Méthodes d’irrigation

en milieu aride

Barbisan nicola

De sevin hugo

Gabarrot françois

Tutrice : Nadia Saiyouri

2012

Le gac thibaut

Rysak quentin

Ullmann coralie

Sommaire Introduction ............................................................................................................................................. 4

I Les différentes méthodes d’irrigations. ................................................................................................ 5

- Les différents types d’irrigation gravitaire .................................................................................... 5

1) L’irrigation par planche et par bassin .............................................................................. 5

2) L’irrigation à la raie .......................................................................................................... 6

3) L’irrigation partielle de la rhizosphère ............................................................................ 8

- L’irrigation par aspersion : ............................................................................................................ 9

1) Microaspersion ................................................................................................................ 9

2) L’aspersion ....................................................................................................................... 9

3) Coûts .............................................................................................................................. 14

- Micro irrigation superficielle ....................................................................................................... 15

1) Système complet de goutte-à-goutte ........................................................................... 15

2) Goutte-à-goutte simplifié .............................................................................................. 17

3) Applications ................................................................................................................... 18

- Méthodes d’irrigation : exsudeurs souterrains. .......................................................................... 19

1) Irrigation par vases céramiques poreux. ....................................................................... 19

2) Irrigation à l’aide de tuyaux poreux sectionnés. ........................................................... 20

3) Irrigation par manchons de plastique perforés ............................................................. 20

4) Conclusions sur les exsudeurs souterrains .................................................................... 21

- Irrigation Souterraine et Drainage Contrôlé ............................................................................... 22

1) Introduction ................................................................................................................... 22

2) Définition ....................................................................................................................... 22

3) Principes de fonctionnement des systèmes .................................................................. 23

II Etude de cas sur des zones géographiques précises .......................................................................... 27

- Etude de cas : Récupération de l’eau de pluie en Ethiopie. Irrigation par les crues et le

ruissèlement. ................................................................................................................................. 27

1) Description de cette technique ..................................................................................... 27

2) Coût, Avantages et Inconvénients ................................................................................. 28

- Gestion de l’eau et méthodes de captation de l’eau en Asie ..................................................... 29

1) La situation des réserves d’eau ..................................................................................... 29

2) Des techniques innovantes ........................................................................................... 30

- Gestion de l’eau et méthodes de captation de l’eau au Sahara ................................................. 34

1) La situation de la réserve en eau Saharienne................................................................ 34

2) Les systèmes d’irrigation propres au Sahara ................................................................. 35

3) Conclusion partielle sur la région du Sahara septentrional .......................................... 38

- Australie : La grande sécheresse ................................................................................................. 40

1) Le contexte environnemental ....................................................................................... 40

2) Les investissements technologiques ............................................................................. 41

3) Réutilisation des eaux usées ......................................................................................... 42

- Technique de captage en Israël ................................................................................................... 43

1) Condensation historique ............................................................................................... 43

2) Le rôle de l'irrigation dans l'agriculture de pointe ........................................................ 43

3) L'offre et la demande - la gestion de ressources en eau limitées ................................. 44

4) L’eau saumâtre et l’eau de mer, des techniques maitrisées ......................................... 44

5) La situation actuelle ...................................................................................................... 46

III Le biomimétisme, base de la récolte de l’eau. .................................................................................. 47

- La « récolte » du brouillard. ....................................................................................................... 47

1) Les filets de brouillard ................................................................................................... 47

2) Curtains water. .............................................................................................................. 49

3) Coastal fog-harvesting tower, Huasco, Chilie. (Les tours de brouillard) ....................... 50

- Récupération de l’eau par condensation. .................................................................................. 52

1) Eole Water Marc Parent (ingénieur français) ............................................................... 52

2) Max Water ..................................................................................................................... 52

3) Groasis Water Box ......................................................................................................... 53

Conclusion générale du rapport ............................................................................................................ 55

IV Références Webographie : ................................................................................................................ 56

- Les différentes méthodes d’irrigations ....................................................................................... 56

- Etude de cas sur des zones géographiques précises ................................................................... 56

- Le biomimétisme, base de la récolte de l’eau ............................................................................. 57

Introduction

L’eau est un des enjeux majeurs du 21e siècle. En effet, bien que les réserves mondiales

d’eau soient théoriquement suffisantes pour les besoins de toute la planète, elles sont très

inégalement réparties. Les précipitations sont également très déséquilibrées en fonction des

saisons dans certaines régions du monde. De plus, le réchauffement climatique augmente encore

ces inégalités.

Il est important de savoir que l’agriculture est de loin le plus grand consommateur d'eau

(devant l’industrie et les services), puisque 69 pour cent des prélèvements mondiaux lui sont

imputables. Dans ce contexte assez particulier, les systèmes d’irrigation en milieux aride et leurs

améliorations récentes sont cruciaux afin de permettre la production de nourriture dans ces zones,

de réaliser des économies d’eau ou encore de lutter contre la désertification.

Nous avons donc choisi de détailler dans un premier temps les différentes techniques

d’irrigations utilisés dans ces zones arides et semi-arides et leurs récentes innovations vis-à-vis de

l’économie d’eau. Ensuite nous nous sommes intéressés à différentes étude de cas à travers le

monde où des projets innovants ont été mis au point pour répondre à des situations de pénuries

d’eau précises. Enfin nous verrons les moyens de captation de l’eau les plus modernes qui ont été

inventés ces dernières années.

I Les différentes méthodes d’irrigations.

- Les différents types d’irrigation gravitaire

L’irrigation de surface ou irrigation gravitaire consiste à repartir l’eau directement sur la

parcelle cultivée par ruissellement sur le sol dans des sillons (méthode d’irrigation à la raie), par

nappe (on parle d’irrigation par planche ou calant) ou encore par submersion contrôlée (irrigation

par bassin). Il s’agit du mode d’irrigation le plus ancien (et donc assez rudimentaire) mais il est peu

couteux en investissement et il s’agit de la méthode la plus utilisée à travers le monde (il représente

par exemple 80% de la superficie des grands périmètres irrigués du Maroc). Il est donc indispensable

de s’y intéresser dans le cadre de ce projet.

Traditionnellement pour ces méthodes, l’eau est amenée au niveau de la parcelle puis

distribuée dans des canaux de terres qui alimente les raies, les planches ou les bassins. Les pertes par

infiltration et la difficulté de contrôler les débits délivrés conduisent à un gaspillage d’eau et à un

arrosage hétérogène.

1) L’irrigation par planche et par bassin

Ces techniques sont utilisées pour les cultures semées à plat telles que les céréales, le bersim, la

luzerne, des plantes fourragères etc.

En agriculture, une planche désigne une portion longue et étroite d’un jardin ou d’un champ. Le

principe de l’irrigation par planche et de faire couler une mince couche d’eau sur des planches

longues et étroite pour un sol à pente faible (0.1 jusqu’à 5% selon les cultures). L’eau ruisselle et

s’infiltre au cours de son parcours le long de la planche. Pour éviter un gaspillage excessif de l’eau,

elle est déversée par une ou plusieurs vannes dans le canal d’amenée, guidée le long de la planche

par des bourrelets latéraux peu élevés et larges (afin qu’ils n’opposent aucun obstacle au passage des

machines, en période sèche). Un canal de colature recueille, au bas de la planche, les eaux en excès.

L’irrigation par bassin est similaire, sauf que le sol n’est pas incliné, il est donc nécessaire de

fournir une quantité et un débit d’eau plus important pour obtenir une nappe d’eau sur toute la

surface de la parcelle de terre délimitée par des rigoles. Cette nappe d’eau va ensuite s’infiltrer

progressivement dans le sol. Cette technique présente de nombreux inconvénients, et surtout dans

le cadre d’une irrigation en milieu aride. On observe en effet un tassement du sol en profondeur, une

réduction de la perméabilité et une asphyxie temporaire du sol qui peut être nuisible. De plus elle

réclame beaucoup d’eau et donc la proximité d’une oasis.

Ces techniques traditionnelles restent néanmoins très utilisées, et elles ont été modernisées ces

dernières années.

Figure 1 : Schéma de réseau d'irrigation de surface modernisé

2) L’irrigation à la raie

Cette technique est utilisée pour les cultures semées en billon telle que la betterave à sucre et la

pomme de terre.

Elle consiste à couvrir partiellement le sol par l’eau qui, ensuite, s’infiltre latéralement et

remonte par capillarité. Au lieu de s’étendre sur toute la surface, l’eau quittant le canal d’amenée

ruisselle puis s’infiltre dans les rigoles bordant les billons sur lesquels sont implantées les cultures.

S’infiltrant latéralement et remontant par capillarité, elle atteint les racines.

On l’utilise idéalement pour des sols composés de sable de texture grossière et de limon sableux

avec une pente de 0.2 à 3 %. Elle est peu chère et facile à mettre en place mais on observe de fortes

pertes d’eau par percolation ou par fuite lors de l’acheminement de l’eau (30 à 40% de l’eau est ainsi

perdue au Maroc) Il faut donc veiller à l’entretien de ces canaux et utiliser des gaines souples ou des

tuyaux semi-rigides en polyéthylène pour réduire ces pertes.

La modernisation de ces techniques

d’irrigation par planche et par bassin peut

consister en plusieurs points :

- Etancher le canal qui distribue l’eau

en tête de parcelle

- L’équiper de vannes de régulation

pour irriguer successivement les

différents bassins

- Automatiser l’ouverture et la

fermeture des différentes vannes

- Recouvrir les canaux de distribution,

les remplacer par des canaux

préfabriqués ou encore les enterrer

sous terre.

Ces différentes techniques sont toutefois

assez couteuses et nécessitent beaucoup

d’entretien même si elles diminuent

grandement le gaspillage de l’eau.

L’irrigation à la raie se prête

mieux à la mécanisation par

siphon, par rampes à vannettes,

par gaine souple ou par

transirrigation. Ces techniques

ont différents avantages et

inconvénients les unes par

rapport aux autres.

Irrigation à la raie par siphon

Le système “transirrigation” est constitué d’un tuyau rigide posé avec une pente

régulière en tête de parcelle et percé d’orifices calibrés qui alimentent les raies. Le déplacement

automatique d’un piston à l’intérieur du tube entraine le déplacement de la main d’eau sur

l’ensemble de la parcelle. Le débit de chaque trou décroît progressivement jusqu’à s’annuler au fur

et à mesure que le piston se déplace vers l’aval du trou. Cette technique permet peu de travail

pendant l’irrigation, une maitrise précise de la dose d’eau apportée (et donc moins de gaspillage). Le

principal inconvénient est qu’elle est très onéreuse et nécessite une étude de dimensionnement

approfondie.

Ces systèmes d’irrigation ont un rendement hydraulique de 50% (la moitié de l’eau

utilisée n’est pas effectivement captée par la plante) pour les méthodes traditionnelles et jusqu’à

80% pour les méthodes modernisés. Ces chiffres s’approchent des rendements des techniques

d’aspersion ou de micro-irrigation. Toutefois, des recherches récentes pourraient permettre

d’améliorer l’économie d’eau sans surcoût important.

L’irrigation par siphon permet

d’éviter beaucoup de travaux liés à

la distribution, de réduire l’érosion

du sol à la tête de la raie. Il présente

une bonne répartition de l’eau et un

faible investissement.

L’irrigation par rampes à vannettes permet un

réglage plus précis et plus constant du débit

d’eau déversé (les vannettes sont réglable en

position 25, 50 ,75 et 100%). Toutefois une

étude de dimensionnement est nécessaire.

L’irrigation par gaine souple est peu chère et

facile à mettre en œuvre. Elle est toutefois

assez fragile (déchirures) et les débits déversés

sont peu précis

Irrigation à la raie par gaine

souple

3) L’irrigation partielle de la rhizosphère

Des recherches récentes (2010) ont été effectuées en Chine sur une manière différente

pour irriguer les cultures. Il s’agit de l’irrigation partielle de la rhizosphère (Partial root-zone drying

irrigation en anglais).

Le principe de cette technique est relativement simple à comprendre : on va irriguer

uniquement la moitié de la racine de la plante, et ceci de manière alternée. On a donc la moitié de la

racine qui capte l’eau nécessaire à son développement et l’autre moitié qui subit une pénurie d’eau

et va envoyer des signaux aux cellules de la plante. Celle-ci va donc « adapter » son comportement

en diminuant sa consommation d’eau.

On observe ainsi une diminution de la transpiration de la plante qui s’adapte, mais aussi

une diminution de l’évaporation du sol (car on irrigue une surface 2 fois plus petite). Cela permet

aussi de limiter l’augmentation de la salinité des sols qui est un vrai problème pour l’irrigation au

long terme.

Les chercheurs ont comparé la taille et le développement des racines, des feuilles et de la tige de

plante de cotons pour une irrigation traditionnelle (toutes les raies sont irriguées), une irrigation

partielle d’une seule des 2 raie et une irrigation d’une seule raie alternativement.

Les résultats ont été assez spectaculaires, l’irrigation partielle alternée permet une

économie de presque 30 % d’eau (par rapport à l’irrigation traditionnelle) pour la même quantité de

récolte. On a également observé que la plante arrive à maturité plus tôt avec cette méthode. Pour les

régions semi arides de Chine, cela constitue un avantage économique pour la culture de certaines

plantes(le coton notamment). En effet cette méthode permet de sauver une plus grande partie de la

récolte qui arrive à maturité avant les périodes de grand froid.

En conclusion on peut dire que cette technique présente de nombreux avantages :

- Elle est facile à mettre en place et peu onéreuse (il suffit d’avoir un moyen technique de

contrôler le débit d’eau dans les raies).

- Elle est adaptable aux autres systèmes d’irrigation (micro irrigation par exemple) car elle est

liée au comportement de la plante et non à une innovation technique.

- Elle est utilisable pour beaucoup de plantes différentes : les chercheurs ont réussi à faire

pousser des tomates, des raisons, des pommes de terre (et pas uniquement du coton).

Ces études ont été effectuées avec la

méthode d’irrigation à la raie en

irriguant alternativement une raie

sur 2.

- L’irrigation par aspersion :

1) Microaspersion

L'irrigation grâce à des micropulvérisateurs arrose seulement une fraction de la surface du sol. L'eau est éjectée en jets fins par une série de gicleurs d'où elle tombe en pluie. Chaque gicleur peut arroser plusieurs mètres carrés. Le système de la microaspersion permet donc d'augmenter le volume de sol mouillé dans lequel les racines des plantes absorbent l'eau et les éléments nutritifs, ce qui est particulièrement intéressant pour les gros arbres.

