Le modèle DPSIR pour la gestion d’un périmètre irrigué

Provenance de l’eau d’irrigation

De tout temps, les sociétés humaines ont déployé des trésors d’imagination pour détourner de multiples manières l’eau nécessaire à leur culture et irriguer leurs champs.
Certaines méthodes se contentent de mobiliser les eaux de crues des rivières ou les eaux de pluie. Elles interviennent peu sur le cours des rivières et déplacent peu les eaux dans l’espace. Au bord de certains grands fleuves africains par exemple, les paysans cultivent les terrains susceptibles d’être légèrement inondés par les eaux grossies du fleuve à la saison des pluies, qu’ils ensemencent juste avant la montée des eaux. Très utilisée en Asie, mais également en Afrique, notamment pour la culture du riz, la construction de tout un réseau de petits canaux et de digues permet de récolter les eaux de crue des rivières, de les distribuer en contrôlant leur niveau dans chaque parcelle et de les y retenir. En Inde et au Brésil, se développe également l’usage de petites retenues d’eau, dites collinaires, édifiées en amont des vallées. Ces petits barrages en terre, de faible profondeur, récupèrent et stockent, pendant la saison des pluies, les eaux de ruissellement et les eaux de pluie, lesquelles peuvent ensuite être utilisées au profit des cultures.
D’autres méthodes cependant consistent à pratiquer de véritables détournements d’eau. Le recours aux puits, notamment, permet de prélever toute l’année l’eau de certaines nappes souterraines, en d’autant plus grandes quantités que l’on sait aujourd’hui forer jusqu’à de grandes profondeurs et pomper l’eau mécaniquement.
Une autre pratique consiste à détourner l’eau des rivières, et à la transporter par canaux, parfois très loin de son lieu de prélèvement, jusqu’à des régions moins bien dotées où elle manque. Enfin, une technique qui s’est beaucoup développée au cours du XXe siècle est la construction, sur le cours des rivières, d’immenses barrages capables de stocker d’énormes réserves d’eau. De tels aménagements offrent un accès quasi permanent à l’eau . Mais, si elles permettent de bénéficier toute l’année de grandes quantités d’eau, de telles pratiques ne vont pas sans présenter des inconvénients. Ainsi, la multiplication de canaux et réservoirs en tout genre accroît-elle la perte d’eau par évaporation; en outre, les grands barrages modifient les régimes hydrauliques, la qualité des eaux et les équilibres de la flore et de la faune des cours d’eau sur lesquels ils sont établis.

L’irrigation dans le monde

La consommation d’eau agricole est très variable d’un pays à l’autre. Elle n’intéresse que 273 millions d’hectares dans le monde éparpillés très irrégulièrement sur tous les continents.
Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les pays qui irriguent le plus ne sont pas les pays au climat aride ou semi-aride. Dans ces régions, en effet, il ne peut y avoir de culture sans irrigation. Aussi, toutes les surfaces cultivées sont-elles irriguées. Mais, comme il ne peut y avoir d’irrigation sans eau, les surfaces cultivées demeurent réduites en superficie, limitées par la faiblesse des ressources en eau, et localisées là où ces ressources sont disponibles. C’est le cas de pays comme l’Égypte par exemple où l’agriculture s’est développée sur les bords du Nil, ou de certains pays de l’Amérique latine comme le Mexique.
À l’inverse, dans les régions qui reçoivent suffisamment d’eau de pluie, la superficie des terres cultivées peut être très importante, surtout si le relief le permet. Bien que l’irrigation n’y soit pas indispensable, elle est néanmoins utilisée, et ce d’autant plus facilement que l’eau est disponible, afin de diversifier et d’améliorer les cultures, d’obtenir des récoltes multiples, ou encore d’augmenter les rendements.
Même si elle n’est pas systématique, l’irrigation peut donc être conséquente. C’est ce qui se passe au Japon, en Chine, en Inde et au Pakistan (Milos, 1971). Des facteurs autres que la situation géographique interviennent également, qui doivent être pris en compte pour expliquer la répartition mondiale de l’irrigation. Par exemple, l’irrigation nécessitant des infrastructures parfois très onéreuses, la richesse des pays considérés est un élément important. Il explique notamment qu’en Afrique ou au Brésil l’irrigation soit moins développée.
En conséquence, les pays qui irriguent le plus sont ceux situés dans le sud-ouest asiatique, lesquels rassemblent plus de 60 % des terres irriguées de la planète, et certains pays du pourtour méditerranéen, comme l’Italie ou la Grèce.

