Manuel d'utilisation du programme Cecil

Manuel dutilisation du programme de calcul CECIIL

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(Calcul Et Conception dInfrastructures dIrrigation

Localise)


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Manuel dutilisation du programme de

calcul CECIIL (Calcul Et Conception dInfrastructures

dIrrigation Localise)

Ccile Vabre

Sergio Chiva Vicent

Leonor Hernndez Lpez

Jos Enrique Juli Bolvar

VALENCIA 2012


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Ce manuel et le programme CECIIL associ ont t dvelopps la Universitat Jaume I de Castelln,

(Espagne) par le dpartement : Departamento de Ingeniera Mecnica y Construccin, rea de

Mecnica de Fluidos en collaboration avec l'organisation humanitaire internationale Action Contre la

Faim (Espagne).

Information de contact :

Departamento de Ingeniera Mecnica y Construccin

Universitat Jaume I

Campus del Riu Sec

E-12080 Castelln de la Plana

Espaa (Spain)

Pour toute information complmentaire:

Ccile Vabre : [email protected] Sergio Chiva Vicent: [email protected] Leonor Hernndez Lpez: [email protected] Jos Enrique Juli Bolvar: [email protected] Pablo Alcalde Castro: [email protected]

Novembre 2012

del texto: los autores

de esta edicin: PSYLICOM Distribuciones editoriales

C/ San Juan de la Cruz, 9

46009 Valencia. ESPAA.

www.psyli.com

www.lowcostbooks.es

Imprime: By Print

ISBN: 978849406636-8

DEPSITO LEGAL: V 3446 - 2012

IMPRESO EN ESPAA PRINTED IN SPAIN

Queda prohibida la reproduccin total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, sin la

autorizacin escrita de los titulares del Copyrigth, bajo las sanciones establecidas por las leyes.

Cualquier forma de reproduccin, distribucin, comunicacin pblica o transformacin de esta obra solo

puede ser realizada con la autorizacin de sus titulares, salvo excepcin prevista por la ley. Dirjase a CEDRO

(Centro espaol de Derechos Reprogrficos, www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algn

fragmento de esta obra.


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Table des matires

1. Prsentation du programme .............................................................................................................. 11

1.1. Objectifs du programme ............................................................................................................ 11

1.2. Fonctionnement ......................................................................................................................... 11

2. Dfinition des sous- units ................................................................................................................. 13

2.1. Introduction ................................................................................................................................ 13

2.1.1. Exemple dtaill : NDiokouti ............................................................................................. 14

3. Dimensionnement des sous- units ................................................................................................... 15

3.1. Processus de calcul ..................................................................................................................... 15

3.2. Feuille de calcul 1. CULTURE ...................................................................................................... 17

3.2.1. Explication du processus de calcul ..................................................................................... 17

3.2.2. Entre des donnes dans la feuille de calcul ...................................................................... 22


3.3. Feuilles 2. SOUS UNITS et 3. SOUS UNITS 2 ............................................................................ 28

3.3.1. Explication du fonctionnement des sous units ................................................................ 28



3.4. Feuille 4. GRAPHIQUES .............................................................................................................. 45


4. Rseau darrosage .............................................................................................................................. 47

4.1.1. Explication du processus de calcul ..................................................................................... 47

4.2. Feuille 5. RESEAU CONFIGURE ................................................................................................... 47

4.2.1. Entre des donnes pour le dimensionnement ................................................................. 48


4.3. Feuille 6. POMPE ........................................................................................................................ 54

4.3.1. Entre des donnes ............................................................................................................ 55


4.4. Feuille 7. EPANET ....................................................................................................................... 58

4.4.1. Utilisation de EPANET ......................................................................................................... 58



5. Information complmentaire ............................................................................................................. 63

5.1. Conversion des diffrentes units: ............................................................................................. 63


8

5.2. Texture du sol : ........................................................................................................................... 63

5.3. Cadres avec donnes de la FAO ................................................................................................. 64

6. Bibliographie....................................................................................................................................... 67

Table de contenus

Cadres:

Cadre 2-1: Dimensions des sous units ...................................................................................................... 14

Cadre 3-1: Relation de percolation ............................................................................................................ 20

Cadre 3-2: Coefficient d'uniformit, valeurs conseilles ........................................................................... 20

Cadre 3-3: Conductivit de l'eau et risque de salinit ............................................................................... 24

Cadre 3-4: Valeurs d'vapotranspiration obtenues grce au programme CROPWAT ............................... 26

Cadre 3-5: Valeurs de prcipitation obtenues grce au programme CROPWAT ....................................... 27

Cadre 3-6: Zone humide selon la texture ................................................................................................... 29

Cadre 3-7: Coefficients de variation des goutteurs .................................................................................... 31

Cadre 3-8: Valeurs caractristiques de la sous unit type A ...................................................................... 43

Cadre 3-9: Valeurs caractristiques de la sous unit type B ...................................................................... 44

Cadre 3-10: Caractristiques des canalisations latrales ........................................................................... 44

Cadre 3-11: Caractristiques des conduites maitresses ............................................................................ 44

Cadre 4-1: Diamtres standardiss ............................................................................................................ 50

Cadre 4-2: Donnes d'entre zone ouest ................................................................................................... 52

Cadre 4-3: Diamtres obtenus zone Ouest ................................................................................................ 53

Cadre 4-4: Donns pour EPANET zone ouest ............................................................................................. 53

Cadre 4-5: Donnes de la pompe pour la zone Ouest ............................................................................... 53

Cadre 4-6: Donnes de la pompe pour la zone Est .................................................................................... 54

Cadre 5-1: Valeurs de Kc (source: FAO) ...................................................................................................... 64

Cadre 5-2: Valeurs de profondeur de racine et disponibilit de leau dans le sol (source FAO) ............... 65

Cadre 5-3: Valeurs de la conductivit lectrique du sol partir de laquelle la diminution de la production

de la plante est de 100%. ........................................................................................................................... 66


9

Illustrations:

Illustration 2-1: Systme darrosage goutte goutte ................................................................................ 13

Illustration 2-2: Schma de la parcelle ....................................................................................................... 14

Illustration 3-1: Procesus de calcul ............................................................................................................. 15

Illustration 3-2: Interaction entre les diffrentes feuilles de calculs ......................................................... 16

Illustration 3-3: Bilan hydrique ................................................................................................................... 17

Illustration 3-4 Variation du coefficient de culture selon le stade de croissance ...................................... 19

Illustration 3-5: Configuration des sous units: canalisations latrales et conduite principale ................ 29

Illustration 3-6: Goutteurs interne et externe ........................................................................................... 30

Illustration 3-7: Goutteurs non auto-rgulant ........................................................................................... 31

Illustration 3-8: Exemple de donnes de catalogue de goutteurs ............................................................. 32

Illustration 3-9: Disposition des canalisations latrales ............................................................................. 35

Illustration 3-10: Pente des canalisations latrales.................................................................................... 35

Illustration 3-11: Relations de causes/effets des paramtres de la sous unit ......................................... 39

Illustration 4-1: Configurations du systme d'arrosage ............................................................................. 47

Illustration 4-2: Configuration (1) du rseau .............................................................................................. 49

Illustration 4-3: Configuration (2) du rseau .............................................................................................. 49

Illustration 4-4: Paramtres du rseau....................................................................................................... 51

Illustration 4-5: Sparation de la parcelle en deux zones .......................................................................... 51

Illustration 4-6: Zone Ouest ........................................................................................................................ 52

Illustration 4-7: Choix de pompe incorrect ................................................................................................ 55

Illustration 4-8: Choix de la pompe correct ................................................................................................ 55

Illustration 4-9: Modle cre sous EPANET ................................................................................................ 58

Illustration 4-10: Schma hydraulique de la zone Ouest ........................................................................... 60

Illustration 4-11: Pertes de charges des valves de modlisation des sous units ..................................... 60

Illustration 4-12: Courbe Caractristique de la pompe sous EPANET ........................................................ 61

Illustration 4-13: Rsultats de la simulation concernant les noeuds ......................................................... 61


10

Illustration 4-14: Rsultats de la simulation concernant les tuyaux .......................................................... 62

Illustration 5-1: Textures du sol .................................................................................................................. 63

Aperus du programme:

Aperu du programme 3-1: Choix de la culture ......................................................................................... 23

Aperu du programme 3-2: Donnes climatiques ..................................................................................... 23

Aperu du programme 3-3: Donnes du sol .............................................................................................. 24

Aperu du programme 3-4: Rsultats des calculs hydriques ..................................................................... 25

Aperu du programme 3-5: Proprits des goutteurs ............................................................................... 34

Aperu du programme 3-6: Proprits de la canalisation latrale ............................................................ 36

Aperu du programme 3-7: Proprits de la conduite maitresse .............................................................. 36

Aperu du programme 3-8: Validation de la sous unit ............................................................................ 38

Aperu du programme 3-9: Disposition des goutteurs et zones mouilles ............................................... 40

Aperu du programme 3-10: Rpartition de la pression dans les goutteurs ............................................. 40

Aperu du programme 3-11: Dure de dbit d'arrosage ........................................................................... 41

Aperu du programme 4-1: Diamtres conseills et choisis ...................................................................... 50

Aperu du programme 4-2: Courbe caractristique et rendement de la pompe ...................................... 56

Aperu du programme 4-3: Entre de la courbe de la pompe .................................................................. 57


11

Prsentation du programme

1.1. Objectifs du programme Le programme qui va tre prsent ici a t dvelopp dans le cadre dun stage ralis avec lONG

Action Contre la Faim-Espagne. La thmatique du stage tait la cration de systmes dirrigation par

goutte--goutte dans le Sahel, et plus particulirement en Mauritanie. Lobjectif initial du programme

tait de faciliter les calculs raliser pour le dimensionnement dun systme de goutte--goutte pour ce

cas particulier. Cependant, il devint rapidement vident quen effectuant quelques modifications, le

programme permettrait daider dimensionner une grande varit de cas et pas seulement ce cas

particulier. En fin de compte, le programme a t adapt de faon a tre suffisamment gnral pour

pouvoir tre utilis dans des projets de coopration ou dautres types de projets.

