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International audience; La gestion du bassin de la Murray-Darling : un risque écologique et un enjeu économique. Support de près de 75 % des surfaces agricoles irriguées et situé au centre d'une zone accueillant plus de 75 % de la population australienne, le Bassin Murray-Darling est le plus important réseau hydrographique d'Australie. Mais la qualité et la quantité de l'eau fournie par le bassin, déjà faibles avant l'arrivée des européens, ne cessent de se détériorer. L'équilibre écologique initial était fragile et a été rompu par l'exploitation massive des réserves d'eau, principalement pour l'irrigation (dans certains endroits les prélèvements dépassent le taux de renouvellement des nappes souterraines) ainsi que par les déforestations, mises en pâturages et introductions de cultures européennes par les colons, qui ont entraîné un fort accroissement de la salinisation du sol et des eaux, de la surface de terre inculte, et de l'acidité des sols. Si le déséquilibre écologique désormais instauré se maintient, les conséquences seront très graves. Actuellement, les prélèvements d'eau et les dégradations telles que la salinité sont en augmentation. Près de la moitié du volume total d'eau exploitable au sein du Murray-Darling présente déjà une salinité qui la rend impropre à la consommation humaine ou à l'irrigation de certaines cultures. Une estimation récente prévoit que l'ensemble des terres irriguées le long de la Murray River seront salines dès 2010, en l'absence de mode de gestion adapté. Le maintien d'un taux de salinité acceptable est un enjeu capital pour la ville d'Adélaïde (1 100 000 habitants) qui dépend pour 42 % de sa consommation des transferts à partir de la Murray River. On pourra citer aussi la concentration de polluants qui augmente dans les sédiments ou la prolifération d'algues productrice de toxines dangereuses : le système écologique et ses dégradations sont complexes. Face à ces problèmes, les pouvoirs publics et des organisations professionnelles et communautaires ont engagé des actions avec l'appui des scientifiques, en particulier depuis la création d'un cadre d'action fédératif, la « Murray-Darling Initiative » qui a défini des programmes et des stratégies est alimentée par un budget qui a crû de 89 millions de dollars australiens (370 millions de francs) en 1997 à 124 millions de dollars (520 MF) en 1998. Actuellement, de nombreuses et profondes réformes se superposent dans les domaines financier et environnemental et des conflits explicites d'usage de l'eau sont à résoudre entre les États concernés. Depuis deux ans, le comité de la Murray-Darling Initiative cherche à mettre en place un marché des droits d'eau et des droits de salinité à grande échelle, afin de dégager les moyens financiers suffisants à la gestion du bassin

International audience; Dispositif expérimental pour le suivi de l'évolution physico-chimique des sols et la détermination de leurs paramètres hydrodynamiques au laboratoire. Depuis plus de 50 ans, le nombre de périmètres irrigués se développent constamment en zone sahélienne. Cependant, la pratique de l'irrigation à grande échelle n'est pas sans danger. Elle peut conduire à modifier le fonctionnement des sols et ainsi entraîner des phénomènes de dégradation. Ceux-ci peuvent avoir des impacts environnementaux et économiques négatifs importants. Il est donc nécessaire de pouvoir prédire l'évolution des sols à long terme. Pour réaliser ce type de prévision, on utilise des modèles numériques. Ceux-ci ont besoin de données précises sur les paramètres hydrodynamiques des sols. Ces données peuvent être obtenues sur le terrain, mais les dispositifs sont difficiles à mettre en place et les études sont lentes. C'est la raison pour laquelle nous avons choisi de mettre en place un dispositif de mesure en laboratoire qui nous permet de reproduire les différentes phases d'évolution des sols tout en contrôlant un maximum de paramètres. Nous avons donc créé et mis en place un banc de colonnes de sol composé de monolithes de sol non remanié de 60 cm de haut et 23 cm de diamètre. Ces monolithes sont équipés de dispositifs permettant de simuler des situations réelles et de reproduire de manière accélérée plusieurs cycles de culture. Un système d'enregistrement automatique permet de réaliser l'acquisition des données en continu. Ce dispositif permet donc l'obtention des paramètres nécessaires au calage des modèles et à la validation des simulations. Le banc de colonne de sol à déjà été utilisé avec succès dans plusieurs expérimentations sur des sols du Sénégal et du Mali. Il s'agit notamment d'expériences de traçage par injection d'eau de faciès contrasté. D'autres expériences sont en cours sur la simulation de nappe sodisante et pour des mesures de gonflement retrait sur sol argileux. D'autres phénomènes peuvent également être étudiés avec notre dispositif dans les domaines du transferts des polluants et de la microbiologie des sols. (Résumé d'auteur)

