Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 5 mai 2008). Bibliogr.

Dans les zones arides et semi-arides, les performances des systèmes irrigués collectifs et leur durabilité sont souvent remises en question. Le point de départ de notre démarche est le constat que les approches disciplinaires qui ont abordé les performances de ces systèmes restent fragmentaires et ne permettent pas d'identifier les déterminants effectifs des performances ni d'évaluer leurs effets dans un milieu réel fortement anthropisé avec un fonctionnement complexe. Il est ainsi difficile d'établir les interventions les mieux adaptées. Proposer une approche plus intégrée d'analyse du fonctionnement et d'évaluation des performances, tel est l'objectif général de notre recherche appliquée à une oasis du sud tunisien. Notre démarche s'articule en deux principales étapes. La première étape consiste en une analyse diagnostic basée sur une confrontation des perceptions des agriculteurs avec le diagnostic des ingénieurs dans l'optique d'une analyse critique du discours et des pratiques des agriculteurs. Cette étape nous a permis d'identifier les principales contraintes et leurs effets, mais aussi de comprendre les pratiques d'adaptation des agriculteurs aux contraintes de leur environnement. A partir de l'élaboration d'une représentation conceptuelle du fonctionnement de l'aménagement et d'un ensemble d'indicateurs issus de la phase de diagnostic, la seconde étape consiste en deux évaluations successives. Dans un premier temps, l'analyse de la performance de la gestion individuelle et collective de l'irrigation met en évidence le rôle d'un ensemble de déterminants sociotechniques sur l'allongement du tour d'eau, liés à des pratiques inappropriées et à un faible engagement de certains agriculteurs. Dans un second temps, l'analyse des performances quantitatives et qualitatives du palmier dattier met en évidence l'influence de la conduite de l''irrigation, et des contraintes de salinité et d'engorgement en interaction. Les regards croisés de l'hydraulicien et de l'agronome nous ont permis de dégager les principaux mécanismes qui déterminent la stratégie et les pratiques des agriculteurs, et les performances des palmeraies. Notre démarche illustre le besoin d'un changement de posture, des approches normatives classiques et des approches participatives, pour la mise en œuvre d'interventions adaptées. Il s'agit ainsi de comprendre les spécificités locales et le contexte social et historique mais aussi la logique d'action des agriculteurs pour en adapter les changements techniques projetés. Ce travail s'inscrit dans une démarche de recherche-action qui tente de spécifier in fine les priorités d'intervention et d'accompagnement des agriculteurs.

Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet MAISEO qui associe, entre autres partenaires, la CACG, gestionnaire de l'eau sur des bassins hydrographiques du Sud-Ouest, Météo-France et le CESBIO. Un des objectifs est de proposer des méthodes innovantes et opérationnelles pour l'estimation des besoins en eau des cultures à l'échelle d'un territoire. Il s'agit de fournir au gestionnaire des outils qui lui permettront de mieux gérer la demande en eau d'irrigation liée à la culture dominante présente dans le Sud-Ouest de la France: le maïs. L'objectif de la thèse consistait à estimer les rendements et les besoins en eau du maïs sur de grandes surfaces. Pour cela, nous avons utilisé un modèle agro-météorologique couplé à l'imagerie satellitaire optique. De nombreuses images à haute résolution spatiale et temporelle provenant de différents capteurs ont été utilisées, préfigurant l'arrivée des données Sentinel-2 lancé en 2015. Il s'agissait dans un premier temps de coupler les données satellitaires avec le modèle SAFY (Simple Algorithm For Yield estimates, Duchemin et al., 2008a), qui simule le développement des plantes en se basant sur la théorie des efficiences (Monteith, 1972), afin d'estimer la biomasse et le rendement du maïs. De nombreuses données terrain ont permis de valider les sorties du modèle. A l'échelle régionale, les résultats ont été agrégés et comparés aux statistiques départementales Agreste. Les résultats ont conduit à proposer une nouvelle version du modèle SAFY permettant de prendre en compte la variation temporelle de l'efficience de conversion de la lumière effective (ELUE) et de la surface spécifique foliaire (SLA). Cette modification permet une meilleure prise en compte de la dynamique de croissance de la végétation et une amélioration de l'estimation du rendement tant à l'échelle locale que régionale. La méthode de calibration a également été améliorée afin de limiter le recours aux données in situ difficilement accessibles sur de grandes surfaces. Nous avons pu mettre en évidence l'apport de la double logistique, utilisée pour interpoler les profils temporels de NDVI. Cette interpolation a permis d'affiner la délimitation du cycle cultural et de contraindre plus précisément certains paramètres du modèle comme la date de levée. Une fois contraint par les données satellitaires, le modèle SAFY est capable de reproduire les rendements sur les deux départements avec une bonne précision et ce sans prendre en compte l'évolution du stock d'eau dans le sol (Battude et al., 2016) / This Ph.D. thesis is part of the MAISEO project associating partners among them: the CACG, managing the water supply of several watersheds located in the south west of France, the Meteo-France center and the CESBIO. One of the goals is to develop innovative and operational tools to estimate crops' water needs at the territory scale. The aim is to provide managers tools to better manage the water supplies linked to the predominant crop encountered in south west of France: maize. The objective of the thesis was to estimate the yield and water requirements of maize crop over large areas. For this purpose, we used an agro-meteorological model coupled to optical satellite imagery. Numerous high spatial and temporal resolution images from different sensors have been used, prefiguring the arrival of the Sentinel-2 data launched in 2015. The first part was to combine remote sensing data with the SAFY (Simple Algorithm For Yield estimates) crop model (Duchemin et al., 2008a) that simulates plant development based on Monteith theory (Monteith, 1972) in order to accurately estimate maize biomass and yield. Numerous field data have been used for the validation at local scale. At regional scale, the results have been aggregated and compared to Agreste yield statistics provided by the French government. Results led us to propose a new formulation of the SAFY model taking into account the temporal variation of the effective light use efficiency (ELUE) and of the specific leaf area (SLA). This modification allows a better simulation of the crop growth dynamics and an improvement of yield estimates at the local and regional scale. Furthermore, we changed the calibration method in order to limit the use of in situ data that are difficult to access over large areas. We also highlighted the contribution of the double logistic function, used to interpolate the NDVI time series. This interpolation enables an accurate determination of the crop growing season and it allows constraining some model parameters such as the emergence date. The SAFY model constrained by remote sensing data is able to well reproduce the yield for the two departments without taking into account the evolution of the soil water storage (Battude et al., 2016)

