L'importance de raisonner à partir d'analyses d'évolutions et non des seules valeurs absolues lorsque l'on utilise des capteurs pour le pilotage de l'irrigation
L'irrigation « traditionnelle », depuis les tout premiers temps de l'agriculture irriguée, était principalement gravitaire. Il s'agissait de faire circuler l'eau dans les cultures, sans que l'on connaisse précisément les volumes attribués à chaque parcelle : faire passer l'eau sur une parcelle pendant un certain temps, puis les champs suivants étaient à leur tour irrigués.
Dès l'apparition d'une irrigation plus mécanisée, aspersion, et plus tard goutte-à-goutte, avec la création de réservoirs et de réseaux fermés, il a fallu rationaliser ces apports d'eau, notamment dans un but prévisionnel : combien faut-il apporter d'eau en évitant qu'elle soit « gaspillée », comment dimensionner les installations ? On a alors considéré le sol comme un réservoir qui se vidait lorsque la culture consommait l'eau qu'il contenait, et qui se remplissait sous l'action de la pluie ou des arrosages. Ceux-ci venaient « remplir le réservoir sol » quand celui-ci atteignait un niveau au delà duquel les plantes auraient eu plus de difficultés à s'alimenter, et où, par conséquent, il risquait d'y avoir une baisse de production (ou d'esthétique, si l’on considère les espaces verts, par exemple).
Or, on a voulu utiliser également ce mode de calcul prévisionnel, le « bilan hydrique » pour gérer en temps réel sur le terrain la conduite de l'irrigation. Mais les notions qui permettent le calcul de ce bilan hydrique, le réservoir sol (« réserve facilement utilisable », avec la notion de « zone racinaire »...), la pluie « efficace », l'irrigation « efficace », l'évapotranspiration « réelle » ou « maximale », ou même « optimale » (basées sur le calcul de l'évapotranspiration « de référence » nommée par habitude ancienne « potentielle »), sont des notions d'une grande imprécision et d'une grande variabilité, dans le temps et dans l'espace. Nous ne reviendrons pas sur ces aspects, il faudrait plusieurs articles pour expliciter ces difficultés – il existe par exemple une brochure entière de la FAO sur la seule notion d'efficacité de la pluie... Par ailleurs, le sol ne fonctionne pas uniquement comme un réservoir : il est en fait une zone de passage de l'eau, où elle peut circuler soit vers le bas – par exemple pour venir remplir les nappes phréatiques –, soit vers le haut – on parle alors de remontées capillaires –, soit même parfois latéralement – cas de l'irrigation goutte-à-goutte, ou en cas de zones imperméables, etc. Or, ces circulations sont quasiment impossibles à estimer dans les conditions du terrain, car les paramètres nécessaires à leur calcul sont difficiles à évaluer, déjà sur les parcelles d'expérimentations agronomiques de caractéristiques bien définies et connues, a fortiori encore plus dans les conditions si diverses de la pratique agricole.
C'est pourquoi, à partir de la fin des années 70 principalement, on a voulu développer, pour affiner le pilotage en temps réel, des méthodes basées sur l'utilisation de mesures de terrain : état hydrique du sol, état hydrique de la culture.
Il s'agissait de remplacer (ou compléter) de façon intégrative par des mesures des estimations basées sur des variables et paramètres insuffisamment fiables ou évaluables, même si elles avaient été utiles et nécessaires dans un but prévisionnel.
Cependant, il faut bien avoir en tête qu'une mesure ou une série de mesures ne peut être vraiment utile pour la prise de décision que si des stratégies d'utilisation de ces mesures ont été développées et vérifiées. De nombreuses équipes ont travaillé sur ces stratégies : IRSTEA (CTGREF, CEMAGREF), SCP, ARVALIS (ITCF)… L'objet du présent article est de revenir sur quelques éléments de base de ces stratégies et sur l'intérêt de leur prise en compte lorsque l'on développe l'utilisation des capteurs pour le pilotage de l'irrigation, notamment avec les moyens disponibles actuellement, automatisation, partage de l'information à distance, Internet…
Nous nous baserons ici principalement sur l'utilisation de capteurs d'état hydrique du sol et, parmi ceux-ci, de capteurs tensiométriques. Nous expliquerons dans un premier temps pourquoi ils ont notre préférence, sans toutefois fermer la porte aux autres types de capteurs qui peuvent avoir leur intérêt également (coût, facilité de mesure, etc.). Comme dit plus haut, on peut adapter certains principes fondamentaux et considérations à des contextes et types de mesures très différents.
L'intéret de l'analyse de l'évolution des mesures tensiometriques pour le piIotage de l'irrigation,plutot que les seules valeurs absolues
Il s'agit du premier « principe » que nous voulons évoquer. Il s'agit de s'attacher principalement et dans un premier temps à la pente de la courbe des mesures en fonction du temps, et non aux valeurs absolues des mesures (sans toutefois les oublier complètement !). Ce « principe » repose sur des critères universels ou plus spécifiques.
