Gestion de la contrainte pluviométrique pour l’amélioration de la production végétale et de l’efficience d’utilisation de l’eau

BESOINS EN EAU DES CULTURES

Une culture au champs perd continuellement l’eau, qu’elle puise du sol, au profit de l’atmosphère. Les phénomènes strictement physiques de l’évaporation et de la diffusion, responsables des pertes d’eau vers l’atmosphère, dissipent l’énergie solaire reçue au niveau des surfaces de la culture et du sol. Lorsque le taux d’absorption de l’eau du sol par les racines ne compense plus les pertes due à l’évaporation (transpiration), la culture est sous l’effet d’un stress hydrique. On peut donc considérer que le besoin en eau d’une culture est équivalent à la quantité d’eau nécessaire à combler l’eau perdue par évaporation au niveau des plantes et du sol (évapotranspiration) durant le cycle cultural sans qu’il y ai eu de stress hydrique.

Définitions

Selon la FAO, le besoin en eau d’une culture est “la quantité d’eau nécessaire à couvrir les pertes en eau par évaporation (évapotranspiration de la culture) d’une culture saine, cultivée en grande parcelle, sans contraintes du sol (fertilité et humidité), et réalisant son potentiel de production sous les conditions considérées”. Cette définition correspond à l’évapotranspiration maximale d’une culture (ETM) qui dépend du pouvoir d’évaporation de l’air ou demande climatique (ETP) et du coefficient cultural (Kc). Ce dernier est en grande partie une caractéristique de la culture, notamment de son degré de couverture du sol.
 
La demande climatique ou évapotranspiration potentielle (ETP) est définie comme étant “le taux d’évaporation d’une surface étendue de gazon, en croissance active, ayant une hauteur uniforme de 8 à 15 cm, couvrant complètement le sol, et ne soufrant pas de stress hydrique”. d’autres définitions de L’ETP (ou ET0) sont basées sur l’évaporation d’une surface d’eau libre ou d’une autre culture de référence.

Calcul des besoins en eau

Par définition, le besoin en eau d’une culture est équivalent à l’ETM, calculée de la façon suivante:

            ETM = ETP . Kc

l’échelle de temps sur laquelle les besoins sont calculé  peut être l’heure, la journée, la décade, le mois ou la phases de croissance, selon l’objectif poursuivi et la disponibilité de données. Les unités sont en mm par unité de temps considérée pour l’ETM et l’ETP, et sans unités pour le Kc qui est un coefficient dont les valeurs sont théoriquement comprises entre 0 et 1, selon le stade de la culture. Le besoin total pour tout le cycle de culture est obtenu par intégration.

L’évapotranspiration potentielle peut être mesurée directement, selon les exigences de sa définition, à l’aide d’un lysimètre où serait cultivée la culture de référence. Elle peut aussi être mesurée directement à l’aide d’un bac d’évaporation standard (type Colorado ou Class A) ou d’autres évaporomètres, tels ceux de Piche ou de Livingstone. Cependant, et du fait que l’ETP est plutôt une caractéristique du climat, elle peut être calculé à partir de paramètres climatique.

Les formules de calcul de l’ETP à partir de données météorologiques peuvent être classées en quatre groupes: (1) les méthodes aérodynamiques, (2) les méthodes du bilan d’énergie, (3) les méthodes combinées et (4) les formules empiriques. Les méthodes du premier groupe considèrent que les deux facteurs majeurs qui influencent l’évaporation sont le gradient du taux d’humidité de l’air et la turbulence. Les méthodes du deuxième groupe utilisent l’équation du bilan d’énergie pour calculer la quantité de chaleur latente. Les méthodes combinées qui utilisent les deux précédentes approches sont les plus utilisées et les plus précises du point de vue théorique. La formule la plus couramment utilisée est celle de Penman qui nécessite les données climatiques suivantes: la température, l’humidité de l’air, la vitesse du vent, et la durée d’insolation ou la radiation solaire.

Les méthodes empiriques regroupent plusieurs formules qui utilisent des relations observées entre l’évaporation et un ou plusieurs données climatiques. Ces relations sont souvent établies localement et donc peuvent ne pas êtres transposables à d’autres régions. Les formules les plus utilisées dans ce dernier groupe sont celles de Blaney-Criddle et de Thornwaite. Le recours aux méthodes empiriques pour le calcul de L’ETP est souvent la seule alternative dans la situation où les seules enregistrements disponibles sont ceux de la température.

