1ere Année Master

3eme Année Licence

Ce polycopié de cours, intitulé Hydraulique générale, est conçu pour les étudiants de 3ème année SOL ET EAU du domaine des sciences de la nature et de la vie, filière des sciences agronomiques de l’université du 20 Août 1955 SKIKDA. Il répond au programme officiel du ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique. Ce support pédagogique permet d’introduire l’étudiant dans le domaine de la mécanique des fluides qui est l'un des fondements les plus importants dans la formation en hydraulique. L'application des principes de la mécanique des fluides sont nombreuses dans la conception des ouvrages hydrauliques , les réseaux hydrauliques et le traitement des eaux. Ce support pédagogique est constitué de quatre chapitres qui s’enchainent comme suit : Le chapitre I traite les propriétés des fluides à savoir la masse volumique, le poids volumique et la viscosité…etc. Elles sont utilisées ultérieurement. Le chapitre II est consacré à l’étude hydrostatique ( fluides en équilibre ou au repos) à savoir la loi fondamentale d’hydrostatique et les forces exercées par les fluides sur des objets solides. Cette partie donne les fondements nécessaires à l'étude des barrages. Le chapitre III traite l’hydrodynamique (fluide en mouvements) à savoir l’équation fondamentale de l’écoulement pour les fluides parfaits et réels incompressibles ainsi que les équations qui régissent ce type d’écoulement comme l’équation de continuité, l’équation de Bernoulli , la notion du régime d’écoulement et les calculs des pertes de charges. Elles sont la base de plusieurs applications en hydraulique en particulier dans le dimensionnement des réseaux d’alimentation en eau potable et l’évacuation des eaux usées, ainsi dans la plupart des instruments de mesures de pressions et de débits. Enfin le chapitre IV est consacré à l’étude des écoulements dans les canaux à surface libre.

MATIÈRE : BIOCLIMATOLOGIE.

INTRODUCTION.

L’atmosphère, siège du climat terrestre, se caractérise par la variabilité spatio temporelle de ses facteurs et paramètres physiques et climatiques (composition, latitude, altitude, couverture végétale, relief, exposition, rayonnements, température, pression de l’air, pluie, humidité de l’air, vent, évaporation, etc.).

Dans beaucoup de domaines et l’activité agricole, particulier, il représente un ensemble utile à la croissance et au développement des cultures. Toutefois, il peut entraîner des contraintes physiques et biologiques souvent préjudiciables à la production, à court, moyen et/ou à long terme dans ses manifestations extrêmes. Aussi, sa connaissance devient un outil précieux pour l’organisation des interventions techniques liée à la gestion d’un espace agricole de manière optimale.

La perspective d’une agriculture productive rentable s’appuie sur une bonne connaissance du climat réel au niveau de la parcelle, de l’exploitation et de tout espace agricole. Cette connaissance permet de définir différents états du milieu dans l’optique de situer les potentialités de production de ces espaces.

Ensuite, la prévision météorologique est un moyen supplémentaire de décider, après mesure et analyse des données agrométéorologiques, des interventions nécessaires lorsque les valeurs climatiques à court et moyen terme ne coïncident pas aux conditions optimum de croissance et développement des cultures.

Dans ce sens, les investigations à entreprendre se décomposent en deux domaines complémentaires :

  • En premier, une agrométéorologie où l’exploitation des données en temps réel en permet d’aboutir, à travers des analyses plus ou moins complexes, à des informations directes sur les états du milieu (atmosphère et sol) et de la végétation en vue d’optimiser les décisions. Dans ce domaine, l’agrométéorologie est source d’informations variées, valables à court terme et utiles aux activités de conduite d’une exploitation.
  • En second, une agro climatologie qui se fonde sur une analyse des fichiers de la banque de données climatiques enregistrées sur une longue période. Son étude s’appuie sur leur analyse probabiliste et permet de mieux apprécier les potentialités de production d’un milieu face à une culture ou à un système de culture donnés et l’évolution des conditions qui risquent d’intervenir sur cette production jusqu’à la récolte.

Ces deux aspects de la météorologie agricole offrent la perspective d’une meilleure gestion des interventions agricoles et un moyen d’optimalisation de la production par :

  • L’OBSERVATION de l'atmosphère grâce à un réseau de stations de mesures en surface des différents paramètres climatiques utiles pour l’activité agricole.
  • La COMPRÉHENSION de la dynamique globale, les perturbations, les phénomènes météorologiques et la prévision des différentes caractéristiques
  • Le RAISONNEMENT des paramètres agrométéorologiques, de la stratégie à court, moyen et long terme, d’éluder les risques climatiques agricoles, de prévenir les risques phytosanitaires, de planifier le suivi des cultures et d’assurer l'accès à l'information agrométéorologiques.

L’objectif étant  la mise en place d’un nombre appropriés de stations agrométéorologiques dotées des outils nécessaires à une gestion des données et des informations climatiques, d’en prévoir les conséquences, de maîtriser les interventions agricoles lorsque les conditions climatiques les imposent.

Les principes fondamentaux de la bioclimatologie sont liés à  « l’ensemble des facteurs et des paramètres climatiques conditionnant les organismes vivants (faune et flore) et/ou leurs communautés ». Elle s’intéresse aux effets ou impacts (+ ou -) du climat sur leur croissance, leur développement et leur répartition.

Son champ d’étude  comporte de nombreuses disciplines scientifiques, en particulier, la bioclimatologie végétale (agricole et sylvicole) et/ou animale et humaine.

Le climat agit, par son action, sur les organismes vivants, leur environnement et leurs activités et détermine leurs productions/rendements (quantité et qualité).

L'action combinée des paramètres climatiques (facteurs thermiques et hydrométriques surtout), règle les conditions d'existence des végétaux et détermine leur distribution géographique par essences et par types de tapis végétaux.

Par extension, l’activité agricole apparaît comme la plus exposée aux aléas du climat. Aussi, sa problématique demande la mise en évidence des rapports du climat avec cette activité par l’utilisation de l’agrométéorologie dont les objectifs sont de :

  • Comprendre les mécanismes régissant les interactions plante-climat.
  • Déterminer les facteurs du milieu à prendre en compte aboutissant à des décisions à caractères opérationnels dont l’objectif essentiel est une production en quantité et en qualité et sa protection.

La compréhension de ces phénomènes passe par deux types de travaux à mener simultanément :

  •  L'analyse des influences de la structure des couverts végétaux sur les facteurs du microclimat et du topoclimat.
  • L'étude de leur réponse, à apprécier par la croissance et la production (photosynthèse en particulier).

 I. CHAMP de la BIOCLIMATOLOGIE.

Elle comporte deux disciplines interdépendantes :

  • La climatologie : science ou étude du climat conçu comme l’ensemble des états de l’atmosphère en un lieu donné sur une période assez longue (30 ans minimum)
  • La biogéographie : étude de la répartition des êtres vivants (animaux et végétation) et de leurs communautés à la surface du globe.

Le moteur du climat de la Terre est le rayonnement solaire qui se caractérise par la variabilité de son intensité et de sa durée pendant la journée (lever-zénith-coucher) et tout au long de l’année  par l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre et sa rotation autour du soleil (saisons).

D’autres éléments influent sur la variabilité du climat sur le globe terrestre : la latitude, l’altitude, la couverture végétale, les étendues d’eau (océans, mers), la continentalité ou la proximité des étendues d’eau (lacs, barrages, etc.), les courants marins chauds et froids et l’exposition au rayonnement solaire.

