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L’évapotranspiration : Concept, définitions et mesures
Concept et définitions
Concept
Il est important de préciser le concept de l’évapotranspiration, avant de vouloir lui donner une définition. En effet, l’examen de la revue de la littérature sur l’évapotranspiration montre qu’il existe plusieurs aspects différents et parfois même des confusions entourant la notion d’évapotranspiration. Le concept de l’évapotranspiration a été introduit, comme un paramètre climatique, pour la première fois par l’américain Thornthwaite en 1948 (auteur de l’expression de l’évapotranspiration potentielle), dans un contexte de classification du climat. Il considère qu’« il y a une distinction entre le volume d’eau qui est effectivement évapotranspiré et celui qui pourrait être évapotranspiré, s’il était possible. Lorsque la disponibilité en eau augmente l’évapotranspiration atteint un maximum qui dépend uniquement du climat. C’est ce que nous pourrions appeler évapotranspiration potentielle, en distinction de l’évapotranspiration réelle ». En conséquent, on a un climat humide lorsque la pluie annuelle est supérieure à l’évapotranspiration potentielle et inversement pour le climat aride quand la pluie est inférieure à l’ETP (Oudin L., 2004). Ce concept a été utilisé ultérieurement par les agronomes et les hydrologues comme un élément de base pour calculer l’évapotranspiration réelle (ETR). En revanche, Penman en 1956 (auteur d’une équation prédictive fondée sur des bases physiques théoriques) a réalisé une formule opérationnelle associant des aspects biophysiques et aérodynamiques pour déterminer la quantité maximale demandée par une plante, autrement dit il a introduit le concept de l’évapotranspiration maximale (ETM). Par la suite cette formule a été adoptée comme étant ETP de Penman, qu’il considère comme « l’évaporation d’une pelouse rase suffisamment étendue, en bon état et convenablement alimentée en eau ». Il est clair que ce concept, se base sur l’interaction solplante-atmosphère et pose beaucoup d’ambiguïté, en particulier au niveau des méthodes de mesures et de simulation. À cet égard, des revues plus détaillées sur ces méthodes peuvent être trouvées dans Rana et Katerji (2000), Itier et Brunet (1996), Perrier et Tuzet (1998). Nous rappelons, d’une manière générale, les différentes méthodes empiriques de simulation de l’ETP les plus utilisées et qui peuvent être classées en quatre groupes :
– les méthodes de température (Blaney et Criddle, 1950 ; Hargreaves et al., 1985),
– les méthodes de radiation (Makkink, 1957 ; Turc, 1961 ; Priestly et al., 1972),
– les méthodes combinées (Penman, 1948 ; Allen et al., 1998),
– approche par l’estimation de la demande climatique : l’ETP peut être déterminée par la formule de Penman-Monteith, de Priesley-Taylor et de Blaney Cridle.
Pour minimiser les incertitudes de mesures et la précision de son estimation en fonction des formules employées de calcul l’ET0. La FAO en 1998 dans son rapport numéro 56 a adopté une seule formule par rapprochement de la méthode de Penman-Monteith appelée : FAO Penman-Monteith (la procédure de la formule sera détaillée dans le troisième chapitre à l’occasion de l’exposé de la méthodologie utilisée dans cette thèse). Cette méthode tient compte à la fois des conditions données par le bilan énergétique pour la surface du sol et des processus d’échange qui déterminent le flux de vapeur d’eau entre la végétation et l’atmosphère. D’un point de vue conceptuel, l’évapotranspiration n’est donc pas un paramètre mesurable à l’échelle du bassin versant elle est plutôt estimable.
Définitions
L’évapotranspiration (ET) est une combinaison de deux processus : l’évaporation et la transpiration. L’évaporation (E), est générée par tout type de surface aquatique (lacs, fleuves, océans et sols inclus). La transpiration (T), est d’origine végétale. L’évapotranspiration peut être définie comme la perte d’eau par le sol et la surface des plantes, exprimée généralement en mm/jour. Tsé (1999) a le même point de vue là-dessus parce qu’il considère que l’ET est « l’ensemble de la combinaison de tous les processus par lesquels l’eau du sol est transférée dans l’atmosphère, l’évaporation provenant de l’eau à la surface du sol et de l’eau interceptée par les plantes plus celle transpirée par leurs organes aériens ».Le terme évapotranspiration est souvent utilisé lorsqu’il est impossible de séparer l’évaporation de la transpiration végétale. Cette définition pratique est utilisée dans de nombreuses applications agricoles, hydrologiques et climatologiques.
