# Efficience de l'irrigation à la parcelle. Quelles marges de manœuvre pour des économies d'eau ?

Claire Wittling

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Claire Wittling. Efficience de l'irrigation à la parcelle. Quelles marges de manœuvre pour des économies d'eau?. Sciences Eaux & Territoires, 2024, 45, pp.8139. 10.20870/revue-set.2024.45.8139 .
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# Efficience de l'irrigation à la parcelle. Quelles marges de manœuvre pour des économies d'eau ?

Claire WITTLING<fnref n="1" />

¹G-EAU, INRAE, AgroParisTech, Cirad, IRD, Montpellier SupAgro, Univ Montpellier, BP 5095, 34196 Montpellier Cedex 5, France.

Correspondance : Claire WITTLING, claire.wittling@inrae.fr

Dans le contexte du changement climatique, toutes les régions du monde font simultanément face à une demande alimentaire croissante, une baisse de la disponibilité de l'eau et des utilisations concurrentes de l'eau. L'agriculture est responsable de prélèvements d'eau douce principalement pour l'irrigation : environ 70 % des prélèvements totaux au niveau mondial (FAO, 2015) et 12 % en France (Gleick, 2014). Les économies d'eau en irrigation sont donc devenues un besoin urgent. Cet article propose une synthèse bibliographique des différentes approches envisageables pour réduire la consommation de l'eau à l'échelle de la parcelle.

## Économiser l'eau en réduisant les besoins en eau d'irrigation des cultures

### Choisir les espèces et variétés cultivées

La consommation en eau des cultures dépend de la position temporelle de leur cycle et de sa durée. Le choix d'espèces à cycle de développement hors des périodes à fortes demandes climatiques réduit les besoins d'irrigation (figure 1). De même, la culture d'espèces physiologiquement tolérantes au stress hydrique, comme le tournesol ou le sorgho, ou d'espèces à capacités élevées d'enracinement et d'extraction de l'eau du sol, comme la vigne ou la luzerne, diminue le risque de pertes de rendement en périodes de forte tension sur la ressource en eau (Leenhardt et al., 2020).

Enfin, les plantes à forte efficience de rendement ont une capacité physiologique à produire beaucoup de biomasse et un rendement élevé par unité d'eau transpirée. Les oléagineux et légumineuses ont des efficiences de rendement plus faibles que les céréales. Les plantes à métabolisme en C4¹ (maïs, sorgho, canne à sucre...) ont une efficience de rendement supérieure à celle des plantes en C3 (riz, blé, légumes, arbres fruitiers...).

Choisir ces cultures peut permettre une production par unité d'eau consommée supérieure. Cependant ces cultures, ayant une croissance importante en été, nécessitent des apports d'eau d'irrigation en période de sécheresse.

La diversification et l'allongement des rotations permet d'inclure des espèces moins demandeuses en eau d'irrigation, et donc de réduire les besoins en eau à l'échelle de la rotation culturale.

### Mieux valoriser l'eau de pluie pour réduire les besoins en eau d'irrigation

Toutes les actions permettant de mieux valoriser les précipitations d'un territoire par l'agriculture vont limiter le recours à l'irrigation. Citons en particulier, les pratiques visant à augmenter l'infiltration d'eau de pluie (cultures en courbes de niveau, billonnage, couverture du sol), et son stockage dans le sol (apport de matières organiques). Par ailleurs, pour une espèce donnée, la stratégie d'espique consiste à décaler les stades de développement les plus sensibles au déficit hydrique pour qu'ils ne coïncident plus avec des périodes de sécheresse, mais au contraire avec les périodes de plus grande disponibilité

<footnote n="1">1. Pour les plantes dites « en C4 », la première molécule produite lors de la fixation du CO₂ est un sucre à quatre atomes de carbone (l'oxaloacétate). Alors que pour les plantes dites « en C3 », la première molécule organique produite lors de l'assimilation du CO₂ est une molécule à trois atomes (l'acide phosphoglycérique) (source : Wikipedia).</footnote>
de l'eau de pluie. Elle permet de réduire les besoins en eau d'irrigation en choisissant des variétés précoces à développement plus rapide et/ou en avançant la date de semis des cultures de printemps dont le cycle de croissance peut se terminer avant les périodes critiques.

