Introduction
Les efforts fournis pour répondre aux besoins
alimentaires de la population mondiale toujours croissants ont conduit à
la détérioration des conditions agricoles dans plusieurs endroits
au monde. La désertification, l'érosion et la salinisation des
sols sont les conséquences et aussi les causes de ces
développements.
Actuellement, environ 20% des terres agricoles autour du monde
sont irriguées, et ces terres fournissent environ 40% de
l'approvisionnement alimentaire au monde. La sécheresse et les
pénuries d'eau menacent la capacité de se nourrir pour de
nombreux pays en développement, particulièrement ceux en
Afrique.
Durant les trente dernières années, le potentiel
du rendement a augmenté approximativement de 0,9% par an. Pour les
prochaines vingt années, on estime qu'il faudrait une croissance de 1,6%
par an pour satisfaire la demande toujours croissante (Reynolds &
al., 2000)
A l'échelle mondiale, près d'un tiers des terres
arables souffre d'un déficit en eau qui limite notamment les rendements
des productions végétales. Dans la plupart des régions du
monde les rendements céréaliers sont périodiquement
exposés au stress hydriques (Lacaz, 2006).
Le développement de plantes tolérantes à
la sécheresse s'est heurté jusqu'à présent à
la grande complexité des mécanismes physiologiques mis en jeu
pour faire face à la sécheresse ainsi qu'à la
variabilité des environnements (type de sol, scénario
climatiques...). Développer des plantes tolérantes à la
sécheresse est un objectif qui pourrait contribuer à
résoudre en partie les problèmes d'autosuffisance alimentaire.
Cette tache nécessite la caractérisation des ressources
génétiques vis- à-vis de la tolérance à la
sécheresse (Lacaz, 2006).
Pour améliorer la stabilité ou augmenter la
production des céréales, deux alternatives se présentent
et doivent d'ailleurs être menées de paire:
i) Poursuivre les investigations sur l'identification et la
définition des caractéristiques morphophysiologiques
d'adaptation, de tolérance ou d'esquive au stress hydrique. Ces
approches permettront la compréhension des mécanismes
développés par les céréales. Ils sont largement
développés par Quizenberry (1982), Acevedo & Ceccarelli
(1987) et Eric & al. (1995).
ii) Développer une approche raisonnée à
une échelle phénologique qui répond aux besoins de la
plante (Brisson & Delecoller, 1992). Ceci permettra de mieux
caractériser la variable hydrique (précipitation), de
repérer les périodes de stress, et de fournir un
complément d'eau par irrigation (Stern & al., 1982). Ceci
peut être réalisé à travers l'identification des
séquences de sécheresse, leurs occurrences, leurs
intensités et leurs durées.
L'efficacité d'utilisation de l'eau (EUE),
définie comme la production de biomasse par unité d'eau
consommée est un caractère important de tolérance à
la sécheresse. La sélection pour l'amélioration de
l'efficacité d'utilisation de l'eau est confrontée à la
lourdeur et au coût des mesures directes sur des effectifs
élevés et en conditions de plein champ.
L'émergence de la méthode isotopique a
complètement modifié ces données. Le formalisme
mathématique des transferts de CO2 et de vapeur d'eau ainsi que celui du
fractionnement isotopique du carbone lors de la photosynthèse permet
d'attribuer à une plante (ou à un organe donné d'une
plante) une valeur de composition isotopique qui révèle son
efficacité d'utilisation de l'eau (Merah, & al., 1999).
Des progrès importants ont par ailleurs
été réalisés au cours des dernières
années dans l'automatisation des analyses. Les avantages
présentés par ce critère dans les programmes de
sélection sont liés à i) sa valeur
intégrative, ii) l'existence d'une variabilité
génétique, iii) de faibles interactions
génotypes x milieu, iv) une forte
héritabilité, v) la facilité de la
préparation des échantillons et vi)
l'automatisation des analyses isotopiques qui conduisent à sa
mesure (Merah, & al., 1999).
Ce travail a pour objectif l'évaluation de la
discrimination isotopique du carbone (?13C), en tant que
critère de sélection pour la tolérance à la
sécheresse en relation avec le bilan hydrique. Une
expérimentation sur une collection comportant des variétés
locales et d'autres provenant d'une sélection CIMMYT/ICARDA a
été menée dans la région de Béni Fouda
(Sétif). Les séquences de développement de la culture ont
été notées, la mesure de la teneur en chlorophylle in
vivo ainsi que l'évaluation du rendement et ses composantes. Des
échantillons de grains ont fait l'objet d'une analyse de la
discrimination isotopique du carbone.
D'autre part, un suivi du bilan hydrique a été
réalisé durant le cycle cultural, afin d'identifier les
séquences de stress, leurs intensités, leurs durées, et
les risques probables de coïncidence de ces occurrences avec les phases
sensibles du cycle de croissance des génotypes étudiés.
Pour cela, deux méthodes ont été utilisées, la
première, gravimétrique basée sur le suivi de la teneur en
eau du sol et la seconde utilisant une simulation du logiciel
BUDGET(Raes, 2004).
