eau. Cette « bonne pratique » est certes connue et éprouvée, mais elle n’est pas pour autant généralisée. La marge de manœuvre est encore grande.

Figure 2: Répartition des surfaces irriguées par type de culture sur le bassin Adour-Garonne (CRAO et CRANA, 2020-21).

  • Les chambres régionales d’agriculture Occitanie (CRAO) et Nouvelle-Aquitaine (CRANA) coordonnent depuis 2019 les programmes ATINA (Accompagnement Technique en Irrigation en Nouvelle-Aquitaine) et ATIOC (Accompagnement Technique en Irrigation en Occitanie), regroupés aujourd’hui au sein du programme OGAYA. Ce programme, financé en partie par l’Agence de l’Eau Adour-Garonne, associe l’ensemble des chambres départementales du bassin Adour-Garonne. Il a pour objectif d’accompagner les agriculteurs, notamment irrigants, dans l’amélioration de leur système de production pour renforcer l’efficience de leur irrigation et économiser de l’eau. Cet accompagnement passe par plusieurs actions :
    • Le conseil collectif à l’irrigation via, notamment, la publication de bulletins d’irrigation
    • L’animation d’un réseau de fermes pilotes sur l’eau et l’énergie, « Ogaya fermes » ; au sein de ce réseau, des expérimentations peuvent être conduites dans l’objectif de poursuivre le travail d’optimisation de la gestion de l’eau
    • La diffusion et le transfert de connaissances, notamment au travers de vidéos pédagogiques à voir sur la chaîne YouTube du projet
  • Notamment, la production d’un conseil irrigation fiable et de qualité ne peut se faire sans un réseau de parcelles de référence permettant de suivre, durant la campagne, les besoins en eau des cultures à l’aide de mesures de l’état hydrique du sol. Ce réseau de parcelles, construit de manière à être le plus représentatif possible des différentes cultures et des zones pédoclimatiques caractéristiques du bassin Adour-Garonne, comprend aujourd’hui plus de 330 parcelles. Chaque parcelle est équipée de sondes tensiométriques, de dendromètres (uniquement pour les parcelles arboricoles) et de pluviomètres qui permettent, respectivement, de suivre, en temps réel, l’évolution de l’état hydrique du sol, la dynamique de la teneur en eau de culture grâce à la mesure du diamètre des tiges, des fruits, …, ainsi que la pluviométrie à une échelle locale. Le protocole de suivi comprend une caractérisation pédoclimatique et technique de chaque parcelle (caractérisation du sol, estimation de la réserve utile, description de la stratégie d’irrigation, des variétés produites et des dates de semis) associée à une triple approche de pilotage dans un objectif de mieux définir les besoins en irrigation des cultures :
    • Une approche « climat » : adaptation des apports en eau grâce au bilan hydrique réalisé à partir des données météorologiques
    • Une approche « sol » : adaptation des apports en eau grâce au bilan hydrique réalisé en fonction de l’évolution de l’état hydrique du sol
    • Une approche « plante » (uniquement pour les parcelles en arboriculture) : précision du pilotage en s’intéressant directement à la teneur en eau des plantes.

     

  • Les conseils aux irrigants servant à alimenter le bulletin d’irrigation sont produits sur la base des conclusions tirées du suivi de ce réseau de parcelles (figure 3). De plus, au-delà du conseil individuel et personnalisé dont bénéficient les agriculteurs propriétaires des parcelles inscrites dans ce réseau, chaque irrigant recevant le bulletin d’irrigation peut s’identifier à l’une des parcelles en fonction du type de sol, du niveau de la réserve utile, du climat observé et des cultures irriguées afin de piloter au mieux l’irrigation sur sa propre exploitation. En effet, ce bulletin fournit un conseil par zone hydrographique (figure 4).

Figure 4: Cartographie des zones de conseil sur la base des zones hydrographiques (Chambre d’agriculture Bassin Adour-Garonne, 2020).

Le réservoir hydrique des sols

  • Dans le sol, l’eau se trouve sous trois états et ce sont ces états qui définissent la capacité de la plante à l’utiliser ou non (figure 5) :
    • L’eau de constitution ou absorbée, qui entre dans la composition chimique des grains et qui est, de ce fait, non utilisable par la plante ;
    • L’eau liée ou adsorbée qui correspond à la fine pellicule d’eau qui entoure les particules de sol. Cette eau est liée au grain par des forces d’attraction moléculaire qui la rende inutilisable pour la plante ;
    • L’eau interstitielle ou eau libre qui occupe la porosité du sol ou de la roche. On distingue notamment deux types d’eau interstitielles :
      • L’eau de gravité ou de saturation qui s’écoule par gravité vers la nappe lorsque la capacité maximale de rétention en eau du sol (capacité au champ, figue 6) est dépassée. À noter que lorsque le sol est saturé, la plante ne peut plus se développer, par manque d’oxygène,
      • L’eau capillaire qui est soumise aux forces de tension se développant au contact de l’eau, de l’air et à l’action de la gravité. C’est ce stock d’eau capillaire qui constitue le réservoir en eau du sol utilisable par la plante.

