République du Bénin

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université d’Abomey-Calavi

Faculté des Sciences Agronomiques

Département d’Aménagement et de Gestion des Ressources Naturelles

Spécialité : Génie Rural et Machinisme Agricole

DETERMINATION EXPERIMENTALE

DU DEBIT DES GOUTEURS ET DES

ASPERSEURS

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Fait par VIGAN Jéros

Plan Introduction

Généralités Définitions des concepts

Conclusion

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Fait par VIGAN Jéros

Introduction

L'irrigation est un apport artificiel d'eau à des plantes cultivées, qui a pour but de compenser

l'insuffisance des précipitations naturelles et de permettre le développement harmonieux de

ces plantes. Il existe deux grandes sortes d'irrigation : l'irrigation de surface et l'irrigation sous

pression. Cette dernière représente deux types, le premier est l'irrigation par aspersion, le

second est l'irrigation localisée ou micro irrigation. La micro irrigation utilise des distributeurs

spécifiques appelés goutteurs et l’irrigation par aspersion utilise les goutteurs.

Comment se fait la détermination expérimentale du débit des goutteurs et des asperseurs?

Généralités

Irrigation par aspersions :

L’irrigation par aspersion reproduit le phénomène naturel de la pluie, en maîtrisant. L’intensité et la

hauteur de la précipitation. Cette technique nécessite des conditions de pression moyenne à forte (de

3 à 6 bars à la buse).

Au niveau de l’asperseur, pièce maîtresse du dispositif, une buse crée un jet et l’oriente vers la

cuillère. Le bras mobile est activé par le jet. Le ressort de rappel provoque le retour du bras mobile

et assure ainsi la rotation de l’asperseur.

Micro- irrigation:

La micro-irrigation ou l’irrigation localisée consiste à humidifier une partie du sol dans la zone des

racines des cultures en y apportant des petites doses d’eau fréquentes dont a besoin la plante a

faible débit . L’eau véhiculée dans des tuyaux en plastique de faible diamètre est diffusée au

voisinage des racines par des organes de distribution tels que des goutteurs, diffuseurs ou des

ajutages calibres. Ces organes fonctionnent sous une pression de l’ordre de 1 bar avec des débits de

1 à 8 l/h pour ce qui concerne les goutteurs ou les gaines perforées, 20 à 60 l/h pour ce qui concerne

les diffuseurs, 35 à 100 l/h pour les ajutages calibres.

C’est un Système «basse pression» (0,5 à 2 bars).Les goutteurs les plus utilises plus utilisés sont

les goutteurs intégrés, les boutons et de moins en moins les goutteurs en ligne. Ces trois types de

goutteurs sont des organes de distribution, dont la conception particulière permet de délivrer l’eau à

faible débit, dans des conditions de régime turbulent. Ces différents goutteurs existent sous une

forme autorégulant présentant l’avantage de délivrer un débit homogène, même quand la pression

varie à l’intérieur d’une gamme

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Fait par VIGAN Jéros

Quelques définitions

Débit :

Le débit est défini comme la mesure du volume d'eau écoulé à travers une conduite dans un temps

donné. Il s'exprime en m3/heure ou l/s (nombre de mètres cube ou litres écoulés en une heure ou

une seconde). Dans une installation d'irrigation, il correspond à la somme des débits unitaires de

chaque émetteur d'eau (asperseur, goutte-à-goutte ou micro-jets).Le débit disponible est la ressource

en eau.

C'est le débit que vous avez souscrit auprès de la SCP ou celui que peut vous donner votre pompe

de forage ou de puits. Le débit disponible doit être supérieur au débit nécessité par les émetteurs

d'eau en fonctionnement simultané. Le cas échéant, on sectorisera l'installation avec un nombre de

réseaux suffisant.

Pression

C'est " l'énergie " du système d'irrigation. Elle est fournie par les réseaux sous pression de la SCP

ou par votre pompe. Si elle est trop importante, les arroseurs vont pulvériser l'eau et l'arrosage sera

de mauvaise qualité. Si elle n'est pas assez importante, l'eau ne pourra pas atteindre les arroseurs.

La pression maximale de service est indiquée sur votre contrat de fourniture d'eau. L’idéal est de

disposer d'une pression comprise entre 2 et 4 bars.

