climato

Notions d’agroclimatologie appliquée aux analogies agrobioclimatiques.
Ing. A.-B. Ergo MSc.
Généralités et définitions.
L’agroclimatologie est l’ensemble des moyens scientifiques et techniques permettant, par l’exploitation simultanée de données
climatologiques et agronomiques, de donner aux réalisateurs du développement agricole, des éléments utiles à la bonne gestion de
l’agriculture.
La climatologie peut être étudiée de 4 manières différentes.
1. La climatographie consiste dans la présentation des données de base et de leur description verbale ou cartographique.
2. et 3. La climatologie physique et la climatologie dynamique concernent la physique et la dynamique de l’atmosphère ; la première étudie
principalement les échanges d’énergie et les composantes physiques de l’atmosphère, la seconde concerne plus particulièrement les mouvements
atmosphériques et ce qui en résulte.
4. La climatologie appliquée est l’utilisation scientifique des données climatiques appliquées à des problèmes spécifiques de domaines tels que
l’agriculture, la foresterie ou l’industrie.
L’approche de la climatologie peut prendre différentes formes. La présentation des observations sous une forme facilement compréhensible concerne
l’approche descriptive qui peut être complétée par les approches statistique et mathématique. Quant à l’approche synoptique, c’est essentiellement
une méthode analytique.
L’échelle d’application des études est essentielle car elle conditionne les méthodes et les paramètres utilisés. Ainsi, la microclimatologie étudie le
climat d’une zone de distribution horizontale de 10² m et d’une distribution verticale de 10m (Exemple, un jardin, ou les alentours d’une maison). Le
climat local est celui sui étudie une zone de distribution horizontale comprise entre 10² et 104 m et de distribution verticale de 10³m (Exemple,
le climat d’une vallée de rivière et de ses versants). La mésoclimatologie étudie particulièrement le climat d’une zone de distribution horizontale
comprise entre 10³ et 2.105m et de distribution verticale allant jusqu’à 6.10³m. (Exemple : le climat de la Hesbaye, le climat du bassin mosan). La
macroclimatologie étudie le climat de zones de distribution plus grande que les distributions précédentes. (Exemple : le climat de l’aire de
distribution du palmier Elaeis).
L’ensemble des facteurs liés directement au climat forme le climatope qui est une composante de l’écosystème avec l’édaphotope (ensemble des
facteurs liés directement au sol, pédologie) et avec le biotope qui est l’ensemble des organismes vivants, des unicellulaires au plus évolués.
Le climatope et l’édaphotope forment ensemble l’écotope.
Les effets du climat sur le biotope, c’est-à-dire un des lieux d’action de l’agronome, sont en relations fondamentales avec les plantes, les animaux et
l’homme, mais les réactions de chacune de ces cibles sont différentes :
- La plante est statique et subit le climat, elle meurt si un des paramètres atteint un seuil létal (par exemple sécheresse) ; elle s’adapte
généralement par son système de reproduction ; on verra qu’une même plante peut vivre dans plusieurs écotopes, dans ce cas, cette plante
présente différents écotypes.
- L’animal est mobile et subit le climat, (exemple, les migrations pendant lesquelles les animaux vont chercher autre part de meilleures
conditions de vie) ;
- L’homme est mobile et peut agir sur le climat, aussi bien pour les plantes (serre, ombrage, irrigation, drainage) que pour les animaux
(bâtiments de stabulation, abris, etc.) que pour lui (habitation, conditionnement d’air, humidificateur, etc.)
Les domaines d’application de l’agroclimatologie sont nombreux :
1. Développement régional et orientation de l’agriculture :
- estimation de la potentialité agricole en fonction des sites et des types de productions (zonages pédoclimatiques)
- introduction de variétés agricoles nouvelles, de types agricoles nouveaux ;
- introduction de méthodes culturales et d’équipements mieux adaptés ;
- estimation des besoins en recherche dans ces domaines.
2. Choix d’une orientation technico-économique à moyen terme pour une communauté agricole
- comparaison entre les exigences écoclimatiques de spéculations envisageables en un lieu et les paramètres climatiques de ce lieu ;
- introduction de critères climatiques dans les modèles de gestion agricole.
3. Techniques de production agricole et sylvicole
- adaptation des interventions culturales et des équipements aux caractéristiques physiques de l’environnement en tenant particulièrement compte de
la fréquence et de la durée des époques, notamment :
- travail du sol et interventions culturales,
- épandages des engrais, récoltes, fanaison etc.
- mise en application de ces interventions au moment le plus opportun en s’appuyant sur les observations climatologiques récentes ou à courtes
échéances.
4. Protection sanitaire (incidence du climat sur l’hôte et sur la pathologie)
- fréquences des interventions qui dépendent des conditions climatiques habituelles,
- décision d’intervention résultant de la situation climatique du moment et des prévisions,
- mise en évidence des périodes critiques de sensibilité aux maladies.
5. Gestion des ressources hydriques
- choix et dimensionnement d’un système d’irrigation,
- mise en place d’un réseau de drainage ;
- calcul de l’évolution du bilan hydrique et de la réserve utile du sol.