La combinaison de ces influences détermine des tendances climatiques au niveau terrestre  allant de l’échelle planétaire (la circulation générale atmosphérique) à la région (macro climat), à la station topographique (topo climat), à la parcelle, le couvert végétal, la plante ou la feuille (micro climat).

 II. L’ATMOSPHÈRE TERRESTRE : SIÈGE DU CLIMAT.

L’atmosphère se subdivise en quatre couches ou strate : la troposphère, la stratosphère, la thermosphère et l’exosphère.

La troposphère est la couche de l'atmosphère terrestre située jusqu'à une altitude d'environ10 km de la surface du globe. Elle représente environ 80 % de la masse totale de l'atmosphère. La plupart des phénomènes météorologiques s’y trouvent.

C'est dans cette couche que le cycle de l'eau peut se développer, on y trouve une masse importante de vapeur d'eau (H2O).

Elle se caractérise par une décroissance de la température avec l’altitude ou gradient thermique vertical. Cette décroissance résulte d’une croissance adiabatique de la pression.

Il est à rappeler que :

  • Le gradient adiabatique de l’air sec est de l’ordre de 1° C par 100 m d’altitude,
  • Le gradient adiabatique de l’air humide est de l’ordre de 0,5°C par 100 m d’altitude.
  • L’isotherme 0 °C moyen se situe à 2000 m d’altitude.

Adiabatique : sans échange de chaleur avec l’extérieur.

Dans la troposphère, la composition de l’air est la suivante :

  • Azote (N2) 78% ;
  • Oxygène (O2) 21% ;
  • Argon (Ar) 0,9% ;
  • Gaz carbonique (CO2) 0,04 % ;
  • Gaz rares 0,07%.

Au fur et à mesure que l’altitude augmente, ces masses  gazeuses diminuent. Ainsi la quantité d’oxygène en altitude se raréfie. A 20-30 km se trouve la couche d’ozone qui empêche les rayonnements UV d’atteindre la surface terrestre. La thermosphère renferme l’ionosphère où les particules chimiques sont chargées. Enfin l’exosphère est considérée comme la conche transitoire au vide sidéral.

III. LE RAYONNEMENT SOLAIRE ET LE SYSTÈME « ATMOSPHÈRE-TERRE ».

La caractéristique principale du climat est sa variabilité dans le temps et l’espace. Elle est due à la rotation de la Terre autour du soleil et autour d’elle-même et en raison de l’inclinaison de son axe de rotation qui déterminent des saisons. En fonction de sa position ces saisons sont inversées dans chaque hémisphère (Nord, Sud).

Le soleil est le moteur énergétique du système formé par l’atmosphère et la surface terrestre. Ce système est ouvert sur le plan du rayonnement solaire dans la mesure des échanges d’énergie sont continus.

Globalement, la Terre reçoit des rayonnements solaires sous forme d’ondes électromagnétiques de courtes longueurs d’onde (CO) et émet des rayonnements de longues longueurs (GO). L’atmosphère par sa composition joue un rôle important car elle détermine les conditions de vie sur Terre par :

  • L’absorption des UV néfastes.
  • L’absorption des rayonnements GO responsables de l’effet de serre atmosphérique favorable à la vie sur Terre.

Le bilan radiatif permet de donner le rayonnement net ou l’énergie disponible sur Terre qui peut être transformée sous forme :

  • Chimique : photosynthèse.
  • Chaleur sensible fournie par la surface terrestre (océans, mers, continents) et l’air.
  • Chaleur latente sous forme d’évaporation d’eau disponible.

 VI. CLIMATS ET PRINCIPAUX BIOMES du MONDE.

Sur la base de la répartition des terres, des océans et des mers, de la circulation générale atmosphérique, de la latitude,  de l’altitude, de la disposition des reliefs terrestre et de leurs orientations, des caractéristiques des surfaces terrestres (présence ou absence de couvertures végétales en particulier), la planète comporte, à grandes échelles, les climats suivants :

Équatorial - Tropical – Mousson – Méditerranéen – Océanique – Chinois - Aride- Continental – Montagnard - Polaire.

Chacun de ces climats a permis le développement de différents biomes comme :

  • Inlandsis (vaste glacier des hautes latitudes, Antarctique et Groenland, masquant le relief sous-jacent) et
  • Déserts polaires (Nord Canada et Sibérie).
  • Toundra (formations végétales discontinues dans les régions de climat froid, formées de peu de graminées, de mousses, de lichens et quelques arbres naine comme les bouleaux).
  • Taïga  (forêts de conifères qui longe le nord de l’Eurasie, au sud de la toundra, et Amérique du nord, USA et Canada).
  • Forêts de feuillus à feuilles caduques tempérées.
  • Prairies  (Usa, Canada, Pampa en Argentine.
  • Forêts subtropicales à feuilles persistantes.
  • Forêts méditerranéennes à feuilles persistantes.
  • Forêts des moussons  (Pakistan, Inde, Bengladesh ou péninsule indo chinoise).
  • Déserts et broussailles xérophytes (Nord Sahara, désert de Gobi, Mongolie).
  • Steppe aride (Afghanistan, Pakistan)
  • Steppe semi aride (steppe alfatière du sud algérien).
  • Déserts arides (Sahara. Ténéré, Namibie, désert d’Australie)
  • Savanes et forêts claires (Afrique tropicale).
  • Forêts tropicales à feuilles caduques.
  • Forêts à feuilles persistantes tropicales (Amazonie).
  • Toundra alpine (Cordillère des Andes, désert de Gobi).
  • Forêts de montagnes (Appalaches, Himalaya, Alpes).

 V. OBSERVATIONS AGROMÉTÉOROLOGIQUES.

5.1.Définitions.

La météorologie, en tant que science de l'atmosphère, comprend l'étude du temps et du climat sous forme de combinaisons des facteurs et des paramètres climatiques (météores) réalisées dans l'atmosphère.

Le temps est l'ensemble des valeurs qui, à un moment donné et en un lieu déterminé, caractérisent l'état atmosphérique.

Quant au climat, c’est un ensemble constitué par la série des états de l'atmosphère au-dessus d'un lieu dans leur succession habituelle.

Mais, sur une longue période (30 années au moins, selon l’OMM), le climat représente l’ensemble des tendances stables résultant de conditions permanentes.

5.2.Histoire de la météorologie.

La météorologie est aussi ancienne que l'agriculture. L'homme observe le temps depuis qu’il a commencé à cultiver la terre. Cependant, la météorologie moderne actuelle a pris une autre dimension dans la mesure où elle permet d’observer, de mesurer, d’enregistrer, de transmettre, de traiter, d’exploiter et de prévoir le temps à tout moment et en tout lieu donné. Grâce, en particulier, à la numérisation des appareils de mesure et à l’internet.

Ainsi, elle permet d'appréhender de façon objective et réaliste l'impact des différents éléments du temps sur l'agriculture par la combinaison des observations météorologiques et agricoles par le biais de l'agrométéorologie.

Les observations agrométéorologiques sont de deux types, celles liées au milieu physique et celles de caractère biologique.

5.3. Observations physiques.

Les observations météorologiques portant sur les éléments physiques du temps comportent :

ü  La température de l'air.

ü  Les températures extrêmes (mini, maxi).

ü  La température du sol à des profondeurs de 5, 10, 20, 50 et 100 cm ainsi que d'autres profondeurs pour des observations faites à des fins spéciales ou dans une région forestière.