International audience; Réutilisation des eaux usées en Tunisie: enjeux et perspectives. Dans les régions arides et semi-arides, des pays tels que la Tunisie font face à des problèmes croissants de déficit en eau. Selon les prévisions, une augmentation de la consommation de l'eau à des fins domestiques et industrielles vers l'an 2020 risque d'entraîner une diminution du volume d'eau disponible pour le secteur agricole. Il est par conséquent important de développer de nouvelles ressources en eau ainsi que de protéger celles qui existent. La réutilisation agricole des eaux usées est un des moyens de faire face à ces problèmes. A cet effet et avant de passer au stade d'une exploitation à grande échelle, un programme de recherche a démarré depuis 1980 sur ce sujet. L'objectif de ce travail était de déterminer les conditions d'utilisation agricole des eaux usées traitées tenant compte de leur composition physico-chimique et biologique, des impacts de l'application d'eaux usées sur le système eau-sol-plante, et d'évaluer les effets à long-terme de leur application sur les propriétés du sol tenant compte des pratiques d'irrigation. Les résultats obtenus ont montré la faisabilité de la réutilisation des eaux usées moyennant des précautions d'emploi. Une politique nationale de réutilisation des eaux usées a ainsi été élaborée et mise en place. La réutilisation des eaux usées est devenue une composante essentielle de la stratégie nationale des ressources en eau. Les eaux usées sont essentiellement utilisées à des fins agricoles et pour l'irrigation d'espaces récréationnels tels que les terrains de golf. D'autres opportunités de réutilisation des eaux usées telles que la recharge de nappes sont à l'étude. Les principaux résultats de recherche obtenus durant les dernières décades, le cadre général de la réutilisation des eaux usées ainsi que les enjeux et les perspectives sont présentés dans ce papier. (Résumé d'auteur)

Une approche intégrée pour analyser l'impact d'une pratique d'irrigation gravitaire sur les risques environnementaux et la production. En irrigation gravitaire, les sources d'hétérogénéité peuvent s'analyser à partir de leurs effets sur l'avancement de l'eau. Cette démarche est à l'origine d'une approche intégrée permettant de tester l'impact d'une pratique d'arrosage sur l'efficience hydraulique et le rendement à l'échelle d'une parcelle irriguée à la raie. Cette approche intégrée utilise un générateur de paramètres qui fournit les grandeurs nécessaires au modèle d'irrigation. Ce dernier simule selon différents types de conduites d'arrosage le processus avancement-infiltration pour un ensemble de N raies d'une parcelle. Le générateur de paramètres assure en outre le couplage entre modèle d'irrigation et modèle de culture simulant le bilan hydrique et le rendement. L'approche a été validée sur une parcelle expérimentale de longueur 130 m à Lavalette (Cemagref Montpellier) en sol limoneux pour une culture de maïs. On montre alors sur la base d'un scénario climatique relatif à une année sèche qu'il est possible, pour ce même type de sol, d'irriguer une parcelle de 250 m (compatible avec l'investissement requis par un système de distribution type rampe à vanettes) avec une efficience moyenne sur la saison proche de 80% en obtenant par ailleurs une valeur moyenne du rendement satisfaisante. L'outil développé permet donc d'identifier des pratiques d'irrigation efficientes, tant du point de vue hydraulique qu'agronomique. Il permet en outre la mise en évidence des risques de drainage locaux liés à certaines pratiques comme la raie bouchée. L'approche intégrée développée ne permet cependant pas d'analyser les conséquences des percolations profondes locales sur le lessivage d'azote en liaison avec une pratique de fertilisation utilisée dans le S-E de la France. Pour répondre à ce problème complexe on s'appuie sur une modélisation mécaniste adaptée aux transferts bidimensionnels d'eau et de solutés (code numérique HYDRUS2D, Simunek et al., 1996). On montre ainsi que le risque de lessivage est réduit dans ce cas même lors de régimes d'irrigation excessifs. (Résumé d'auteur)