6. Aménagement de l’espace rural
- étude des modifications de climat résultant de certains travaux et leur impact sur l’agriculture (par exemple : déforestration, enlèvement des haies,
plantation de brise-vents etc.) notamment sur les gelées et les variations de l’évapotranspiration potentielle.
7. Prévention des calamités atmosphériques
- étude permettant de connaître les fréquences de gel, de grêle, de sécheresse et de déterminer les zones les moins atteintes en fonction des types de
culture et de la sensibilité de leurs stades phénologiques,
- détermination des équipements les plus rentables pour la prévention de ces calamités.
8. Etude des analogies agrobioclimatiques
- recherche d’écotopes semblables de manière à y transférer des techniques culturales et des plantes qui ont fait la preuve de leur efficacité et de leur
valeur dans des écotopes particulièrement bien étudiés par la recherche agronomique ; choix des variétés témoins dans les expériences
- choix des écotypes d’origine pour l’introduction de nouvelles plantes
Activités biologiques des plantes. Système d’interactions au départ des radiations.
On constate dans le tableau ci-dessus que les éléments climatiques ont une influence certaine sur les plantes. En fait ils ont ce type d’influence sur
tous les êtres vivants. Ces éléments climatiques qui participent à trois grands bilans (bilan radiatif, bilan hydrique et bilan thermique) peuvent être
mesurés et contrôlés et ces mesures permettront d’établir les outils nécessaires aux utilisateurs de l’agroclimatologie.
Éléments écoclimatiques
Radiation globale
Incidence des principaux facteurs climatiques
Photosynthèse, photopériodisme (effets cycliques)
stades de développement
Température de l’air
Existence de seuils biologiques et de sensibilité. Effets cumulatifs
(degré/jour), thermopériodisme (effets cycliques)
Incidence sur les échanges hydriques
l’eau comme constituant des cellules vivantes, comme élément
indispensable au déroulement du métabolisme des tissus, comme
approvisionnement des substances minérales extraites du sol.
Échanges avec le milieu ambiant (ETP et régulation stomatique)
état phytosanitaire des cultures (humectation)
Attitude des organes herbacés (turgescence)
Structure biochimique et pédologique des sols.
Structure physique des sols (battance, érosion)
Transports aéroportés d’éléments organiques vivants (spores,
Insectes, pollens). Effets mécaniques sur les organes aériens
fragiles. Action sur l’ETP (à la limite sur l’échaudage). Érosion
éolienne.
Température du sol
Précipitations et rosée
Pouvoir évaporant
Déficit de saturation
Humidité du sol
Vitesse du vent
Instruments enregistreurs(e) et à lecture directe(d)
(e) solarigraphe, actinographe, héliographe
(d) lucimètre, actinomètre, solarimètre,
pyrhéliomètre
(e) psychrographe, thermomètre sec
(d) thermomètre à maxima et minima
(e) géothermographe (d) géothermomètre
(e) pluviographe, drosographe
(d) pluviomètre
(e) évaporographe (d) atmomètre, évaporomètre
(e) psychrographe, (d) psychromètre
(d) lysimètre
(e) anémographe (d) anémomètre totalisateur
Une station d’agroclimatologie simple comportera :
Pour le calcul du bilan radiatif (un héliographe de Campbell [durée d’insolation] et un lucimètre de Bellani calibré sur un solarigraphe [radiations
globales].
Pour le calcul du bilan thermique (un thermomètre au niveau du gazon, un thermomètre à maxima minima
Pour le contrôle des précipitations et rosée (un pluviomètre et un appareil de Duvdedani)
Pour le contrôle du pouvoir évaporant (un évaporimètre de Piche)
Pour le contrôle du déficit de saturation (un psychromètre)
Pour le contrôle de la température du sol (3 géothermomètres à 10, 20 et 50 cm de profondeur)
Pour le contrôle de l’humidité du sol (un lysimètre)
Pour le contrôle du vent (une girouette [direction] et deux anémomètres [vitesse] un à 2 mètres et l’autre à 10 m de hauteur)
Dans les stations agroclimatologiques de recherche, on doublera les instruments à lecture directe par des instruments enregistreurs ; on y trouvera
également un évapotranspiromètre (soit à pesage électronique, soit à drainage) et parfois une cuve d’évaporation munie d’un anémomètre
totalisateur.
Le diagramme ci-dessus montre que les paramètres climatiques ne sont pas indépendants entre eux, ce qui complique considérablement l’étude des
différents bilans.
La notion d’équilibre hydrique. Les aspects énergétiques et bioclimatiques de l’évapotranspiration (ET).
Le terme évapotranspiration recouvre l’évaporation du sol et la transpiration du végétal. Physiquement, ces deux phénomènes sont identiques,
c’est-à-dire que l’eau passe de l’état liquide à l’état vapeur avec une consommation d’énergie. L’évapotranspiration dépend donc de l’énergie
disponible sur les surfaces évaporantes, c’est-à-dire le rayonnement net et l’advection.
