De tous les éléments nutritifs, l'azote (N) est le plus important pour la croissance des cultures et l'expression du rendement potentiel. La disponibilité en azote minéral constitue un des principaux facteurs limitant de la production quantitative et qualitative des plantes non légumineuses en général et des céréales en particulier. Le maintien des hauts niveaux de production actuels nécessitant de maintenir un état de nutrition azotée optimal des cultures ; L'amélioration de l'efficacité ou l'efficience des apports d’engrais azotés de synthèse devient ainsi une priorité de gestion des systèmes de productions intensifs au niveau national. Améliorer l'efficience d'utilisation de l'azote constitue un sujet de préoccupation depuis de nombreuses années. Diverses approches ont été développées mondialement pour atteindre cet objectif. Parmi celles-ci, figure, la modification des pratiques culturales de type agroécologiques, mises en œuvre dans le cadre de l'agriculture de conservation des sols permettant simultanément de maintenir les niveaux de fertilité naturelle des sols cultivés en luttant principalement contre les phénomènes d'érosion des sols. L'objectif principal de la thèse est d'analyser les nouveaux systèmes de cultures économiquement et écologiquement performants basés sur les techniques d'agriculture de conservation de sols au plan de la nutrition azotée. Nous avons choisi d'étudier l'influence des modifications des pratiques culturales (type de travail du sol, couverts végétaux, niveaux de fertilisation azotée) sur les divers paramètres affectant la productivité végétale et la nutrition azotée de deux céréales (Blé et Maïs). Dans ce cadre, trois expérimentations ont été mises en place au champ pour mieux comprendre les phénomènes agronomiques et processus écologiques s'opérant lors des changements de pratiques culturales. L'objectif finalisé étant de trouver le ou les systèmes de cultures le(s) plus adapté(s) pour obtenir de bons rendements financiers tout en diminuant les apports d'azote minéraux. La première expérimentation réalisée sur le maïs a permis de mettre en évidence, après 4 années de non travail du sol, une augmentation significative de l'efficience d'utilisation de l’azote NUE, de l'indice de récolte d'azote ainsi que de l'efficience de remobilisation de l'azote, valable pour les systèmes de culture développés avec et sans fertilisation azotée. En ce qui concerne la deuxième expérimentation réalisée sur le blé, les résultats obtenus au cours de deux années successives ont montré les mêmes tendances que sur le maïs, avec une augmentation de l'efficience d'utilisation de l'azote, l'efficience agronomique d'utilisation de l'azote, le facteur de productivité partielle de l'azote, le coefficient apparent d'utilisation de l'azote et l'efficience de remobilisation de l'azote. De même secondairement, on a étudié l'indice de nutrition azotée (NNI) pour évaluer le statut de la nutrition azotée du blé entre les deux systèmes de travail du sol. Le travail du sol affecte de façon significative le NNI qui était plus élevé dans les systèmes de non-labour par rapport au système du labour classique. Dans la troisième partie de ce travail réalisée sur le blé, nous avons tenté de préciser les mécanismes physiologiques à l'origine de l'amélioration des divers paramètres de l'utilisation de l'azote constatée en analysant par système de culture, l'efficience photosynthétique d'utilisation de l'azote et de l'eau chez le blé au travers divers paramètres tels que : caractéristiques physiologiques des feuilles, taux de photosynthèse, conductance stomatique, taux de transpiration, indice de teneur en chlorophylle et surface spécifique foliaire. Nous avons ainsi constaté que le blé utilise l'eau et l'azote plus efficacement dans le système sans labour par rapport au système labour classique. Au même stade de développement du blé, le taux de photosynthèse et la surface spécifique foliaire étaient plus élevés en modalités [...] / Of all the essential nutrients, nitrogen (N) is the most important for crop growth and yield potential. The mineral N availability is a major limiting factor of quantitative and qualitative production of crops in general and cereals in particular. Maintaining the current high production levels requires managing crops to provide an optimum nitrogen nutrition. Therefore, the agricultural management practices must be at forefront of measures to sustain crop productivity and N efficiency in the intensive production systems at national level. In the last three decades, improving N use efficiency in crops (NUE) has been one of the most important challenge in