1-Le blé
L'histoire de l'homme est intimement liée à
celle des céréales qu'il a très tôt appris à
domestiquer, cultiver et sélectionner (Bonjean & Picard, 1991). Ces
dernières sont considérées comme la base des grandes
civilisations, car elles ont constitué l'une des premières
activités agricoles, fournissant un moyen d'alimentation
régulier, autour duquel l'activité humaine pouvait
s'organiser.
C'est ainsi que les civilisations européennes et
moyen-orientales se sont construites autour du blé, celles de
l'Extrême-Orient autour du riz, celles des peuples amérindiens
autour du maïs et celles d'Afrique noire autour du mil (Anonyme 2007).
Le blé dur semble être développé
dans le bassin méditerranéen depuis le néolithique (Zohary
& Hopf, 1994). Son aire de culture actuelle couvre les parties chaudes et
sèches du moyen orient, de l'Afrique du Nord, de l'ex URSS, de l'Europe
méditerranéenne et les grandes plaines de l'Amérique du
Nord (Elias, 1995)
1-1 Cycle de croissance et de développement du
blé
Les blés sont des monocotylédones,
critère qui détermine notamment le type de germination ainsi que
l'architecture et le type de croissance de la plante. Les blés se
développent dans la première partie de leur cycle sous une forme
herbacée. Ce terme signifie que les céréales se
présentent sous la forme d'un ensemble de feuilles qui se
développent toutes à partir de la même base, le plateau de
tallage. Par la suite la tige principale commence à se développer
ainsi que les tiges secondaires. De nouvelles feuilles apparaissent alors le
long de la tige principale avec des points d'insertion différents que
l'on appelle des noeuds.
Enfin l'épi se développe, grossit et la
floraison a lieu lorsque l'épi est pleinement développé. A
la suite de la floraison l'appareil foliaire se dégrade et devient
sénescent alors que les grains grossissent. Dans la dernière
partie du cycle les grains perdent une grande partie de leur eau et
acquièrent leur dureté définitive.
Le cycle des blés peut donc se décomposer en
deux phases majeures ; une phase d'élaboration de l'appareil
végétatif allant de la germination jusqu'à la floraison,
et une phase de développement du grain débutant à la
floraison et se terminant à la maturité physiologique (Gate,
1995). La première phase correspond à l'accumulation de biomasse
et d'azote via l'absorption d'eau, d'azote du sol et l'activité
photosynthétique. Cette phase correspond également au
développement de l'épi et des épillets. Durant cette phase
se détermine le nombre potentiel de grains par épis à
travers le nombre d'épillets.
Au cours de la deuxième phase, les grains se
développent (embryogenèse et remplissage du grain) et l'appareil
foliaire se dégrade. L'azote et le carbone des feuilles qui se
dégradent (on dit qu'elles deviennent sénescentes) sont
remobilisés vers le grain. Environ 60% de l'azote et de carbone
présent dans le grain à maturité provient de cette
remobilisation (Barbottin & al. 2005). Le complément
provenant de l'assimilation tardive de l'azote du sol. Cette phase post
floraison voit donc l'élaboration progressive des grains à
travers leur prise de volume.
1-2- Importance économique 1-2-1 Dans le
monde
Le blé vient en tête de classement des cultures
stratégiques car il constitue une source alimentaire pour plus de 35% de
la population humaine (Evans, 1993).
La production mondiale a atteint 624 millions de tonnes pour
une superficie de 217 millions d'hectares soit un rendement de 2,8 t/ha. La
Chine, l'Inde et les Etat Unis d'Amérique sont les plus grands
producteurs, représentants à eux seuls, plus de 40% de la
production mondiale de blé pour l'année 2003 (tableau 1).
Le blé dur (Triticum durum Desf. , 2n = 4x =
28, génome AABB) occupe 8 à 10% des surfaces emblavées en
blés et fournis 10 à 15% de la production mondiale des
blés (Loss & Siddique, 1994).
Tableau 1. Production mondiale du blé en tonnes
(FAOSTAT, 2004).
Pays
|
2003
|
2004
|
|
Entonne
|
En%
|
Entonne
|
En%
|
Chine
|
86 100 250
|
16%
|
91 330 265
|
15%
|
Inde
|
65129300
|
12%
|
72060000
|
12%
|
USA
|
63 589 820
|
12%
|
58 881 368
|
10%
|
La Russie
|
34 062 260
|
6%
|
86 658 539
|
14%
|
France
|
30 582 000
|
6%
|
39 641 000
|
6%
|
Australie
|
24 900 000
|
5%
|
22 500 000
|
4%
|
Canada
|
23 552 000
|
4%
|
24 462 300
|
4%
|
Allemagne
|
19 296 100
|
4%
|
25 346 000
|
4%
|
Pakistan
|
19 210 200
|
3%
|
19 767 000
|
3%
|
Turquie
|
19 000 000
|
3%
|
21 000 000
|
3%
|
Argentine
|
14530000
|
3%
|
14800000
|
2%
|
Royaume-Uni
|
14 288 000
|
3%
|
15 706 000
|
3%
|
Iran
|
12900000
|
2%
|
14000000
|
2%
|
Kazakhstan
|
11 518500
|
2%
|
n.c.
|
n.c.
|
Pologne
|
7 858 160
|
1%
|
9450486
|
2%
|
Espagne
|
6290100
|
1%
|
7175000
|
1%
|
Italie
|
6243390
|
1%
|
8000000
|
1%
|
Égypte
|
6 150 000
|
1%
|
7 177 855
|
1%
|
Brésil
|
5899800
|
1%
|
6035500
|
1%
|
Ouzbékistan
|
5 331 000
|
1%
|
n.c
|
n.c
|
Autres pays
|
73 002 847
|
13%
|
75 284 093
|
12%
|
n.c: chiffre non communiqué.
