La ferti-irrigation au service de l’agriculture de précision

Entre la nécessité de réduire les coûts, la gestion raisonnée des ressources naturelles, la protection des écosystèmes et la recherche de rendements optimaux, la fertigation se révèle être un atout précieux au service des agriculteurs. Applicable en agriculture conventionnelle comme en bio, cette technique associant irrigation et fertilisation peut représenter jusqu’à 40 % d’économie d’eau, 50 % de réduction des engrais utilisés et des augmentations de rendement allant de 20 % à 30 % selon les cultures et les conditions. Ce guide explore en détail les principes, les avantages, les stratégies et les équipements nécessaires pour réussir votre ferti-irrigation.

Définition de fertigation en agriculture

Également appelée fertirrigation ou ferti-irrigation, la fertigation est une technique agricole qui combine l'irrigation et la fertilisation des cultures en un seul processus. Elle consiste à injecter des nutriments (engrais, amendements) hydrosolubles, directement dans le système d'irrigation (goutte-à-goutte, aspersion), ce qui permet de fournir de manière simultanée et ciblée, l'eau et les éléments nutritifs essentiels au développement des plantes.

L’intérêt de ce procédé est d’apporter tous les nutriments nécessaires sous forme ionique, directement au niveau des racines (dans le cas du goutte-à-goutte). Cette méthode, qui vise à optimiser l’utilisation des ressources, est à moduler en fonction :

• des besoins nutritionnels spécifiques des cultures
• des caractéristiques du sol en présence
• des conditions climatiques

La ferti-irrigation est particulièrement intéressante pour son efficacité dans la gestion durable de l’eau et des engrais, tout en améliorant les rendements et la qualité des productions agricoles.

Brève histoire de la fertirrigation

La fertigation trouve ses racines dans les recherches menées à partir du 19e siècle sur la nutrition des plantes, lorsque les scientifiques ont commencé à cultiver des végétaux dans des milieux dépourvus de sol, tels que l’eau ou le sable. Ces expériences ont introduit l’utilisation de solutions fertilisantes solubles, un premier pas vers la fertigation moderne.

Une avancée majeure est survenue avec la création de la solution de Hoagland, mise au point à l’Université de Californie à Berkeley dans les années 1930. Ce mélange nutritif, conçu à partir de sols hautement fertiles, est rapidement devenu une référence pour les expériences de culture hors-sol, notamment pour les conifères et certaines plantes à feuilles caduques.

Dans les années 1970, l’émergence des pépinières en conteneurs marque un tournant. Les besoins croissants en solutions précises pour gérer la nutrition des plantes conduisent à l’adoption généralisée de cette technique. Des systèmes de fertigation sophistiqués sont alors développés pour répondre aux besoins spécifiques des plantes selon leurs stades de croissance, avec pour conséquence d’augmenter l’efficacité des apports.

Les avancées technologiques, telles que les injecteurs de nutriments et les systèmes d’irrigation automatisés, ont permis d’élargir l’utilisation de la fertigation à des domaines plus variés, allant des cultures en serre aux grandes exploitations agricoles. Cette méthode est largement plébiscitée pour sa capacité à combiner productivité et durabilité, un argument de poids à l’heure du changement climatique.

Quelles sont les cultures par la fertigation ?

La fertigation est une technique polyvalente qui peut s’adapter à un grand nombre de cultures. Grâce au développement d’entreprises spécialisées et de matériels adaptés, les agriculteurs disposent aujourd’hui de solutions pratiques utilisables dans tous types de situations :

• cultures maraîchères (tomates, poivrons, concombres, salades, asperges…) qui nécessitent un suivi rigoureux des besoins nutritionnels tout au long de leur cycle de croissance ;
• cultures fruitières et pérennes (agrumes, pommiers, poiriers, vigne…) pour améliorer la taille, le goût et la conservation des fruits ;
• cultures sous serre (horticoles, maraîchères, hydroponiques) avec conditions de croissance contrôlées, pour une précision accrue dans l’apport de nutriments ;
• cultures en sols pauvres ou sablonneux pour compenser les carences en matière organique et améliorer la rétention des nutriments ;
• pépinières ou encore espaces verts (pelouses, arbres, arbustes) en milieux urbains ou semi-urbains pour un entretien optimisé et durable.