Le rayonnement net par unité de surface du sol tend vers une limite qui est fonction, pour une très grande part, du rayonnement solaire et
atmosphérique. L’advection, qui est l’énergie apportée par l’air ambiant, dépend, pour une surface ayant des caractéristiques aérodynamiques
données, de l’humidité relative de l’air et du renouvellement de ce dernier, le vent.
Il existe donc trois classes dans l’ensemble des facteurs qui interviennent dans ce phénomène :
les facteurs climatologiques et météorologiques dont l’ensemble décrit l’état de l’atmosphère, enveloppe du système évaporant ;
les facteurs propres à la végétation et notamment les différences entre les plantes quant à leur consommation en eau ;
les facteurs physiochimiques du support par lequel se fait l’alimentation en eau, support soumis aussi à une évaporation directe.
La complexité du système provient du nombre de facteurs entrant en jeu, mais surtout des interactions entre ces facteurs. Finalement,
l’évapotranspiration s’exprime en fonction de l’importance de la surface évaporante, de l’état de l’eau libre ou liée à cette surface et de l’énergie
disponible.
L’énergie disponible peut être assimilée à une « demande » imposée par le climat et le système surface-liaison de l’eau à une « offre ».
1°. Si l’offre est supérieure à la demande : l’énergie est le facteur limitant et l’évapotranspiration est maximale pour un climat donné ; on définit de
cette manière l’évapotranspiration potentielle (ETP)
Exemples de situation ou ET= ETP, si l’énergie < à la liaison surface-eau :
- l’évaporation d’une surface d’eau libre (la pastille en papier de l’évaporimètre de Piche)
- une surface nue mouillée par la pluie
- une feuille dont les stomates sont largement ouverts
- un couvert végétal abondant en pleine croissance et très bien alimenté en eau.
2°. Si l’offre est inférieure à la demande, le système surface-liaison de l’eau est le facteur limitant et l’évaporation observée est inférieure à l’ETP ;
on définit de cette manière l’évapotranspiration réelle (ETR)
Exemples de situation ou ET = ETR, si l’énergie > à la liaison surface-eau avec ETR<ETP
- un sol nu desséché en surface, après une pluie
- une feuille dont les stomates sont plus ou poins fermés
- une culture à surface développée insuffisante (début de végétation).
Le facteur ETR/ETP est un facteur hydrique.
Dans l’étude de l’évapotranspiration on constate qu’il existe des niveaux d’organisation définis par des vecteurs scalaires (caractères dominants)
Niveaux d’organisation
Facteurs scalaires de l’évapotranspiration
Cellule végétale
Pression osmotique, hydrostatique et de succion
Feuille
Régulation stomatique, humidité relative environnante
Plante
Régulation stomatique, turgescence relative
Culture, lysimètre
Humidité du sol, microclimat (effet d’oasis)
Bassin versant
Variables climatiques
Cette constatation signifie que l’utilisation d’une même formule de l’ETP pour tous les niveaux d’organisation serait une démarche scientifique
incorrecte. Les méthodes de calculs seront donc classées en fonction des buts définis par l’auteur de la formule, c’est-à-dire en fonction d’une échelle
de temps et d’une échelle de NODS (Niveau d’Organisation, Dimension, Structure), comme le montre le tableau suivant de quelques méthodes de
calcul
NODS
Minute/heure
Jour
mois
Année
Cellule végétale
Taylor et Slyter
Feuille
Méthode des enveloppes de feuilles Méthodes de Parcevaux et
de Jarvis et de Slyter
de Bouchet
Plante
Méthode des enveloppes de plantes
Formule combinée de
de F.W. Went.
Montheit et de Szeicz
Formule de Bouchet
Lysimètre ou culture
Capteur au fluorure de baryum de
Evapotron de Swinbank
Méthode de Hamon, sonde Formule de Budyko
Jones et Wektler
Fluxatron de Dyer, bilans
à neutrons, formule de
Hydriques et sonde à
Thornthwaite
Neutrons.
Petits bassins versants
Formules combinées de
Formule de Thornthwaite
Formule de Budyko
(< à 1000 Km²)
Penman et Bouchet
Formule de Turc (53)
Grands bassins versants
Formule de Turc (61)
Formule de Turc (53)
(> à 1000 Km²)
Plus de 50 formules de calcul de l’évapotranspiration existent et utilisent des paramètres différents. Certaines de ces formules résultent d’ajustements
statistiques et peuvent être qualifiées de formules empiriques (Thornthwaite, Papadakis, Turc, etc.)
D’autres formules résultent d’un raisonnement physique plus rigoureux assortis de quelques hypothèses logiques (Penman, Bouchet, Brochet et
Gerbier, etc.)
Terminologie et définitions de l’évaporation généralement trouvées dans la littérature spécialisée
Évaporation potentielle théorique (EP*) : saturation et absorption de l’énergie au niveau du sommet du couvert
Évaporation potentielle (EP) : évapotranspiration réelle pour une surface entièrement saturée (sol, tiges, feuilles, cas d’un couvert)
Évapotranspiration réelle (ETR) : quantité d’eau perdue sous forme de vapeur, par unité de surface et de temps, pour une culture
d’une surface quelconque.