ü  Les précipitations (hauteur, volume, quantité, intensité et durée).

ü  L’évaporation par bac.

ü  L’insolation et le rayonnement solaire global.

ü  La direction et la vitesse du vent.

ü  L’humidité du sol (contenu en eau volumétrique) à différentes profondeurs.

ü  L’humidité relative de l'air.

ü  Les éléments du bilan hydrique: grêle, rosée, brouillard, évaporation sol nu, transpiration des plantes cultivées, interception des précipitations, ruissellement, drainage et niveau de la nappe phréatique.

Il y a lieu d’ajouter à ces éléments physiques, les conditions météorologiques pouvant porter préjudice aux cultures tels le gel, la gelée blanche, la grêle, la sécheresse, les inondations, les coups de vent et les vents extrêmement chauds et secs, les dégâts causés par les tempêtes de sable et de poussière ainsi que les incendies de forêt ou de maquis.

Ces observations des éléments physiques de l’atmosphère forment une banque de données utiles pour :

  • Evaluer les productions agricoles et sylvicoles de façon effective ou potentielle et d'estimer les dégâts causés ou favorisés par l'environnement aux produits agricoles
    • Etudier les différents aspects des climats locaux et régionaux et les causes de leurs changements intéressant l'agrométéorologie.
    • Concevoir des modifications du climat réalisables par une intervention humaine au niveau des opérations agricole et sylvicole (semis, récolte, plantation, coupe, emploi de biocides et herbicides, etc.) de l'élevage et des méthodes de conservation des produits.
    • Définir des paramètres agronomiques importants dans la planification des opérations agricoles (début et fin de saison, longueur de saison et séquence de périodes sèches).

5.4. Observations de caractères biologiques.

Dans l’ensemble, les observations à caractères biologiques sont liées à l'état des cultures et des plantes et sont relatives à :

      La phénologie: identification des différents stades phénologiques de la plante. Par exemple; levée, tallage, élongation des tiges, épiaison-floraison, maturité, pour une céréale par exemple ou pour toute espèce d’arbre fruitier.

      La croissance des plantes utile à l'établissement des relations bioclimatiques.

      Rendements qualitatif et quantitatif des plantes.

      L’état sanitaire des plantes : apparition des parasites et maladies et les dommages qu'ils causent.

      La densité des semis.

      Au suivi des caractéristiques propres à la plante: longueur et diamètre des tiges, épis, fibres, composition chimique de la récolte, etc.

      Aux dommages causés par les tempêtes de poussière et ou de sable sur les cultures et les incendies de forêts, de maquis, de garrigues ou couverts végétales naturels destinés aux pâturages.

De telles observations permettent une évaluation simultanée des effets enregistrés sur les cultures, vergers, serres agricoles ou tout équipement.

Néanmoins, pour l’obtention de résultats fiables, ces observations sont de nature phénologiques et photométriques (rayonnement solaire) ou les deux à la fois.

Ainsi, la phénologie ouvre la voie à l’évaluation des relations possibles entre le milieu physique et le développement des plantes et la photométrie sert à établir un rapport entre le milieu physique et les variations de la biomasse des plantes tout le long de leurs cycles végétatifs.

5.5. Observations agrométéorologiques liées à la gestion des sols.

Le sol est un réservoir pour l'eau pour les besoins des plantes (croissance et développement). Elle provient des précipitations dont le caractère aléatoire oblige à bien l’observer pour les quantifier dans l’optique d’une bonne gestion de l’eau agricole (irrigation) et de préservation  des sols agricoles (inondation, drainage, érosion).

La quantification des précipitations et la gestion de l’eau dépend de la pluviométrie, paramètre important dans la gestion et la conservation des sols car elle constitue souvent un facteur de dégradation de la structure du sol. Pour cela, l'étude de leurs caractéristiques est essentielle, notamment :

  • Leur hauteur est importante dans le cadre de la détermination du nombre de jours de travail dans la mesure où le sol ne peut être labouré de façon satisfaisante que quand il est humide et conditionne aussi les activités de labour et de semis.
    • Leur variabilité pour déterminer leur distribution et leur répartition spatio temporelle.
    • Leur intensité, leur durée et leur fréquence, en particulier les plus intenses (courtes et volumineuses) constituent le facteur de dégradation des sols le plus important par leur effet « splash » : arrachage des particules du sol et désagrégement par effet cinétique des gouttes de pluie. Avec comme conséquences le Les pluies intenses le phénomène de battance, la diminution  de l’infiltration, l’accroissement du ruissellement et l’accélération de l’érosion hydrique des sols.

5.6. L’action du vent.

Le vent est un important facteur de dégradation des sols. En particulier en zones aride et semi arides où l'absence quasi-totale d’un couvert végétal, la faiblesse des précipitations et la nature des particules du sol et les actions anthropique (surpâturage, mises en culture inadéquate, etc.), accélèrent le phénomène de désertification en rendant incultes de vastes surfaces de terre.

5.7. Les échelles d'observation.

Les stations météorologiques et agrométéorologiques d'observation sont des lieux où les éléments météorologiques sont mesurés (stations classiques) et/ou évalués (stations automatiques) les éléments météorologiques. Il est à signaler que les stations classiques sont de plus en plus abandonnées au profit des stations automatiques.

Les observations peuvent s'effectuer à différentes échelles selon les besoins et les objectifs visés par leur utilisation. Dans l’ensemble, trois échelles d’observation existent :

  • Echelle macro climatique : les observations à cette échelle sont menées sur l'ensemble d'une région. Elles nécessitent un réseau de stations d'observations fournissant des données régulières et permanentes (stations synoptiques) afin de caractériser le temps présent, étudier le temps passé et prévoir les scénarios futurs de son évolution.
    • Echelle topo climatique : elle concerne des zones moins vastes où les paramètres climatiques mesurés sont relativement homogènes en tout point (plaines, vallées, versant, sommet, terrasses, etc.). Cette échelle est favorable à la planification et au suivi des activités agricoles sur le plan de la production agricole.
    • Echelle micro climatique (parcelle agricole, végétal, organe végétal) : elle permet de mener  des études plus fines conduites à ces niveaux afin de mieux définir les relations et interactions entre les éléments physiques et biologiques d’un milieu.

VI.           CHOIX DU SITE ET EMPLACEMENT D'UNE STATION DE MESURE ET RESEAUX D'OBSERVATION.

6.1.Choix du site.

Un site doit être représentatif des conditions climatiques, édaphiques et culturales de la zone observée afin de permettre d’évaluer correctement l'influence des variables météorologiques sur cet environnement.

6.2.Emplacement de la station.

Il doit être assez plat, suffisamment dégagé pour permettre une libre circulation de l'air, éloigné des constructions et accessible aisément.

Comme déjà mentionné, une station agrométéorologique doit se trouver en un lieu assez représentatif des conditions agricoles et naturelles de la région à étudier. De préférence, elle est nécessaire au niveau de :

ü  Station expérimentale ou dans un institut de recherche.

ü  Un institut agronomique ou un établissement analogue.

ü  Un espace revêtant une importance pour l'agriculture effective ou potentielle.

ü  Un espace forestier.

ü  Un parc national ou site classé.

ü  Une structure administrative ou technique.

ü  Aéroport.

ü  Port.

La station doit normalement être gazonnée mais si les conditions climatiques et édaphiques ne le permettent pas, le sol doit rester, si possible, recouvert d’un tapis naturel commun à la région. Le couvert végétal doit rester court et indemne de mauvaises herbes.

