Détermination des besion en eau des cultures à l'aide de logiciel cropwat 4.3 dans la wilaya de tipaza

Chapitre 1 : Les données utilisées par le Cropwat dans le calcul des besoins

1.1. Les données climatiques

Le logiciel Cropwat exige 5 données climatiques d'une station météorologique normalisée, pour que cette dernière soit représentative elle doit être la plus proche de la zone agricole, les stations comme celle des aéroports ou dans les zones urbaines sont à éliminer (Doorenbos et Kassam, 1987). En cas ou la station la plus représentative ne donne pas les 5 données climatiques il est conseiller de les estimés, la FAO propose les méthodes d'estimation de l'humidité relative, rayonnement, et la vitesse de vent dans son Bulletin-56 (1998).

1.1.1. Choix de la station météorologique

La wilaya de Tipaza est couverte par un réseau de stations météorologiques important, mais il nous a été impossible d'avoir une station dans la wilaya de Tipaza qui donne les 5 données nécessaires au logiciel Cropwat, donc notre choix s'est orienté vers la station agro météorologique de Staoueli qui est la plus proche de la wilaya. Elle est située dans la station expérimentale de l'Institut technique des cultures maraîchères et industrielles (ITCMI). C'est une station normalisée qui donne les 5 données (précipitation, température, humidité relative, vitesse du vent et durée d'insolation). Les relevées sont récents et s'étalent sur une période d'observation acceptable (série de plus de 20 ans).

1.1.2. Traitement des données pluviométriques

Les pluies représentent un facteur déterminant pour estimer les besoins en eau d'irrigation, mais cette donnée reste variable dans le temps (d'une année à l'autre) et dans l'espace comme montre la figure suivante

Pluies (mm)

Sep. Oct. Nov. Déc. Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juill. Août

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Zone litorale Zone interieur Zone Sud

Figure 9 : La variabilité spatiale des pluies dans la wilaya de Tipaza

Afin de caractériser cette variabilité spatio-temporelle, on a choisi des séries de pluviométriques assez longues de 21 ans relevés dans 7 stations (annexe 2) qui couvrent plus ou moins toute la wilaya. Leurs principales caractéristiques sont données par le tableau 8.

Tableau 8 : Les principales caractéristiques des 7 stations météorologiques

Code de station	Nom de station	Altitude (m)	La pluviométrie moyenne annuelle (mm)
-	Staoueli	30	564
21022	Attatba	60	539
020303	Menaceur	250	585
020313	Sidi Ghiles	-	506
-	Meurad	-	597
21210	Oued el allueig	55	557
-	Hadjout	-	436

Sur la base des relevées des pluies mensuelles de ces stations, nous avons calculé la pluviométrie moyenne mensuelle représentative de la région, et effectué l'analyse fréquentielle des pluies pour déterminer la valeur des pluies mensuelle en année sèche et année humide.

1.1.3. Détermination de l'année sèche et de l'année humide

La connaissance de la variabilité interannuelle des besoins en eau d'irrigation nécessite une étude fréquentielle des pluies, a partir des relevés pluviométriques réalisés sur

un nombre d'année assez long (au moins 20 ans). Cette analyse permettra de déterminer la hauteur de pluie dont on est sûr de dépasser avec une probabilité donnée. Pour les projets d'irrigation on adopte généralement les probabilités de dépassement des 3 années sur 4 (75 %) ou 4 années sur 5 (80%).

Pour notre étude, nous avons utilisé les pluies moyennes annuelles de 6 stations météorologiques : Attatba, Menaceur, Sidi Ghiles, Meurad, Oued el allueig et Hadjout pour dégager les hauteurs des pluies selon les probabilités de non-dépassement de 20%, 50%, 80% respectivement de l'année humide, normale et sèche. Suivant les étapes ci-après :

1- classer les données par ordre de grandeur décroissant,

2- classifier la position relevée selon la relation :

Fa = 100 × ( n+ 1 )

m (formule de Weilbull)

dans laquelle :

Fa : position relevée

m : numéro du rang,

n : nombre total d'observations.

3- reporter les valeurs dans le graphique de pluies en fonction de Fa comme l'indique la figure 10,

4- sélectionner les valeurs annuelles correspondant à une probabilité de 20, 50 et 80% en utilisant l'équation de la droite de régression : y = - 3,0424 x + 683,37,

5- Déterminer les valeurs mensuelles pour l'année sèche par la relation suivante :

(1)

Pmoy

Psec

P i sec = P i moy ×

dans laquelle :

Pi sec : pluie mensuelle de l'année sèche pour le mois i,

Pi moy : pluie moyenne mensuelle pour le mois i,

Psec : pluie annuelle à une probabilité de dépassement de 80%,

Pmoy : pluie moyenne annuelle.