Évapotranspiration réelle maximale (ETRM) : évapotranspiration réelle d’une culture bien alimentée en eau.
Évapotranspiration optimale (ETRopt) : évaporation assurant la meilleure efficience de l’eau.
Évapotranspiration potentielle (ETP) : évapotranspiration réelle d’un gazon bien alimenté en eau, couvrant et en phase de croissance
active
Évapotranspiration potentielle régionale limite (ETP0)
Évapotranspiration potentielle climatique (ETPc): valeur calculée à partir d’une formule
Évaporation ponctuelle (E) surface d’eau ou surface entièrement saturée.
Les formules usuelles d’évapotranspiration.
1/ La formule de PENMAN (FAO, UNESCO et OMM) procède d’un raisonnement physique rigoureux. Elle évalue le volume des
échanges d’eau entre une surface évaporante et l’atmosphère par le biais du bilan énergétique. Ce dernier met en jeu les échanges de
chaleur par rayonnement, conduction, convection entre la surface évaporante et son environnement (air et sol) ainsi que les chaleurs
latentes de changement d’état de l’eau. (Il existe des tables)
2/ La formule de THORNTHWAITE ajuste l’ETP à une fonction de la température subissant une correction saisonnière due à la
latitude.
3/ L’évapotranspiration potentielle de TURC s’appuie sur un raisonnement empirique étudiant une relation entre la température
moyenne et la radiation globale moyenne correspondante. (Il existe des tables).
4/ La formule de BLANEY-CRIDDLE s’appuie sur la valeur d’un coefficient cultural des plantes en fonction de leur stade de
croissance, sur un coefficient relatif à la température moyenne, sur la température moyenne et sur le pourcentage d’heures diurnes par
rapport au nombre total d‘heures diurnes annuelles. (Il existe des tables).
5/. L’évapotranspiration potentielle de PAPADAKIS s’appuie sur la différence entre la tension de vapeur saturée correspondant à la
température moyenne maximale et la tension de vapeur saturée correspondant à la température minimale moins 2 degrés, cette
différence étant multipliée par une constante. (Il existe des tables).
Aspects agronomique des transferts d’eau.
L’eau à l’état liquide, contenue dans le sol, n’est pas totalement disponible pour la plante. On considère généralement qu’elle a trois états différents :
une réserve d’eau difficilement utilisable
une réserve d’eau facilement utilisable (RFU) qui forme, avec la première classe la réserve utile (RU) et qui équivaut à peu près à la moitié
de celle-ci.
une réserve d’eau solidement liée au sol et non utilisable par les plantes.
La réserve facilement utilisable ne dépend pas seulement des propriétés hydriques statiques du sol, mais aussi de la dynamique de l’eau dans le sol.
Hallaire a démontré que l’extraction de l’eau par la végétation dépendait non seulement de l’humidité du sol, mais aussi du taux de dessèchement de
celui-ci (H/ t).
Le potentiel efficace du transfert d’eau (e) est fonction à la fois de l’humidité actuelle du sol, donc de son potentiel capillaire ( )1 et de la vitesse
de dessèchement.
e =  + H/ t
Si la réserve d’eau est importante, le troisième terme est négligeable. Dans le cas contraire, c’est lui qui devient la partie essentielle de la formule.
L’eau du sol peut donc être divisée en classes d’humidité qui auront chacune, et pour chaque type de sol, une rétention d’eau particulière, des
mobilités d’eau différentes, des aptitudes particulières de déplacer la forme liquide de l’eau vers la surface d’évaporation et même des différences
importantes dans l’accessibilité de l’eau aux plantes.
Rode a étudié ces particularités pour 6 différentes classes d’humidité, dans les sols et sous-sols sableux, dans les sols et sous-sols limoneux, dans les
sols et sous-sols fins, limoneux et argileux, et dans les sols limoneux et argileux à structure motteuse ou granulée.
Le potentiel capillaire (ou matriciel) est l’énergie nécessaire pour extraire 1 gr d’eau du sol et le transformer en 1 gr d’eau libre à même niveau, même température et
même salinité.
1
Le Bilan Radiatif
Il existe plusieurs sources de rayonnement (soleil, pleine lune, lumière du ciel nocturne, l’ultraviolet spacial, les rayons cosmiques, la lumière des
étoiles et la chaleur interne du globe terrestre), mais les deux principaux rayonnements électromagnétiques observables dans l’atmosphère et
comparables au point de vue énergétique, sont le rayonnement solaire et le rayonnement tellurique (créé par le sol et par l’atmosphère, nuages
compris).
La radiation globale (R) est influencée par : la constante solaire (1,98 cal/cm²/min, 0,138W/cm²)
la latitude et l’époque de l’année
l’influence de l’atmosphère
l’albédo de la surface du sol
l’altitude du lieu
l’unité de temps
Si la radiation globale est observée au moyen d’appareils, elle a une portée locale ; si elle est calculée sa portée est élargie.
R = Ro [a +b (n/N)]
avec a et b comme constante
Ro radiation à la limite de l’atmosphère
n, durée d’insolation
N maximum possible en durée d’insolation.