modern agriculture. Therefore, various scientific, technological and agronomic approaches have been developed in parallel to improve our knowledge on the genetic and physiological basis of NUE for further breeding and agronomic applications. In particular, it has been emphasized that agricultural management practices on both short- and long-term perspectives must be at forefront of measures to develop sustainable crop productivity with regards to NUE improvement. The main objective of this work is to examine the new cropping systems, economically and environmentally efficient, based on conservation agriculture techniques. In other words, to investigate the influence of modification in agricultural practices (tillage system, cover crops) on the parameters affecting plant productivity and nitrogen nutrition of two cereals (wheat and maize). In this context, three field experiments were conducted to understand agricultural phenomena taking place during changes in farming practices, in order to examine the most sustainable agricultural system for maintaining crop productivity while rationalization of N fertilizer usage. A two-year experiment was conducted in the field to measure the combined impact of tilling and N fertilization on various agronomic traits related to NUE and to grain yield in maize cultivated in the presence of a cover crop. Four years after conversion to no-till, a significant increase in N use efficiency N harvest index, N remobilization and N remobilization efficiency was observed both under no and high N fertilization conditions. The second field study was conducted during two consecutive years to evaluate the combined effect of tilling, cover crops and N fertilization on various agronomic traits related to nitrogen use efficiency and to N nutrition in wheat. Five years after conversion to no-till, a significant increase in N use efficiency, N utilization efficiency, N agronomic efficiency, N partial factor productivity, N apparent recovery fraction and N remobilization was observed under three levels of N fertilization. Moreover, we observed that grain yield and grain N content were similar under tillage and no-till conditions. The N nutrition index was higher under no-till conditions at the three rates of N fertilization. Moreover, N use efficiency related traits and N nutrition were increased in the presence of cover crops both under no-till and conventional tilling conditions. Thus, agronomic practices based on continuous no-till in the presence of cover crops appear to be a promising strategy to increase N use efficiency and N nutrition in wheat while reducing both the use and the loss of N-based fertilizers.In the third study, wheat plants were grown under tillage and no- till conditions, with and without cover crops under no and high nitrogen fertilization conditions, to evaluate the combined effect of tilling and N fertilization on photosynthetic nitrogen use efficiency and photosynthetic water use efficiency through its impact on leaf physiological traits, such as photosynthesis rate, stomatal conductance, transpiration rate, leaf area ratio and specific leaf area. Six years after conversion to no-till, in the presence and in the absence of cover crops, a significant increase in water use efficiency and soil water content was observed both under [...]

Ce travail s'intéresse à l'érosion hydrique observée dans les secteurs de collines limoneuses d'Alsace. Il aborde le cas spécifique de la monoculture de maïs grain, dont l'état de surface (EDS) influence fortement la formation du ruissellement au cours du printemps, en raison de la formation de croûtes de battance. L'objectif de ce travail est d'étudier les états de surface entre différents itinéraires techniques : technique conventionnelle (basée sur le labour), techniques sans labour et semis-direct et de mettre en évidence des différences pouvant expliquer des variations des volumes ruisselés et des pertes en terre. Pour ce faire, des observations de surface ont été réalisées en tenant compte de l'organisation spatiale des EDS créée par le travail du sol. Ces observations ont été complétées par des mesures in situ de ruissellement et de pertes en terre sous pluies naturelles et artificielles. Les principaux résultats indiquent une diminution du ruissellement et de l'érosion en non-labour et en semis-direct. Les observations de surface montrent que, entre pratiques culturales, les différences d'EDS portent essentiellement sur les interrangs. Ces résultats ont été synthétisés sous la forme d'un indicateur estimant le cumul de précipitations nécessaires pour observer l'apparition d'EDS ruisselants.