1-2-2 En Algérie
L'Algérie est située au Nord-Ouest de l'Afrique
en bordure de la Méditerranée. Elle couvre une superficie de 2
381 740 de km2. Le Sahara occupe plus de 85% de la superficie total (Touazi
& al., 2004). En 2002, sur les 40 millions d'hectares cultivables,
les terres cultivées ne représentaient que 8.27 millions d'ha
essentiellement concentrés dans la région du nord. Près de
0.5 million d'ha de terres en zone steppique sont en voie de
désertification totale et plus de 7 millions d'ha sont menacés
(FAO, 2005).
La céréaliculture occupe trois millions
d'hectares, environ 35% de la surface agricole utile (Bessad, 2006). Une grande
partie de ces terres sont situées dans les régions semi-arides
(Benlaribi, 1990), qui sont habituellement conduites en culture pluviale
(Mouhouche & Boulassel 1997).
Le blé dur y occupe une superficie importante : un
million d'hectares environ (Benlaribi, 1990) et la production moyenne en
(103 tonne) a été respectivement pour les
périodes 73/76, 77/86 et 87/96 de 835, 738 et 977. En parallèle,
les rendements (t/ha) pour les mêmes périodes ont
été de 1.15, 1.07 et 1.29 respectivement (Hafsi, 2001).
En 1998 la production nationale de blé dur a
enregistré un record avec 1,5 millions de tonne, pour régresser
l'année suivante à 1,1 millions de tonnes faisant
apparaître une tendance à la baisse de la production nationale
(tableau 2). Ce qui montre que la production se caractérise par une
grande variation et les rendements à l'hectare demeurent faibles. La
principale cause de cette fluctuation est la sécheresse (déficits
hydriques et coups de chaleur) (Bouzerzour & Oudina, 1989)
Tableau 2. Production de blé dur dans le monde
en millions de tonnes (CIC, 2000).
Pays
|
Année
|
1 998
|
1999
|
Union Européenne
|
8,4
|
7,4
|
Canada
|
6,1
|
4
|
Turquie
|
4
|
3,5
|
Etats-Unis
|
3,8
|
3,1
|
Syrie
|
2,6
|
1,5
|
Algérie
|
1,5
|
1,1
|
Maroc
|
1,5
|
0,8
|
Tunisie
|
1,1
|
1,2
|
Kazakhstan
|
1
|
1,5
|
Autres
|
3
|
2,5
|
Total
|
33
|
26,6
|
2- Le climat
La détermination du climat est effectuée
à l'aide de moyennes établies à partir de mesures
statistiques et annuelles et mensuelles sur des données
atmosphériques locales: température, précipitations,
ensoleillement, humidité, vitesse du vent. Sont également pris en
compte leur récurrence ainsi que les phénomènes
exceptionnels.
L'écorégion méditerranéenne
comprend toutes les régions où règne un climat
méditerranéen. Elle se définit en termes de
similarités climatiques et bioclimatiques. Outre les pays situés
autour de la Méditerranée, la Californie, le Chili central, le
sud- ouest et une partie du Sud de l'Australie et la région du Cap
d'Afrique du Sud font aussi partie de l'écozone
méditerranéenne car ils ont des zones bioclimatiques comparables
(Naveh & Lieberman, 1984).
L'écosystème de type méditerranéen
se caractérise par des étés chauds et des hivers doux, un
apport modéré d'air marin toute l'année, des
précipitations moyennes concentrées dans les mois d'hiver avec
des étés très secs, de longues périodes
ensoleillées avec quelques nuages, notamment en été
(Leisz, 1982).
La partie orientale de la péninsule Ibérique,
les côtes septentrionales de l'Afrique (Algérie, Égypte,
Libye, Maroc et Tunisie), l'île de Crète, Chypre et les îles
Baléares constituent la zone aride de la région
méditerranéenne. Dans ces zones les précipitations
annuelles moyennes sont inférieures à 400mm (Gottman, 1979;
Wheller & Kostbade, 1 990).Cependant, suivant l'altitude, la direction des
montagnes et la situation orographique, le climat méditerranéen
connaît un grand nombre de variations.
2-1 En Algérie
Trois ensembles fortement contrastés climatiquement
caractérisent le territoire algérien:
- Le Sahara, ensemble désertique aride
(pluviométrie moyenne inférieure à 100 mm/an).