## Économiser l'eau en réduisant les pertes en eau ou améliorer l'efficience

### Qu'est-ce que l'efficience de l'eau d'irrigation ?

La définition de l'efficience de l'irrigation évolue dans le temps, selon les utilisateurs et les échelles considérées (Seckler et al., 2003; Jensen, 2007). L'approche historique

a défini l'« efficience classique » comme le rapport entre l'eau utilisée de manière bénéfique par la culture et l'eau fournie à la parcelle. Dans ce cas, l'eau quittant la parcelle est considérée comme une perte (Hsiao et al., 2007). Plus tard, l'approche « néoclassique » a pris en compte la part d'eau d'irrigation potentiellement disponible pour une réutilisation en aval (Richter et al., 2017), l'eau quittant la parcelle étant réutilisable à l'échelle du bassin versant.

Depuis sa sortie de la station de pompage jusqu'à son utilisation effective par la culture, l'eau d'irrigation franchit plusieurs étapes : transport jusqu'à la parcelle, distribution dans la parcelle, application dans l'air, stockage dans le sol et consommation par la plante (figure ②).

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>**Figure ①** – Positionnement temporel et besoins en irrigation des principales grandes cultures sous les conditions pédoclimatiques de Toulouse, pour un sol de 150 mm de réserve en eau (Leenhardt et al., 2020).</figcaption></figure>
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure ②** – Cheminement de l'eau d'irrigation et pertes (flèches rouges), dans le cas de l'irrigation par canon-enrouleur avec station de pompage individuelle (M : moteur, P : pompe). Définition de l'efficience et de la productivité de l'eau.</figcaption></figure>

Diverses pertes peuvent avoir lieu au cours de ce cheminement (flèches rouges). À l'échelle de la parcelle, ces pertes proviennent des fuites dans les canalisations et équipements, de l'évaporation directe dans l'air et de la dérive due au vent en aspersion, du ruissellement et du drainage, de l'eau résiduelle dans le sol après récolte qui représente un stockage excessif d'eau d'irrigation, de la transpiration des mauvaises herbes et enfin de l'évaporation du sol. L'efficience de l'eau d'irrigation à la parcelle est alors le rapport entre le volume d'eau d'irrigation effectivement transpiré par la culture et le volume d'eau d'irrigation fourni en entrée de parcelle. La productivité de l'eau d'irrigation est le rapport entre le supplément de rendement permis par l'irrigation et le volume d'eau d'irrigation fourni en entrée de parcelle. Économiser l'eau d'irrigation revient à réduire les différentes pertes le long du cheminement de l'eau dans la parcelle, c'est-à-dire à améliorer l'efficience globale de l'irrigation (voir également Serra-Wittling et al., 2020).

## Quels leviers pour réduire les pertes ?

### Leviers agronomiques

Les leviers agronomiques sont à actionner en priorité car ils permettent de mieux valoriser l'eau de pluie et ensuite, si l'irrigation s'avère nécessaire, d'économiser de l'eau d'irrigation. Ils agissent sur la taille du réservoir utile (RU) en eau<fnref n="2" /> du sol et son remplissage et concernent principalement la gestion du sol. Citons par exemple les pratiques d'agriculture de conservation des sols (ACS) qui reposent sur (1) un travail du sol simplifié voire nul (semis direct), (2) la couverture permanente du sol, et (3) des rotations culturales longues et diversifiées. Dans un agrosystème stabilisé, conduit depuis plusieurs années en ACS, la capacité de rétention en eau du sol dans les horizons de surface est accrue par la forte teneur en matière organique et par une plus forte porosité, ce qui permet de diminuer les pertes par drainage. Les

pertes par ruissellement sont réduites car l'infiltration de l'eau est favorisée par une meilleure structure (stabilité des agrégats), une continuité dans la macroporosité (bio-pores) et une augmentation de la durée d'infiltration de l'eau (rugosité de surface due aux résidus de culture ou aux couverts végétaux). L'amélioration de la dynamique de fonctionnement du réservoir utile du sol en ACS (infiltration plus importante et plus stable dans le temps) ainsi que sa meilleure utilisation par les cultures (profondeur d'enracinement supérieure) semble jouer un rôle plus important que l'augmentation du RU proprement dit (Alletto et al., 2022). Enfin, les pertes par évaporation du sol sont limitées en raison de l'effet protecteur du couvert végétal mort ou vivant (effet mulch). Selon Raza et al. (2011), la pratique de non-labour améliore le stockage d'eau dans le sol de 8 à 33%, et donc l'efficience globale de 17 à 30%. Le mulch à la surface du sol réduit le ruissellement de 10 à 75% et l'évaporation de 11 à 36%, ce qui représente une augmentation de l'efficience globale de 10 à 45%.