En contexte de changement global, les questions d’adaptation et de pérennisation des systèmes de production sont un enjeu agricole majeur. En Argentine, le 5ème producteur mondial de vins, les conditions thermiques et hydriques sont déjà proches des limites de la culture de la vigne. En tant que culture pérenne, son adaptation à court et moyen termes doit être pensée, dès à présent. La pérennisation de cette culture passe par une adaptation des pratiques culturales. L’objectif de cette thèse visait à proposer des outils de détection et de gestion des pratiques culturales des vignobles à partir d’imagessatellitaires optiques et radar. Une analyse préalable des évolutions du climat et de sa variabilité intrarégionale a mis en évidence les principales menaces et opportunités au regard du changement climatique. A l’échelle locale, le travail sur un grand nombre de parcelles aux caractéristiques hétérogènes a approfondi les connaissances sur l’interaction signal cible en fonction des pratiques culturales. Des cartographies de l’orientation des rangées de vignes, des surfaces protégées par des filets anti-grêles et des modes d’irrigation ont été réalisées afin de dresser un état des lieux du système viticole actuel. Ensuite, l’évaluation du potentiel des données satellitaires pour le suivi de la croissance de la vigne et de ses besoins en eau ont apporté des résultats prometteurs pour le développement d’outils d’aide à la décision pour les viticulteurs. / In the climate change context, the adaptation and sustainability of agricultural systems is a major challenge. In Argentina, the 5th worldwide wine producing country, the thermal and hydrical conditions are already extreme for grapevine production. This perennial crop sustainability depends on the adaptation of cultural practices. The objective of the thesis was to develop tools for helping in cultural pratices management using optical and SAR remote sensing images. First, an analysis of climate evolution and its inner regional variability hilighted the main threats and opportunities in the climate change context. At the local scale, working on a high number of heterogeneous vineyards improved the knowledge about signal and target interaction depending on cultural practices. Maps of row orientation, areas protected by anti-hail nets and irrigation systems were produced for an inventory of the actual viticultural system conditions. Then, the potential of remote sensing data for grapevine growth monitoring and irrigation requirements was evaluated and led to promising preliminary results for developping irrigation monitoring tools destinated to grapevine producers

Les objectifs de développement de systèmes de culture durables imposent aux acteurs du développement rural une reconception de ces systèmes. Les méthodes de conception actuelles conduisent souvent les chercheurs à être seuls concepteurs alors que parallèlement l'appropriation des innovations dépend fortement de l'implication des autres acteurs. En réponse, des approches participatives sont de plus en plus fréquentes pour pallier à cette difficulté d'appropriation. La méthode développée dans cette thèse -nommée DISCS pour 're-Design and assessment of Innovative Sustainable Cropping Systems' - met en oeuvre un processus de reconception des systèmes de culture par une approche participative tout en développant des outils d'évaluation multicritère. La méthode DISCS s'inscrit dans la lignée de la méthodologie du prototypage mais se différencie par une démarche itérative à trois échelles d'étude (parcelle, exploitation et territoire) afin de s'assurer que les innovations répondent bien aux attentes des acteurs. A chaque étape du processus une évaluation est réalisée à l'aide d'un jeu d'indicateurs. DISCS a été testée sur le système de culture agrumicole en Guadeloupe dans un but de réduire l'utilisation des pesticides. Cinq prototypes de gestion de l'enherbement ont été conçus collectivement puis testés selon les principes d'une approche systémique. Dans cette thèse, nous présentons les premières étapes de reconception du système agrumicole guadeloupéen basée sur la méthode DISCS. Notre travail nous permet de recommander des techniques de gestion de l'enherbement en jeunes vergers d'agrumes répondant aux contraintes actuelles de développement de systèmes de culture durable. / Re-designing sustainable cropping systems has become a major challenge for agricultural researchers and farmers. In most designing methods, researchers are the main, or sometimes the only designers. However, more and more attempts for involving different kinds of stakeholders in participatory approaches have been accounted for. The new method described in this thesis (DISCS for 're-Design and assessment of Innovative Sustainable Cropping Systems') implements a participatory re-designing process. Though founded on the common structure of prototyping methods, this five-step-method differs first by implementing three progress loops, at experimental field, farm then regional scale. Besides, an ongoing progress dynamic is set between research at the experimental station and crop management in farms, in order to ensure that innovative techniques actually match the farmers' expectations. Assessment at each step is performed using a scale-specific set of indicators. The DISCS method was tested on citrus production in Guadeloupe, to develop lower-pesticide sustainable cropping systems. Five weed management prototypes were collectively designed then tested at an experimental station based on the principles of a systematic approach. In this thesis, we present the first stages of citrus cropping system redesigning based on DISCS method. Our work enables us to recommend sustainable weed management techniques for young orchards that correspond to the current constraints facing orchards in Guadeloupe

