Besoin en eau des cultures

L'évapo-transpiration réelle maximale (ETRM)

Il s'agit de la quantité maximale d'eau que la culture est capable d'évapo-transpirer lorsque le sol est suffisamment humide (transpiration maximum de la plante + évaporation du sol).

ETRM = E + T (lorsque le sol est à la RFU)

Lorsque le sol s'assèche, la plante va devoir "pomper" une eau plus fortement retenue (au voisinage du "point de flétrissement"), les stomates se ferment et l'évapo-transporation réelle (ETR) devient inférieure à l'ETRM. Aussi la photosynthèse diminue, donc le rendement final est réduit.

La mesure de l'ETR et de l'ETRM demande un appareillage compliqué, que seuls quelques laboratoires possèdent. Il faut estimer l'ETRM à l'aide de formules approchées.

L'évapo-transpiration potentielle (ETP)

C'est la quantité d'eau transpirée par la plante et évaporée par le sol. On évalue tout d'abord l'évapo-transpiration potentielle du lieu et de la saison où l'on se trouve; il s'agit par définition de l'ETRM d'une prairie en pleine végétation, bien arrosée.

On a en effet montré que l'ETP dépendait uniquement des données climatiques du lieu, et non pas des caractéristiques de cette prairie.

ETP = E (prairie) + T (lorsque le sol est à la RFU)

L'ETP peut être estimée, soit à partir de mesures en bac Colorado, soit à partir de diverses formules faisant appel aux paramètres suivants:

- température moyenne;

- durée d'insolation, durée du jour;

- radiation solaire globale.

Il faut en réalité tenir compte également de la vitesse du vent et du pourcentage d'humidité de l'air, ce qui rend le calcul exact de l'ETP très difficile. (12) Dans la pratique, il apparaît que l'on peut se contenter, au niveau de la préparation d'un projet, des valeurs moyennes sur la zone, mois par mois.

(12) La méthode détaillée d'analyse des besoins en eau est bien décrite dans le bulletin FAO n°24 "Besoins en eau des cultures". De nombreux paramètres que nous avons négligé dans la méthode simplifiée présentée ici peuvent être pris en compte. Il s'agit de la variation inter-annuelle de l'ETP décadaire, de l'efficience des pluies réelles, et de l'effet de la taille du périmètre irrigué (s'il est très petit, l'ETR sera supérieure à l'ETP, par contre s'il est grand et uniformément cultivé, l'ETR sera inférieure, parfois la moitié de l'ETP au centre du périmètre). Dans les conditions réelles de l'irrigation pratiquée en Afrique, le plus important facteur de variation des besoins en eau d'un périmètre à l'autre reste l'efficience globale de l'irriation, et la perméabilité des sols pour les cultures rizicoles. Il nous semble donc inutile d'affiner les calculs théoriques avant la mise en place du réseau, si on ne peut pas estimer précisément ces deux paramètres.

Le CIEH a montré que les variations de l'ETP réelle par rapport à l'ETP estimée restent minimes (de l'ordre de +20 %) par rapport aux variations des besoins en eau liées aux écarts dus au calendrier des cultures de l'ordre de plus ou moins 50 % et surtout dus aux variations dans l'efficience de la distribution de l'eau (de l'ordre de 100 %).

Il est évidemment préférable d'utiliser les données réelles de l'ETP mesurées dans la région lorsqu'elles sont disponibles. Sinon on peut empiriquement majorer cette ETP moyenne journalière en période anormalement chaude et venteuse, et la minorer en période anormalement nuageuse et fraîche. Voici les valeurs moyennes que l'on peut utiliser (13):

(13) On peut également utiliser les données du CIEH, qui a publié des relevés d'ETP mensuelle pour l'Afrique de l'Ouest.

ETP moyenne (mm/j)

	J	F	M	A	M	J	Jt	A	S	O	N	D
Zone sahélienne Gao P = 200 mm/an	6	6	8	8	9	9	9	7	7	7	6	6
Zone soudano-sahélienne P = 500 mm/an	4	5	6	6	8	7	7	6	5	5	5	4
Zone soudanienne Bamako P = 1100 mm/an	5	5	7	7	7	6	5	5	5	5	5	5

Il est difficile de réduire l'ETP d'un lieu donné (cela signifie qu'il faut "changer le climat"). Il existe cependant une méthode naturelle, simple et efficace dans les zones ventées: les brise-vent.