Ce réservoir utilisable (RU) du sol peut être, également, divisée en deux sous-parties : le Réservoir facilement Utilisable (RFU) ou zone de confort hydrique et le Réservoir Difficilement Utilisable (RDU) ou zone de stress hydrique.
Lorsque le réservoir facilement utilisable est épuisé, le point de flétrissement (seuil au-delà duquel la plante ne peut plus prélever de l’eau dans le sol) est atteint et la plante n’a plus assez d’eau pour couvrir ses besoins et se développer correctement. Cet état est réversible, contrairement à l’atteinte du point de flétrissement permanent, lorsque même le réservoir difficilement utilisable du sol est épuisé, ce qui conduit à la mort de plante.

Figure 5 : Différents états de l’eau dans le sol (INPL Nancy, 2016).

Figure 6: Réserve hydrique des sols, RFU=Réserve Facilement Utilisable par la plante et RDU= Réserve Difficilement Utilisable par la plante (CA42, 2018).

Réservoir en eau du sol utilisable, culture et sol

La capacité du sol à stocker de l’eau est différente d’un sol à l’autre. Cette variabilité parcellaire et inter-parcellaire de la taille du réservoir en eau utilisable par les plantes dépend de plusieurs paramètres et notamment de la géologie et du relief qui influence la profondeur, la texture, la structure et la fraction d’élément grossier du sol. La structure joue un rôle très important. À noter qu’un défaut de structure et notamment un sol trop compact pénalise l’alimentation hydrique de la culture en réduisant la quantité d’eau que le sol peut stocker d’environ 10 à 30% selon la sévérité du tassement. Cette compaction limite également la capacité des racines à explorer le sol en profondeur (Wittling et al., 2022).

La culture produite va également impacter la profondeur à laquelle la plante est en capacité d’aller chercher l’eau dans le sol. En effet, selon l’espèce et le type d’enracinement (structure du système racinaire, profondeur d’enracinement…), l’eau disponible dans le sol ne sera pas utilisable de la même façon. C’est notamment en sols profonds que cette différence s’exprime le plus. Pour exemple, un maïs a une bonne capacité d’extraction sur les 60 premiers centimètres de sol mais moins forte que le blé. Le tournesol et le sorgho sont capables d’aller puiser de l’eau très profondément dans le sol, à plus d’un 1,3m alors que les pois et la féverole de printemps ont une capacité d’extraction plus limitée (CA26, 2018).
De plus, la capacité de la plante à pouvoir exploiter ce réservoir en eau facilement utilisable va évoluer au fur et à mesure de la mise en place des racines de la culture. En effet, les plantes n’utilisant que l’eau à proximité de leurs racines, une partie seulement du réservoir utilisable est accessible lorsqu’elles sont jeunes. En croissant, elles ont accès à des horizons plus profonds et donc à une partie plus importante du RU (figure 7). Par exemple, la capacité d’un maïs à aller puiser de l’eau en profondeur est à son maximum lorsque l’enracinement est à son plus fort développement, soit le stade floraison femelle plus 10 jours (tableau 1).

Figure 7: Les réservoirs utilisables en eau du sol et leur utilisation par les plantes selon le développement racinaire, PFP= Point de flétrissement permanent, CP= Capacité au champ (Wittling et al., 2022).

  • La taille du réservoir en eau du sol utilisable par la plante constitue un des principaux éléments de paramétrage des modèles de culture pour simuler l’état hydrique du sol et son effet sur le rendement de la culture. Une connaissance fine de celui-ci est donc nécessaire dans le domaine de l’irrigation et va conditionner l’efficience du pilotage.
    Différentes approches cartographiques existent pour représenter la variabilité spatiale de la réserve utile (le paragraphe 8 du Guide d’estimation du réservoir en eau du sol utilisable par les cultures, Editions ARVALIS, 2022) :

    • Des approches proposant une cartographie de la RU par zone homogènes, couramment pratiquées et fondées sur l’expertise d’un pédologue cartographe et éventuellement étayées par des mesures géophysiques ;
    • Des approches proposant une cartographie continue de la RU basée sur de la modélisation spatiale.

Tableau 1: Exemple de taille de RU, RFU pour du maïs en fonction du type de sol et du stade de la culture (CA26, 2018).

