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11/09/2017

Réutilisation des eaux usées pour l'irrigation en agriculture : une estimation globale

Publié en juillet, un article des Environmental Research Letters développe une méthode permettant d'estimer, à partir de bases de données existantes, la probabilité que des eaux usées soient réutilisées sur les terres agricoles. Les auteurs estiment ainsi qu'au niveau mondial, 29,3 millions d'hectares (Mha) sont concernés, principalement (85 %) dans cinq pays : Chine, Inde, Pakistan, Mexique et Iran.

Pour arriver à ces résultats, les auteurs ont utilisé la base de données MIRCA2000, afin d'identifier les surfaces irriguées péri-urbaines, situées au maximum à 40 km en aval de zones urbaines de plus de 50 000 habitants. Ces données ont ensuite été superposées à la carte du réseau des cours d'eau par bassin versant. Ce croisement leur a permis d'obtenir les zones péri-urbaines cultivées et irriguées à partir d'eaux superficielles, qu'ils ont nommées downstream irrigated cropland (DSIC). Les auteurs ont par la suite qualifié la part des eaux usées dans les eaux de surface en recourant au return flow ratio (RFR) développé dans le projet AQUEDUCT, et ont retenu les valeurs supérieures à 20 %.

La dernière étape a consisté en une classification des zones selon le pourcentage d'eaux usées traitées, en s'appuyant sur d'autres sources d'information : publications scientifiques, FAO AQUASTAT, rapports nationaux du Joint monitoring program, et International Utility Benchmarking Network (IBNET). Sur cette base, les auteurs ont finalement exclu les zones où plus de 75 % des eaux usées étaient traitées. Ainsi, si les États-Unis sont le pays avec le plus grand nombre d'hectares susceptibles de dépendre des eaux usées pour l'irrigation (DSIC), il est peu probable que ces 2,8 Mha soient irrigués par des eaux usées non traitées. La figure ci-dessous reprend les différentes étapes et les résultats de l'étude au niveau global.

Surfaces irriguées selon les différentes catégories successivement définies dans l'étude

irrigation.jpg

Source : Environmental Research Letters

Les surfaces calculées sont 8 fois supérieures à celles issues de précédents travaux reposant sur des enquêtes et des statistiques nationales. Les auteurs soulignent plusieurs limites : la saisonnalité des pluies qui fait varier les résultats consécutivement au choix du ratio RFR, la probable surestimation des niveaux de traitement des eaux usées par manque de données à une échelle fine, une approche plutôt globale ne tenant pas compte du type de cultures irriguées, etc.

Élise Delgoulet, Centre d'études et de prospective

Source : Environmental Research Letters

11:14 Publié dans Enseignement et recherche, Environnement, Production et marchés | Lien permanent | Tags : irrigation, eaux usées, reuse |  Imprimer | | | | |  Facebook

08/09/2017

Optimiser la répartition des cultures, dans un contexte d'irrigation contrainte : un défi pour les algorithmes

Dans un article publié en août dans la revue PloS ONE, des mathématiciens sud-africains ont approfondi leurs travaux sur les algorithmes permettant de répondre au problème d'allocation des cultures à l'échelle d'une région agricole, une problématique complexe qui retient de plus en plus l'attention des chercheurs en intelligence artificielle.

Ayant appliqué auparavant cette problématique à un système d'irrigation sous contrainte forte, ils ont raffiné leur analyse pour mieux refléter les conditions réelles des décisions d'allocation. Pour cela, ils ont introduit des paramètres économiques : d'une part le principe d'économies d'échelle au niveau des exploitations agricoles, d'autre part l'impact d'un déplacement de l'offre sur les prix d'équilibre des produits. Le principe des économies d'échelle est intégré via la séparation des coûts fixes et des coûts variables pour chaque culture. Les conditions de marché réagissent aux variations de la production de chaque culture en fonction de l'assolement, ce qui se traduit par une modification du prix d'équilibre.

Le système ainsi testé vise à optimiser l'allocation des terres entre cultures annuelles, dans un système irrigué où la disponibilité en eau est réduite et coûteuse, de façon à dégager le meilleur revenu à l'hectare. Les données utilisées sont celles du Vaalharts Irrigation Scheme, l'un des réseaux d'irrigation les plus importants au monde, couvrant plus de 36 000 hectares dans la région du Cap en Afrique du Sud.

