Étude du site

En dehors des questions traitées en première partie de ce livre (quels sont les ayants-droit sur les parcelles concernées, les rapports avec les troupeaux, les cultures traditionnelles...), l'étude technique d'un site doit tenir compte:

- De la distance du site au(x) village(s) ou aux habitations des futurs exploitants. Un site trop éloigné implique souvent:

" une augmentation des temps de trajet et une diminution de la productivité du travail;

" une non participation des femmes (chargées de la cuisine);

" des difficultés du parcage du bétail et une perte de fumure.

Si le site est trop proche, cela risque de conduire à des problèmes sanitaires; une distance d'au moins 500 m permettra de les limiter.

- De la présence d'un point d'eau permanent, dont on examinera:

" la perennité;

" les périodes d'assèchement habituelles et exceptionnelles;

" le débit maximum;

" les périodes d'assèchement;

" la qualité (salinité);

" la distance avec la zone irrigable.

- Des zones de passage des eaux de ruissellement en cas de fortes pluies. Si de telles zones existent, il sera nécessaire de protéger le périmètre avec des digues et des drains de ceinture; de tels équipements augmenteront le coût de l'aménagement.

- Du relief général de la parcelle retenue. Il faut éviter:

" les pentes fortes supérieures à 2% car l'irrigation gravitaire de surface sera difficile;

" les reliefs irréguliers (bosses et creux) car ils nécessiteront un planage coûteux, qui pourra avoir des répercussions négatives sur les sols.

- Des contrepentes: c'est le cas lorsque deux zones hautes sont séparées par une petite "vallée". L'irrigation gravitaire est alors très difficile dans la deuxième zone.

- Du point le plus élevé de la parcelle à irriguer: c'est de ce point que repart en général le réseau gravitaire. S'il est trop haut, il faudra une grande longueur de tuyaux ou de canaux portés pour y conduire l'eau, d'où un surcoût important.

- Des zones basses inondables en périodes de fortes pluies ou de crues. Il faut exclure ces zones, ou prévoir des travaux d'endiguement et de drainage coûteux, du moins pour les cultures irriguées d'hivernage (1). Les petites cuvettes naturelles (points bas) situées dans le périmètre seront drainées car elles risquent de constituer des zones insalubres.

(1) Mais ces zones peuvent être intéressantes pour les cultures de saison (réserves dans le sol).

Méthodes simples de relevé topographique

La présélection permet de délimiter les surfaces irrigables. Afin de déterminer approximativement les travaux à prévoir, il faut procéder à un relevé topographique rapide du site.

De nombreux instruments servent à effectuer des relevés topographiques: nivelettes, niveau de maçon posé sur un cadre, niveau à eau en tube flexible, niveau-lyre (ou clisimètre), niveau à lunette (2).

(2) Consulter le manuel n°2 de la FAO "Topographie pratique élémentaire", 1987.

Les relevés peuvent être effectués tous les 200 m, le long des axes principaux, des thalvegs et des dépressions.

Niveau-Lyre

Voici quelques exemples de plans topographiques montrant les défauts de sites pré-selectionnés:

A) Site topographiquement "parfait": le point d'eau est situé au plus haut, la pente régulière est d'environ 0,5 % (2,5 m sur 500 m). Mais les grandes inondations atteignent la cote 98,50 m; la zone hachurée n'est donc pas irrigable sans digue de protection.

B) Terrain difficilement irrigable sans planage (creux et bosses)

C) Contre-pente empêchant l'irrigation gravitaire de la zone nord (en hachures)

Aptitude des sols à l'irrigation

L'aptitude des sols à l'irrigation dépend de plusieurs facteurs:

- la profondeur et capacité de rétention (quantité d'eau retenue disponible pour les plantes après l'arrêt des pluies ou de l'irrigation);

- la perméabilité ou vitesse d'infiltration (3): une perméabilité élevée facilite l'aspersion ou l'arrosage à la raie, mais constitue par contre un facteur de gaspillage d'eau (pour le riz notamment);

- la fertilité organo-minérale: si les sols sont très pauvres en matière organique et en sels minéraux, il sera nécessaire d'apporter une fumure de fond coûteuse;

- la sensibilité à l'érosion: les sols résistant mal à l'érosion (limons sableux en particulier) sont difficiles à irriguer, et on risque de rencontrer des problèmes de resistance des canaux à l'érosion.