### Leviers technologiques

Ils concernent les équipements d'irrigation proprement dits, ainsi que la manière de les utiliser.

#### Adopter un système d'application plus efficient

Un système d'irrigation efficient permet de réduire les pertes. Ainsi, des économies d'eau sont réalisées en passant de l'irrigation gravitaire ou de l'aspersion à l'irrigation localisée. L'irrigation localisée élimine les pertes par dérive et évaporation directe de l'aspersion. Du fait des doses appliquées plus faibles et des débits plus bas, elle réduit également le ruissellement et le drainage. Le goutte à goutte enterré réduit considérablement l'évaporation de l'eau d'irrigation du sol (Bonachela et al., 2001). Les valeurs moyennes d'efficience à la parcelle couramment adoptées sont 55-75% pour l'enrouleur, 60-85% pour la couverture intégrale, 75-90% pour les

<footnote n="2">2. Le réservoir utile en eau d'un sol (RU) représente la quantité d'eau maximale que le sol peut contenir et restituer aux racines pour la vie végétale (source : GIS SOL).</footnote>
pivots traditionnels, 70-95% pour les micro-asperseurs et le goutte à goutte de surface, et 75-95% pour le goutte à goutte enterré (Howell, 2003).

### Optimiser l'uniformité de distribution

Une faible uniformité de distribution de l'eau peut être due à un mauvais dimensionnement de l'installation entraînant des écarts de débit, à une variation des conditions hydrauliques de fonctionnement, aux conditions ventées (Weber et Granier, 2012), au colmatage. Une bonne uniformité contribue à une plus grande efficience car elle évite les zones sur-irriguées et donc les pertes par ruissellement/drainage. Par exemple, en couverture intégrale, Carrión et al. (2014) montrent expérimentalement une efficience plus élevée en quadrillage de 15 m x 15 m qu'en 18 m x 18 m en raison d'une meilleure uniformité avec l'espacement rapproché.

### Améliorer un système existant

Une autre façon de tirer parti de la technologie consiste à ajouter certains dispositifs à un système existant. Sur canons enrouleurs, les systèmes de brise-jet ou d'angle réglable évitent les pertes en eau par débordement hors de la parcelle ciblée (routes ou parcelles voisines). Sur pivots, un système d'irrigation à débit variable (VRI) peut permettre des économies d'eau de l'ordre de

15% (Ghinassi et Pezzola, 2014; Zhao et al., 2017) en évitant les zones sur-irriguées et donc les pertes par ruissellement/drainage.

### Optimiser l'utilisation du matériel

Les problèmes d'étanchéité ou de fuites dans les tuyaux d'amenée d'eau au sein de la parcelle ou dans les équipements eux-mêmes (tuyau d'un enrouleur), provenant de la vétusté du matériel et de son mauvais entretien, sont susceptibles d'entraîner jusqu'à 10% de pertes. Supprimer les fuites permet naturellement d'économiser de l'eau. De même, choisir les heures d'application de l'eau permet de réduire les pertes par évaporation directe en aspersion qui représentent, en règle générale, moins de 5% de l'eau appliquée lors d'une journée chaude (Molle et al., 2011). On recommande d'éviter d'irriguer en aspersion durant la plage horaire 11-15 h, heure à laquelle la température et le rayonnement sont les plus élevés. Enfin, pour limiter les pertes par dérive, l'aspersion est déconseillée en journées fortement ventées, de même que durant la plage horaire 12-18 h (vent thermique).

### Leviers de pilotage de l'irrigation

Le pilotage de l'irrigation consiste à ajuster la fréquence et les doses d'irrigation en fonction d'une stratégie d'irrigation optimisée par des modèles ou en fonction des conditions climatiques combinées au statut hydrique mesuré de la plante ou du sol. Les capteurs utilisés pour suivre l'état hydrique des plantes (dendromètres, capteurs de flux de sève...) ou du sol (sondes capacitives, tensiomètres) permettent d'éviter la sur-irrigation et donc de réduire les pertes par ruissellement, drainage et/ou eau résiduelle dans le sol après la récolte. Les solutions digitales pour le pilotage de l'irrigation (drone, images satellite, stations agro-météo connectées) permettraient des économies d'eau de 15 à 20% par rapport à une irrigation traditionnelle (DATI project, 2021). La figure ③ présente les consommations en eau d'irrigation pour la culture de la courgette de plein champ, avec irrigation en goutte à goutte de surface pilotée soit selon l'évapotranspiration maximale (ETM), soit à l'aide de tensiomètres. L'économie d'eau réalisée grâce aux tensiomètres est de 53 à 68% par rapport au pilotage à l'ETM, avec des rendements nettement supérieurs aux rendements prévisionnels (Gard et al., 2016).

