Matériaux et composantes des systèmes d’irrigation

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Boivin, C., Taillon, P.-A., Deschênes, P., Méthé, A. et Brisset, M. (2022).

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Pompes

Une pompe est un dispositif permettant d’aspirer un liquide par une entrée et de le refouler par une sortie. Les pompes utilisées en irrigation sont soit actionnées par un tracteur via sa prise de force (PDF), par un moteur électrique ou par un moteur à essence ou diesel.

Il existe plusieurs catégories de pompes. En irrigation agricole, les pompes les plus communes sont les pompes centrifuges (Figure 1), alors que les pompes volumétriques sont peu utilisées.

On sélectionne une pompe selon le débit et la pression requise (voir la section Dimensionnement de pompes). Attention, les indication de maximums de puissance (hp), de pression (psi) et de débit (litre/minute) ne sont pas représentatifs de la capacité de la pompe.

Figure 1. Une pompe centrifuge est une machine rotative qui pompe un liquide en le forçant au travers d’une roue à aubes ou d'une hélice appelée impulseur (souvent nommée improprement turbine).

Configurations de pompe

La configuration de la pompe centrifuge à choisir (aspiration, à jet ou submersible) dépend de la hauteur entre la source d’eau et la pompe, que l’on nomme hauteur d’aspiration.

Tableau 1. Types de pompes et leur hauteur d’aspiration

Type de pompe	Hauteur d’aspiration
Type de pompe	Mètres	Pieds
Aspiration	0 à 8	0 à 25
À jet	0 à 27	0 à 90
Submersible	8 à 91	25 à 300

Pompe à aspiration

Une pompe à aspiration (Figure 2) doit se trouver à moins de 8 mètres (25 pieds) au-dessus de la source d’eau. Plus une pompe se trouve surélevée par rapport à la source, plus sa capacité à pomper sera réduite. La pompe puise l’eau grâce à son boyau de succion. Celui-ci est équipé d’un clapet de pied, composé d’un clapet anti-retour ainsi que d’une crépine pour éviter d'aspirer de gros débris qui pourraient endommager le système. Le clapet anti-retour permet au boyau de rester rempli même lorsque la pompe est arrêtée. Sans celui-ci, le tuyau de succion se remplira éventuellement d’air; la pompe sera alors désamorcée. Certaines pompes sont dites auto-amorçantes, c’est-à-dire qu’elles ont la capacité de pomper l’air et faire monter l’eau d’elles-mêmes. D'autres devront être amorcées manuellement, en ajoutant de l’eau pour remplir le boyau de succion, ou en utilisant une pompe à amorçage manuel. Pour une pompe à aspiration, il est préférable que la pompe et la station de pompage se trouvent le plus près possible de la source d’eau.

Figure 2. Pompes à aspiration

Pompe à jet

Une pompe à jet, utilisée entre autres pour les puits de surface, peut être utilisée pour une source d’eau qui se trouve jusqu’à 27 mètres (90 pieds) de profondeur. Lorsque le système de jet est installé au fond du puits, si le jet est installé à même la pompe, la hauteur d’aspiration maximum est de 8 mètres (25 pieds) tout comme une pompe à aspiration. Pour connaître le mode de fonctionnement d'une pompe à jet, voir la vidéo 1 (en anglais).

Vidéo 1. Notions de base sur les pompes à jet

Pompe submersible

Contrairement aux autres types de pompes, la pompe submersible (Figure 3) se trouve à l’intérieur du liquide à déplacer. Elle n’a donc pas à aspirer l’eau, mais seulement à la pousser vers sa destination. Cela lui confère plusieurs avantages : elle est auto-amorçante et maintient son amorçage; elle est peu sujette à la cavitation (formation de bulles); elle est plus efficiente que les autres types de pompe. Par contre, elle est moins facilement accessible pour la maintenance préventive et plus sujette à la corrosion.

Figure 3. Pompes submersibles

Dispositifs de démarrage et d'arrêt

Le démarrage et l’arrêt d’une pompe peuvent se faire de façon automatique ou manuelle, mais la façon diffère selon qu’il s’agisse d’une pompe électrique ou à essence (tableau 2).

