Site Crau (Fr)

La plaine de la Crau (600 km²) est reconnue pour la production de foin de qualité, irrigué par gravité grâce à un système de canaux construit il y a plusieurs centaines d’années. L’arrosage des prairies permet, par l’intermédiaire d’une nappe aquifère après infiltration de l’eau, de nombreux autres usages sur lesquels reposent le développement territorial (eau potable, productions de fruits et légumes, zones industrialo-portuaire de Fos). L’eau qui arrive dans la plaine a voyagé le long de la chaine Durance-Verdon et a déjà été valorisée énergétiquement plusieurs fois.

Contexte

En moyenne ce sont de l’ordre de 15,000 à 20,000 m³ d’eau apporté par hectare et par an (entre mars et octobre), répartis en 12 à 15 submersions. La plante utilise moins de la moitié du volume d’eau apportée, le reste est drainé dans des canaux et/ou percole à la nappe. Les structures de gestion collective, ou regroupement de producteurs, permettent de gérer un facteur de production commun. Il en existe à différents niveaux sur le périmètre irrigué selon leur position par rapport à la tête de réseau. Quelques chiffres : 12,500 ha prairies irriguées, 7,000 arrosants, 10 associations d’irrigants (ou ASA).

Les ASA sont des structures auto-gérées ayant pour objet le transport et la répartition de l’eau, elles emploient des gardes-canaux pour la gestion quotidienne des aménagements hydro-agricoles (entretien des canaux, surveillance des ouvrages). La distribution de l’eau répond à des règles précises (respect des droits d’eau historiques) et s’effectue par tours d’eau : chaque arrosant dispose à son tour de la totalité du débit pendant un temps proportionnel à la superficie qu’il a souscrite. Au champ, l’irrigation consiste surtout à l’usage de martelières pour prendre ou libérer de l’eau, ouvrages clés dans la circulation de l’eau. La vétusté du patrimoine hydraulique est un facteur à prendre en compte au niveau territorial car aujourd’hui les ASA n’ont pas les ressources suffisantes pour investir, ce qui par endroits ce traduit déjà par une filière foin fragilisée par rapport à d’autres cultures.

Au final, la répartition spatiale de l’eau est principalement influencée par les contraintes d’organisation (ressources en main d’œuvre et en eau), et les marges de manœuvre pour les exploitants agricoles sont assez faibles. De nombreuses solutions techniques à la parcelle ont été testées dans les dernières décennies pour réduire le temps de travail. Aucune n’est idéale, mais l’on s’accorde aujourd’hui sur l’usage d’une combinaison de mesures : nivellement et redimensionnement des parcelles, et automatisation des martelières.

Situation de gestion

La recharge de la nappe dépend pour 70% (volume apporté) de l’irrigation des prairies (étude SINERGI). La gestion de l’aquifère dépend de la durabilité de cette pratique d’irrigation pluri-séculaire, mise en tension par le développement des activités socio-économiques, la conservation des écosystèmes naturels, le changement de régime hydrologique dans les Alpes, et l’injonction aux économies d’eau depuis une vingtaine d’années. Cependant, l’inefficacité de cette technique d’application de l’eau au champ (par submersion) doit être balancée avec les bénéfices fournis par les flux de retour à la nappe.

Aujourd’hui, les principaux enjeux sont la faible performance d’application et les conditions de travail difficiles (charge et travail de nuit).

Domaine du Merle

A la fois exploitation agricole, centre de formation, et site expérimental, le Merle appartient à l’Institut Agro Montpellier depuis le milieu du XXème siècle.

Exploitation agricole

Le domaine du Merle c’est aujourd’hui 150 ha de prairie irriguée et quelques millions de m³ d’eau prélevée chaque année. Depuis le début des années 2000 le domaine a fait évoluer son réseau et le parcellaire cultivé :

modernisation technologique par la mise en place de vannes, de canalisations enterrées et le test de différentes techniques de recouvrement de canaux
nivellement et dimensionnement de grands calans (suppression de martelières réduisant le linéaire de fossés et réduisant l’entretien des filioles)

L’objectif était d’améliorer la distribution et la gestion de l’eau d’une part, et de réduire le temps de travail d’autre part, tout en permettant au domaine d’équilibrer son budget (augmentation de la surface irriguée). Malgré ces évolutions, les conditions de manœuvre n’ont pas changé : l’irrigation reste très pratique, un bon arroseur est celui qui fait en sorte que toute sa prairie soit verte, et donc qui adapte l’utilisation des ouvrages selon l’écoulement visible de l’eau en surface.