Lobjectif de ce programme est de disposer dun outil daide lors de la conception de systmes

darrosage par goutte- - goutte. Plus concrtement, il permet de:

- Calculer les besoins hydriques des cultures partir de donnes de la plante, du sol et du climat.

Ce calcul se ralise uniquement pour le mois le plus dfavorable qui sert de point de dpart

pour le dimensionnement du reste du systme goutte- - goutte. Des paramtres darrosage

(dose et frquence) sont galement proposs.

- Choisir les tuyaux , les goutteurs adapts et vrifier que la configuration des tuyaux respecte les

critres de base de dimensionnement de ce type de systme. Pour faciliter le choix du matriel

utiliser, les tuyaux proposs utilisent les diamtres standards des fabricants, mais de nouveaux

diamtres peuvent galement tre introduits.

- Proposer un critre de choix de la pompe, en comparant la courbe de fonctionnement de celle-

ci et le point de fonctionnement requis.

- Crer un modle simplifi du systme darrosage utilisable sous le programme EPANET. Ce

programme de modlisation de rseau deau permet, dans ce cas, dobtenir une simulation plus

exacte du comportement global du systme darrosage.

1.2. Fonctionnement Une des ides cls du programme est quil doit pouvoir tre utilis facilement par tous. Pour cela, il a

t implant sous Excel, de faon ce quil ny ait pas besoin de linstaller ou de compiler quoi que ce

soit.

Pour pouvoir lutiliser, il faut que Microsoft Office Excel soit install sur lordinateur (version 2003, 2007

ou 2010) et obtenir le classeur qui contient le programme (par tlchargement, copie sur CD ou autre).

En ouvrant le classeur, une srie de feuilles de calculs apparaissent. Elles sont la base du programme :

elles permettent dentrer les donnes ncessaires et de fournir les rsultats obtenus. Les calculs

seffectuent sur des feuilles qui ne sont pas visibles et ne peuvent pas tre modifies. Pour obtenir des

rsultats cohrents, il faut remplir les feuilles squentiellement et, dans certains cas, noter les rsultats

pour pouvoir les reporter dans les feuilles suivantes. Le fonctionnement dtaill des feuilles de calculs

est expliqu plus loin dans le document (voir Illustration 3-2: Interaction entre les diffrentes feuilles de

calculs).


12

Le programme est organis en feuilles de calculs, une organisation similaire a donc t choisie pour ce

manuel. Il contient la description de chaque feuille de calculs dans lordre o elle doit tre utilise. Pour

chaque feuille, une premire partie thorique permet dintroduire les notions ncessaires la

comprhension du fonctionnement de celle-ci et le dtail des calculs est expos. Ces calculs se font de

manire automatique dans le programme, leur prsentation dans ce manuel a un rle purement

indicatif. Une deuxime partie permet de prsenter les donnes qui sont demandes pour le

fonctionnement correct de la feuille, ainsi que les rsultats produits. Enfin, un exemple dtaill tout au

long du manuel permet de voir une application concrte du programme.

La premire feuille de calcul du classeur, appele 0. INSTRUCTIONS , nest pas dtaille ici puisquil

sagit en fait dun rsum du fonctionnement des diffrentes feuilles, similaire aux explications donnes

dans ce manuel.


13

2. Dfinition des sous- units

2.1. Introduction Lorsque lon veut concevoir un systme darrosage, il est intressant et souvent ncessaire de le sparer

en plusieurs sections qui sont dimensionnes chacune de faon indpendante avant dtre intgres

dans la conception densemble. Une section correspond un espace ddi la culture dune seule

espce de plante et dont les caractristiques (type de sol, pente) sont globalement homognes.

Lensemble des dispositifs (tuyaux, valves) qui permettent larrosage dune section sappelle une sous-

unit. Elle est compose principalement dune conduite matresse, dune srie de canalisations

latrales, de goutteurs et de tous les lments de contrle ncessaires son bon fonctionnement.

Illustration 2-1: Systme darrosage goutte goutte

Avant de pouvoir dimensionner le systme darrosage, il faut commencer par dfinir les espaces qui

vont tre cultivs et les sous-units associes. Les sous- units peuvent tre diffrentes les unes des

autres, ce qui implique une plus grande versatilit mais aussi une plus grande charge de travail puisquil

faut dimensionner chaque sous-unit indpendamment. Rien nempche cependant davoir des sous-

units similaires lorsque le terrain le permet. La premire question se poser est donc Combien de

sous-units vais-je devoir utiliser? suivie de Quelles vont-tre les caractristiques de chaque sous-

unit?

La rponse la plus simple la premire question est : une sous-unit par espce de plante cultive, bien

que dans la pratique une mme espce puisse tre cultive sur plusieurs sous- units. Pour la deuxime

question, il sagit de dterminer la pente existante, les caractristiques du sol etc.

lments gnraux de

rgulation, contrle,

pompage, filtrage, etc.

Premire

sous- unit

Deuxime

sous- unit

Canalisations latrales

Conduites matresses


14

2.1.1. Exemple dtaill : NDiokouti

La parcelle de NDiokouti mesure peu prs un demi -hectare (soit 5000 m2) sur un terrain plat et

uniforme. On y cultive 11 types de plantes. En consquence, on va y installer 11 sous-units. Afin de

simplifier le dimensionnement, on va utiliser des sous-units similaires, en les groupant selon 2 types :

Sous units type A : taille de 14m x 21m, avec 9 sous-units similaires

Sous units type B : taille de 10m x 27m, avec 2 sous-units similaires.

Comme on peut voir sur le Cadre 2-1, la superficie totale de zone cultive (3186 m2) est infrieure celle

de la parcelle. Lespace non cultiv sera utilis pour le stockage de leau ou pour des installations

secondaires (ppinire, zone de compost, rangement des outils). LIllustration 2-2: Schma de la

parcelle permet de visualiser loccupation de lespace sur la parcelle.

N sous-units

similaires

Largeur

[m]

Longueur

[m]

Surface de la

sous unit [m2]

Surface

totale [m2]

A 9 14 21 294 2646

B 2 10 27 270 540

TOTAL: 3186

Cadre 2-1: Dimensions des sous units

Illustration 2-2: Schma de la parcelle

Sous- unit

type A

14m x 21m

Sous- unit type B

10m x 27m

50m


15

3. Dimensionnement des sous- units

3.1. Processus de calcul Les quatre premires feuilles de calcul de lExcel ont pour objectif de dimensionner les sous-units. Le

dimensionnement est individuel, cest dire que pour chaque sous- unit, il faut remplir successivement

ces quatre premires feuilles puis noter les rsultats avant de passer la suivante (cadre bleu de

lIllustration 3-1: Procesus de calcul). Les feuilles de calcul 5, 6 et 7 servent dimensionner les

quipements communs tout le systme (tuyaux de connexion, pompe) et crer un fichier utilisable

avec le programme EPANET.

Les diffrentes feuilles de calcul interagissent entre elles et une partie de linformation est transmise

automatiquement dune feuille lautre. Le schma suivant dtaille les interactions entre feuilles:

faire pour chaque sous- unit

Validation de la sous -unit et report de

ses valeurs caractristiques pour le calcul

du rseau

Dimensionnement des tuyaux qui

composent le reste du rseau selon un

critre conomique

Vrification des prestations de la

pompe

Cration dun fichier

utilisable en EPANET pour

modliser le

comportement du rseau

Calcul des paramtres darrosage :

besoins hydriques, dose et

frquence darrosage.