L’albédo est la mesure du pouvoir réfléchissant d’une surface. Les radiations réfléchies sont exprimées en % de la radiation globale. C’est le
pourcentage de la quantité de lumière réfléchie par un corps.
Les valeurs de l’albédo varient avec l’angle des rayons, c’est-à-dire, au cours de la journée avec la marche journalière du soleil et au cours de l’année
avec la latitude et la marche saisonnière du soleil.
Bilan moyen global annuel des rayonnements solaires et telluriques d’après London.
Représentation graphique des climats
L’intérêt des représentations 3 et 4 est qu’on peut y inclure facilement par superposition, les courbes relatives aux exigences des plantes.
1. Les axes climatiques et les zones physiographiques d’Azzi représentent sur deux axes les déficits et les excès de température et les déficits et les
excès des précipitations.
2. La représentation polygonale de Chaptal est articulée autour de 8 axes représentant la température moyenne du sol, la température moyenne de
l’air, les précipitations totales, la durée des pluies, la durée d’insolation, l’état hygrométrique moyen, le déficit de saturation et la
température du sol à 25 cm.
3. Le climogramme de Taylor (appelé parfois climatogramme) donne en abscisse la température moyenne mensuelle en °C, et en ordonnée le total
des pluies mensuelles en mm. Les représentations mensuelles sont numérotées suivant l’ordre des mois. On peut y inclure la droite P=2T,
limite de la saison sèche d’après Gaussen ou celle de Birot P=4T qui limite la période annuelle à bilan hydrique parfait.
4. Les diagrammes ombrothermiques de Bagnouls et Gaussen repris par Walter et Lieth, diagrammes qui permettent de dominer plusieurs
éléments d’un seul coup d’œil. Dans ce diagramme on trouve en abscisse une division mensuelle et en ordonnée deux échelles, une pour la
courbe des températures qui est le double de l’échelle des pluies ; celle-ci étant réduite au dixième pour les pluies mensuelles excédant 100
mm. Les diagrammes ombrothermiques utilisés par le CIDAT (Ergo) comportent en plus des valeurs négatives à l’échelle des températures
et une troisième échelle en ordonnée reprenant les radiations (10 x l’échelle des pluies. Pour le travail graphique au traceur de courbe, les
diagrammes utilisés par le CIDAT sont toujours de la taille d’un A3.
Représentation graphique d’un bilan hydrique. Diagramme de Bagnoul et Gaussen, méthode de Thornthwaite:. Avec RU+/- égal à 100 mm.
Les indices, les coéfficients et les formules climatiques.
1. Le facteur pluviométrique de Lang qui est le rapport de la pluie (mm) à la température (°C) i = P/T
2. L’indice d’aridité de de Martonne qui est le rapport de la pluie (mm) à la température +10 (°C) i = P/(T + 10)
3. Le coéfficient pluviothermique d’Emberger est également un rapport entre P et T mais où les températures sont exprimées au moyen des
températures maximales du mois le plus chaud (M) et des températures minimales du mois le plus froid (m)
Q = 100 P [2 (M/2 + m/2) (M-m)]-1.
4. Le facteur d’aridité de Gorczinsky A = 1/3 coséc (1+/-Ka) (1+/-Kb) R P dans laquelle le facteur cosécante est une correction due à la latitude,
où R est la différence entre les températures moyennes du mois le plus chaud et du mois le plus froid et P = (Ix-In)/Im où Ix est le total
des précipitations de l’année la plus humide, In celui de l’année la moins humide et Im les précipitations moyennes annuelles.
5. L’indice d’humidité de Mangenot (établi dans les régions intertropicales de basses altitudes)
h = [(P/100) + Ms + (Ux/E)] [nS + (500/Un)] -1 dans laquelle P représente les pluies moyennes annuelles en mm, Ms la pluviométrie
moyenne des mois secs, ns le nombre de mois secs, Ux la moyenne annuelle des maxima de l’humidité relative en % et Un la moyenne
annuelle des minima de l’humidité relative en %. Les valeurs de h sont représentatives de certains types de végétation forestière.
6. L’indice d’aridité de Capot-Rey : I = ½ [(100P/E) + (12p/e)] dans lequel P sont les précipitations annuelles et p celles du mois le plus humide
avec E qui est l’évaporation totale avec e l’évapotranspiration du mois le plus humide I est représentatif des types de climats arides.
7. L’indice d’efficacité des pluies de Thornthwaite où les pluies P sont exprimées en inches et les températurest en °F : p,e = 11,5[P/(t-10)]10//9
8. L’indice pluviométrique de Moral qui considère une fonction quadratique de la température moyenne annuelle comme terme de référence au total
des précipitations Le total annuel des pluies devant servir de limite entre l’humidité et la sécheresse est : Ia = P/(T²-10T+200)
9. L’efficacité des pluies de Bailey ep=p/1,025 t avec p comme précipitations annuelles en inches et t température moyenne annuelle en °F.,
formule généralisée par Ergo pour n’importe quelle période : jour, pentade, semaine, décade, mois). EP= Kp.Pp [(1,025 1,8Tp)p] -1 dans
laquelle Pp est le total des précipitations dans la période, Tp la température moyenne de la période, p la longueur de la
période (en jours) et Kp est une constante liée à la durée de la période.
