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 Incidence des principaux facteurs climatiques Instruments enregistreurs(e) et à lecture directe(d)
Radiation globale Photosynthèse, photopériodisme (effets cycliques) (e) solarigraphe, actinographe, héliographe
stades de développement (d) lucimètre, actinomètre, solarimètre,
pyrhéliomètre
Température de l’air Existence de seuils biologiques et de sensibilité. Effets cumulatifs (e) psychrographe, thermomètre sec
(degré/jour), thermopériodisme (effets cycliques) (d) thermomètre à maxima et minima
Température du sol Incidence sur les échanges hydriques (e) géothermographe (d) géothermomètre
Précipitations et rosée l’eau comme constituant des cellules vivantes, comme élément (e) pluviographe, drosographe
indispensable au déroulement du métabolisme des tissus, comme (d) pluviomètre
approvisionnement des substances minérales extraites du sol.
Pouvoir évaporant Échanges avec le milieu ambiant (ETP et régulation stomatique) (e) évaporographe (d) atmomètre, évaporomètre
état phytosanitaire des cultures (humectation)
Déficit de saturation Attitude des organes herbacés (turgescence) (e) psychrographe, (d) psychromètre
Humidité du sol Structure biochimique et pédologique des sols. (d) lysimètre
Structure physique des sols (battance, érosion)
Vitesse du vent Transports aéroportés d’éléments organiques vivants (spores, (e) anémographe (d) anémomètre totalisateur
Insectes, pollens). Effets mécaniques sur les organes aériens
fragiles. Action sur l’ETP (à la limite sur l’échaudage). Érosion
éolienne.
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.
1
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.

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.