Les valeurs pour l'année humide et normale peuvent être déterminées de la même manière.

1000

400

200

600

800

0

Pluies annuelles (mm)

0 20 40 60 80 100

Fréquence au dépassement (%)

Pluies (mm)

Linéaire (Pluies (mm))

y = - 3,0424 x + 683,37

R 2 = 0,9456

Tableau 9 : Calcul des probabilités de pluie

Année	Valeurs de départ (mm)	Valeurs classées (mm)	Rang	Fa
1983	579	731,8	1	4,35
1984	731,8	670	2	8,70
1985	647,6	647,6	3	13,04
1986	670	626,5	4	17,39
1987	552,1	579	5	21,74
1988	468,5	575,3	6	26,09
1989	443,6	564,3	7	30,43
1990	422,4	552,2	8	34,78
1991	564,3	552,1	9	39,13
1992	552,2	550,3	10	43,48
1993	401,4	538,6	11	47,83
1994	449,2	537,6	12	52,17
1995	626,5	537,2	13	56,52
1996	537,6	501,4	14	60,87
1997	501,4	485,1	15	65,22
1998	538,6	468,5	16	69,57
1999	466,2	466,2	17	73,91
2000	485,1	449,2	18	78,26
2001	387,2	443,6	19	82,61
2002	575,3	422,4	20	86,96
2003	550,3	401,4	21	91,30
2004	537,2	387,2	22	95,65

D'après l'équation de la droite de régression on calcule les valeurs correspondantes aux probabilités 20%,50% et 80% qui sont :

F (20%) = 622,52 mm,
F (50%) = 531,25 mm,
F (80%) = 439,98 mm.

Les précipitations en années normales (probabilité de 50%) sont, d'une manière générale, bien

représentées par les précipitations moyennes.

Les valeurs de pluies moyennes par mois d'après la relation (1) pour l'année humide et sèche sont présentées dans le tableau ci-dessous

Tableau 10 : Les pluies mensuelles de l'année sèche (80%) et humide (20%)

Année	Jan.	Fév.	Mars	Avril	Mai	Juin	Juill.	Août	Sep.	Oct.	Nov.	Déc.	Total / an
sèche	68,2	53,1	47,2	41,3	30,6	5,6	2,2	3,7	21,9	41,8	65,6	67,1	448
humide	96,5	75,2	66,7	58,5	43,3	7,9	3,1	5,2	31	59,2	92,8	95	634

1.1.4. Les données climatiques entrées dans le Cropwat

La station maîtresse que nous avons considéré est celle de Staoueli caractérisée par : - latitude : 36° 54 N,

- longitude : 2° 53 E,

- altitude : 30 m.

Concernant les pluies, pour plus de précision nous avons utilisé les pluies moyennes mensuelles calculées sur 7 stations (y compris la station de Staoueli).

L'ensemble de données climatiques entrées dans le logiciel Cropwat sont synthétisés dans le tableau 11

Tableau 11 : Les 5 données climatiques entrées dans le Cropwat

Mois	Janv.	Fév.	Mars	Avril	Mai	Juin	Juill.	Août	Sep.	Oct.	Nov.	Déc.
Pluies (mm)	82,3	64,1	56,9	49,9	36,9	6,7	2,6	4,3	26,4	50,5	79,2	81
T max (°C)	16	16,5	18,5	20,1	23	27,1	30,2	31,5	28,3	24,8	20,1	17,2
T min (°C)	8,4	8,4	9,9	11,8	14,4	17,8	20,6	21,9	19,5	16,6	12,3	9,8
HR. (%)	72,8	71,1	66,8	65,3	66,7	61,3	60,1	60,7	62,4	66,7	70	71,8
Vitesse de vent (Km /h)	7,4	6,8	7,4	8,3	8,1	7,5	7,6	6,7	6,5	6,3	8	9,2
Ins. (h)	5,3	6	6,6	7,3	6,8	7,9	8,5	8,3	7,3	6,8	4,9	4,5

1.2. Les données liées au sol

Les données de sol sont nécessaires dans le pilotage des irrigations pour la détermination de la réserve utile (RU) qu'est liée à deux facteurs :

a) la texture

Les valeurs de RU selon les différentes textures de sol considérées généralement sont d'après la FAO (1987):

- sol grossier : 60 mm/m,

- sol sableux : 100 mm/m,

- sol limoneux : 140 mm/m,

- sol argileux : 180 mm/m.

b) les profondeurs d'enracinement à prendre en compte pour les calculs d'irrigation sont données dans le tableau 12.