Cependant, l’Organisation Mondiale de la Météorologie (OMM., 1996), admet que la demande évaporatoire peut être estimée directement par mesure de l’évaporation de l’eau d’un bac. Par contre, si l’on considère l’état des paramètres de surface, on préférera utiliser les lysimètres, mais les mesures lysimétriques sont souvent trop rares pour être utilisées en routine. C’est la raison pour laquelle il existe tant de formules empiriques ou semi empiriques pour estimer l’ETP.
❖ Évapotranspiration potentielle (ETP) : est nommée aussi, l’évapotranspiration de référence (ET0). « l’évapotranspiration d’un couvert végétal bas, contenu et homogène dont l’alimentation en eau n’est pas limitante et qui n’est soumis à aucune limitation d’ordre nutritionnel, physiologique ou pathologique » (Allen et al., 1998, FAO papier-56). À partir de l’évapotranspiration de référence ET0, la méthode FAO permet de déduire, à l’issue de deux autres étapes, les pertes effectives en eau des prairies et des terres arables par évapotranspiration. Cette définition couvre deux aspects distincts : le premier concerne la limite vers laquelle tend l’évaporation de la végétation qui ne souffre d’aucun déficit hydrique. Dans ce cas, l’estimation de l’ETP repose sur des ajustements statistiques de mesures expérimentales. Le deuxième touche le pouvoir évaporant de l’environnement exprimé en termes d’énergie et dont les méthodes d’évaluation de 1’ETP reposent sur des principes physiques (Tsé B., 1999)
❖ Évapotranspiration maximale (ETM) : l’ETM est liée à l’ETP par un coefficient cultural (Kc). C’est la quantité d’eau perdue par une végétation jouissant d’une alimentation hydrique optimale (bonne fertilité du sol, bonne état sanitaire…). « L’évapotranspiration maximale varie au cours du développement d’une culture annuelle elle augmente progressivement avec le taux de recouvrement du sol par la plante pour atteindre ETP et diminue à la fin du cycle végétatif » (Xanthoulis D., 2010). Cette forme d’évapotranspiration (ETM) est utilisée par les agronomes pour déterminer les besoins en eau des plantes (Allain., 2000 ; Hbaeib., 2003 ; Saleh Er-raki., 2007 ; Piedallu., 2012).
❖ Évapotranspiration réelle (ETR) : ETR est liée à l’évapotranspiration maximale par un coefficient de stress (Ks). Elle désigne la quantité d’eau réellement perdue sous forme de vapeur d’eau par le couvert végétal lorsque l’alimentation en eau n’est pas assurée de façon optimale. Elle est « fixée par la présence d’eau, par les conditions climatiques et par la couverture végétale » (Beltrando G., et Chémery L., 1995). L’ETR des végétaux est considérée comme le facteur déterminant dans la production agricole. Elle traduit l’ensemble des interactions : sol, plante, climat. La nature du sol et le type de végétation interviennent à la même ampleur que le climat. C’est dire que le facteur limitant peut être d’ordre pédologique (épuisement rapide de la réserve en eau facilement utilisable du sol) ou d’ordre physiologique (couvert végétal incapable d’assurer un débit en eau suffisant des racines vers les feuilles) ou d’ordre climatique (pluies insuffisantes par exemple).
Les mesures de l’évapotranspiration
Les facteurs conditionnels de la mesure de l’évapotranspiration
L’évapotranspiration dépend fortement de l’intervention de trois facteurs, climatiques, géographique, biologiques et pédologiques (Allen et al., 1998 et 2011):
❖ Les facteurs climatiques (pouvoir évaporant du climat):
– la température de l’air,
– la température de la surface terrestre,
– la vitesse et turbulence du vent,
– la durée de l’insolation ou le rayonnement solaire,
– l’humidité relative de l’air,
– pression atmosphérique.
❖ Les facteurs géographiques (essentiellement la topographie):
– l’état de la surface évaporant,
– l’altitude,
– effet du site,
– la latitude,
– la proximité de la mer,
– orographie (exposition des versants au soleil, aux vents, pentes).