- Le littoral et les massifs montagneux: le climat est de type
méditerranéen, avec des pluies très violentes en hiver
provoquant une forte érosion. En été, les
précipitations sont extrêmement rares et les chaleurs très
fortes. Les pluies pouvant atteindre 1600 mm/an sur les reliefs sont
irrégulières d'une année sur l'autre et inégalement
réparties.
- Les hauts plateaux occupent environ 9% de la superficie
totale, dont 5 millions d'ha de terres agricoles, sont
caractérisés par un climat semi aride (pluviométrie
comprise entre 100 et 400 mm/an) (FAO, 2005).
Les hauts plateaux qui concernent plus de 80% de la
céréaliculture algérienne, sont sous la triple influence
de l'Atlas tellien qui limite les précipitations hivernales, de l'Atlas
saharien et du Sahara, et de l'altitude qui entraîne des gelées
tardives (Blady, 1993).
Cependant, le climat des hauts plateaux présente des
spécificités par rapport au climat des autres zones semi-arides
du bassin méditerranéen. A titre d'exemple, la
pluviométrie annuelle à Alep (Syrie) et à Sétif est
assez voisine, mais la répartition est très différente. A
Alep, 60% des pluies annuelles tombent en hiver contre 30% seulement à
Sétif (même pluviométrie annuelle). Autre constat, les
gelées nocturnes se prolongent plus tard dans l'année au niveau
des hauts plateaux comparé au moyen orient. A Sétif à
titre d'exemple, les gelées se prolongent une année sur deux
jusqu'au mois de Mai (Hafsi, 2001).
En effet la mauvaise répartition des
précipitations dans l'espace et dans le temps représente le
principal facteur limitant l'amélioration du rendement grain des
céréales conduites en culture pluviale. Mis à part la zone
de l'extrême Nord-Est de l'Algérie, toutes les cultures
céréalières subissent un déficit hydrique
d'intensité, de durée et de fréquence variables en
fonction de la quantité et de la répartition des
précipitations annuelles propres à chaque zone de culture. En
année sèche, des surfaces considérables sont
déclarées non productives. Le reste des surfaces emblavées
connaissent des rendements faibles qui sont souvent à la limite du seuil
de rentabilité (Mouhouche & Boulassel, 1997).
2-2 Impact des changements climatiques sur la production
agricole
Le Bassin méditerranéen est l'un des centres
mondiaux de la diversité des plantes (vavilov, 1951). Avec
l'Algérie, l'agriculture du Maghreb comporte des paysages
extrêmement diversifiés mais qui ont pour caractéristiques
communes d'être, à des degrés divers, limités par
les ressources hydriques, et aussi sujets à de grandes fluctuations en
fonction de la variabilité climatique (Rousset & Arraus, 2006).
Le changement climatique est devenu une réalité
mondiale admise par l'ensemble de la communauté scientifique et
largement mis en avant par les médias (Galliot 2007). Les prospectives
fondées sur le changement climatique font ainsi peser des risques
importants sur les systèmes agricoles (Rousset & Arrus, 2006).
Dans beaucoup d'études, l'impact du changement du
climat sur la croissance et le rendement des cultures est analysé par
simulation dans des modèles (Kenny & al., 1993; Acock &
Acock, 1993; Grashoff & al.1995).
Hulme & al., (2000), dans leur étude
centrée sur la région du Maghreb, estiment un
réchauffement de l'ordre de 1°C entre 2000 et 2020 et une
perturbation des régimes pluviométriques avec une tendance
à la baisse, de l'ordre de 5 à 10 %. A plus long terme, la
température pourrait augmenter de 3°C d'ici 2050 et dépasser
les 5°C en 2100, alors que les précipitations diminueraient de 10
à 30 % d'ici 2050 et de 20 à de 50 % en 2100. Des changements
dans les moyennes, mêmes faibles, impliquent une augmentation de la
fréquence des extrêmes climatiques (Katz & Brown, 1992). Les
risques principaux concernent alors; une probable augmentation de la
fréquence et de l'intensité des sécheresses et de la
concentration des épisodes pluvieux sur des périodes très
courtes. Les conditions climatiques défavorables de ces dernières
décennies pourraient progressivement devenir la norme au Maghreb,
faisant peser des risques considérables sur l'agriculture (Rousset &
Arrus, 2006).
En plus des changements dans les précipitations et la
disponibilité totale en eau pour l'irrigation qui affecte directement la
production agricole, les modifications dans le mode d'utilisation de l'eau par
les plantes cultivées au cours de la saison peuvent affecter le
rendement. Spécialement préoccupant est le changement du
fonctionnement physiologique de la végétation suite à la
modification de la composition atmosphérique. La plupart des plantes
réagissent aux variations de la concentration en CO2 par une
modification de la réponse stomatique qui affecte non seulement la
croissance mais aussi la transpiration. La nature complexe de la réponse
physiologique en interaction avec les processus micro
météorologiques au niveau de la feuille et du couvert
végétal exige plus d'attention (Van de Geijn & Goudriaan,
1997).