Tableau 12 : Les profondeurs d'enracinement des principales cultures

Cultures	Profondeur d'enracinement en m
Cultures maraîchères	0,3 à 0,6
Tomate	1 à 1,2
Agrumes	1 à 1,2
Vergers	1 à 2
Vignes	1 à 2,5

Source : Ollier et Poirée, 1983

Tableau 13 : Les données liées au sol proposées dans le Cropwat

Texture	Moyen	Lourd
Eau utilisable	140 mm/m	180 mm/m
Taux maximum d'infiltration de pluie	40 mm/jour	40 mm/jour
Profondeur racinaire max d'enracinement	0,6 ou 1,2 m	0,6 ou 1,2 m
Tarissement initial de l'humidité de sol (% de d'eau utilisable)	0%	0%
Humidité de sol initial disponible	140 mm/m	180 mm/m

1.3. Les données liées à la culture

1.3.1. Type de culture

Pour recenser les cultures pratiquées généralement dans la wilaya de Tipaza, nous avons eu recours à la « série B » du Ministère de l'Agriculture et du Développement Rural et aux rapports de la DSA de Tipaza, de la période 1993 - 2004. La comparaison des deux sources a révélé quelques légères différences entre les données qui ne sont pas de taille à influer sur notre étude.

Nous avons considéré 26 cultures généralement irriguées à l'exception de la vigne qui, selon les agriculteurs n'est pas irriguée, le tableau 14 donne le détail de ces cultures.

Tableau 14 : Superficies moyennes des cultures irriguées dans la wilaya de Tipaza

Cultures irriguées		Superficie (ha)	% de Sup.
Pomme de terre	Primeur	1048	5%
	Saison	923	4%
	Arrière-saison	913	4%
Tomate et aubergine		1350	6%
Tomate industrielle		292	1%
Oignon et ail		717	3%
Poivron et piment		389	2%
Concombre et courgette		493	2%
Choux		278	1%
Fève en vert		484	2%
Haricot vert		477	2%
Petit pois		644	3%
Carotte		102	0,48%
Pastèque		187	1%
Autres légumes		1112	5%
Luzerne		292	1%
Agrumes		2656	12%
Vignes		3275	15%
Abricotier		848	4%
Amandier		1140	5%
Néflier		417	2%
Pécher		1203	6%
Poirier		893	4%
Pommier		597	3%
Prunier		462	2%
Autres arbres fruitiers		58	0,27%
Total		21248	100%

Source : La série B, rapport de DSA de Tipaza (1993-2004)

1.3.2. Date de semis ou de plantation

Nous avons adapté les dates de semis (ou de plantation) des brochures des cultures de l'ITCMI (2001) et du calendrier du centre national pédagogique agricole (1988) qui regroupe les dates de semis et travaux culturaux de toutes les cultures (au Nord de l'Algérie).

· Date de reverdissement

Concernant les arbres fruitiers (cultures pérennes), selon Tuzet, Perrier in Traité d'irrigation (1998) leurs dates de plantation doivent être remplacer par la date du «reverdissement », c'est-à-dire la date d'apparition de nouvelles feuilles.

Pour notre étude, nous avons déterminé les dates de reverdissement des arbres fruitiers d'après les brochures de l'ITAF (institut technique de l'arboriculture fruitiers et la vigne), et les travaux de mémoire de suivi des stades phénologiques entretenus dans la station expérimentale de l'ITAF à Boufarik, des arbres : abricotier (Chaouia, 1984) ; pêcher (Belladgham, 1991) ; pommier (Ahmed Messaoud, 1989) ; néflier (Amirouche, 1998) ; prunier (Mebtouche, 1989).

1.3.3. Les phases de développement

Les 4 phases de développement considérées sont :

- la phase initiale,

- la phase de développement,

- la phase de mi-saison,

- la phase d'arrière saison.

Il est difficile de déterminer avec précision la durée de chaque phase. Le seul moyen d'avoir les informations locales est le contact direct avec les agriculteurs et les agents de vulgarisation.

Par manque de données sur les arbres fruitiers on était obligé d'estimer approximativement la durée de chaque phase, on se basant sur un cycle général de (240 jours) pour les cultures pérennes proposé par le Bulletin FAO-56 dont les durées des phases sont : 30 / 50/130 / 30. En considérant les dates de reverdissement régionales nous avons peut caler la durée des phases de chaque culture.

1.3.4. Le coefficient cultural (kc)

Cropwat exige l'entrée de 3 valeurs de kc (initiale, mi-saison, récolte), nous avons utilisé les kc des Bulletins de FAO-24 et 56, qui sont des kc standards et valides pour l'utilisation de la formule de Penman - Monteith.

Le choix du kc a été fait en considérant que le climat est méditerranéen, sans fortes gelées (HRmin ~ 45% et vitesse de vent modérée de l'ordre de 2 m/s), et que le sol est non couvert. Les valeurs de kc du Bulletin FAO-56 (1998) ont été actualisés par Allen et al sur la base des kc proposés par Doorenbos et Pruitt dans le Bulletin FAO-24 (1975).