Effets des brise-vent sur la réduction de l'ETP et de l'ETR En diminuant la vitesse moyenne du vent, un brise-vent permettra donc de réduire nettement l'ETP pendant les mois chauds et secs. Cette réduction peut atteindre 30 % à proximité du brise-vent (moins de 10 fois sa hauteur). On évite ainsi une ETP trop élevée (d'où fermeture des stomates et flétrissement momentané des feuilles, un avortement des fleurs provoqué par le dessèchement du pollen lors de la floraison). On réduit donc la consommation en eau de la culture. Mais il ne faut pas oublier que la plantation de "haies vives" (arbres) utilise une grande quantité d'eau et risque de consommer une partie de l'eau d'irrigation (à moins de disposer d'une nappe phréatique peu profonde). De plus les paysans se plaignent également de l'effet d'attraction sur les oiseaux qu'opèrent ces brise-vent avec des pertes accrues sur les cultures (riz ou mil en particulier).

Le coefficient cultural KC

D'une manière générale, toute culture qui "couvre" entièrement le sol (c'est-à-dire dont l'indice foliaire est supérieur à 3) a une ETRM qui se rapproche de l'ETP (et peut même le dépasser légèrement). Par contre, dans les premiers stades d'une culture, lorsque les plantules ne couvrent qu'une petite partie de la surface, l'ETRM est nettement inférieure à l'ETP. On a observé que le rapport ETRM/ETP était relativement constant, pour une culture donnée, à un stade donné. On l'a intitulé "coefficient cultural" KC. (Voir le schéma page suivante.)

Dans les deux cas, le sol n'est plus visible vu de dessus.

Voici quelques valeurs indicatives de KC (d'après la FAO):

Coton:	du semis au démariage KC	0,5
	démariage/ floraison	0,8
	floraison/récolte	1,0
Tomates:	après repiquage	0,75
	floraison	1,1
	fructification	0,9
Oignons:	pleine croissance	1,0
	maturation	0,7
Riz:	pratiquement en permanence (sauf maturation 0,9) (14)	1,2
Mais:	au semis	0,4
	croissance (de 20 à 50 jours)	passe de 0,4 à 1,1
	floraison/ épiaison	1,15
	maturation	0,6
Sorgho:	semis	0,4
	croissance	0,4 à 1,0
	épiaison	1,0
	maturation	0,5

(14) N.B. Dans le cas du riz il convient de ne pas oublier les besoins en eau de la pépinière et la mise en eau des rizières.

Estimation des besoins en eau d'une culture

On peut estimer les besoins en eau d'une parcelle sur la base de l'ETP mesurée ou estimée, et du coefficient cultural de la culture.

Exemple I

Une parcelle de 0,4 ha de maïs a été semée au mois de juillet, vers Mopti (P annuelles moyennes = 500 mm). On ne dispose pas de station permettant de mesurer l'ETP en bac. Comment estimer les besoins en eau de cette parcelle? D'après le tableau p 302, l'ETP est d'environ 7 mm/j à cette période. Étant donné que KC = 0,4, le besoin estimé sera de 7 x 0,4 = 2,8 mm/j, équivalent à 19,6 mm/semaine. Le volume d'eau correspondant à cette lame d'eau peut être calculé ainsi. Une lame d'eau de 19,6 mm sur 1 ha représente un volume de (19,6000) x 10000 m = 19,6 x 10=196 m³ = 196000 litres. Pour 0,4 ha, le volume nécessaire pour une semaine est donc de 196 x 0,4 = 78,4 m³.

Exemple 2

Une parcelle de 0,3 ha de tomates arrive à floraison au mois de janvier près de Saint-Louis. L'ETP mesurée à Saint-Louis représente 37 mm la première semaine, 45 mm la deuxième semaine, 54 mm la troisième semaine et 42 mm la dernière semaine. Quel est alors le besoin en eau de la parcelle de tomates pour le mois? L'ETP cumulée des quatre semaines représente 178 mm pour le mois. Le coefficient cultural de la tomate est de 1,1, ses besoins en eau représentent donc 1,1 x 178 = 196 mm, soit 1960 m/ha ou 588 m³ pour la parcelle de 0,3 ha.

Réserves en eau des sols, calcul de la dose d'irrigation

La réserve utile (RU) est la quantité d'eau stockée dans le sol qui peut être absorbée par les racines des plantes (entre la capacité de rétention et le point de flétrissement). En général, cette réserve utile pour les plantes dépend essentiellement de la granulométrie des sols et varie à l'inverse de la perméabilité: les sols argileux ont une réserve utile supérieure aux sols sableux, mais ils sont moins perméables.