Critères « universels »
• La variabilité de conditions de terrain, à l'intérieur souvent d'une même parcelle agricole, ainsi que certaines stratégies développées (cf. bibliographie) demandent d'utiliser un certain nombre de capteurs pour pouvoir utiliser ces stratégies. Il ne s'agira donc pas, en général, d'utiliserles capteurs souvent très coûteux qui servent en expérimentations scientifiques, mais des capteurs dont le coût est plus raisonnable et dont la précision n'est pas aussi fine. Travailler en évolution et non en valeur de seuil, peut permettre de se suffire plus facilement de la précision des valeurs obtenues avec ces capteurs de coût modéré.
• Dans le même ordre d'idée, travailler en évolution, donc non sur des mesures individuelles, mais sur des séries de mesures, assure plus de fiabilité aux valeurs observées.
• Par ailleurs, travailler en évolution peut atténuer la variabilité spatiale du phénomène étudié : on constate que les mesures en valeurs absolues peuvent être extrêmement variables, compte tenu de la variabilité du terrain, mais que les sens d'évolution – augmentation ou diminution des mesures au cours du temps, changement d'intensité de ces phénomènes – sont souvent plus homogènes.
• Enfin d'un point de vue pratique, travailler sur les courbes d'évolution des mesures en fonction du temps peut permettre d'anticiper ; la pente de la courbe donne des indications sur le délai qui reste pour devoir absolument réagir : rapidement, ou bien au contraire l'agriculteur ou le gestionnaire (espaces verts) a encore du temps pour s'organiser (organisation du travail, des tours d'eau, etc.).
Critères plus spécifiques liés à des observations réalisées sur le terrain
• Une même valeur absolue n'a pas la même signification à différentes périodes de l'année. Ainsi a-t-on constaté qu'au mois d'août (prairie) lorsque la valeur de tension dans le sol était de l'ordre de 20 kPa, il fallait 2 jours pour que la nécessité d'irriguer soit pressante. À ce moment là, la pente de la courbe de dessèchement du sol (augmentation de tension) était très forte, et laissait présager que deux jours plus tard ce serait trop tard… En septembre, au contraire, la pente de dessèchement est beaucoup plus faible, et pour la même valeur absolue mesurée, on peut attendre plus de jours avant que la nécessité d'irriguer ne s'impose (cf. graphiques).
• Une autre période critique pour l'irrigation est son démarrage en début de saison. En arboriculture, cerisier avec arrosage au goutte-à-goutte, on a pu constater que l'évolution des mesures tensiométriques dans les zones qui seront en période d'irrigation sous influence des goutteurs (voir dans la bibliographie les stratégies préconisées pour l'irrigation goutte-à-goutte), reste longtemps très faible. Cela signifie que ce que les racines prélèvent est compensé par la contribution naturelle du sol. Mais cette zone, du fait de l'irrigation réalisée depuis plusieurs années, est très riche en racines. À un moment donné, la pente de ces courbes s'accélère rapidement. Il est alors temps de démarrer l'irrigation, même à très petites doses (les mesures permettent de s'ajuster), pas forcément au moment où l'arboriculteur aurait pensé naturellement qu'il est déjà nécessaire d'arroser. On préserve ainsi le bon fonctionnement racinaire dans les zones sous influence des goutteurs.
Conclusion et perspectives
En résumé, on peut dire que, par rapport à un simple bilan hydrique, qui reste utile dans un premier temps pour le dimensionnement des installations, les capteurs sont d'une grande utilité pour améliorer la conduite et le contrôle en temps réel de l'irrigation, que ce soit en agriculture ou en gestion d'espaces verts.
Mais qu'aucun capteur n'est vraiment utilisable correctement dans cet objectif sans une stratégie de mise en œuvre et une stratégie d'interprétation des mesures.
Nous avons tenté de rappeler ici quelques principes à la base des stratégies d'utilisation des capteurs pour le pilotage de l'irrigation développées dans les quarante dernières années. Actuellement les progrès technologiques en électronique, informatique, Internet et communication, notamment depuis une quinzaine d'années, apportent d'importantes améliorations et facilités dans le recueil et la gestion des données, et jusqu'à la réalisation d'automates. Cependant les quelques axes de réflexion que nous avons abordés sur la mise en œuvre de ces capteurs et le traitement de l'information qu'ils permettent d'obtenir, en vue de leur utilisation pour le pilotage de l'irrigation gardent toute leur importance.
La bibliographie ci-après permettra à ceux qui le souhaitent de retrouver quelques exemples cités et d'approfondir les notions et les stratégies de pilotage évoquées dans cet article.