La vitesse de circulation de l’eau dans les conduites

Le déplacement de l'eau dans l'installation d'arrosage génère une perte d'énergie appelée "perte de

charge". Elle se traduit par une baisse de pression disponible. Plus la vitesse de l'eau dans les

canalisations est élevée, plus les pertes de charge ne sont importantes. La vitesse de l'eau est

déterminante pour un bon fonctionnement de l'installation. Elle doit être inférieure à 2 m/s, on

retient généralement comme base de calcul 1,5 m/s. Si l'on veut faire passer un gros débit dans une

canalisation sous dimensionnée, la vitesse de circulation sera élevée entraînant des pertes de charges

importantes. Les symptômes seront un manque de pression aux arroseurs, un sifflement dans les

canalisations et des risques de "coup de bélier" lors de la fermeture des vannes. Les dégâts peuvent

être importants: éclatement des accessoires, des canalisations… En revanche, un

surdimensionnement de conduite n'aura aucun effet néfaste sur l'installation.

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Les formes de goutteurs et asperseurs

Asperseur :

On distingue trois types d’asperseurs en fonction de leur pression de fonctionnement :

asperseurs basse pression : sprays ou buses, caractérisés par une faible portée (< 4 m),

et la petite taille des gouttes. Ils sont utilisables au bout de cannes de descente à des

pressions inférieures à 200 kPa ;

asperseurs moyenne pression : sprinklers3 ou sprays à rotor, ils ont une portée

moyenne (<15 m) et produisent des gouttes de plus gros diamètre.

Leur angle de tir est généralement inférieur à 10 ° ; leur gamme de pression de fonctionnement

comprise entre 100 et 350 kPa ;

asperseurs haute pression : sprinklers ayant une portée est élevée (>15 m), ils

fonctionnent à plus de 300 kPa de pression.

Pour un couple [asperseur, buse] donné, plus la pression de fonctionnement est élevée, plus la

portée est élevée et plus le diamètre moyen des gouttes diminue, et inversement.

Pour un couple [asperseur, pression] donné, plus le diamètre de la buse est élevé, plus la portée est

élevée et plus le diamètre moyen des gouttes augmente, et inversement.

Goutteur

Il existe des goutteurs turbulents et des goutteurs autorégulant :

Goutteurs turbulents : Le débit change selon la pression, La différence de débit ne doit pas être

supérieure à 10%, donc il y a une limite à la longueur de la gaine.

Le débit varie en fonction de la pression dans le rampe Ils sont caractérises par des valeurs de

l’exposant x qui varie de 0,38 à 0,8.

Goutteurs autorégulant : Le débit est fixe, donc la gaine peut être plus longue. Le débit est

pratiquement indépendant de la pression dans une certaine plage de valeur dans laquelle la valeur de

x dans l’équation débit-pression q= k*H est voisine de 0 La régulation est obtenue par une

membrane élastique qui se déforme et obture plus ou moins le passage de l’ eau sous pression.

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Plus la valeur de x est faible moins le d’bit est sensible aux variations de pression qui est cependant

de H si x= 0

III-Détermination expérimentale du débit des asperseur

Figure 1. Dispositif de mesure de la pluviométrie horaire des asperseurs sur la parcelle

Le calcul du débit d’un asperseur en fonctionnement dans sa position, est fondé sur le principe

suivant :

A un tronçon quelconque de canalisation secondaire, est raccordé un flexible sur lequel fonctionne

un asperseur.

On appelle 𝑞𝑎(𝑚3/s) le débit de l’asperseur et on suppose que la pression au point de départ du

flexible est connue : cette pression est définie par HTCS (en bar)

La perte de charge dans le flexible (rampe souple) est égale à Jr (en bar)

En utilisant la formule des pertes de charge (5) on a donc :

Jr=Lr.𝛾.𝑞𝑎𝜃(7)

Avec :

𝑞𝑎= débit de l’asperseur en 𝑚3/s

On a alors :

HTCS + 𝑍𝑎 =ℎ𝑎 + 𝑍𝑏 + ℎ𝑖 + 𝐽𝑟 (8)

Avec :