Proposition de dimensionnement et

disposition des tuyaux de la sous

unit

Modification de dimensionnement

et disposition des tuyaux de la

sous unit

La sous-unit vrifie les trois

critres de bon fonctionnement ? NON

OUI

Illustration 3-1: Procesus de calcul


16

Donnes entrer:

Caractristiques de la culture, du

sol et du climat

Rsultats :

Besoins hydriques

Dose et frquence darrosage

Feuille 1. CULTURE

Donnes entrer :

Besoins hydriques couvrir et paramtres darrosage

Caractristiques et disposition du systme goutte goutte

Pression lentre de la sous- unit

Rsultats :

Validation du fonctionnement de la sous- unit

Paramtres de modlisation de la sous- unit

Feuille 3. SOUS UNIT 2

Donnes entrer :

Caractristiques du goutteur et des

tuyaux utiliss

Disposition des tuyaux

Feuille 2. SOUS UNIT

Donnes entrer :

Paramtres de modlisation de chaque sous- unit

Longueur des tuyaux et ctes des principaux points

Caractristiques gnrales du systme darrosage (niveau statique,

dimensions rservoir)

Rsultats :

Propositions de diamtres standards pour les canalisations principales

Donnes fonctionnement de la pompe

Feuille 5. RSEAU

Donnes entrer :

Point de fonctionnement de la pompe

Courbe caractristique de la pompe

Rsultats :

Validation de la pompe

Feuille 6. POMPE

Donnes entrer :

Caractristiques de la pompe

Comportement hydraulique des sous- units

Dimensions des tuyaux et composants du systme

Rsultats :

Fichier utilisable sous EPANET

Feuille 7. EPANET

Illustration 3-2: Interaction entre les diffrentes feuilles de calculs

reporter

manuellement

reporter

manuellement


17

La premire tape pour dimensionner une sous- unit est le calcul des besoins hydriques de la plante

cultive. Une fois ces besoins estims, des paramtres darrosage (dose, frquence) sont proposs afin

de couvrir ces besoins. Cette estimation initiale seffectue grce la premire feuille de calcul intitule

1. CULTURE.

3.2. Feuille de calcul 1. CULTURE

3.2.1. Explication du processus de calcul

Lobjectif de cette feuille est de calculer les besoins hydriques des cultures. Ces besoins correspondent

la quantit deau quil faut apporter la plante pour que celle-ci se dveloppe correctement. Les besoins

hydriques varient principalement selon le type de plante, le sol, le climat et les conditions

mtorologiques (prcipitation, vapotranspiration). En ralit, savoir la quantit deau apporter

revient faire un bilan entre les apports (principalement la pluie et larrosage, mais aussi les eaux

souterraines et lhumidit rmanente du sol) et les pertes qui se modlisent sous la forme

dvapotranspiration. Ce bilan, schmatis sur lIllustration 3-3, peut se rsumer par lquation

suivante :

quation 3-1: Besoins hydriques nets

NRn : Besoins hydriques nets [mm/mois] ou [mm/jour]

ETc : Evapotranspiration de la culture [mm/mois] ou [mm/jour]

Pe : Prcipitations efficaces [mm/mois] ou [mm/jour]

G : Eau qui arrive la zone radiculaire par ascension capillaire depuis le niveau phratique

[mm/mois] ou [mm/jour]

W : Variation de lhumidit rmanente du sol [mm/mois] ou [mm/jour]

Illustration 3-3: Bilan hydrique


18

Dtermination des paramtres de lquation 3-1:

G : Dans le cas prsent, on a considr que leau qui arrive la zone radiculaire par ascension capillaire

depuis le niveau phratique est ngligeable. Cela se justifie si on considre que la nappe phratique est

une profondeur suffisante pour garantir quelle naffecte pas la zone radiculaire.

W : Dans les systmes darrosage par goutte- - goutte, la frquence darrosage est leve, ce qui

limite les variations de lhumidit rmanente dans le sol. Dans le cas prsent , celle ci a galement t

nglige.

Pe : Les prcipitations efficaces correspondent la fraction des prcipitations qui est rellement

disponible pour la plante. En effet, une bonne partie des prcipitations est perdue pour les racines, que

ce soit par ruissellement, par percolation profonde au-del de la zone radiculaire ou par vaporation.

Les relations utilises pour le calcul des prcipitations effectives sont les suivantes :

Si P > 75 mm

Si P < 75 mm

P : Prcipitations mensuelles enregistres.

ETc : Lvapotranspiration est un paramtre qui dpend du climat, du type de plante et de son tat de

dveloppement. La valeur sobtient en multipliant lvapotranspiration de la culture de rfrence ET0

avec un coefficient de la plante Kc.

quation 3-2 vapotranspiration

ET0 : vapotranspiration de rfrence [mm/mois] ou [mm/jour]

Kc : Coefficient de culture [-]

Lvapotranspiration de rfrence, ET0, est une valeur standard de d'vapotranspiration relative une

culture de rfrence. Cette vapotranspiration de rfrence est calcule partir des donnes

climatiques, notamment des mesures de la vitesse du vent et des mesures d'vaporation au pan. Elle

varie donc d'un mois l'autre. Il est possible de trouver les valeurs de ET0 dans certaines bases de

donnes (voir ensuite lexemple dtaill).

Le coefficient de culture, Kc , est li au type de la culture considre, son stade de croissance, la

saison de plantation et aux conditions climatiques dominantes. Ce coefficient varie habituellement de

0,3 environ au cours de la priode initiale prs de 1,0 (ou un peu plus de 1,0) durant la priode de

croissance maximale la mi-saison. Ainsi la valeur effective des besoins en eau d'une culture ETc varie

considrablement tout le long de son cycle de croissance (voir Illustration 3-4). A partir de l, deux

options sont possibles : calculer les besoins hydriques mois mois (voir semaine semaine), ou utiliser

les valeurs les plus critiques pour dterminer les besoins hydriques maximum. Dans le programme, cest

la deuxime option qui est utilise.


19

Illustration 3-4 Variation du coefficient de culture selon le stade de croissance

Une fois dtermins les besoins hydriques nets, il faut les majorer afin dobtenir les besoins hydriques

totaux. Diffrentes raisons expliquent cette majoration:

- Pertes par vaporation au niveau du sol

- Pertes par ruissellement ou percolation profonde

- Lavage du sol, lorsquil est ncessaire dapporter davantage deau pour loigner les sels prsents

dans le sol loin des racines

- Distribution non homogne de leau, qui oblige apporter davantage deau aux zones plus

favorables pour sassurer que les zones les plus dfavorables reoivent une quantit suffisante.

En fonction de toutes ces donnes, on dfinit une efficacit darrosage qui relie besoins nets et besoins

totaux:

quation 3-3: Besoins hydriques totaux

NRt : Besoins hydriques totaux [mm/mois] ou [mm/jour]

NRn : Besoins hydriques nets [mm/mois] ou [mm/jour]

Ea : Efficacit darrosage

Lefficacit darrosage est son tour dfinie selon lexpression:

quation 3-4: Efficacit d'arrosage

Rt : Relation de transpiration

Fr : Facteur daspersion

CU : Coefficient duniformit

FL: Facteur de lavage


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Dtermination des paramtres de lquation 3-4:

Rt: relation de transpiration : Ce coefficient prend en compte les pertes par ruissellement et par

percolation profonde. Dans les systmes goutte- -goutte, en absence de ruissellement, la relation de

transpiration peut sestimer partir de la relation de percolation selon les valeurs du cadre suivant:

Climat aride Climat humide

Profondeur

des racines

texture texture

lourde grossire moyenne fine lourde grossire moyenne fine

< 75 cm 0,85 0,90 0,95 0,95 0,65 0,75 0,85 0,90

75 - 150 cm 0,90 0,90 0,95 0,95 0,75 0,80 0,90 0,95

> 150 cm 0,95 0,95 1,00 1,00 0,85 0,90 0,95 1,00

Cadre 3-1: Relation de percolation

Fr : le facteur daspersion sutilise uniquement pour les systmes dirrigation par aspersion, dans le cas

du systme goutte goutte, ce facteur naffecte pas et vaut 1.

CU : le coefficient duniformit tient compte du fait que les goutteurs ne librent jamais un dbit

compltement uniforme sur toute la sous-unit, soit parce que les frottements dans les tuyaux

provoquent des pertes de pression et donc des conditions de travail diffrentes pour chaque goutteur,

soit parce que le goutteur, en soit, a une certaine variation de dbit. Le coefficient duniformit se

dfinit comme:

(

)

quation 3-5: Coefficient d'uniformit

CV : Coefficient de variation de fabrication du goutteur

qmin: Dbit du goutteur avec dbit minimum

q : Dbit moyen de tous les goutteurs

e : Nombre de goutteurs par plante ou unit de superficie

Les valeurs conseilles pour le coefficient duniformit sont les suivantes:

Goutteurs Pente du sol Coefficient duniformit

Climat aride Climat humide

Espacs de 4m ou plus pour des cultures permanentes

Uniforme (2%) ou ondul

0,85-0,90 0,75-0,80

Tuyaux poreux pour cultures annuelles

Uniforme (


21

FL: Facteur de lavage : La salinit de leau darrosage peut obliger apporter un excs deau lors de

larrosage pour lessiver le sol et viter laccumulation des sels.

quation 3-6: Facteur de lavage

Lefficacit de lavage, EL, varie de 30% pour les sols sableux 100% pour les sols argileux.

La relation de lavage, RL, dpend de la salinit de leau darrosage, et de la valeur de conductivit du

sol partir de laquelle la diminution de la production de la plante est de 100%.

On dfinit la relation de lavage RL comme:

quation 3-7: Relation de lavage

CEa est la conductivit lectrique de leau darrosage en [dS/m].

CEe,max est la conductivit lectrique du sol partir de laquelle la diminution de la production de la

plante est de 100% en [dS/m]. Des valeurs pour diffrentes plantes peuvent tre obtenues partir du

document Estudio FAO riego y drenaje n 56. ou sa version en anglais (rfrence bibliographique

[5]). Les cadres partir desquels on peut obtenir cette information sont dtaills dans la partie 5 :

Information complmentaire.

Ltape suivante consiste dterminer la frquence darrosage et la quantit deau apporter chaque

arrosage. Pour cela, on considre quil faut arroser quand leau facilement disponible pour les racines

des plantes diminue.