Concernant les grandes cultures, la superficie des parcelles reste un défi pour l’intégration de systèmes goutte-à-goutte. Toutefois, la fertigation fonctionne aussi avec des systèmes par aspersion plus classiques comme les rampes et les pivots fixes ou mobiles. Ce qui offre un meilleur contrôle sur les risques de lessivage.

Avantages de la fertigation pour les agriculteurs 

Economies d'eau et d'engrais

Efficacité accrue de l'apport en nutriments 

Par rapport à la fertilisation classique avec des engrais secs et granuleux, l'application d’engrais hydrosolubles, dilués dans l’eau, vise directement les racines. Il y a moins de risque d’apport massif d’engrais entraînant une croissance végétative excessive, trop de salinité ou une toxicité.

L’assimilation est donc mieux contrôlée, plus homogène, plus uniforme et plus rapide : les nutriments essentiels sont disponibles pour les plantes au moment optimal. Ce qui doit conduire à l’amélioration des rendements si le pilotage de la fertigation est correctement mené. Et le coût des intrants peut théoriquement être diminué.

Il faut aussi noter l’intérêt de la méthode pour la biomasse et l’activité microbienne du sol. Une étude de 2011 menée sur la banane a montré que la fertigation améliorait d’au moins 26 % l’activité microbienne dans les 80 premiers centimètres du sol, contre seulement 9 % avec une fertilisation conventionnelle.

Quel impact sur l'apport en nutriments ?

 

📉 Réduction d'apport massif d'engrais

💸 Amélioration des rendements 

📈 Amélioration de l’activité microbienne du sol

 

Réduction de la pollution (lessivage, lutte contre les adventices)

La fertigation a le mérite de limiter les risques de lessivage et de pollution des nappes phréatiques. Un bon pilotage garantit l’utilisation optimale des hydrosolubles au niveau nécessaire pour la plante. Le minutage de l’irrigation évite la surutilisation de solution hydrosoluble, afin de ne pas dépasser la profondeur racinaire.

Par extension, il y a aussi un meilleur contrôle des adventices, puisque seules les cultures ciblées reçoivent les doses de fertilisants. Les agriculteurs peuvent donc mieux gérer le recours aux herbicides et l’impact associé sur les écosystèmes.

Plus de flexibilité au quotidien pour les agriculteurs 

En plus des bénéfices déjà cités concernant les récoltes, on trouve aussi des avantages du côté de la vie de l’agriculteur, notamment en matière de :

• économie de carburant : plus besoin d’épandre les engrais en granulés sur l’ensemble de l’exploitation ;
• conservation des sols : moins de tassement lié au passage du tracteur, moins d’érosion des sols ;
• temps et main d’œuvre : une fois installé, le système est pilotable à distance et le suivi est possible avec le smartphone, moins de passages sur la parcelle ;
• adaptation aux stades phénologiques : possibilité de fertirriguer à tout moment, en petites applications pour conserver la disponibilité de l’engrais, notamment avec le suivi de la somme des températures 

Les limites de la fertigation

Si la fertigation est un pas de plus vers une agriculture plus durable, il existe toutefois certaines limites à connaître avant d’envisager l’acquisition d’un système d’irrigation. Ces limites peuvent bien sûr être surmontées par une planification rigoureuse, une formation adéquate et l’adoption de bonnes pratiques agronomiques :

• coût d’acquisition élevé : l’achat et la mise en place du matériel (injecteurs, pompes, filtres, systèmes d’automatisation…) peut constituer un frein pour les petites exploitations.
• entretien et gestion technique : il faut prévenir les dépôts et les obstructions, tout en contrôlant fréquemment la qualité de l’eau et des nutriments.
• risque de corrosion du système : ce risque est lié soit à la réaction de certains produits avec les composants, soit à la corrosion due au contact du sol lorsque le système est enterré.
• risque de surfertilisation : un mauvais calibrage des doses peut causer des brûlures racinaires ou une accumulation excessive de sels dans le sol.
• eau d’irrigation de bonne qualité : faible teneur en sels et en particules en suspension. Une eau inadaptée peut réduire l’efficacité des apports nutritifs et endommager le système.
• risque pour la nappe phréatique : en cas de mauvaise conception ou de systèmes de surveillance défectueux, la fertirrigation peut se révéler nocive pour le sous-sol et les écosystèmes.
• limites techniques : gardez à l’esprit que le système fonctionne à l’électricité. Bien qu’improbable en France, une panne peut rapidement s’avérer problématique au moment où la plante a le plus besoin d’apport en eau et en nutriments