Formation

Le domaine est impliqué dans de nombreuses activités pédagogiques, plus d’information ici.

Depuis 2013, à la rentrée de septembre une vingtaine d’étudiants du Master Eau et Agriculture viennent se former pendant une semaine aux enjeux sur l’eau et aux méthodes pour les aborder. Le site permet en particulier d’aborder les questions de productivité de l’eau agricole, d’évolution des paysages et des pratiques agricoles, de gestion intégrée de la ressource, de transition agroécologique.

D’autres formations sont également proposées par le domaine, notamment dans le cadre de la formation continue professionnelle, par exemple sur les techniques et outils de mesure des débits dans les canaux (2 jours).

Site Expérimental

L’analyse des flux d’eau au domaine a débutée dans les années 2000, dont les premiers travaux sont résumés ci-dessous :

Charron-PosterFr

Les nombreuses informations récoltées depuis sont en cours de recensement. Dans un premier temps, les données spatiales sur la circulation des eaux (jeu réseau-parcelles) ont été mises à jour. Cet état des lieux des couches d’informations géographiques (parcelles, calans, biefs, nœuds) a été déposé dans un entrepôt de données (accessible ici sur demande).

Projet HubIS

Afin de caractériser la spatialisation des flux d’eau et passer d’un volume global percolé à un volume par unité de surface, des expériences et des modélisations ont été menées au Merle. L’objectif est d’aider à trouver un compromis entre gestion des flux et temps de travail.

Expérimentations

Les expériences récentes ont été mises en place dans le cadre d’une thèse débutée en 2020. Un diagnostic agraire a été réalisé en 2021 (rapport de stage). Au cours des années 2021 et 2022, de nombreux dispositifs d’observation ont été conçus, implémentés, et testés sur les parcelles de plusieurs secteurs du domaine.

Pour mesurer les flux d’eau à l’échelle du domaine et de deux blocs d’irrigation, des capteurs d’écoulement ont été mis en place (débits d’admission et de drainage). L’objectif est d’être capable de comparer l’usage de l’eau selon la taille d’un calan et le type d’arrosage (filiole longitudinale ou latérale).

Deux innovations techniques ont été installées sur le secteur 3 : capteurs de niveaux d’eau pour la fréquence et la durée des événements d’irrigation, et capteurs de détection d’eau en aval. Ces capteurs sont connectés à un serveur via un protocole de communication. Cela permet par exemple d’alerter l’irrigant lorsque l’eau arrive en bout de parcelle et qu’il faut intervenir sur les martelières.

Ces innovations ont été conçues à partir d’échanges réguliers avec les acteurs et partenaires. Des ateliers sont proposés pour illustrer la conception et le fonctionnement des capteurs.

En 2023 les équipes de recherche et d’exploitation ont testé une gestion semi-automatisée des flux d’eau, grâce à des martelières automatiques et des détecteurs d’arrivée d’eau en bout de parcelle.

Modélisations

Un simulateur open-source a été construit sur la plateforme logicielle OpenFLUID intégrant les processus hydrologiques à l’échelle du réseau et de la parcelle. Le simulateur permet d’explorer différents scénarios de gestion ou d’aménagement des périmètres irrigués et d’analyser leur impact sur les flux générés vers la nappe et ceux perdus en bout de réseau ou en bout de parcelles.

Le simulateur a été construit par couplage de 4 modèles (hydraulique de canaux, irrigation gravitaire, culture de foin de Crau, humidité du sol). En entrée le simulateur a besoin des données spatiales du réseau d’irrigation, de données météorologiques, et de données sur les pratiques culturales (calendrier d’irrigation et de fauches). L’année de référence est 2021.

Différents scénarios de gestion ont été simulés à deux échelles distinctes pour comprendre les impacts du pilotage basé sur la détection des écoulements sur les performances hydrauliques (parcelle), et saisir la façon dont l’automatisation des arrosages impacterai le couple temps de travail x performances à l’échelle d’un petit périmètre irrigué.