PFLOW, un modèle pour estimer la remontée d'eau et de sel depuis une nappe phréatique. UPFLOW est un outil informatique qui permet d'estimer la remontée d'eau et de sel depuis une nappe phréatique peu profonde vers la couche superficielle du sol, pour une période déterminée et des conditions environne mentales spécifiques. Dans le modèle, les conditions environne mentales sont spécifiées par: (i) l'évapotranspiration moyenne pendant la période considérée; (ii) la teneur en eau moyenne de la couche superficielle pendant cette période; (iii) la profondeur de la nappe en dessous de la superficie du sol; (iv) l'absorption de l'eau par les racines; (v) la profondeur et les caractéristiques des différentes couches du sol et (vi) la teneur en sel de la nappe phréatique. Une remontée permanente est assumée pendant la période considérée. Pour des conditions d'irrigation fragiles, caractérisés par une nappe phréatique superficielle et/ou saline, UPFLOW est un outil intéressant pour estimer les effets de pratiques agriculturales et/ou mesures de contrôle. Cet article présente deux applications: (i) l'effet de la remontée capillaire sur le programme d'irrigation de la mangue dans le périmètre irrigué de Maniçoba dans le nordeste du Brésil et (ii) le calcul des besoins en eau pour le contrôle de la salinité dans les périmètres rizicoles dans le Delta du Fleuve Sénégal. Des mesures de terrain au Brésil et au Sénégal confirment que les simulations des quantités d'eau et de sel transportés par remontée capillaire vers la zone racinaire se situent dans un bon ordre de grandeur. (Résumé d'auteur)

International audience; La salinité des sols a toujours été une contrainte de l'agriculture irriguée dans le bassin de l'indus. Traditionnellement, ce phénomène était associé à la remontée d'une nappe, devenue sub-affleurante à certains endroits, avec l'introduction des périmètres irrigués à grande échelle. Le concept de la «menace jumelle» de l'engorgement et de la salinité des sols a impulsé depuis les années 1960 un grand nombre de projets de drainage à grande échelle pour rabattre la nappe. Par ailleurs, pour faire face aux pénuries d'eau, les agriculteurs ont recouru à des pompages individuels dans la nappe dont le niveau a ainsi baissé. Le nombre de forages est estimé à plus de 500 000 et continue d'augmenter. L'utilisation des eaux souterraines, souvent d'une qualité médiocre mais hétérogène dans l'espace, accentue une tendance à la salinisation des sols. L'eau de surface, en revanche, est d'excellente qualité et représente une valeur inestimable pour les paysans ayant des problèmes de salinité et sodicité. Une distribution de l'eau de surface en phase avec les contraintes des paysans en termes de qualité de l'eau de nappe pourrait contribuer à diminuer ces problèmes. (Résumé d'auteur)