(3) C'est le facteur le plus important: si on cultive sur des sols trop perméables, l'augmentation des consommations en eau peut tripler (pour des résultats médiocres) et causer, par des infiltrations profondes, une remontée de la nappe phréatique, ce qui provoque en quelques années un excès d'eau ainsi que des problèmes de salinisation. Il faut alors prévoir un réseau de drainage important et très coûteux.

Il est difficile de mesurer tous ces paramètres en laboratoire. Il est donc très important de collaborer avec des agriculteurs locaux expérimentés, qui donneront des indications précieuses. Les appelations traditionnelles des sols sont souvent d'une grande utilité dans ce domaine.

Comment estimer rapidement la perméabilité d'un sol?

La "méthode de Muntz" (méthode du double anneau) consiste à saturer un sol en eau autour du dispositif de mesure (anneau central), puis à mesurer à intervalles réguliers la vitesse d'infiltration de l'eau versée dans le cylindre central. L'infiltration se traduit par une baisse de niveau.

L'anneau périphérique permet d'éviter les erreurs par excès dues à une infiltration latérale. Les mesures se font dans l'anneau intérieur. La vitesse d'infiltration est plus grande au début de l'essai: lorsque le sol est sec, il "boit" l'eau plus rapidement. La vitesse diminue progressivement et se stabilise autour d'une valeur caractéristique du sol concerné, qui mesure précisément sa perméabilité.

Il n'est pas toujours facile de disposer du matériel standard pour mettre en oeuvre cette méthode. Aussi proposons-nous la méthode simplifiée suivante (suggérée par P. Bertrand, de l'IRAT):

Couper un cylindre de 20 cm de long environ dans un tuyau en plastique de 10 ou 12 cm de diamètre; le graduer tous les centimètres puis l'enfoncer dans le sol et constituer un petit ados circulaire en terre formant un anneau de garde de 50 cm de diamètre environ.

A) Infiltromètre á un cylindre entouré d'une levée de terre.

B) Infiltromètre á deux cylindres.

Dispositif simplifié

Graphique de l'infiltration

Remplir le cylindre avec environ 5 cm d'eau, puis mesurer la baisse du niveau de l'eau toutes les cinq minutes pendant le premier quart d'heure, tous les quarts d'heure pendant l'heure suivante, puis toutes les heures ensuite pendant trois heures. Les résultats reportés sur un graphique permettront d'estimer la perméabilité.

Les échelles d'infiltration habituelles sont: (4)

- sols très perméables (sableux): K 0,001 mm/s (= 3,6 mm/h = 86 mm/j);

- sols moyennement perméables: K 0,0001 mm/s (= 0,36 mm/h = 8,6 mm/j);

- sols peu perméables (argileux): K 10(-7) m/s (= 0,036 mm/h = 0,8 mm/j).

(4) K (de Strickler): 30 pour canaux en terre mal entretenus, 40 pour canaux en terre bien entretenus ou revêtus de moellons, 60 pour canaux en béton en bon état On utilise la formule (de Strikller): Q (débit en m³/s) = kS (surface mouillée) x R 2/3 (rayon hydraulique) x i 1/2 (pente). (k = coefficient de rugosité).

Les sols très perméables sont difficiles à irriguer par gravité, il vaut mieux prévoir des méthodes d'aspersion (arrosage manuel ou aspersion sous pression). Il faut réserver la riziculture aux sols peu perméables. En effet, la consommation d'eau du riz sur l'ensemble de son cycle sera doublée si la perméabilité atteint 6 mm/j.