Le changement climatique implique alors d'envisager la forme
et l'ampleur des impacts potentiels sur l'agriculture et d'analyser les
stratégies d'adaptation des systèmes agricoles envisageables pour
les prochaines décennies (Rousset & Arrus 2006).
3- Bilan hydrique
Le bilan hydrique est établi pour un lieu et une
période donnés par comparaison entre les apports et les pertes en
eau dans ce lieu et pour cette période. Il tient aussi compte de la
constitution de réserves et des prélèvements
ultérieurs sur ces réserves. Les apports d'eau sont
effectués par les précipitations.
Les pertes sont essentiellement dues à
l'évapotranspiration.
Les deux grandeurs sont évaluées en
quantité d'eau par unité de surface, mais elles sont
généralement traduites en hauteurs d'eau, l'unité la plus
utilisée étant le millimètre. Ces deux grandeurs
étant ainsi physiquement homogènes, on peut les comparer en
calculant soit leur différence (Précipitations moins
évaporation), soit leur rapport (précipitations sur
évapotranspiration.).
Le bilan est évidemment positif lorsque la
différence est positive ou que le rapport est supérieur à
un. L'écoulement à partir d'une unité de surface sera
compté dans les pertes. L'infiltration est considérée
comme une mise en réserve sous forme de nappes souterraines ou d'eau
capillaire dans le sol. Les précipitations solides constituent des
réserves immédiatement constituées. Elles ont une
durée variable, inter saisonnière dans le cas des tapis neigeux,
inter saisonnière et interannuelle dans le cas des glaciers, voire inter
séculaire dans le cas de calottes polaires ou des grandes masses de
très hautes montagnes (Anonyme, 2004).
L'expression générale utilisée pour le
calcul du bilan hydrique (Fraquin, 1973):
ETR = P-R-D- ÄRu (1)
ETR : évapotranspiration réelle, P :
précipitation, R : ruissellement, D : drainage profond, ÄRu :
variation de la réserve utile du sol de chaque période de temps
considérée.
En général, l'expression du bilan est
susceptible de subir des simplifications. Compte tenu de la topographie et de
l'infiltrabilité des parcelles étudiées, le drainage comme
le ruissellement, ou les deux ensemble peuvent être
négligés (De cockborne & al, 1995), (Rezgui & al., 2005),
(Merabet & Boutiba, 2005).
Une estimation du bilan hydrique peut être obtenue
à partir de la comparaison des valeurs d'évapotranspiration
réelle (ETR) et potentielle (ETP) (Mounier, 1994) servant de base aux
études agro climatologiques (Statyer, 1968). Du point de vue climatique,
le bilan hydrique potentiel (BHP = P - ETP) est la variable indicatrice la plus
pertinente du déficit hydrique (Choisnel, 1992). Il est obtenu par la
différence entre la pluie et l'ETP.
Mais pour mieux caractériser les conditions
d'alimentation en eau du végétal, il faut tenir compte de
l'influence de la nature du sol et de sa position topographique, le
raisonnement doit aller au-delà du bilan hydrique potentiel, il doit se
faire en terme de bilan hydrique pédologique par le suivi du profil
hydrique (Rognon,1994). Le recours au bilan hydrique pédologique permet
l'estimation de l'évapotranspiration réelle (ETR) qui, par
définition, dépend du niveau d'évapotranspiration
potentielle (ETP), de l'humidité du sol, et de la régulation
stomatique (Tuzet & Perrier, 1998).
A l'échelle de la parcelle, la méthode la plus
rigoureuse pour établir un bilan hydrique sous culture, est
l'utilisation d'un humidimètre à neutrons couplé à
des tensiomètres (Vachaud & al., 1985). Une sonde est
introduite dans le sol à travers des tubes enfoncés verticalement
et maintenus en place pendant toute la culture. Cet appareil permet
d'évaluer le taux d'humidité du sol et sa variation dans le
temps, au même endroit. Cette variation de l'humidité a,
globalement et en absence de ruissellement, trois sources: les apports d'eau,
la consommation en eau de la culture (extraction racinaire) et les flux
hydriques (drainage, remontées capillaires sous la zone racinaire).
Pour évaluer les différents termes du bilan, il
faut estimer les flux sous la zone racinaire. Ceci se fait
généralement grâce à des tensiomètres
placés en profondeur. Il s'agit là de techniques relativement
complexes et délicates à mettre en oeuvre. A défaut de
cette technique, on peut plus simplement utiliser une tarière pour
prélever du sol et mesurer son humidité pondérale
après séchage à l'étuve. On ne mesure alors que des
variations d'humidité dans le profil.
Une autre méthode consiste à utiliser un
modèle de simulation du bilan hydrique. L'évaluation des termes
du bilan se fait par calcul. Différents modèles de simulation
plus ou moins sophistiqués sont disponibles; comme CROPWAT
(FAO, 1992) ou BUDGET (Raes, 2004). Dans tous les cas, il est
évident que la précision et la validité des
paramètres de sortie du modèle (ETR, drainage) dépendent
de la précision des paramètres d'entrée (pluies, ETP, ETM,
dynamique racinaire, etc.).