La microaspersion a un autre gros avantage. En effet, comme les orifices des gicleurs sont plus larges et le taux d'écoulement supérieur, le risque d'obstruction est réduit. La pression requise est de l'ordre de 1 à 2 bars. Ce qui oblige à installer un système de pompage ou à surélever le réservoir d'alimentation d'au moins 10 m. A d'autres égards, l'irrigation par microaspersion permet l'application fréquente d'un faible volume d'eau et l'injection de fertilisants dans l'eau. En outre, il est facile d'adapter les systèmes de microaspersion aux conditions des pays en développement, en réduisant leur taille, pour la rendre plus conforme aux parcelles à irriguer, généralement de petites dimensions. En revanche, la microaspersion a aussi des inconvénients. La composante évaporation du bilan hydrique est accrue, à la fois parce que la surface mouillée est plus grande, que l'eau est pulvérisée dans l'air sec et que les feuilles les plus basses sont mouillées. Comme le feuillage est mouillé, l'utilisation d'eau saumâtre et l'incidence des maladies fongiques posent plus de problèmes.

2) L’aspersion

L'irrigation par aspersion s'est rapidement développée après la seconde guerre mondiale, notamment en Europe et aux Etats-Unis. Avec les améliorations techniques de rendement et de la baisse du coût, elle s’est petit à petit développée dans les régions arides et semi-arides. L'eau est transportée dans des réseaux de conduites sous pression puis délivrée au niveau de la parcelle par des bornes qui régulent la pression et le débit. L’eau est ensuite dirigée dans d’autres conduites qui alimentent sous pression des asperseurs qui répandent l'eau en pluie.

Il existe deux types d’irrigation par aspersion. L’aspersion traditionnelle et l’aspersion mécanisée.

L’aspersion traditionnelle

En agriculture, les arroseurs sont à rotation lente. Celle-ci est obtenue par le va-et-vient d’un

bras de levier qui porte un seul aubage et qui oscille grâce à l’impact d’un jet qui s’échappe d’une

buse. Voici quelques chiffres de dimensionnement :

Diamètre des buses (mm)

Pression de service (bars)

Portée Angle d’inclinaison par rapport à l’horizontal (°)

Petits Arroseurs 4 à 7 Entre 2.5 et 3.5 Relativement faible, petites gouttelettes

Moyens Arroseurs 8 à 14 Entre 3.5 et 4.5 Entre 25 et 26

Grands Arroseurs 15 à 25 Au moins 4.5 Grande, grosses

gouttelettes

Entre 23 et 24

Les petits asperseurs sont disposés le long d'une rampe mobile que l'on déplace de poste en poste, pour irriguer l'ensemble de la parcelle.

Les grands arroseurs ont une pluviométrie horaire élevée et ceci conduit à la formation de grosses gouttelettes. Ceci peut poser problème. En effet la taille des gouttelettes ne doit occasionner aucun dommage ni au sol, ni à la culture. Et plus l’arroseur est grand, plus les gouttelettes sont grosses. Les gouttes peuvent poser des problèmes de battances du sol (formation de croûte superficielle) sur des sols limoneux ou fins. Il faut donc dimensionner notre arroseur en fonction du sol (limon, sable…) et du type de plante. De plus l’angle d’inclinaison joue aussi un rôle tres

important dans l’homogénéité de l’irrigation. L’angle idéal d’inclinaison par rapport au plan

horizontal est de 32° en condition calmes (vent quasi nul). Mais à cause du vent (celui-ci ne doit pas

être trop fort), l’angle d’inclinaison doit être diminué pour permettre une irrigation homogène.

Il existe deux types d’installations d’aspersion traditionnelle: les installations mobiles portatives et les

installations semi-mobiles portatives.

Les installations mobiles portatives sont composées de canalisations principales ainsi que de

rampes qui peuvent être déplacées à la main. Les conduites qui forment l’ensemble du système

doivent donc être légères, facilement raccordables et détachables les unes des autres. Elles sont

habituellement en aluminium léger ou en alliage d’aluminium et leur longueur est en général de 6m.

Les installations mobiles portatives sont donc conseillées pour les régions à capital d’investissement

faible mais qui disposent d’une main d’œuvre abondante.

L’autre type d’installation d’aspersion traditionnelle est l’installation semi-mobile portative.

Elle comprend des canalisations principales fixes et enterrées à intervalles réguliers. Le plus souvent,

la station de pompage est permanente et elle est située de telle façon à minimiser le trajet de l’eau.

En général les canalisations fixes sont en acier et elles sont aussi protégées contre la corrosion. Mais

il existe d’autres variantes, en utilisant des tuyaux flexibles.

Le type de plantation influe aussi sur le fait de mettre des installations permanentes ou non. En effet les installations permanentes (ou couverture totale), où les conduites principales et les rampes sont enterrées, sont souvent utilisées dans les exploitations de vergers. Le gros intérêt de la couverture totale est qu'avec une bonne disposition d'asperseurs on peut obtenir une répartition homogène de l'eau sur l'ensemble de la surface irriguée. Les pertes d'eau sont pratiquement nulles et dans des dispositifs bien conçus, on obtient des rendements hydrauliques de l'ordre de 90 à 95 %.

En revanche les installations temporaires sont des systèmes qui ont la particularité de pouvoir être

montés au moment de la plantation puis démontés jusqu’à la dernière irrigation avant la récolte.

L’aspersion mécanisée

L’aspersion mécanisée est très souvent utilisée dans les grandes exploitations. On y utilise des systèmes de rampes pivotantes et de rampes frontales. Le système de rampe pivotante est constitué d’une conduite avec arroseurs, supportée à l’une de ses extrémités par une tour à pivot central d’où l’eau arrive, une série de tours munies de roues et un moteur électrique ou hydraulique. La conduite peut mesurer entre 100 et 500 m et peut irriguer jusqu’à 100 ha. I1 faut noter que la pluviométrie nécessaire pour apporter une dose homogène à chaque rotation, croît au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre. En extrémité de rampe, la pluviométrie maximale peut atteindre 80 à 100 mm/h, ce qui est incompatible avec la perméabilité de la plupart des sols. I1 est conseillé de ne pas dépasser un rayon de l'ordre de 400 m sauf sur sol sableux très perméable. Mais l’aspersion mécanisée exige un capital d’investissement élevé mais une faible main d’œuvre. Si la pression de service est de l’ordre de 6 bars, les débits varieront entre 250 et 850 m3/h. Pour les rampes frontales, toutes les tours sont mobiles et le déplacement se fait latéralement. Pour alimenter le système en eau, l’alimentation se fait soit par un fossé creusé au milieu ou au bord du champ, soit par un tuyau flexible. En revanche, l’investissement doit être tres important et la consommation énergétique tres élevée.

Pivot

Un autre type d’irrigation mécanisée par aspersion est l’irrigation par enrouleurs. Ce type

d’irrigation est la plus répandue dans le monde. Les enrouleurs sont des machines d’irrigation à

tambour et à tuyau flexible. L’enrouleur est constitué d’un tambour, sur laquelle s’enroule un tuyau

flexible en polyéthylène. L’enroulement du tuyau provoque le déplacement d’un canon d’arrosage

monté sur roues à l’extrémité du tuyau. L’enrouleur effectue ainsi un arrosage en bande, sans

intervention. En fin de parcours l’enroulement s’arrête automatiquement et l’ensemble est déplacé

au moyen d’un tracteur pour arroser la bande suivante. La longueur du flexible varie évidemment en

fonction de la longueur du champ et peut atteindre 600 m. Son diamètre peut aller de 50 à 140 mm.

Enfin le débit peut atteindre 50 m3/h et la portée est d’environ 100m.

Enrouleur

Pour utiliser l’irrigation par enrouleur, on a besoin des éléments suivants : un tambour, un

châssis, un mécanisme d’enroulement, un asperseur et un porte asperseur, un flexible en

polyéthylène, un système de régulation de la vitesse d’avancement afin d’apporter la dose d’eau

choisie, un système d’enroulement uniforme du tambour et une sécurité de fin de course. Les plus

grandes machines peuvent contenir un poids dépassant 5 tonnes. En outre, le tambour doit

supporter un couple important afin de pouvoir tirer le flexible rempli d’eau le long de la bande de

champ. Pour permettre l’irrigation, un mécanisme d’entrainement fait tourner le tambour qui

enroule lentement le flexible et tire le porte asperseur le long du terrain. Le tambour peut être

entrainé par chaine, par un engrenage, ou un système d’ergot actionné à l’aide d’une turbine, d’un

soufflet ou d’un moteur… En revanche le système d’entrainement à piston est abandonné depuis

plusieurs années à cause de sa forte oxydation par l’eau d’irrigation.

Ensuite on décrit les différents éléments qui constituent l’irrigation par enrouleur. Tout

d’abord, le porte asperseur est soit un chariot soit un traineau. Leur conception est pensée afin de

réduire au minimum l’endommagement des plantes dû à son déplacement. Mais il existe des portes

asperseurs avec un espacement de roue variable. Cela permet de réutiliser plusieurs fois un porte

asperseur pour différentes cultures. Ensuite le flexible doit être en polyéthylène pour combiner une

grande rigidité et une grande flexibilité. Les flexibles sont obtenus en variant la densité du

polyéthylène. De plus l’enrouleur est également équipé d’un système de régulation de vitesse

d’avancement du porte asperseur. Il existe 2 types de régulations. Tout d’abord une régulation

mécanique (basée sur l’augmentation du diamètre du tambour) et enfin une régulation électronique.

Après avoir installé le porte asperseur en bout de champ, on alimente l’enrouleur en eau

sous pression. Au cours de l’irrigation, l’effort de frottement diminue avec la longueur du flexible

déroulé. Ce qui entraine une augmentation de la vitesse d’avancement. Pour avoir une distribution

uniforme de l’irrigation, on doit réduire la pression afin de garder une vitesse quasi-constante. En

effet une variation de la vitesse d’avancement de plus de 10% n’est pas recommandée pour

conserver une bonne homogénéité. Tout ceci s’effectue grâce au régulateur de vitesse d’avancement

décrit un peu plus haut.

Pourquoi mettre en place une irrigation par aspersion?

Afin de savoir si on met en place une irrigation par aspersion et afin de dimensionner le système d’irrigation, on doit considérer les facteurs suivants : 1) La dimension et la forme de la surface à irriguer, sa topographie et le type du sol 2) Les sources d’eau disponibles ou potentielles et leurs caractéristiques 3) Les conditions climatiques dans la région, l’accessibilité à la parcelle et la culture à irriguer.

Avantages Inconvénients Solutions

Bon pour les sols de faible profondeur (ne pouvant être correctement nivelés pour une irrigation de surface)

Ecarter dans les régions tres régulièrement ventées (vents ≥ 5 m/s dégradent considérablement l’homogénéité de l’arrosage) I1 faut savoir que l'irrigation au canon est d'autant plus sensible au vent que la portée du jet est importante.

On atténue l'effet du vent en rapprochant le plus possible les asperseurs et en les disposant en triangle ou en rectangle, dont la plus grande dimension est orientée dans le sens du vent.

Bon pour les sols trop perméables qui ne permettent pas une répartition uniforme de l’eau dans le cadre d’une irrigation avec ruissellement de surface

Evaporation directe pendant l’irrigation.

Eviter l’arrosage par aspersion à midi

Bon pour les terrains à pente irrégulière avec micro relief accidenté ne permettant pas l’établissement d’une desserte gravitaire à surface libre

Lorsque le réseau ne dispose pas d'une charge gravitaire, la mise en pression nécessaire au bon fonctionnement des asperseurs entraine des coûts d'énergie de pompage qui peuvent être importants.

Longue durée des composantes

Pour le pivot : il présente l'avantage de pouvoir réaliser un arrosage très homogène et bien contrôlé, sans aucune intervention manuelle. Cela permet d'envisager son utilisation pour répandre les produits fertilisants ou de traitements phytosanitaires

Son principal inconvénient est la forme circulaire de la surface arrosée.

Il convient bien pour les grandes surfaces de monoculture.

Ne nécessite pas une grande qualité de l’eau

Peut opérer sans surveillance

3) Coûts

Les éléments essentiels du coût de l'irrigation par aspersion sont les charges d'investissement, les charges de main d'œuvre, les charges d'entretien des équipements et les charges d'énergie (nécessaires pour assurer une pression suffisante au niveau des asperseurs ou des canons) Ce dernier est direct en cas de pompage individuel ou inclus dans le prix de l'eau en cas de distribution par réseau collectif. Cet élément dans le coût de l’irrigation est très important. Parfois il conduit à abandonner les canons à haute pression, voir même les enrouleurs pour revenir à des installations fonctionnant à moyenne ou basse pression

Type d’équipements Cout ramené à l’hectare (€/ha)

Rampe mobile, canon déplaçable 200

Couverture intégrale : commande manuelle 1600

Couverture intégrale : automatique 2300

Enrouleur 750

Pivot : 80 à 30 ha 900

Pivot : 20 à 30 ha 1400

Pivot : 10 à 20 ha 1700

Valeurs moyennes des investissements.

Le type d’irrigation par aspersion à utiliser varie donc en fonction de nombreuses caractéristiques. Il

faut en tenir compte afin d’optimiser l’eau et le capital d’investissement.

- Micro irrigation superficielle

Les méthodes décrites dans cette section sont basées sur l'arrosage continu ou régulier d'une fraction de la surface du sol. Pour ce faire, on distribue habituellement l'eau dans des conduites fermées (par exemple des tubes de plastique) en des points spécifiques, dont l'emplacement et l'espacement dépendent de la configuration de la plante cultivée. Au niveau de ces points, on laisse l'eau sortir à la surface, en veillant à ce que le débit ne soit pas supérieur à la capacité d'infiltration du sol, pour que toute l'eau pénètre dans la rhizosphère sans stagner ou s'écouler à la surface.

Les systèmes d'irrigation dans lesquels l'eau est distribuée par des conduites fermées (tuyaux) permettent généralement d'économiser de l'eau car ils accroissent l'uniformité des applications et évitent les pertes en quantité (dues à la percolation et à l'évaporation) et en qualité (dues à la contamination de l'eau dans les canalisations à ciel ouvert). Mais comme ils nécessitent un dispositif de pressurisation et des installations coûteuses, cette économie génère souvent une augmentation de la consommation d'énergie et des investissements en capital. C'est pourquoi des méthodes minimisant ces dépenses de capital et d'énergie sont nécessaires.

