Performance de l’arrosage goutte à goutte

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La performance de l’arrosage goutte à goutte est un sujet de plus en plus important.  Les changements climatiques nous exposent à des sécheresses même dans des pays où la pluie est régulière.  Pour améliorer votre système d’arrosage automatique, vous devez identifier et quantifier chaque perte entre l’eau utilisée et l’eau captée par les racines de la plante.  On ne doit pas se contenter d’intentions vertueuses ou des solutions miracles venues de l’antiquité mais faire des tests et des mesures vérifiables.

Le goutteurs solaire ORIAZ a été testé en France, au Canada, en Suisse, au Burkina Faso, à Madagascar et il est maintenant distribué pour l’agriculture familiale en Ouzbékistan.

L’efficience du goutteur ORIAZ peut atteindre 99 %.

Voici en détail comment atteindre le plus haut niveau d’efficience d’arrosage.  L’efficience est définie par le % de l’eau effectivement utilisé par la plante en proportion de l’eau prélevée à l’entrée du système.

Arrosage maintenu continuellement par temps nuageux > déjà environ 30 % de pertes

Cette perte par absence de modulation du débit est le premier problème des systèmes d’arrosage automatiques utilisant une simple minuterie, avec des poteries d’arrosages ou avec des diffuseurs gravitaires utilisés en mode continu.  Si l’arrosage n’est pas lié à la météo ou modulé selon les besoins,  le système d’arrosage perdra environ 30 % d’eau avec des arrosages maintenus par temps nuageux. Un arrosage goutte à goutte continu 24 h / 24 peut même nuire à sa santé en provoquant un pourrissement des racines par un effet asphyxiant (ref 4 La tensiometrie pour piloter les irrigations).  »

Voici une courbe comparée entre le débit horaire en ml/h et le besoin en eau horaire (ET: évapotranspiration) mesuré par une station météo professionnelle.  L’évapotranspiration ET est un calcul agronomique standardisé du besoin en eau effectué par une station météo en utilisant les mesures du rayonnement solaire, de l’humidité, de la température, de la pression et du vent.

Cette expérience unique de R&D avec le goutteur ORIAZ © a été réalisée à Annecy et elle a été répétée en Suisse à la station météo de Payerne.

Le Solar-Dripper permet d’obtenir des débits variables allant de 0 à 200 ml par heure ce qui est impossible avec des goutteurs classiques qui ont des débits fixes de 500 ml à 8L par heure. Nous avons expérimentalement réussi sur des orchidées des taux d’arrosage moyens inférieurs à 0,5 ml/h.

Les débits variables du Solar Dripper sont environ 10 à 1000 fois inférieurs à ceux des goutteurs conventionnels. Cette réduction de débit réduit la saturation, améliore l’oxygénation et réduit les pertes par percolation. Les goutteurs classiques ne peuvent pas descendre à des débits ultra lent (moins de 500 ml/h) en raison des problèmes de colmatage qui s’aggravent de façon exponentielle avec la restriction nécessaire.

Avec les systèmes classiques le débit est fixe et il faut ajouter un système électrique de mesure d’humidité et de contrôle des pompes pour moduler les arrosages.  Cette fonction est naturellement intégrée  avec le système ORIAZ.

Merci à la station Météo Suisse de Payerne de nous avoir permis de tester le Solar-Dripper à côté de leur lysimètre mesurant les besoins en eau (ETH).

La technologie breveté du Solar-Dripper élimine les arrosages inadaptés et assure des pauses d’arrosage pour oxygéner le sol.  Par temps nuageux, le goutteur solaire n’est pas stimulé par une élévation de température.  En effet, la variation de température entre le jour et la nuit est toujours atténuée par temps nuageux comme le montre ces courbes de températures.

Pour le constater expérimentalement, regardez ces deux vidéos avec le goutteur ORIAZ qui arrose les tomates lors d’une journée ensoleillée mais qui ne les arrose pas lors d’une journée pluvieuse.

