Approche multicritère d'optimisation de l'irrigation goutte-à-goutte du fraisier

• Main Author: Létourneau, Guillaume
• Other Authors: Caron, Jean
• Format: Doctoral Thesis
• Language: French
• Published: Université Laval 2017
• Subjects: S 405 UL 2017; Micro-irrigation; Fraisiers
• Online Access: http://hdl.handle.net/20.500.11794/33286

En raison de la compétition grandissante pour l’utilisation des ressources limitées en eau de surface entre les secteurs domestique, industriel, commercial et agricole, le développement de pratiques d’irrigation visant à rationaliser l’utilisation de l’eau revêt une importance capitale. Le fraisier à jour neutre est une culture considérée exigeante en eau et en fertilisants. Cette culture est majoritairement irriguée à l’aide de systèmes goutte-à-goutte, systèmes pour lesquels la régie de l’irrigation requiert un niveau de compétence élevé et une attention constante, sans quoi les risques de diminution de productivité et de perte d’eau sous la zone racinaire sont importants. L’objectif de cette étude est la détermination des paramètres optimaux de configuration et de régie de l’irrigation goutte-à-goutte du fraiser par une approche expérimentale et par modélisation numérique. Le premier volet de cette étude présente des expériences à grande échelle réalisées sur des sites présentant des conditions culturales, des climats et des types de sol contrastants. L’objectif de ces expériences était la détermination de seuils de déclenchement de l’irrigation basés sur la mesure du potentiel matriciel pour optimiser le rendement ainsi que l’efficacité d’utilisation de l’eau d’irrigation. Ces expériences ont été réalisées selon des dispositifs en blocs complets aléatoires sur quatre sites. Deux sites étaient localisés au Québec et deux en Californie. Pour les sites du Québec, il a été démontré que l’influence du seuil d’irrigation sur les rendements était limitée, mais que la régie basée sur le potentiel matriciel permettait de diminuer le lessivage sous la zone racinaire. Pour chacun des sites de Californie, des seuils d’irrigation permettant d’obtenir le meilleur compromis entre le rendement et l’efficacité d’utilisation de l’eau ont été déterminés. L’ensemble de ces expériences suggère qu’un seuil de déclenchement de l’irrigation de -10 kPa soit adapté à la majorité des conditions culturales. Le second volet de cette étude explore simultanément les effets de l’échelle de gestion de l’irrigation et de la méthode d’application de l’eau sur le rendement et l’efficacité d’utilisation de l’eau. Cette expérience a été réalisée au Québec, pour un loam limono-argileux présentant une proportion élevée de fragments rocheux. Les résultats obtenus ont permis de démontrer que la variabilité des propriétés du sol du site à l’étude ne présentait pas de structure spatiale permettant l’établissement de zones pour lesquelles une régie locale de === Because of the growing competition for limited water resources between the domestic, industrial, commercial and agricultural sectors, the development of water-efficient irrigation practices is very important. Day-neutral strawberry is considered a crop with high water and fertilizers requirements. This culture is mainly irrigated with sub-surface drip irrigation systems for which irrigation management requires a high skill level and a constant attention. Otherwise, the risks of productivity losses and deep percolation of water are substantial. The objective of this study is the determination of optimal drip-irrigation system configuration and management parameters for strawberry production through experimental and numerical modelling approaches. The first part of this study describes production-scale experiments conducted at sites with contrasting cropping systems, climatic conditions and soil types. The main objective was the determination of optimal matric potential-based irrigation initiation thresholds with respect to crop productivity and water use efficiency. Randomized complete blok experiments were conducted at four sites. Two sites, (one silty-clay loam and one clay loam) were in the Province of Québec, Canada and two (one sandy loam and one clay loam) in California, USA. For the first sites, the effects on yield and water use efficiency of the irrigation thresholds were limited but matric potential-based management resulted in a reduction of deep percolation. For the Californian sites, the results showed that a threshold in the -15 to -10 kPa range lead to significant increases in crop yield and water use efficiency. Altogether, it was shown that an irrigation initiation threshold of -10 kPa was a suitable value for most soils and climatic conditions. The second part of this study simultaneously explored the effects of irrigation management scale and water application method on crop yield and water use efficiency. A field experiment was conducted in the Province of Québec; the soil type was a silty-clay loam with an important proportion of coarse rock fragments. The results showed that the soil hydraulic properties did not present any structured spatial patterns that could be used to delineate irrigation management zones. Physically based calculations of a critical matric potential in the root zone allowed to evaluate the magnitude of the differences in soil hydraulic properties required to justify a site-specific irrigation. The significant positive impact of a pulsed water application on crop yield and water use efficiency was also demonstrated. For the third part of this study, an approach allowing the simultaneous optimization of drip-irrigation system design and management parameters for strawberry production in a coarse soil was developed. A numerical model was used to predict the impacts of design and management parameters on 1) root uptake efficiency 2) applied irrigation water and 3) percolation below the root zone. The model was calibrated and validated with field observations of the root zone soil water potential. A sensitivity analysis allowed to evaluate the relative impacts of design and management parameters on single model outputs and on an optimization criterion calculated from multiple outputs. The results showed that the selection of an adapted application rate and irrigation duration had much more influence on model outputs than the irrigation threshold. Model predictions were used to identify optimal scenarios for the studied site and assess the potential of an alternate system configuration. The approached presented could be adapted to other cropping systems.