4 stratégies à suivre pour réussir sa fertigation

Il existe 4 grandes stratégies à suivre en fertigation, modulables selon les besoins de vos cultures et de vos objectifs agronomiques :

Matériels et méthodes d'application de la fertigation

Les systèmes de fertigation peuvent varier en complexité, allant de systèmes manuels à des technologies entièrement automatisées, qui intègrent des capteurs pour un contrôle précis des apports. En général, le matériel de fertirrigation se compose de :

• systèmes d’injection automatisés ou manuels : injecteurs, pompes d’injection, réservoirs de mélange ;
• systèmes de contrôle et de régulation : vannes de régulation, capteurs de pression, de pH et de conductivité électrique (CE), automates et contrôleurs ;
• systèmes d’irrigation : goutte-à-goutte, par aspersion ou micro-aspersion, sous pression ;
• équipements de stockage et de sécurité : réservoirs d’engrais, clapets anti-retour, filtres ;
• systèmes de récupération : pour le traitement de l’eau en cas de circuit fermé ;
• matériel de maintenance : nettoyants pour équipements, outils de réparation, kits de test (pH, CE,qualité de l’eau…) ;
• engrais : sous forme soluble ou déjà liquide.

Il est à noter l’importance du choix du matériau constituant tous les équipements qui seront en contact avec les engrais. Ceux-ci doivent être en acier inoxydable, en plastique ou constitués de tout autre matériau non corrosif. Bien entendu, le dosage de la solution hydrosoluble sera également important.

Systèmes de dosage et d'automatisation

Les systèmes de dosage et d’automatisation permettent un contrôle précis et en temps réel des apports en nutriments et en eau. Ils s’appuient sur des capteurs et des logiciels capables de réguler automatiquement la quantité, la durée et la fréquence des applications en fonction des besoins des cultures et des conditions du champ. Ils fonctionnent avec les équipements suivants :

• capteurs intégrés : mesure des paramètres pour ajuster les apports (pH, conductivité électrique, humidité du sol) ;
• programmation automatique : planification et ajustement des cycles d’injection en fonction des stades de croissance des plantes ;
• logiciels de gestion : fourniture de données exploitables pour optimiser l’efficacité des apports et réduire les pertes.

Avec ces systèmes, les agriculteurs peuvent réduire les gaspillages, améliorer l’efficacité des nutriments et gagner en précision tout en économisant du temps et des ressources.

Coût d'une installation de fertirrigation 

La fertirrigation représente un investissement initial conséquent, mais sa rentabilité se manifeste sur le long terme grâce à l’optimisation des ressources en eau et en nutriments. Voici les principaux coûts associés pour un exemple de fertigation en vigne :

• coût d’installation : entre 2 520 et 3 400 €/ha (station de filtration, raccords, goutteurs, cuves, pompe) ;
• coût de main d’œuvre : 420 à 560 €/ha/an (mise en place) ;
• coût d’entretien : autour de 80 €/ha/an (nettoyage, réparations du réseau, main-d’œuvre), variable selon les régions ;
• coût d’arrosage : entre 150 et 170 €/ha/an (pilotage, déclenchement) ;
• coût de l’eau : entre 300 à 1 000 m³/ha/an selon les modes de prélèvement (tours d’eau, châteaux d’eau, forages, distance entre la borne / forage et la parcelle) ;
• coût des engrais : entre 50 et 200 € pour 100 kg.

Fertigation par réservoir de mélange 

La fertigation par réservoir de mélange repose sur l'utilisation d'un réservoir central où les engrais solubles sont versés manuellement ou automatiquement dans l'eau avant d’être aspirés dans le système d’irrigation par le biais d’une vanne ou d’un injecteur. Cette méthode peut être utilisée avec des solutions nutritives pré-mélangées ou en dissolvant directement des engrais solides ou liquides dans l’eau d’irrigation.

Cette méthode est largement utilisée pour les cultures nécessitant des apports réguliers et bien contrôlés, comme les cultures maraîchères, les vergers ou les vignobles. Elle convient également aux exploitations de taille moyenne disposant de systèmes d’irrigation localisés comme l'irrigation goutte-à-goutte.

Fertigation par injection directe 

Dans le cadre de la fertirrigation par injection directe, les engrais solubles sont stockés dans un réservoir et introduits directement dans la conduite principale d'irrigation via une pompe ou un injecteur. Cette méthode permet de mélanger en temps réel les nutriments à l’eau d’irrigation, sans besoin de pré-mélange dans un réservoir.