Comparaison graphique de différentes formules des conditions climatiques.
Les grandes classifications climatiques.
1. La classification de Köppen est une classification à double entrée de paramètres climatiques représentant le régime hydrique au moyen de la
répartition des précipitations (toute l’année, l’été, l’hiver ou insuffisantes) et le régime thermique au moyen des températures moyennes. Cette
classification détermine 12 grandes classes.
2. La seconde classification de Thornthwaite étudie le régime hydrique au moyen d’un classement hydrique basé sur la relation suivante :
Im = (100s-60d)/n, un classement thermique basé sur la relation TE=n, une périodicité des pluies : climat humide Ia = 100d/n (en %) et climat sec
Ib = 100s/n (en %) et sur la concentration en été 100 e/n (en %) avec s=eau excédentaire, d=eau déficitaire,n=ETP (ces 3 paramètres sur base
annuelle) et e = ETP durant les mois d’été.
3. La classification de Papadakis est la plus complète en ce qui concerne les phytotechniciens car elle met en évidence la nécessité de tenir compte
de tous les éléments du milieu. Il rejette toutes les classifications basées sur les valeurs synthétiques qui ne tiennent pas compte des variations
d’exigence des plantes au cours des différentes phases végétatives. Sa classification est basée sur les critères suivants :
- précisant les régimes d’humidité : périodes sèches et humides, les pluies de lessivage (Leaching rainfall= Ln), les pluies de lessivage maximale
(Lm), les indices d’humidité mensuels (Im) et annuel (Ia) ;
- précisant les régimes thermiques : combinaison des types thermiques d’hiver et d’été, chaque type étant défini dans ses rapports avec les
exigences de quelques plantes typiques (Elaeis, cocos nucifera, hévéa, citrus, froments d’hiver et de printemps, avoine, coton, café, riz, etc.
- précisant les combinaisons possibles entre ces régimes.
4. Les classifications climatiques qui s’appuient sur des méthodes biologique comme la classification de Meher-Homji basée sur les deux principes
suivants : le classement des climats se fait sur la base des diagrammes ombrothermiques de Bagnouls et Gaussen et dans ce cadre, il crée des
subdivisions basées sur les formules écologiques de Gaussen modifiées.
Relations diagrammétiques entre les climats de Meher-Homji et la végétation.
5. Le système climatique des zones vitales de Holdridge
Ce système consiste en trois niveaux de classification. Holdridge a trouvé que les limites entre les principales unités de végétation pouvaient être
définies en termes d’accroissement logarithmique des températures moyennes annuelles et du total annuel moyen des précipitations. Les
températures moyennes annuelles étant très précises au niveau des tropiques, elles le sont cependant beaucoup moins dans les régions subtropicales.
Holdridge crée donc le concept de biotempératures et dans le calcul des biotempératures annuelles il substitue 0 à toutes les températures négatives.
Dans le diagramme qu’il met au point, lorsque l’échelle 1 de la relation ETP/P croît, le climat devient plus aride ; dans l’échelle 2 si P/n croît, le
climat devient plus humide ; dans l’échelle 3 des biotempératures, si celles-ci croissent, le climat chaud s’impose.
Il existe chez Holdrige, 9 classes d’humidité et 30 zones vitales qui sont séparées par des régions de transition ; il y a 6 régions de transition par
zone.
Une des grandes utilités du système d’Holdridge est de pouvoir redéfinir des conditions climatiques non connues au départ d’une végétation bien
connue et déterminée (phytosociologie)
Ce système est surtout rencontré dans les études relatives à certains pays de l’Amérique latine.
Diagramme des classifications des zones vitales de Holdridge.
6. La classification climatique de Swain, spécialement étudiée pour les climats relatifs aux différentes espèces d’Eucalyptus.
Dans cette classification, les facteurs de zones concernent les précipitations et plus spécialement les nombres de mois secs (4 classes : 0 et 1 ; 2 à
4 ; 5 à 7; et 8 à 12) pour chacune .de ces classes 2 divisions (pluies d’hiver ou de printemps; et pluies d’été et d’automne).
Les facteurs de sous zones concernent les températures moyennes du mois le plus froid. Il y a 5 sous zones : en dessous de 1°c ; de 1,1 à 7,7 °C ;
de 7,8 à 12,7°C ; de 12,8 à 19,4 °C et au dessus de 19,4 °C). Chacune de ces zones est divisée en 3 sous zones relatives aux températures
moyennes du mois le plus chaud. Au total 80 classes climatiques permettant de connaître les climats d’origine de toutes les espèces d’Eucalyptus.
Le calcul du bilan organique.
