drainage et assainissement agricoles : quelques points de
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Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Drainage et Assainissement Agricoles : Drainage et Assainissement Agricoles : quelques points de repquelques points de repèèrere……
Bernard VINCENTBernard VINCENT
Cemagref, Groupement dCemagref, Groupement d’’AntonyAntony
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Trois grandes acceptions du terme drainage
processus de transfert de l'eau
sol ou bassin versant
ouvrage d'évacuation de l'eau en excès
parcelle ou périmètre
aménagement hydro-agricole
périmètre ou région
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Collecte (drainage)Collecte (drainage)
Transport (assainissement agricole)Transport (assainissement agricole)
CC’’est une dualitest une dualitéé propre propre àà tout tout systsystèème de drainageme de drainage
Deux aspects complDeux aspects compléémentairesmentaires
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
DDééfinitionfinition du drainagedu drainage• Souterrain : le drainage agricole regroupe
l’ensemble des travaux d’aménagement hydro-agricole effectués à l’échelle de la parcelle dans le but de supprimer les excès d’eau.
• Superficiel : le drainage superficiel capte les eaux accumulées à la surface du sol par des fossés ou des micro reliefs artificiels (ados…) et les transfère vers l ’exutoire de la parcelle.
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
DDééfinition de lfinition de l’’assainissementassainissement
• L’assainissement agricole rassemble, àl’échelle du bassin versant, l’ensemble des ouvrages de transfert d’eau, de l’exutoire des parcelles drainées aux émissaires naturels.
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
• Une histoire ancienne…• Un développement récent plus tardif que
dans les autres pays européens• Forte corrélation avec la Politique Agricole
Européenne• Actuellement, 3 millions d’hectares drainés artificiellement dont 83% par tuyaux enterrés,
11% par fossés, 6% ponctuel• Pour mémoire 10 millions d’ha avec nappes
superficielles (dont 90% de nappes perchées temporaires)
Le drainage en FranceLe drainage en France
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Rythme annuel de construction de Rythme annuel de construction de nouveaux rnouveaux rééseaux en Franceseaux en France
superficies drainées, France entière, 1975-2005
0
20 000
40 000
60 000
80 000
100 000
120 000
140 000
1975
19
77
1979
19
81
1983
19
85
1987
19
89
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
millésimes
supe
rfic
ie (h
a)
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
RRéépartition gpartition gééographique en 2000 (ha)ographique en 2000 (ha)
superficies drainées cumul en 2000selon RGA (hectares)
44 000 à 135 000 (25)25 000 à 44 000 (11)13 000 à 25 000 (19)
4 000 à 13 000 (20)0 à 4 000 (20)
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Part de la superficie agricole utile drainée enEurope de l'Ouest
• Le drainage en Europe
0,2-5%
5-10%10-33%
33-90%
source AFEID/ICID
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
•• 2/3 du drainage est r2/3 du drainage est rééalisaliséé en pays den pays dééveloppveloppéé
•• Superficie: 170 Superficie: 170 MhaMha (accroissement pas connu) ; 120 (accroissement pas connu) ; 120 MhaMha en drainage de en drainage de surface et 50 surface et 50 MhaMha en drainage souterrainen drainage souterrain
Drainage dans le mondeDrainage dans le monde
•• Drainage de pays tempDrainage de pays tempéérréé : : lutte contre llutte contre l’’engorgement en saison humide ; engorgement en saison humide ; prpréédominance de drainage souterraindominance de drainage souterrain
•• Drainage de milieux tropicaux humides :Drainage de milieux tropicaux humides : lutte contre lutte contre lutte contre lutte contre ll’’engorgement dengorgement dûû àà des prdes préécipitations intenses ; prcipitations intenses ; préédominance de drainage dominance de drainage de surfacede surface
•• Drainage de pays aride et semiDrainage de pays aride et semi--aride :aride : lutte contre la salinitlutte contre la salinitéé•• Drainage de pays Drainage de pays àà climat contrastclimat contrastéé :: lutte contre la salinitlutte contre la salinitéé ++ engorgement engorgement
(ex : mousson)(ex : mousson)
Dans quel but ?Dans quel but ?