Le pilotage de l’irrigation, un enjeu essentiel pour la performance de l’exploitation

Les pratiques d’irrigation impactent directement le niveau des ressources en eau mais aussi la qualité du produit et le rendement de la culture. Or, l’eau d’irrigation utilisée ne sera valorisée que si l’irrigation est déclenchée lorsqu’un déficit hydrique de la culture est avéré. On distingue notamment deux périodes de sensibilité au manque d’eau, une période où l’incidence est moyenne sur le rendement (période sensible) et une période où l’incidence sur le rendement est forte (période critique). Le tableau 2 énumère quelques exemples de stades végétatifs de cultures « repères » sensibles à la sècheresse.

Tableau 2: Stades végétatifs repères de cultures pour valoriser au mieux l’eau d’irrigation (CA26, 2019).

Ainsi, les choix stratégiques des agriculteurs dans ce domaine sont cruciaux et vont conditionner les performances économiques et environnementales de leur exploitation.
L’agriculteur doit alors définir en fonction de plusieurs paramètres (disponibilité des ressources en eau, besoins en eau de la culture, objectifs de production, main d’œuvre disponible, période de restrictions possibles d’usages) et du contexte pédoclimatique de sa parcelle (type de sol, profondeur, RU, climat, …), de quelle quantité d’eau sa culture a besoin, à quel moment et sur quelle durée. Il pourra ensuite déterminer le dispositif d’irrigation répondant le plus à ses besoins et à ses contraintes.
Le pilotage de l’irrigation vise à maintenir une teneur en eau dans le sol suffisante pour satisfaire les besoins en eau de la culture et, éviter les manques d’eau préjudiciables à la production en quantité et en qualité (zone rouge, figure 8) et les excès d’eau pouvant entraîner l’asphyxie racinaire par manque d’oxygène (zone bleue, figure 8). Son objectif est donc de rester dans la zone verte, zone de confort hydrique ou réserve facilement utilisable (figure 8) pour améliorer les performances techniques et économiques de son irrigation, en valorisant au mieux chaque mètre cube d’eau apporté.
En période de restriction des usages de l’eau, l’irrigation devra permettre de maintenir un niveau de stress hydrique acceptable pour maximiser le rendement et/ou la qualité de production. La réserve hydrique du sol ne devra alors être que partiellement reconstituée et le pilotage de l’irrigation aura pour rôle d’assurer un appoint prioritaire sur les périodes de plus forte sensibilité au stress hydrique. Des seuils de déclenchement plus élevés qu’en irrigation optimale devront alors être définis dans l’objectif d’épuiser la RFU du sol pendant la période voulue (Wittling et al., 2022).

Dans un contexte de changement climatique où les besoins en eau des cultures augmentent et les ressources deviennent de plus en plus rares, maximiser l’efficience de l’eau d’irrigation ou encore légitimer la nécessité d’irriguer sont devenus des enjeux majeurs pour l’agriculture. Cette optimisation nécessite notamment un pilotage précis pour éviter les pertes d’eau et ainsi utiliser au mieux les ressources disponibles afin à la fois de maintenir le rendement, en quantité et en qualité, de sa culture tout en réduisant sa consommation d’eau. Ainsi, en apportant la bonne dose, au bon moment et sur la bonne parcelle, l’agriculteur maîtrise le volume d’eau qui lui est alloué, en cohérence avec les objectifs technico-économiques de son exploitation et avec son environnement. Ceci est d’autant plus important dans le cas de cultures à fortes valeurs ajoutées (arboriculture, maraîchage, …) ou encore contractualisées, puisque pour celles-ci le recours en irrigation n’est souvent pas une option.

À noter que l’impact du pilotage de l’irrigation va être différent suivant les conditions pluviométriques de l’année. En effet, en année sèche, la disponibilité en eau étant souvent inférieure aux besoins de la plante, les économies d’eau réalisées seront moindres qu’en année humide. Le pilotage de l’irrigation servira avant tout dans ce cas, à améliorer l’efficience de l’eau d’irrigation et à optimiser le volume d’eau disponible sur l’exploitation.

Figure 8 : Exemple de visuel agriculteur sur l’application Aqualis® pour le suivi de l’état hydrique du sol, courbe d’évolution de l’humidité du sol en millimètres en fonction de la profondeur ; RFU = Réserve en eau Facilement Utilisable par la plante, Capacité au champ = capacité maximale de rétention en eau du sol, Point de flétrissement = seuil au-delà duquel la plante ne peut plus prélever d’eau dans le sol.