Cette technique est largement utilisée dans les exploitations agricoles de moyenne et grande échelle pour sa précision et son efficacité.

Fertigation par différentiel de pression

La fertigation par différentiel de pression de type Venturi repose sur un principe d'aspiration sous vide généré par un système hydraulique perfectionné, sans nécessiter de pompe mécanique. Ce procédé utilise une différence de pression pour injecter les engrais dans l'eau d'irrigation, une méthode simple et économique pour intégrer la fertigation dans un système existant.

L'injecteur Venturi crée une dépression lorsque l'eau s'écoule à travers un passage étroit qui s'élargit progressivement. Cette dépression aspire la solution nutritive depuis un réservoir externe et la mélange à l'eau d'irrigation. Cette conception permet aux injecteurs de fonctionner avec des écarts de pression relativement faibles, rendant le système efficace même dans des conditions hydrauliques simples.

Réussir sa fertigation : les éléments clés à considérer 

Les systèmes modernes possèdent normalement tous les équipements pour ajuster la fertirrigation aux conditions de culture. Rappelons brièvement tous les points à prendre en compte qui vont influencer votre gestion de la ferti-irrigation :

• la géographie du terrain (serre, parcelle avec pente…)
• le type de culture
• le stade phénologique
• le type de sol
• la biomasse présente
• la température du sol
• la température de l’air
• la réglementation en vigueur 

L’importance de la qualité de l’eau d’irrigation

Avant même de réfléchir au choix de l’engrais, il faut analyser la qualité de l’eau utilisée pour la fertigation. Voici les principaux paramètres à observer :

• salinité et conductivité électrique (CE) : une eau contenant des niveaux élevés de sels dissous peut augmenter la salinité du sol, ce qui va entraîner un stress osmotique pour les plantes. Résultats : absorption compliquée de l'eau et des nutriments, réduction des rendements, mort des cultures dans les cas extrêmes.
• dureté de l’eau : l’eau dure contient des concentrations élevées de calcium et de magnésium, favorisant la précipitation d’engrais solubles comme le phosphate ou le sulfate. Résultats : obstructions dans les systèmes d’irrigation. Additifs et adoucisseurs d’eau, peuvent être nécessaires
• pH de l’eau : le pH de l’eau affecte directement la solubilité des engrais et leur disponibilité pour les plantes. Une eau trop acide ou trop alcaline peut causer la précipitation des nutriments et la corrosion des équipements.
• présence de particules et de matières en suspension : sédiments et matières organiques peuvent obstruer les émetteurs et les conduites d’irrigation. Une filtration adéquate sera nécessaire pour éviter ces problèmes, en particulier dans les systèmes de micro-irrigation ou goutte-à-goutte.
• contamination chimique ou biologique : résidus de pesticides et agents pathogènes peuvent altérer la santé des plantes et la qualité des récoltes.

La compatibilité des engrais

Si vous envisagez un mélange de solutions hydrosolubles, vous prendrez soin de contrôler leur compatibilité. Lorsqu’ils sont mal combinés, certains engrais peuvent réagir chimiquement, formant des précipités ou réduisant leur solubilité, ce qui risque d’obstruer les systèmes ou diminuer la disponibilité des nutriments pour les plantes.

Même si les fournisseurs proposent leurs propres recommandations qu’il faudra respecter, voici quelques principes de base pour assurer la compatibilité des produits :

• éviter les réactions indésirables : ne pas mélanger les engrais contenant du calcium avec des phosphates ou des sulfates, car cela entraîne la formation de dépôts insolubles.
• séparer les engrais acides : tels que l’acide phosphorique, des chélates, car un pH acide peut les dégrader.
• utiliser des réservoirs distincts : les engrais susceptibles d’interagir doivent être stockés et injectés séparément. Par exemple : solutions de phosphate et solutions de sulfate.
• surveiller le pH : les engrais contenant de l’ammonium ou de l’urée sont plus stables dans des solutions légèrement acides. Les engrais acides (ex. : acide nitrique) peuvent abaisser le pH de la solution et favoriser la dissolution de certains nutriments, mais ils doivent être utilisés avec précaution pour éviter la corrosion.

Il existe des parades comme effectuer un test préalable, utiliser des engrais prêts à l’emploi ou bien suivre avec attention les paramètres de la solution (pH, conductivité électrique…) pour détecter les déséquilibres.