Importance de l’irrigation

Les avantages: Tant qu’on ne saura pas faire pleuvoir où et quand on veut, l’irrigation restera le seul moyen d’augmenter les rendements et de les régulariser dans bien des régions du monde. En effet, selon les espèces et variétés cultivées, selon les terres, et selon les techniques utilisées, l’irrigation peut permettre d’obtenir de deux à cinq fois plus (et même dix en zone aride) de production .
L’irrigation n’est pas uniquement un apport d’eau sur une terre cultivée en vue de compenser l’insuffisance des précipitations et de permettre le plein développement des cultures. Elle est considérée plutôt comme un ensemble d’actions de développement intégré des milieux agricole et rural qui doit se traduire non seulement par l’augmentation de la production et l’amélioration du niveau de vie de l’agriculteur, mais doit se traduire également par la préservation du milieu, notamment des terres agricoles, et par une économie de l’eau d’irrigation qui elle-même se traduit par une économie dans l’utilisation de l’énergie (électricité, fuel, etc)

La qualité de l’eau d’irrigation

Il arrive que, devant la rareté des ressources conventionnelles, les exploitants agricoles sont amenés à se rabattre sur différentes sources d’eaux pour l’irrigation de leurs cultures. Sur certains sites, ils utilisent des eaux usées non traitées, pouvant provenir aussi bien des ménages que des industries ou pompées directement des oueds.
La réutilisation agricole des eaux usées a toujours existé et est aujourd’hui une pratique largement répandue sur le pourtour sud de la Méditerranée, de l’Espagne à la Syrie. En effet, le bassin méditerranéen est une région où la pénurie en eau est particulièrement ressentie. C’est aussi l’une des régions où la réutilisation agricole des effluents urbains est la plus pratiquée.
Dans ce contexte, les eaux usées sont valorisées comme une ressource supplémentaire en eau et comme apport appréciable en fertilisants. Cependant cette réutilisation engendre des risques pour l’environnement et pour les populations en contact permanent avec les eaux usées ou consommant les produits agricoles irrigués avec ces eaux ; d’où :
Il est recommandé, voire impératif aux autorités, de mesurer l’impact de cette réutilisation sur la qualité physico-chimique du sol ;
D’évaluer quantitativement et qualitativement le flux de pollution provenant des eaux usées. Cinq principaux critères pour évaluer la qualité de l’eau d’irrigation ont été dégagés : Salinité : contenu total en sels solubles. Sodium : proportion relative des cations sodium (Na+) par rapport aux autres. Alcalinité et dureté : concentration d’anions carbonate (CO2-) et bicarbonate (HCO3-) en relation avec la concentration en calcium (Ca2+) et en magnésium (Mg2+). Concentration en éléments qui peuvent être toxiques. pH : de l’eau d’irrigation.