En l'absence de mesures précises, qu'il faut faire au laboratoire, on peut donner les ordres de grandeur suivants de cette capacité utile:

Sols sableux	6 %
Sols moyens (limoneux-sablo/argileux)	12 %
Argiles	16 %

En pratique, on déconseille d'attendre que le sol soit revenu au point de flétrissement avant de pratiquer une irrigation. On déclenche l'irrigation dès que la "réserve facilement utilisable" (RFU) a été consommée. Le rapport RFU/RU dépend de tout un ensemble de facteurs, en particulier la densité des racines (et donc le volume de sol effectivement utilisé par les racines). Pour faciliter les calculs, on considère souvent que ce rapport est fixe et que RFU/RU = 2/3, mais en réalité, les sols argileux sont souvent compacts et moins bien explorés par les racines que les sols sableux et on recommande les rapports suivants:

Sols argileux:
RFU/ RU	0,5 (15)
Sols limoneux:
RFU/ RU	0,65
Sols sableux:
RFU/ RU	0,75

(15) Il s'agit d'une estimation très approximative, car on a pu montrer que le rapport RFU/RU dépend des cultures. Dans un même sol les cultures résistantes a la sécheresse disposent d'une RFU plus importante que les cultures sensibles. Il faut considérer que les cultures maraîchères disposent d'une RFU réduite par rapport aux céréales; elles doivent donc recevoir des doses d'irrigation plus petites mais plus fréquentes (voir plus bas le calcul de la dose et de la fréquence des irrigations).

La dose (volume d'eau) qu'il faut apporter à chaque irrigation dépend de la profondeur explorée par les racines et de la nature du sol:

RU X (RFU / RU) X Profondeur enracinement.

Par exemple, pour une culture de radis sur un sol sableux, on peut estimer que les racines n'explorent pas plus de 20 cm. La dose d'irrigation sera donc de 6 % x 0,75 x 0,2 m = 0,009 m = 9 mm. Il faudra donc arroser tous les jours (si ETRM = 4,5 mm/j, ce qui est en général le cas). Par contre, pour une culture de tomate arrivée à floraison en terre franche (racines atteignant 60 cm de profondeur): Dose = 16 % x 0,5 x 0,6 m = 48 mm. Si l'ETP est de 6 mm/j, il suffit d'arroser tous les 7 jours (compte tenu du coefficient cultural de 1,1, l'ETRM est de 6,6 mm/j).

Note 1: Il faut remarquer à ce sujet que, lorsque les paysans (souvent des femmes) pratiquent l'arrosage manuel, ils ont tendance à arroser chaque jour, et même parfois matin et soir, quelle que soit la culture et son stade de développement. Cette pratique se rapproche du goutte-à-goutte et elle aboutit à un développement insuffisant du système racinaire qui reste localisé en surface, et donc une fragilité des plantes aux moindres sécheresses temporaires, par exemple un arrêt de l'arrosage pendant quelques jours ou une chaleur exceptionnelle. Il serait donc utile dans ces cas de vulgariser la notion d'espacement progressif des arrosages (avec augmentation de la dose apportée à chaque fois) lors de la croissance de la culture.

Note 2: Les calculs précédents sont valables lorsque les risques de salinisation sont nuls. Quand il existe des risques de salinisation (voir l'annexe 1), les doses doivent être majorées d'assurer le lessivage régulier des sels en excès.

Programmation des irrigations

Nous pouvons calculer de manière assez simple les besoins d'une parcelle durant une période donnée; il nous faut pour cela disposer d'une estimation de la réserve facilement utilisable du sol, en fonction de la profondeur d'enracinement de la culture, et d'un relevé de la pluviométrie journalière sur le périmètre (ou sur un point peu éloigné, car la pluie varie parfois beaucoup dans l'espace).

Prenons le cas suivant: Un champ de coton avant floraison, au mois de septembre, en sol argilo-sableux dans la région de Maradi (Niger). Le dernier arrosage de 100 m date du 3 septembre. Le climat est de type soudano-sahélien (P = 650 mm/an en moyenne). La RFU de ce sol peut être estimée à 6,5 % du volume et l'enracinement du coton atteint 80 cm (la RFU est donc de 6,5 % x 80 = 52 mm). (Voir encadré "Dose d'irrigation et capacité des sols"). D'après notre table de l'ETP, on peut estimer l'ETP moyenne journalière de la période à 5 mm/jour (16). La table des coefficients culturaux nous donne un Kc de 0,8. On enregistre début septembre les pluies suivantes: le 5 septembre, 30 mm et le 15 septembre, 12 mm.

(16) Il est évidemment préférable d'utiliser les données réelles de l'ETP mesurées dans la région, si elles sont disponibles. Sinon, on peut empiriquement majorer cette ETP moyenne journalière de 50 % en période anormalement chaude et venteuse, et la minorer de 30 % en période anormalement nuageuse.

Nous pouvons alors reconstituer l'évolution des réserves en eau du sol (RFU): voir pour cela le tableau page suivante. On voit d'après cette estimation que la RFU est épuisée aux alentours du 21 septembre, et qu'il faut donc programmer une irrigation de 52 mm à cette date (17). (On voit qu'au 13/9, deux tiers de la RFU ont déjà été utilisés). Pour estimer le volume réel d'eau à apporter afin d'assurer le remplissage de la RFU, il faut tenir compte de l'efficience de l'application au champ. Si par exemple il s'agit d'une irrigation par bilions, d'efficience estimée à 55 %, il faudra apporter une lame d'eau de: (52: 0,55) = 95 mm, soit (0,095 x 10000) = 950 m/ha.