L'ensemble des données liées aux cultures entrées dans le Cropwat est résumé dans le tableau 15

Tableau 15 : Synthèses des données liées aux cultures

Durée de phases de développement (jour)						Coefficient Cultural kc			Date de semis ou plantation
Cultures	init.	dev.	mi-sai	arri-sai	duree du cycle	kc int.	kc mid.	kc fin.
Pomme de terre
Saison	25	30	45	30	130	0,5	1,15	0,75	20-fév.
Primeur	20	30	30	25	105	0,5	1,15	0,75	15-nov.
Arri-saison	30	40	60	35	165	0,5	1,15	0,75	25-août
Tomate	30	40	45	30	145	0,6	1,15	0,8	02-mars
Tomate indus.	20	35	35	30	120	0,6	1,15	0,8	15 mars
Poivron	30	40	40	20	130	0,6	1,05	0,9	10-avr.
Oignon et ail	25	35	40	20	120	0,7	1,05	0,85	30-janv.
Courgette	25	35	25	15	100	0,5	1	0,8	25-mars
Choux	40	60	50	15	165	0,7	1,05	0,9	05-sep.
Fève en vert	20	30	35	15	100	0,5	1,15	1,1	20-nov.
Haricot vert	20	30	30	10	90	0,5	1,05	0,9	15-mars
Petit pois	20	30	35	15	100	0,5	1,15	1,1	10-déc.
Carotte	30	40	60	20	150	0,7	1,05	0,95	20-sep.
Pastèque	20	30	30	30	110	0,4	1	0,75	01-avr.
Autres légumes	20	30	30	15	95	0,7	1,05	0,95	03-mars
Luzerne	150	30	150	35	365	0,4	0,95	1,15	05-oct.
									Reverd.
Agrumes	60	90	120	95	365	0,7	0,65	0,7	28-fév.
Vignes	180	50	75	60	365	0,3	0,85	0,45	20-fév.
Abricotier	245	10	65	45	365	0,55	0,9	0,65	11-fév.
Amandier	190	35	105	35	365	0,4	0,9	0,65	30-janv.
Pêcher	200	35	100	30	365	0,55	0,9	0,65	10-fév.
Prunier	130	50	130	55	365	0,55	0,9	0,65	10-mars
Pommier	140	30	125	70	365	0,5	0,95	0,7	28-fév.
Poirier	125	50	130	60	365	0,5	0,95	0,7	01-mars
Néflier	140	45	120	60	365	0,5	0,95	0,7	01-oct.
Autres arbres	155	50	130	30	365	0,55	0,9	0,65	28-fév.

Source : Divers sources

En plus de ces données, les valeurs du tarissement admissible du sol (P) et le coefficient de réponse du rendement (kY) de chaque culture sont considérés dans le Cropwat pour distinguer la tolérance des cultures au manque d'eau et indiquer les chutes du rendement probables.

1.3.5. Tarissement admissible du sol (P)

Doorenbos et Kassam (1987) défini le (P) comme étant le niveau critique de l'humidité du sol à partir duquel le stress dû au manque d'eau se fait sentir, affectant l'évapotranspiration et la production de la plante.

1.3.6. Coefficient de réponse du rendement à l'eau (kY)

Le coefficient de réponse du rendement à l'eau met en rapport la baisse du rendement relatif (1-Y_a/Y_m) et le déficit de l'évapotranspiration relative (1-ETa/ETm). Le détail sur le KY et ses valeurs se trouvent dans le Bulletin FAO-33 (1987).

1.4. Le choix des critères de la conduite des irrigations

1.4.1. Pluie efficace

Le Cropwat propose plusieurs modèles de calcul de la pluie efficace qui sont détaillés dans le Bulletin FAO-25, nous avons choisi de travailler avec la méthode l'USDA pour tenir compte des pertes dues au ruissellement de surface et à la percolation profonde, c'est une formule recommandée par United States Departement of Agriculture - Soil Conservation Service.

1.4.2. Calendrier d'irrigation

Nous avons fixé les critères de la conduite d'irrigation comme suit :

- irriguer quand la RFU est épuisée à 100% pour les cultures maraîchères et irriguer quand 50 mm de l'humidité du sol sera tarit pour les arbres fruitiers, - remplir la RFU à 100% (ramener la RFU à la capacité au champ),

- début de pilotage : la première date de plantation de chaque culture.

Sur cette base l'irrigation se fait sans restriction imposée sur les fréquences d'irrigation et la

disponibilité en eau, donc c'est une irrigation du confort hydrique.

1.4.3. Efficience d'irrigation

Le Cropwat considère une efficience globale fixée à 70%, on peut varier cette efficience selon le système d'irrigation utilisée et la nature du sol.