Eviter, en particulier, de cimenter, asphalter ou empierrer le site.

Enfin, elle doit être placée à une distance au moins égale à 8 à 10 fois la hauteur des obstacles tels que les arbres, bâtiments, et buissons proches du site. Ces derniers ne doivent pas obstruer, ni créer de l'ombre durant la journée. Hormis, au moment du lever ou du coucher du soleil.

Pour son identification, chaque station doit comporter les renseignements suivants :

Nom :

Latitude :

Longitude :

Altitude :

Type de station: météorologique et/ou agrométéorologique

Date de création :

Nom de la structure dont dépend la station :

Nature du relief :

Caractéristiques des sols :  

Principales cultures :

6.3.Utilités d’un réseau de stations de mesures.

Les stations sont réparties à travers l’espace en un réseau selon les normes de densité d’exploitation (météorologie, agriculture, navigation aérienne ou maritime, etc.) de manière à être correctement représentatif.

Dans le domaine agricole, les objectifs visés par un réseau agrométéorologique de station de mesures sont définis selon quatre priorités :  

      Amélioration de la collecte et de l’utilisation des données (météorologiques, climatologiques, agro météorologique et celles sur les ravageurs et les maladies) qui demande :

  • Une mise en commun les données émanant du réseau.
  • Une modernisation des réseaux de surveillance et de collecte des données, l’archivage et la gestion systématiques des données.
  • Une utilisation des produits d’information modernes et une mise en œuvre des prévisions à l’échelon national. 
  • Une amélioration des rapports statistiques sur les rendements, la production et la répartition et sur d’autres types de données (notamment les ravageurs et les maladies).

La finalité étant de permettre l’augmentation des rendements et la réduction des risques liés au climat par des observations de qualité, une collecte et des échanges de données socioéconomiques afin de permettre de planifier les variations du climat, les phénomènes climatiques extrêmes et les changements climatiques, et de s'y adapter.

      Augmentation de la productivité à l’échelle de l’exploitation et réduction des risques.

      Renforcement des services climatologiques et agricoles par l’assurance, l’octroi des crédits, la surveillance des cultures et la prévision des performances. En les adaptant aux différents besoins : services météorologiques, hydrologiques, recherche et  vulgarisation en agronomie.

       Renforcement des capacités des agriculteurs et des institutions par une meilleure communication entre le secteur du climat et celui de l’agriculture afin de garantir la sécurité alimentaire.

VII. ÉTUDE ET REPRÉSENTATION DU CLIMAT.

La représentation du climat se base sur l’étude statistique de manière synthétique des variables météorologiques mesurées sur de longues périodes (30 ans minimum selon l’OMM) afin de le caractériser et le classer selon différentes approches et méthodes. Les plus connues sont la caractérisation par le calcul des indices climatiques et le classement du climat par la méthode de Köppen. De telles études sont effectuées essentiellement par le biais des :

  • Précipitations.
  • Températures (moyennes, minimales, maximales).

Ces deux paramètres étant les plus influant dans la croissance et le développement des végétaux particulièrement.

La classification de Köppen est consultable facilement sur le Web. Quant aux indices climatiques, ils permettent de caractériser qualitativement soit de manière globale  ou synthétique le climat d’une région donnée. Comme par exemple la région méditerranéenne par exemple. Les plus usités sont :

ü Les indices pluviométriques globaux (Id’ Angot, IM de Moral).

          ƩP (6mois les plus chauds)                     P       (P moy/an en mm)

IA  = ------------------------------     et   IM  = ---------

          ƩP (6mois les plus froids)                        T        (t° moy/an en °C)

 

ü  L’indice d’aridité de De Martonne (IDM).

               P               (P moy/an en mm)

IDM  = ------------

            T + 10         (t° moy/an en ° C)

 

Cet indice permet de caractériser le pouvoir évaporant de l’air à partir de P et T  et de classer le climat d’une région. Il s’adapte bien au climat méditerranéen.

De Martonne propose la classification du climat en fonction de la valeur de l’IDM obtenue en cinq (05) classes :

VALEURS DE L’IDM

TYPE DE CLIMAT

0 < IDM < 5

HYPER ARIDE

5 < IDM < 10

ARIDE

10 < IDM < 20

SEMI ARIDE

20 < IDM < 30

SUB HUMIDE

30 < IDM < 55

HUMIDE

ü  L’indice xérothermique ou  diagramme ombrothermique de Bagnouls et Gaussen.

 Cet indice prend en compte les moyennes mensuelles des précipitations (P en mm) et celles température (T en °C) et donne une expression relative de la sécheresse estivale en durée et en intensité. Cet indice est estimé de deux manières :

  • Par le diagramme ombrothermique.

L’estimation approximative du nombre de jours « secs » au cours des « mois secs » de l’année est possible par la confection du diagramme ombrothermique de Gaussen avec comme hypothèses : un mois est sec quand P < 2T et dans ce cas les pertes sous forme d’évapotranspiration sont > aux apports pluviométriques et quand P > 2T, le mois est considéré comme humide. Pour sa construction l’échelle des T =  ½ P (voir diagramme ci-dessous).

 

EXEMPLE DE DIAGRAMME OMBROTHERMIQUE D’UNE STATION

MOIS

Période aride

Période humide


  • Par l’estimation du nombre de jours secs.

Ce nombre de jours est estimé, soit directement sur le diagramme ombrothermique (durée période sèche), soit, si les données sont disponibles, en prenant en compte les jours « sec » sans précipitations avec une humidité relative de l’air (Hr) < 40 %.

Dans le cas où  40 % < Hr < 100 %,  un coefficient de correction ou de pondération est appliqué pour atténuer l’effet de  Hr.

Hr

Coef. correction

 < 40 %

1

40 % < Hr < 60

0,9

60 % < Hr < 80

0,8

80 % < Hr < 100

0,7

ü  Quotient pluviométrique d’Emberger.

Le Climagramme élaboré par Emberger est un abaque comportant en ordonnées les valeurs du quotient pluviométrique d'Emberger (Q), et en abscisses les valeurs de la température moyenne minimum de la saison froide (T °C). Le quotient peut être déterminé selon trois versions :

  • Le quotient initial d'Emberger défini par la formule suivante :

                            100 P

Q    =   ----------------------------------------

                       (M + m)

            2  x  --------------   x  (M – m)

                            2

 

 

 

 

 

 

 

 

Avec :

  • Q : quotient pluviométrique d'Emberger
  • M : moyenne des maxima (températures maximales journalières) du mois le plus chaud, en °C
  •  m : moyenne des minima (températures minimales journalières) du mois le plus frais, en °C.
  • P : cumul pluviométrique annuel, en mm
    • Le quotient d'Emberger modifié est défini par la formule:

Q2 = 2000P/ M2 m2

Avec :

  • Q2 : quotient pluviométrique modifié d'Emberger.
  • : moyenne des maxima (températures maximales journalières) du mois le plus chaud, en ° K.
  • m : moyenne des minima (températures minimales journalières) du mois le plus frais, en ° K.
  • : cumul pluviométrique annuel, en mm.
    • Le quotient d’Emberger modifié par Stewart défini par la relation :

              3,43 P

Q2  =  --------------

              M - m

 


Mais avec M et m en ° C et P : cumul pluviométrique annuel, en mm.

Le résultat obtenu par ce quotient permet de caractériser le climat de la station étudiée grâce à l’abaque ou Climagramme ci-dessous (plusieurs variantes existent) avec Djelfa qui se situe en climat semi aride. 