Problèmes de salinité et de drainage

La plupart des cours d'eau de la zone soudano-sahélienne ont une eau extrêmement bonne pour l'irrigation (très peu salée, chargée en limons fertilisants). Cependant, près de l'embouchure des Fleuves, et pour certains forages, l'eau peut être salée et il faut alors tenir compte des conséquences de cette sature sur les cultures et les sols. La salinité se mesure en général grâce à la conductivité électrique (CE) de l'eau (5).

(5) On observe les relations approximatives suivantes entre les teneurs en sels et la conductivité: 1 mmho/cm = 1000 micromhos/cm = 10 meq/l = 640 mg/sel/l. La salinité totale de l'eau ne résulte pas seulement de la présence de sel ordinaire (chlorure de sodium: 1 meq/l = 58 mg/l) mais également de sels de calcium et de magnésium (carbonate de calcium 1 meq = 50 mg/l chlorure de magnésium = 1 meq = 48 mg/l).

On a l'échelle suivante:

CE (à 25°C) < 250 micromhos/cm: Eau utilisable sur la plupart des cultures sans précaution particulière.

250 < CE < 750 micromhos/cm:

Eau légèrement salée. Un léger lessivage est nécessaire. Ne convient pas pour les plantes très sensibles (haricots, la plupart des légumes). Le drainage reste assuré grâce à la circulation de la nappe phréatique. Pas trop de problèmes de salinisation.

750 < CE < 2250 micromhos/cm:

Eau salée. Utilisable seulement sur des cultures tolérantes au sel (sorgho, coton, certaines variétés de riz) et dans des sols qui ont un bon drainage afin de permettre un lessivage important.

CE > 2250 micromhos/cm:

Eau très salée. Ne peut être utilisée que sur des sols très perméables, avec un lessivage constant et pour des cultures tolérantes ou résistantes (palmier dattier en particulier). Le goutte-à-goutte permet une utilisation intéressante de ces eaux salées.

On peut également mesurer la salinité des sols avec la même méthode. On mesure alors la conductivité électrique de la solution extraite du sol saturé. On utilisera l'échelle suivante:

- sol non salin	CE<2000
- sol légèrement salin	2000<CE<4000
- sol salin.	4000<CE<80
- sol très salin	>8000

Tout apport d'eau d'irrigation amène donc du sel dans les sols. S'il y a ensuite lessivage par drainage profond ou latéral, l'eau de lessivage va donc évacuer une partie de ce sel. Par contre, si l'eau d'irrigation est entièrement absorbée par les racines des cultures (qui n'absorbent pratiquement pas les sels), il va y avoir concentration en sel de la solution du sol, aboutissant donc à une salinisation persistante du sol (voir schéma ci-dessous). C'est pourquoi, il faut toujours prévoir qu' une partie de l'eau d'irrigation doit être lessivée afin d'éviter la concentration progressive du sel dans le sol, qui peut durer des années, mais est inéluctable.

Équilibre atteint pour la salinité du sol à différents taux de lessige

Les effets d'une salinisation modérée des sols ressemblent à ceux d'un début de sécheresseles graines germent mal, les plantes adultes ont les feuilles qui se flétrissent dans la journée. Une forte salinité amène la mort des plantes les plus sensibles. Seules survivent des espèces résistantes ("halophiles").

Il n'y a pas que du chlorure de sodium (Nacl) dans les sels dissouts dans les eaux. On trouve également des carbonates, des sels magnésiens, etc. Il y a des échanges en permanence entre le complexe absorbant du sol et les ions amenés par l'eau d'irrigation. Celle-ci peut donc progressivement modifier la composition de ce complexe absorbant. Lorsque l'ion sodium Na ⁺ prédomine nettement par rapport aux autres ions Ca ⁺⁺ et Mg ⁺⁺, on a un risque d'alcalinisation progressive des sols. Les argiles sont dispersées, la structure du sol devient compacte, imperméable et asphyxiante. L'irrigation devient très difficile (l'eau pénètre très mal dans le sol).

