Dans un contexte de changement climatique et de tensions croissantes sur la ressource en eau, les Projets de Territoire pour la Gestion de l’Eau et autres démarches de prospective territoriale doivent intégrer l’évolution de la demande en eau agricole, identifier les périodes de vulnérabilité et comparer les leviers d’adaptation possibles. Ces enjeux sont centraux pour construire des trajectoires partagées à l’échelle des territoires, et pourtant souvent au cœur des points de blocage. Il apparaît nécessaire pour les opérateurs de terrain de disposer d’outils pour quantifier l’évolution de la demande en eau agricole avec le changement climatique.
C’est pour répondre à cette ambition que la Chaire Partenariale Eau, Agriculture et Changement Climatique, l’UMR G-EAU et l’Alliance Harvest, ont développé l’outil CAWET (Calculation of Agricultural Water needs and EvapoTranspiration) accessible publiquement.
Pour autant, l’exercice a ses limites : quelles seront les cultures demain ? pourra-t-on les irriguer, selon quelles modalités ? Et sachant que les modèles s’écartent souvent de la réalité, pour un territoire donné, comment assurer que les simulations prospectives ont un sens ?
Il n’empêche que la demande en eau réelle dépend bien de l’assolement, que toutes les cultures n’utilisent pas la même quantité d’eau et ont chacune leur saisonnalité, que le sol peut plus ou moins stocker et restituer l’eau de pluie, que le climat de l’année influence les prélèvements d’eau. Ces principes peuvent être représentés explicitement dès lors qu’on dispose, pour un territoire, des données correspondantes.
L’ambition de CAWET, faciliter l’accès à la donnée pour nourrir le dialogue territorial
CAWET permet, de manière automatisée sur un territoire défini, d’extraire et analyser des données agronomiques et météorologiques issues de bases de données publiques ou de données de terrain, pour estimer les besoins en eau théoriques des cultures sous différents scénarios, d’assolement, de climat, de sol ou encore de méthodes d’irrigation.
L’objectif de CAWET n’est pas de prédire avec précision les besoins en eau agricoles futurs, mais de simplifier l’accès à la donnée et aux méthodes de calcul des besoins en eau théoriques des cultures et d’indicateurs agro-climatiques pour explorer des trajectoires possibles et nourrir le dialogue territorial autour d’une gestion concertée et intégrée de la ressource en eau. Pour la version publique, le calcul du besoin en eau théorique repose sur le modèle de bilan hydrique publié par la FAO (paper n°56, 1998 1). Ce modèle est très bien documenté – notamment sur le site de la FAO – et est le plus standard, aux hypothèses de calcul parfaitement transparentes et justifiées par des publications scientifiques. La FAO met à disposition des paramètres pour la plupart des cultures (coefficients culturaux, durées des phases de développement) – paramètres qui peuvent être ajustés en fonction des données locales. D’autres calculateurs peuvent être utilisés, à partir des mêmes données. Si ce modèle est bien sûr imparfait, les données accessibles le sont également. Le recours à un modèle plus détaillé ne comblera pas les incertitudes sur les données impactant l’évolution du bilan hydrique d’un territoire.
1Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration-Guidelines for computing cropwater requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. Fao, Rome, 300(9), D05109.
Besoin en eau théorique des cultures, de quoi parle-t-on vraiment ?
Besoin en eau maximum des cultures, besoin d’irrigation, consommation ; revenons sur quelques définitions qui ne font pas toujours consensus.
On définit le besoin en eau maximum des cultures comme la quantité d’eau nécessaire pour maintenir un niveau de confort hydrique idéal. Pour de nombreuses cultures, le rendement est lié à la production de biomasse qui est maximale quand l’évapotranspiration est maximale. Le confort hydrique idéal correspond alors à la quantité d’eau nécessaire pour compenser l’évapotranspiration maximale (notée généralement ETm). Pour certaines cultures, notamment la vigne, le niveau de confort hydrique doit être inférieur à celui assurant l’évapotranspiration maximale, dans un objectif de qualité des produits.
La consommation en eau des cultures correspond à la quantité d’eau consommée par évapotranspiration d’une culture conduite dans des conditions données d’environnement et de pratiques culturales. On parle d’évapotranspiration réelle (ETr).