1) Système complet de goutte-à-goutte

On appelle irrigation au goutte-à-goutte l'application lente et localisée d'eau, littéralement au goutte-à-goutte, au niveau d'un point ou d'une grille de points sur la surface du sol. Si l'eau s'écoule à une vitesse inférieure à la capacité d'absorption ou d'infiltration du sol, celui-ci n'est pas saturé et il ne reste pas d'eau qui stagne ou ruisselle à la surface.

L'eau est amenée jusqu'aux orifices de gouttage par un assemblage de tuyaux en plastique, généralement en polyéthylène opaque ou en PVC résistant aux intempéries. Des canalisations latérales, alimentées par une conduite maîtresse, sont posées sur le sol. Ces canalisations, généralement d'un diamètre de 10 à 25 mm, sont perforées ou munies de goutteurs spéciaux. Chaque goutteur doit déverser l'eau goutte à goutte sur le sol, à un débit prédéterminé, allant de 1 à 10 litres par heure.

La pression de l'eau dans les tuyaux est ordinairement comprise entre 0,5 et 2,5 atmosphères. Cette pression s'atténue par frottement lorsque l'eau s'écoule à travers les étroits passages ou orifices du goutteur, si bien que l'eau sort à une pression atmosphérique sous forme de gouttes et non en jet ou aspersion. Les goutteurs commercialisés sont soit internes (fixés à l'intérieur des tuyaux d'amenée latéraux) soit externes (enfichés sur les tuyaux à travers des trous perforés dans la paroi de la conduite d'amenée). Ils sont conçus pour évacuer l'eau à un débit constant de 2, 4 ou 8 litres par heure. Le débit de sortie est toujours altéré par des variations de la pression, mais dans une moindre mesure si les émetteurs sont munis d'un régulateur de pression. La fréquence et la durée de chaque irrigation sont contrôlées par une vanne actionnée manuellement ou par une série de valves automatiques programmables. Des valves doseuses interrompent automatiquement l'écoulement une fois qu'un volume prédéterminé a été appliqué.

Schéma d'un système classique d'irrigation au goutte-à-goutte

La zone humectée, et donc le volume d'enracinement actif, est ordinairement inférieure de 50 pour cent à ce qu'elle serait si tout le sol était mouillé uniformément. Si les applications au goutte-à-goutte sont fréquentes (ce qui est conseillé), la portion mouillée du sol reste en permanence humide, mais le sol n'est pas saturé et reste donc bien aéré. Cela crée des conditions d'humidification exceptionnellement favorables. L'irrigation au goutte-à-goutte présente donc un avantage certain par rapport à l'irrigation par surverse et même par rapport à l'irrigation par aspersion moins fréquente, en particulier pour les sols sableux ayant une faible capacité de rétention d'eau et dans les climats arides où les pertes par évaporation sont élevées. En outre, contrairement à l'irrigation par aspersion, l'irrigation au goutte-à-goutte n'est pratiquement pas affectée par le vent. La texture du sol, la topographie ou la rugosité de la surface ont aussi une influence moins grande qu'avec l'irrigation de surface.

Si la quantité d'eau déversée est supérieure aux besoins de la plante, la zone mouillée se trouvant en dessous de chaque goutteur s'allonge vers le bas et peut finir par former une «cheminée» qui draine l'eau excédentaire hors d'atteinte des racines.

Le système du goutte-à-goutte permet aussi d'employer de l'eau légèrement saumâtre (ayant par exemple une teneur en sel d'environ 1 000 à 2 000 mg/litre) pour irriguer des cultures comme le coton, la betterave à sucre, les tomates ou les dattes qui ne sont pas trop sensibles à la salinité. L'eau saumâtre n'entre pas en contact direct avec le feuillage, qui risque donc moins d'être brûlé par le sel qu'avec l'irrigation par aspersion. Comme, dans la zone mouillée, le sol reste en permanence humide, les sels ne se concentrent pas et la salinité de la solution du sol dans la rhizosphère n'est que légèrement supérieure à celle de l'eau d'irrigation. Dans les zones où les pluies saisonnières sont suffisantes, les anneaux de grosses concentrations en sel formés autour du point de gouttage sont habituellement lessivés chaque année.

Les systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte requièrent des investissements relativement élevés, car il faut une grande quantité de tuyaux, de tubes, de goutteurs et de dispositifs auxiliaires pour parvenir à délivrer le volume d'eau voulu en des points spécifiques du champ. En outre, comme les orifices standards des goutteurs sont étroits, des dispositifs de filtrage onéreux doivent être installés pour prévenir leur obstruction. De ce fait, les systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte tendent à être plus chers, au moins au départ, que les systèmes d'irrigation superficielle. Ils peuvent se révéler rentables à long terme s'ils parviennent effectivement à prévenir le gaspillage d'eau et la

dégradation des terres, si fréquents avec les méthodes traditionnelles. Cependant, pour qu'ils soient plus facilement applicables dans les zones arides en voie de développement, il faut trouver des moyens de les simplifier et de réduire leurs coûts d'installation et de fonctionnement.

2) Goutte-à-goutte simplifié

L'équipement extrêmement sophistiqué, mis au point pour les systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte dans les pays industrialisés, leur a fait perdre la simplicité qui était à la base de leur conception. La principale justification de ces systèmes qui nécessitent des capitaux importants et consomment généralement beaucoup d'énergie est l'économie de main-d'œuvre. Etant donné que l'importance relative des coûts des facteurs entrant en jeu dans les pays en développement d'Afrique est souvent inversée par rapport aux pays industrialisés, il est indispensable de simplifier ces systèmes. La conception des systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte doit être revue de façon à faciliter leur installation et leur entretien, tout en conservant les principes de base, à savoir l'application fréquente d'un faible volume d'eau, et la maximisation de l'efficacité de l'irrigation.

Les goutteurs ne doivent pas nécessairement être des dispositifs de précision. Ils peuvent être improvisés en perçant des trous à la main dans les canalisations latérales. Pour que ces perforations soient aussi uniformes que possible, il est conseillé d'utiliser des poinçons arrondis comme ceux employés pour faire des trous dans les ceintures de cuir. Pour empêcher un écoulement trop important ou l'obstruction des orifices, les utilisateurs peuvent recouvrir les trous avec des «colliers» bien ajustés, faits en découpant de petites sections du tuyau utilisé pour les canalisations latérales et en les faisant glisser sur les trous. En procédant par tâtonnements, un utilisateur peut fabriquer des goutteurs adéquats pour une fraction infime du prix auquel ils sont vendus dans le commerce. En outre, ces goutteurs sont faciles à entretenir, c'est-à-dire à nettoyer ou à déboucher quand il le faut. Pour fabriquer les goutteurs, on peut aussi couper des petits bouts de tuyau (microtubes) et les insérer dans des trous pratiqués dans les parois des canalisations latérales; on ajustera ensuite la longueur des microtubes pour obtenir le débit souhaité (figures 25 et 26).

Fabrication d'un système simple d'arrosage au goutte-à-goutte en perforant un tuyau de plastique et en recouvrant les orifices avec un manchon découpé dans le même tuyau

Fabrication d'un système simple d'arrosage au goutte-à-goutte, en insérant un microtube, de longueur réglable, dans un tuyau latéral

La pression hydraulique dans les conduites d'amenée ne doit pas nécessairement être créée par des pompes mécaniques. Il suffit d'installer le réservoir quelques mètres plus haut que la terre à arroser pour créer une pression de gravité suffisante pour irriguer au goutte-à-goutte une petite surface. En élargissant le diamètre des tubes et les orifices des goutteurs, et en augmentant la durée des arrosages, on peut compenser la faiblesse de la pression. On évitera ainsi de devoir placer des régulateurs de pression de précision, surtout si le terrain est relativement plat et si les canalisations latérales ne sont pas trop longues ou trop étroites.

Le filtrage peut être assuré en interposant un simple récipient rempli de sable entre la source d'eau et les conduites d'irrigation. L'eau (trouble) qui arrive entrera au fond du récipient et se répandra vers le haut à travers les couches de sable, dont elle sortira filtrée, pour se déverser dans les conduites d'irrigation. Un filtre de ce type peut être fabriqué sur place, avec un récipient de métal ou de plastique de la taille que l'on jugera appropriée, compte tenu de la vitesse d'écoulement et de la turbidité de l'eau. Le sable utilisé à cette fin sera lavé au préalable pour retirer les particules plus fines et devra être nettoyé ou remplacé régulièrement à mesure qu'il s'encrassera.

La mesure du débit est fondamentale pour garantir une utilisation efficace de l'eau. Si un système n'est pas équipé de débitmètres ou de valves doseuses, le débit doit être contrôlé en enregistrant la durée de chaque irrigation. Le volume de l'écoulement par unité de temps devrait être contrôlé et recontrôlé périodiquement, de même que l'uniformité (ou la variabilité) du débit des goutteurs dans chaque canalisation latérale et dans les conduites qui se trouvent dans le champ. Pour ce faire, on peut enregistrer le temps qu'il faut pour que l'eau qui s'écoule remplisse une cuve d'un volume donné. Le volume d'eau déversé au cours de chaque période d'irrigation doit correspondre aux besoins estimés de la culture, compte tenu de son stade de croissance et des conditions météorologiques (pluviométrie et évapotranspiration depuis l'irrigation précédente).

3) Applications

Dans le cadre du projet COGESFOR, 5 sites du Plateau Mahafaly à Madagascar ont été dotés

de kit simple de micro-irrigation goutte-à-goutte. Chaque kit permet d’irriguer 50m2 et coûte environ

26€. L’installation et la formation des paysans étant effectuées, il s’est avéré que cette technique

permettait d’économiser l’eau 6 fois par rapport à un arrosage traditionnel. L’automatisation et la

bonne santé des plantations ont suffi à convaincre pour les agriculteurs qui gagnent en temps, eau et

récolte. Ils sont donc prêts à acheter d’autres kits pour étendre la technique sur toutes leurs terres.

La société International Development Enterprises India (IDEI) investit depuis 15 ans en

recherche et développement, formation et promotion, pour fournir des technologies à faible coût et

adaptées aux faibles surfaces agricoles. Elle a permis, grâce à un projet de micro-irrigation, de sortir

1,5 million de paysans de la pauvreté en améliorant leur sécurité alimentaire et leur revenu.

L’impact immédiat du goutte-à-goutte est de pouvoir avoir une deuxième voire une troisième culture

pendant la saison sèche.

- Méthodes d’irrigation : exsudeurs souterrains.

La méthode des exsudeurs souterrains consiste en l’approvisionnement en eau direct de la

rhizosphère grâce à des réceptacles poreux que l’on enfouit dans le sol, de telle sorte que leur

ouverture supérieure affleure à la surface, et d’une profondeur permettant d’atteindre une certaine

quantité de racines (15 à 50 cm). L’eau migre donc de l’exsudeur vers le sol environnant, et donc la

rhizosphère, grâce à la perméabilité des parois du réceptacle, et alimente ainsi de manière continue

et contrôlée la plante. On peut de plus choisir de remplir périodiquement les réservoirs ou de les

conserver constamment pleins, donnant lieu ainsi à différents modes d’approvisionnement de la

plante en eau.

1) Irrigation par vases céramiques poreux.

Il s’agit là d’une des plus vieilles méthodes d’irrigation en milieu aride, qui dispose d’un

avantage non négligeable, à savoir que les vases en céramique poreuse sont généralement produits

directement à base d’argile présente dans la région qui doit être irriguée. Néanmoins, cette méthode

ne s’applique généralement qu’à la petite irrigation, à savoir pour des parcelles réduites en

superficie.

On place des pots d’argile poreuses, après avoir creusé des fosses peu à moyennement

profondes, de sorte que l’ouverture supérieure affleure à la surface de la fosse, après damage. L’eau

est alors versée à la main ou grâce à un réseau de tuyaux perforés, par l’ouverture supérieure de ces

pots, jusqu’à la hauteur désirée et nécessaire pour le bon approvisionnement de la plante. Les

formes et dimensions des vases poreux sont variables. On peut déplorer l’archaïsme de certains

aspects de cette méthode, puisque de nombreuses variables de modelage des vases ne sont pas

optimisées, tout comme le réseau d’approvisionnement.

Réseau de vases poreux pour l’irrigation d’un parcelle

Cette méthode permet néanmoins d’irriguer un nombre fini de plantes dans la zone proche

de chaque pot en argile, et donc d’ajuster avec précisions les besoins en eau en accord avec le

nombre de plantes à irriguer. Par exemple, chaque vase peut servir à irriguer 3 plantes A, ou 4

plantes B, selon que la plante soit plus demandeuse en eau que la plante B. Ces ajustements sont

néanmoins permis par le fait que cette méthode est généralement appliquée pour l’irrigation non-

expansive.

Cette irrigation est en particulier adaptée aux arbres fruitiers, où l’on ajoute des jarres à côté de l’arbre grandissant au fur et à mesure de sa croissance. Le rythme des renouvellements ainsi que

du rajout des vases dépend principalement de l’expérience locale. Des observations et des essais minutieux sont nécessaires pour optimiser les variables du système sur lesquelles il est possible de jouer. On retrouve cette méthode en Afrique du Nord et au Proche-Orient.

2) Irrigation à l’aide de tuyaux poreux sectionnés.

La méthode que nous venons d’observer peut bénéficier d’améliorations techniques, qui

simplifient son usage et donc sa capacité à répondre à des besoins d’agriculture expansive. En remplaçant les jarres poreuses par des tuyaux horizontaux réalisés dans la même argile perméable, on optimise l’exsudeur souterrain en permettant des cultures plus resserrées, comme les cultures maraichères. On note de plus que l’extrémité du tuyau est recourbée vers la surface, afin de permettre l’approvisionnement en eau le long du tuyau, par écoulement du fluide.

Les tuyaux sont placés au fond d’une tranchée peu profonde (environ 25cm de profondeur), creusée au centre d’une planche d’un mètre de large, et disposés de façon à former un tuyau horizontal continu de 3 m de long. La tranchée est ensuite à nouveau comblée de terre.

Les tuyaux, fabriqués en tronçons, à base d’argile poreuse trouvée directement dans la région, sont assemblés, et disposent donc de jointures par lesquelles l’eau s’exfiltre, s’ajoutant au potentiel de perméabilité du matériau.