3-1 Evapotranspiration réelle (ETR)
L'ETR est l'évapotranspiration qui se produit
effectivement au dessus d'une couverture végétale, l'apport d'eau
étant constitué par les seules précipitations. Elle est
fonction de la quantité d'eau disponible, du pouvoir évaporant de
l'air et de la capacité de rétention du sol (Samba & Diop,
2000).
3-2 Evapotranspiration potentielle (ETP)
L'ETP est l'association de l'évaporation de l'eau
à partir de toute surface et de la transpiration provenant des plantes
(Chang, 1965) quand la fourniture en eau au substratum terrestre n'est pas
limitée (Pédelaborde; 1968). L'ETP peut être mesurée
par l'utilisation des cases lysimétriques ou estimée à
partir de formules mathématiques : Thornthwaite (1948) ; Penman (1948),
Turc (1961), PenmanMonteih (1981)...etc., prenant en compte les variables
climatiques (température, pluies, vent, etc.).
3-3 Evapotranspiration de référence
(ETo)
L'évapotranspiration de référence (ETo)
(figure 1), est définie comme l'ensemble des pertes en eau par
évaporation et transpiration d'une surface de gazon de hauteur uniforme,
en pleine période de croissance, recouvrant complètement le sol
et abondamment pourvue en eau (Allen & al,1998). La détermination de
l'ETo peut être faite : soit directement à l'aide de
lysimètre ; soit indirectement à l'aide de formules empiriques et
théoriques qui combinent des variables climatiques en se servant de
logiciel spécifique tel que l' ETo (Raes, 2000).
Figure 1 .Evapotranspiration de référence
(ETo).
3-4 Evapotranspiration potentielle de la culture
(ETc)
L'évapotranspiration d'un sol couvert par de la
végétation est difficile à estimer. Pour faciliter la
tâche et dans un souci d'homogénéisation des
modèles, les chercheurs sont arrivés à déterminer
les besoins en eau des cultures, par la correction de
l'évapotranspiration potentielle (ETo) d'une culture de
référence, qui est le gazon, par un coefficient appelé
"coefficient cultural" (kc) en utilisant la formule suivante:
ETc=kc*ETo. (2)
L'échelle de temps sur laquelle les besoins sont
calculés peut être l'heure, la journée, la décade,
le mois ou la phase de croissance, selon l'objectif poursuivi et la
disponibilité de données. (Allen, 1998). L' ETc est
calculée dans les conditions de culture optimum à savoir ;
absence de maladie, culture bien fertilisée et un état hydrique
édaphique optimum (figure 02).
Figure 2. Evapotranspiration de culture (ETc). 3-5
Coefficient de culture (Kc)
La valeur du coefficient Kc (tableau 3) est largement
affectée par la nature de la culture, sa hauteur, sa durée de
cycle, et son taux de croissance, mais aussi par la fréquence des pluies
ou de l'irrigation au début du cycle de la culture. Kc est toujours
établi expérimentalement au début, pour une région
et une culture données, puis ensuite confiné dans des tables pour
une utilisation ultérieure dans la même région ou dans une
région similaire.
Tableau 03. Coefficient cultural du
blé.
|
Germination Levée
|
Levée Montaison
|
Montaison Epiaison
|
Epiaison Maturation
|
Source
|
Kc
|
0,5
|
1
|
1,2
|
1
|
(Arles, 1986)
|
0,17-1,10
|
1,10-1,15
|
1,15
|
1,15-0,35
|
(Raes,2004)
|
0,3-0,4
|
0,7-0,8
|
1,05-1,2
|
1,2-0,25
|
(FAO, 1992)
|
3-6 Evapotranspiration de la culture ajustée (ETc
adj)
L'ETc adj (figure 3) est l'évapotranspiration
réelle de la culture sous des conditions agronomiques non optimales
c'est à dire qui diffèrent des conditions standards,comme la
présence d'animaux nuisibles, fertilisation insuffisante,
salinité du sol, les maladies, stress hydrique... , d'ou l'introduction
du coefficient de stress Ks (Allen, 1998). L'évapotranspiration de la
culture sera donc ajustée et calculée par la formule (3):
ETc adj = ETo * Kc * Ks avec 1 = Ks = 0 (3)
En absence de stress Ks = 1 et en présence de stress, Ks
est inférieur à 1
Figure 3. Evapotranspiration de culture ajustée
(ETc adj).
3-7 Sol et bilan hydrique
L'état hydrique des sols correspond à la
quantité d'eau qu'un sol est susceptible de renfermer, dans l'absolu et
dans la réalité. Les sols contiennent plus ou d'humidité
et leur état hydrique dépend de la capacité des
réservoirs des matériaux à absorber et à conserver
de l'eau. En fonction de la quantité d'eau présente dans le sol,
il existe une grande variété de son état hydrique.
D'une manière générale, dans les sols on
distingue quatre principaux types (états) d'eau en fonction de la taille
des porosités : l'eau; capillaire, hygroscopique, d'hydratation et l'eau
libre qui s'écoule librement, dans des macroporosités, des
fissures larges de quelques centimètres à quelques
millimètres voire moins, mais qui permettent un écoulement sous
l'effet de la gravité. Une grande partie de l'eau libre circule en
profondeur dans les fissures et les porosités des matériaux qui
forment les versants pour rejoindre des nappes qui peuvent alimenter les cours
d'eau.