Tableau 2. Équipement requis pour le démarrage et l’arrêt d’une pompe

	Pompe à essence	Pompe électrique
Démarrage et arrêt manuel	Démarreur électrique avec interrupteur Démarrage manuel et bouton d'arrêt	Interrupteur
Démarrage manuel, arrêt automatique	Interrupteur à minuterie normalement fermé Calibrer la quantité d'essence en fonction de la durée désirée	Minuteur
Démarrage et arrêt manuel à distance	Démarreur électrique avec module de démarrage et arrêt de communication	Interrupteur internet (domotique)
Irrigation automatique	Contrôleur d'irrigation et module de démarrage et arrêt	Contrôleur d'irrigation qui démarre la pompe via un relais Pompage sur demande, toujours sous pression avec pressostat

Filtres

Pour éviter d’endommager ou d’user de façon prématurée les différentes composantes du système d’irrigation, il est important que l’eau qui y circule soit exempte de particules. Il existe plusieurs stratégies de filtration, incluant les bassins de sédimentations, les séparateurs à sable vortex, les filtres au sable, les filtres à tamis et les filtres à disque. On choisit la ou les stratégies à utiliser, seules ou en combinaison (Figure 4), selon la taille et la nature des particules à filtrer.

Figure 4. Combinaison de composantes pour la filtration d'un système d'irrigation par goutte-à-goutte

Le numéro de maille (mesh number) est une norme américaine pour la taille des ouvertures d’un filtre et fait référence au nombre de trous sur un pouce linéaire : plus le numéro de maille est grand, plus les trous sont petits et plus le filtre pourra retenir des particules fines. À titre d’exemple, on considère que les tuyaux goutte-à-goutte requièrent une filtration à 150 mesh (des trous d’un diamètre d’environ 90 microns, ou 0,09 mm). Le tableau 3 présente les numéros de maille en fonction de la taille des particules.

Tableau 3. Maille de filtre nécessaire selon la grosseur des particules à filtrer

Classification du sol	Dimension des particules			Numéro de maille (mesh)
Classification du sol	mm	microns	po	Numéro de maille (mesh)
Sable très grossier	1,00-2,00	1000-2000	0,0393-0,0786	18-10
Sable grossier	0,50-1,00	500-1000	0,0197-0,0393	35-18
Sable moyen	0,25-0,50	250-500	0,0098-0,0197	60-35
Sable fin	0,10-0,25	100-250	0,0039-0,0098	160-60
Sable très fin	0,05-0,10	50-100	0,0020-0,0039	270-160
Limon	0,002-0,05	2-50	0,00008-0,0020	400-270^a
Argile	< 0,002	< 2	< 0,00008	-

^a 400 mesh est la plus petite ouverture, i.e. environ 0,03 mm
Source : GAE-3002 Irrigation, Université Laval

Typiquement, la filtration commence avec une crépine au bout du tuyau de succion et se complète avec un filtre à tamis. Il est parfois nécessaire d’ajouter un filtre à tamis secondaire pour l’irrigation au goutte-à-goutte, sans quoi les goutteurs risquent de se colmater.

La dimension du filtre à tamis principal dépend de la qualité de l’eau, du débit de l’eau (Tableau 4) et de l’intervalle de nettoyage souhaité.

Tableau 4. Dimension de filtre à tamis nécessaire selon le débit d’eau prévu

Capacité selon le fabricant¹	Capacité réelle²	Dimension du filtre
30 GPM	19 GPM	1"
60 GPM	39 GPM	1,5"
110 GPM	71 GPM	2"
180 GPM	117 GPM	3"

¹ Selon Amiad
² Selon Dubois Agrinovation

Régulateur de pression

Le régulateur de pression (Figure 5) sert à réduire et maintenir la pression désirée dans le système. Un régulateur de pression nécessite au moins 5 psi de pression supplémentaire que la pression qu'il régule. Une pression connue et constante permet de contrôler la quantité d’eau appliquée aux cultures.

Le choix d’un régulateur de pression se fait selon la pression et le débit requis. À noter que les régulateurs doivent être installés dans le bon sens - la flèche doit être dans le même sens que la circulation de l’eau - sans quoi tout s’arrête.