La diversité des espèces cultivées résulte d’une série d’évènements de domestication, de flux de gènes entre compartiments sauvages et cultivés, d’effets de la sélection adaptative naturelle et aussi de la sélection humaine et des dynamiques de diffusion à de larges échelles, souvent sur de longues périodes. L’impact de ces processus sur la diversité dépend non seulement de la biologie de l’espèce, mais elle est aussi fortement liée au contexte social et aux pratiques humaines. Cette thèse contribue à la compréhension de l’influence de l’Homme sur la dynamique de la diversité de l’amandier in situ. La démarche suivie fait appel à la génétique des populations et à l’anthropologie pour étudier la structuration de la diversité génétique de cette espèce fruitière pérenne allogame, cultivée au Liban. Cette étude comprend trois parties:Dans la première partie, nous avons cherché à comprendre les processus de diversification continue de l’amandier cultivée en se basant sur des évidences tirées de l'archéologie, de l'histoire et de la biologie évolutive de l’amandier dans le Bassin Méditerranéen. Nous avons utilisé une approche de génétique des populations avec de nombreux individus représentant chaque cultivar collecté auLiban. L'échantillonnage intensif de cultivars libanais a été comparé à un grand nombre d’arbres cultivés in situ provenant de différentes régions méditerranéennes. Les résultats nous ont permis de distinguer l’impact des différents périodes de diffusion sur la structure de la diversité génétique.La deuxième partie, a permis d’évaluer l’importance culturelle de l’amandier cultivé au Liban, et d’identifier sa diversité intra-spécifique telle qu’elle est perçue par les informateurs. Nos résultats montrent une hétérogénéité des connaissances des informateurs qui a mené à une taxonomie locale flexible. La flexibilité de la taxonomie locale est révélée par la présence de catégories englobantes et par la complexité du système de nomenclature.Dans la troisième partie, nous avons évalué l’effet du changement de pratiques de propagation sur la structuration et dynamique de la diversité génétique entre les variétés et à l’intérieur de chacune des deux variétés étudiées. Nos résultats montrent que le cultivar traditionnel, multiplié par semis, est structuré géographiquement. L’introduction du mode de propagation clonal par greffage a été adoptée graduellement. Au début, les agriculteurs ont maintenu une certaine diversité génétique par la multiplication sexuée occasionnelle du cultivar introduit. Par contre, l’introduction après l’adoption du greffage a réduit la diversité génétique intra-variétale dans les vergers récents.Cette thèse montre comment les connaissances et les décisions de l’Homme à différents échelles spatiales et temporelles influencent la structure et la dynamique de la diversité de cette espèce. / The diversity of cultivated species results from a series of domestication events, gene flow between wild and cultivated compartments, effects of natural adaptive selection and also on human selection and diffusion dynamics at large scales, often over long periods. The impact of these processes on diversity depends not only on the biology of the species but is also strongly related to social context and human practices. This thesis contributes to the understanding of the influence of human on the dynamics of almond diversity in situ. The approach followed uses population genetics and anthropology to study the structuring of the genetic diversity of this allogamous perennial fruit species, grown in Lebanon. This study consists of three parts:In the first part, we sought to understand the processes of continuous diversification of cultivated almond trees based on evidence from archeology, history and evolutionary biology of almond trees in the Mediterranean Basin. We used a population genetics approach with many individuals representing each cultivar collected in Lebanon. Intensive sampling of Lebanese cultivars was compared to a large number of in situ grown trees from different Mediterranean regions. The results allowed us to distinguish the impact of different diffusion periods on the structure of genetic diversity.The second part assessed the cultural importance of the almond tree grown in Lebanon and identified its intraspecific diversity as perceived by the informants. Our results show heterogeneity of informants' knowledge that led to a flexible local taxonomy. The flexibility of local taxonomy is revealed by the presence of inclusive categories and the complexity of the nomenclature system.In the third part, we assessed the effect of the change in propagation practices on the structuration and dynamics of genetic diversity between two varieties and within each of the varieties studied.Our results show that the traditional cultivar, sexually propagated, is geographically structured. The introduction of clonal propagation mode by grafting was gradually adopted. At first, farmers maintained some genetic diversity through occasional sexual multiplication of the introduced cultivar. In contrast, introduction after grafting has reduced intra-varietal genetic diversity in recent orchards.This thesis shows how human knowledge and decisions at different spatial and temporal scales influence the structure and dynamics of the diversity of this species.

