Drainage et Assainissement Agricoles : quelques points de

Unité hydrosystèmes et bioprocédés

Drainage et Assainissement Agricoles : Drainage et Assainissement Agricoles : quelques points de repquelques points de repèèrere……

Bernard VINCENTBernard VINCENT

Cemagref, Groupement dCemagref, Groupement d’’AntonyAntony


Trois grandes acceptions du terme drainage

processus de transfert de l'eau

sol ou bassin versant

ouvrage d'évacuation de l'eau en excès

parcelle ou périmètre

aménagement hydro-agricole

périmètre ou région


Collecte (drainage)Collecte (drainage)

Transport (assainissement agricole)Transport (assainissement agricole)

CC’’est une dualitest une dualitéé propre propre àà tout tout systsystèème de drainageme de drainage

Deux aspects complDeux aspects compléémentairesmentaires


DDééfinitionfinition du drainagedu drainage• Souterrain : le drainage agricole regroupe

l’ensemble des travaux d’aménagement hydro-agricole effectués à l’échelle de la parcelle dans le but de supprimer les excès d’eau.

• Superficiel : le drainage superficiel capte les eaux accumulées à la surface du sol par des fossés ou des micro reliefs artificiels (ados…) et les transfère vers l ’exutoire de la parcelle.


DDééfinition de lfinition de l’’assainissementassainissement

• L’assainissement agricole rassemble, àl’échelle du bassin versant, l’ensemble des ouvrages de transfert d’eau, de l’exutoire des parcelles drainées aux émissaires naturels.


• Une histoire ancienne…• Un développement récent plus tardif que

dans les autres pays européens• Forte corrélation avec la Politique Agricole

Européenne• Actuellement, 3 millions d’hectares drainés artificiellement dont 83% par tuyaux enterrés,

11% par fossés, 6% ponctuel• Pour mémoire 10 millions d’ha avec nappes

superficielles (dont 90% de nappes perchées temporaires)

Le drainage en FranceLe drainage en France


Rythme annuel de construction de Rythme annuel de construction de nouveaux rnouveaux rééseaux en Franceseaux en France

superficies drainées, France entière, 1975-2005

0

20 000

40 000

60 000

80 000

100 000

120 000

140 000

1975

19

77

1979

19

81

1983

19

85

1987

19

89

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

millésimes

supe

rfic

ie (h

a)


RRéépartition gpartition gééographique en 2000 (ha)ographique en 2000 (ha)

superficies drainées cumul en 2000selon RGA (hectares)

44 000 à 135 000 (25)25 000 à 44 000 (11)13 000 à 25 000 (19)

4 000 à 13 000 (20)0 à 4 000 (20)


Part de la superficie agricole utile drainée enEurope de l'Ouest

• Le drainage en Europe

0,2-5%

5-10%10-33%

33-90%

source AFEID/ICID


•• 2/3 du drainage est r2/3 du drainage est rééalisaliséé en pays den pays dééveloppveloppéé

•• Superficie: 170 Superficie: 170 MhaMha (accroissement pas connu) ; 120 (accroissement pas connu) ; 120 MhaMha en drainage de en drainage de surface et 50 surface et 50 MhaMha en drainage souterrainen drainage souterrain

Drainage dans le mondeDrainage dans le monde

•• Drainage de pays tempDrainage de pays tempéérréé : : lutte contre llutte contre l’’engorgement en saison humide ; engorgement en saison humide ; prpréédominance de drainage souterraindominance de drainage souterrain

•• Drainage de milieux tropicaux humides :Drainage de milieux tropicaux humides : lutte contre lutte contre lutte contre lutte contre ll’’engorgement dengorgement dûû àà des prdes préécipitations intenses ; prcipitations intenses ; préédominance de drainage dominance de drainage de surfacede surface

•• Drainage de pays aride et semiDrainage de pays aride et semi--aride :aride : lutte contre la salinitlutte contre la salinitéé•• Drainage de pays Drainage de pays àà climat contrastclimat contrastéé :: lutte contre la salinitlutte contre la salinitéé ++ engorgement engorgement

(ex : mousson)(ex : mousson)

Dans quel but ?Dans quel but ?