**Figure ③** – Apports d'eau d'irrigation et rendements de courgettes de plein champ. Irrigation au goutte à goutte de surface. Pilotage selon l'évapotranspiration maximale (ETM) ou à l'aide de tensiomètres (seuil de déclenchement 25 cbars dans l'horizon 0-15 cm). Le rendement prévisionnel est l'objectif de production choisi et utilisé pour le calcul des doses de fertilisants. Serra-Wittling et Molle (2017), d'après Gard et al. (2016).

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

## Quelles marges de manœuvre pour des économies d'eau ?

### Leviers agronomiques

Même si de nombreux travaux illustrent l'impact de la gestion du sol sur ses propriétés en lien avec l'eau, trop peu de références existent sur leurs conséquences sur l'irrigation et les économies d'eau. Sur cultures maraîchères en ACS en Uruguay, ayant observé une augmentation du réservoir utile du sol de 9,5% et une diminution du drainage de 37%, Alliaume et al. (2017) modélisent une économie d'eau d'irrigation potentielle allant de 27 à 44%. Cependant, dans la pratique, il est généralement observé que les exploitants en ACS irriguent de la même manière qu'en conventionnel, sans tirer avantage de l'évolution des propriétés de leur sol en ACS. Des recherches complémentaires sont donc encore nécessaires.
<table><caption>Tableau ① – Économies d'eau potentiellement réalisables par un changement de matériel d'irrigation.</caption><thead><tr><th colspan="6">Maïs et autres grandes cultures</th></tr><tr><th rowspan="2">Économie d'eau (%)</th><th colspan="5">Nouveau</th></tr><tr><th>Enrouleur</th><th>Couverture intégrale</th><th>Pivot basse pression</th><th>Goutte-à-goutte de surface</th><th>Goutte-à-goutte enterré</th></tr></thead><tbody><tr><th>Ancien</th><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><th>Enrouleur</th><td>10</td><td>10</td><td>5-20*</td><td>10-20*</td><td>15-35*</td></tr><tr><th>Couverture intégrale</th><td>–</td><td>10</td><td>5-20*</td><td>15-25*</td><td>20-25*</td></tr><tr><th>Pivot/rampe</th><td>–</td><td>–</td><td>5-10*</td><td>5-15</td><td>10-25</td></tr><tr><th>Goutte-à-goutte de surface</th><td>–</td><td>–</td><td>–</td><td>10-20</td><td>15-20</td></tr><tr><th>Goutte-à-goutte enterré</th><td>–</td><td>–</td><td>–</td><td>–</td><td>10-20</td></tr></tbody></table>

<table><thead><tr><th colspan="6">Arboriculture</th></tr><tr><th rowspan="2">Économie d'eau (%)</th><th colspan="5">Nouveau</th></tr><tr><th>Aspersion sur frondaison</th><th>Aspersion sous frondaison classique</th><th>Aspersion sur frondaison/ microjet</th><th>Goutte-à-goutte de surface</th><th>Goutte-à-goutte enterré</th></tr></thead><tbody><tr><th>Ancien</th><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><th>Aspersion sur frondaison</th><td>10</td><td>10</td><td>15-30*</td><td>20-35</td><td>25-35*</td></tr><tr><th>Aspersion sous frondaison/ microjet</th><td>–</td><td>–</td><td>10-20</td><td>15-25</td><td>15-30</td></tr><tr><th>Goutte-à-goutte de surface</th><td>–</td><td>–</td><td>–</td><td>10-20</td><td>5-15</td></tr><tr><th>Goutte-à-goutte enterré</th><td>–</td><td>–</td><td>–</td><td>–</td><td>10-20</td></tr></tbody></table>