L’analyse de la pertinence économique de l’irrigation de précision dans la culture de la fraise en plein champ, au Québec et en Californie, s’inscrit dans un contexte d’augmentation de la population et de rareté accrue de l’eau à l’échelle mondiale. Il y a donc nécessité d’améliorer les pratiques d’irrigation de façon à faire une utilisation rationnelle de l’eau. Dans un premier temps, une comparaison entre la méthode de gestion de l’irrigation conventionnelle et celle basée sur le potentiel matriciel du sol (ou tension) dans la culture de la fraise en Californie a été faite et la rentabilité de la seconde approche a été chiffrée. Puis, la pertinence économique de l’irrigation de déficit a été évaluée. Dans un deuxième temps, une analyse a permis de comparer l’irrigation fractionnée basée sur la tension dans le sol avec la pratique équivalente non fractionnée et de déterminer si le fractionnement de l’irrigation permettait d’investir dans un système d’irrigation automatisé au Québec. Les résultats de la première étude ont révélé que la gestion de l’irrigation basée sur la tension était hautement rentable par rapport à la régie conventionnelle et qu’elle était de surcroît plus économique en eau, peu importe la région en Californie. Les résultats ont aussi mis en lumière le fait que toute économie d’eau générée par une stratégie d’irrigation de déficit était coûteuse pour les producteurs de fraises. Les résultats de la deuxième étude ont quant à eux révélé que l’irrigation fractionnée permettait de générer des bénéfices additionnels par rapport à la régie non fractionnée dans un sol hautement perméable et que ces gains permettaient de rentabiliser l’investissement dans un système d’irrigation automatisé. / The analysis of the economic relevance of precision irrigation for field-grown strawberries in Quebec and California takes place in a context of increased water scarcity worldwide and global population growth. There is a critical need to improve irrigation practices in order to make a rational use of water. In this study, the irrigation management based on soil matric potential (or tension) was first compared to the conventional practice in strawberry cultivation in California and the profitability of the tension-based method was calculated. The economic relevance of deficit irrigation was also evaluated. As a second step, an analysis comparing a tension-based pulsed irrigation with the equivalent non-pulsed irrigation procedure was conducted to determine if pulsed water applications generated enough additional benefits to cover the cost of the investment in an automatic irrigation system in Quebec. The results of the first study revealed that irrigation management based on tension was highly cost-effective in addition to being a water saving approach relative to the conventional practice, whatever the location in California. The results also demonstrated that any amount of water saved by a deficit irrigation strategy was costly for strawberry growers. The results of the second study revealed that pulsed irrigation generated more benefits than non-pulsed irrigation in a highly permeable soil, and that the additional benefits were high enough to offset the cost of an automatic irrigation system.