(17) Là encore, en admettant que les risques de salinisation sont faibles. Dans le cas contraire, il faut augmenter le dose apportée en conséquence.

Si le débit moyen fourni par l'arroseur de la parcelle considérée est de 15 l/s, et que la parcelle a une surface de 0,37 ha, la durée de la fourniture d'eau devrait représenter (950000 x 0,37)/15 = 23433 s, soit 6 h 30 environ.

ÉVOLUTION DES RÉSERVES EN EAU DU SOL (RFU)

	MOIS DE SEPTEMBRE
	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21
ETP estimée	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5
ETR estimée	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4
Pluie	0	0	30	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	12	0	0	0	0	0
P-ETR	-4	-4	+26	-4	-4	-4	-4	-4	-4	-4	-4	-4	-4	+8	-4	-4	-4	-4	-4
RFU	52	48	52	48	44	40	36	32	38	24	20	16	12	20	16	12	8	4	0
Pertes par percolation profonde	-	-	-22	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Estimation des futurs besoins en eau d'un périmètre

Méthode générale

Il peut être utile également d'utiliser la méthode de l'ETRM pour prévoir les besoins en eau d'un futur périmètre (ou d'une campagne agricole future) en fonction de l'assolement prévu. Dans le cas de ressources en eau limitées (cas des barrages ou petits cours d'eau par exemple), cela permet de prévoir si la ressource en eau disponible (ou prévisible) suffira à assurer l'irrigation du périmètre jusqu'à la récolte. On peut ensuite estimer sur la même base le débit moyen et maximum (appelé débit de pointe) que devront fournir les pompes ou prises d'eau et que devra véhiculer le système de transport de l'eau.

Ce calcul est donc très important lors de la conception d'un périmètre. Il est habituellement réalisé par des spécialistes s'il s'agit de périmètres moyens ou grands, mais les techniciens doivent pouvoir répondre, même avec une précision moindre aux questions des futurs usagers sur le choix des pompes, la taille des canaux, etc. pour des petits périmètres. Nous donnons ci-dessous une méthode simplifiée de calcul de cet objectif.

Exemple

Une étude préalable d'un site proposé pour l'irrigation montre qu'il existe une première zone limono-sableuse, de perméabilité moyenne (0,5 mm/heure) avec des pentes assez importantes (1,5 %), sur 8 ha, et une deuxième zone plus argileuse, avec des pentes faibles (0,3 % en moyenne) et des problèmes de drainage, sur 16 ha (perméabilité - 4 mm/j). Compte tenu du nombre d'agriculteurs intéressés (50 hommes et 80 femmes appartenant à 22 familles), il est décidé de cultiver l'ensemble du périmètre (en complément des cultures pluviales) en maraîchage et riz, selon le calendrier approximatif suivant:

REPÈRES CLIMATIQUES	premières	-	-	fin des pluies	-	-
	pluies	juillet	août	sept - oct	novembre	décembre
Date habituelle	juin	juin - août		sept - nov
Dates extrêmes	juillet
CULTURES TRADITIONNELLES PLUVIALES
Hommes (sorgho)	semis	début sarclage, démariage	2ème sarclage	récolte	-	-
Femmes (arachides)	préparation du sol	semis	sarclage		récolte
RIZ IRRIGUÉ (16 ha)	remise en état des canaux	pépinières pré-irrigation du sol	repiquage mise en boue	désherbage	récolte
MARAÎCHAGE IRRIGUÉ	-	-	-	préparation du sol, pépinières	semis/ repiquage	cultures, 1 ère récolte, et récoltes suivantes jusqu'en mars

On calcule tout d'abord les besoins normaux du périmètre en fonction des paramètres suivants:

- date moyenne des pluies;

- précipitations atteintes dans 80 % des cas;

- efficience de l'irrigation du maraîchage sur planches placées dans des petits bassins = 60 %;

- efficience de l'irrigation du riz (petits casiers bien planés) = 80 %;

- pertes par drainage dans les sols argileux (riz) = 4 mm/j = 120 mm/mois (40 m³/ha/j);

- efficience espérée de la distribution (riz 80 %, autres cultures 70 %);

- besoin en eau pour la mise en boue des rizières (saturation sur 50 cm + 10 cm de lame d'eau = 200 mm de lame d'eau à apporter avant la culture).

On obtient l'estimation des besoins suivants (voir le tableau pages suivantes).