Lquation qui permet de dterminer la dose darrosage est la suivante:

( )

quation 3-8: Dose nette d'arrosage

Dn: Dose nette darrosage [mm]

H: Profondeur des racines [cm]

Cc: Capacit au champ [mm/cm]

Pm: Point de fltrissement [mm/cm]

f: Disponibilit de leau dans le sol [-]

La capacit au champ et le point de fltrissement sont des valeurs caractristiques du sol qui peuvent

tre estimes partir de sa texture (voir partie Texture du sol :5.2 Information complmentaire, la

texture du sol).

La profondeur des racines et la disponibilit de leau dans le sol dpendent du type de plante. Comme

pour la conductivit lectrique du sol, des valeurs indicatives peuvent tre obtenues partir du

document Estudio FAO riego y drenaje n 56. (voir rfrence bibliographique [5] et cadres de la

partie 5 : Information complmentaire).


22

La dose totale et la dose nette sont lies par la mme relation que les besoins hydriques :

quation 3-9: Dose totale

Dt : Dose totale [mm]

Ea : Efficacit darrosage dfinie prcdemment [-]

Une fois dfinis les besoins hydriques couvrir et la dose apporter chaque arrosage, la frquence

darrosage sobtient comme:

quation 3-10: Frquence d'arrosage

i : Frquence darrosage en jour ou mois selon les units des besoins hydriques.

Les variables Dn et NRn doivent tre exprimes dans les mmes units, en m3/ha, l/m2 ou en mm (voir si

besoin, les quivalences entre units dtailles dans la partie 5, informations complmentaires).

3.2.2. Entre des donnes dans la feuille de calcul

Le principe de fonctionnement de la feuille de calcul est quaucun calcul ne doit tre ralis

manuellement. partir des donnes entrer, les calculs se font automatiquement et seuls les rsultats

des calculs apparaissent.

Le premier pas consiste slectionner dans le menu le type de plante qui va tre cultiv. Cette slection

a pour but de dterminer quatre paramtres relatifs la plante qui vont influer sur les calculs

postrieurs : Le coefficient de culture relatif lvapotranspiration Kc, la conductivit lectrique du sol

partir de laquelle la diminution de la production de la plante est de 100% CEe,max, la profondeur des

racines H et la disponibilit de leau dans le sol f. Le programme propose des valeurs pour ces

paramtres issues de donnes de la FAO (rfrence bibliographique [5]). Pour utiliser ces valeurs

prenregistres, il suffit de cocher loption Valeurs automatiques . Si on prfre utiliser des valeurs

diffrentes celles enregistres, il faut cocher loption Valeurs manuelles et rentrer les quatre

paramtres demands dans les cases en jaune.


23

Aperu du programme 3-1: Choix de la culture

Si loption valeurs automatiques est coche, ce sont les valeurs enregistres qui seront prises

en compte, mme si des paramtres ont t dfinis dans les cases jaunes. On peut trouver des

valeurs affiches cot des noms des paramtres qui ne correspondent pas aux valeurs dans les

cellules en jaune. Attention donc bien cocher loption choisie.

Ltape suivante concerne les donns climatiques. Il sagit de donner les valeurs de lvapotranspiration

mensuelle (en mm/mois) et des prcipitations (en mm/ mois) puis de slectionner le type de climat

entre aride et humide. Les valeurs demandes sont celles du mois le plus exigeant, c'est--dire celles o

la diffrence entre lvapotranspiration et les prcipitations est la plus leve. Deux programmes sont

disponibles sur le site de La FAO, CLIMWAT et CROPWAT ?. Ils permettent dobtenir des valeurs

estimes dvapotranspiration et de prcipitations dans le cas o on ne dispose pas dautres valeurs.

Aperu du programme 3-2: Donnes climatiques

Le troisime cadre remplir concerne les donnes du sol. On commence par choisir la finesse et la

texture du sol dans les deux listes proposes en fonction des proportions de sable/argile et limon quil

contient (voir partie 5.2 Information complmentaire, texture du sol). On estime ensuite lefficacit de

lavage de larrosage en fonction du type de sol: plus le sol contient de sable, plus cette efficacit

augmente, plus il contient dargile, plus elle est faible avec une valeur minimum de 30%.

Le menu suivant concerne la salinit de leau darrosage. Lindice de salinit varie de 1 4, la valeur 1

correspondant un risque de salinit faible et la valeur 4 a un risque trs lev. La conductivit de leau

est un bon indicateur de sa salinit, la relation entre indice de salinit et conductivit apparait dans le

Cadre 3-3. Les limites de conductivit correspondant aux diffrents indices de salinit apparaissent

galement dans le menu droulant comme indicateur pour choisir lindice de salinit qui se rapproche le

plus de leau qui va tre utilise.


24

Indice de salinit Conductivit lectrique de

leau darrosage 25C [dS/m]

Risque de salinit

1 < 0,75 Faible

2 0,75 - 1,5 Moyen

3 1,5 - 3,0 Elev

4 >3,0 Trs lev

Cadre 3-3: Conductivit de l'eau et risque de salinit

Le point suivant concerne le coefficient duniformit suppos de larrosage. Un arrosage par goutte- -

goutte nest jamais compltement uniforme cause des pertes de charge dans les tuyaux et de la

variabilit propres aux goutteurs De ce fait, il faut prendre en compte les diffrences de quantit deau

apporte afin dassurer que mme les zones les plus dfavorables reoivent suffisamment deau. Le

coefficient demand ici est une premire estimation, la valeur exacte sera calcule plus tard et reporte

ici pour un affinage des rsultats. Le Cadre 3-2 page 20 est un bon indicateur des valeurs que lon peut

esprer atteindre en fonction des caractristiques du systme darrosage.

Enfin, il faut renseigner la temprature de leau puisque celle-ci affecte la viscosit.

Aperu du programme 3-3: Donnes du sol

Une fois entres toutes ces donnes, le programme donne une srie de rsultats dans le cadre de

droite. Tout dabord, il indique la quantit nette deau apporter aux plantes pour satisfaire leurs

besoins hydriques, en l/m2.mois (mois considr de 30 jours). Pour pouvoir apporter cette quantit

deau aux plantes, il est ncessaire darroser avec une quantit suprieure puisquil existe toujours des

pertes par vaporation, percolation etc. Ainsi, le programme indique lefficacit de larrosage (la

proportion de leau apporte qui est capte par la plante) puis le besoin darrosage total en l/m2.mois,

qui correspond cette fois la quantit deau quil faut rellement apporter.


25

partir de l, deux options sont possibles : utiliser les paramtres darrosage conseills par le

programme, ou utiliser des paramtres personnaliss. Si loption paramtres darrosage conseills

est coche, le programme calcule la dose deau apporter chaque arrosage et partir de l le nombre

de jours par mois o il faut arroser et le nombre de fois par jour. Si loption paramtres darrosage

personnaliss est coche, il faut renseigner les frquences darrosage par jour et en nombre de

jours/mois (toujours de 30 jours). La dose deau apporter chaque arrosage nest pas demande car

elle se calcule automatiquement de manire couvrir les besoins en eau calculs prcdemment.

Aperu du programme 3-4: Rsultats des calculs hydriques


Sur la parcelle de NDiokouti , on va tablir une rotation des cultures. De ce fait, toutes les sous-units

vont tre dimensionnes pour le type de culture le plus exigeant en eau. En changeant la slection du

type de plante dans le premier menu, il est possible de vrifier rapidement que cest le cas de la tomate.

Toutes les sous-units vont donc tre dimensionnes en prenant pour base la culture de cette plante.

Les valeurs utilises sont celles par dfaut, soit :

Coefficient de culture Kc = 1,2

Conductivit lectrique du sol partir de laquelle la diminution de la production de la plante est de

100% CEe,max =5 dS/m

Profondeur des racines H = 50 cm

Disponibilit de leau dans le sol f = 0,5


26

Pour les donns climatiques, il sagit bien videmment dun climat aride mais les donnes

dvapotranspiration et de prcipitations locales ne sont pas connues. Elles vont tre estimes grce aux

programmes CLIMWAT et CROPWAT en considrant les valeurs de la station de Kaedi (rgion du Gorgol,

Mauritanie) qui est la plus proche de la parcelle. Le programme CLIMWAT a une liste de stations

mtorologiques dans le monde entier dont les donnes peuvent tre exportes sous forme de deux

fichiers : un fichier .cli et un fichier .pen. Ces deux fichiers peuvent ensuite tre imports dans le

programme CROPWAT et fournissent les valeurs mensuelles des donnes climatiques caractristiques et

de prcipitations. Les donnes pour la station de Kaedi apparaissent dans les Cadre 3-4 et Cadre 3-5.

Cadre 3-4: Valeurs d'vapotranspiration obtenues grce au programme CROPWAT

Le premier tableau contient les valeurs dvapotranspiration dans la colonne de droite sous lintitul

ETo. Les valeurs sont donnes en mm/jour, elles doivent tre converties en mm/mois pour pouvoir les

comparer aux valeurs de prcipitations. Celles-ci sobtiennent partir du second tableau:


27

Cadre 3-5: Valeurs de prcipitation obtenues grce au programme CROPWAT

La priode de culture va doctobre mars. Le mois le plus critique est donc mars avec des prcipitations

nulles et une vapotranspiration de 7 mm/ jour ou 210 mm/mois.