ü  L’indice CA de Turc (à titre indicatif, cet indice sera développé en Master).

Turc a cherché par cet indice à relier les productions annuelles de la matière sèche des cultures fourragères aux données climatiques avec son indice CA :

CA = HT.Fh

Avec:

HT  = Ft. Fh

HT est le facteur héliométrique lié à l’ensoleillement et la température et Fs le facteur de sècheresse (compris entre 0 et 1).

Ft est le facteur thermique et Fh le facteur solaire

ü     Les études agro climatiques orientées sur les capacités de production agricoles d’unes région.

Ces indices demandent de nombreuses données et sont plus complexe. Par exemple celui de Papadakis permet l’estimation de la production végétale d’une région en prenant en compte quasiment l’ensemble des paramètres climatiques (t° max et t° min, précipitations, réserve en eau du sol, évapotranspiration, durée du jour)

ü  Les sommes de température et leurs influences sur le développement des cultures et plantes.

Cette méthode est simple à appliquer dans la mesure où la Ʃ des températures durant le cycle végétatif d’une culture donnée permet d’apprécier l’état de sa croissance et de son développement en rapport aux normes de référence. Toutefois seule, elle reste approximative et doit être utilisée avec précaution en lui intégrant d’autres paramètres ayant un impact sur son évolution (eau, durée d’ensoleillement entre autres).

 

TD N° 2 de BIOCLIMATOLOGIE


  1. Nous disposons des données de deux stations (A et B) en Algérie, ci-dessous :

 

J

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

ANNEE

T°( °C)

7

7.5

10

13

16

21

23

25

22

17

12

8

 

P (mm)

122

130

125

115

65

20

10

18

65

92

105

135

 

Station A.

 

J

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

ANNEE

T°( °C)

7

10

13

16

21

25

28

29

22

15

10

8

 

P (mm)

26

27

35

30

24

12

5

10

38

42

65

75

 

Station B.

Travail demandé :

1. Calculer l’indice IDM et classer ces climats selon Martonne
2.  Construire le diagramme ombrothermique de chaque station et mentionner la période sèche et la période humide.

3. Quelle est la durée x en jours de la période sèche.
4. Quel est le type de climat de chaque station d’après la classification de l’indice xérothermique x de Gaussen, sur la base du tableau suivant.

VALEURS de x

TYPES DE CLIMAT

x > 300

Désertique

200 < x < 300

Sub désertique

150 < x < 200

Xéro-thermo-méditerranéen

100 < x < 150

Thermo-méditerranéen

40 < x < 100

Méso-méditerranéen

0 < x < 40

Sub méditerranéen

  1. Les valeurs de M et m (°C) et P/an (mm) pour Bejaia, Constantine et Djelfa sont les suivants :

Stations

M

m

p

Bejaia

31

8

870

Constantine

33

3

590

Djelfa

36

-1

290

Calculer le quotient d’Emberger par les trois versions et déterminer le climat de chaque station en utilisant l’abaque.

Utiliser du papier millimétré et si vous disposer de l’outil informatique et d’une imprimante, Excel.

                            100 P

Q    =   ----------------------------------------

                      (M + m)

            2  x  --------------   x  (M – m)

                          2

 

N/B : RECTIFICATIF du COURS : la relation du quotient initial d’Emberger n’ayant pas été copiée correctement, utiliser la relation complète ci-dessus :

 

B- INSTRUMENTATION.

  1. PARAMÈTRES MÉTÉOROLOGIQUES FONDAMENTAUX MESURÉS.

La précision du climat à un moment donné, en un lieu donné (station météorologique de mesure) nécessite la mesure des paramètres fondamentaux suivants :

      Un (01) en tant que moteur du climat : le rayonnement solaire (intensité et durée) et son absorption par l’atmosphère et le sol (bilan énergétique).

      Trois (03) liés à la thermodynamique de l’air : température (mini, maxi, instantanée ou ambiante), humidité de l’air, pression atmosphérique (masses d’air).

      Deux (02) liés à la dynamique de l’air : direction du vent (rose des vents), vitesse du vent (mouvement ou déplacement de l’air).

      Un (01) lié à la couverture nuageuse : nébulosité (couverture, nuageuse de types de nuages, brouillard, brume), précipitations (pluie, neige, grêle, grésil, rosée, hauteur, durée, intensité).

  1. STATIONS MÉTÉOROLOGIQUES. 

Les stations météorologiques sont de deux sortes : l’analogique manuelle classique et la numérique automatique. Dans la première, la prise de mesure se fait par un technicien selon un horaire défini et dans la seconde, elle se fait sans intervention humaine.

Toutefois, même si le principe de mesure des instruments est équivalent, certaines observations demandent la présence humaine. Comme par exemple, la couverture nuageuse et le type de précipitations sont mieux observables par un être humain que par un capteur électronique.

Cependant, les deux stations sont équipées d’appareils et de capteurs capables de mesurer l’ensemble des paramètres agrométéorologiques.

  1. LES PRINCIPAUX APPAREILS DE MESURES OU CAPTEURS.

3.1.MESURE DU RAYONNEMENT.

Deux caractéristiques sont mesurées, l’intensité du rayonnement et la durée de l’ensoleillement par respectivement :

  • Pyradiomètre ou pyranomètre : mesure l’intensité de la radiation solaire sur une surface horizontale.
  • Héliographe : mesure la durée de l’ensoleillement.

3.2.MESURE DE LA PRESSION.

  • Baromètres.

Le plus simple et le plus connu est le baromètre à mercure de Torricelli, basé sur la variation d’une colonne de mercure sous l’effet de la pression de l’air suivant la relation :

Δp = ρg Δh

Avec :

Δp : variation de la pression.

Ρ : masse volumique du mercure.

g : accélération de la pesanteur.

Δh : variation de la hauteur du mercure.

Δh

 

Δp

 

Principe du baromètre à mercure.

Il existe d’autres types comme le baromètre anéroïdes, à cadran et les barographes (enregistreurs).

3.3. MESURE DE LA TEMPÉRATURE.

  • Thermomètre ordinaire : mesurent la température ambiante.
  • Thermomètre à minima : mesure uniquement la température minimale observée durant la journée.
  • Thermomètre à maxima : mesure uniquement la température maximale observée durant la journée.

 

3.4.MESURE DE L’HUMIDITÉ DE L’AIR.

  • Psychromètre.

Cet appareil est composé de deux thermomètres ordinaires, l’une mesure la t° « sèche » et l’autre la t° « mouillée » dont la différence Δt entre les deux permet de déduire en utilisant les tables psychrométriques trois valeurs : l’humidité relative de l’air (%), la tension de vapeur de l’air (θ) et le point de rosée (r).  

  • Hygromètre : donne l’humidité relative de l’air.
  • Evaporomètre de Piche : donne l’évaporation de l’air (mm) en une journée.

 

 

3.5.MESURE DES PRÉCIPITATIONS.

  • Pluviomètre : donne la quantité de pluie tombée sous forme de hauteur (mm). Avec la durée cœur de l’averse, il y a déduction de l’intensité de la pluie (mm/h).
  • Table à neige : mesure la quantité de neige à convertir en hauteur d’eau (mm).

 

3.6. MESURE DU VENT.

  • Anémomètre : mesure la vitesse du vent (m/s)
  • Girouette : donne la direction du vent selon les sens indiqués par la rose des vents.
  1. STATION AGROMÉTÉOROLOGIQUE.