Le besoin en eau d’irrigation correspond à la quantité d’eau devant être apportée à une culture pour satisfaire son besoin en eau, considérant les précipitations efficaces stockées dans la réserve utile du sol. Ce besoin en eau peut assurer l’évapotranspiration maximale (confort hydrique), ou intégrer un certain niveau de stress hydrique. Ce besoin en eau intègre donc implicitement une stratégie d’irrigation. La stratégie de confort hydrique est facile à modéliser (par exemple en apportant chaque jour le volume d’eau évapotranspiré, de manière à maintenir un niveau hydrique constant).
Pour les grandes cultures avec une stratégie d’irrigation déficitaire (comme la vigne, des vergers), on peut définir un niveau de stress souhaité pour ajuster les apports. Pour des cultures de maraîchage ou des grandes cultures, le besoin théorique peut être exprimé sur la base du confort hydrique. Les données sur les pratiques ne sont généralement pas accessibles : le besoin calculé est donc théorique.
La notion de consommation en eau d’irrigation est porteuse de confusion : pour un usager ou un gestionnaire de service d’eau, il s’agit généralement du volume facturé. Or, ce volume intègre des pertes (fuites, apports excessifs qui seront drainés…). Dans d’autres cas (voir par exemple le rapport de France Stratégie sur les usages de l’eau), la consommation correspond à la part prélevée sur le milieu et non restituée, c’est-à-dire la part d’eau d’irrigation évapotranspirée ou contenue dans les produits. Elle est dans ce cas plus faible que la quantité prélevée.
Les termes intervenant dans le calcul du bilan hydrique :
- Forçage climatiques (journaliers) : pluie, évapotranspiration de référence
- Description du sol (profondeur maximale, réserve utile)
- Développement de la culture (coefficient cultural, profondeur racinaire, sensibilité au stress hydrique – et leur évolution temporelle)
- Règles de déclenchement de l’irrigation
Le besoin théorique calculé par CAWET se rapproche du volume consommé (selon la deuxième définition). Le volume prélevé peut alors être estimé via un ratio d’efficience, défini généralement de manière empirique.
Un outil « prêt-à-l’emploi », modulable
Le fonctionnement de l’outil est basé sur trois modules développés sous R : un module d’acquisition de données, un module de modélisation et un module de visualisation. Un ordonnanceur permet d’identifier le territoire d’analyse et de définir le scénario à explorer. L’outil s’adapte à tous les niveaux d’expertise ; il fournit un paramétrage initial mais restent entièrement modulable (comment remplir l’ordonnanceur ?).
Module 1 : Acquisition automatique de données agronomiques et météorologiques, à partir de l’outil RADIS (Retrieve Agronomic Data in a Sector), développé par l’UMR G-Eau.
Ce module acquière, de manière automatisée, les données pédologiques, agronomiques et météorologiques locales sur un territoire métropolitain français défini par l’utilisateur.ice. Il permet l’extraction d’informations relatives à la culture en place via le Registre Parcellaire Graphique, à la texture du sol et sa profondeur ainsi qu’à différentes informations sur la Réserve Utile. Les données météorologiques passées et futures sont extraites via les bases de données Safran ou DRIAS.
Le RPG (Registre Parcellaire Graphique) est une base de données cartographique, en libre accès en France, de l’ensemble des parcelles agricoles déclarées par les exploitants pour l’obtention des aides de la PAC (Politique Agricole Commune). Il localise précisément les surfaces cultivées et identifie les types de cultures. Pour les parcelles n’ayant pas fait l’objet d’une demande d’aide, il est ici complété par le « RPG complété » (RPG complété).
Module 2 : Simulation automatique par modèles de culture
A partir des données acquises ou forcées dans l’outil, CAWET permet l’exécution du modèle de culture CropWat (FAO – CropWat R), culture par culture. Il permet le calcul des besoins en eau maximum des cultures et des besoins en eau d’irrigation nécessaires pour combler ces besoins maximaux. La dose d’irrigation calculée est ensuite agrégée à l’échelle territoriale en prenant en compte le pourcentage d’application de chaque méthode d’irrigation par culture.
Module 3 : Calcul automatique d’indicateurs territoriaux et visualisation graphique
A partir des données issues des deux premiers modules, CAWET propose un dernier module pour calculer et visualiser l’ensemble des variables relatives à chaque scénario, de les comparer entre elles ou à des données de références.
CAWET est un outil collaboratif qui évolue grâce à vos retours d’expériences. Contactez-nous ! cawet@chaire-eacc.fr