Les normes de qualité des eaux destinées à l’irrigation

L’agriculture représente le plus gros consommateur des ressources en eau. Ces ressources, suivant les régions dont elles proviennent, et leur contact éventuel avec des sources de pollution ont des caractéristiques très diversifiées. De plus, vu la diminution des apports en eau constatée depuis plusieurs décennies, les agriculteurs, notamment dans les régions continentales, s’intéressent à l’utilisation des eaux usées. C’est ainsi que des normes de qualité des eaux destinées à l’irrigation ont été établies. Une eau est conforme à l’irrigation est une eau dont les caractéristiques respectent les valeurs limites imposées par des textes de lois et inscrites dans des tableaux de normes. L’exemple donne les normes de qualité des eaux destinées à l’irrigation .Les normes varient selon les pays, mais dans la majorité des pays on fait référence, à quelques exceptions près, aux cinq critères de qualité sus cités.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 : Généralité
Introduction
1.1 Provenance de l’eau d’irrigation
1.2 L’irrigation dans le monde
1.3 Importance de l’irrigation
1.3.1 Les avantages
1.3.1.1 Apport sur le plan économique
1.3.1.2 La satisfaction
1.3.1.3 L’irrigation un rempart à la famine
1.3.2 Les inconvénients
1.3.3 La qualité de l’eau d’irrigation
1.4 Les normes de qualité des eaux destinées à l’irrigation
1.5 L’irrigation en Algérie
1 Des grands périmètres irrigués (GPI)
2 De la « Petite et Moyenne Hydraulique »
1.6 Résultat à l’horizon 2015
1.6.1 L’irrigation dans la wilaya de Skikda
1. Grande hydraulique
2. Petite et moyenne hydraulique
1.6.2 Mise en œuvre du programme d’économie de l’eau agricole (2010-2014)
1.6.2.1. Valorisation du potentiel existant (GPI)
1.7 Evaluation des superficies irriguées 2010-2014 de la wilaya de Skikda
1.8 Les risques de pollution liés à l’agriculture
Conclusion
Chapitre 2 : Présentation de la zone d’étude
Introduction
2.1 Géomorphologie générale et chevelu hydrographique du bassin du Saf-Saf
2.1.1. Ensembles morpho-structuraux du bassin
2.1.2. Chevelu hydrographique
2.1.3 Forme du bassin
2.1.3.1 Dimensions du rectangle équivalent
2.1.3.2 Répartition des tranches d’altitudes et la courbe hypsométrique
2.2. Aperçu socio-économique
2.2.1. Contexte démographique et administratif du bassin du Saf-Saf
2.2.2. Contexte industriel
2.2.3. Contexte agricole
2.3 La géologique de la zone d’étude
2.3.1. Cadre géologique régional
2.3.1.1. Domaine interne
2.3.1.1.1. Socle kabyle (Paléozoïque)
2.3.1.1.2. Chaîne calcaire ou la dorsale kabyle
a) Chaîne calcaire interne
b) Chaîne calcaire médiane
b) chaîne calcaire externe
2.3.1.2. Domaine des flyschs
a) Flysch Mauritanien
b) Flysch Massilien
c) Flysch Numidien (Oligocène moyen- Burdugalien)
2.3.1.3. Domaine externe
a) Séries ultra telliennes
b) Séries telliennes
c) Séries péni telliennes
2.3.1.4. Néritique constantinois
2.3.2. Classification des formations géologiques selon leurs intérêts hydrogéologiques
2.3.2.1. Formations favorables au développement d’aquifères
2.3.2.1.1. Formations favorables au développement d’aquifères poreux
a) Formations du Quaternaires
1. Alluvions
2. Dunes anciennes
2.3.2.1.2. Formations favorables au développement d’aquifères Karstiques
2.3.2.2. Formations non favorables au développement d’aquifères
2.3 .3. Tectonique du bassin
2.3.4. Paléogéographie du bassin
2.3.4.1. Longue période de sédimentation du Secondaire au Tertiaire
2.3.4.2 Mise en place des volumes montagneux de la fin du Tertiaire
2.3.4.3 Quaternaire
2.4 Contexte hydroclimatologique
2.4 .1 Equipement hydro-pluviométrique du bassin
2.4.1.1 Précipitations du barrage Zerdézas
2.4.1.2 Précipitations du barrage Guenitra
2.4.1.3 Précipitations de la station Ramdane Djemel
2.4.2 Température
2.4.3 Les vents
2.4.4 L’humidité
2.5 Présentation du Périmètre
2.5.1 Situation géographique
2.5.2 Répartition du périmètre
2.5.3 Ressource et besoins en eau du périmètre
2.5.4 Présentation physique du périmètre Saf-Saf
2.5.5 Canalisation et Equipements du périmètre Saf-saf
2.5.6 Réservoirs et stations de pompages
2.5.7 Assolements pratiqués au niveau du périmètre
2.6 Exploitation du Périmètre Saf-saf
2.7 Objectif et impact sur le périmètre
2.8 L’évolution des superficies irriguées dans le périmètre du Saf-Saf
Conclusion
Chapitre 3 : Caractéristiques hydrogéologiques du bassin
Introduction
3.1 Horizons aquifères
3.1.1 L’aquifère poreux
3.1.2. L’aquifère Karstique
3.1.3. L’aquifère à système binaire
3.2. Profils hydrogéologiques
3.3 Inventaire des points d’eau
3.4. Etude de la piézométrie de l’aquifère superficiel
3.4.1. Limites et l’alimentation de l’aquifère superficiel
3.4.2. Piézométrie
3.5. Etude de la piézométrie de l’aquifère profond
3.5.1. Limites et alimentation de l’aquifère profond