La solubilité des engrais

La performance de la fertigation repose avant tout sur la capacité des engrais à se dissoudre correctement dans l’eau et à rester stables tout au long du processus d’application. Les engrais et amendements, qu’ils soient solides à dissoudre, ou bien liquides et prêts à l’emploi, doivent être choisis en fonction de leur solubilité dans les conditions réelles du terrain d’application. Il faut aussi prendre en compte :

• la température de l’eau : plus elle est élevée, plus la solubilité est élevée ;
• la qualité de l’eau : une eau dure peut engendrer des précipitations dans la solution ;
• la température ambiante / la saison : la solubilité sera aussi différente en fonction du climat.

Même si les fournisseurs proposent là aussi leurs propres recommandations, veillez à ce que votre concentration ne dépasse pas 5 grammes de produit / litre d’eau afin d’éviter tout risque de corrosion.

Voici quelques exemples pour illustrer la corrélation entre la capacité de solubilité de certains composés (g/L) et la température de l’eau :

Notez qu’une solubilité insuffisante ou des précipitations peuvent entraîner des obstructions dans le système d'irrigation et une distribution inégale des nutriments, ce qui va réduire l’efficacité globale du processus et augmenter les coûts d’entretien et de maintenance.

Le nécessaire entretien du matériel

Même si un rinçage du système doit être prévu en fin de processus, l’entretien régulier du matériel demeure nécessaire si vous voulez éviter des réparations coûteuses ou la pollution du sol.

Cela inclut le nettoyage des filtres, des injecteurs et des conduites par acidification, chloration ou vidange, pour éviter les obstructions causées par des résidus, les dépôts de sels ou encore les racines pour les systèmes enterrés. Il faudra vérifier l’état des joints, des pompes et des raccords pour prévenir les fuites ou les dysfonctionnements.

Comment mesurer l'efficience du système d'irrigation ?

L’efficience d’un système d’irrigation repose sur sa capacité à distribuer l’eau de manière uniforme et à répondre aux besoins réels des cultures tout en minimisant les pertes. Elle peut être évaluée à travers des indicateurs clés comme :

• l’efficacité d’application : mesure le ratio entre l’eau infiltrée dans la zone racinaire et l’eau appliquée ;
• l’uniformité de distribution : reflète la régularité avec laquelle l’eau est dispersée sur le champ.

Cette efficience est le plus souvent compromise par les pertes par évaporation, ruissellement ou percolation profonde. Afin de contrer ce risque, une attention particulière doit être portée aux caractéristiques du système, comme la taille des gouttes d’eau, la hauteur de leur application ou encore les conditions environnementales, telles que le vent ou la température, qui influencent l’évaporation, sans oublier la maintenance pour s’assurer du bon fonctionnement du réseau. Toutefois, l’utilisation de capteurs spécifiques facilitera grandement cette tâche.

Les capteurs existants en irrigation

Plusieurs types de capteurs sont disponibles pour le pilotage de l'irrigation.

On trouve d’abord les sondes capacitives. Elles mesurent l'humidité du sol en émettant un champ électrique et en analysant la réaction du sol. Cette méthode permet une lecture continue de l'humidité à différentes profondeurs, ce qui donne une vision précise de l'état hydrique du sol.

Il existe également les sondes tensiométriques. Installées près des racines, elles évaluent la force que les plantes doivent exercer pour extraire l'eau du sol. Elles fournissent donc des indications sur le moment optimal pour l'irrigation.

Vous trouverez aussi des pyranomètres. Il s’agit de capteurs qui mesurent l'irradiance solaire, un paramètre indispensable pour calculer l'évapotranspiration potentielle (ETP) et établir un bilan hydrique précis, ce qui va aider à déterminer les besoins en eau des cultures.

La sonde capacitive Météus

La sonde capacitive Météus développée par ISAGRI est conçue pour optimiser la gestion de l'irrigation en mesurant l'humidité du sol à différentes profondeurs.

Connectée à une station météo, elle offre une interprétation précise de l'évolution de l'humidité, ce qui vous permet de déclencher l'irrigation uniquement lorsque les cultures en ont besoin. Toutes les données sont accessibles directement via une application mobile.

Ce système, très simple d’utilisation, contribue à des économies d'eau pouvant atteindre 400 m³ par hectare et réduit les coûts énergétiques liés à l'irrigation.

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