Un tableau qui résume les intervalles d’opération pour différents régulateurs de pression (débit min/max, pression d’opération, pression maximum et calibre des tuyaux d’arrivée et de sortie) est disponible ici.

Figure 5. Régulateur de pression. La pression d’eau à l’arrivée d’un régulateur de pression de 15 psi tel qu’illustré doit être d’au moins 20 psi.

Manomètre

Un manomètre est un instrument sous forme de cadran servant à mesurer la pression. Ils sont généralement peu coûteux. Les manomètres sont utilisés entre autres pour vérifier rapidement le niveau d’obstruction d’un filtre, détecter des fuites, ou autres défaillances du système d’irrigation. D'ailleurs, on installe des manomètres avant et après les filtres (Figure 6), ainsi qu’à tous les endroits dans le système où l'on désire faire le suivi de la pression. Par exemple, si la pression à la sortie d’un régulateur et d’un filtre est inférieure à la pression du régulateur, c’est signe qu’il est temps de nettoyer ce filtre.

Figure 6. Manomètres installés avant et après le filtre principal du système d'irrigation.

Réservoir à pression

Un réservoir de pression (Figure 7) est un réservoir étanche d’eau qui contient également de l’air sous pression. Cet équipement est souvent utilisé pour l’irrigation en serre, mais aussi en champ dans un contexte où on utilise une irrigation automatisée avec de nombreux cycles d’arrosage. On utilise un réservoir en combinaison avec un pressostat qui sert à diminuer le nombre de départs/arrêts de la pompe. Sans celui-ci, la pompe ferait des cycles de départ et d’arrêt plusieurs fois par seconde lorsque la demande en eau est faible. Sa durée de vie également en serait grandement diminuée. Le principe est simple : la pompe s’active seulement lorsque la pression dans le réservoir tombe en dessous d’une certaine valeur, puis s’arrête quand la pression atteint une certaine valeur. Cette variation de pression en fonction du volume d’eau est rendue possible grâce à une propriété bien simple de l’air, soit qu’elle est compressible, contrairement à l’eau.

a) Réservoir à pression couplé à un système d'irrigation avec pompe submersible

b) Réservoir à pression couplé à une pompe à aspiration

Figure 7. Réservoirs à pression (en bleu)

Acheminement

À la sortie de la pompe, l’eau d’irrigation doit être acheminée vers les parcelles en culture, comme le montre la figure 8.

Figure 8. Schéma de l'acheminement de l'eau du bassin d'irrigation vers les parcelles à irriguer

Conduits en surface ou souterrain

Lors de la planification du système d’irrigation, il faut d’abord décider si les conduits seront souterrains (Figure 9) ou en surface, en fonction des paramètres suivants :

La distance entre la source d’eau et les champs à irriguer;
La nécessité ou non de déplacer les conduits;
La fréquence de circulation à l'emplacement des conduits;
La stratégie pour la gestion des conduits lors des travaux de sol;
La résistance au gel et l’exposition au soleil;
Les besoins d'expansion;
Les coûts d'installation, d'entretien et d'opération.

Le tableau 5 résume les avantages et les inconvénients de chaque stratégie.

Tableau 5. Avantages et désavantages de l’enfouissement ou non des conduits d’eau

Conduits en surface	Conduits souterrains
Avantages
Abordable Déplaçable et modifiable	Facilité des travaux de sol Résistance au gel (selon la profondeur) L'eau demeure froide, ce qui limite le développement d'algues
Inconvénients
Doit être déplacé pour les travaux de sol Pas d'irrigation possible par temps froid Irrigation à l'eau chaude par temps chaud et ensoleillé	Coût plus élevé Emplacement permanent
Considérations
Choix de boyaux flexible ou rigide selon les besoins	Pente pour vider le système  Choix de boyau suffisamment rigide pour résister au poids du sol Importance d'évaluer les besoins futurs
Applications
Modèle de production en évolution Irrigation et travaux de sol modérément à peu fréquents	Parcelle de production intensive avec irrigation et travaux de sol fréquents Parcelle aménagée à long terme pour le maraîchage

Figure 9. Mise en place d'un système d'irrigation souterrain à doubles lignes : aspersion et goutte-à-goutte (INAB, printemps 2018)

Types de conduits

Le transport de l’eau peut se faire dans des tuyaux flexibles ou rigides. Voici les caractéristiques, les avantages, les inconvénients et les applications communes pour les types de conduits les plus utilisés en maraîchage diversifié.