International audience; Modélisation de l'impact de l'irrigation sur le devenir salin et sodique des sols. Dans les zones arides et semi-arides, l'eau est le principal facteur limitant la production agricole. Le recours à l'irrigation est un choix stratégique pour le développement agricole. Cependant, aussi bien la quantité d'eau disponible que sa qualité affectent fondamentalement le sol et les cultures qui y sont cultivées. La présence des sels solubles dans l'eau d'irrigation et le pouvoir évaporateur de l'air dans les zones irriguées conduisent souvent à la salinisation des sols et particulièrement en zones arides et semiarides. Le suivi de la qualité des sols et des eaux dans les périmètres irrigués est nécessaire pour la mesure de la durabilité du système de production. A ce titre, la modélisation des mouvements des sels dans les sols irrigués est un moyen pour prédire l'évolution de ces derniers. A cet effet, deux modèles (SMSS2 et SMSS3) de simulation de mouvement de sels dans les sols ont été développés. Le premier modèle (SMSS2) est utilisé pour analyser les mouvements de sels en milieu saturé en conditions de drainage parfait. C'est un modèle simple permettant essentiellement la prévision de la salinité/sodicité d'un sol donné après sa mise en irrigation pendant une période prolongée dans le temps. Il est contrôlé par trois types de paramètres: les coefficients de sélectivité d'échange, le volume et la qualité d'eau d'irrigation. Le second modèle (SMSS3) est utilisé pour analyser l'écoulement de l'eau et le mouvement de sels dans un milieu poreux partiellement saturé. Il permet le suivi à court terme du devenir de la salinité dans une parcelle donnée. Il fait intervenir les différents types de paramètres suivants: (i) la période de simulation, (ii) les conditions aux limites, (iii) les caractéristiques physiques du sol, (iv) la culture en place, (v) les caractéristiques chimiques du sol (sélectivité d'échange et produits d'activités ioniques), (vi) la distribution temporelle des travaux de sol, des amendements chimiques, de la pluviométrie et des irrigations et (vii) la distribution hebdomadaire des coefficients culturaux et des évapotranspirations potentielles. La validation du modèle SMSS2 sur les données de la basse vallée de l'Euphrate en Syrie a montré que les données simulées concordent avec celles mesurées sur le terrain. Les différences moyennes obtenues entre les données simulées et celles mesurées sur le terrain varient entre 0,5 et 1 dS/m. La validation du modèle SMSS3, appliqué à la région des Doukkala au Maroc, a permis de prévoir avec une précision acceptable l'évolution à court terme de la salinité et de la sodicité des sols. Les différences moyennes obtenues entre les données mesurées sur le terrain et celles simulées varient entre - 0,25 et 0,13 dS/m. Une étude de sensibilité de ce modèle a permis de montrer que l'utilisation des produits d'activités ioniques (PAI) des minéraux est préférable à celle de leurs produits de solubilité standards. Le modèle SMSS3 mérite d'être validé dans d'autres conditions arides et semi-arides irriguées. (Résumé d'auteur)

Etude expérimentale et numérique des transferts hydriques dans une parcelle rizicultivée dans la région de Podor (vallée du fleuve Sénégal). Nous avons étudié la dynamique de transfert d'eau et de sels dans une parcelle rizicultivée d'un périmètre irrigué de la vallée du Fleuve Sénégal, pour évaluer les risques de salinisation. Cette étude présente les transferts hydriques déterminés à partir d'un suivi précis du bilan d'eau pendant un cycle de culture de riz (100 jours). Les bilans hydriques ont été quantifiés à l'échelle de la parcelle et à l'échelle du profil par un suivi tensio-neutronique et un suivi piézométrique. Ces mesures montrent des résultats inattendus par rapport à une dynamique d'infiltration classique. Par ailleurs les valeurs de flux calculées à partir des gradients hydrauliques montrent l'existence d'un plan de flux nul à 40 cm et surestiment largement les valeurs mesurées. A partir de ces résultats nous avons supposé qu'un phénomène de piégeage d'air bloque l'infiltration de l'eau. Cette hypothèse a été confirmée indirectement par la modélisation de l'infiltration dans le profile avec Hydrus et directement par l'utilisation d'un modèle biphasique basé sur l'équation de Green et Ampt.. On montre donc que dans des situations hydrologiques caractérisées par la présence d'une nappe peu profonde (comme dans des grands périmètres) et une irrigation par immersion, on ne peut pas négliger la présence d'air dans le sol. La nappe ne joue donc pas le rôle de drain naturel et en l'absence de drainage superficiel tous les éléments dissous amenés par l'irrigation se concentrent en surface. Considérant ce type de régime hydrique nous avons simulé l'évolution de la solution du sol grâce à Phreeqc pour évaluer les risques salins et alcalins.