L’activité agricole a un besoin important en météorologie dans la mesure où elle occupe de vastes espaces cultivés. Elle est donc soumise aux aléas du temps en ce qui concerne la partie aérienne  des cultures (la végétation) mais également la partie souterraine  (le système racinaire).

Aussi, l’obtention de performances optimales (rendement) est liée à la connaissance en temps réel des valeurs climatiques afin de les comparer avec les normes optimales de croissance et de développement des cultures. Et ainsi pouvoir intervenir à temps afin de lutter contre les aléas ou problèmes posés par la variabilité des paramètres et facteurs climatiques, les corriger et/ou les prévenir afin de les éviter ou de les anticiper.

Par conséquent, en plus de ces données météorologiques, il est nécessaire de mesurer les conditions de développement des racines. En particulier : la température (thermomètres sondes) à différentes profondeurs (05 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 100 cm, l’évaporation en surface (bacs d’évaporation), les fluctuations du niveau de l’eau dans le sol ou capacité de rétention (tensiomètres ou des sondes à neutron).

4.1.Climat météorologique et applications agricoles.

Les données recueillies quotidiennement et enregistrées constituent des banques de données qui après étude et analyse, peuvent faciliter le/la :

  • Organisation de l’espace.
  • Choix des cultures et des systèmes de cultures.
  • Choix des matériels agricoles.
  • Choix de l’écartement des rangs.
  • Choix de la méthode d’irrigation.
  • Choix des méthodes phytosanitaires.

 

4.2.Applications liées aux données. 

  • Organisation des travaux.
  • Date et durée de préparation du sol.
  • Date et densité de plantation et de semis.
  • Distance de plantation en arboriculture.
  • Doses et fréquences des irrigations.
  • Doses et fréquences des traitements phytosanitaires.

 

Ces applications de l’agrométéorologie sont assez variées et leur impact est multi disciplinaire. De manière globale, l’agrométéorologie intervient dans :

      Les travaux du sol, les labours, la préparation des lits de semence.

      La protection des cultures par la prévention des maladies.

      Les traitements phytosanitaires.

      Les moissons et les récoltes.

      La conservation et la transformation des productions agricoles.

      La planification de l’irrigation des cultures.

 

Par exemple, les conditions atmosphériques et les rapports existant entre eau, sol et température ont permis aux agronomes, zootechniciens, pathologistes et entomologistes de comprendre leurs liaisons relation avec développement de nombreuses maladies et attaques d’insectes.

5. LA NOTION DE BIOCLIMAT ET DE TOPOCLIMAT

Le rôle du relief est essentiel sur le plan de la distribution bioclimatique de l’espace. En effet, la densité et la diversité  de la végétation  dépend de(s) :

  • L’exposition ou de l’orientation des versants montagneux aux rayonnements solaires (ubac et adret).
  • Gradients altitudinal (étagement de la végétation).
  • La différence de pluviosité liée à l’exposition aux vents pluvieux (versants au vent, versants sous le vent).
  • L’éloignement ou le rapprochement de la mer engendre + ou -- de précipitations.

Aussi, l’influence du relief et la distance par rapport à la mer est bien marquée sur le plan de la pluviosité. Le relief agit par son altitude,  son exposition et sa situation face aux vents pluvieux. Cette situation détermine un ensemble de paramètres climatiques différents selon l’altitude : pression, rayonnement, température diminue de 5 °C en moyenne tous les 1000 m, précipitations, l’humidité de l’air est plus faible (air plus sec), l’évaporation plus intense en temps clair, la neige plus dominante par rapport aux plaines, le brouillard plus fréquent, etc.). Ainsi, en résumé pour le/la :

  • Lumière : la raréfaction de l’air en altitude rend la lumière plus intense et les UV en plus grande quantité.
  • Température : la température a tendance à diminuer au fur et à mesure que l’altitude augmente.
  • Vent : le vent devient plus fort en altitude. En particulier si la montagne est haute et isolée
  • Humidité : l’air devient plus sec en altitude et l’évaporation s’accroît  par ciel dégagé. En revanche, la nébulosité, la pluviométrie et l’enneigement sont plus accentués qu’à basse altitude.
  • Abaissement des températures et l’enneigement : la réduction de la période de végétation (repos végétatif plus long) est une des conséquences.

 

Avec l’altitude, la forêt cède progressivement la place aux arbustes, buisson, la lande et les pâturages d’altitude. Et ce jusqu’à une limite où la végétation ne peut plus s’installer.

6. BIENFAITS D’UN RÉSEAU AGRO MÉTÉOROLOGIQUE.

Les effets du climat sur les cultures déterminent leur rendement. Pour un espace agricole  d’une région donnée, le potentiel de production est étroitement lié à la disponibilité des données climatiques à court, moyen et long terme.

 La disponibilité des données n’est possible que par l’existence d’un réseau de stations agro météorologiques équipées de moyens techniques et scientifiques utiles à une bonne gestion de l’agriculture et  l’assurance de performances durables.

6.1. L’agro météorologie 

Le climat demeure le plus grand facteur de variabilité de la production agricole. Etre capable de connaître ces variations, les prévoir, les analyser et faire bénéficier l’activité agricole est nécessaire scientifiques, sa bonne gestion et son développement.

La présence d’un réseau de stations agro météorologiques, en nombre suffisant, bien dotées en instruments de mesures, d’enregistrement, de traitement et de transmissions des informations, est l’outil indispensable au suivi au jour le jour, à la planification et la gestion des cultures.

6.2.Objectifs et avantages d’un réseau.

Les bienfaits de la présence d’un réseau de station de mesure est multiple et comporte trois volets : la gestion, le développement et la recherche appliquée en agriculture, mais également dans d’autres domaines,  comme :

      L’orientation et le  développement  de l’agriculture : estimation des potentialités productives (zonages pédoclimatiques), introduction de variétés agricoles nouvelles, introduction de méthodes culturales et d’équipements mieux adaptés et estimation des besoins en recherche dans ces domaines.

      Le choix d’une orientation  technico-économique de l’espace agricole : comparaison entre  exigences éco climatiques de spéculations en place et les paramètres climatiques du lieu, exploitation des critères climatiques observés et mise en œuvre de modèles de gestion agricole à court, moyen et long termes.

      L’adaptation des techniques de production agricole et sylvicole : interventions culturales et des travaux du sol en liaison avec les observations climatologiques récentes ou à courts termes (travail du sol, interventions culturales, épandages d’engrais, tailles, récoltes, etc.).

      La protection sanitaire  des différentes cultures et les possibles pathologies induites par  le climat : fréquence des interventions liées aux conditions climatiques habituelles, décision d’intervention en rapport avec toute situation climatique spécifique du moment et à prévoir, mise en évidence des périodes critiques de sensibilité aux maladies.

      L’aménagement de l’espace rural : études du climat résultant de certains travaux et leur impact sur l’agriculture comme la déforestation, le maintien ou l’arrachage des haies,   la plantation de brise-vents.

      La gestion des ressources hydriques : estimation et évolution du bilan hydrique et de la RU des sols agricoles en place, évaluation des potentialités hydriques d’un territoire (sous-bassin et bassin versant), l’exploitation et  la gestion des ressources, le choix du système d’irrigation, de drainage.

      La prévention des risques et des calamités climatiques : fréquences de gel, de grêle, de sécheresse, d’inondations, d’érosion. Quelles solutions et quels équipements prévoir pour les surmonter.

      L’étude des analogies agro bioclimatiques : recherche et choix d’écotopes, d’espèces et de variétés de plantes adaptables.