Les outils de pilotage de l’irrigation

  • Les outils de pilotage de l’irrigation permettent notamment de simuler ou mesurer l’évolution de l’état hydrique d’une parcelle dans le temps en fonction de la profondeur, selon les conditions pédoclimatiques, les apports d’eau d’irrigation et le stade phénologique de la culture. Ainsi, grâce à la visualisation simple et rapide de l’évolution de ce statut hydrique de la parcelle sur un graphique, leur objectif est de sécuriser la prise de décision de l’agriculteur en termes d’irrigation et tout au long de la campagne, en l’aidant à répondre à un certain nombre de questions :
    • Quand démarrer l’irrigation ?
    • À quel rythme irriguer, en l’absence de pluie et selon le stade de la culture, pour ne pas pénaliser sa production ?
    • Quel volume apporter pour ne pas saturer le sol ?
    • Quand redémarrer l’irrigation après une pluie ?
    • Quand arrêter l’irrigation pour exploiter au mieux le stock d’eau restant dans le sol sans pénaliser la production ?
  • La date de démarrage de l’irrigation ne doit pas être choisie au hasard ; elle est très dépendante du stade végétatif de la culture produite. Un démarrage trop précoce limite la profondeur d’enracinement de la plante alors qu’un démarrage trop tardif aura pour conséquence un épuisement de la réserve en eau du sol dès le début de la campagne d’irrigation. De la même manière et pour une meilleure valorisation de l’eau apportée, la date d’arrêt de l’irrigation doit être pensée afin que l’eau contenue dans le réservoir en eau du sol facilement utilisable par la plante soit épuisée en fin de cycle cultural. En effet, si la RFU n’est pas vide au moment de la récolte, c’est une perte en eau nette et un risque pour la structure du sol (tassement).

À la différence des céréales à paille, le maïs possède peut de capacités de compensation de ces composantes de rendement (nombres de plantes, d’épis, de grains, remplissage des grains, croissance et différenciation des feuilles). En effet, son développement plus ou moins rapide au cours du cycle végétatif, est très dépendant des conditions pédoclimatiques et de la conduite culturale de la parcelle. Piloter l’irrigation en fonction des stades de forte sensibilité au stress hydrique est donc primordial pour une irrigation efficiente et un rendement optimal.

La période de sensibilité au stress hydrique s’étend du stade 10 feuilles au stade 50 à 45% d’humidité du grain en sol superficiel (32% de matière sèche pour les plante entière). La phase de très forte sensibilité s’étend du stade 12-13 feuilles au stade Limite d’Avortement des Grains (SLAG) (250° jours après le stade femelle). Passé ce stade les avortements de grains sont très réduits.

  • On peut donc distinguer différents types de stress hydrique au cours du cycle végétatif du maïs grain :
    • Stress précoce avant l’initiation de l’épi et de la panicule qui a un effet limité sur le rendement. Il se traduit par un ralentissement de la croissance, un enroulement des feuilles, une réduction de la surface foliaire et potentiellement une perte en nombre de pieds au m².
    • Stress à la floraison qui impacte fortement le rendement final. Il se traduit par une baisse significative du nombre de grains par épi et donc un impact important de la valeur alimentaire du fourrage en cas d’ensilage.
    • Stress lors du remplissage du grain (après le SLAG) qui impacte fortement le PMG (poids pour 1000 grains). Cette variable peut être nettement diminuée, jusqu’à 20%.

     

Figure 9: Périodes de sensibilité au stress hydrique du maïs grain (ARVALIS).

Ainsi, l’irrigation du maïs s’étend généralement du stade 10-15 feuilles au stade 50 à 45% d’humidité du grain en sol superficiel (RU<70mm) (figure 9).
Avant 10 feuilles, la consommation en eau est faible et le risque de stress hydrique est limité.Le déclenchement de l’irrigation du maïs se fait donc au stade 10 feuilles (avant la montaison). La date d’arrêt de l’irrigation doit, quant à elle, être fixée selon trois critères : le stade du maïs, l’état hydrique du sol et les prévisions météo. L’objectif étant d’assurer la couverture des besoins en eau jusqu’à 45% d’humidité du grain et d’épuiser le RFU du sol. À noter que pour les sols ayant un RU moyen à élevé (>70 mm), une fois le stade 50% d’humidité du grain atteint, l’eau contenue dans le sol à ce stade est suffisante pour atteindre le stade 45% d’humidité du grain sans impacter le rendement. Par contre, pour les sols de RU faible (<70 mm) et/ou dans le cas d’une conduite d’irrigation en situation restrictive, une dernière irrigation peut être valorisée par la plante entre les stades 50% et 45% d’humidité.

Dans le cas d’une situation en volumes restrictifs, l’objectif de l’irrigation est de limiter les pertes de rendement (figure 10). Pour cela, il faut assurer en priorité le nombre de grains par m² puis limiter les baisses de PMG. Les apports en eau, plus fréquents et à doses réduites avec un nombre plus élevé avant qu’après la floraison, doivent donc être centrés autour de la floraison femelle.