International audience; Intensification agricole et risque de pollution azotée des ressources en eau dans les départements français d'outre-mer insulaires : surveiller en priorité les pratiques agricoles dans les périmètres irrigués Dans les départements français tropicaux insulaires (Guadeloupe, Martinique, Réunion), les roches volcaniques sont entièrement altérables. L'âge et le bilan hydrique déterminent la nature des sols argileux. Dans les zones humides à sols ferrallitiques à halloysite, ou andosols à allophane, l'impact des fertilisations azotées excessives sur les teneurs en nitrates des eaux est faible, pour deux raisons probables : (i) dilution par des flux importants ; (ii) capacité d'échange anionique des andosols. Les seules alertes concernent des cultures intensives, sur des sols jeunes peu propices à l'adsorption des nitrates. Les périmètres irrigués ont permis le développement de cultures intensives, fortement fertilisées sur les vertisols à smectite en zones sèches. Leur irrigation excessive provoque un gonflement et un stress hydrique d'anoxie des cultures, qui entretient une augmentation des fréquences d'arrosage. L'excès d'irrigation peut alors entraîner des solutés en forte concentration. La mosaïque de cultures irriguées et pluviales peu fertilisées expliquerait un impact pourtant modéré sur les nappes. Plusieurs questions de recherche concernent les formes d'azote exportées (nitrates, ammonium, ...), les voies d'exportation (drainage, ruissellement, volatilisation) selon les milieux, la dynamique des ressources en eau souterraines, et les responsabilités respectives de l'agriculture et de l'habitat qui se côtoient. Des pratiques sont préconisées dans les périmètres irrigués, les plus susceptibles d'exporter des nitrates : • fertilisation raisonnée, • pilotage de l'irrigation (THERESA pour les vertisols, tensiomètres pour les sols rigides), • rotations de cultures pluviales et irriguées, pour entretenir la réserve en eau des sols et disperser les « fuites » de nitrates

International audience; Riziculture irriguée et évolution des sois dans la vallée du Sénégal. Au Sahel, l'irrigation permet de lever la principale contrainte pour la production, mais elle engendre également des risques pour l'évolution des sols: salinisation liée à l'évaporation ou à la remontée des nappes, baisse de fertilité chimique liée à la mise en culture continue... L'objectif de cette communication est de présenter un panorama des travaux réalisés dans la vallée du Sénégal par une équipe de l'RD et ses partenaires, concernant l'évolution récente des sols et ses interactions avec la conduite de la riziculture. Les résultats de ces travaux montrent notamment que la riziculture irriguée permet d'éliminer les sels accumulés en surface lorsque l'irrigation et le «drainage» sont bien conduits. Dans les sols vertiques, la vitesse de percolation est extrêmement faible et le lessivage des sels s'effectue latéralement, L'enrichissement des horizons superficiels dans les sols cultivés peut être mis en relation avec la culture continue combinée à la fertilisation (N et P) et à l'absence d'exportation des pailles. Enfin, les pratiques culturales expliquent l'essentiel de la variabilité des rendements. A court terme, la riziculture irriguée n'a donc pas d'impact aussi négatif que ceux supposés sur l'évolution des sois et des nappes dans la vallée du Sénégal. Néanmoins, l'exportation des pailles pour le développement de l'élevage, l'extension des cultures de diversification exondées, l'absence de réseau d'évacuation des sels lessivés, ou l'augmentation de l'intensité culturale peuvent déstabiliser cette situation fragile. (Résumé d'auteur)

International audience; Evaluation de la salinisation dans le périmètre irrigué de Maniçoba. Depuis la mise en opération du périmètre irrigué de Maniçoba, situé dans le nordeste semi-aride du Brésil, environ 10 % des terres ont été abandonnées. Des échantillons de sol ont été prélevés sur dix-huit parcelles où la salinisation des sols est invoquée par les producteurs comme raison principale de leur abandon. Les objectifs étaient de vérifier cette hypothèse par la collecte de données quantitatives, et de déterminer l'origine et la distribution spatiale de la salinisation. Des prélèvements de sol ont été réalisés en zone abandonnée, en zone cultivée et irriguée, ainsi que sur des sols encore non exploités. Les résultats confirment le problème de salinisation dans la plupart des parcelles abandonnées. En l'absence de sels géologiques, et l'eau d'irrigation étant d'excellente qualité, il est assumé que la salinisation résulte de la concentration de fertilisants lessivés dans certaines parties du périmètre. L'hétérogénéité du sous-sol, l'existence de bassins souterrains et de couches imperméables peu profondes, représentent des risques de nappe phréatique superficielle et de salinisation dans ces parties. Néanmoins, ces contraintes ne semblent être prises en compte ni dans l'élaboration de politiques de préservation des sols ni dans les programmes d'assistance technique.