Ce risque d'alcalinisation s'estime à partir du rapport d'absorption du sodium (SAR) dans l'eau:

Pour un SAR supérieur à 10, les risques d'alcalinisation sont élevés. (Le diagramme de la page suivante permet de déterminer la classification d'une eau d'irrigation, en fonction de sa salinité et de son SAR.)

Teneurs en sodium: on définit quatre classes (SAR = sodium absorption ratio = coefficient d'absorption du sodium).

S1) 0 < SAR<10: Peu de danger d'alcalinisation.

S2)10<SAR<18: Danger d'alcalinisation appréciable dans les sols à texture fine et à forte capacité d'échange surtout dans des conditions de faible lessivage. Eaux utilisables sur les sols à texture grossière ou les sols organiques ayant une bonne perméabilité.

S3) 18 <SAR<26: Eaux nécessitant un aménagement spécial (bon drainage, fort lessivage, addition de matières organiques).

S4) SAR <26: Danger d'alcalinisation fort. De telles eaux sont utilisables pour l'irrigation si leur faible salinité permet l'addition de calcium soluble ou si le sol en contient suffisamment (6).

(6) Extrait du "Mémento de l'agronome".

Diagramme permettant de déterminer la qualité des eaux en fonction de la conductivité et du coefficient d'absorption du sodium

En fait, le SAR ne donne qu'une image partielle du risque d'alcalinisation lié à l'eau d'irrigation. Il faut tenir compte de phénomènes complexes comme celui de la précipitation des carbonates lorsque la solution du sol se concentre (lors de fortes évaporations) qui peut modifier la concentration relative des ions sodium (et donc le SAR). Il s'agit de phénomènes complexes, aussi faut-il faire interpréter les analyses d'eau d'irrigation par des spécialistes (7). C'est ainsi que les rizières de l'Office Niger ont subi une alcalinisation progressive qui a pris cinquante ans, malgré la minéralisation des eaux du fleuve Niger, et à cause de l'inefficience du réseau de drainage. (La nappe phréatique qui affleure le sol actuellement était à 20 m de profondeur à l'origine).

(7) Voir à ce sujet l'article de Valles, Bertrand, Bourgent et Ndiaje sur "Le concept d'alcalinité résiduelle généralisée..." dans L'Agronomie Tropicale n°3/89.

De manière générale, on peut considérer que le taux d'équilibre du sel dans la solution du sol (à la profondeur de drainage) est égal au taux de sel dans l'eau d'irrigation, divisé par la proportion d'eau drainée chaque année. Par exemple, si l'on apporte chaque année 12000 m³ d'eau à l'hectare à 500 micromhos pour une culture de riz et que l'on évacue 2000 m³ par le système de drainage en cours de culture, le taux de salinité du sol sera, à long terme de:

500 x 12000/2000 = 3000 micromhos (sols légèrement salés).

Si, par contre, on ne draine que 500 m³/ha/an en moyenne, le sol va devenir progressivement très salé:

CE = 500/(5/120) = 12000 micromhos, et la culture du riz deviendra impossible.

Il faut noter cependant que le lessivage peut aussi bien être effectué saisonnièrement par les eaux de pluie en excès on a alors une variation saisonnière du taux de sel dans le sol (c'est le cas des systèmes goutte-à-goutte utilisés par les israëliens en zones arides).

Processus de salinisation des sols

Apport d'eau légèrement salée sans drainage

2. Apport d'eau moyennement salée avec drainage important

Les problèmes de perte des sols par salinisation sont très importants au niveau des grands périmètres; on a en effet souvent dans ce cas des apports massifs d'eau sur des surfaces très importantes, avec remontée de la nappe phréatique et diminution simultanée des possibilités de drainage naturel. Dans le cas de petits périmètres isolés, il y a moins de risques de provoquer une telle remontée de la nappe phréatique, à moins de se trouver dans une dépression naturelle.

Cas des grands périmètres (Office du Niger)

Petits périmètres