Boyau plat flexible

Le boyau plat, nommé layflat hose en anglais, est constitué de vinyle. On choisit la qualité du boyau selon la pression d’eau qu’il devra supporter. Le boyau bleu est utilisé jusqu’à 75 psi, le vert jusqu’à 90 psi et le rouge jusqu’à 120 psi (Figure 10).

Ce type de boyau flexible est utilisé pour transporter de l’eau sur de longues distances. On peut rouler dessus et on peut le déplacer relativement facilement. Il est par contre peu résistant et on doit faire attention pour ne pas le percer avec la machinerie ou les outils.

Figure 10. Boyaux plats de différentes couleurs

Tuyau en polyéthylène flexible

Les tuyau en polyéthylène flexible, généralement appelé "carlon" (une marque de commerce), possède une coupe ovale ou ronde. On choisit la qualité du tuyau selon la pression d’eau qui sera utilisée. Un code commun chez plusieurs fournisseurs permet de connaître la pression maximale que peut supporter le tuyau selon la couleur de la ligne qui le traverse :

blanche : 75 psi
bleue : 100 psi

Ces tuyaux sont facilement déplaçables mais ne résistent pas à la circulation. On les utilise entre autres comme conduite secondaire et comme conduite latérale pour un réseau d'asperseurs. Ils sont aussi assez communs pour des conduites d’irrigation souterraine de petites tailles.

Lors du perçage de tuyaux en polyéthylène pour l’installation de valves de goutte-à-goutte ou de gicleurs, il faut s’assurer de percer sur la ligne afin que les trous soient orientés les uns avec les autres (Figure 11). Pour ce type d'installation, on utilise les boyaux de coupe ovale qui sont plus minces et plus flexibles (Figure 11d). Ils sont toutefois moins résistants à la pression.

a)

b)

c)

d)

Figure 11. Ligne latérale d'asperseurs connectés sur un tuyau en polyéthylène. Tous les asperseurs sont alignés sur la ligne blanche ou bleue qui traverse en longueur le tuyau.

Ces tuyaux se connectent entre eux avec des adaptateurs à insertions et des collets. Pour faciliter l'insertion des adaptateurs dans les tuyaux, on peut chauffer leur bout avec une torche ou un pistolet à chauffer, ce qui leur permet de prendre de l'expansion. Resserrer le collet juste après avoir chauffé le plastique rend l’installation plus solide que si l'on attend que la plastique refroidisse.

Boyau en caoutchouc

Les boyau en caoutchouc flexibles (Figure 12), plus dispendieux, sont typiquement utilisés pour transporter l’eau sur de courtes distances, comme entre le conduit principal et le conduit secondaire ou entre le conduit secondaire et le conduit latéral. Cela permet de laisser le conduit latéral en place et d’alimenter en alternance chacune des lignes avec le boyau flexible en fonction des besoins.

Ces boyaux se connectent entre eux avec des raccords à cames.

Figure 12. Boyau en caoutchouc flexible

On retrouve aussi dans cette catégorie la version haut de gamme du boyau d’arrosage à jardin (Figure 13).

Figure 13. Boyau d’arrosage à jardin haut de gamme

Conduit d’aluminium

Les conduits d'aluminium rigides (Figure 13) viennent en différentes sections. On connecte les sections les unes aux autres pour atteindre l’endroit à irriguer. Les sections peuvent être équipées ou non de gicleurs. Ces tuyaux sont très durables, résistants, et relativement facile à déplacer moyennant une stratégie de transport. On ne peut pas rouler dessus. Il existe différents diamètres de conduits en aluminium.

Figure 13. Système d'irrigation par aspersion avec tuyaux d'aluminium

Tuyau HDPE

Les tuyaux HDPE (pour "high density polyethylene") rigides ne sont pas déplaçables et sont principalement utilisés pour les conduits souterrains (Figure 14). Les connexions entre les sections sont permanentes et doivent être faites avec une machine spécialisée qui fusionne le plastique. Les sorties d’eau sont prévues à des endroits spécifiques.