Le type de sol est sablo-argileux avec une texture moyenne.

Lefficacit de lavage sestime 90%.

Lindice de salinit dans la zone est faible, avec peu de risques de salinit.

La temprature de leau darrosage considre est de 20C.

Avec ces valeurs les rsultats obtenus sont :

-Besoins darrosage nets : 241,5 l/m2.mois

-Efficacit darrosage : 0,72

-Besoins darrosage totaux: 335,4 l/m2.mois

Les paramtres darrosage conseills vont tre utiliss, avec une dose totale darrosage de 11,2 l/m2

tous les jours une fois par jour.


28

3.3. Feuilles 2. SOUS UNITS et 3. SOUS UNITS 2

3.3.1. Explication du fonctionnement des sous units

Une fois dtermins les besoins hydriques couvrir, on passe au dimensionnement des sous- units

proprement dites. Pour cela, on utilise les deux feuilles de calculs intitules 2. SOUS UNITES et 3. SOUS

UNITES 2 qui permettent de choisir les tuyaux et les goutteurs adapts, et de vrifier que la

configuration des tuyaux respecte les critres de base de dimensionnement de ce type de systme. Les

besoins hydriques calculs prcdemment sont utiliss afin de vrifier que la sous- unit dimensionne

permet dapporter des quantits deau suffisantes (voir Illustration 3-2: Interaction entre les diffrentes

feuilles de calculs).

Le fonctionnement gnral dune sous- unit est le suivant : L'eau est amene jusqu'aux orifices de

gouttage par un assemblage de tuyaux en plastique, gnralement en polythylne opaque ou en PVC

rsistant aux intempries. Des canalisations latrales, alimentes par une conduite matresse, sont

poses sur le sol. Ces canalisations sont perfores ou munies de goutteurs spciaux. Chaque goutteur

doit dverser l'eau goutte goutte sur le sol, un dbit prdtermin. La pression lintrieur des

tuyaux s'attnue par frottement lorsque l'eau s'coule travers les troits passages ou orifices du

goutteur, si bien que l'eau sort une pression atmosphrique sous forme de gouttes et non en jet ou

aspersion. La conduite matresse et les canalisations latrales peuvent tre alimentes soit par le centre,

soit par un cot. Des informations intressantes peuvent tre trouves sur le site de la FAO des

fournisseurs/fabricants de matriel pour lirrigation (voir rfrence bibliographique [7]).

Schmas des sous -units :

- Conduite matresse avec alimentation latrale et canalisations latrales alimentes par un ct.

- Conduite matresse avec alimentation latrale et canalisations latrales alimentes par le

centre.

Conduite

maitresse

Canalisations

latrales

Goutteurs


29

- Conduite matresse alimente par le centre et canalisations latrales alimentes par le ct ou

par le centre.

Chaque goutteur cre, au niveau du sol, une zone humide o les racines vont pouvoir se dvelopper. La

dimension et la forme de cette zone humide dpendent du type de sol et du dbit du goutteur. Des

formules gnriques permettent destimer le diamtre de la zone humide (voir Cadre 3-6: Zone humide

selon la texture). Il est conseill de placer les goutteurs de manire ce que la zone humide cre par

chacun dentre eux se superpose partiellement avec celle d cot. Ainsi, au lieu dobtenir des zones

humides spares, on cre une zone continue, parallle la canalisation latrale qui est davantage

propice au bon dveloppement des racines de la culture. Une superposition de 10% minimum est

gnralement conseille.

Texture Estimation du diamtre de la zone

humide Dm [m] partir du dbit du

goutteur q[l/h]

Forme de la zone

humide

Texture fine (argile)

Dm = 1,2 + 0,1 q

Texture moyenne (limon)

Dm = 0,7 + 0,11 q

Texture grossire (sable)

Dm = 0,3 + 0,12 q

Cadre 3-6: Zone humide selon la texture

Les goutteurs commercialiss sont soit internes (fixs l'intrieur des canalisations latrales) soit

externes (enfichs sur les tuyaux travers des trous perfors dans la paroi de la canalisation) comme on

peut voir sur lillustration suivante:

Illustration 3-5: Configuration des sous units: canalisations latrales et conduite principale


30

Goutteur interne: Goutteur externe:

Illustration 3-6: Goutteurs interne et externe

Les goutteurs sont conus pour vacuer l'eau un dbit constant. Le dbit de sortie est toujours altr

par des variations de la pression, mais dans une moindre mesure, si les goutteurs sont munis d'un

rgulateur de pression (goutteurs dits auto-rgulants ). Les goutteurs auto-rgulants librent un

dbit quasiment constant quelque soit la pression du tuyau sur lequel ils sont monts, tant que la

pression est suprieure une pression minimale appele pression de fonctionnement. Les goutteurs

non auto-rgulants ont galement une pression minimum de fonctionnement. Leur comportement

pression/dbit peut tre reprsent par lquation suivante:

quation 3-11: quation caractristique des goutteurs

Q : Dbit du goutteur, gnralement donn en [l/h]

K : Coefficient caractristique du goutteur

H : Pression de travail du goutteur en bar ou mH2O. Pour connaitre les quivalences entre les diffrentes

units de pression, voir la partie 5 la fin du document.

x : Exposant caractristique du goutteur

Le dbit nominal, dans le cas des goutteurs non auto-rgulants, correspond de faon arbitraire au dbit

une pression de 1bar (ou 10 mH2O), comme on peut voir avec lexemple suivant :


31

Illustration 3-7: Goutteurs non auto-rgulant

Dans tous les cas, il existe une certaine variation entre le dbit thorique et le dbit rel du goutteur.

Les goutteurs les plus performants ont des variations faibles alors que les goutteurs dficients ont de

grandes variations qui rendent difficile un arrosage uniforme. Las variations de dbit sont prises en

compte grce un coefficient appel coefficient de variation (CV). Les meilleurs goutteurs ont les

valeurs de coefficient de variation les plus petites. Le tableau suivant montre des valeurs

caractristiques pour les goutteurs de diffrentes qualits :

Valeurs Classification

Coefficient de variation 0,04 Excelent

0,04 Coefficient de variation 0,07 Moyen

0,07 Coefficient de variation 0,1 Marginal

0,1 Coefficient de variation 0,15 Dficient

0,15 Coefficient de variation Gnralement inacceptable

Cadre 3-7: Coefficients de variation des goutteurs

Exemple de donnes de catalogue : (http://www.irrisys.com/docs/goutteur-plasgot.pdf)

Goutteurs non auto rgulant conique:

Pression mnimum de

fonctionnement

Dbit nominal


32

Goutteurs auto-rgulant de 2 l/h et 4 l/h :

Illustration 3-8: Exemple de donnes de catalogue de goutteurs

La connexion des goutteurs sur le tuyau provoque une perte de pression dans le tuyau. Pour estimer

celle-ci, on utilise la notion de longueur quivalente , qui est simplement une mesure de la perte de

pression provoque par lintroduction dun obstacle dans le tuyau. La longueur quivalente sexprime en

mtre et dpend de la faon dont les goutteurs sont connects sur le tuyau. Les goutteurs internes

provoquent une perte de charge quivalente une longueur constante et gale 0,23 m. Les goutteurs

externes ont une longueur quivalente qui peut tre estime en fonction du diamtre du tuyau selon la

formule: le= 18,91/D1,87. Ces pertes de charges doivent tre prises en compte lors du calcul de la

pression le long des diffrents tuyaux, puisquelles contribuent (de mme que les pertes par frottement)

ce que la pression lextrmit du tuyau soit plus faible qu son entre. Elles ont donc un rle

important quant luniformit des pressions auxquelles sont soumis les goutteurs.

3.3.2. Entre des donnes dans la feuille de calcul

La premire feuille contient toutes les donnes caractristiques des goutteurs, canalisations latrales et

conduite matresse. La deuxime feuille sert contrler le bon fonctionnement de chaque sous-unit. La

faon de procder est la suivante : les donnes dune premire proposition sur la disposition des

goutteurs et des tuyaux sont introduites dans la feuille sous-units. On vrifie ensuite que les conditions

de fonctionnement sont correctes dans la feuille sous- units 2. Si ce nest pas le cas, on modifie les

donnes dans la sous-unit 1 puis on revrifie etc. jusqu obtenir une solution satisfaisante.

Les donnes introduire sont les suivantes :

Feuille sous unit, cadre 1 (goutteurs).

La premire tape consiste choisir entre goutteurs auto-rgulants ou non auto-rgulants. Si la

premire option est coche, il faut renseigner le dbit libr par le goutteur puisque celui-ci se

maintient constant. Si loption goutteur non auto-rgulant est coche, il faut renseigner deux

coefficients : le K et le x du goutteur (quation 3-11: quation caractristique des goutteurs) qui

permettent de caractriser le goutteur. Les coefficients de trois goutteurs issus de catalogues ont t


33

introduits dans le programme titre dexemple. Pour les utiliser, il suffit de cocher loption goutteurs

enregistrs par dfaut puis de slectionner dans la liste le goutteur correspondant en fonction du

point de fonctionnement nominal que lon veut considrer. Les goutteurs enregistrs par dfaut sont

ceux dont les courbes caractristiques apparaissent dans lIllustration 3-7: Goutteurs non auto-

rgulants.