Les auteurs poursuivent ainsi leurs travaux sur l'« algorithme renforcé de meilleure performance » (the enhanced Best Performance Algorithm, eBPA), nouvel outil appartenant à la famille des métaheuristiques. Ces algorithmes permettent de résoudre des problèmes d'optimisation difficiles en s'inspirant notamment de comportements observés dans le monde animal (colonies de fourmis, essaims d'abeilles, etc.), en particulier en utilisant des phénomènes d'apprentissage issu des expériences successives. Comparant ses performances avec deux autres algorithmes de la même famille, les chercheurs mettent en évidence l'efficacité de cet outil mathématique, qui a identifié la solution la meilleure (permettant le meilleur revenu à l'hectare) dans le minimum de temps. Ces travaux laissent entrevoir, à terme, des applications en matière d'aide à la décision pour les acteurs agricoles.

Muriel Mahé, Centre d'études et de prospective

Source : PloS ONE

15/01/2015

Eau et énergie : l'impact de l'agriculture irriguée en Méditerranée

Dans une publication de Environmental Research Letters datant de décembre 2014, des chercheurs des universités de Cranfield en Angleterre et de Cordoue en Espagne ont exploré les impacts de l'agriculture irriguée dans le bassin méditerranéen. Plus spécifiquement, ils ont calculé, à l'aide d'un modèle intégré et spatialisé, la demande en eau par culture (m3 par kg pour les cultures de citron, coton, olive, tournesol, légumes, vignes, céréales) et la quantité de CO2 émis résultant de l'eau pompée dans les nappes phréatiques pour l'irrigation (CO2 par kg).

Selon cette étude, environ 61 km3 d'eau ont été prélevés chaque année sur la période 1970-2010, principalement pour les céréales (44 %). De plus, l’Égypte, la Turquie, la Syrie et l'Espagne sont les principaux pays demandeurs en eau. Quant à la quantité de CO2 émis par le pompage en nappes, elle est au total de 1,78 Gt CO2 par an ; les cultures ayant les émissions par tonne les plus élevées sont le tournesol (73 Gt CO2 par an) et le coton (60 Gt CO2 par an). Le graphique ci-dessous représente les estimations des prélèvements en eau et en émissions calculées par les auteurs en fonction du pays.

Estimations des prélèvements en eau et en émissions en fonction du pays dans le bassin méditerranéen, pour une sélection donnée de cultures

eau.jpg

Source : Environmental Research Letters

Dans ce travail, les auteurs étudient aussi les conséquences de trois scénarios, comparés aux estimations citées ci-dessus, 61 km3 d'eau prélevée et 1,78 Gt CO2 émises (scénario business as usual) :

- le premier scénario correspond à un changement technologique, soit une modernisation des systèmes d'irrigation (aspersion, goutte à goutte) permettant en théorie une économie des prélèvements en eau de 20 à 30 % ; la demande serait alors diminuée de 13 %, mais les émissions de CO2 augmenteraient de 135 % ;

- le deuxième scénario fait l'hypothèse d'une chute de 10 m du niveau piézométrique des nappes du bassin méditerranéen, l'accès à la ressource en eau devenant alors plus difficile, ce qui, selon les chercheurs, entraînerait une augmentation de 39% des émissions de CO2 ;

- le troisième scénario serait celui de la mutation de l'ensemble de l'agriculture pluviale en agriculture irriguée, ce qui représenterait une augmentation de la demande en eau de 137 % et des émissions de CO2 de 270 %.

Cette étude permet donc un premier éclairage quantifié et cartographié du lien entre prélèvements en eaux et émissions d'un gaz à effet de serre pour l'activité agricole du bassin méditerranéen. Les auteurs citent des pistes d'améliorations possibles : tendre vers une meilleure résolution spatiale, analyser la sensibilité des résultats à la limite que représente l'étude d'un nombre restreint de cultures, etc.

Élise Delgoulet, Centre d’études et de prospective

Source : Environmental Research Letters

 

16:11 Publié dans Climat, Environnement | Lien permanent | Tags : eau, irrigation |  Imprimer | | | | |  Facebook