Figure 14. Tuyaux HPDE

Quincaillerie de connexion et de régulation

Pour connecter toutes les parties du système d’irrigation, une quincaillerie adaptée est nécessaire. La quincaillerie nécessaire dépend de la grosseur et du type de tuyaux utilisés, ainsi que du design du système et des chemins à parcourir. Les équipements exclusifs aux systèmes par goutte-à-goutte et par aspersion sont présentés dans leurs sections respectives (voir plus bas).

Raccords

Pour les raccords ou connecteurs, on distingue les connexions de type "vissé" et les connexions de type "insertion". Les connections de type vissé comportent un embout "mâle" qui se visse dans un embout "femelle". Les connections de type "insertion" comportent seulement un embout "mâle" qui s’insère dans un tuyau plus ou moins rigide faisant office d’embout "femelle" et qu’on sécurise avec un ou deux collets.

Raccord à filet standard SPT

Les connecteurs vissés SPT (pour "standard pipe thread") (Figure 15a) sont munis d’un joint d’étanchéité (côté femelle). Dans ce cas, il est inutile d’utiliser du ruban Téflon sur la partie mâle.

Raccord à filet conique NPT

Le système NPT (pour "national pipe thread") est une norme américaine pour les raccords hydrauliques. Il s’agit de filet conique où l’étanchéité se fait au niveau du filet (Figure 15b). Ce type de connexion vissée ne comporte donc pas de joint d’étanchéité. Il faut recouvrir les filets mâles de Téflon avant de les visser (Figure 15c). L’acronyme MPT signifie Male Pipe Thread (filet mâle) alors que FPT signifie Female Pipe Thread (filet femelle).

Raccord cannelé

Les connexions de type insertion (ou "hose barb" en anglais) (Figure 15d) sont disponibles en plusieurs tailles. On les utilise entre autres pour raccorder les tuyaux en polyéthylène (carlons) et les boyaux flexibles plats (layflat) entre eux. Ces connexions doivent être sécurisées avec des collets.

Figure 15. Raccords d'irrigation à filet et cannelés

Raccords divers

Les raccords à filets coniques et les connexions à insertion se combinent de plusieurs façons, ce qui donne une gamme de produits de quincaillerie permettant le montage d'une diversité de lignes et de systèmes d’irrigation.

Un mamelon (Figure 16a) est une connexion droite (de longueur variable) avec un filet mâle aux deux extrémités.

Un manchon (Figure 16b) est une connexion droite avec deux embouts femelles filetés.

Une union droite (Figure 16c) est une connexion droite avec un embout à insertion (mâle) de chaque côté. On pourrait l’utiliser pour réparer une fuite par exemple; on retire la section de tuyau abîmée puis on reconnecte un tuyau neuf à l'aide d'une union droite.

Un réducteur (Figure 16d) est une connexion qui permet de connecter deux tuyaux ou accessoires de diamètres différents. Les embouts peuvent être filetés ou insérés, ou les deux.

Un bouchon (Figure 16e) est utilisé à l'extrémité d'une ligne. Il existe des bouchons avec des embouts à insertion ainsi que des bouchons filetés (mâle ou femelle).

Un adaptateur (Figure 16f) est un embout dont un des côtés est une connexion à insertion et l’autre est fileté (mâle ou femelle). Les deux bouts peuvent être de la même taille ou de tailles différentes.

Selon le design du système, il est probable qu’il soit nécessaire d’utiliser d’autres connexions telles que des croix, des coudes et des T (Figure 16g-h-i) . Ces connexions sont disponibles avec des embouts à insertion ou vissées, avec les différentes sorties de la même taille ou de tailles différentes.

Figure 16. Raccords d'irrigation divers

Raccord à cames

Les raccords à cames (ou "camlock") sont utilisés pour les connexions qui doivent être souvent déconnectées et reconnectées. Grâce à ce système, on peut y arriver sans avoir recours à des outils, ce qui accélère les manipulations. Ces raccords sont disponibles en aluminium et en polypropylène et peuvent être connectés au reste du système avec un embout fileté (mâle ou femelle) ou inséré. Ils sont disponibles en différentes tailles.