Ce synchronisme naturel entre l’écoulement et les besoins de la plantes est une innovation unique.

Les goutte à goutte Solar-Dripper par temps ensoleillé: écoulement normal provoqué par le soleil: chaque plant de tomate reçoit 750 ml d’arrosage au cœur des racines. Il n’y a pas d’évaporation par les bouteilles fermées.

Les mêmes goutte à goutte Solar-Dripper par temps pluvieux : l’eau ne s’écoule pas.  La réserve d’eau est conservée pour le jour suivant si requis.

Évaporation : de 5  à 40 % de pertes

La perte par évaporation est présente avec tous les systèmes par aspersion et aussi avec les systèmes goutte à goutte de surface.   Avec la pulvérisation, les pertes d’évaporation en l’air sont encore plus importantes car un nuage se créée par les brumisations d’eau.

L’arrosage en surface est bien adapté pour les semis mais il ne pénètre pas bien en profondeur.

Les goutte à goutte conventionnels de surface créent une zone saturée sur un diamètre de 10 à 60 cm.

Une partie de l’eau s’évapore par cette surface mouillée.

Avec le goutte à goutte Solar-Dripper c’est différent car toute l’eau est dirigée au coeur des racines. La surface du sol reste sèche.

Après quelques jours, la plante développe son réseau de racines autour du point d’arrivé d’eau pour capter toute l’eau avant une descente par percolation ou des remontées d’évaporation. Ce système optimisé permet d’exploiter 99 % de l’eau.

Les systèmes poreux n’ont pas un point d’arrivée en profondeur car la diffusion se fait sur toute la surface.

Photo d’une zone humide en surface de 30 cm avec un goutte à goutte de type perfusion et une zone humide de 15 cm autour d’un cône poreux:

 

Nous avons effectué des mesures de perte d’eau par évaporation avec un bac de terre humide, un contenant d’eau et le Solar-Dripper.

 

Les systèmes gravitaires utilisant une bouteille découpée laissent aussi de l’eau s’évaporer.  Un réservoir ouvert de 8.25 cm de diamètre a perdu 30.5 ml d’eau en 24 heures.  En plus cette bouteille ouverte invite des moustiques à déposer des larves ce qui peut favoriser les nuisibles.

Le bac rond de sol humide de 26 cm de diamètre exposé au soleil a perdu 485.8 ml d’eau dans la même journée.

Le Solar-Dripper utilise un cône d’insertion qui dirige l’eau en profondeur dans la zone racinaire.  Il ne créé pas de zone humide en surface.   Nous avons mesuré la quantité d’eau évaporée par l’interstice entre le cône et le piquet et cette perte correspond à environ 0.5 % de l’eau utilisée.  Sur la photo vous pouvez voir le dispositif mesuré avant et après. Dans ce test 4.38 g d’eau s’est évaporée sur 796.68g au départ).  Comme il n’y a pas de trou dans la bouteille du Solar-Dripper contrairement aux systèmes gravitaires, il n’y a pas de perte par évaporation par la bouteille.  Le débit étant très lent, il n’apparait pas de percolation en profondeur avec le Solar-Dripper.

      

Percolation: 5 à 30 %

La percolation est le surplus d’eau qui descend dans le sol pour se diriger vers la nappe phréatique. En plus de la nature du sol, plus ou moins perméable, cette perte est lié à la quantité d’eau appliquée et à sa vitesse d’application.

Le micro-débit goutte à goutte jusqu’à 1 000 fois plus lent avec le Solar-Dripper permet à l’utilisateur d’éliminer la percolation.  Les systèmes goutte à goutte conventionnels arrosent à des débits de 400 ml/heure à 8 000 ml / heure ( ref norme IWA-20).  Ces goutteurs sont activés quelques minutes par jour pour déposer un volume d’eau souhaité qui se distribue sous une forme en triangle avec une pointe qui peut descendre en profondeur.  L’arrosage automatique plus lent du Solar-Dripper avec des micro-débits de 0,3 ml/h à 500 ml/h réduit la percolation.