Figure 10: Stratégie d’irrigation sur maïs en volume limitant et volume non limitant (CA86, 2021).

Les outils de pilotage qui permettent une conduite plus fine de l’irrigation, sont indispensables pour éviter au mieux les périodes de stress.
Il en existe notamment deux principaux types : ceux basés sur le calcul du bilan hydrique et ceux basés sur des mesures in-situ à l’aide de tensiomètres ou sondes capacitives. Les avancées de la recherche en télédétection apportent, toutefois, de nouvelles possibilités, notamment pour le suivi de l’état hydrique des cultures à grande échelle. Des nouveaux outils, basé sur l’acquisition d’images satellites ou radar, sont aujourd’hui en cours de développement.

1.Piloter son irrigation par le calcul du bilan hydrique : une méthode ancienne et éprouvée

La méthode du bilan hydrique vise à évaluer les besoins en eau de la plante en fonction des conditions pédoclimatique de la parcelle et du stade de la culture. L’indicateur clé de décision est le suivi quotidien de la quantité d’eau disponible dans le sol pour la plante. Celui-ci est calculé à partir des flux d’eau entrants (pluies, irrigation, remontées capillaires), des flux sortants (transpiration des plantes, évaporation du sol et drainage) et de la taille de la réserve utile du sol (figure 11). La décision d’irriguer ou non sera ainsi ajustée en fonction de son évolution, des prévisions météorologiques et des besoins de la culture.

Cette méthode est moins précise que le pilotage par sonde mais a l’avantage d’être moins coûteuse en temps et en argent car elle ne nécessite pas l’implantation de sondes, ni l’acquisition de nombreuses données. L’irrigation est pilotée simplement à partir du paramétrage initial (type de sol, taille de la réserve utile, culture, …), de l’acquisition en temps réel des données météorologiques (pluie, évapotranspiration potentielle, température) et de la saisie des apports d’eau d’irrigation.
Suivant le modèle et pour affiner la prise de décision, des informations comme la localisation de la parcelle, la durée du tour d’eau ou les différentes cultures implantées peuvent être ajoutées.

Figure 11: Méthode de calcul du bilan hydrique (CA45).

    • Pour aller plus loin, vous pouvez consulter les fiches descriptives de deux outils de pilotage de l’irrigation basé sur la méthode du bilan hydrique :

2.Piloter son irrigation à l’aide de sondes tensiométriques ou capacitives : plus précis mais plus coûteux

Les sondes de sol permettent d’évaluer le statut hydrique du sol par mesures in-situ, en fonction de la consommation en eau de la culture et des conditions climatiques, et ce à différents horizons de sols (souvent 30cm et 60cm de profondeur) afin d’avoir une mesure de la présence d’eau au niveau des racines. Le pilotage de l’irrigation se fait donc grâce à l’acquisition et au traitement des données fournies par les sondes et des données météorologiques. Ces outils sont aujourd’hui connectés et transmettent les informations en temps réel.

  • On distingue deux types de sondes (tableau 3) :
    • Le tensiomètre ne mesure pas directement la quantité d’eau présente dans le sol mais sa disponibilité pour la plante. Ainsi, son fonctionnement repose sur la mesure de la force de succion que les racines doivent exercer pour extraire l’eau du sol. Cette mesure, ponctuelle et rapide, est limitée en profondeur. Elle peut être effectuée manuellement à l’aide d’un boîtier portatif qui fournira une valeur à l’instant t ou de manière automatique avec un boîtier fixe qui enregistrera les données à intervalle de temps régulier.
      En réponse à ce problème de profondeur de mesure, plusieurs sondes sont installées par parcelle à des profondeurs différentes. Par exemple, en grandes cultures, 6 tensiomètres sont installés, 3 à 30cm de profondeur et 3 à 60cm de profondeur. Le seuil de déclenchement de l’irrigation est alors préconisé à partir de la valeur médiane des tensions mesurées aux différentes profondeurs et en fonction du type de sol et du stade de la culture (figure 12).
    • Les sondes capacitives, dispositif plus récent, mesurent directement l’humidité du sol via la « permittivité diélectrique du sol ». Elles ont l’avantage de disposer de plusieurs capteurs, positionnés à des profondeurs différentes, et permettent donc de mesurer le stock d’eau du sol à différentes profondeurs (pourcentage d’humidité du sol convertissable en millimètres d’eau). L’irrigation est alors pilotée grâce à un graphique présentant l’évolution globale de ce stock d’eau du sol calculé, selon la profondeur d’enracinement de la culture, à partir de la moyenne pondérée des humidités des différents horizons de sol impacté par les racines de la culture (figure 13). Un certain nombre de paramètres doivent donc être définis en début de campagne afin de pouvoir interpréter cette courbe : capacité au champ, point de flétrissement permanent, RU et RFU.

