Characterization of Soil Hydraulic Properties under Drip Irrigation. Assessment of their Spatio-Temporal Variability:A Modelling Application | Caractérisation des paramètres hydrodynamiques du sol sous irrigation localisée

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]GEUSI [Encadrant_IRSTEA]Mailhol, J.C.

إنجليزي. Soil water flows under drip irrigation are heavily reliant on soil hydraulic properties. The main objectives of this thesis are: to assess the spatio-temporal change in soil hydraulic properties on drip-irrigated fields, and to analyze their impacts on the water flow through modelling. The second objective aims primarily to evaluate the role and utility of this variability for irrigation design and schedule purposes. Series of 3D infiltration tests using the Beerkan method were carried out on two drip-irrigated fields: one with tomato on a clay loam soil (near Tarascon, 13), and the second with maize on a loamy soil based on two different irrigation schedulings (Lavalette site in Montpellier, 34). On the first field, a critical analysis on how the Beerkan method compared with the Shrinkage Analysis, ShC, gave us insights on changes over time in soil hydraulic properties, by making a distinction between structural and textural soil porosity functionalities. The Beerkan method would appear to be a promising, easy-to-use, robust, and inexpensive way to characterize the soil hydraulic behaviour. Soil hydraulic properties of the second field underwent changes during the drip-irrigated cropping cycle. These changes were defined as irrigation effects (soil restructuring after the 1st irrigation, alternated daily effects of wetting and drying cycles of the soil) and root growth. A geostatistical analysis was used to examine the stability of the spatial structure of soil hydraulic properties after a 17-year period of repeated conventional agronomic practices, independent of the infiltration method but dependent on the method of soil hydraulic parameterization. The analytical and numerical (Hydrus2D) models are implemented to check whether the spatio-temporal variability has an impact on wetting bulb dimensions and the differences between simulated and measured volumetric water contents. The simulations show that, despite different irrigation schedulings, spatio-temporal changes in topsoil hydraulic properties has no significant effect on soil moisture distribution under our agro-pedo-climatic conditions. Daily water application was conducted during periods of maximal root water uptake. This meant the soil does not need to store the total daily crop water requirement. The role of soil seems limited to that of a simple exchange factor between source (the emitters) and sink (roots). The matching of water application to daily crop water requirement would thus attenuate the spatio-temporal variability influences of soil hydraulic properties.

فرنسي. Les propriétés hydrodynamiques du sol jouent un rôle essentiel dans le transfert d'eau en micro-irrigation. Les objectifs de cette thèse sont d'évaluer l'évolution spatio-temporelle des paramètres hydrodynamiques de parcelles irriguées en goutte-à-goutte, GàG, et d'analyser leurs impacts sur le transfert d'eau au moyen de la modélisation. Ce deuxième objectif se propose de répondre à la question : est-il oui ou non opportun de tenir compte de ces variabilités dans le but de bien dimensionner le système GàG et d'améliorer son pilotage ? La méthode de caractérisation hydrodynamique Beerkan a été appliquée sur deux parcelles irriguées en GàG : une parcelle de tomate, au sol argilo-limoneux (près de Tarascon, 13), et une parcelle en maïs, au sol limoneux, avec deux conduites d'irrigation différentes (site de Lavalette à Montpellier, 34). Une analyse critique de la méthode Beerkan par comparaison avec la méthode d'analyse de retrait, ShC, conduite sur la 1ère parcelle, permet de mieux comprendre les différences entre les résultats de la méthode Beerkan grâce à une distinction du fonctionnement des porosités du sol. Beerkan demeure une méthode robuste et précise pour déterminer les paramètres hydrodynamiques du sol. Les paramètres hydrodynamiques de la 2ème parcelle évoluent tout au long du cycle cultural sous l'effet de l'irrigation (restructuration du sol après travaux, génération de microfissurations par les cycles humidification-dessèchement) et de la croissance racinaire. L'analyse géostatistique a permis de vérifier la stabilité de la structure spatiale des paramètres hydrodynamiques du sol sur une période de 17 ans indépendante de la méthode d'infiltration mais dépendante de la méthode de paramétrisation hydrodynamique du sol. La modélisation analytique et numérique (Hydrus2D) sont mises en ½uvre afin de vérifier si les variabilités spatiale et temporelle ont un impact notoire sur les dimensions du bulbe humide et sur les écarts entre teneurs volumiques en eau simulées et mesurées. Les simulations font apparaître qu'en dépit de régimes d'apports d'eau contrastés, l'impact des variabilités spatiale et temporelle des paramètres du sol sur l'évolution des profils d'humidité est négligeable dans le contexte agro-pédoclimatique de Lavalette. Le rôle hydrodynamique du sol semble ainsi limité à un simple facteur d'échange entre la source (le goutteur) et le puits (les racines). L adéquation entre l'apport d'eau et le besoin journalier de la plante permettrait alors d'atténuer l'influence de la variabilité spatio-temporelle des propriétés du sol.