ESTIMATION DES BESOINS EN EAU D'UN PÉRIMÈTRE

	Juillet	Août	Sept.	Oct.	Nov.	Déc.	Janv.	Févr.	Mars	Avril
[1] Etp estimée en mm (zone sahélienne)	210	180	180	210	210	240	240	270	270	270
[2] Pluviométrie atteinte ds 80 % des cas (mm)	50	110	90	50	20	-	-	-	-	-
[3] Riz (surface en ha)	16	16	16	16	16	16	-	-	-	-
[4] Besoins mise en boue/ percolation (mm)	200	120	120	120	120	0	-	-	-	-
[5] Kc (coefficient Etr)	0,5	1,0	1,1	1,1	1,1	0,5	-	-	-	-
[6] Besoins nets d'irrigation ([5] x [1]) + (4) - (2)	200	190	228	301	331	120	-	-	-	-
[7] Efficience globale pour le riz (0,8 x 0,8)	64 %	64 %	64 %	64 %	64 %	64 %	-	-	-	-
[8] Besoin brut/ ha en m³ ([6]/ [7]) x 10 (Riz)	3980	2970	3562	4703	5172	1875	-	-	-	-
[9] Besoin total en m³ [8] x [3] (pour 16 ha)	63680	47500	56992	75248	82752	30000	-	-	-	-
[10] Maraîchage (surface en ha)	-	-	-	4	6	8	8	8	6	4
[11] Kc Coefficient cultural	-	-	-	0,4	0,8	1,0	1,1	1,1	0,8	0,6
[12] Besoin net d'irrigation (en mm) ([1]x[1])- [2]	-	-	-	34	148	240	264	297	216	162
[13] Efficience globale (0,6 x 0,7 = 0,42)	-	-	-	42 %	42 %	42 %	42 %	42 %	42 %	42 %
[14] Besoin brut/ ha en m³ ([12]/ [13]) x 10	-	-	-	810	3524	5714	6286	7071	5143	3857
[15] Besoin total en m³ [14] x [10] (Maraîchage)	-	-	-	3240	21144	45712	50288	56568	30858	15428
[16] Besoin total du périmètre en m 3 [15]+[9]	63680	47500	56992	78488	103896	75712	50288	56568	30858	15428

Le besoin de pointe se situe donc en novembre (104000 m³). On peut ensuite assez facilement évaluer l'effet d'une variation des longueurs de cycle et périodes de culture sur les besoins en eau:

" Riz planté un mois plus tôt: Le besoin de pointe diminue (77000 m³ en juin, 80000 m³ en octobre). (Mêmes effets si le cycle est plus court).

" Riz planté un mois plus tard: Le besoin de pointe augmente (144000 m en décembre). Si on admet que la floraison du riz a eu lieu fin novembre, on peut cependant prévoir une réduction de 20 % des apports d'eau en décembre ramenant le besoin de pointe à 125000 m.

" Maraîchage débuté un mois plus tôt: Le besoin de pointe augmente (120000 m³ en novembre).

Si l'on se base sur une durée moyenne de pompage de 8 h par jour, 25 jours par mois, il faut donc prévoir un débit en tête du réseau de 550 m³/h (correspondant à 153 l/s) pour obtenir un maximum de 110000 m par mois, et la possibilité d'obtenir 120000 m en allongeant de 10 % la durée journalière de pompage (18). Il faut remarquer cependant qu'il s'agit là d'une estimation relativement pessimiste, qui est basée sur des efficiences du réseau médiocres et une perte par percolation relativement élevée, aboutissant à une consommation totale de 22000 m³/ha pour le riz (variété de longue durée, 5 mois) et de 35000 m/ha pour le maraîchage (deux cycles).

(18) Voir à la page suivante comment calculer le débit de pointe.

Si l'on a des sols suffisamment argileux à perméabilité réduite (1 mm/j au lieu de 4), on réduit les besoins totaux de 5600 m/ha de riz, soit 22000 m³/mois en besoin de pointe. Si par ailleurs, on améliore l'efficience de l'irrigation pour atteindre 80 % sur le riz, et 60 % sur le maraîchage, on diminue encore les besoins du riz de 3400 m³ (pour arriver à un besoin moyen de 13000 m³/cycle) et ceux du maraîchage de 12000 m³ (pour aboutir à 23000 m³, ou 11500 m/cycle). Le besoin de pointe est alors réduit à 75000 m en novembre, et on peut se contenter d'un débit moyen de 370 m/h (105 l/s).

Ces chiffres correspondent tout à fait aux moyennes observées par la SAED au Sénégal sur des riz de quatre mois: consommation calculée (en hivernage) = 11600 m³/ha (pour une efficience du réseau de 80 %); consommations observées: de 8 à 18000 m/ha; débit moyen nécessaire pour des durées de pompage: 10 h/j = 4 l/s/ha.

Pour terminer l'étude de notre exemple, il faut considérer ce qui va se passer en année "sèche" (1 année sur 5 en moyenne) si les agriculteurs décident de faire du mais en août sur la zone réservée au maraîchage.