Figure 12 : Suivi tensiométrique lors d’une campagne d’irrigation de maïs semi-tardif ; seuils Irrinov 30cm et 60cm = seuils référencés dans la méthode Irrinov® d’Arvalis (CA81).

Figure 13 : Courbe d’évolution, dans le temps, de l’humidité du sol en millimètres en fonction de la profondeur ; RFU = Réserve en eau Facilement Utilisable par la plante, Capacité au champ = capacité maximale de rétention en eau du sol, Point de flétrissement = seuil au-delà duquel la plante ne peut plus prélever d’eau dans le sol (CA81).

Figure 14 : Evolution de l’humidité du sol horizon par horizon (CA81).

Tableau 3: Comparatif entre les sondes capacitives et les tensiomètres (CA81).

3.Piloter son irrigation par télédétection spatiale

Depuis le déploiement des satellites Sentinel, notamment Sentinel-1 (images radars, 2014) et Sentinel-2 (images optiques, 2015), dans le cadre du programme COPERNICUS de l’Agence Spatiale Européenne, dont l’objectif était de promouvoir le développement de services opérationnels et gratuits d’accès aux informations environnementales (évolution de l’occupation des sols, caractérisation des variables bio-géophysiques sur les terres émergées, prévision de l’état des océans, ré-analyse des variables climatiques essentielles, développement des outils pour la mise en place de services climatiques, …), la télédétection en matière de suivi de l’état hydrique des sols a fait de nombreux progrès et, des outils de pilotage de l’irrigation basés sur cette méthode sont aujourd’hui en phase opérationnelle.

À partir de la saisie des informations concernant le sol, la culture en place et le dispositif d’irrigation mis en place sur la parcelle, ces outils compilent les données d’observations (images radars ou optiques), ainsi que les données météorologiques, pour évaluer le statut hydrique de la culture à l’instant t et son évolution dans le temps, tout au long de la saison d’irrigation. La visualisation des résultats se fait par l’intermédiaire de graphiques et/ou de cartes (figure 15).

Figure 15: Carte de prédiction du stress hydrique issue du modèle développé pour le 26 juillet 2020 sur un domaine pilote (Laroche-Pinel et al., 2021).

Comparativement aux autres méthodes, bilan hydrique et mesures in-situ avec des sondes, la télédétection spatiale apparaît comme une solution pour suivre le statut hydrique des cultures sur de grands territoires avec une très grande fréquence temporelle et une excellente résolution spatiale (tableau 4).

  • Deux outils sont aujourd’hui en cours de développement :
    • Le service de pilotage de l’irrigation en viticulture Oenoview® 365 HYD, développé par l’ICV et TerraNIS, basé sur les images produites par les satellites optiques Sentinel-2
    • Le service d’aide au pilotage de l’irrigation et de l’estimation du rendement des cultures à large échelle développé dans le cadre du projet PRECIEL (ACMG, CESBIO, AGRALIS, …), basé sur les images produites par les satellites radars Sentinel-1

Tableau 4: Comparatif des différentes méthodes de suivi de l’état hydrique des cultures (Laroche-Pinel et al., 2021).

4.Piloter son irrigation à l’aide de capteurs « plante » (dendromètre, flux de sève)

La mesure des microvariations du diamètre d’un organe

L’expansion et la contraction des tissus d’une plante sont étroitement liées aux variations de la teneur en eau et au potentiel de turgescence (pressions hydrostatique) des cellules. Les dendromètres, qui mesurent les microvariations du diamètre d’une branche ou d’un tronc, permettent donc de suivre l’état hydrique de la plante et ainsi de piloter l’irrigation. Ce type d’appareil, dont l’intérêt est reconnu pour le pilotage de l’irrigation des pêchers, pommiers, amandiers, citronniers, oliviers et amandiers, fournissent une information indirecte sur les flux de transpiration de manière continue et non destructive.
Notamment, le pilotage de l’irrigation se base sur le suivi du confort hydrique de la plante grâce à l’utilisation conjointe de quatre paramètres : le diamètre quotidien maximal et minimal (MXTD et MNTD), l’amplitude de croissance diurne (MDS) et le taux de croissance nette (TGR). Ainsi, un taux de croissance journalier faible associé à une amplitude de croissance diurne importante, traduisent un manque d’eau (Serra-Wittling et Ruelle, 2022)
La figure 16 présente un exemple de perte de diamètre journalière plus importante en situation de stress hydrique qu’en condition contrôlée.