3-7-1 Réserve utile (Ru)
C'est la quantité d'eau du réservoir d'un sol
pouvant être plus ou moins facilement utilisée par les racines
d'une plante (Thornthwaite & Mather, 1957), variant au cours du temps en
fonction des apports, et des pertes dues à l'ETR du couvert
végétal (Jacquart & Choisnel, 1995).
La réserve d'eau utile du sol (RU) est définie
par les paramètres hydriques du sol : la capacité de
rétention et le point de flétrissement permanent, et par la
profondeur utile qui peut être limitée; soit par des facteurs
pédologiques : encroûtement, nappe phréatique salée,
soit par l'enracinement des cultures (Damagnez, 1975).
La réserve en eau du sol est le volume d'eau disponible
par rapport à un volume donné du sol dans un temps bien
déterminé. Les variations des réserves en
eau du sol (ÄW) exprimée en mm d'eau, sont
calculées par tranche d'épaisseur z, en centimètre, avec
la formule suivante:
ÄW = (ó/10) * ÄH * ÄZ (4)
Où ó est la densité apparente du sol,
ÄH est la variation d'humidité pondérale du sol et ÄZ
est la variation des tranches d'épaisseur du sol en cm (Damagnez,
1975).
L'estimation de la réserve utile en eau (RU) est obtenue
par la relation (5) (Allen & al., 1998):
EU=(èFC-èWP)
|
(5)
|
RU = EU * Zr = (èFC - èWP) * Zr
|
(6)
|
RFU=RU*f
|
(7)
|
|
EU est la teneur en eau utile du sol (mm/m). EU est la
différence entre le contenu en eau à la capacité au champ
(èFC) et la teneur en eau au point de flétrissement (èWP).
Zr (m), la profondeur d'enracinement maximale, déterminée pour
des cultures arrivées à maturité et cultivées sur
sol profond. RU (mm) est l'eau accessible aux végétaux dans le
volume de sol exploité par leurs racines.
3-7-2 Capacité au champ et Point de
flétrissement
La capacité au champ est la quantité d'eau qu'un
sol (saturé en eau) est capable de retenir après un ressuyage par
la force gravitaire de l'eau libre. Elle représente environ 75% de la
capacité maximale de rétention pour chaque type de sol (Chen
& Dudhia, 2001). Le point de flétrissement correspond à
l'humidité qui n'est plus extractible par les plantes, excepté,
les halophytes et certaines espèces ligneuses xérophytes
(Halitim, 2006).
Chaque famille texturale (tableau 4) présente des
caractéristiques hydriques propres et notamment une valeur de
"réserve en eau" théorique. On utilise un tableau de
correspondance entre la texture et la réserve en eau par unité
volumique mis en point par l'INRA (Jamagne & al., 1977).
Le réservoir en eau du sol est estimé en
additionnant les valeurs contenues pour chaque horizon. Cette démarche
s'appuie donc sur des hypothèses simplificatrices et surtout elle
considère que la texture est la seule caractéristique qui
intervient dans la rétention en eau, ce qui n'est
généralement pas le cas (Halitim, 2006).
Tableau 4. Réserve en eau du sol selon la texture
(Jamagne & al., 1977).
Classe de texture
|
Humidité
à la capacité au champ (en
%)
|
Humidité au point de
flétrissement (en %)
|
Réserve utile (%)
|
Densité apparente (grs/cm3 )
|
Réserve utile (mm/cm3)
|
S
|
8
|
3
|
5
|
1,35
|
0,70
|
SL
|
12
|
5
|
7
|
1,40
|
1,00
|
SA
|
19
|
10
|
9
|
1,50
|
1,35
|
LIS
|
15
|
7
|
8
|
1,50
|
1,20
|
LS
|
19
|
9
|
10
|
1,45
|
1,45
|
LmS
|
20
|
9
|
11
|
1,45
|
1,60
|
LSA
|
22
|
11
|
11
|
1,50
|
1,65
|
LAS
|
24
|
12
|
12
|
1,45
|
1,75
|
LI
|
17
|
8
|
9
|
1,45
|
1,30
|
Lm
|
23
|
10
|
13
|
1,35
|
1,75
|
LA
|
27
|
13
|
14
|
1,40
|
1,95
|
AS
|
33
|
22
|
11
|
1,55
|
1,70
|
A
|
37
|
25
|
12
|
1,45
|
1,75
|
AL
|
32
|
19
|
13
|
1,40
|
1,80
|
ALo Sédimentaire
|
29
|
18
|
11
|
1,50
|
1,65
|
ALo Altération
|
38
|
25
|
13
|
1,30
|
1,70
|
3-7-3 Réserve facilement utilisable
(RFU)
La réserve facilement utilisable (RFU) est la
quantité d'eau qu'une plante peut extraire d'un sol sans que sa
production ne soit affectée de façon notable. Elle est
définie par l'introduction d'un coefficient empirique, f. Ce coefficient
représente le risque potentiel de soumettre la plante à un stress
hydrique, celui ci est fonction de la culture. Il est
généralement admis de lui donner une valeur de 2/3 (Van Laere,
2003).