Perspectives

Après cette série de saisons d’irrigation instrumentées et analysées, l’objectif est désormais de faire vivre cette démarche d’innovation ouverte et d’accompagner les acteurs de l’irrigation gravitaire au développement d’outils de pilotage et d’automatisation testés en conditions réelles. Comme toute technologie, une démarche de transfert, de prise en main et d’amélioration continue est désormais nécessaire pour passer à l’échelle ces solutions techniques :

Le capteur flowter permet le suivi à une échelle fine (planche d’irrigation, durées à la minute) des calendriers d’irrigation ;
Le système WatAr est un outil d’aide à la décision basé sur la mesure directe au champ de l’avancée des flux d’eau de surface ;
Le système Lancelot permet l’automatisation des vannes plates d’irrigation (martelières), via leur actionnement à distance par l’usager ou sur la base des données produites par le système WatAr.

Ces trois innovations présentent les caractéristiques communes d’être i) basées sur la mesure directe au champ des flux d’eau et la communication de cette information à distance en temps réel, ii) accessibles techniquement (capteurs low-tech) et économiquement (capteurs low-cost), et iii) reproductibles et adaptables à différents contextes.

Côté recherches, la valorisation de ces travaux est en cours (thèse Paul Vandôme), et plus d’informations peuvent être trouvées ici et ici.

Blog HubIS

Design workshop at the French FabLab2022-07-25
The “flowter sensor”: latest innovation at the SurfIrriLab2021-09-23
Performance assessment ongoing on the French pilot site2021-06-21
Launch of the 2021 hay irrigation season in the Crau plain, France2021-04-14
Field visit in the Crau plain (France)2021-01-20

Télédétection

Un outil d’analyse d’images de télédétection, de type géo-service, est en cours de développement (TerraNIS). Des échanges avec les ASA sont en cours pour identifier les produits utiles pour les gestionnaires et producteurs de foin. L’objectif est de voir comment, à partir d’indices spectraux élémentaires, apporter une aide à la décision (au niveau individuel et collectif).

Base documentaire

Suite à des besoins exprimés récemment de la part des acteurs du territoire et de l’administration, faisant notamment le constat de lacunes dans la diffusion des connaissances techniques et scientifiques sur l’irrigation gravitaire, un travail de capitalisation a été entrepris depuis 2022. En effet, malgré que les études se soient succédées sur le territoire des canaux gravitaires de la Basse Durance (et notamment la Crau), une partie de ces connaissances est peu visible et pas utilisée. Ce fait semble aujourd’hui reflété par des questionnements croissants autour de la transmission des “bonnes pratiques”.

Un corpus d’information a été constitué à partir : 1) d’une liste de références établi au Merle en 2012 et mis à jour en 2018 (ressources documentaires produites sur le domaine du Merle ou avec des données qui y ont été acquises), 2) de documents papiers archivés dans les bureaux du domaine et des partenaires (versions papier mis à disposition par François Charron et Jérôme Grangier), 3) d’une recherche de littérature scientifique à propos de la gestion de l’eau sur la zone d’étude (Crau). Un stage de Master a permis de rassembler et d’organiser cet ensemble de documents dont le point commun est la technique de l’irrigation gravitaire sur le territoire Basse Durance (y compris la Crau). Cette base, IrriGrav, prend aujourd’hui la forme d’une liste de notices bibliographies qui présente les informations sur chaque document. Elle est consultable et téléchargeable ici.

290 références sont recensées et archivées au 15 juin 2023 (couvrant la période 1867-2023). Différents projets de recherche menés notamment par l’INRAE et l’Institut Agro Montpellier expliquent la forte croissance de la littérature scientifique entre 2005 et 2020, alors que l’évolution de la littérature grise (rapports techniques) décolle dès les années 1970.

Afin de mieux cerner l’utilité et l’utilisabilité de cette base documentaire, tout acteur de la gestion de l’eau est invité à remplir un questionnaire, accessible ici.

Déstockage Serre-Ponçon

L’objectif de cette étude est de rendre l’algorithme de déstockage de la réserve agricole de Serre-Ponçon compréhensible par les usagers de la Basse Durance et de favoriser la discussion sur les enjeux de l’eau. Le rapport d’étude est disponible en accès ouvert ici.