Les besoins vont se décomposer ainsi (en reprenant nos premières hypothèses, mais avec une pluviométrie réduite):

	Juillet	Août	Septemb.	Octobre	Novembre	Décembre
Pluviométrie	20 mm	50 mm	100 mm	20 mm	-	-
Besoin riz/ha	4600 m³	3900 m³	4790 m³	5140 m³	5480 m³	1875 m³
Besoin total riz (16 ha)	73600 m³	62400 m³	7660 m³	82200 m³	87700 m³	30000 m³
KC maïs	-	0,4	1,0	1,2	0,6	-
Besoin maïs/ha	-	1300 m³	2000 m³	5700 m³	3150 m³	-
Besoin total	-	10400 m³	16000 m³	45600 m³	25200 m³	-
Besoin total	73600 m³	72800 m³	92600 m³	127800 m³	112900 m³	3000 m³

On voit que, pour assurer l'alimentation en eau dans cette hypothèse, il faut prévoir un débit de pointe (128000 m³/mois) supérieur de 22 % aux besoins des années normales. Il est donc difficile de fournir des "normes" d'irrigation valables dans tous les cas, car les quantités d'eau effectivement nécessaires dépendent énormément de la perméabilité des sols (en riziculture), de la qualité du nivellement et de la maîtrise de l'eau dans la parcelle, mais aussi de l'organisation et de l'efficience de la distribution. La meilleure solution consiste à utiliser les résultats observés dans des périmètres similaires de la région et à les adapter au site proposé, en fonction des sols et des cultures prévues.

Le calcul du "débit de pointe"

Pour passer du "volume mensuel maximum" d'eau à délivrer au "débit de pointe", on doit estimer les paramètres suivants: le nombre maximum de jours d'irrigation par mois (retirer les jours chômés obligatoires) et la durée maximale journalière de l'irrigation. Ces deux données doivent être réalistes, c'est-à-dire basées sur les pratiques habituelles et les souhaits des paysans dans la région. (Il est très rare par exemple qu'on observe des paysans sahéliens irrigant la nuit, même en cas de pénurie évidente. Il est donc illusoire de prévoir une durée d'irrigation de 20 h/j en période de pointe).

Dans l'exemple ci-dessus, le volume maximum à délivrer est de 128000 m³/mois. Si l'on se base sur une durée de l'irrigation de 10 h/jour (de 8 h du matin à 18 h), et sur un nombre total de 26 j/mois, on aboutit à une durée totale d'irrigation de 260 h/mois. Le débit minimum de la pompe et du réseau doit donc être de 128000/260 = 492 m³/h ou 13,7 l/s.

En l'absence de références régionales, il vaut mieux voir "trop grand" que trop petit. Certes, une pompe surdimensionnée risque d'entraîner des coûts d'amortissement anormalement élevés; par contre une pompe trop petite et un réseau sous-dimensionné risquent d'entraîner des conflits aigus au sein du périmètre ou un allongement du tour d'eau tel que l'on perd tout bénéfice de l'irrigation. Pour faciliter l'étude d'un pré-projet, on peut utiliser les valeurs suivantes, à titre indicatif:

BESOIN EN EAU DE DIVERSES CULTURES (débit de pointe en l/s/ha pour une irrigation de 10 h/j, 26 j/mois, pour la zone sahélienne)

	EFFICIENCE GLOBALE DE L'IRRIGATION ET PERMÉABILITÉ DES SOLS
	Bonne efficience (80 %) et faible perméabilité	Bonne efficience et perméabilité moyenne	Efficience moyenne (60 %) et perméabilité moyenne
Riz en hivernage	3,2	4,0	5,3 *
Riz en contre-saison chaude	3,8	4,8	6,5 *
	Bonne efficience (60 %)	Efficience moyenne (50 %)	Efficience faible (40 %)
Céréale (mais) en hivernage (semis en juillet)	2,9	3,5	4,3
Céréale ou maraîchage, contre-saison fraîche (semis en octobre)	3,0	3,6	4,5
Céréale ou maraîchage, contre-saison chaude (semis en janvier)	4,4 *	5,3 *	6,7 *

* Dans ces conditions, il faut éviter l'irrigation de céréales (coût trop élevé); par contre cela peut se justifier en maraîchage car la valeur de la production par hectare est bien plus élevée.

Le choix des groupes motopompes

Analyse des conditions d'utilisation

Le choix doit être fait en tenant compte des conditions d'utilisation, car un mauvais choix aura trois conséquences:

- le risque d'obtenir un débit inférieur aux besoins ou bien trop important (dans ce cas, dépense inutile pour une motopompe surdimensionnée);

- un mauvais rendement, aboutissant à une consommation excessive de carburant (ou d'électricité pour les pompes électriques) par rapport à la quantité d'eau pompée;

- une usure excessive et prématurée des moteurs.