Figure 17. Raccords à cames

Valves

Une valve régule la circulation d’eau. Les valves sont disposées dans le système de manière à pouvoir alimenter selon les besoins certaines parties du réseau sans avoir à tout démonter. Il existe plusieurs types de valves qui ont chacune leurs caractéristiques (Tableau X, Figures x et y).

Tableau 6. Caractéristiques des différentes valves utilisées en irrigation

Nom français	Nom anglais	Ouverture / fermeture	Contrôle du débit en ouverture partielle	Perte de charge à l’ouverture complète
Valve à guillotine	Gate valve	Lente : On doit faire plusieurs tours pour y arriver.	Possible, mais mal adapté	Faible
Valve à soupape	Globe valve	Lente	Précis et bien adapté	Importante
Valve vis-pointeau	Needle valve	Lente	Précis et bien adapté	Importante
Valve à boisseau	Plug valve	Rapide : Il y a seulement un quart de tour entre l’ouverture et la fermeture complète.	Possible, mais mal adapté	Faible
Valve papillon/ Valve à tournant sphérique ou à boisseau sphérique	Butterfly valve	Rapide : Il y a seulement un quart de tour entre l’ouverture et la fermeture complète.	Pas précis, mais bien adapté	Faible
Valve à bille	Ball valve	Rapide	Pas précis mais bien adapté	Faible
Valve électrique/ Électrovanne Note : Requiert une pression d’eau pour fonctionner.	Electric valve	Rapide Se fait avec une commande électrique à faible voltage (6 à 24 volts)	Non, car elle dispose de deux positions fixes (ouvert ou fermé).	Importante

Figure x. Valves manuelles

Figure x. Valves électriques

Système hors gel

Le gel est un facteur à considérer lors de la planification des stratégies d’irrigation. En effet, le gel peut endommager les composantes du système d’irrigation si elles ne sont pas adaptées au froid, correctement entretenues, vidangées ou entreposées. Comme l’eau prend de l'expansion lorsqu’elle gèle, tous les équipements (pompes, filtres, tuyaux, etc.) qui en contiennent et qui ne sont pas à l’abri du gel sont susceptibles aux bris. Si l’eau est nécessaire lors des périodes de gel, il est important de choisir une stratégie adaptée, en optant pour un système souterrain par exemple. Il est alors possible d’utiliser des sorties d’eau hors gel ainsi que des valves hors gel ("yard hydrant" en anglais) pour l’utilisation du système (Figure x). Ces équipements accessibles de l’extérieur se connectent aux conduits d'eau qui se trouvent sous la ligne de gel. Lors de la fermeture du robinet, l’eau présente dans le tuyau se draine de façon à protéger l’équipement.

Figure x. Valve hors gel et son dispositif de drainage interne

Automatisation

La gestion de l’irrigation est une activité qui peut prendre beaucoup d’heures dans une semaine de travail. Il est possible d’automatiser certaines opérations pour sauver du temps et limiter les oublis. Selon l'ampleur de la tâche, il existe différentes stratégies. Pour les valves électriques, un réseau de fils est nécessaire. Il existe aussi des minuteurs alimentés par des batteries. Certains contrôleurs offrent une interface mobile (wifi, bluetooth) pour le contrôle à distance. Certains minuteurs de base ne gère qu’une station (un programme) alors qu’on peut aller jusqu’à 72 zones (72 programmes d’irrigation différents) avec des contrôleurs plus complets. La complexité des régies d’irrigation possibles dépend aussi des contrôleurs. Certains programmes de gestion du climat en serre peuvent également gérer l’irrigation.

Figure x. Contrôleur d'irrigation mobile et robuste pour une station (Ferme coopérative Tourne-Sol)

Fertigation

Il est possible d’utiliser le système d’irrigation pour fertiliser les plantes, surtout dans les systèmes en serre. Cette pratique est largement utilisée avec les engrais conventionnels solubles et il est possible de l’utiliser aussi en agriculture biologique avec des intrants autorisés. Le principe est d’injecter une solution nutritive dans le système d’irrigation afin de fertiliser les plantes lors de l’irrigation. On peut utiliser une pompe doseuse ou un système d’injecteurs.

Figure x. Système de dosage pour fertigation

Sommaire du guide

Module 1. Planification des cultures

Chapitre 1. Choix des espèces, des variétés et des semences