Figure 16 : Fluctuations quotidiennes du diamètre du tronc pour un prunier bien irrigué (courbe noire) et pour un prunier en déficit hydrique (courbe grise), sur deux jours, MXTD=diamètre quotidien maximal, MNTD= diamètre quotidien minimal, MDS=amplitude de croissance diurne, TGR=taux de croissance nette (Serra-Wittling et Ruelle, 2022).

De nombreux modèles de capteurs fiables et robustes sont aujourd’hui disponibles sur le marché et opérables avec des stations connectées. Toutefois, des travaux scientifiques mettent en évidence des difficultés d’interprétation lorsque ce type d’outils sont utilisés seuls, notamment du fait que la croissance des végétaux est affectée par de nombreux autres facteurs et, compte-tenu de l’hétérogénéité inter-individus et intra-parcellaire. Tout l’intérêt est donc de coupler cette approche avec d’autres outils de pilotage tels que les tensiomètres, les capteurs de flux de sève, ou encore des informations sur l’hétérogénéité intra-parcellaire (images aériennes, cartographie des sols).

La mesure des flux de sève

Dans la plante, le transport de l’eau et des nutriments des racines aux tiges et aux feuilles, se fait par l’intermédiaire du flux de sève. Ainsi, une autre méthode de pilotage de l’irrigation consiste à suivre la dynamique du flux de sève des plantes. Notamment, en viticulture, culture où le pilotage de l’irrigation basé sur cette approche est le plus répandu, la méthode la plus approprié est la méthode d’équilibre thermique de la tige qui consiste à mesurer la transpiration (mm/h) de la plante grâce à l’écart de température fournie par un élément chauffant entre deux sondes. Plus les valeurs de transpiration sont basses, plus la quantité d’eau disponible dans le sol est faible et donc plus la vigne est soumise à un stress hydrique (figure 17). L’utilisation de ces valeurs de transpiration permet de déterminer les seuils de stress hydriques acceptables en fonction du stade végétatif de la plante, mais aussi ceux à ne pas dépasser pour éviter des stress hydriques trop marqués à des périodes sensibles pour le rendement, la qualité ou la sauvegarde du capital végétal (Serra-Wittling et Ruelle, 2022).

Figure 17: Courbes de transpiration mesurées avant, après ou entre deux irrigations pour une demande climatique constante (Wittling et Ruelle, 2022).

Réussir le pilotage de son irrigation

Quelle que soit la méthode, le bon paramétrage des caractéristiques de la parcelle suivie (type de sols, taille de la réserve utile, cultures implantées et station météo de référence) et la cartographie du parcellaire (en télédétection) sont des étapes primordiales qui conditionnent la fiabilité de la simulation en temps réel de l’évolution du statut hydrique de la parcelle et donc l’efficience du pilotage.
Un accompagnement à la réalisation de ce paramétrage initial est souvent proposé.
À cela s’ajoute souvent un accompagnement à la prise en main de l’outil et à la compréhension des visuels proposés, sous-forme individuelle ou collective.

Vers une nouvelle approche de l’irrigation et du pilotage ?

  • En France, l’irrigation est souvent associée à l’agriculture intensive dont l’objectif est de maximiser le rendement. Or des chercheurs ont documenté dans certaines régions du Sud de la Méditerranée des pratiques agroécologiques en systèmes irrigués. En effet, dans ce cas, cette pratique peut constituer un levier pour la diversification des cultures, un des piliers de l’agroécologie et de l’agriculture de conservation des sols. On parle d’irrigation de résilience dont l’objectif est de stabiliser, sécuriser le rendement (INRAE, 2022). L’irrigation ne sera alors pas systématique, elle va s’adapter aux conditions météorologiques de l’année et de mise en culture, et va servir à garantir une bonne implantation de la culture et un maintien de la qualité de la production. Elle repose notamment sur trois composantes (CGEDD et CGAAER, 2020) :
    • Être économe en eau en centrant l’objectif de l’irrigation sur la sécurisation de la production agricole. Elle contribue ainsi à une grande résilience de l’agriculture ;
    • Être accompagnée d’une évolution des assolements et des pratiques culturales pour rendre plus efficients les apports réduits en eau ;
    • Viser une conduite des cultures non pas à l’objectif maximum de rendement mais vers un optimum faisant converger rentabilité agricole et économie de la ressource.