La réserve facilement utilisable (RFU) varie entre des
limites importantes. Cette réserve facilement utilisable ne peut pas
être déterminée a priori pour chaque sol, car elle est sous
la dépendance étroite de la dynamique d'exploitation des
réserves d'eau du sol; elle dépend en particulier du volume de
sol exploité par les racines et de la vitesse de dessèchement du
sol qui fait intervenir des facteurs climatiques tels que
I'évapotranspiration potentielle. Cette aptitude plus ou moins grande
à utiliser les réserves d'eau du sol se traduit, pour des apports
d'eau identiques - pluie et irrigation ou épandage de crue - par une
consommation d'eau réelle plus ou moins élevée. Toutes les
conditions de sol étant égales, une culture dont l'enracinement
est dense et profond pourra se contenter d'apports d'eau relativement
espacés, mais importants, à condition que la réserve utile
du sol soit grande (Damagnez ,1975).
4- Simulation du bilan hydrique par le modèle
BUDGET
Le modèle BUDGET (Raes, 2004) a
été développé par la faculté des sciences de
l'université de Leuven (Belgique). Le fonctionnement de ce modèle
requiert l'entrée de certains paramètres pour permettre la sortie
d'autres paramètres, sous forme numérique et graphique. Aussi, ce
modèle permet la simulation de l'état hydrique du sol ainsi que
les contraintes de la croissance et du développement pour des cultures
conduites, en irriguée ou en sec.
4-1 Entrées du modèle
Elles sont d'ordre climatiques, édaphiques et culturales.
Les données sont classées on cinq modules de
paramètres:
4-1-1 Précipitations
Elles sont fournies par des stations
météorologiques. Selon leurs disponibilités, les
précipitations sont saisies (en millimètre) parjour, par
décade ou par mois. Pour notre étude nous avons utilisé
les données provenant d'une station météo, limitrophe de
notre site, appartenant à l'exploitation agricole collective Dahel
Nouari
4-1-2 Evapotranspiration de référence
ETo
Elle est introduite (en millimètre) par jour, par
décade ou par mois. Elle peut être obtenue par mesure sur des
cases lysimétriques ou estimées à partir des formules
empiriques. Dans notre expérimentation, nous l'avons estimé
à partir de la formule de Penman Montheil (1990), modifiée et
recommandée par la FAO (1998), On utilisant le logiciel ETo (2000).
4-1-3 sol
Les données requises sont; la texture du sol, le nombre
et la profondeur des horizons ainsi que leurs caractéristiques hydriques
(capacité de rétention, capacité au champs, point de
flétrissement.. .etc.), le drainage et le ruissellement des eaux en
surface. Dans notre essai, ses deux derniers paramètres ont
été négligés.
4-1-4 Matériel végétal
Elle représente le quatrième module avec 09
paramètres requis : la duré des stades de croissance du
végétal et les coefficients de culture correspondants, le
paillage en surface, le taux du couvert végétal, le niveau de
croissance des racines durant le cycle, le taux d'extraction de l'eau suivant
la profondeur d'enracinement, la tolérance à la salinité,
le coefficient de la tolérance au stress hydrique (selon
l'épuisement de la RFU), le coefficient de stress due à un
engorgement en eau et enfin le coefficient de sensibilité du rendement
durant les phases de croissance.
Dans notre expérimentation, nous avons fixé les
mêmes paramètres pour tous les génotypes, sauf ceux
relatifs aux stades de croissance (levée, épiaison et
maturité) qui ont été paramétrés.
4-2 Programmation
Le dernier module comporte de nombreux paramètres dont
nous citons quelques uns: il s'agit surtout de l'établissement des
conditions initiales et finales de la simulation telle que la réserve en
eau du sol, les coefficients de calcul de l'évaporation (équation
de Ritchie), la procédure de calcul des pluies efficaces, etc.
4-3 Sorties du modèle et simulation
Une fois que tous les paramètres sont introduits et la
période de simulation fixée, le programme offre la
possibilité de sortie de nombreux paramètres (tableau 5) qui sont
présentés sous forme numérique et graphique. Aussi,
BUDGET indique si un stress hydrique se manifeste ainsi que la
prédiction du taux de diminution du rendement.
Tableau 5. Paramètres de sortie du modèle
BUDGET.
-Transpiration relative
|
-Evaporation relative
|
-Evapotranspiration relative
|
-Transpiration potentielle
|
-Evaporation potentielle
|
-Evapotranspiration potentielle
|
-Transpiration réelle
|
-Evaporation réelle
|
-Evapotranspiration réelle
|
-Drainage journalier
|
-ETo journalière
|
-Pluies journalières
|
-Cumul du drainage
|
-Cumul d'ETo
|
-Cumul des pluies
|
-Ruissellement journalier
|
-Cumul du ruissellement
|
-Réserve en eau
|
|