Pour effectuer ce choix correctement, il faut tout d'abord disposer des éléments suivants:

- débit maximum de pointe nécessaire (voir paragraphe "besoins en eau");

- hauteur géométrique maximum de pompage (c'est la différence d'altitude entre le niveau de l'eau le plus bas [à l'étiage] et le niveau du bac où arrive le tuyau);

- longueur et diamètre des tuyaux d'aspiration et de refoulement (car ils déterminent la "perte de charge" en cours de pompage, c'est-à-dire la pression supplémentaire que la pompe doit vaincre pour pousser l'eau dans les tuyaux. Elle est plus importante pour de petits que pour de grands diamètres et augmente avec la longueur de la tuyauterie;

- s'il y a une variation du niveau de l'eau (cas des rivières en général, souvent aussi des puits et forages dont le niveau baisse en cours de pompage), il faut connaître également le niveau le plus haut, et donc la hauteur géométrique minimum de pompage.

En fonction de ces éléments, il faut consulter les courbes données par les constructeurs de pompes pour sélectionner celles qui ont des rendements satisfaisants dans les conditions prévues, et qui disposent d'un moteur fournissant une puissance légèrement supérieure (25 % est une marge satisfaisante) à la puissance absorbée par la pompe.

Prenons un exemple: Le schéma ci-dessous illustre le profil de l'installation, dessiné d'après l'étude topographique qui détermine l'emplacement souhaitable pour le GMP (groupe motopompe) et le bassin de dissipation (point le plus haut du périmètre).

Choix d'un groupe motopompe sur bac flottant (d'après J.F. Guy - CEEMAT)

Les données caractéristiques sont les suivantes:

- Débit de pointe nécessaire (calculé pour un PI de 10 ha en contre-saison chaude)	250 m³/h (69 l/s)
- Hauteur géométrique maximum	14 m
- Perte de charge (crépine + tuyaux)	2,60 m (pour débit max. 69 l/s)
- Hauteur manométrique maximum (pression à laquelle la pompe fonctionne)	16,60 m
- Hauteur manométrique minimum (* la perte de charge dans les tuyaux est inférieure, car leur longueur est moindre).	3,5 m + 1,6 m* = 5,10 m

Choix du moteur (thermique)

Il est difficile de donner des critères généraux permettant de choisir plutôt un moteur diesel qu'un moteur essence, selon les conditions d'utilisation locales. On observe en général que les pompes sont équipées d'un moteur diesel quand leur puissance dépasse 10 CV, alors que les pompes de moins de 5 sont pour la plupart à essence.

Les éléments suivants permettent la comparaison (à puissance égale):

	ESSENCE	DIESEL
COÛT	Moins cher à l'achat	Plus cher et lourd (coût du transport)
DURÉE DE VIE DU MOTEUR	Inférieure (3 - 4000 h)	Supérieure (5 - 8000 h maximum)
CONSOMMATION	Plus élevée, plus chère	Moins élevée, moins chère
ENTRETIEN	Plus complexe	Plus simple
PIÈCES ÉTACHÉES, GROSSES RÉPARATIONS	Plus faciles (mécaniciens plus nombreux)	Difficiles
AUTRES ASPECTS	Résiste moins bien aux fortes chaleurs (vaporisation)	Difficulté parfois d'obtenir le carburant diesel

Les trois premiers éléments (coût d'achat, durée de vie, consommation en carburant) donnent une idée du coût moyen d'utilisation comparé.

Par exemple, un 10 CV diesel, coûtant 500000 Fcfa, qui durera (on l'espère) 60 heures et consomme en moyenne 2,21 de gas oil à l'heure, huile non comptée, coûte, par heure de pompage (hors entretien):

(500000/ 6000) + (2,2 x 150 Fcfa/l) = 84 + 330 = 414 Fcfa/h,

alors qu'un moteur essence de 200000 Fcfa, mais consommant 2,8 l d'essence à l'heure, reviendra hors entretien (s'il dure 4000 h) à:

(200000/ 4000) + (2,8 x 220 Fcfa/l) = 50 + 616 = 666 Fcfa/h.

Les autres éléments (facilité d'approvisionnement et de réparation) doivent cependant être pris en considération, car lorsqu'on a une panne sérieuse du diesel en cours de campagne, et qu'il faut deux mois pour réparer, la perte de la récolte représente un "coût supplémentaire" énorme.

Nous rappelons ici les autres aspects à prendre en considération dans le choix d'un moteur de pompage (19).

(19) D'après le CEEMAT (Orry et Dupuis).