Pour introduire les coefficients de nimporte quel autre goutteur, cocher loption goutteur avec

coefficient personnalis et introduire les deux coefficients. Ces deux paramtres apparaissent

gnralement dans les catalogues des fabricants et peuvent galement sobtenir partir des courbes

caractristiques des goutteurs (voir Illustration 3-8: Exemple de donnes de catalogue de goutteurs).

Les coefficients donner correspondent une pression en mtres de colonne deau et un dbit

en l/h, il faut donc bien ajuster les units et modifier la valeur de K si ncessaire.

Une fois choisi le type de goutteur, il faut renseigner le coefficient de variation du goutteur (voir Cadre

3-7: Coefficients de variation des goutteurs).

Le choix du type de goutteur (interne ou externe) propos ensuite a pour objectif de permettre le calcul

des pertes de charges gnres par la connexion des goutteurs. Les formules utilises pour le calcul de

la longueur quivalente ont t spcifies antrieurement. Une troisime option permet de rentrer une

valeur personnalise de la longueur quivalente si les deux estimations proposes selon le type de

goutteurs ne sadaptent pas la situation.

Enfin, la dernire information donner dans la partie goutteur concerne la pression minimale partir de

laquelle le goutteur travaille correctement (pression minimum de fonctionnement). Cette pression va

gnralement de 5 mH2O 10 mH2O pour la plupart des goutteurs sur catalogue.


34

Aperu du programme 3-5: Proprits des goutteurs

Feuille sous unit, cadre 2 (canalisations latrales).

Normalement, les fabricants donnent le diamtre extrieur et la pression nominale de fonctionnement

comme indications pour les tuyaux. Une paisseur de tuyau est associe chaque paire diamtre

extrieur/pression et le diamtre intrieur sobtient par soustraction:

quation 3-12: Diamtre intrieur

De : Diamtre extrieur [mm]

Di : Diamtre intrieur [mm]

e : paisseur [mm]

Concernant la canalisation latrale, les renseignements donner sont la pression et le diamtre

extrieur. Si la case jaune correspondante lpaisseur est laisse sans valeur, lpaisseur considre est

celle par dfaut qui apparait en italique (valeurs standard des fabricants). Si une valeur est introduite, le

diamtre intrieur est calcul partir de celle-ci et la valeur par dfaut ne se prend pas en compte. La

valeur du diamtre intrieur est indique en italique.

e

e

Di De


35

Ensuite, il faut choisir le mode dalimentation de la canalisation latrale: par le centre ou par le cot. Si

la canalisation latrale est alimente par le centre, elle est considre comme symtrique. Les donnes

demandes (distance du premier goutteur, distance entre goutteurs et nombre de goutteurs) sont celles

dun seul cot et sont extrapoles lautre ct. La longueur totale dune canalisation latrale se calcule

partir de ces valeurs et apparait en italique. Les diffrents paramtres demands sont reprsents sur

le schma suivant:

Alimentation par un ct :

Alimentation par le centre :

La dernire valeur demande est la pente sur laquelle est installe la canalisation latrale. Si celle-ci est

alimente par le centre, le signe ( + ou - ) de la pente na pas dimportance puisque un ct aura une

pente positive et un autre ct une pente ngative. Cependant, si la canalisation latrale est alimente

par un ct il est ncessaire de savoir si elle se trouve en monte ou en descente puisque cela affecte la

pression dans les tuyaux.

Le programme considre, de faon arbitraire, quun signe positif correspond un terrain ascendant

dans le sens du parcours de leau et inversement. La pente se donne en pourcentage.

Sparation initiale entre lalimentation

et le premier goutteur

Nombre de goutteurs

Sparation entre goutteurs

Sparation entre goutteurs

Sparation initiale entre lalimentation et le

premier goutteur de chaque ct

Nombre de goutteurs de chaque ct

Pente positive = h/l (en %)

Pente ngative = -h/l (en %)

h

l

h

l

Illustration 3-9: Disposition des canalisations latrales

Illustration 3-10: Pente des canalisations latrales


36

Aperu du programme 3-6: Proprits de la canalisation latrale

Feuille sous unit, cadre 3 (conduites maitresses).

Les donnes des conduites matresses se remplissent de faon similaire celles des canalisations

latrales. A la place des goutteurs, il suffit de considrer les entres dalimentation des canalisations

latrales.

Aperu du programme 3-7: Proprits de la conduite maitresse


37

Feuille sous unit 2.

Cette feuille a pour objectif de vrifier le fonctionnement correct de la sous-unit en se basant sur les

dimensions donnes prcdemment et sur deux nouvelles valeurs introduire sur cette feuille : la

pression lentre de la sous- unit et la dure (en nombre dheures) de larrosage.

La pression lentre de la sous- unit va dterminer la pression dans tous les tuyaux de la sous-unit,

et donc la pression laquelle les goutteurs vont travailler. Cette pression doit tre suffisamment

importante pour quaucun goutteur ne travaille en dessous de sa pression nominale. titre indicatif, la

pression minimum partir de laquelle les goutteurs travaillent au dessus de leur pression nominale est

indique en italique. Nimporte quelle valeur de pression au dessus de cette limite est donc valide.

La dure de larrosage a un impact direct sur la quantit deau apporte aux spculations. La dure

minimum darrosage qui garantit que les ncessits en eau vont tre couvertes pour toute la sous- unit

(zone plus dfavorable inclue) est indique en italique.

Avec ces donnes, il faut alors vrifier trois conditions pour pouvoir valider la sous- unit :

(1) Le long dune mme canalisation latrale, la superposition des zones mouilles doit tre

suprieure 10%. Les goutteurs doivent tre situs le long de la canalisation latrale de faon

ce que la zone mouille dun goutteur se superpose partiellement avec la zone mouille du

suivant. On cre ainsi, dans le sol, une zone mouille continue, plus propice au bon

dveloppement des plantes que des zones humides discontinues. La valeur de 10% est

gnralement accepte comme correcte.

(2) Tous les goutteurs travaillent au dessus de la pression minimum de fonctionnement. Dans la

feuille sous- unit, cadre goutteurs, la pression minimale partir de laquelle les goutteurs

travaillent correctement a t dfinie. Il sagit de vrifier ici que tous les goutteurs travaillent au

dessus de cette pression.

(3) Mme les zones les plus dfavorables reoivent une quantit deau suffisante pour couvrir les

besoins en eau. Ces besoins sont ceux calculs prcdemment dans la feuille culture. On vrifie

ici que la dure darrosage est suffisante pour garantir larrosage suffisant de toutes les plantes.

Si la condition est correcte, elle apparait en vert. Dans le cas ou lune de ces trois vrifications nest pas

valide, elle apparait en rouge.


38

Aperu du programme 3-8: Validation de la sous unit

Si une des conditions nest pas valide, il faut modifier diffrents paramtres afin dobtenir une

validation. Les paramtres les plus vidents sont, bien sr, la pression lentre de la sous -unit et la

dure darrosage, mais ce ne sont pas les seuls. Le diamtre extrieur du tuyau et son paisseur, la

distance entre goutteurs, la frquence darrosage ou les caractristiques du goutteurs sont autant de

paramtres sur lesquels il est possible de jouer pour modifier le comportement de la sous- unit. Les

relations de cause effet de ces diffrents paramtres ont t reprsentes sur le schma suivant.


39

Exemple:

En diminuant la distance entre goutteurs, on peut augmenter le dbit darrosage par m2.

Diminuer la distance

entre goutteurs

Augmenter le dbit

darrosage par m2

Condition vrifier Condition vrifier Condition vrifier

Uniquement les goutteurs

non autorgulants

La superposition des

zones mouilles est

suffisante

Diminuer la

distance entre

goutteurs

Augmenter

le dbit de

lmetteur

Augmenter le

diamtre mouill

Utiliser des goutteurs avec des

caractristiques suprieures (dbit

nominal pour autorgulants,

coefficient K pour non autorgulants)

Augmenter la

pression de travail

de lmetteur

Tous les goutteurs

travaillent au dessus

de leur pression

minimale

Les besoins hydriques

sont couverts

Augmenter la

dure

darrosage

Augmenter la

frquence

darrosage

Augmenter la

pression lentre

de la sous- unit

Diminuer les pertes

de charges dans les

tuyaux

Augmenter le

diamtre intrieur

des tuyaux

Augmenter le

diamtre extrieur du

tuyau

Diminuer lpaisseur

du tuyau

Augmenter le dbit

darrosage par m2

Illustration 3-11: Relations de causes/effets des paramtres de la sous unit


40

Trois graphiques apportent des informations supplmentaires sur les conditions remplir. Le premier

reprsente une vue simplifie dune partie de la sous- unit avec les goutteurs, les canalisations

latrales et les zones mouilles.

Aperu du programme 3-9: Disposition des goutteurs et zones mouilles

Le deuxime reprsente la pression laquelle travaillent les goutteurs les plus reprsentatifs. Ainsi, ceux

situs au dbut de chaque canalisation latrale travaillent une pression plus leve que ceux situs

lextrmit. De la mme faon, les canalisations latrales les plus proches de lalimentation de la

conduite matresse sont ceux qui travaillent une plus grande pression.