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
• Métabolisme des plantes affecté• Propriétés physiques du milieu
dégradé• Choix des cultures réduit• Production agricole irrégulière• Exploitations agricoles fragilisées• Compétitivité agricole atteinte• Aménagement du territoire
contraint
Effets agroEffets agro--ééconomiques de l'excconomiques de l'excèès d'eaus d'eau
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Actions du drainageActions du drainageRéduire les contraintes dues au climat et au sol
Augmenter le rendement des culturesMaîtriser le travail du sol
Faciliter l'accès au champMaîtriser la fertilisation
Diminuer les consommations intermédiaires
OPTIMISER les facteurs de production de l'exploitation agricole
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Effets du drainage Effets du drainage àà ArrouArrou, France (Bassin , France (Bassin Parisien), en fonction de la pluviomParisien), en fonction de la pluvioméétrie trie
annuelleannuelle
0123456789
0 50 100 150 200 250
Rainfall index
Yield (T/ha)
No drainageSubsurface 10mSubsurface 20m
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
SchSchééma dma d’’un systun systèème drainme drainéé
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Fonctionnement hydrologique
Fonctionnement hydrologique
Fonctionnement hydraulique
Fonctionnement hydraulique
Détermination dudébit de projet
Détermination dudébit de projet
bilan hydrique :périodes, localisation
et quantificationdes excès d’eau
statistiques de précipitations
choix de risques tolérables
(durée, fréquence)
excès d’eau
choix detechniquechoix de
techniquemodèles hydrauliques
et équationsde fonctionnement
choix de paramètres de dimensionnement :
- techniques (pentes et profondeurs des ouvrages)
- agronomiques (profondeur de nappe)
Calcul de lacapacité de
transport desouvrages
Calcul de lacapacité de
transport desouvrages
Calcul de la capacité de
collecte / ouvrages(écartement)
Calcul de la capacité de
collecte / ouvrages(écartement)
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Principes de conception du drainage agricole
• Séparation des eaux externes et des eaux internes
• Calcul de l ’écartement des drains en régime variable de tarissement
• Calcul du débit des drains et des collecteurs en régime permanent sous une pluie fictive dont l’intensité est l’intensité moyenne journalière de la pluie anuale de 3 jours, soit 26 à 52 mm/3 jours, soit encore un débit de projet de 1 à 2 l/s/ha
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Débit généré par le pluie anuale de 3 jours corrigée par un coefficient d’infiltration
Calcul du dCalcul du déébit de projetbit de projet
calcul de l’intensité moyenne journalière de la pluie anuale de 3 jours
P A b= −τ1
IP
=τ
P en mm τ en heures
transformation de la pluie en débit
Qp = 0.116 I σ Qp l/s/ha I en mm/Jσ coefficient de ruissellement0.7 < σ< 1
I en mm/J P en mm τ en jours
Loi de Montana :
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Calcul de l’écartement des drains en régime variable de tarissement
tC
KE
H H=
μ−
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
41 1
0²
C4
29
= Coefficient de forme de nappe
H0H
µ = porosité de drainage (%)
K = conductivité hydraulique horizontale (m/j)
t = temps de rabattement de la nappe (j)
H0 = hauteur de la nappe à l ’interdrain à l ’instant initial (m)
H = hauteur de la nappe à l ’interdrain en fin de tarissement (m)
Paramètres de milieu
Paramètres de risque = paramètres agronomiques, choix de l ’agriculteur
E = Ecartement des drains (m)
Drains reposant sur l ’imperméable
SL
S-L = hauteur labourée
Unité hydrosystèmes et bioprocédés
Calcul de lCalcul de l’é’écartement des drains en rcartement des drains en réégime variable de gime variable de tarissement : paramtarissement : paraméétragetrage
Niveaud’intensification
Type d’exploitation Temps derabattement (jours)
élevé MaraîchageCulture industrielle
0,5
normal Polyculture-élevageCéréaliculture
1
faible Prairie naturelle 3
Temps de rabattement : typiquement = 1 jour
Hauteur rabattue H0-Ht : typiquement = 0,25 m
Sols à plancher peu profond
Sols sableux
0,15 m 0,35 m
Labour
Ht
H00
0
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Profondeur suffisante
Bouche de décharge
Evacuer lacrue annualeou bi-annuale
ÉÉmissaires : crmissaires : crééer ou refaireer ou refaire
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TuyauxTuyauxccééramique ramique puispuis PVC rigide PVC rigide puispuis PVC souple annelPVC souple anneléé (milieu des (milieu des annannéées 70) Marque NF drainses 70) Marque NF drains
Machines de poseMachines de posetrancheuse ou soustrancheuse ou sous--soleusesoleuse
Technique de guidageTechnique de guidagelaser rotatiflaser rotatif
Plusieurs causes de risques technologiquesPlusieurs causes de risques technologiquesColmatage minColmatage minééral ; tests de ral ; tests de caracterisationcaracterisation du risque et des du risque et des matmatéériaux driaux d’’enrobage ; protocole AFNORenrobage ; protocole AFNORColmatages racinaire et biochimiqueColmatages racinaire et biochimiqueArgiles plastiques et gonflantesArgiles plastiques et gonflantes
Documents dDocuments d’’ingingéénierienierieCCTG travaux, maCCTG travaux, maîîtrise dtrise d’œ’œuvre, normes, secteurs de ruvre, normes, secteurs de rééfféérences, rences,
éétude climatique sur 300 postes mtude climatique sur 300 postes méétropolitains, tropolitains,
Technologie du drainageTechnologie du drainage