6.3. Densité de stations agro météorologiques.

Le nombre de stations à répartir dépendra, bien évidemment, de sa configuration (morphologie ou topographie), de la nature de sa couverture (végétation herbacée, forêts, agriculture, dénudée), de sa densité, de sa hauteur, de la présence de réserves hydriques naturelles (mer, lac, mares, marécages, etc.) ou artificielle (barrages, retenue).

Les instruments de mesure facilitent la connaissance et la déduction de certaines valeurs utiles comme:

  • Le calcul du bilan radiatif avec un héliographe (durée d’insolation), un lucimètre calibré sur un solarigraphe (radiations globales solaires).
  • Le calcul du bilan thermique (un thermomètre au niveau gazon, un thermomètre à maxima et à minima).
  • Le contrôle des précipitations et rosée (un pluviomètre)
  • Le contrôle du pouvoir évaporant (un évaporomètre de Piche)
  • Le contrôle du déficit et de saturation de l’air (un psychromètre)
  • Le contrôle de la température du sol (03 thermomètres à 10, 20 et 50 cm de profondeur par exemple).
  • Le contrôle de l’humidité du sol (un lysimètre, tensiomètre, sonde à neutron)
  • Le contrôle du vent (une girouette de direction et deux anémomètres pour la vitesse (un à 2 mètres et l’autre à 10 m de hauteur).

EN RÉSUMÉ :

Les précipitations (eau) et la température (chaleur) sont les deux paramètres fondamentaux de la répartition, de la diversité et de la densité de la végétation sur la Terre.

L’ensemble des classifications climatiques reposent sur ces deux éléments. Comme par exemple, celle de Köppen à l’échelle planétaire, de Gaussen ou d’Emberger pour le climat méditerranéen à l’échelle régionale.

Toutefois à l’échelle du topoclimat (stationnarité climatique dans un espace) et du bioclimat (distribution homogène de la végétation en liaison avec le climat d’un espace donné), la végétation se caractérise par une répartition selon un gradient altitudinal (étagement) et selon une distribution par versants (ubac et adret).

Ainsi, en montagne la végétation est répartie par espèce et écosystèmes verticalement. Dans ce cas, la température est le facteur principal climatique avec le régime hydrique.

Quant à l’orientation,  les reliefs exposés au sud reçoivent une insolation plus intense et plus longue et ont une température plus élevée avec une sècheresse plus accentuée. Dans ces conditions, le maintien d’un couvert sylvicole est difficile. En revanche, sur les versants exposés au nord, plus humides et plus arrosés, les forêts sont plus étendues.

7. LA TEMPÉRATURE ET SON ACTION SUR LA VÉGÉTATION.

7.1.Rôle de la t°

La photosynthèse et la respiration dépendent de la température.

7.2.Croissance et développement.

7.2.1.      Croissance :

Sa vitesse augmente progressivement jusqu’à 30 °C environ puis décroît rapidement pour s’annuler pratiquement vers 40 °C.

7.2.2.      Développement (modification qualitative dans la forme de la plante) :

Il est lié à des repères phénologiques ou stades de développement comme, par exemple pour les céréales : germination, feuillaison, floraison, montaison, épiaison.

7.2.3.      Phénologie.

C’est l’étude de l’ensemble des observations qui se rapportent à l’action de la température sur les dates des phénomènes biologiques et qui sont particulièrement précises sur les végétaux.

Les dates des diverses plantes sont notées chaque année dans de nombreuses localités. Ce qui permet de dresser des cartes phénologiques spécifiques à chaque région et noter les dates probables des différentes périodes du cycle végétatif de chaque culture et montrant l’état de son avancement ou de son retard par rapport aux normes de références de la région.

7.2.4.      Paramètres thermiques utiles.

Sur le plan de leurs études, en agronomie, pour une station donnée et un espace donnée, les valeurs de la température sont utilisées en fonction de l’objectif visé par leur analyse, sous forme de séquences chronologiques. Les plus utilisées sont les séquences mensuelles :

  • : t° moyenne mensuelle.
  • m : t° des valeurs minimales du mois le plus froid de l’année.
  • M : t° des valeurs maximales du mois le plus chaud de l’année.
  • M’ : t° des valeurs maximales du mois le plus froid de l’année.
  • T min : t° moyenne du mois le plus frais de l’année.
  • T max : t° moyenne du mois le plus chaud de l’année.
  • T < 10 °C : nombre de mois dont la t° moyenne est < 10 °C.
  • T < 7 °C : nombre de mois dont la t° moyenne est < 7 °C.
  • NJG : nombre moyen de jours de gelées (gelée blanche par exemple) ou de gel.
  • A : amplitude thermique annuelle moyenne (T max – T min).
  •  A max : amplitude thermique annuelle extrême ou maximale (M – m).

 8. INTERACTION DES RAYONNEMENTS AVEC LES PLANTES.

8.1.         Propriétés optiques des plantes et des couverts végétaux.

Ces propriétés dépendent à la fois des espaces qui composent les couverts, de leur arrangement spatial et du sol sur lequel elles se développent.

8.2. Facteurs qui affectent les propriétés optiques des feuilles.

Ils sont au nombre de cinq :

  • La structure anatomique des feuilles : nombre d’assises cellulaires, dimension des cellules et épaisseur du parenchyme lacuneux
  • L’âge des feuilles : différence au stade jeune et au stade de sénescence mais stabilité des propriétés en dehors de ces stades.
  • La teneur en eau des feuilles : une diminution de la teneur en eau fait augmenter sa réflectance.
  • Les déficiences ou carences minérales.
  • Les attaques parasitaires : modification de la pigmentation des feuilles, nécroses, apport d’autres pigments, modification des échanges hydriques.

8.3.Utilisation du rayonnement photosynthétique actif ou PAR.

8.3.1.      Le PAR.

Le climat lumineux joue un rôle important dans le processus de croissance et de développement. Toutefois le plus efficace est celui qui correspond à la fraction de la lumière visible des courtes longueurs d’onde (0.38 - 0.71 μm). C’est ce rayonnement  qui constitue le PAR (Photosynthetically Active Radiation).

8.3.2.      Relation entre éclairement et photosynthèse.

A l’obscurité (la nuit), la plante respire et consomme une certaine quantité de glucides stockés durant la journée.

Au lever du jour la photosynthèse a une valeur négative.

Lorsque l’éclairement atteint, au fur et à mesure,  une valeur Ec, la photosynthèse devient +. Ec constitue le point de compensation et correspond au niveau où le flux de CO2 absorbé par la photosynthèse est égal à celui dégagé par la respiration.

Evidemment, par la suite, la plante stocke le surplus et l’utilise pour sa croissance et son entretien.

8.3.3.      Types de photosynthèse.

8.3.3.1.Les végétaux en C3.

Ces végétaux possèdent des molécules intermédiaires du métabolisme photosynthétique avec 3 atomes de carbone (C3) appelées aussi Acide Phosphoro-glycérique ou PGA.

De nombreuses espèces cultivées en font parties : chou, soja, tournesol, toutes les algues, les mauvaises herbes, la totalité des arbres et d’une façon générale la plupart des espèces des régions tempérées (entre les tropiques et le cercle polaire).

La particularité de ces plantes est liée à leur respiration double : respiration obscure d’entretien et respiration de croissance qui est fonction de l’éclairement ou photo respiration.

8.3.3.2.Les végétaux en C4.