Sol irrigué par des tuyaux souterrains d’argile poreux

On peut de plus, grâce à cette méthode, irriguer deux rangées de plantes avec une seule conduite souterraine, plantées de part et d’autre du tuyau. On retrouve cette méthode au Zimbabwe.

3) Irrigation par manchons de plastique perforés

Cette méthode est la quasi-réplique verticale de l’irrigation à base de tuyaux poreux. On implante en effet à proximité de la plante une fine gaine plastique perforée, pour qu’elle aliment directement en eau les racines et la rhizosphère Le manchon est de plus en plastique imperméable, contrairement aux argiles poreuses utilisées dans les méthodes précédentes, implique la nécessité de le perforer. Le diamètre et l’espacement des trous sont des variables essentielles qui ne peuvent hélas qu’être optimisées après plusieurs essais et conclusions. Ces paramètres influent également sur la solidité de la gaine en plastique. Enfin, l’introduction de la gaine en plastique dans le sol est rendue possible par l’ajout de sable dans cette gaine, ayant néanmoins pour effet de réduire la capacité de rétention d’eau dans la gaine de 50 à 60 %. On retrouve cette méthode au Sénégal, dans des plantations de manioc principalement.

4) Conclusions sur les exsudeurs souterrains

Les différentes méthodes que nous avons pu observer comportant des exsudeurs souterrains semblent présenter les même avantages et inconvénients. En effet, elles permettent à chaque fois un dosage efficace de l’eau à fournir pour avoir une irrigation optimale. Elles sont de plus très faciles à mettre en œuvre, car peu couteuses en matériel, d’autant plus que l’argile nécessaire est généralement directement disponible sur place. Elles sont enfin très efficaces car permettent d’alimenter quasi directement la rhizosphère de la plante, optimisant ainsi la dépense en eau. Toutefois, on peut déplorer que cette méthode d’irrigation ne puisse satisfaire que des cas de petite irrigation, car trop archaïque pour être étendue à une irrigation plus extensive. Le manque de recherche d’optimisation, ou alors trop spécifique à des cas bien particuliers, gêne donc une méthode pourtant intéressante et novatrice.

- Irrigation Souterraine et Drainage Contrôlé

1) Introduction

L'irrigation souterraine consiste à amener de l'eau jusqu'à la zone racinaire des plantes en régularisant, par des moyens artificiels, la hauteur de la nappe souterraine. Cette méthode peut être appliquée dans les endroits où la nappe est naturellement haute, ce qui est souvent le cas le long des vallées fluviales ou dans les zones arides où l’intérêt est de remonter la nappe phréatique vers les racines.

2) Définition

FIGURE 30

Elévation ou abaissement de la nappe phréatique pour l'irrigation souterraine, en contrôlant le niveau de l'eau dans des

fossés parallèles

On creuse habituellement des tranchées ouvertes jusqu'à une profondeur inférieure à la nappe, et le niveau de l'eau est contrôlé par des barrages régulateurs ou des vannes. De cette manière, les tranchées peuvent servir soit à drainer l'excédent d'eau et, partant, à abaisser la nappe

phréatique pendant les saisons humides, soit à élever la nappe en période sèche et, de ce fait, à humidifier la rhizosphère par en dessous.

On peut les éviter en plaçant en dessous de la nappe des tuyaux poreux ou perforés (généralement en plastique ondulé), munis de prises d'eau de distribution réglables. Ouvertes, les prises d'eau font office de drains; fermées, elles permettent à la nappe d'eau de s'élever. Les conduites souterraines sont cependant plus coûteuses à installer et plus difficiles à entretenir, car elles tendent à être bouchées par de la terre ou de l'oxyde de fer précipité. L'irrigation souterraine peut être utilisée pour arroser les cultures de plein champ, les pâturages et les vergers. Elle convient particulièrement bien aux plantes hydrophiles, telles que la canne à sucre et les dattes. L'uniformité de l'irrigation dépend de la régularité de la surface et de l'uniformité du sol. Le contrôle précis du niveau d'une nappe d'eau souterraine peu profonde est une tâche délicate et difficile comportant de grands risques. La profondeur idéale de la nappe d'eau devrait être de 30 à 60 cm en dessous de la rhizosphère. Si elle est plus élevée, elle tend à engorger le sol , à limiter l'aération et à provoquer une ascension capillaire et une évaporation à la surface, où les sels risquent de s'accumuler. Par ailleurs, si elle est maintenue à un niveau trop bas, la plante risque d'être privée de l'humidité dont elle a besoin. En poussant, la plante absorbe plus d'humidité et son système racinaire s'étend vers le bas, si bien que la nappe tend à baisser, sauf si on la maintient à dessein à un niveau élevé.

Etant donné que la source d'eau se trouve en dessous de la zone racinaire, celle-ci est approvisionnée en eau par capillarité. Le fonctionnement du système dépend donc des caractéristiques de sorption du sol. Un sol à texture fine (argileux) tend à s'engorger d'eau et à limiter l'aération. Dans un sol argileux, l'eau d'irrigation souterraine ou de drainage s'écoule aussi plus lentement. Dans ce type de sol, les tranchées ou les conduites souterraines doivent être moins espacées. En revanche, un sol à texture grossière (sableux) a une capacité de rétention hydrique trop faible et tend à s'assécher trop vite. Comme avec les autres méthodes d'irrigation, rien ne saurait remplacer l'expérience locale en matière de maîtrise de l'eau, basée sur la connaissance des caractéristiques spécifiques du sol et des besoins des plantes.

L’utilisation de canaux ouverts pour l’irrigation souterraine s’avère moins avantageuse que

l’utilisation de réseaux enterrés. Les réseaux de conduites enterrées tout en permettant à la fois le drainage et l’irrigation comme pour les canaux ouverts n’amènent aucune perte de surface cultivable par rapport aux fossés. De plus, les fossés sont considérés par les agriculteurs comme une nuisance pour les travaux de culture et la circulation des machines.

Ce chapitre traitera de l’irrigation souterraine à l’aide d’un système de drainage souterrain.

3) Principes de fonctionnement des systèmes

Forme de la nappe sous irrigation souterraine

La figure 1 montre la forme que prend la nappe entre deux drains lors du drainage et de l’irrigation souterraine. Elle montre que sous irrigation souterraine, la nappe possède une forme concave contrairement à la forme convexe constatée lors du drainage. En effet, c’est la différence d’élévation entre la nappe au niveau des drains et celle à mi-chemin entre ceux-ci qui crée le mouvement latéral de l’eau. Dans le cas de l’irrigation souterraine, l’eau doit s’écouler des drains vers le point milieu entre deux drains afin de combler les pertes par évapotranspiration.

La différence d’élévation ”m” entre la nappe au niveau des drains et celle à mi-chemin entre ceux-ci est un facteur très important à considérer puisque l’uniformité d’approvisionnement en eau des racines en dépend.

Figure 1 : Forme de la nappe entre deux drains lors de l’irrigation souterraine et du drainage.

Structure de contrôle du niveau de la nappe

Le contrôle du niveau de la nappe souterraine est effectué à l’aide d’une structure appelée chambre de contrôle. La chambre de contrôle doit permettre le fonctionnement du système de tuyaux enterrés sous les modes de drainage et d’irrigation souterraine.

La figure 2 montre un modèle de chambre de contrôle qui est constituée d’un tuyau vertical en acier galvanisé de 1,2 m de diamètre. Le contrôle du niveau de l’eau s’effectue à l’aide d’un panneau amovible au centre de la chambre. Si le niveau de l’eau s’élève dans la chambre de contrôle au-dessus du panneau, le trop plein se déverse de l’autre côté du panneau amovible et s’évacue vers le fossé.

En mode irrigation, l’eau en provenance de la pompe se déverse dans la section amont alimentant la surface irriguée souterrainement. La différence entre le niveau d’eau dans la chambre de contrôle et celui de la nappe dans le sol provoque à elle seule le mouvement de l’eau de la chambre de contrôle vers le système de tuyaux. En période de drainage, le panneau amovible peut être enlevé et le système se comporte comme un réseau de drainage conventionnel.

Vue en plan

Vue en coupe

Figure 2 : Chambre de contrôle (d’après Hawkins, 1979).

Il existe plusieurs types de chambres de contrôle. Celui de la figure 3 montre un système où

le niveau d’eau est maintenu constant à l’aide d’un tuyau vertical. Si le niveau venait à monter au-dessus de l’entrée supérieure du tuyau, l’eau pénétrerait dans le tuyau et se drainerait vers le fossé ou le cours d’eau. Une trappe installée à la base de la chambre de contrôle permet un drainage complet lorsque la trappe est ouverte. La figure 4 montre une chambre munie d’un flotteur. Elle est construite de tuyaux en chlorure de polyvinyle (PVC) dont les diamètres varient entre 100 et 300 mm. Un flotteur coulissant sur une corde munie d’un cran d’arrêt actionne l’ouverture d’une portière en caoutchouc flexible. Lorsque le niveau à l’amont dans le système s’élève au-dessus du niveau d’ajustement du flotteur, ce dernier, sous la poussée d’Archimède ouvre la portière qui laisse évacuer une certaine quantité d’eau proportionnelle à son ouverture. Légère, peu encombrante et facile à installer et à ajuster, la chambre à flotte est disponible sur le marché et elle est de plus en plus utilisée.

Figure 3 : Chambre de contrôle munie d’un tuyau vertical et d’une trappe de drainage.

Figure 4 : Chambre de contrôle en PVC avec flotteur.

Quel que soit le type de chambre de contrôle utilisé, il importe :

Que le niveau de l’eau dans la chambre puisse être ajusté en fonction du niveau désiré de la nappe dans le sol et pour permettre un drainage partiel lors de fortes précipitations;

Que toute forme de contrôle puisse être enlevée de la chambre ou court-circuité afin que le système se comporte comme un système de drainage en automne et au printemps.

Système d’alimentation en eau

Les chambres de contrôle montrées aux figures 2, 3 et 4 seraient très peu efficaces au niveau économie d’eau si le seul système de contrôle utilisé était un système de trop plein (panneau de contrôle, tuyau vertical servant à évacuer le trop plein ou flotteur actionnant une portière).

En effet, la demande en eau de la part des cultures varie constamment alors que le débit de la pompe est constant. Il est donc nécessaire d’installer une valve à flotteur qui contrôlera l’alimentation en eau. Afin d’éviter la surchauffe de la pompe, il faut prévoir, en plus, une valve de sécurité assurant un débit minimum lorsque la valve à flotte est fermée.

Une pompe actionnée par un moteur diesel ou électrique peut être utilisée. Dans le cas d’un moteur électrique, il ne faut pas utiliser un système de flotteurs pour contrôler le départ et l’arrêt de la pompe puisque la vitesse d’abaissement du niveau d’eau dans la chambre est tel qu’il nécessiterait de fréquents arrêts et départs pouvant endommager le moteur.

II Etude de cas sur des zones géographiques précises

- Etude de cas : Récupération de l’eau de pluie en Ethiopie. Irrigation par les crues

et le ruissèlement.

1) Description de cette technique

En Ethiopie, le climat est semi-aride, voire aride dans certains zones. La pluviométrie

moyenne annuelle est de 500-700 mm mais elle est irrégulière et surtout mal distribuée. Les terrains ont une pente plate à légère (0-5%). De plus les exploitations sont de petites échelles et moyennement riches. Et le travail est souvent manuel.

L’utilisation agricole du ruissellement et des crues est une pratique traditionnelle de récolte d’eau qui permet de surmonter le déficit hydrique des sols et les pertes de récoltes dans les zones chaudes et sèches à pluviométrie irrégulière. L’eau des crues qui suit le lit des rivières éphémères, les routes et les pentes est captée grâce à des digues provisoires de terre et de pierres (cf. photo à gauche). Un réseau de canaux creusés à la main – formé par un canal de diversion principal et des canaux secondaires

et tertiaires – achemine et distribue l’eau aux champs cultivés dans des zones naturellement plates ou nivelées. L’eau captée sert à produire

des cultures de rente, des légumes et des arbres fruitiers. Les champs irrigués sont divisés en bassins rectangulaires bordés de diguettes pour optimiser le stockage de l’eau et réduire le risque d’érosion.

La gestion du ruissellement et des crues nécessite une réactivité importante de la part des paysans. Lorsqu’une crue est attendue dans la rivière temporaire, les paysans doivent ériger la digue en travers du lit de la rivière. De même, chaque paysan doit entretenir le canal qui conduit l’eau à son champ. Lorsque l’eau arrive dans le champ, elle se répartit par inondation ou par des rigoles qui sont ouvertes et refermées avec un outil local.

La fertilité du sol peut être améliorée grâce au compostage et au paillage. L’entretien, qui consiste à réparer les brèches dans le canal et les fossés d’acheminement, est à refaire avant chaque saison des pluies. Cette technique est utilisée pour des cultures annuelles ou pour l’arboriculture. De plus elle permet d’éviter la perte d’eau, l’aridité des sols et les pertes de terre arable par érosion hydrique. En revanche cette technique est très influencée par la sécheresse et par les variations saisonnières. Elle est aussi sensible aux très fortes crues.

Pour utiliser cette technique de captage d’eau de pluie, la main d’œuvre doit être très importante à la mise en place (travail intensif pour construire les structures : construction des canaux avec des talus latéraux, stabilisés par des pierres ; préparation du lit de semence en construisant des bassins dans les champs). La main d’œuvre doit continuer à être importante pour l’entretien car chaque année les paysans doivent refaire les tranchées (reconstruction des canaux, du lit de semence et extraction des sédiments).

Figure 2: Canal principal de diversion de l’eau des crues vers les champs. Les berges sont stabilisées par recouvrement

avec des pierres.

2) Coût, Avantages et Inconvénients

Coût de mise en place (en

dollars/ha) Coût d’entretien (en dollars/ha)

Main d’œuvre 253 450

Equipement 24 64

Intrants agricoles 106 300

TOTAL 383 814

Les coûts de mise en place comprennent la construction du fossé de diversion, la construction des bassins, la préparation du lit de semence, les semences et les plants, le désherbage et le binage, l’irrigation et la récolte. On voit que cette technique est assez couteuse.

Voici un rapide tableau qui résume les bénéfices et les faiblesses et quelles solutions on peut

apporter :

Bénéfices Faiblesses Solutions

Augmentation du revenu agricole (bénéfice à partir de la 4ème année : 711 dollars

Augmentation de la charge de travail.