À cette nouvelle approche d’irrigation peut également être associée une nouvelle approche de pilotage développée dans le monde de la recherche : l’irrigation légèrement déficitaire (encore au stade expérimental).
En effet comme pour l’irrigation, jusqu’à présent les outils d’aide à la décision en matière de pilotage d’irrigation ont pour objectif d’optimiser un volume d’eau pour atteindre un rendement maximal. Or, si on considère certaines variables de coût (eau et électricité), le revenu maximum n’est pas forcément obtenu lorsqu’on atteint le rendement maximal. Une nouvelle approche de stratégie d’irrigation consisterait à prendre en compte ce lien entre revenu et rendement des irrigants en intégrant ces variables.

La courbe 1 sur le graphique (figure 18), représente la fonction de production, c’est-à-dire le rendement en fonction du cumul d’irrigation. Sans irrigation, la biomasse produite est d’autant plus faible que la saison est sèche. L’irrigation est alors indispensable au maintien d’une productivité mais l’optimiser est d’autant plus crucial et difficile que les contraintes sont fortes (restrictions, quotas, tours d’eaux espacés, sols légers).
À l’inverse, plus on irrigue, plus on approche du rendement maximum, mais dans le même temps la productivité de l’irrigation diminue car les variables de coût (électricité, eau) feront que l’irrigation finira par coûter plus cher qu’elle ne rapporte (courbe 2, figure 18).
Ainsi, le maximum de revenu est atteint pour un cumul d’irrigation inférieur à celui qui est nécessaire pour atteindre le maximum de rendement.

Figure 18: Principe d’incitation à une irrigation légèrement déficitaire, et récompensée (Bruno Cheviron, Mars 2022).

Une nouvelle base pour les compensations financières ?

Pour aller plus loin, cette approche pourrait constituer une base pour de futures mesures de compensations financières axées sur la gestion quantitative de l’eau.
L’idée serait de récompenser financièrement la productivité d’une stratégie d’irrigation (courbe 3, figure 18) par un terme qui s’ajouterait au terme du revenu dans le calcul du gain financier total (courbe 4, figure 18), afin d’inciter les agriculteurs à une irrigation légèrement déficitaire.
Le remplissage des sols pourrait être la variable manquante. Ainsi, si ce remplissage est modéré et qu’il est nécessaire de protéger les ressources en eau, le rendement et, de ce fait le revenu, ne seront pas optimaux mais les mesures de compensations financières combleront en partie ce manque à gagner. Ce système de récompense inciterait donc à une irrigation raisonnée tout en rendant viable économiquement une irrigation légèrement déficitaire et des rendements sous-optimaux.

Liens

AEAG, 2018. Etude pour le renforcement des actions d’économies d’eau en irrigation – Fiche 1 : Conseil en irrigation et outils de pilotage.

ARVALIS, Institut du végétal. Les fiches accidents Maïs : Stress hydrique.

Chambre d’agriculture de la Drôme, 2018. Agr’Eau Objectifs, ensemble pour améliorer la qualité de notre eau n°73 : Bien comprendre son sol pour valoriser sa contribution en eau.

Chambre d’agriculture de la Drôme, 2019. Agr’Eau Objectifs, ensemble pour améliorer la qualité de notre eau n°75 : La maîtrise de notre irrigation.

Chambre d’agriculture des Pays de la Loire, 2018. SOLAG, Bulletin Sol et Agronomie des Chambres d’agriculture des Pays de la Loire – La réserve utile des sols.

Chambre d’agriculture du Tarn. Les outils d’aide au pilotage de l’irrigation : les sondes tensiométriques et capacitives (Ec’Eau & Énergie).

Chambre d’agriculture de la Vienne, 2021. Fiche technique : Irrigation du maïs grain.

CRAO, CRANA, 2020-2021. Etude socio-économique sur l’agriculture irriguée du bassin Adour-Garonne.

DREAL, 2020. Point d’étape sur la réforme des volumes prélevables sur le bassin Adour-Garonne.

Guide d’estimation : Réservoir en eau du sol utilisable pour les cultures, 2022. Editions ARVALIS

INRAE (Pascale MOLLIER), 2022. Changement climatique et risques, irriguer différemment (Dossier revue).

Laroche-Pinel E., Duthoit S., Costard A. D., Rousseau J., Hourdel J., Vidal-Vigneron M., Cheret V., Clenet H., 2021. Monitoring vineyard water status using Sentinel-2 images : qualitative survey on five wine estates in the south of France, OENO One 2021, 4, 115-127.

Schneider Laurie, Marielle Montginoul, Delphine Burger-Leenhardt. Partager l’eau d’irrigation dans les bassins versants : usages et intérêts des quotas. 15èmes Journées de Recherche en Sciences Sociales (JRSS) SFER-INRAE-CIRAD, Dec 2021, Toulouse, France. hal-03564378.

Site Agralis Service.

Yann Kerveno, 22 Avril 2022. L’irrigation légèrement déficitaire, revue sesame, INRAE.

Dernière modification le 23/11/2023

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