3.5.2. Piézométrie
Conclusion
Chapitre 4 : Diagnostic de la potentialité hydrique dans bassin du Saf-Saf
Introduction
4.1. Diagnostic quantitatif des ressources en eau dans le bassin du Saf-Saf
4.1.1 Potentialités hydriques dans le bassin du Saf-Saf
4.1.1.1 Potentiel hydrique superficiel
4.1.1.2. Potentiel hydrique souterrain
4.1.2. Mobilisation des ressources en eau dans le bassin du Saf-Saf
4.1.2.1 Mobilisation des eaux de surface
4.1.2.2. Mobilisation des eaux souterraines
4.2 Affectation des ressources en eau dans le bassin du Saf-Saf
4.3 Alimentation en eau dans le bassin du Saf-Saf
Conclusion
Chapitre 5 : Chimie et qualité des eaux
Introduction
5.1 Chimie et qualité des eaux
5.1.1. Mesures in situ
 Paramètres physiques
a. Température
b. Potentiel d’Hydrogène (pH)
c. Conductivité électrique
d. Salinité
e. Oxygène dissous
5.1.2. Analyses aux laboratoires
5.1.2.1. Eléments majeurs
a. Calcium (Ca2+)
b. Potassium (K+)
c. Sodium (Na+)
d. Magnésium (Mg+2)
e. Chlorures (Cl-)
g. Carbonates (CO3-)
5.1.2.2 Métaux lourds et Nitrates
a. Fer (Fe2+)
b. Manganèse (Mn2+)
c. Nitrates (NO3-)
5.1.2.3 Analyses physico-chimiques
a. Turbidité
b. Demande biologique et chimique en Oxygène (DBO5, DCO)
c. Matières en suspension (MES)
5.1.2.4. Analyses bactériologiques
a. Germes totaux
b. Coliformes totaux à 37 °C et fécaux à 44°C
c. Streptocoques fécaux 37°C
d. Clostridium sulfito-réductureurs 46°C
5.1.3. Représentation graphique des analyses chimiques
a) Le diagramme de Stabler
b) Diagramme de Schoëller-Berkaloff
c) Diagramme de Piper
d) Diagramme de Stiff
5.2. Qualité des eaux du barrage de Zerdézas
5.2.1. Représentation graphique des analyses chimiques
a) Le diagramme de Stabler
b) Diagramme de Schoëller-Berkaloff
c) Diagramme de Piper
d) Diagramme de Stiff
5.2.2 Aptitude des eaux à l’irrigation
5.2.2.1 Principe du diagramme
Conclusion
Chapitre 6 : Modélisation de la gestion intégrée des ressources en eau
(Application du modèle DPSIR)
Introduction
6.1 Développement Durable et Durabilité de la Ressource en Eau
6.1.1 L’objectif de développement
6.1.2 Qu’est-ce que la « gestion intégrée des ressources en eau ?
6.2 Principes de la Gestion Intégrée des Ressources en Eau
6.3 Développement et Validation des Indicateurs
6.3.1 Qu’appelle-t-on indicateur ?
6.3.2 Description du modèle de GIRE appliqué (DPSIR)
6.3.2.1 Description analytique du modèle de GIRE appliqué (DPSIR)
6.4 L’Application du Nouveau Modèle Conceptuel de la GIRE dans le périmètre d’irrigation de Saf-Saf
6.4.1 La Description des Variables (Indicateurs)
6.4.1.1. La Mobilisation de la Ressource en Eau (MRE)
6.4.1.2 Le Total des Solides Dissous (TDS)
6.4.1.3 Les variables forces motrices (Driving forces)
6.4.1.4 Les variables de Pression
6.4.1.5 Les variables d’État de la qualité de l’eau des barrages (State)
6.4.1.6 La Catégorie des variables d’Impact
6.4.1.7 La Catégorie des variables de Réponse
6.5 Les Statistiques Descriptives des Variables Dépendantes et Indépendantes
6.5.1 Les Variables Dépendantes, la MRE et le TDS
6.5.2 Les Variables indépendantes de la force motrice (Driving force)
6.5.3 Les Variables indépendantes de Pression
6.5.4 Les Variables indépendantes de l’État (State) de la qualité des eaux de surface
6.5.5 Les Variables indépendantes d’Impact
6.5.6 Les Variables indépendantes de Réponse
6.6 Les Outils et le Plan d’Analyse
6.6.1 Le Plan d’Analyse
6.6.2 Les étapes de l’analyse
6.6.3 Les Outils d’Analyse
6.6.3.1 Les Réseaux de Neurones Artificiels (ANN)
6.6.3.2 Le Logiciel
6.6.3.3 Les Matrices de Corrélation
6.6.3.4 Les Techniques d’Exploration Multivariée
6.6.3.4.1 L’Analyse en Composantes Principales (ACP)
6.6.3.4.2 L’Analyse Factorielle (AF)
Conclusion
Chapitre 7 : Synthèse des analyses
Introduction
7.1 L’Analyse par les RNA et la Comparaison avec les Avis des Experts
7.1.1 Les variables de la force motrice (Driving force)
7.1.2 Les variables de Pression
7.1.3 Les variables de l’État de la Qualité de l’Eau (State)
7.1.4 Les variables d’Impact
7.1.5 Les variables de Réponse
7.2 Les Matrices de Corrélation
7.2.1 Les variables de la force motrice (Driving force)
7.2.2 Les variables de Pression
7.2.3 Les variables de l’État de la Qualité de l’Eau (State)
7.2.4 Les variables d’Impact
7.2.5 Les variables de Réponse
7.3 L’Analyse en Composantes Principales (ACP)
7.3.1 Les variables de la force motrice (Driving force)
7.3.2 Les variables de Pression
7.3.3 Les variables de l’État de la Qualité de l’Eau (State)
7.3.4 Les variables d’Impact
7.3.5 Les variables de Réponse
7.4 L’Analyse des Facteurs (AF)
7.4.1 Les variables de la force motrice (Driving force)
7.4.2 Les variables de Pression
7.4.3 Les variables de l’État de la Qualité de l’Eau (State)
7.4.4 Les variables d’Impact
7.4.5 Les variables de Réponse
Conclusion et remarque
Conclusion générale et recommandation