Fournir des outils agricoles ; Construire des structures permanentes en tête de diversion et revêtir l’intérieur des fossés pour améliorer leur stabilité et diminuer l’entretien.

Augmentation du taux d’humidité du sol

Diminution du ruissellement (de 50% à 5% des pluies annuelles)

Inégalité sociale (seuls les paysans les plus aisés ont accès à la technologie)

Mise à disposition de crédits

Augmentation de la fertilité du sol

Diminution des inondations en aval

Augmentation des rendements (400% après 10 ans)

Perte de terres (à cause des structures de conservation)

Ceci est compensé par l’augmentation de la production

On remarque donc d’après ce tableau que les retombés sur le court et le long terme sont

extrêmement positives. On augment radicalement le rendement et le bénéfice grâce à

l’augmentation rapide de la production.

- Gestion de l’eau et méthodes de captation de l’eau en Asie

1) La situation des réserves d’eau

Nous allons nous intéresser aux différentes stratégies de gestion de l’eau pour l’irrigation en

Asie, et plus précisément dans 2 zones géographiques : la région aride au nord de la chine adjacente

au désert de Gobi et les régions arides du nord-est de l’Inde. En effet ce sont 2 pays qui doivent faire

face à des problématiques de manque d’eau et qui disposent des fonds nécessaires pour rechercher

des solutions innovantes à ces questions.

Dans ces 2 zones, les précipitations sont très inégales durant l’année : il pleut beaucoup (sous forme

de violents orages) pendant 2 à 4 mois et le reste de l’année est très sec. On peut ainsi voir sur le

graphique suivant les quantités de précipitations en Chine en moyenne sur les 30 dernières années.

La ville de Yinchuan est située dans la zone semi-aride du nord de la Chine. Les zones arides et semi-

aride du nord nord-ouest de la Chine représente plus du quart du pays.

Malgré les faibles précipitations dans ces zones, l’agriculture s’y est développée grâce aux

ressources en eau disponible sous forme de nappe phréatiques et de rivières. Elles sont alimentées

par le ruissèlement des eaux de pluie qui tombent sur les montagnes qui bordent la région. On peut

voir sur le schéma suivant les différents bassins versants et rivières de la zone.

Toutefois, de nombreuses études réalisées par les chercheurs chinois montrent que la

quantité d’eau disponible dans ces nappes baisse d’année en année. De plus sa qualité diminue

également, ainsi que la végétation environnante. La conséquence directe est la désertification

croissante de la région. Ceci est dû à la surconsommation des eaux de surface pour l’agriculture ces

dernières années, à la mauvaise gestion de l’eau et à l’utilisation de méthodes d’irrigation

archaïques.

La Chine a donc décidé de mettre en place une stratégie d’économie de l’eau pour l’irrigation

et de lutte contre la désertification. L’Inde rencontre aussi ces problèmes dans une moindre mesure

dans la région nord-ouest de son territoire.

Nous nous sommes donc intéressés plus en avant sur les différentes techniques innovantes que ces 2

pays ont mises en place pour lutter contre le manque d’eau.

2) Des techniques innovantes

Irrigation de pâturage avec de l’eau salée en Inde (2001)

Dans les zones arides du nord-ouest de l’Inde, des chercheurs ont voulu utiliser des réserves

souterraines naturelles d’eau salée en complément des précipitations pour l’irrigation de plantes

Il s’agit de la zone entourée en rouge

sur la carte de la page précédente.

On peut se situer grâce à la ville de

Yinchan située au sud-est de cette

région.

On peut voir l’évolution du niveau

des eaux souterraines à la fin du 20e

siècle dans la région

herbeuses et de graminées. Cela permettrait d’utiliser un minimum d’eau douce pour faire pousser

des pâturages et obtenir des quantités de fourrage plus importantes dans ces zones où le désert

gagne du terrain.

Les chercheurs ont testé différentes espèces d’herbes ayant des capacités à tolérer la

présence de sel avec différents schémas d’irrigation (irrigation avec uniquement de l’eau douce, avec

de l’eau salée) et sont arrivés à des résultats intéressants pour une espèce particulière. En irriguant

avec l’eau salée des nappes cette espèce, on obtient une quantité de fourrage seulement 27% plus

petite qu’avec une irrigation à l’eau douce. L’irrigation de cette herbe avec de l’eau salée permettrait

donc d’obtenir des pâturages viables pendant une plus longue période, dans cette zone aride avec

des températures parfois très chaudes et ainsi lutter contre la désertification.

Collecte et de stockage des eaux de ruissellement en Chine (2005)

Dans les zones limitrophes du désert en Chine, on essaie de faire pousser des arbres afin de

lutter contre la désertification. La technique de collecte des eaux de ruissèlement (Microcatchment

water harvesting) existe depuis plus de 2000 ans. De nombreuses recherches sur cette technique

« oubliée » sont effectuées depuis quelques années par des chercheurs israéliens notamment.

Certains chercheurs chinois envisagent de l’utiliser à grande échelle pour végétaliser les zones en

voie de désertification. Une zone de microcaptage est en fait une zone délimitée par des rigoles, où

le sol est légèrement pentu. Elle est conçue pour accroitre le ruissellement de la pluie afin de

concentrer l’eau dans un bassin de plantation où elle s’infiltre et est efficacement stockée dans le

profil du sol.

.

La taille d’une zone de microcaptage peut varier de 1 m² à 1000m². Une étude a donc été

effectuée entre 2001 et 2003 pour mesurer l’efficacité de la méthode pour des microcaptages de

différentes tailles (de 5 à 50 m²) afin d’irriguer des arbres de l’espèce Tamarix ramosissima.

L’étude a révélé que la technique pouvait être appliquée pour faire pousser des arbres du

type choisi efficacement. Elle a montré que tous les phénomènes pluvieux ne générait pas forcément

de ruissellement (seulement 30% en moyenne) et que la quantité d’eau de ruissellement collectée

était proportionnelle à la taille de la zone de collecte. Ainsi sans système de microcatchment, on

obtient au bout de 3 ans un arbre de 1.45m de haut et un tronc de 1.25cm de diamètre. Avec un

microcaptage de 15m² on obtient respectivement 2.10m et 1.5cm et avec un microcaptage maximal

de 50m² on obtient une hauteur de 2.7m et un diamètre de 2cm. Le dispositif permet donc bien de

fournir efficacement plus d’eau à la plante et d’augmenter sa croissance.

Comparaison sur les différentes techniques de collecte et de stockage de l’eau de pluie, Chine

(2011)

En Chine, il y a eu une étude de 2007 à 2009 pour comparer les différents systèmes de

récolte de l’eau de pluie (The ridge and furrow rainwater harvest system RFRHS). Ce système est

composé de sillons et de crêtes alternés. Les crêtes sont imperméabilisées par un film plastique pour

que l’eau tombe dans les sillons où les plantes sont cultivées. Ces sillons sont recouverts d’un paillis

de sable et de gravier, c’est-à-dire d’une couche de sable/gravier qui a pour but de laisser l’eau

pénétrer dans le sol mais d’empêcher son évaporation. Ce paillis peut aussi être renforcé avec du

film plastique qui ne laisse passer l’eau qu’à certains endroits.

Dans cette étude, on cherche à trouver la combinaison optimale du ratio entre les zones de

crête et de sillons, de la composition du paillis (présence ou non de gravier et d’un film plastique)

pour la culture de la pastèque dans une zone semi-aride.

Comparativement à la méthode d’irrigation à la raie classique, ce système de collecte des

précipitations (RFRHS) combiné avec un paillis de gravier et de sable ou de film plastique ne réduit

pas seulement l'évaporation du sol, il permet aussi de stabiliser les fluctuations de température du

sol. De plus, il en résulte une meilleure utilisation de l’eau de pluie et un rendement de récolte des

pastèques plus élevé. Le ratio crête/sillon a un effet important sur l’efficacité du système et il s’avère

que le meilleur ratio est 1 :1. Recouvrir l’arête avec une couche de film plastique permet aussi un

meilleur rendement.

On peut voir les crêtes et les sillons

où les plantes sont cultivées. Il s’agit

pour cette étude d’une plantation de

pastèques.

On distingue ici le paillis composé de

gravier et de sable.

En conclusion, on peut dire que ce système peut être appliqué efficacement pour l’irrigation

dans les milieux où les précipitations sont limitées. De plus il est moins cher et plus facile à mettre en

œuvre que le système de récolte des eaux de ruissèlement par microcaptage.

- Gestion de l’eau et méthodes de captation de l’eau au Sahara

1) La situation de la réserve en eau Saharienne

Le système aquifère du Sahara septentrional (SASS) est un immense réservoir d’eau

souterraine, qui, en raison des conditions désertiques que l’on trouve dans cette région, est très peu

renouvelables. Néanmoins, de nombreux forages et autres systèmes de captation d’eau sont

présents sur place pour permettre l’approvisionnement des populations locales ainsi que l’irrigation

de terrains. Des problématiques se créent donc au niveau de cette zone de par la nécessité de

développer une zone dont la richesse en eau souterraine est contrainte.

Au cours des trente dernières années, les prélèvements en eau dans le SASS sont passés de

O,6 à 2,5 milliards par an. La salinisation des eaux, la baisse de la piézométrie, le tarissement des

exutoires naturels, les interférences entre pays, tels sont les problèmes qui se greffent à

l’exploitation de la ressource du SASS, et qui menacent lourdement à terme la durabilité du

développement socio-économique engagé dans l’ensemble de la zone.

Le système aquifère du Sahara septentrional est le système né de la superposition de deux

couches aquifères profondes, grandes réserves d’eaux souterraines de la région : la formation du

Continental Intercalaire (CI), qui est la plus profonde, et celle du Complexe Terminal (CT). On obtient

ainsi un système d’une superficie totale de plus d’un million de km², vaste réservoir d’eau pour les

populations qui vivent dans cette zone.

L’aridité du climat rend le renouvellement de ces nappes souterraines très limité. On peut

chiffrer la « recharge » de ce système à environ 1 milliard de m3 par an, et ce de manière non

homogène : en effet, ce sont surtout les régions de l’Atlas saharien, ainsi que le Dahar et le Djebel

Nefoussa qui réalimentent la nappe en eau. Toutefois, les réserves sont bien supérieures, fruits d’une

accumulation qui s’étend sur des siècles de très

faible exploitation, et sont même difficilement

chiffrables.

On dénombre en tout sur le SASS près

de 8800 points d’eau, répartis entre les trois

pays qui partagent cette immense réserve :

6500 en Algérie, 1200 en Tunisie et 1100 en

Lybie. L’exploitation par ces pays du SASS étant croissante depuis une trentaine d’années, on est en

droit de se demander quel est le destin de ce système aquifère au faible renouvellement annuel, et

dont la détérioration semble d’autant plus probable.

L’intense évolution des prélèvements dans les aquifères du SASS a profondément modifié la

vision que l’on peut désormais se faire de cette exploitation, laquelle se trouve confrontée à un

certain nombre de risques majeurs du simple fait de son développement : salinisation des eaux, …

2) Les systèmes d’irrigation propres au Sahara

Les conditions extrêmes du Sahara septentrional ont contraint les populations qui s’y sont

installées à redoubler d’ingéniosité pour trouver l’eau et l’utiliser à bon escient pour leurs activités,

et donc principalement pour l’irrigation. Au travers des âges, le système aquifère du Sahara

septentrional a été exploité par les civilisations du Maghreb, d’abord de manière ancestrale, puis

nous allons voir comment ces techniques se sont modernisées pour permettre un développement

plus efficace de ces régions.

2. 1 Les foggaras

La foggara est un système propre au Sahara qui offre une eau par gravité permanente sans

matériels d’irrigation, et ce contrairement aux forages modernes, qui exigent des systèmes de

pompage à énergies fossiles, extrêmement couteux. Les foggaras utilisent directement les eaux du

système aquifère du Sahara septentrional, montrant que même avant l’apparition des technologies

modernes, les populations locales avaient connaissance des réserves souterraines qui sommeillaient

sous les ergs et les dunes arides du Sahara. On en dénombre aujourd’hui 1700 en fonctionnement.

La foggara consiste en une galerie drainante creusée en ligne droite de l’amont à l’aval, qui

capte et amène de l’eau souterraine vers le terrain à irriguer, et ce de manière gravitaire, grâce à une

pente appropriée. L’arrosage se fait aussi par écoulement gravitaire, il est favorisé par les conditions

topographiques favorables du SASS, car le niveau du sol est inférieur au niveau piézométrique de la

nappe du Continental Intercalaire. La partie essentielle de la foggara est la partie drainante du canal,

creusée directement dans la zone aquifère, pour faire circuler l’eau et permettre le passage des

ouvriers en phase de réalisation.

A contrario, la partie du canal qui est en dehors de la zone aquifère ne sert qu’à acheminer

l’eau en dehors de la nappe, et ce en utilisant une légère pente de canal et donc un écoulement

gravitaire.

Schéma d’écoulement de l’eau dans la foggara depuis le SASS

On peut citer en exemple la foggara d’Amghiar, située dans la région de Timimoun, qui

présente une longueur de 7 kilomètres de galeries et plus de 250 puits servant à l’aération et aux

éventuels besoins d’entretien. Ces puits sont creusés à une profondeur de 45 mètres, et pénètrent

donc directement dans la nappe hydrostatique du Continental Intercalaire. Le débit enregistré

moyen est de 35 l/s, ce qui revient à environ un million de m3 par seconde.

Puits d’aération de la foggara Répartisseur de la foggara

Il est intéressant de remarquer que certaines foggaras présentent une longueur de plus de 15

kilomètres de galeries et plus de 400 puits d’aération. La distribution de l’eau vers les utilisateurs se

fait par débit, grâce à un répartiteur situé en sortie de la foggara, et des canaux qui acheminent l’eau

jusqu’aux zones à irriguer.

Ce système traditionnel jouit de plus d’un aspect communautaire important : en effet,

chaque contributeur à la construction de la foggara devient propriétaire d’une part d’eau qui est

proportionnelle à sa contribution, et dispose du droit d’en faire usage, de la vendre, voire de la louer.

Les conditions d’entretien de la foggara sont toutefois particulièrement pénibles et dangereuses, les

accidents d’effondrements de puits étant fréquents.