La gestion efficace de l'eau dans les régions arides et semi-arides est un problème majeur, principalement dans les zones irriguées. La conception d'outils fournissant des estimations régionales des composantes du bilan hydrique peut aider à la gestion durable de la ressource en eau dans ces régions. La télédétection multi-capteurs a démontré un très fort potentiel pour le suivi des ressources hydriques agricoles à différentes échelles. Cette thèse vise à développer des techniques et des méthodes efficaces pour estimer les variables hydrologiques (évapotranspiration et les volumes d'irrigation) afin d'évaluer, dans l'espace (résolutions "métrique" et "kilométrique"), les besoins en eau des cultures du couvert végétal de la plaine de Kairouan (Tunisie centrale) ainsi que les volumes d'irrigation extraits de son aquifère surexploité. L'approche adoptée combine l'expérimentation, la modélisation et l'utilisation de données de télédétection multi-capteurs / multi-résolutions. Les deux types d'outils utilisés sont le modèle de bilan hydrique SAMIR et le modèle de bilan d'énergie SPARSE. Les variables estimées par SAMIR et SPARSE sont évaluées à l'aide des mesures terrain (mesures d'un scintillomètre XLAS) et des enquêtes de terrain (volumes d'irrigation observés). Les volumes d'irrigation saisonniers estimés par SAMIR sont acceptables, même si les résultats à des échelles de temps plus fines (mensuelles) doivent être améliorés. Ainsi, les paramètres de SAMIR, en particulier les paramètres non calibrés, sont revisités afin d'améliorer les performances de simulation de l'ET et des volumes d'irrigation. Les estimations des flux de chaleur sensible et latente par SPARSE sont en étroit accord avec celles obtenues à partir du XLAS. Cependant, l'extrapolation de l'évapotranspiration instantanée au pas de temps journalier est moins évidente. / In arid and semi-arid regions, efficient agricultural water management is a major issue, mainly in irrigated areas. The design of tools that provide an estimate of water balance components at the regional scale may help sustainable management of limited water resources in the water scarce regions. Remotely sensed Earth observation has become a major research field for agricultural water resources management. The main objective of this thesis is to develop and test efficient techniques and methods to estimate hydrological variables (Evapotranspiration (ET) and irrigation volumes) in order to assess, at "metric" and "kilometric" resolution , the crop water requirements and the extracted irrigation volumes in the Kairouan plain (central Tunisia). The adopted approach combines field experimentation, modeling and the use of multi-sensor / multi-resolution remote sensing data. Two modeling tools are used: the soil water balance model SAMIR and the energy balance model, SPARSE. SAMIR and SPARSE estimates are assessed using field measurements (Scintillometer XLAS measurements) and field surveys (observed irrigation volumes). The seasonal irrigation volumes estimated by the SAMIR model are acceptable, even though results at finer timescales (monthly and below) needed to be improved. Hence, the SAMIR model parameters, especially the uncalibrated ones are revisited in order to improve the results. SPARSE estimates of sensible and latent heat ?uxes are in close agreement with those obtained from the XLAS. However, the extrapolation from instantaneous to daily ET is less obvious.

Lors de l'implantation d'un verger d'arbres fruitiers, ces derniers peuvent être vulnérables au manque d'eau et à la compétition des mauvaises herbes. Le recours à l'irrigation et aux paillis sont des moyens efficaces pour permettre un meilleur établissement des plants. Toutefois, intervenir de la sorte a forcément des impacts sur l'environnement immédiat de la plante. C'est pourquoi, la disponibilité des éléments nutritifs du sol, le statut nutritionnel des feuilles et la croissance végétative de six cultivars d'argousier (Hippophae rhamnoides L.) ont été mesurés durant deux saisons sous différentes conditions. Deux régies d'irrigation gérées en fonction de la tension du sol, soit 25 et 60 cbars, deux cultivars allemands, "Askola' et "Hergo', et quatre cultivars lettons, "Golden Rain', "Mary', "Sunny' et "Tatjana', ainsi que deux types de paillis, plastique noir et bois raméaux, constituaient ce dispositif expérimental de 720 plants implantés à Saint-Laurent, Île d'Orléans au Québec. D'abord, le contenu du sol en N, P, K, Mg et Ca n'a pas été influencé différemment par les deux régies d'irrigation ou par les cultivars. Toutefois, le paillis de plastique a favorisé l'augmentation du contenu du sol en NO3- et le paillis de bois raméal l'accroissement du K. Le contenu en éléments nutritifs des feuilles et la croissance végétative ont été différents d'un cultivar à l'autre et ont été influencés différemment par la régie d'irrigation et le type de paillis. En 2004, les teneurs des feuilles en Ca et Mg étaient plus élevées avec le paillis de plastique et celle en K était plus élevée avec le paillis de bois raméaux. En 2005, seul la teneur en K était plus élevée avec le paillis de bois raméal. Cette différence de teneur provient de l'enrichissement en K du sol par le paillis de bois raméaux. En 2004, la croissance en diamètre du tronc des plants a été supérieure avec l'irrigation déclenchée à 25 cbars et le paillis de bois raméaux. L'année suivante, la croissance en hauteur des cultivars "Hergo' et "Sunny' a été supérieure avec la régie d'irrigation déclenchée à 25 cbars. Le paillis de plastique a également favorisé la croissance en hauteur des cultivars "Hergo', "Sunny' et "Tatjana', tandis que celle de "Golden Rain' a été supérieure avec le paillis de bois raméaux. La saison suivante, la croissance moyenne, tous cultivars confondus, a été supérieure avec le paillis de bois raméaux.