Pour vérifier l’absence de percolation nous utilisons des plantes en pots.  Il est facile de vérifier que l’eau ne s’accumule pas dans l’assiette lorsque le Solar-Dripper est bien calibré.

Fuite: 5 à 20 %

Les fuites des systèmes à tubulure sont un soucis constant pour l’utilisateur. Les joints, les raccords, et les tubes peuvent êtres endommagés à tout moment par des mouvements du sol, par les rongeurs, par le gel ou par l’usure.  Comme la tubulure est souvent enterrée, les fuites ne se détectent pas facilement.

Avec le Solar-Dripper il faut remplir les bouteilles avec précaution pour ne pas perdre d’eau lors du remplissage.  L’embout ou le tuyau doit avoir un diamètre pour entrer dans le goulot de la bouteille et une valve doit permettre de contrôler le remplissage.  La perte de remplissage est minime avec un bricolage et des précautions simples.

Arrosage hors cible 5 à 30 %.

Les systèmes par aspersion ne visent pas spécifiquement chaque plante.  Beaucoup d’eau tombe loin de la plante. Cette eau peut provoquer du ruissellement en surface.

Variation de débits dans les réseaux goutte à goutte: de 5 à 20 % de perte.

   Traité d’irrigation page 612.

Avec les systèmes classiques, pour obtenir un volume d’eau sur un point d’arrivée l’installateur choisi un taux d’écoulement nominal (par  exemple  2 Litres par heure) et il ne peut que  programmer le nombre de minutes par jour de mise en route:  par exemple 15 minutes pour obtenir 500 ml par point.  Mais cette durée de pompage est la même pour l’ensemble du système.  Or  le volume d’eau appliqué résultant n’est jamais parfaitement uniforme et homogène en chaque point car des différences de 2 à 10 % environ existent dès le départ entre les débits des goutte à goutte neufs (ref 6).   Par exemple un goutte à goutte avec un débit nominal de 2L/h diffusera 2.1 litre par heure celui d’à côté 1.9 litre par heure.  Les goutte à goutte connectés à un réseau de tubulure ne reçoivent pas exactement la même pression ni la même durée.  De plus, chaque goutteur se colmate progressivement à différentes vitesses.  Selon la traité d’irrigation, ref 4 page 765: « Dans tous les cas, la diminution de l’uniformité d’arrosage sur un an est de 20 % ».  On  peut aussi lire » … on a observé 6% de bouchage complet après une année de fonctionnement ».

Il résulte des différences entre le volume d’arrosage souhaité et le volume réel obtenu sur chaque points d’un réseau.  Ces différences entre les goutteurs d’un réseau peuvent facilement atteindre de 5 à 20 % entre le goutteur le plus rapide et le plus lent.

Lorsqu’il y a plus de 20 %  de variation entre les goutteurs il faut changer ou purger le réseau avec une consommation d’eau. Conclusion: Pour s’assurer que chaque plante reçoive le minimum d’arrosage requis, une surdose est appliquée sur l’ensemble du réseau.  Cette surdose de compensation représente une perte de 5 à 20 %.

Avec le goutteur Solar-Dripper c’est différent.  Chaque plante reçoit exactement le volume d’eau mis dans sa bouteille. Le CV effectif est de 0 %.

Si une différence de durée peut apparaitre celle-ci n’a pas d’impact sur l’uniformité de la distribution car chaque bouteille doit se vider entièrement avant le prochain cycle. Comme le sol effectue son stockage normal de 3 à 10 jours cette variation de durée n’a pas d’effet.  L’utilisateur peut vérifier et contrôler  parfaitement la dose d’arrosage et ajuster individuellement la dose à chaque plant.  Cette exactitude et cette uniformité des volumes d’arrosage au ml près est utile pour effectuer des études comparatives précises entre des lots de plantes.  Concernant la durée d’écoulement, nos tests indiquent une excellente uniformité de fabrication avec des CV de 1.92 à 4 % sur la durée totale d’écoulement.