Actuellement, ce mode de gestion traditionnelle commence à être abandonné car l’évolution

du mode de vie, de plus en plus urbain, contraint au remplacement de l’agriculture de subsistance

par l’agriculture de marché, toujours plus expansive. On arrive donc progressivement à une

dégradation des foggaras et de leur débit, due principalement au manque d’entretien et à la

disparition de la main d’œuvre qualifiée, entrainant une mauvaise qualité des canaux et donc des

problèmes d’infiltration.

Ce type de système souffre de plus de la concurrence avec les forages modernes de pompage

d’eau, qui, bien que très couteux en énergie, permettent des débits bien supérieurs à ceux des

foggaras. La demande étant croissante, on peut donc difficilement envisager de voir les foggaras

ressurgir comme solution d’agriculture expansive dans les plaines arides du Sahara.

On pourrait toutefois envisager des améliorations et des protections de ces foggaras, qui

restent des outils ancestraux et efficaces d’irrigation, et font partie intégrante de la culture locale. On

peut par exemple :

Isoler par une matière étanche la partie inactive de la foggara, très perméable et susceptible

de créer des infiltrations.

Boucher les forages situés dans le champ de captage des foggaras.

Etudier par une expérimentation un système d’entretien plus moderne et sécurisé

2. 2 La Grande Rivière Artificielle de Lybie

Le projet de la grande rivière artificielle ou GRA est parti de la découverte accidentelle en 1968 d’importants gisements d’eaux fossiles dans les grès nubiens de la région de Koufra, par la compagnie américaine « Occidental Petroléum » au cours de travaux d’exploration pétrolière.

Dés la fin de l’année 1968, la société américaine créait une exploitation agricole de 600 ha dans cette région chère à la dynastie sénoussie, encore au pouvoir. Ainsi une dizaine de milliers d’hectares irrigués ont été développés dans cette région, mais la réussite n’est pas au rendez vous. En effet, des conditions naturelles peu propices à l’agriculture, l’éloignement des marchés, les coûts importants de transport pour les intrants mais aussi les difficultés pour attirer une main d’œuvre, ont sérieusement contrarié la tentative de mise en culture.

En 1983, le président Kadhafi a annoncé officiellement le projet de la grande rivière artificielle GRA appelé aussi Great Man-Made River GMR. Ce projet gigantesque consiste à transférer les eaux fossiles des bassins sédimentaires de Libye orientale (dans les grès nubiens de la région de As-Sarir-Tazirbu-Koufra et du Fezzan vers la côte, c’est-à-dire sur une distance variant entre 400 à 800 km. En phase finale, 6 Millions de m3 seront pompés chaque jour, soit plus de 2 Milliards de m3/an.

Cartographie de la grande rivière artificielle

A la fin du projet, la rivière s’étendra sur une longueur totale de

3500 km et les canalisations font 4 mètres de diamètre, formées de tronçons cylindriques de 6,5 mètres de long pesant chacun 7,3 tonnes. L’alimentation du réseau est fournie par plus de 480 puits répartis dans tout le pays qui déversent directement dans deux conduites principales en direction de la Tripolitaine avec un débit de 2,5 millions de m3 par jour, chiffre révélateur de la dimension pharaonique de ce projet.

Elaboré pour permettre un développement sans précédent des surfaces irriguées, ce projet a répondu dans un premier temps aux besoins en eau potable, à Tripoli notamment. Toutefois, le volet agricole est mis progressivement en œuvre avec la création ou la revitalisation de périmètres irrigués dans la Jeffara.

Néanmoins, il est important de préciser que ce projet suscite de nombreuses craintes, car

trop demandant en réserves en eau. En effet, avec une capacité de pompage de 2 milliards de mètres cubes par an, et un taux de renouvellement de seulement 1 milliard par an, la Lybie à elle seule excède les capacités à très long terme que peut offrir le SASS. Que se passerait-il dès lors, si d’autres pays voisins suivaient l’exemple libyen ? La méconnaissance des valeurs réelles de la capacité de la nappe aquifère saharienne ne permettent pas de dire combien de temps un tel système sera viable.

De plus, l‘exploitation des aquifères profonds du Nubien dans les oasis de Siwa dans le nord est proche de l’interface eau douce/eau saline. L’augmentation des prélèvements actuels pourrait engendrer un flux des eaux salines vers les eaux douces. L’exploitation d’un puit dans la région de Jaghbub pourrait augmenter probablement le risque de détérioration de la qualité des eaux dans l’aquifère du Nubien.

On est donc en droit de se demander si ce projet, aux vues de ses dimensions pharaoniques

et de l’investissement qu’il nécessite en conséquence, est le meilleur moyen de fournir l’eau pour irriguer un pays en développement dans une zone aride comme la Libye. De tels investissements pourraient être replacés dans des technologiques plus simples, se basant sur une ressource non-fossile, telles que les usines de dessalement, dont certaines sont déjà présentes sur les côtes d’Algérie, de Tunisie et de Libye.

2. 3 La réutilisation des eaux usées et drainées à El Oued.

Certaines régions, notamment proches des villes, sont soumises à un problème commun, à savoir le rejet à la périphérie des eaux usées et drainées, comme dans la région d’El Oued, qui vont donc directement repartir dans la nappe phréatique en raison d’un sol particulièrement perméable dans cette région.

L’absence d’un exutoire naturel complique d’avantage le rejet du surplus d’eau et les eaux usées. Cependant, la solution au problème de la remontée nécessite la suppression des fosses septiques et la généralisation d’un réseau d’assainissement dans toute la région d’El Oued équipée par des stations d’épuration. Les eaux épurées ainsi que les eaux de drainage seront destinées à l’irrigation. Les boues récupérées seront valorisées et réutilisées comme amendement pour les sols pauvres en matières organiques. La plantation des arbres de type Eucalyptus est à encourager car ils serviront de brise-vent et consommeront des volumes d’eau considérables directement de la nappe phréatique. L’expérience déjà entamée dans l’agriculture a donné des résultats très satisfaisants et peut être une voie pour résoudre le problème de la remontée.

En d'autres termes, cela constituera une agriculture basée sur :

Une irrigation par les eaux usées et de drainage épurées

Des arbres « Eucalyptus » utilisés comme brise-vent par les agriculteurs

3) Conclusion partielle sur la région du Sahara septentrional

On remarque au sein des différentes méthodes que nous venons de voir qu’elles ont toutes une productivité en eau différente, mais aussi une gestion des réserves propre. La Grande Rivière Artificielle de Libye, par exemple, permet de pomper un débit impressionnant, mais qui semble trop contraignant aux vues du manque de renouvellement et de données concernant les ressources en eau que peut fournir le système aquifère du Sahara septentrional. Les foggaras, de par leur ancienneté, sont très demandeuses en entretien, et nécessiteraient d’être optimisées dans le sens de la modernité pour être plus rentables, et plus en adéquation avec les besoins de ces pays en

développement important. Les techniques plus modernes de recyclage de l’eau sont donc encourageantes et nécessitent d’être développées, car peuvent être une bonne solution de couplage avec d’autres méthodes. Les évolutions politiques récentes qu’a connues le nord de l’Afrique gênent pour le moment les évolutions de la politique du captage de l’eau, mais le temps dira quels seront les choix que feront les gouvernements nouvellement mis en places dans ces régions vis-à-vis de la ressource en eau considérable et pourtant fragile qu’est le SASS.

- Australie : La grande sécheresse

1) Le contexte environnemental

L’Australie, le continent habité le plus aride de la planète est grandement menacé par les changements climatiques. Ce pays est par ailleurs l’un des plus touchés par ce réchauffement exceptionnel. L’Australie est un continent unique au monde : à l’exception de l’Antarctique, c’est le continent habité le plus sec de la planète. Les Australiens ayant un style de vie peu économe des ressources naturelles (à l’image du mode de vie nord-américain), le défi est d’autant plus de taille! L’un des endroits les plus fragile est le bassin Murray-Darling, là où se concentrent la majorité de la population australienne, dans le sud-est de ce continent aride.

L’Australie est l’un des continents les plus arides. Plus de 80 % de sa surface connaît une pluviométrie annuelle inférieure à 600 millimètres, dont 94 % s’évaporent, 2 % s’infiltrent dans le sol et 4 % se transforment en ruissellement. De plus, certaines années, la pluie peut se faire plus rare, comme lors d’une année El-Niño, où les précipitations sont généralement plus faibles.

En Australie, l’irrigation est très importante pour l’agriculture : en effet, seulement 5 % des terres agricoles en Australie sont irriguées, mais garantissent 30 % du produit agricole et de ce total des terres agricoles irriguées, 70 % se trouvent sur le basin Murray-Darling, qui représente 14 % du territoire australien.

Les précipitations dans le sud-est de l’Australie occidentale ont diminué d’environ 15 % et les recherches indiquent que les changements climatiques ont contribué à cette diminution. Les températures ont augmenté en Australie et un certain nombre de conséquences se font déjà sentir. Les récents apports mensuels en eau dans le bassin Murray-Darling (2007-2008) sont bien en deçà de la moyenne à long terme et même de la moyenne de 1989-2007. Comparativement à plusieurs autres fleuves dans le monde, les principaux fleuves et rivières de l’Australie voient leur débit diminuer énormément. Pour la rivière Murray et surtout la rivière Darling, le ratio entre l’écoulement maximum et l’écoulement minimum annuel est très grand.

D’ici environ 10 ans, la majorité du ravitaillement des Australiens sera probablement assurée par le dessalement de l’eau de mer et par la réutilisation des eaux usées. Vers 2020, un tiers seulement de l’eau consommée proviendra de l’eau de pluie.

2) Les investissements technologiques

Confronté à la sécheresse, le gouvernement australien a adopté en juin 2004 une « Initiative nationale de l’eau » visant à redéfinir entièrement la gestion de l’eau dans toutes ses dimensions : mesure et surveillance de l’état des ressources, capacités de stockage, droits d’accès et marchés de l’eau, réforme des systèmes de gestion urbains et ruraux. Ce programme était accompagné de la mise en place d’un fonds d’investissement dans le secteur de l’eau, lequel a donné l’impulsion à la construction de nombreuses nouvelles infrastructures. Certains de ces nouveaux projets visent à réduire les gaspillages inutiles, comme la conversion des canaux ouverts en pipe-lines pour éviter les pertes dues à l’évaporation. Mais la plupart d’entre eux restent davantage orientés par une politique d’augmentation de l’offre d’eau à n’importe quel prix que par un effort de rationalisation et de modération des usages. Les projets les plus importants sont ainsi ceux de construire plusieurs usines de dessalement (Perth, Sydney, Melbourne…), des usines de traitement de l’eau, de nouveaux barrages (Urannah) ou de nouveaux conduits pour transférer l’eau sur de grandes distances, ainsi que le lancement d’opérations de prospection dans le Nord du pays. Dans certains cas, un certain effort est fait pour limiter les impacts négatifs des projets : en ce qui concerne l’usine de dessalement de l’eau de mer projetée par la ville de Perth, par exemple, une grande partie de ses (importants) besoins en énergie devraient être couverts par des sources renouvelables, solaires et éoliennes. Les projets de recyclage des eaux usées à des fins industrielles, agricoles ou domestiques commencent également à se multiplier. L’ampleur de ces investissements fait de l’Australie un véritable laboratoire pour les nouvelles technologies de l’eau, et les multinationales du secteur y sont particulièrement présentes et actives.

Selon le quotidien The Australian, le PDG de l'entreprise d'emballages australienne Visy industries vient d'annoncer vouloir investir dans les infrastructures d'irrigation. L'entrepreneur propose de créer des sortes d'autoroutes d'eau avec péage qui permettraient d'attirer des investisseurs privés. Une étude montre qu'un système d'irrigation dans la vallée de Murrumbidgee récolterait 1.300 gigalitres par an. Les investissements estimés à 824 millions de dollars australiens créeraient 4.500 emplois.

3) Réutilisation des eaux usées

Un autre moyen d’économiser l’eau de manière substantielle est de réutiliser les eaux usées agricoles, municipales et industrielles pour réduire les demandes en eau douce. Dans de nombreux cas, les polluants associés à ces eaux usées sont en fait de précieux nutriments pour les cultures (c’est-à-dire azote, potassium, phosphore, magnésium, etc.) dont ils peuvent améliorer la production. Toutes les régions du monde peuvent tirer plusieurs avantages économiques de l’utilisation de ces eaux usées pour augmenter la production agricole, notamment une amélioration de la productivité agricole, une réduction des besoins d’épuration des eaux usées, ainsi qu’un emploi et une répartition plus efficaces des ressources en eau.

L’ « Initiative nationale de l’eau » a notamment permis la construction de trois usines de recyclage :

à Bundamba dont la capacité est de 66000m3/jour

à Gibson Island dont la capacité est de 100000m3/jour

à Luggage Point dont la capacité est de 66000m3/jour, ainsi que la construction de plus de 200km de canalisation pour acheminer l’eau traitée depuis les 6 usines de traitement des eaux usées jusqu’aux 3 usines de traitement avancé de l’eau et pour distribuer l’eau produite pour les usages industriels et agricoles.

- Technique de captage en Israël

1) Condensation historique

La rareté de l'eau a toujours constitué un élément dominant dans l'agriculture de la majeure partie du Moyen Orient aride, les habitants dépendant de pluies saisonnières peu abondantes et irrégulières ou de rivières pour leur approvisionnement en eau. Le climat d'Israël est fortement influencé par la proximité du désert qui borde le pays au sud et à l'est. La majeure partie du territoire d'Israël est considérée comme aride (60%) ou semi-aride. Les pluies ne tombent qu'en hiver, principalement entre novembre et mars.

Jusqu'au début du XXe siècle, l'agriculture du Pays d'Israël, presque entièrement dépendante des pluies, était limitée à la partie nord du pays et à la région côtière. Dans certaines localités du nord dotées de sources d'eau, les champs étaient irrigués. L'eau était acheminée par gravitation de la source jusqu'aux champs au moyen de simples canaux à ciel ouvert. Cependant, par suite des pertes importantes occasionnées par l'infiltration rapide dans le sol lors du transport, l'eau était distribuée de façon inégale.

L'idée que l'agriculture nécessite un approvisionnement en eau fiable n'émergea qu'à la fin du XIXe et au début du XXe siècle. Ces technologies furent apportées par des immigrants qui avaient reçu une formation professionnelle, notamment des spécialistes expérimentés dans les méthodes avancées de forage des couches rocheuses dures, et des techniciens du pompage de grandes quantités d'eau dans des puits profonds.