Aperu du programme 3-10: Rpartition de la pression dans les goutteurs

Superposition de

zones mouilles

Conduite

matresse

Canalisations

latrales

Goutteurs

Pression la plus basse

de la sous unit

Pression minimum

assurer


41

Le troisime graphique reprsente la relation dbit/temps darrosage ncessaire pour couvrir les

besoins hydriques. Si le dbit dans la zone la moins irrigue et la dure darrosage sont suffisants, le

point correspondant se situe au dessus de la courbe prcdente et les besoins hydriques sont couverts.

Si le point se situe en dessous de la courbe, lapport en eau est insuffisant : il faut augmenter la dure

darrosage ou le dbit.

Aperu du programme 3-11: Dure de dbit d'arrosage

Avec les donnes de la sous- unit, le coefficient duniformit rel de la sous- unit est calcul. Cette

valeur doit tre compare celle suppose dans la premire feuille (voir Aperu du programme 3-3:

Donnes du sol) et si besoin, la valeur suppose peut tre ajuste.

Enfin, sur cette feuille apparaissent les donnes introduire pour chaque sous- unit sur la feuille

intitule 5. RESEAU (voir Illustration 3-2: Interaction entre les diffrentes feuilles de calculs). Ces

donnes concernent le dbit thorique de la sous- unit et la pression lentre. Si des metteurs non

auto-rgulants sont utiliss, deux autres coefficients sont donns. Les coefficients K et x servent

modliser le comportement de la sous- unit dans son ensemble en mettant en relation la pression

son entre et le dbit absorb sous la forme dune quation du type Q = KHx.


Goutteurs :

Le systme propos pour NDiokouti nutilise pas les goutteurs traditionnels. la place, on va utiliser des

micro-tubes. Leur courbe de fonctionnement est similaire celle des goutteurs non auto rgulants, mais

ils sont beaucoup moins chers et plus versatiles que ceux-ci. De plus, leur pression minimum de

fonctionnement est beaucoup plus basse.


42

Dans le cadre goutteurs, on commence par cocher loption goutteurs non auto rgulants . Les micro-

tubes qui vont tre utiliss ont un coefficient K de 4,294 et un exposant x de 0,688. Ces valeurs doivent

tre introduites dans les cases en jaune aprs avoir choisi loption goutteurs avec coefficients

personnaliss .

Le coefficient de variation estim est de 0,05.

Les pertes de charges gnres par la connexion de ces goutteurs sont similaires celles des goutteurs

externes, loption goutteurs externes est donc choisie.

Pour finir, les micro-tubes travaillent correctement partir dune pression de 0,5 mH2O.

Canalisations latrales et conduite maitresse :

Deux types de sous-units ont t dfinis prcdemment. Il faut dimensionner chaque sous- unit

indpendamment.

Sous-unit type A :

Les dimensions approximatives de la sous-unit sont de 14 m x 21 m. La configuration qui va tre

utilise est celle dune conduite matresse alimente par le ct, et qui alimente les canalisations

latrales par le centre. La longueur de la conduite matresse doit tre de prs de 14 m et la longueur des

canalisations latrales (en comptant les deux cts) proche de 21 m.

1er essai de dimensionnement.

Les tuyaux choisis pour les canalisations latrales ont un diamtre extrieur de 20 mm et un diamtre

intrieur de 16 mm (paisseur standard pour une pression de 4 atm). Le tuyau choisi pour la conduite

matresse a un diamtre extrieur de 25 mm et un diamtre intrieur de 21 mm.

On dcide dinstaller un micro-tube (ou goutteur) chaque mtre le long de la canalisation latrale avec

une sparation initiale entre les premiers goutteurs et lalimentation de 0,5 m. De mme, on fixe la

sparation entre canalisations latrales 1 m. Avec 14 canalisations latrales et une sparation initiale

de 1 m, la longueur totale de la conduite matresse est de 14 m. Avec 11 goutteurs sur chaque ct

dune canalisation latrale, la longueur totale dune canalisation latrale est de 21 m.

La pente est considre comme nulle dans les deux sens.

Dans la feuille sous- unit2, il faut maintenant vrifier si la configuration choisie est valide.

Il faut dabord choisir la pression lentre de la sous- unit. La pression minimum qui assure que tous

les goutteurs travaillent au dessus de leur pression nominale est de 0,775 mH2O. On choisit donc une

pression de 0,78 mH2O.

Il faut galement choisir une dure darrosage. La valeur minimum conseille est 2,91, la dure choisie

est de 3 heures

Le coefficient duniformit obtenu pour cette configuration vaut 0,84. Il est infrieur au coefficient

suppos entr dans la feuille CULTURE, il faut donc modifier celui-ci pour quil soit davantage en accord

avec la configuration choisie.


43

Validation :

Une des trois conditions remplir nest pas satisfaite : le programme indique que la superposition des

aires mouilles est insuffisante. Il faut donc modifier un ou plusieurs paramtres.

Modification du dimensionnement :

Pour pouvoir remplir la condition antrieure, on rapproche les goutteurs en les espaant de 0,9 m

seulement, avec la sparation initiale qui reste de 0,5 m. Avec 12 goutteurs par ct, la longueur totale

de la canalisation latrale est de 20,8 m. Le reste des paramtres reste similaire.

Validation :

La pression minimum qui assure que tous les goutteurs travaillent au dessus de leur pression nominale

est de 0,839 mH2O. On choisit donc une pression de 0,84 mH2O.


est de 3 heures

Le coefficient duniformit obtenu pour cette configuration vaut 0,82. Il est infrieur au coefficient

suppos entr dans la feuille CULTURE, il faut donc modifier celui-ci pour quil soit en accord avec la

configuration choisie.

Avec ces modifications, les trois conditions remplir sont correctes.

Les donnes caractristiques de la sous- unit sont les suivantes :

Pression lentre de la sous- unit : 0,84 mH2O

Dbit absorb par la sous- unit : 1,012 m3/h

Coefficient K de modlisation de la sous- unit (Q en l/h et H en mH2O) : 1230,9

Exposant x de modlisation de la sous- unit (Q en l/h et H en mH2O) : 0,648

Cadre 3-8: Valeurs caractristiques de la sous unit type A

Sous-unit type B :

Pour les sous- units de type B, on utilise des valeurs similaires au type A, mais avec un nombre rduit

de canalisations latrales et un nombre suprieur de goutteurs (ou microtubes) par canalisation.

Les tuyaux choisis pour les canalisations latrales ont donc un diamtre extrieur de 20 mm et un

diamtre intrieur de 16 mm (paisseur standard pour une pression de 4 atm). Le tuyau choisi pour la

conduite matresse a un diamtre extrieur de 25 et un diamtre intrieur de 21 mm.

On installe un microtube chaque 0,9 mtre le long de la canalisation latrale avec une sparation initiale

entre les premiers goutteurs et lalimentation de 0,5 m. De la mme faon, la sparation entre

canalisations latrales est fixe 1 m. Avec 10 canalisations latrales et une sparation initiale de 1 m, la

longueur totale de la conduite maitresse est de 10 m. Avec 15 goutteurs sur chaque ct dune

canalisation latrale, la longueur totale dune canalisation latrale est de 26,2 m.

La pente est considre comme nulle dans les deux sens.

Validation:


44

Il faut dabord choisir la pression lentre de la sous- unit. La pression minimum qui assure que tous

les goutteurs travaillent au dessus de leur pression nominale est de 0,68 mH2O. On choisit donc une

pression de 0,7 mH2O.


est de 3 heures

Le coefficient duniformit obtenu pour cette configuration vaut 0,87. Il est suprieur au coefficient

entr prcdemment, il faut donc modifier celui-ci pour quil soit plus en accord avec la configuration

choisie.

Les trois conditions remplir sont correctes.

Les donnes caractristiques de la sous- unit sont les suivantes :

Pression lentre de la sous- unit : 0,7 mH2O

Dbit absorb par la sous- unit : 0,872 m3/h

Coefficient K de modlisation de la sous unit (Q en l/h et H en mH2O) : 1163,7

Exposant x de modlisation de la sous unit (Q en l/h et H en mH2O) : 0,6603

Cadre 3-9: Valeurs caractristiques de la sous unit type B

Rsum des caractristiques des sous units :

Type A Type B

CANALISATION LATRALE Alimentation centrale Alimentation centrale

Diamtre extrieur 20 mm 20 mm

paisseur 2 mm 2 mm

Diamtre intrieur 16 mm 16 mm

N de micro-tubes par

canalisations latrales

2 x 12 2 x 15

Distance entre microtubes 0,9 m 0,9 m

Sparation initiale 0,5 m 0,5 m

Longueur canalisation latrale 2 x 10,4 = 20,8m 2 x 13,1 = 26,2m

Cadre 3-10: Caractristiques des canalisations latrales

Type A Type B

CONDUITE MAITRESSE Alimentation latrale Alimentation latrale

Diamtre extrieur 25 mm 25 mm

paisseur 2 mm 2 mm

Diamtre intrieur 21 mm 21 mm

N de canalisations latrales 14 10

Distance entre canalisations

latrales 1 m 1 m

Sparation initiale 1 m 1 m

Longueur conduite maitresse 14 m 10 m

Cadre 3-11: Caractristiques des conduites maitresses


45

3.4. Feuille 4. GRAPHIQUES Sur cette feuille, on reprsente la rpartition de la pression dans la conduite maitresse et dans la

canalisation latrale slectionne dans la feuille antrieure. Une croix marque le point de connexion de

la canalisation latrale choisie la conduite maitresse.