Les variations dans le temps des deux facteurs complexes sol et climat déterminent une fluctuation interannuelle de rendement des cultures. Si l’on
admet que les effets du sol, contrairement à ceux du climat, ne sont pas aléatoires mais suivent une tendance à long terme qu’il est possible et
avantageux de corriger, la fluctuation interannuelle du rendement peut donc être reportée, pour l’essentiel, à la fluctuation interannuelle du climat.
Tout projet de développement agricole devra donc prendre en compte les fluctuations de rendement liées aux fluctuations climatiques. L’analyse du
rendement exige donc que l’on dispose de séries statistiques assez longues des variables climatiques de façon à pouvoir extrapoler les distributions
de fréquence de ces variables en lois de probabilité. L’importance des données d’observations classiques dans le déterminisme de la productivité
agricole est suffisamment établie pour que s’en dégage la notion de « risque climatique ».
On sait que la production de matières sèches (MS) est une fonction linéaire de l’évapotranspiration relative (ETR/ETM) ; une simple analyse
fréquentielle de cet indice, lors des phases successives du développement d’une culture (ou de la végétation), sera toujours pleine d’intérêt, mais dans
son principe théorique une telle description doit être également fondée au plan agrophysiologique.
Le rendement (qu’il s’agisse de MS totale ou de celle de l’appareil de fructification, grain de céréale, gousse de légumineuse,…) est fonction, pour
des conditions énergétiques données :
de la durée (t2-t1) jours
du développement physique de la culture (par exemple, pour le maïs : émergence et établissement, croissance végétative, floraison,
formation de la récolte, maturation de la récolte).
Des valeurs instantanées, durant ce temps, de l’évapotranspiration relative ETR/ETM
t1 ETR
Tc
R=f(
----- dt) qu’on peut rapprocher de la relation de DE WIT Y = m ----- où Y est le rendement,Tc la transpiration cumulée
t2 ETM
Eo,
Eo l’évaporation d’eau libre d’un bac et m est une caractéristique du cultivar pour les conditions de milieu autres qu’hydriques (minérales
et énergétiques) avec la dimension d’un poids/jour de MS.
Trois questions se posent en culture pluviale à l’agroclimatologue :
en rapport avec la durée np jours de chacune des phases p de développement-croissance des cultivars : la question des positions et des
durées des sous périodes de la période climatique de végétation. À ces conditions de position et de durée devront être ajustées au mieux les
durées et les positions (fixées au semi) des p phases du cycle de végétation de la culture. (voir graphique suivant)
en rapport avec la production de MS (mp en gr/jour) la question de la réalisation dans chacune des phases p (de durée np) de conditions
hydriques (ETR/ETM) susceptibles d’assurer une activité photosynthétique convenable
en rapport avec la production de MS : la question du couvert végétal dans sa densité, à l’égard des conditions hydriques et des conditions
énergétiques. Pour cette troisième question, on tend à augmenter la densité de plantation quand le facteur hydrique est convenable mais la
fertilité faible ; on tend à la diminuer quand l’eau est insuffisante, mais la fertilité convenable.
Détermination des cycles culturaux de deux variétés de riz pluvial en comparaison avec les conditions climatiques moyennes correspondantes.
T1 et T2 sont les durées des phases de croissance et de maturation. D’après J.M. Henry.
Les applications sont diverses et nombreuses.
1. L’indice de Paterson et les isophytes. Cet indice étudie la répartition des forêts dans le monde en prenant en compte les trois bilans essentiels de la
climatologie ainsi que la durée du temps de végétation. Cet indice établi en Europe est exagéré lorsqu’on descend vers l’équateur où on devrait
utiliser les pluies utiles plutôt que la totalité des pluies. La mise des résultats en carte donne lieu à des courbes de même valeur appelées isophytes.
2.L’indice CA de potentialité agricole de Turc. Cet indice relie les productions annuelles à des données macroclimatiques ; on le calcule en
additionnant 12 indices mensuels, chacun de ceux-ci étant le produit d’un facteur héliothermique (HT) et d’un facteur de sécheresse (Fs). Le facteur
héliothermique est le produit d’un facteur thermique (Ft) et d’un facteur solaire (Fh). CA = Ft x Fh x Fs.
La production de matière sèche à l’hectare représente 0,6 CA +/- (2 + 0,1 CA). (il existe des tables)
3. L’indice A de croissance de Papadakis. Cet indice se calcule au départ de la longueur du jour h, d’un indice hydrique H et de la température T.
L’indice hydrique est un rapport des précipitations à une différence de tensions de vapeurs (il existe des tables)
4. Les programmes de simulation de croissance des cultures. Ils sont essentiellement des guides, mais peuvent fournir des informations sur les
relations culture-climat et expliquer pourquoi certains facteurs climatiques sont plus importants que d’autres pour les récoltes, en soulignant les
facteurs induisant des variations statistiquement significatives et en fournissant des informations de base pour de nouvelles expériences sur des
phénomènes insuffisamment connus. Parmi ces programmes, le Programme ELCROS de l’école hollandaise et le programme SPAM (Soil-Plantatmospheric-model) de l’université de Cornell (USA). Des langages spéciaux tels DYNAMO ou CSMP/360 ont été développés pour la simulation
des systèmes biologiques.