2) Le rôle de l'irrigation dans l'agriculture de pointe

Compte tenu des conditions prévalant au début du XXe siècle dans cette région, notamment la prédominance de la culture sèche reposant presque exclusivement sur les pluies saisonnières, l'introduction de nouveaux concepts dans l'agriculture supposait non seulement des changements techniques, mais également une modification en profondeur de la stratégie et de l'ampleur des progrès agricoles.

Dans le cadre des efforts de peuplement, des géologues placés sous la direction du professeur L.Picard (immigrant arrivé d'Allemagne en 1924) furent recrutés pour rechercher des eaux souterraines. Un équipement de forage moderne capable de creuser à de grandes profondeurs sous des couches de roches dures, des machines de pompage efficaces, et l'introduction de nouveaux matériaux comme le ciment et les conduites métalliques furent employés pour développer des systèmes d'approvisionnement en eau fiables.

Au début, les colonies s'associèrent localement, investirent des fonds pour la recherche des eaux souterraines, et réussirent à assurer un approvisionnement en eau plus ou moins continu.

Par la suite, une conception plus large de la question de l'approvisionnement en eau fut adoptée. Le premier effort concerté pour élaborer un projet de grande envergure remonte à 1935. C'est Mekorot, la Compagnie nationale des eaux nouvellement créée, qui prépara et réalisa le projet entre 1935 et 1938. L'eau provenait de trois puits forés dans les versants occidentaux de la vallée de Jezréel. Les principales caractéristiques de ce projet étaient les suivantes :

Approvisionnement en eau

Acheminement de l'eau dans des canalisations en métal, sous pression, ce qui assurait un approvisionnement continu sur de longues distances. La pression permettait d'irriguer les champs par aspersion, et non plus par inondation traditionnelle.

Incorporation de deux citernes de béton et de deux réservoirs à ciel ouvert, afin d'assurer un approvisionnement en eau constant. L'eau était pompée dans les réservoirs, la nuit, lorsque les tarifs de l'électricité étaient relativement bas ; puis elle était amenée sans interruption jusqu'au système d'irrigation.

La question de la disponibilité des ressources en eau et de la possibilité de mettre en place des systèmes modernes destinés à assurer un approvisionnement suffisant n'était pas seulement d'ordre théorique ou technologique. Elle comportait également des implications politiques. En effet, les droits nationaux sur la terre étaient au cœur du conflit entre les communautés juive et arabe.

3) L'offre et la demande - la gestion de ressources en eau limitées

Les ressources en eau douce d'Israël, qui s'élèvent en moyenne à 2 milliards de mètres cubes par an, sont actuellement exploitées jusqu'à leur limite. Or, la population du pays est en augmentation constante, comme d'ailleurs la demande en eau.

Des mesures urgentes s'imposent afin de fournir des quantités d'eau supérieures. Les eaux secondaires, une catégorie qui comprend les effluents, l'eau saumâtre et l'eau de mer, constituent une source potentielle importante. Un traitement approprié - l'épuration dans le cas des eaux d'égout et le dessalement pour l'eau saumâtre et l'eau de mer - est susceptible de fournir des quantités d'eau supplémentaires si nécessaires. Le système de traitement des eaux usées pour l’irrigation étant similaire de pays en pays, nous l’aborderons dans le cadre de l’étude de cas sur l’Australie, nous approfondirons ici la technique de captage par dessalement de l’eau de mer seulement.

4) L’eau saumâtre et l’eau de mer, des techniques maitrisées

Initialement, les techniques classiques de distillation étaient utilisées mais leur coût s'avère très élevé en énergie électrique pour être utilisées à grande échelle. Elles consistent à faire passer de l'eau salée par plusieurs étages d'évaporation et de condensation. Dans le procédé d'électrodialyse, l'eau salée est placée dans une cuve à électrodes. Le courant électrique dissocie les molécules de sel (NaCl) en cations Na+ et Anions Cl- qui sont respectivement attirés par les deux électrodes opposées. Le principe de l'osmose inverse consiste à comprimer l'eau à travers une membrane perméable aux seules molécules d'eau à l'exclusion des sels, à une pression supérieure à sa pression osmotique. Peu utilisé compte tenu de la fragilité des membranes, ce procédé est maintenant utilisé à un niveau industriel dans les nouveaux sites de dessalement israéliens.

Compte tenu de leur besoin, les Israéliens se sont dotés de fortes compétences dans le domaine du dessalement. Les efforts de R&D ont permis de substantielles réductions de coût du dessalement à l'aide de technologies membranaires. Les membranes sont plus résistantes à la pression et ont une durée de vie plus grande. De plus, la taille des grands sites de dessalement permet des économies d'échelle. Les améliorations dans le prétraitement ont également contribué à faire diminuer le prix de revient. Parallèlement, l'augmentation de l'efficacité des pompes permet de réduire la consommation énergétique. Le coût de dessalement d'un mètre cube d’eau de mer est passé de 1 dollar au début des années 90 à environ 0,75 au début des années 2000. Il se rapproche à présent de 0,5 dollar.

Les principaux facteurs du cout du dessalement

Dans une certaine mesure, l'eau saumâtre non traitée est déjà utilisée pour irriguer des cultures.

De nombreuses études ont été réalisées pour vérifier si l'eau saumâtre peut être utilisée pour

l'irrigation. Elles ont montré que certaines cultures comme le coton, la tomate et le melon tolèrent

volontiers des eaux saumâtres (jusqu'à 7 à 8 dS/m - déci-Siemens par mètre - de conductivité,

équivalent à une salinité de 0,41 à 0,47% de chlorure de sodium). Mais, afin de réduire au minimum

l'accumulation des sels autour des racines et pour faciliter le lessivage de ces sels accumulés, il est

essentiel :

d'utiliser des systèmes d'irrigation au goutte-à-goutte délivrant l'eau saumâtre

De cultiver les plantes dans un milieu sans sols ou dans des sols légers (sableux ou terreau

sablonneux)

Lorsque les cultures le tolèrent, l'utilisation d'eau saumâtre contribue à l'économie d'eau douce.

Les techniques de prétraitement se sont développées et améliorées, notamment pour les

eaux contaminées. Les progrès les plus importants concernent la mise en place de techniques

membranaires d'osmose inverse. Des compétences relativement nouvelles dans les premiers stades

du traitement (ultrafiltration, microfiltration) ont également émergé. Parallèlement, le taux de rejet

de sel s'est amélioré de 98,5% en 1990 à 99,7% en 2000. La durée de vie des membranes s'est

allongée et les fabricants peuvent parfois garantir leurs produits jusqu'à dix ans (contre 2 à 3

seulement dans les années 90)

5) La situation actuelle

Ces dernières années, l'approvisionnement en eau d'Israël a atteint un stade d'équilibre extrêmement fragile entre l'offre et la demande par suite de plusieurs facteurs :

Une série d'années de sécheresse, aboutissant à un remplissage insuffisant des réservoirs d'eau (aussi bien en surface que dans les nappes aquifères), associé à un pompage excessif des réserves en eau déjà en diminution.

Un rapide accroissement de la population du fait de l'immigration (4,8 millions d'habitants en 1990, 6,3 millions en 2000, soit une croissance de 31% en 10 ans), ce qui conduit à une consommation d'eau à usage domestique plus importante.

Des hésitations et des retards de la part des décideurs à allouer les ressources financières nécessaires

pour des projets de grande envergure comme le recyclage et l'épuration des eaux usées et la

construction d'usines de dessalement de l'eau de mer.

III Le biomimétisme, base de la récolte de l’eau.

La Nature a inventé de prodigieux dispositifs dont l'homme aura un jour ou l'autre besoin de s'inspirer.

Le Stenocara, scarabée vivant dans le désert de Namibie, parvient à survivre, sans eau. Chaque matin, il monte au sommet d'une haute dune, se positionne face au vent et déploie ses élytres dont la surface cirée est recouverte de bosses microscopiques. Les brouillards océaniques poussés à l'intérieur des terres se condensent alors par magie et une goutte d'eau apparaît permettant au Stenocara de s'abreuver. Pour se désaltérer, il se penche en avant et les gouttes d'eau glissent dans des micro-rainures de sa carapace jusqu'à leur orifice buccal. Ce prodigieux mécanisme a été mis en évidence pour la première fois en 2001 par Andrew Parker et Chris Lawrence de l'université d'Oxford ("Water Capture by a Desert Beetle," Nature 414, 2001). De plus, "Stenocara" étonne par sa résistance à la chaleur, en effet, ce seraient des réflecteurs infrarouges sur le dos du scarabée qui l'aideraient à résister aux fortes températures. Depuis, de nombreux laboratoires essayent de créer des matériaux s'inspirant de la structure des élytres du Stenocara. Des scientifiques du Ministère de la Défense Britannique ont développés une technique nommée : "Fog Harvesting". De ces recherches pourrait découler la conception de tissus de tente ou de tuiles pour la collecte d'eau potable, idéales dans les régions arides.

Pour l’heure la récolte de l’eau dans l’air donne lieu à de nombreux projets dont voici quelques exemples, certains existent depuis des millénaires, d’autres exploitent de nouvelles technologies.

- La « récolte » du brouillard.

1) Les filets de brouillard

Des ingénieurs chiliens ont redécouvert et développé une technique, connue depuis des

siècles en Arabie, de « récolte » de l’eau du brouillard au moyen de filets. Très simple et ne nécessitant aucune énergie, elle semble pouvoir être adaptée à un certain nombre de pays sur tous les continents.

Le petit village chilien d’El Tofo, situé à 780 mètres d’altitude et à 360 kilomètres au Nord-ouest de Santiago dans une zone désertique, peut revenir à la vie après avoir été abandonné par les dieux – en l’occurrence les dieux ont pour forme terrestre la compagnie minière américaine Bethlehem Steel Cy – au début des années 1970. En effet, quand le géant américain décida d’abandonner l’exploitation de la mine de fer, il emporta avec lui le système de distribution d’eau et le générateur d’électricité. La petite communauté de 350 âmes, on l’imagine aisément, vécut l’enfer. L’eau ne fut plus délivrée que par un camion poussif et elle était plutôt contaminée. Mais, dans la vie de cette modeste localité, la date du vendredi 6 mars 1992 est à marquer d’une pierre blanche. Ce jour-là, en effet, l’eau revint dans les canalisations et, depuis lors, chacun de ses habitants a pu jouir de 25 litres d’eau par jour. Derrière cet exploit, il y a une technique connue depuis des temps immémoriaux des nomades du Rùb El Khali, l’immense désert de l’Arabie.

Stenocara

L’eau provient en fait du brouillard. De grands filets tendus sur son passage obligent les minuscules gouttelettes d’eau à se condenser. Eau qui emprunte ensuite des canalisations et, par gravité, arrive au réservoir du village. Le système est plus efficaces lorsqu’il se compose de deux filets tendus de façon à ce que, lorsqu’ils se frottent sous l’effet du vent, les gouttelettes se condensent mieux. Un filet de 12 mètres sur 3,5 produit 180 litres d’eau/jour. Cette technologie ne

nécessite aucune énergie, demande des constructions simples dont la maintenance peut se faire localement avec des matériaux courants. Le coût de cette eau est de l’ordre du quart du prix du transport par camion-citerne. Mieux : comme on obtient ici de l’eau distillée, sa qualité chimique et bactériologique est impeccable. La quantité d’eau obtenue est, par ailleurs, non seulement suffisante pour alimenter les villageois, mais encore les spécialistes chiliens comme Waldo E. Canto, directeur des forêts, espèrent pouvoir replanter des arbres de la région, arbres qui deviendront autosuffisants au bout de cinq à six ans car ils condenseront eux-mêmes l’eau du brouillard par leur feuillage.

Les recherches prouvent que vingt-deux pays sur tous les continents ont les caractéristiques indispensables pour amener l’eau du brouillard à se condenser en altitude. On peut citer : le Mexique, le Honduras, l’Équateur, Gibraltar, l’Angola, le Kenya, la Namibie. A Oman, la technique est aussi appliquée et l’ingénieur chilien Juan Sebastian Barros, qui a collaboré au projet omanais, calcule qu’en fonction de la densité du brouillard, un collecteur peut produire jusqu’à 3 000 litres/jour. Les études entreprises au Chili dès 1960 sur les brouillards se sont axées sur El Tofo en 1980 et ont impliqué l’Université du Chili, l’Université catholique et un institut international de développement de l’Ontario au Canada. La technique est simple, peu coûteuse et la réalisation aisée si les conditions physiques et climatiques le permettent.

Version évoluée en augmentant la surface de captation à Tenerife, ile au large du Maroc où les précipitations sont rares.

Robert Schemenauer sait à quel point les filets peuvent changer la vie des gens. Depuis plus de 20 ans, avec l'aide d'un FogQuest organisation non gouvernementale, il a installé des filets de brouillard dans les régions arides de 13 pays. Ses projets actuels sont au Chili, en Ethiopie, en Erythrée, au Népal et au Maroc.

Comme dans le cas d’El Tofo, la technique est souvent utilisée également pour aider au reboisement dans des zones où les précipitations sont faibles.

2) Curtains water.

En 1971 dans le Colorado, l’artiste Christo et son épouse installèrent un rideau en nylon orange monumental de 12 780 m² (381 m de large et 111 m de haut) tendu entre deux massifs. Libre dynamique, cette œuvre symbolisait une barrière artificielle. Le tissu était accroché sur quatre câbles en acier, fixé avec des barres de fer fixées dans le béton sur chaque pente, et 200 tonnes de béton.

A but uniquement artistique, la 1ère version a irrémédiablement lâchée suite a un vent de 100 km/h, guerre plus concluante pour la deuxième version. Cette œuvre a néanmoins donnée des idées pour capter l’eau sur d’immense surface.

Une étude au pied de la célèbre statue Christ de Rio di Janeiro a été réalisée par des ingénieurs et architectes (Maurits Ruis). Sur le même principe, mais avec une maille adaptée au brouillard, le rideau de 173 000 m² pourrait récolter 867 500 litres d’eau par jour, alimentant ainsi 96% en eau la ville de Cosme Velho. Lorsque le brouillard envahirait la vallée le rideau se déplorait, et se replierait en période de beau temps.

Ce principe de captation par surface, a donné lieu à quelques projets, ou la surface se

refermait et prenait la forme d’une enveloppe, créant ainsi à la manière d’une peau un espace clos

pouvant même servir de lieu de culture.