• Métabolisme des plantes affecté• Propriétés physiques du milieu

dégradé• Choix des cultures réduit• Production agricole irrégulière• Exploitations agricoles fragilisées• Compétitivité agricole atteinte• Aménagement du territoire

contraint

Effets agroEffets agro--ééconomiques de l'excconomiques de l'excèès d'eaus d'eau


Actions du drainageActions du drainageRéduire les contraintes dues au climat et au sol

Augmenter le rendement des culturesMaîtriser le travail du sol

Faciliter l'accès au champMaîtriser la fertilisation

Diminuer les consommations intermédiaires

OPTIMISER les facteurs de production de l'exploitation agricole


Effets du drainage Effets du drainage àà ArrouArrou, France (Bassin , France (Bassin Parisien), en fonction de la pluviomParisien), en fonction de la pluvioméétrie trie

annuelleannuelle

0123456789

0 50 100 150 200 250

Rainfall index

Yield (T/ha)

No drainageSubsurface 10mSubsurface 20m


SchSchééma dma d’’un systun systèème drainme drainéé


Fonctionnement hydrologique

Fonctionnement hydrologique

Fonctionnement hydraulique

Fonctionnement hydraulique

Détermination dudébit de projet

Détermination dudébit de projet

bilan hydrique :périodes, localisation

et quantificationdes excès d’eau

statistiques de précipitations

choix de risques tolérables

(durée, fréquence)

excès d’eau

choix detechniquechoix de

techniquemodèles hydrauliques

et équationsde fonctionnement

choix de paramètres de dimensionnement :

- techniques (pentes et profondeurs des ouvrages)

- agronomiques (profondeur de nappe)

Calcul de lacapacité de

transport desouvrages

Calcul de lacapacité de

transport desouvrages

Calcul de la capacité de

collecte / ouvrages(écartement)

Calcul de la capacité de

collecte / ouvrages(écartement)


Principes de conception du drainage agricole

• Séparation des eaux externes et des eaux internes

• Calcul de l ’écartement des drains en régime variable de tarissement

• Calcul du débit des drains et des collecteurs en régime permanent sous une pluie fictive dont l’intensité est l’intensité moyenne journalière de la pluie anuale de 3 jours, soit 26 à 52 mm/3 jours, soit encore un débit de projet de 1 à 2 l/s/ha


Débit généré par le pluie anuale de 3 jours corrigée par un coefficient d’infiltration

Calcul du dCalcul du déébit de projetbit de projet

calcul de l’intensité moyenne journalière de la pluie anuale de 3 jours

P A b= −τ1

IP

=τ

P en mm τ en heures

transformation de la pluie en débit

Qp = 0.116 I σ Qp l/s/ha I en mm/Jσ coefficient de ruissellement0.7 < σ< 1

I en mm/J P en mm τ en jours

Loi de Montana :


Calcul de l’écartement des drains en régime variable de tarissement

tC

KE

H H=

μ−

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

41 1

0²

C4

29

= Coefficient de forme de nappe

H0H

µ = porosité de drainage (%)

K = conductivité hydraulique horizontale (m/j)

t = temps de rabattement de la nappe (j)

H0 = hauteur de la nappe à l ’interdrain à l ’instant initial (m)

H = hauteur de la nappe à l ’interdrain en fin de tarissement (m)

Paramètres de milieu

Paramètres de risque = paramètres agronomiques, choix de l ’agriculteur

E = Ecartement des drains (m)

Drains reposant sur l ’imperméable

SL

S-L = hauteur labourée


Calcul de lCalcul de l’é’écartement des drains en rcartement des drains en réégime variable de gime variable de tarissement : paramtarissement : paraméétragetrage

Niveaud’intensification

Type d’exploitation Temps derabattement (jours)

élevé MaraîchageCulture industrielle

0,5

normal Polyculture-élevageCéréaliculture

1

faible Prairie naturelle 3

Temps de rabattement : typiquement = 1 jour

Hauteur rabattue H0-Ht : typiquement = 0,25 m

Sols à plancher peu profond

Sols sableux

0,15 m 0,35 m

Labour

Ht

H00

0


Profondeur suffisante

Bouche de décharge

Evacuer lacrue annualeou bi-annuale

ÉÉmissaires : crmissaires : crééer ou refaireer ou refaire


TuyauxTuyauxccééramique ramique puispuis PVC rigide PVC rigide puispuis PVC souple annelPVC souple anneléé (milieu des (milieu des annannéées 70) Marque NF drainses 70) Marque NF drains

Machines de poseMachines de posetrancheuse ou soustrancheuse ou sous--soleusesoleuse

Technique de guidageTechnique de guidagelaser rotatiflaser rotatif

Plusieurs causes de risques technologiquesPlusieurs causes de risques technologiquesColmatage minColmatage minééral ; tests de ral ; tests de caracterisationcaracterisation du risque et des du risque et des matmatéériaux driaux d’’enrobage ; protocole AFNORenrobage ; protocole AFNORColmatages racinaire et biochimiqueColmatages racinaire et biochimiqueArgiles plastiques et gonflantesArgiles plastiques et gonflantes

Documents dDocuments d’’ingingéénierienierieCCTG travaux, maCCTG travaux, maîîtrise dtrise d’œ’œuvre, normes, secteurs de ruvre, normes, secteurs de rééfféérences, rences,

éétude climatique sur 300 postes mtude climatique sur 300 postes méétropolitains, tropolitains,

Technologie du drainageTechnologie du drainage