Eau nécessaire au nettoyage des goutte à goutte conventionnels.

Le problème de l’encrassement et du colmatage qui implique la filtration de l’eau sont deux contraintes majeures de l’irrigation goutte à goutte classiques: il faut faire des nettoyages réguliers et des purges pour retirer les biofilms qui peuvent boucher les goutteurs.  Ces nettoyages se font souvent avec des produits toxiques comme de l’acide ou du javel.  Cette eau toxique est non seulement perdue mais elle peut poser un problème à la permaculture en stérilisant le sol.

Certains systèmes à cône poreux préconisent des nettoyages à chaque usage car leurs débits d’écoulement diminuent en moins d’un mois.  Des systèmes de diffuseurs gravitaires en mode continu comme une perfusion préconisent parfois l’utilisation « d’eau pure » pour éviter le colmatage.  Avec les goutteurs classiques, plus leur débit est faible, plus ils sont sensibles à l’encrassement et au colmatage. En pratique, les taux d’écoulement de moins de 2 litres par heures sont moins utilisés à cause du colmatage.  Lorsqu’un goutteur se bouche inopinément, la plante peut s’assécher sans avertissement.  Ce problème est expliqué dans le rapport de la FAO, ref 9 : « … Peu après, le système sophistiqué tombait en panne par suite de la défaillance d’un rouage ou de l’inexpérience … ».

La sensibilité au colmatage des goutteurs classiques est classée en cinq catégories selon le « Guide Pratique de l’irrigation » ( Sensibilité à l’obstruction physique).

• Ultra sensibles US pour les goutteurs qui demandent une filtration complète de moins de 80 micromètres.
• Très sensibles TS qui requière une filtration de 80 micromètres.
• Sensible S qui requière une filtration de 100 micromètres.
• Peu sensible PS qui requière une filtration de 125 micromètres.
• Très peu sensibles TPS qui requière une filtration de 150 micromètres.

Le goutte à goutte Solar-Dripper se distingue par sa capacité unique de laisser passer des particules énormes de 2 mm soit 10 fois plus grosses que les systèmes classiques.  Nous utilisons de l’eau de pluie directement depuis 10 ans dans nos jardins de tests et nos goutteurs se réutilisent durant des années.  Les biofilms passent facilement par les régulateurs sans les boucher.

Le Solar-Dripper © définie ainsi une nouvelle classe de résistance  UTC ©: Ultra Tolérant au Colmatage avec le passage de particules de plus de 2 mm de diamètre.

Pour comparer les classes de colmatage des goutte-à-goutte classique avec le nouvelle classe UTC du Solar-Dripper, voici des cercles représentant les tailles de filtration comparée entre les classes de sensibilité au colmatage:

Même l’urine peut être utilisée comme fertilisant naturel avec le Solar-Dripper sans colmater les orifices.

En conclusion l’accumulation de chaque perte diminue rapidement la performance.

Selon la norme IWA-20 publiée en mars 2017 cette efficience d’irrigation varie de 45 à 95 % pour les meilleurs goutte-à-goutte enterrés sous la surface ( Low Rate Subsurface Drip).

Par son design et sa stratégie de fonctionnement unique, le goutteur ORIAZ combine 3 avantages qui permettent à l’utilisateur d’atteindre une économie d’eau encore supérieure :

1. La synchronisation naturelle de l’arrosage avec les besoins en eau.
2. Des débits jusqu’à 1 000 fois plus faibles.
3. Une tolérance au colmatage 10 fois meilleure.

Le système ORIAZ Solar-Dripper © permet une efficience inégalée de 99 % tout en résolvant le problème du colmatage.

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© ORIAZ Environnement, Robert Cossette      page contact             World Alliance for Efficient Solutions