International audience; En riziculture irriguée, la submersion induit des modifications importantes dans les propriétés chimiques des sols du fait de la faiblesse des échanges gazeux entre le sol et l'atmosphère. Dans ces conditions, la pression partielle en CO2 augmente tandis que la pression partielle en O2 et le potentiel redox diminuent. L'augmentation de la pCO2 conduit à une diminution du pH, une dissolution de minéraux, principalement la calcite, et une augmentation de l'alcalinité dans la solution du sol. La diminution du potentiel redox est liée à une réduction du Fer (III) qui s'accompagne aussi d'une production d'alcalinité dans la solution du sol. Cette réduction du Fer est supposée prendre place: dans la structure de minéraux argileux ferrifères, accompagné d'une augmentation de la capacité d'échange cationique; et dans une structure cristalline naturelle, une rouille verte Fe(Il)-Fe(Ill), accompagné d'une décroissance de leur capacité d'échange anionique. Ces processus sont mis en évidence à travers deux expérimentations menées sur le terrain et au laboratoire. Les bilans d'eau et de sels ont été évalués à différentes échelles dans les périmètres irrigués pendant la saison rizicole, mais aussi pendant la contre-saison ou cours de laquelle se développent les cultures maraîchères. En conséquence, les canaux restent en eau pendant la contre-saison sur la majeure partie du périmètre et contribuent à la recharge de la nappe; le drainage est très faible et le bilan des sels apparaît positif pendant la contre-saison. Pendant la saison rizicole, des volumes d'eau importants transitent par le système de drainage et le bilan des sels apparaît négatif. Les sels évacués sont principalement issus de la solution du sol par diffusion puis de la vidange des bassins d'irrigation. Le bilan en sels apparait globalement proche de l'équilibre. L'étude de la variabilité spatiale des propriétés des sols permet d'illustrer l'influence de ces mécanismes. Les eaux sont caractérisées par une alcalinité résiduelle positive et l'alcalinité et le pH de la solution du sol s'élèvent lorsqu'elle se concentre. Les points hauts apparaissent plus salés et surtout plus alcalins en raison d'une moindre maîtrise de l'irrigation et du drainage. Dans les zones basses, le faciès géochimique peu alcalin est interprété comme la conséquence d'une désalcalinisation des horizons superficiels liée à la mobilisation d'alcalinité pendant les périodes de submersion puis son evacuation par le réseau de drainage superficiel. (Résumé d'auteur)

International audience; Modélisation hydrogéochimique des processus de salinisation, alcalinisation et sodisation des sols: présentation et calage du modèle PASTIS. L'irrigation est indispensable à l'amélioration de la productivité agricole des terres dans les régions arides. Cependant, elle peut conduire localement à une dégradation progressive des propriétés physicochimiques des sols et une baisse de la fertilité, Ces processus de salinisation des sols ont été mis en évidence dans différents périmètres irrigués dans les pays sahéliens comme le Mali, le Sénégal ou le Niger. La prévision et la prévention de ces risques requièrent une meilleure compréhension et quantification des relations entre le régime hydrique sous l'influence de l'irrigation et l'évolution des propriétés des sois. Dans ce but, le développement d'un modèle intégrant les différents déterminants physiques et chimiques de ces évolutions représente un outil pour l'évaluation et la conception de stratégies d'irrigation. Le modèle PASTIS couplant les flux hydriques, le transport des solutés et les réactions géochimiques est présenté. Les échanges ioniques et la précipitation ou dissolution des minéraux sont modélisés sous la forme d'une cinétique d'ordre 1. Une expérimentation a été mise en oeuvre sur un monolithe de sol équipe pour le prélèvement de la solution à différentes profondeurs. Les isothermes d'échange ont été calées à partir d'expérimentation en réacteur fermé. La dispersion hydrodynamique a été calée par une méthode inverse à partir de l'élution des chlorures. Les courbes d'élution des cations K, Ca, Na et Mg mettent en évidence l'existence d'un non-équilibre et un coefficient cinétique pour les échanges de cations a été utilisé pour le calage du modèle. Le modèle reproduit correctement l'élution des différents solutés. (Résumé d'auteur)