Ces plantes ne possèdent pas de photo respiration et leurs molécules intermédiaires ont 4 atomes de carbone sous forme d’acide oxalo acétique.

Elles comprennent le mais, le sorgho, la canne à sucre, diverses graminées, des mauvaises herbes se développant sur des sols salés ou acides.

8.3.3.3.Les végétaux du type CAM.

De faibles productivités, ces végétaux comprennent les familles des cactées, orchidées, liliacées.

8.3.4.      Utilisation du PAR à l’échelle du couvert végétal.

La fraction d’Eg exploitée par la photosynthèse est très faible (1 % pour l’ensemble du cycle végétatif et 2 à 3 % durant la croissance de la culture).

 

 

800

                                                                                                   Fraction réfléchie                                

 

600                                                                                             

                                                                                                   Absorption par le sol                                                                                                                                                                                                 

 

400

                                                                                                    Chaleur par échanges

                                                                                                    Thermiques + évaporation

200

                                                                                               

                                                                                                    Photosynthèse

4                         6                   8                   10                   12                    

 9. LES BESOINS EN EAU DES PLANTES.

L’eau est le paramètre, avec la température, qui détermine un rendement optimal aux cultures. Sa disponibilité, en quantité suffisante et régulière tout au long de cycle végétatif de chaque culture est primordiale. En effet, ce corps joue le rôle de transporteur des éléments nutritifs (N, P, K) et des oligo éléments (Ca, Fe, Mn, Mg, etc.) que toute plante utilise pour sa croissance et son développement. Après utilisation, l’eau est rejetée sous forme de vapeur d’eau par transpiration. Principalement, l’eau douce provient des précipitations sous forme de pluie, de neige, de grêle, de grésil et de  rosée.

9.1.            Les précipitations.

L’eau douce, dont ont besoins les végétaux, provient essentiellement. En raison de la variabilité spatio temporelle des précipitations, il est indispensable de pouvoir les évaluer au niveau d’un espace donné afin de déterminer s’il y a suffisance, excès ou déficit. Et, ainsi, pouvoir agir en conséquence particulièrement en cas d’excès ou de déficit.

Le moyen de base de cette évaluation est le pluviomètre qui permet de mesurer la hauteur d’eau tombée en un lieu (station agro météorologique), durant une averse donnée (temps).

Ces données peuvent être exploitées quotidiennement par les agriculteurs et analysées statistiquement par les spécialistes de différents domaines (hydraulique, hydrologie, hydrogéologie, travaux publics, etc.) sur de longues périodes afin d’en déterminer les fréquences d’occurrence (période de retour) et la répartition selon deux méthodes : statistique descriptive et statistique probabiliste.  

Sur le plan agricole par exemple, ces deux caractéristiques des précipitations, fréquence et intensité, des permettent de mettre en évidence deux notions :

  • La notion d’année normale (moyenne), d’année sèche (insuffisante ou déficitaire) et d’année humide (excédentaire ou humide).
  • La notion de pluie efficace par rapport à leur utilisation réelle par les cultures.

Le concept d’année sèche permet de déterminer si :

  • Une irrigation complémentaire est nécessaire pour produire convenablement une culture ou non en un lieu donnée.
  • Les pertes de production peuvent être acceptées ou tolérées ou non.

Quant au concept d’année humide, il permet de savoir si :

ü  L’irrigation reste nécessaire ou, au contraire, les précipitations sont suffisantes pour une culture donnée.

ü  Un système de drainage est  indispensable pour évacuer l’eau en excès sur un espace agricole donnée.

Enfin, le concept de pluie efficace est défini comme la frange ou la fraction ou la partie de la pluie qui est réellement interceptée par la végétation et/ou stockée dans l’épaisseur du sol explorée par les racines pour être utilisée et rejetée sous forme d’évapotranspiration (ET) par le système SOL-PLANTE vers l’ATMOSPHÈRE.

Le cheminement global des précipitations est résumé par le schéma ci-dessous.

 

 

 

 

 

EAU des PRÉCIPITATIONS (NUAGES)

 

 

ÉVAPORATION DANS L’ATMOSPHÈRE

 

SUR LA SURFACE DU SOL

INTERCEPTION/

VÉGÉTATION

Drainée vers surface du sol

Retenue et évaporée

Ruissellement de surface

Infiltration dans le sol

Stagnation sur le sol et, ensuite évaporation

Rétention par le sol

Percolation ou infiltration profonde (nappes)

Utilisée/plantes

Inutile ou nuisible pour les plantes

Inutilisable/plantes

Réserve d’eau souterraine

 

9.2.            Paramètres liés aux précipitations utiles.

Comme pour la température, l’étude des précipitations se base sur des valeurs spécifiques, comme :

  • P : module pluviométrique moyen (annuel, mensuel) en mm.
  • P > 100 : nombre de mois où la pluviosité est > 100 mm.
  • P < 30 : nombre de mois où la pluviosité est < 30 mm.
  • NJP : nombre de jours moyen de pluie (mensuel, annuel).
  • Pe : module pluviométrique de la saison d’été (mm et % du module annuel).
  • P max : module pluviométrique moyen le plus élevé (mensuel, annuel) en mm.
  • P min : module pluviométrique moyen le plus faible (mensuel, annuel) en mm.

Toutefois, certaines études agricoles (irrigation, drainage) demandent des valeurs chronologiques plus fines comme la décade (période de 10 jours) par exemple. Période en rapport avec le temps mis en moyenne à la CR d’un sol, occupé par une culture, d’atteindre le pF, en cas d’absence de précipitations durant cette période ou, d’être en surplus (excès).

  

CORRIGÉ TD N°2.
1. Calcul de l’indice IDM de « De Martonne ».
o Station A : IDM = 38,8 > 30 donc CLIMAT HUMIDE.
o Station B : IDM = 14,4 > 10 et < 20 donc CLIMAT SEMI ARIDE.
2. Diagramme ombrothermique de chaque station.

3. Classification selon l’indice xérothermique de Gaussen.
o Station A : La période sèche s’étale début juin à début septembre (95 jours environ) : climat Xéro-thermo-méditerranéen.

o Station B : La période sèche commence du 10 avril à fin septembre (165 jours environ) : climat Méso-méditerranéen.

4. Calcul de quotient d’Emberger selon les trois formules.

Stations Originale Modifiée Stewart
Bejaia 96,98 129,7 129,31
Constantine 54,63 67,45 67,58
Djelfa 22,4 26,88 27

Les deux formules modifiée s’éloignent et surestiment le quotient par rapport à la formule originale. Sauf pour la station de Djelfa où les résultats sont assez proches. Toutefois les résultats donnent à peu de choses près la même classification pour Bejaia et Djelfa mais biaisés pour Constantine stations :
 Bejaia : sub humide (à la limite de l’humide).
 Constantine : semi aride (originale) et à la limite du sub humide pour les formule modifiée et Stewart.
 Djelfa reste confinée dans le semi aride selon les trois formules.

o Bejaia est dans le sub humide chaud.
o Constantine dans le semi aride frais-doux.
o Djelfa dans le semi aride froid

 Remarques:  les deux diagrammes ombro thermiques n'apparaissent pas dans le corrigé de manière correcte. Veuillez consulter internet pour les construire. De même l'abaque de classification du climat selon Emberger peut être consultée sur internet selon plusieurs version.

Il suffit pour cela de demander "Diagramme ombrothermique" et "quotient d'Emberger" pour obtenir les résultats.               



<p>Fonctionnement des mécanismes vitaux chez les végétaux</p>