5. Les modèles de prévision des récoltes. Ceux-ci utilisent les procédés statistiques conventionnels pour évaluer les coefficients reliant les réponses
de la culture aux données climatologiques ou aux données agro-météorologiques dérivées. Les types classiques de ces modèles sont ceux de BAIER
ou le modèle factoriel récolte-climat de ROBERTSON. Ce dernier explique 73% de la variation observée sur les champs de froment contrôlés
pendant un demi-siècle au Saskatchewan.
6. Les modèles statistiques empiriques étant dépendants du climat et d’autres phénomènes locaux ou régionaux, c’est sur une base régionale et locale
qu’ils seront initiés. Quelques exemples parmi ce type de modèle :
- au Canada, en utilisant uniquement des termes définissant les précipitations, Baier et Williams ont trouvé une relation entre les récoltes
de céréales et les paramètres mis en œuvre ;
- au Brésil, Da Mota et Acosta font des prédictions de récolte au départ de l’insolation de septembre et d’août et de l’humidité de l’air du
mois d’octobre ;
- en Iran, Lomas explique 65% de la variation observée sur des récoltes de froment par les données pluviométriques ; Hashemi trouve une
relation similaire en remplaçant les pluies annuelles par le total des pluies de novembre à avril ;
- en Turquie Coffing remplace les pluies par le coefficient d‘aridité de De Martonne ;
- Jen-Hu Chang, Campbell et Robinson relient la production potentielle à la quantité de radiations solaires si les conditions de sols et les
techniques culturales sont comparables.
- Jean Hemptinne et Ferwerda trouvent au Congo une corrélation positive entre les récoltes du palmier à huile et les précipitations 12
mois avant celles-ci et une corrélation négative entre les récoltes et les précipitations 31 mois avant celles-ci.
7. L’Agroécological zone method de Wageningen. permet le calcul de la récolte potentielle en matières sèches, on y procède de la manière suivante :
- calcul de la production totale en MS d’une culture standard ;
- application d’une correction due au type de culture et à la température ;
- application d’une correction due au développement de la culture dans le temps et à la surface foliaire (LAI : Leaf area index),
- application d’une correction due à la production nette de MS ;
- application dune correction dur à la partie récoltée de la plante.
Il existe des tables pour effectuer toutes ces corrections.
8. Le Plantgrowth Program du CSIRO. Ce programme de la célèbre institution de recherche australienne prend en compte : la plante et ses
exigences écologiques, les sols, le climat dans ses trois grands bilans et certaines techniques culturales comme l’irrigation, l’ombrage etc.
Il fournit un rapport détaillé sur base mensuelle qui lie les plus grandes contraintes à une échelle de performance de la culture.
L’introduction des plantes.
Plusieurs cas d’espèces peuvent être envisagés, mais les paramètres climatiques des 3 grands bilans doivent être connus pour la zone d’introduction.
1. la plante est connue et déjà étudiée par des stations de recherches : (ex. introduction du pistachier au Mexique)
- on constitue un ensemble climatique au départ des données des stations de recherche (analyse des données)
- on projette dans cet ensemble les paramètres du lieu d’introduction ;
- on calcule les distances dans cet ensemble entre le lieu d’introduction et chaque station de recherche (cluster)
- on choisit les stations correspondant aux plus petites distances et on choisit les meilleurs cultivars de ces stations pour réaliser
l’introduction.
2. la plante est connue mais jamais étudiée : (ex. introduction du Simarouba glauca au Burundi)
- on repaire dans les flores, les lieux de découverte botanique de la plante, on détermine les paramètres climatiques (les 3 bilans) de ces
différents lieux et on constitue un ensemble climatique de distribution botanique de la plante. (analyse des données)
- on projette dans cet ensemble tous les postes climatiques étudiés du pays où doit se faire l’introduction ;
- on calcule les distances entre tous ces postes et tous les lieux de distribution botanique ;
- on choisit les plus petites distances significatives (il peut y avoir plusieurs postes et différentes origines) (Cluster)
- on introduit dans chacun des postes choisis une panoplie de différentes graines (provenant de différentes plantes) collectées dans les lieux
de détermination botanique semblables. Ces graines sont plantées en gene pool.
- l’extension de l’introduction dépendra des observations du gene pool sur plusieurs années.
Scientifiques cités par ordre d’apparition dans le texte.
Taylor, Slyter, Jarvis, Went, Bouchet, Jones, Wektler, Parcevaux, Montheit, Szeicz, Swinbank, Dyer, Penman, Hayton, Thornthwaite, Turc,
Budyko, Papadakis, Brochet, Gerbier, Blaney-Criddle, Hallaire, Rode, London, Azzi, Chaptal, Taylor, Gaussen, Birot, Bagnouls, Walter,
Lieth, Ergo, Long, De Martonne, Emberger, Gorczinski, Moral, Meher-Homji, Holdridge, Swain, De Wit, Paterson, J.M. Henry, Robertson,
Baier, Williams, Da Mota, Acosta, Lomas, Goffing, Jen-Hu Chang, Campbell, Robinson, Hemptinne, Ferwerda.