Cette thèse visait à caractériser et à modéliser la dynamique des trois ressources principales que sont l'eau, l'azote et le rayonnement dans une association en relais maïs-plante de couverture en semis direct en région tropicale subhumide et ses conséquences sur la productivité de la culture principale et de l'ensemble du système et sur les flux d'eau et d'azote dans le sol. Le travail repose sur un dispositif expérimental mis en place dans les Cerrados, à Unaí (Minas Géras, Brésil) en 2007 pour deux années agricoles, d'une part en station expérimentale permettant un effort de mesure intense et d'autre part dans un réseau de parcelles d'agriculteurs offrant une large gamme de situations pédoclimatiques et de modalités de mise en œuvre des systèmes de culture étudiés. Dans ces derniers, la culture principale était un maïs, et la plante de couverture associée en relais était une culture fourragère tropicale, soit la légumineuse, Cajanus cajan soit la poacée, Brachiaria ruziziensis. Deux dates de semis, précoce et tardive étaient considérées pour le semis de la plante de couverture au sein du maïs, dans le cas de l'essai en station. Ce travail montre que rendement du maïs n'a pas été significativement affecté par la présence de la plante de couverture semée précocement au sein du maïs, en comparaison avec le rendement du maïs en culture pure. En revanche, la production en biomasse de la plante de couverture a été significativement réduite dans l'association. Le semis précoce de la plante de couverture au sein du maïs permet une production en biomasse significativement plus importante qu'un semis tardif (20 jours après floraison du maïs), et une production totale en biomasse de l'ensemble de l'association significativement plus importante par rapport aux cultures pures. Cette production totale a été plus du double comparée à celle de la culture pure de maïs dans le cas de l'association maïs-Cajanus. Les valeurs du Land Equivalent Ratio (LER) du rendement en grain de maïs et de la production de biomasse ont été supérieures à 1, atteignant jusqu'à 2.03 témoignant d'une meilleure valorisation des ressources par les espèces associées et l'avantage de tels systèmes pour produire à la fois du grain et du fourrage. La thèse montre aussi la forte variabilité du potentiel de production de ces systèmes en parcelles de producteurs et suggère que lorsque les ressources en eau et en azote sont moins disponibles que dans l'essai de station, des compétitions entre maïs et plantes de couverture peuvent réduire les performances agronomiques du maïs et/ou de la plante de couverture comparativement par rapport à la culture pure équivalente. La biomasse totale produite reste cependant supérieure à celle de la culture pure de maïs, sauf pour de rares exceptions où de plus faibles disponibilités en ressources, parfois accentué par des difficultés de gestion technique, le maïs semble souffrir de compétition plus forte et/ou la plante de couverture ne produit que très peu de biomasse. La thèse évalue la capacité d'un modèle de simulation de culture associées, STICS-CA, à fournir une analyse plus fine de la dynamique du partage des ressources dans ces systèmes et à en estimer les performances agronomiques et certains impacts environnementaux en fonction de conditions techniques et édapho-climatiques différentes de celles de notre dispositif. Des modifications mineures et le calage du modèle ont conduit à une simulation satisfaisante des cultures pures de maïs et Brachiaria et de l'association maïs-Brachiaria en semis direct sur mulch pailleux. En revanche il n'a pas été possible d'obtenir une simulation satisfaisante du maïs en semis conventionnel sur sol labouré, ni du Cajanus en culture pure et de l'association maïs-Cajanus en semis direct. . La thèse fournit des informations sur les imperfections du modèle et propose des améliorations aussi bien en termes de formalismes pour la prise en compte de la minéralisation du mulch, qu'en termes de dispo exp / This thesis dealt with characterizing and modeling the dynamics of the three principal resources which are water, nitrogen and radiation in a no-tillage relay intercropping maize-cover crop systems, under sub-humid tropical area climate. Moreover, productivity of the main crop and of the whole system and nitrogen and water flows in the soil are assessed.The study was based on an on-field approach/experimental design carried out during two crop growing seasons in Cerrados region, in Unaí (Minas Géras, Brazil) since 2007. Firstly, an experimental station was used allowing an intense effort of measurement and secondly, a whole of several farmer's fields offering a wide range of soil and climate conditions and modalities of implementation of the studied cropping systems. In the latter, main crop was maize, and intercropped cover crop was a tropical fodder crop, either leguminous, Cajanus cajan or gramineous, Brachiaria ruziziensis. Two dates of sowing, early and late were considered for the sowing of the cover crop in established maize, in the case of the experimental station. This study showed that maize yield was not significantly affected by the presence of the relay cover crops in comparison with maize as the sole crop, even when the cover crop was sown soon after maize emergence in comparison with maize sole crop. In contrast, the production of biomass by the cover crop was significantly lower when grown with maize than when it was grown as a sole crop. In the intercropped systems, when sown early, the cover crop produced higher total biomass than when sown late (20 days after maize flowering). Moreover, total aboveground biomass production of maize intercropped with a cover crop was much higher than that of any of the crops sown alone. Total biomass produced by maize and pigeon pea (Cajanus cajan) was more than double that maize grown alone. The Land Equivalent Ratio (LER) values of both maize grain yield and biomass production were higher than one, whatever the intercrop system, reaching up to 2.03 providing better available resources use efficiency by the intercropped plants. Thus, such systems permit to produce both maize grains and forage.The thesis shows also the strong variability of the production potential of these systems in farmer's fields and suggests that when water and nitrogen resources are less available than in the experimental station, competitions between maize and cover crops can reduce the agronomic performances of maize and/or the cover crop when compared to the equivalent pure sole crop. Total biomass produced by intercropping remained however higher than that of maize sole crop, except for rare exceptions where lower resources availability, sometimes accentuated by difficulties of technical practice, maize seems to suffer from stronger competition and/or the cover crop produced only very little biomass. The thesis evaluates the capacity of the STICS intercrop model, STICS-CA, to provide a finer analysis of the dynamics of the resource sharing in these systems and to estimate their agronomic performances and certain environmental impacts according to technical practices and soil and climate conditions that were different from those of our experimental station. Minor modifications and model calibration led to obtain satisfying simulations of the sole crops maize and Brachiaria and intercrop maize-Brachiaria in no-tillage under mulch. On the other hand, it was not possible to obtain satisfying simulations of sole crop maize in conventional tillage, nor of sole crop pigeon pea and intercrop maize-pigeon pea in no-tillage under mulch. The thesis provides information on the model imperfections and as well proposes improvements in terms of formalisms to take into account the mineralization of the mulch, as in terms of experimental design.