<table><thead><tr><th colspan="4">Maraîchage de plein champ</th></tr><tr><th rowspan="2">Économie d'eau (%)</th><th colspan="3">Nouveau</th></tr><tr><th>Couverture intégrale</th><th>Mini-aspersion</th><th>Goutte-à-goutte de surface</th></tr></thead><tbody><tr><th>Ancien</th><td></td><td></td><td></td></tr><tr><th>Couverture intégrale</th><td>10</td><td>5-10*</td><td>5-15*</td></tr><tr><th>Mini-aspersion</th><td>–</td><td>10-20</td><td>10-30</td></tr><tr><th>Goutte-à-goutte de surface</th><td>–</td><td>–</td><td>10-20</td></tr></tbody></table>

## Leviers technologiques

Un référentiel (tableau ①) a été établi pour évaluer a priori les économies d'eau potentiellement réalisables en changeant de système d'irrigation, en se basant sur des références d'économies d'eau réalisées à la par-celle avec les divers systèmes d'irrigation sous pression (Serra-Wittling et Molle, 2017). Les références collectées couvrent une période de trente ans, sur un large éventail de cultures et de conditions pédoclimatiques du territoire métropolitain français. Les consommations d'eau ont été comparées entre deux systèmes d'irrigation différents (aspersion ou système localisé) dans le même contexte (même année, même sol, même culture). Dans ce tableau, les valeurs sur la diagonale concernent le renouvellement d'un système à l'identique, c'est-à-dire le remplacement d'un ancien système par un nouveau.

## Leviers de pilotage de l'irrigation

De la même manière, un référentiel des économies d'eau réalisables par l'adoption de sondes de sol (sondes capacitives ou tensiromètres) ou de plante (dendromètre) a été établi (tableau ②) à partir de consommations d'eau observées entre deux modes de pilotage (sans et avec sondes d'état hydrique du sol ou de la plante) dans le même contexte.

<table><caption>Tableau ② – Économies d'eau potentiellement réalisables par l'acquisition et l'utilisation d'un matériel de pilotage (en comparaison d'une irrigation sans matériel de pilotage).</caption><thead><tr><th>Tensiromètres ou sondes capacitives</th><th>Tensiromètres + dendromètres</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="2">Grandes cultures</td></tr><tr><td>15-40</td><td>–</td></tr><tr><td colspan="2">Arboriculture</td></tr><tr><td>10-20</td><td>15-30</td></tr><tr><td colspan="2">Maraîchage de plein champ</td></tr><tr><td>15-40</td><td>–</td></tr></tbody></table>

Ces deux référentiels d'économies d'eau potentiellement réalisables, soit par un changement de système d'irrigation, soit par l'adoption de sondes de sol ou de plante pour le pilotage de l'irrigation, peuvent être utilisés pour évaluer ex ante les économies d'eau que l'on peut attendre lors de la modernisation d'installations d'irrigation. Ils peuvent également aider les politiques publiques à évaluer la réduction potentielle des prélèvements d'eau pour l'irrigation à l'échelle de la région ou du bassin. En

<footnote>* Augmenter les valeurs hautes et basses des intervalles de + 5 en région ventée.</footnote>
outre, ils peuvent fournir des informations aux institu-
tions de financement et aux organismes de réglementa-
tion, comme l'Union européenne, afin d'orienter les
subventions vers les équipements les plus pertinents en
termes de potentiel d'économie d'eau.

Ce qu'il faut retenir

Réaliser des économies d'eau en irrigation passe par la réduction des pertes en eau, c'est-à-dire par l'amélioration de l'efficience de l'irrigation à la parcelle.

Améliorer l'efficience à la parcelle se fait d'abord par les pratiques culturales, en particulier la gestion du sol, qui permet de mieux valoriser l'eau de pluie (et d'irrigation si nécessaire). Cependant, très peu de références sont encore disponibles sur les économies d'eau réalisables à travers ces pratiques.

Améliorer l'efficience se fait ensuite par la modernisa-
tion des systèmes d'irrigation : changement de système
et pilotage de l'irrigation. De nombreux progrès techno-
logiques ont été réalisés pour concevoir des systèmes
d'application de l'eau économies; toutefois le potentiel
d'économies d'eau est faible en années très sèches. Les
outils de pilotage de l'irrigation sont relativement peu
utilisés et de grandes marges de progrès existent encore;
de plus, ces outils permettent des économies d'eau
elevées même en années sèches (Serra-Wittling et al.,
2020).

Afin de favoriser les économies d'eau en contexte de changement climatique, il est important d'inciter les investissements de matériels économies en eau, mais aussi les améliorations de pratiques d'irrigation dont le pilotage de l'irrigation. ■

RÉFÉRENCES

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