Globalement, l’ETP suit les variations saisonnières et journalières du rayonnement solaire (et de la température). En zone semi-aride méditerranéenne, les valeurs journalières moyennes de l’ETP se situent entre un peu mois de 1mm/j en hiver jusqu’à 8 à 10 mm/j en été. En outre, le régime d’évaporation est relativement plus stable d’une année à l’autre que le régime pluviométrique tel que décrit précédemment. Il s’en suit donc que les besoins en eau des cultures sont assez prévisibles d’une année à l’autre.

Le second terme de la formule de calcul des besoins en eau des cultures est le coefficient cultural (Kc). Sa valeur est largement affectée par la nature de la culture, sa hauteur, sa durée de cycle, et son taux de croissance. La fréquence des pluies ou de l’irrigation au début du cycle de la culture affecte aussi le Kc. Par définition, ce coefficient traduit le rapport entre l’évapotranspiration de la culture à un stade donné et l’ETP. Kc est donc toujours établi expérimentalement au début, pour une région et une culture données, puis ensuite confiné dans des tables pour une utilisation ultérieure dans la même région ou dans une région similaire. Selon la méthode utilisée pour le calcul de l’ETP ou selon l’amplitude des différences entre la culture et celle de référence, Kc obtenu expérimentalement peut légèrement dépasser la valeur de 1.

Les valeurs publiées de Kc sont souvent données par culture, tout en tenant compte des diverses phases de croissance. Le cycle des cultures peut être subdivisé en quatre phases de croissance: (1) la phase initiale qui s’étend du semis à environ 10% de la couverture du sol, (2) la phase de développement du couvert végétal se terminant au moment où la couverture du sol est complète, (3) la mi-saison qui se termine par le début de la chute ou la sénescence du couvert foliaire, et (4) la phase de maturation.

L’évolution du Kc au cours du cycle d’une culture présente la forme d’une cloche similaire à celle de l’indice foliaire ou du taux de couverture du sol. La valeur du Kc est donc considéré comme constante durant la phase initiale où le sol est prédominant et pendant la phase de mi-saison où la couverture du sol par la culture est complète. Les valeurs du Kc pendant les autres phases de croissance (2 et 4) sont obtenus par interpolation. Donc, connaissant d’une part les valeurs du coefficient cultural de la phase initiale, de la mi-saison, et de la récolte, et d’autre part les durées des périodes de croissance, on peut obtenir pour la culture considérée la valeur du Kc à n’importe quel moment du cycle. Du fait que le Kc durant la phase initiale est fonction de la fréquence d’irrigation ou de pluie, il est obtenu à partir d’abaques pré-établies où sa valeur varie de entre 0,2 (fréquence de 20 jours) et 0,7 (fréquence de 3 jours).

Le tableau 4 donne, pour certaines cultures, les valeurs du Kc pour la phase de croissance mi-saison et la récolte ainsi que les durées des phases de croissance.

Tableau 4: Durée des phases de croissance et Kc des principales grandes cultures (3)

 CULTURE
Kc
Durée de croissance (j)
(2)
(4)
(1)
(2)
(3)
(4)
Orge
1.05
0.25
20
25
60
30
Haricot 
0.95
0.85
20
30
30
10
Maïs
1.05
0.55
30
40
40
30
Lentille
1.05
0.30
20
30
60
40
Blé 
1.05
0.25
20
25
60
30
Coton 
1.05
0.65
30
50
60
55

 

En appliquant la méthodologie de calcul des besoins en eau des cultures, comme décrite ci-dessus, la gamme des valeurs obtenues, pour différentes cultures et différentes régions, est donnés dans le tableau 5.

Tableau 5: Besoins en eau moyens des principales cultures (3)

Culture
Besoins en eau
(mm)
Avocat
650 – 1000
Banane
 700 – 1700
Betterave
450 –  850
Blé/orge
300 –  450
Canne à sucre
1000 – 1500
Coton
550 –  950
Haricot
250 –  500
Luzerne
600 – 1500
Oléagineux
300 –  600
Pomme de terre
350 –  625
Riz
500 –  950
Soja
450 –  825
Sorgho
300 –  650
Tabac
300 –  500