Sur les graphiques suivants, on peut voir la rpartition de la pression le long de la conduite maitresse et

de la dernire canalisation latrale (la n14 pour les sous units type A et la n 10 pour les sous- units

type B).

Sous unit type A :


46

Sous unit type B:

On peut observer, qu tout moment, la pression dans les canalisations est suprieure 0,5 mH2O,

pression partir de laquelle les goutteurs fonctionnent correctement. On vrifie donc ici cette condition

de fonctionnement.


47

4. Rseau darrosage

4.1.1. Explication du processus de calcul

Une fois que toutes les sous- units sont dimensionnes, il faut dimensionner le reste du rseau et du

systme darrosage, c'est--dire les principaux tuyaux dalimentation, et la pompe.

Le dimensionnement dpend bien videment des sous- units dimensionnes prcdemment.

Cependant, dans cette partie, le dtail des sous- units (longueurs, diamtres, etc ) nest pas

important. On considre chaque sous- unit comme une boite noire dont les caractristiques internes

nont pas dimportance. La partie importante, pour dimensionner le reste du rseau, est le

comportement hydraulique de la sous- unit dans son ensemble, c'est--dire le dbit quelle absorbe

selon la valeur de la pression son entre. Si les goutteurs utiliss sont auto-rgulants, le dbit absorb

est indpendant de la pression. Par-contre, une sous- unit avec des goutteurs non auto-rgulants

absorbe un dbit diffrent selon la pression lentre.

Il est dmontr que , dans ce cas, lquation qui relie pression lentre de la sous unit et dbit

absorb est de la forme Q = KHx, qui rappelle celle des goutteurs mais avec bien videment des

coefficients diffrents.

4.2. Feuille 5. RESEAU CONFIGURE Les sous-units peuvent tre connectes entre elles et alimentes selon nimporte quel schma. Le

dimensionnement est alors difficile. Dans cette feuille, le dimensionnement propos concerne

uniquement deux configurations, qui sont les plus typiques. Dans la configuration (1), les sous- units

sont alimentes une par une par la conduite principale. Dans la configuration (2), les ramifications sont

doubles et les sous-units sont alimentes de deux en deux.

Configuration (1) Configuration (2)

Illustration 4-1: Configurations du systme d'arrosage


48

4.2.1. Entre des donnes pour le dimensionnement

Les tapes suivre pour un dimensionnement correct des sous -units sont les suivantes :

(1) Choisir le type de configuration qui va tre utilis et marquer loption correspondante

configuration 1 ou configuration 2.

(2) Numroter les sous- units, en assignant le numro 1 la sous- unit la plus proche de

lalimentation et en augmentant les numros mesure que lon sloigne le long de la conduite

principale.

(3) Renseigner le type de goutteur utilis dans chaque sous- unit (en slectionnant une des

options entre goutteur auto-rgulant et goutteur non auto-rgulant ), la pression

ncessaire lentre de la sous-unit, le dbit prvu, et, dans le cas de goutteurs non auto

rgulants, les coefficients K et x de modlisation de la sous- unit. Toutes ces donnes ont t

calcules prcdemment pour chaque sous-unit (cadre vert bleu de la feuille sous unit 2 ).

(4) Complter les valeurs des longueurs des tuyaux dalimentation. Pour chaque sous- unit, deux

longueurs sont demandes : celle du tuyau qui alimente la sous- unit (sur le schma : la

longueur L1 pour la sous- unit 1, etc.) et celle du tronon de la conduite principale qui alimente

cette dviation (longueur L1 pour la sous- unit 1). Dans le cas de la configuration 2, un tronon

de la conduite principale alimente deux dviations la fois. De ce fait, les longueurs de la

conduite principale doivent tre introduites uniquement pour les sous-units avec un numro

impair (voir Illustration 4-2 et Illustration 4-3).

(5) Complter les valeurs des ctes de diffrents points du systme : lentre de chaque sous-unit

(valeur Z1 pour la sous-unit 1, etc.) et la connexion de chaque tuyau dalimentation la

conduite principale (valeur Z1). Pour les mmes raisons que prcdemment, dans le cas de la

configuration 2, seules les ctes Zn des sous- units avec numro impair doivent tre remplies.

Note : le point choisi comme rfrence pour les ctes na pas dimportance tant que toutes les ctes

sont rfrences ce mme point.


49

Configuration (1) :

Illustration 4-2: Configuration (1) du rseau

Configuration (2) :

Illustration 4-3: Configuration (2) du rseau

Le dimensionnement ralis partir de ces donnes se fait en se basant sur un critre conomique.

La mthode utilise permet de dimensionner uniquement les tuyaux qui correspondent au

chemin critique , c'est--dire au trajet qui gnre les plus grandes pertes de charge du au frottement

de leau dans les tuyaux. De faon gnrale, le chemin critique correspond au chemin le plus long, et

permet de dimensionner tous les tuyaux. Cependant, il est possible que certains tuyaux ne soient pas

dimensionns.

L1 L1

L2 L2

L3

Ln

L3

Ln

Z1

Z2

Z3

Zn

Z1

Z2

Z3

Zn

SU1

SU2

SU3

SUn

Zn-1 Zn

L1 L2

L3 L4

Ln-1 Ln

L1

L3

Ln-1

Z1 Z1 Z2

Z3 Z3 Z4

Zn-1

SU1 SU2

SU3 SU4

SU5 SU6


50

Les valeurs des diamtres proposes partir du dimensionnement ralis apparaissent dans deux

colonnes en bleu droite de la feuille. La colonne d cot permet dintroduire la valeur dfinitive du

diamtre. Cette valeur sera celle utilise ensuite, lors de la cration dun modle utilisable sous EPANET.

Par dfaut, si une valeur est propose et la case de la valeur dfinitive est laisse vide, la valeur

propose sera utilise. Si une valeur est propose et quon introduit une valeur dans la case dfinitive,

cest cette dernire qui sera utilise. S il ny a pas de valeurs proposes et que la case dfinitive est

laisse libre, une valeur de 50 mm est assigne par dfaut.

Diamtre conseill tuyau d'alimentation

[mm]

Diamtre choisi tuyau

d'alimentation [mm]

Diamtre conseill conduite

principale[mm]

Diamtre choisi conduite principal [mm]

21

55.4

21

44

28

44 35.2

Aperu du programme 4-1: Diamtres conseills et choisis

Les diamtres proposs correspondent au diamtre intrieur de canalisation avec des dimensions

standardises :

Diamtre intrieur [mm]

Diamtre extrieur [mm]

paisseur [mm]

16 20 2

21 25 2

28 32 2

35,2 40 2,4

44 50 3

55,4 63 3,8

66 75 4,5

79,2 90 5,4 Cadre 4-1: Diamtres standardiss

Dans le cadre de droite, des donnes supplmentaires sont demandes. Elles ne concernent pas le

dimensionnement des diamtres, mais facilitent le dimensionnement de la pompe. Les valeurs donnes

sont galement utilises lors de la cration dun modle exportable EPANET (dernire feuille). Elles

concernent :

- Les ctes de diffrents points du circuit, ncessaires pour le calcul de la pression de pompage

- Les diamtres des tuyaux dalimentation de la pompe et daccs au rservoir.

Les diffrents paramtres demands ont t schmatiss sur lIllustration 4-4.


51

Illustration 4-4: Paramtres du rseau

Cette feuille fournit galement deux renseignements utiles : Les valeurs du dbit et de la pression

fournir par la pompe. Ces donns sont importantes pour le choix de la pompe (feuille pompe).


Dans le cas de NDiokouti, pour raliser le dimensionnement, on scinde ltude en deux zones: La zone

Est et la zone Ouest. La zone Ouest contient six sous-units de type A, alimentes de deux en deux par la

canalisation principale. La zone est contient trois sous- units de type A et deux de type B, alimentes

une par une.

Za Zb

Zr

Lb (longueur en m)

Db (diamtre en mm) Lr (longueur en m)

Dr (diamtre en mm)

Zone Ouest Zone Est

Illustration 4-5: Sparation de la parcelle en deux zones


52

Zone Ouest :

Illustration 4-6: Zone Ouest

Les paramtres dentre de la feuille sont les suivants :

N

sous

unit

Type de

goutteur

Pression ncessaire

lentre de la

sous unit*

Uniquement pour les goutteurs non

auto compensant: Dbit prvu en

[m3/h]* Coefficient K de

la sous unit*

exposant x de

la sous unit*

1 Non AR 0,85 mH2O 1230,9 0,648 1,02

2 Non AR 0,85 mH2O 1230,9 0,648 1,02

3 Non AR 0,85 mH2O 1230,9 0,648 1,02

4 Non AR 0,85 mH2O 1230,9 0,648 1,02

5 Non AR 0,85 mH2O 1230,9 0,648 1,02

6 Non AR 0,85 mH2O 1230,9 0,648 1,02

*voir Cadre 3-8: Valeurs caractristiques de la sous unit type A

N sous

unit

Cote entre de la

sous unit Zn [m]

Longueur tuyau

d'alimentation Ln

[m]

Cote de la

conexin de la

drivation [m]

Longueur du tronon

de la conduite

principale [m]

1 0 12 0 37

2 0 12 - -

3 0 12 0 16

4 0 12 - -

5 0 12 0 16

6 0 12 - -

Manuel d'utilisation du programme Cecil

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