❖ Les facteurs biologiques (le couvert végétal):
– les espèces végétales (stade phrénologique de la culture considérée),
– hauteur du couvert végétal,
– résistance stomatique,
– la profondeur des racines,
– besoins ou non d’eau.
❖ Les facteurs pédologiques (les sols) :
– la capacité de rétention en eau du sol,
– la réserve utile dans le sol,
– humidité du sol,
– la texture du sol.
Certains facteurs sont facilement mesurables (température, vent, insolation) d’autres sont mal connus (profondeur des racines, hauteur du couvert végétal) et ces mesures sont souvent rares pour être utilisées en routine. De plus, ces facteurs n’ont pas le même pouvoir pour favoriser ou accélérer le processus de l’évaporation. En effet, d’après Courault et al. (2005), l’évapotranspiration est très liée au rayonnement solaire et au bilan d’énergie à la surface du sol.
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Table des matières
Introduction générale
Premiere partie l’evapotranspiration : cadre théorique, région d’étude et méthodes d’approche
Introduction
Premier chapitre : cadre théorique : définition, mesures et données de base
1.1. L’évapotranspiration : concept, définitions et mesures
1.2. Inventaire des données
Deuxième chapitre : présentation de la région d’étude
2.1. Caractéristiques géophysiques du bassin versant de la Mejerda: support de l’étude de l’évapotranspiration
2.2. Caractéristiques climatiques du bassin versant de la Mejerda
Troisième chapitre : démarche méthodologique pour l’étude de l’évapotranspiration
3.1 Approche de l’évapotranspiration par la télédétection et le système d’information géographique
3.2. Présentation des méthodes d’estimation de l’évapotranspiration
3.3. Méthodologie pour déterminer le déficit d’évaporation
Conclusion de la première partie
Deuxième partie spatialisation de l’évapotranspiration dans le bassin versant de Mejerda
Introduction
Quatrième chapitre : spatialisation de l’évapotranspiration potentielle (ETP)
4.1. Approche méthodologique : l’interpolation SEDI
4.2. Les niveaux annuels de l’évapotranspiration potentielle
4.3. Les niveaux saisonniers de l’évapotranspiration potentielle
4.4. Le régime mensuel moyen de l’évapotranspiration potentielle
Cinquième chapitre : spatialisation de l’evapotranspiration maximale (ETM)
5.1. Approche méthodologique : les paramètres de base de la cartographie de l’ETM
5.2. Les niveaux annuels de l’évapotranspiration maximale
5.3. Les niveaux saisonniers de l’évapotranspiration maximale
5.4. Le niveau moyen mensuel de l’évapotranspiration maximale
Sixième chapitre : cartographie de l’evapotranspiration reelle (ETR)
6.1. Approche méthodologique : élément de la cartographie de l’évapotranspiration réelle
6.2. Les niveaux annuels l’ETR
6.3. Les niveaux saisonniers de l’ETR
6.4. Le niveau moyen mensuel de l’ETR
Conclusion de la deuxième partie
Troisième partie : suivi de la déficience d’évaporation dans le bassin versant de la Mejerda
Introduction
Septième chapitre : la déficience d’évaporation : spatialisation et niveaux
7.1. La démarche adoptée
7.2. Spatialisation de la déficience d’évaporation dans le bassin versant de la Mejerda : définition des secteurs à risque de stress hydrique
7.3. Variabilité du régime mensuel de la déficience d’évaporation
Huitième chapitre : déficience d’évaporation : typologie, intensité et fréquence
8.1. Méthodologie
8.2. Typologie de la déficience d’évaporation
8.3. L’intensité et la fréquence de la déficience d’évaporation
Neuvième chapitre : éssai de zonage de la déficience d’évaporation dans le bassin versant de Mejerda
9.1. Choix des critères d’analyses et de validation de zonage
9.2. Analyse et interprétation des résultats de la régionalisation du bassin versant de Mejerda : les variantes régionales
9.3. Discussion sur la méthode et les résultats
Conclusion de la troisième partie
Conclusion générale
Principaux résultats
Les perspectives
Reférences bibliographiques
Listes des figures
Liste des tableaux
Table des matiéres
Annexes