3) Coastal fog-harvesting tower, Huasco, Chilie. (Les tours de brouillard)

L'une des approches les plus prometteuses de l'architecture durable est la conception de structures profitantes de leur environnement immédiat. Que ce soit orienté vers le sud pour les panneaux solaires ou un lieu stratégique pour les éoliennes, le maximum d'efficacité est obtenu en faisant le panel de toute une gamme de facteurs environnementaux.

La tour spirale nommée Coastal Fog tower se spécialisée dans cette approche utilisant un type de brouillard unique au Chili appelé " Camanchaca ". Ce brouillard dense côtier s’étire du Pérou vers les régions du nord du Chili. Il se condense en une couche de faible altitude au dessus de la mer pour former des nuages côtiers (200-400m au-dessus du sol) qui sont ensuite poussés vers l'intérieur des terres.

Se dressant de 200 mètres de haut, cette flèche en spirale conçut par Fernández et Ortega Architectes est une merveille de capture du brouillard et permet de récolter les molécules d'eau en suspension dans la vallée de la rivière Huasco. Son squelette formé en bois permet de tendre une résille plastique piégeant l’humidité. L’eau ainsi captée ruissèle le long de canalisation en cuivre, puis est filtrée pour retirer le sel et stockée sous terre dans des entonnoirs. Ici, les oligo-éléments de la mer sont filtrés par un système d'osmose inverse , qui est beaucoup plus efficace que le traitement de l'eau de mer en eau potable fait par les usines de dessalement. Le résultat final est un système de distribution d'eau, avec un rendement prévu de 2-20 litres par mètre carré de surface verticale, la production de 20.000 à 200.000 litres d'eau par jour. Prototype au 1/10ème.

Un prototype à l’échelle 1/10ème à été réalisé en février 2010, afin d’obtenir des informations sur son comportement in situ, avant commercialisation du projet. Situé à une altitude de 460 m au dessus du niveau de la mer, le prototype possède une surface de 71 m² et délivre de meilleures performances par rapport au filet de brouillard, notamment grâce à sa forme.

D’autres projets naissent dans certaines autres régions du globe toujours avec ce procédé de « récolte » du brouillard. Ce système simple, faible en énergie et se servant de la gravité permet de cultiver certaines régions où les pluies se font rares. Il produit cependant des ressources négligeables bien sûr pour une industrie ou une agriculture intensive. L’irrégularité de la production d’eau en été oblige les utilisateurs à s’adapter et stocker cette eau. L’intérêt de ce système reste surtout local, notamment à cause des trajectoires du vent.

Conclusion sur les filets de brouillard. Avantages : - les pays arides sont souvent des pays pauvres, ce système nécessite peu de moyens. - système idéal pour des iles ou l’eau souterraine est salée, ou pour des villes enclaves où l’acheminement par camion-citerne est coûteux. - l’entretien des installations est simple et ne demande pas de compétences particulières. - l’eau récoltée est dans certaines conditions potables. Inconvénients : - conditions climatiques particulières. - système complémentaire et non principal de production d’eau. - le brouillard n’est pas régulier tout au long de l’année, d’où une nécessité de conserver l’eau (problème de pollution, bactérie…).

- Récupération de l’eau par condensation.

1) Eole Water Marc Parent

(ingénieur français)

Si les fameux filets attrape-brouillard du nord du Chili ont braqué les yeux du monde entier sur cette technique rustique mais efficace, un Français lui, a mis au point une éolienne à produire de l'eau. Marc Parent a présenté en novembre dernier, un prototype: "Eole Water". Le principe de ce "moulin à vent" particulier, est assez simple : l'électricité produite par l'éolienne alimente un groupe frigorifique installé derrière le rotor (partie rotative). Au contact des parois froides, l'humidité de l'air se condense et l'eau s'écoule dans un réservoir caché dans le mât. "A 20 °C, chaque kilo d'air peut contenir jusqu'à 15 g d'eau ", explique l'inventeur. Chez lui, dans les Alpes de Haute Provence, il récupère ainsi de 30 à 100 litres d'eau par jour, filtrés pour éliminer les polluants de l'air. Pour l'instant le procédé est très cher (35 euros le mètre cube, soit 12 fois plus que le prix moyen de l'eau en France) mais Marc Parent espère réduire les coûts avec des éoliennes plus puissantes. Cependant, les experts assurent qu'il sera difficile de concurrencer financièrement le procédé de désalinisation de l'eau de mer...sauf pour les régions éloignées, justement, des côtes. Pour l'instant son offre ne fait pas beaucoup de remous, on se contente d'éoliennes qui font de l'électricité, c'est nettement plus rentable. En octobre 2009, le groupe Suez a d'ailleurs installé le plus grand parc chilien entre Santiago et La Serena.

2) Max Water

Sur le même principe qu’Eole water, un inventeur australien Whisson a élaboré un prototype pour les pays en voie de développement nommé MaxWater. Sorte de moulin à vent modernisé son principe consiste à récupérer l’eau contenue dans l’air ambiant sur des parois refroidies.

Le vent souffle à travers un ensemble de turbines qui alimente ensuite une série de plaques réfrigérées. Comme l'air passe au-dessus de ces plaques, l'eau se condense dessus et s'écoule vers le

bas dans un réservoir de collecte, où elle peut être utilisée pour être bu ou pour l'irrigation. Les plaques, sur le modèle de la feuille de lotus, ouvrent la voie à davantage d'eau se condensant sur la surface refroidie. Le prototype utilise également des panneaux solaires pour faire fonctionner le

Coupe de principe de l’éolienne.

compresseur permettant de garder les plaques refroidies. Optimiser son utilisation dépendra en grande partie de la façon dont sont utilisées les conditions locales. Son prototype permet d’extraire 7,5 litres par jour, il espère pouvoir le commercialiser et arriver à 10l/jour.

3) Groasis Water Box

L'entrepreneur néerlandais Pieter Hoff a créé un dispositif unique en son genre pour récolter

de l'eau dans des régions arides, où les pluies sont occasionnelles. Avec ce dispositif, surnommé

le Groasis waterboxx , Pieter Hoff (Pays-Bas) a remporté le Prix Beta Dragons 2008. Sans utiliser d'eau

souterraine ni d'électricité, ce dispositif peut produire de l'eau douce, même dans les endroits les

plus secs de la planète et favorise ainsi l’implantation de plantes et arbres

afin de survivre dans des circonstances difficiles. La boîte collecte de l'eau

de pluie, en la stockant dans la partie inférieure de la boite, mais également

l’eau de rosée, qui ruissèle le long des rainures. La boite distribue de l’eau

douce à l'arbre planté au centre durant une longue période.

- Inspiré par les excréments d’oiseau, le dispositif est calqué sur la façon dont les excréments, digérés par les oiseaux, protègent les semences de l’évapotranspiration. Le 1er rôle de la « water box » est donc de conserver l’humidité du sol où elle repose. La graine pousse donc en tirant l’avantage de cette protection. - La « boite », en réalité, un cylindre de 50 cm de diamètre et 25 cm de hauteur, possède une ouverture tubulaire où est plantée la plante, et permet de conserver au maximum 15 litres d’eau (3 litres de moyenne). Grâce à son design l’eau ne s’évapore pas. - La nuit, la différence de température provoque une condensation de goutteles d’eau sur les parois de la « water box » qui ruissèlent ensuite dans la réserve. Le système délivre 50 ml chaque jour d’eau dans le sol. - Ceci développe une colonne d’eau en dessous du système sur environ 2 mètres de profondeur. La boite peut être retiré lorsque la plante a suffisamment grandit, cependant pour éviter l’évapotranspiration l’ingénieur préconise une installation de fibre de coco ou de coton.

Ce système, un peu antinomique avec la notion d’irrigation, fonctionne plus comme un réservoir permettant de protéger la plante en se basant sur les prémices d’une micro Oasis. Ainsi, l'homme pourrait replanter le désert ou des zones érodées, restaurer la couverture végétale et rendre ses terres plus productives avec des arbres fruitiers ou des plans fruitiers (melon, tomate…). L’ingénieur a depuis 2010 parcouru 8 pays (Maroc, état Unis, Irak) et développé ce système. En octobre Pieter Hoff retourne avec succès d'un voyage dans le Sahara marocain. 90% des arbres plantés étaient vivants plusieurs mois après avoir enduré des chaleurs extrêmes dans le sol rocheux.

Conclusion générale du rapport

Grâce à ce projet, nous avons donc essayé, de faire un inventaire des différentes techniques,

existantes ou à venir, d’irrigation en milieu aride et de les comparer. Nous nous sommes donc divisés

le travail en six grandes techniques d’irrigation (l’irrigation gravitaire, l’aspersion, la micro irrigation

superficielle, l’exsudeur souterrain et l’irrigation souterraine et le drainage contrôlé) afin de

déterminer, si possible, la meilleure. Après avoir mis en commun nos documents nous nous sommes

rendus compte que, finalement, il n’existe pas de meilleure technique. En effet chaque technique

possède des avantages et des inconvénients. Certaines techniques peuvent être utilisées avec de

l’eau de mer, d’autres non (cela peut boucher les trous) ; certaines ont besoin d’un fort capital

d’investissement et d’une faible main d’œuvre ou inversement ; pour finir certaines sont efficaces

sur des terrains à relief quasiment plat, quand d’autres peuvent être utilisées sur tous types de

terrains. Donc lorsqu’un exploitant décide d’irriguer son champ, il doit donc analyser ses ressources

(physiques, monétaires), les caractéristiques de son champ et du sol, la qualité et l’abondance de

l’eau… afin de choisir la meilleure technique d’irrigation et obtenir un rendement optimal.

Et afin de mettre en exergue ces différences de choix nous avons ensuite cherché des

exemples dans différentes régions du monde. Et chaque exemple utilise une technique différente et

appropriée à son environnement.

Notre projet fournit donc un inventaire consultable, en premier lieu, par un exploitant afin

de choisir la meilleure technique d’irrigation en milieu aride pour son exploitation.

IV Références Webographie :

- Les différentes méthodes d’irrigations

- Partial rootzone irrigation increases water use efficiency, maintains yield and

enhances economic profit of cotton in arid area. Li-Song Tanga, Yan Li, Jianhua Zhangb

- Les techniques modernes d’irrigation et les économies d’eau L. RIEUL

- L’irrigation gravitaire par micro-raie en Algérie. Propositions pour une amélioration de la pratique

ou une modernisation de la technique. Quelles alternatives ? M.N. Chabaca

- Coûts des différents systèmes d’irrigation, Colloque sur l’irrigation l’eau, source de qualité et de rendement, Roland HARNOIS, février 2006 - Transfert de technologie en agriculture, Matériel d’irrigation, Prof. Mohammed AZOUGGAGH, 2001

- Techniques d’irrigation de l’avenir et leur cout, L. RIEUL, 199

- Influence de l’irrigation goutte-à-goutte par des eaux chargées sur un sol léger

http://ressources.ciheam.org/om/pdf/a57/04001956.pdf - Critères et options pour des méthodes d’irrigation appropriées http://www.fao.org/docrep/W3094F/w3094f05.htm#TopOfPage - Magnasoatane : Bulletin du projet de gestion durable des terres http://awsassets.panda.org/downloads/magnasoatane_slm_bulletin0.pdf - Concrètement, l’entrepreneuriat social, c’est quoi ? Un cas d’école en Inde http://lemonde-emploi.blog.lemonde.fr/2010/11/17/concretement-lentrepreneuriat-social-cest-quoi-un-cas-decole-en-inde/

- Etude de cas sur des zones géographiques précises

Ethiopie :

- collecte des eaux de pluie, Groupe GDT,2008.

Sahara septentrional :

-Système aquifère du Sahara septentrional : gestion concertée d’un bassin transfrontalier, OSS, 2008

- La Grande Rivière Artificielle de la Libye et le développement durable, Ohmar KHEDHER

- La foggara dans les oasis de Touat Gourrara et Tidikelt, Abdrezzak KHADRAOUI

- Les ressources en eau et leurs utilisations dans le secteur agricole en Algérie, N. LOUCIF SEIAD

- La disparition des ghouts dans la région d’El Oued (Algérie), B. REMINI

- http://www.gwe-gruppe.de/fr/products/references/great_manmade_river/

Chine:

www.elsevier.com

- Microcatchment water harvesting for growing Tamarix ramosissima in the semiarid loess region of

China - Xiao-Yan Li, Lian-You Liu, Shang-Yu Gao, Pei-Jun Shi, Xue-Yong Zou, Chun-Lai Zhang

- Effects of gravel–sand mulch, plastic mulch and ridge and furrow rainfall harvesting system

combinations on water use efficiency, soil temperature and watermelon yield in a semi-arid Loess

Plateau of northwestern China Yajun Wanga, Zhongkui Xiea, Sukhdev S. Malhib, Cecil L. Verab, Yubao

Zhanga, Zhihong Guoa

- A survey: obstacles and strategies for the development of ground-water resources in arid inland

river basins of Western China Yonghua Zhua, Yanqing Wua, Sam Drakeb

Improving agricultural water use efficiency in arid and semiarid areas of China Xi-Ping Deng, Lun

Shan, Heping Zhang, Neil C. Turner

- Response of nine forage grasses to saline irrigation and its schedules in a semi-arid climate of north-

west India O.S. Tomara, P.S. Minhasa, V.K. Sharmaa, Raj K. Gupta

- Microcatchment Water Harvesting for Desert Revegetation Soil Ecology and Restoration Group

Australie :

Un environnement exceptionnel http://alcheringa.fr/videos/un-environnement-exceptionnel/ Le défi environnemental de l’Australie http://www.maplanetebleue.com/2010/10/23/le-defi-environnemental-de-laustralie/

La sécheresse permanente en Australie

http://www.partagedeseaux.info/article6.html

Valmont Water Management Group

http://www.valley-fr.com/page.aspx?id=1817&pid=1816 Western Corridor Recycled Water Project - Australie http://www.veoliaeau.com/solutions/references/western-corridor.htm

Israel :

- Le biomimétisme, base de la récolte de l’eau

http://www.linternaute.com/science/environnement/dossiers/06/eau-potable/12.shtml http://inhabitat.com/coastal-fog-tower/ http://www.holcimfoundation.org/T1227/A08LAngCL-prog10.htm http://www.eolewater.com/ http://christojeanneclaude.net/projects/valley-curtain http://knowledge.allianz.com/?1380/water-solutions-farming-the-fog http://www.sutmundo.com/grow-trees-climate-groasis-waterbox/ http://www.groasis.com/fr