Dans le cas des diesel de plus de 10 CV:

- la puissance maximale fournie par le moteur doit être de 20 à 25 % supérieure à la puissance maximale absorbée par la pompe, dans les conditions les plus difficiles;

- les vitesses de rotation faibles préférables (1500 t/mn) car moins d'échauffement et usure des moteurs;

- refroidissement à air, nettoyage des ailettes facile;

- démarrage manuel;

- double filtration de l'air préférable (filtre à bain d'huile + filtre à cartouche);

- filtration du gas-oil y compris cuve de décantation transparente avec vis de vidange;

- réservoir de gas-oil d'une capacité suffisante pour 10 h de fonctionnement sans arrêt, fixé sur le châssis afin de ne pas subir les vibrations du moteur;

- sécurité, arrêt automatique en fonction de la température et de la pression d'huiler;

- compte-tours et compteur horaire;

- butées sur la manette des vitesses afin de limiter la plage de variation;

- le moteur et la pompe doivent être montés sur un châssis robuste, parfaitement alignés, avec un accouplement direct (semi-rigide) largement dimensionné.

Choix de la pompe

Il est important de choisir une pompe dont le rendement sera optimum à la hauteur manométrique et à la vitesse de rotation prévue. Le rendement d'une pompe se définit comme le rapport entre l'énergie hydraulique fournie (poids de l'eau multiplié par hauteur manométrique de pompage) et l'énergie mécanique absorbée par la pompe.

Une pompe prévue pour fonctionner à l'optimum pour une Hmt de 40 m (avec un rendement de 80 % par exemple) ne fonctionnera que médiocrement à 10 m de hauteur (le rendement va chuter à 60 %). Cela signifie qu'elle fournira un débit inférieur de 25 % à celui donné par une pompe mieux adaptée, dont le rendement sera optimum à 10 m Hmt, pour une même puissance absorbée, et donc que le coût du m d'eau pompée sera d'un tiers plus élevé. Pour choisir correctement la pompe, il faut la courbe caractéristique du constructeur, qui donne le débit obtenu en fonction de la Hmt, pour différentes vitesses de rotation, ainsi que les rendements de pompage et les puissances absorbées aux différents régimes. Par exemple, pour élever 69 l d'eau par seconde de 16,6 m (hauteur manométrique totale), il faut une puissance mécanique de 69 x 9,8 N/kg x 16 m/s = 10819 W. Si une pompe consomme 17,4 Kw (23,6 ch) (20) pour obtenir ce résultat, elle a un rendement de 10,82/ 17,4 = 62 % (pour ce débit et cette pression).

(20) Rappelons que 1 ch = 736 W.

Si l'on compare les courbes caractéristiques des deux pompes différentes (voir les graphiques ci-dessous), on voit qu'il est préférable de choisir la seconde pompe, malgré un rendement légèrement plus faible, car la première fournit un débit trop important (400 m³/h) à la Hmt prévue, et consomme donc une énergie supérieure (34 ch). Il faudra alors l'accoupler à un moteur plus gros. (Points F et F'). On constate que la deuxième pompe (courbe page suivante) consomme 22,5 ch à 1600 tr/mn pour fournir 280 m³/h à 17 m de Hmt (rendement 78 %). (Points A et A'). Il faudra donc, pour l'entraîner, un moteur pouvant délivrer une puissance nette continue de 22,5 + 20 % = 27 ch à 1600 tr/mn (norme Din A6270).

Courbe caractéristique de la pompe n°1

Courbe caractéristique de la pompe n°2

Il faut ensuite étudier comment la pompe va fonctionner lorsque le niveau du fleuve remonte. Si on laisse le moteur tourner à vitesse constante (1600 t/mn), le débit délivré va augmenter fortement (540 m³/h à 5 m de Hmt), et le rendement de la pompe va chuter (aux alentours de 55 %). Sur certaines pompes, on peut observer que la puissance absorbée augmente lorsque la hauteur de pompage diminue et on risque alors de faire travailler le moteur en surcharge, débouchant sur l'usure prématurée et la panne.

Cependant, il n'est pas forcément souhaitable de fournir un débit aussi important, qui risque de faire déborder les canaux, et de provoquer une érosion exagérée du réseau. On peut donc prévoir de réduire la vitesse de rotation du GMP au fur et à mesure de la montée du plan d'eau. Cependant, il n'est pas recommandé de réduire de plus de 20 % la vitesse de rotation si l'on veut éviter l'encrassement, le mauvais refroidissement et l'usure prématurée du moteur.

Dans ce cas précis, si on réduit la vitesse de 1600 à 1300 t/mn, on obtiendra un débit de 370 m³/h à 5 m Hmt, avec un rendement de 65 % (point B), et une puissance absorbée de 13,0 ch (point B' sur la courbe). Si ce débit est trop important pour le réseau d'irrigation, il est préférable de le réduire en fermant la vanne de régulation que de diminuer encore la vitesse du moteur. On perd un peu de rendement ainsi, mais on limite l'usure du moteur.