ℎ𝑎=pression de l’asperseur (en bar)

ℎ𝑖=hauteur d’installation de l’asperseur (en dam)

𝑧𝑎=cote du point de raccordement du flexible à la conduite secondaire

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𝑧𝑏=cote du traîneau portant l’asperseur

La pression de l’asperseur ℎ𝑎 est donnée par la relation (6)

On a donc ℎ𝑎 = 𝐴1.𝑞𝑎𝐵1

On a donc : ℎ𝑎=𝐴1. (3600. 𝑞𝑎)𝐵1

L’équation (8) devient donc :

HTCS+𝑍𝑎=𝑍𝑏 +ℎ𝑖+𝐴1. (3600. 𝑞𝑎)𝐵1+𝐿𝑟. 𝛾 .𝑞𝑎𝜗

Ce qui permet d’exprimer la pression au point de départ du flexible (HTCS) en

fonction uniquement du débit de l’asperseur.les autres paramètres de l’équation(10) étant

fixés et connus.

ℎ𝑖 + (𝑍𝑎-𝑍𝑏) +𝐴1. (3600. 𝑞𝑎)𝐵1 + 𝐿𝑟 . 𝛾 . 𝑞𝑎𝜗-HTCS =0

𝑍𝑎-𝑍𝑏=dénivelée entre le point de raccordement du flexible à la conduite

𝑍𝑎-𝑍𝑏=±s.Lr/10(en bar)

Ou s =pente du terrain naturel en %

Lr =longueur du flexible (en m)

On a donc

ℎ𝑖 ±0,1.s.Lr+𝐴1. (3600. 𝑞𝑎)𝐵1 + 𝐿𝑟 . 𝛾 . 𝑞𝑎𝜗-HTCS =0

Avec :

HTCS=pression au point a(en tête de rampe) (en bar)

𝐿𝑟=longueur du flexible (en m)

𝑞𝑎=débit de l’asperseur en 𝑚3/s

ℎ𝑖= hauteur d’installation de l’asperseur

S=pente du terrain naturel en %

Cette équation est donc de la forme F (𝑞𝑎)=0.On suppose ici que la pression en tête du

flexible est connue. La résolution de cette équation est effectuée par la méthode de NEWTON

(par son organigramme)

Aussi le débit peut être déterminé

Par définition de la dose journalière Dj (mm/h)

Q= 𝜋∗𝐿2∗𝐷𝑗

2400

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Avec Q en 𝑚3/𝑠

Remarque

Attention aux problèmes liés aux cas des appareils déplaçable, pour lequel le temps d’arrosage n’est

jamais de 24 h (il faut tenir compte des déplacements à sec) et à la surface, différente de 𝜋𝑙2

IV-Détermination expérimentale du débit des goutteurs

La mesure du débit par exemple sur une parcelle irriguée à une superficie de 0,85 ha, comprenant

un réseau ayant une rampe secondaire alimentant 172 gaines à cheminement long ont été faites sur

des gaines souples, de suivi. Sur chaque goutteur de suivi, on n’a mesurés les débits au niveau des

positions N°:1 – 166 - 332 et 500.

Figure 2. Disposition des points de mesures des débits sur les gaines (sous serre)

Les mesures de débit pour l’étude du coefficient d’uniformité ont été faites sur les goutteurs N

: 1 –58 - 115 et 172. Sur chaque goutteur de suivi, on n’a mesurés les débits sont au niveau

des positions N°:1 – 166 - 332 et 500.

Par la suite on aboutir à des calcules suivants :

Moyenne (q) des débits des 16 valeurs de débits mesurés dans une serre :

q = ∑ qu/16

16

1

Avec : qu : débit unitaire du goutteur

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Fait par VIGAN Jéros

Moyenne des débits (q min) des 4 valeurs les plus faibles :

qmin = ∑ qu faible/4

4

1

Coefficient d’uniformité :

Cu = (q min /q)*100

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CONCLUSION

Pour concevoir un système d’irrigation qui répond aux exigences de la plantes et du sol il est

important de pouvoir bien déterminer le débit des distributeurs. Ceci permet à la plante de se

développer dans les conditions optimales et donc entraine une augmentation du rendement et du

profit de l’exploitant.