Avec le désengagement des Etats de la gestion des périmètres irrigués, les producteurs doivent gérer leur système de production dans un contexte de risques et d'incertitudes croissants. Pour cela, ils mettent en oeuvre des processus d'adaptation et les stratégies techniques de régulation de la production. Nous avons étudié ces comportements dans le cadre des conditions des systèmes rizicoles du Lac Alaotra à Madagascar. Ces stratégies s'appuient essentiellement sur les modalités d'organisation de l'espace et de conduite des systèmes de culture. Une double orientation méthodologique a été retenue pour approcher ces éléments: l'approche globale du fonctionnement des exploitations et le niveau des pratiques culturales. Une première partie s'intéresse aux réponses développées au niveau des systèmes d'exploitation. Face à d'importants besoins en paddy liés à la place de ce produit dans l'alimentation familiale et la trésorerie des ménages, les stratégies des producteurs sont centrées sur le foncier. Dans une société fortement hiérarchisée et dans un milieu marqué par l'aléa hydrique, ces stratégies de régulation interannuelles aboutissent à une forte différenciation dans l'appropriation de l'espace irrigué. Les régulations s'appuient également sur des associations entre exploitations, organisées autour d'échanges d'équipement, de foncier, de main d'oeuvre ainsi que des flux de paddy ou d'argent. La deuxième partie est consacrée à l'analyse des adaptations techniques développées, en mettant l'accent sur la phase d'implantation qui est déterminante pour le rendement du riz dans les systèmes de culture étudiés. Les producteurs privilégient une vision globale de la sole de riz et prennent en compte l'ensemble des parcelles de riz de l'exploitation, voire même du groupe d'exploitations "en entraide". Cependant les modalités d'organisation du travail conduisent à une différenciation entre des parcelles particulièrement soignées (parcelles privilégiées) et des parcelles périphériques en fonction de la maîtrise relative de l'eau et de la position de l'exploitant dans le groupe familial. Les producteurs privilégient les orientations techniques qui permettent de préserver les opportunités de choix ultérieurs. Ainsi, la comparaison entre les programmes techniques prévisionnels et les pratiques souligne l'importance des ajustements opérés. Ils concernent aussi bien des opérations techniques simples que des éléments structurants de l'itinéraire technique. Cette souplesse est permise par des ajustements mutuels dans l'organisation du travail entre parcelles et exploitations. L'intérêt des modalités d'organisation du travail sur la maîtrise de la date d'implantation est ensuite discuté dans ce contexte de risques. Ce cadre de représentation, regroupant réponses techniques et réponses foncières, permet de rendre compte du devenir des innovations dans les systèmes de culture de l'Alaotra. Enfin, des perspectives de travail pour la recherche et pour le développement sont présentées pour valoriser ces dynamiques techniques et organisationnelles dégagées.

La protection intégrée des cultures (PIC) apparaît comme une stratégie durable de protection des plantes contre les bioagresseurs, satisfaisant les exigences à la fois économiques, écologiques et sanitaires auxquelles est confrontée l’agriculture. L’amélioration des connaissances sur les interactions entre les bioagresseurs et les pratiques agricoles est indispensable afin de concevoir des méthodes de lutte plus économes en produits phytosanitaires Le modèle IPSIM (Injury Profile SIMulator), développé dans ce travail de thèse, vise à simuler l’effet des pratiques culturales, du pédoclimat et de l’environnement de la parcelle sur les dégâts causés par les bioagresseurs sur une culture. Ce modèle est basé sur une approche hiérarchique et agrégative. Ce travail décrit la base conceptuelle de la modélisation IPSIM et son application pour construire le modèle IPSIM-Wheat, simulant les profils de dégâts sur le blé en fonction des pratiques culturales et de l’environnement biotique et abiotique. Plusieurs modèles ont été conçus pour prédire les sévérités de six maladies, un ravageur et les plantes adventices du blé. Ces modèles contribuent ainsi au développement d’IPSIM-Wheat, dont une première version est présentée pour des bioagresseurs majeurs en interaction. Ce futur modèle pourra contribuer à concevoir des systèmes de culture incluant du blé, moins soumis aux pressions biotiques et moins dépendants des pesticides. / Integrated pest management (IPM) appears as a sustainable strategy to protect plants against pest while answering the economical, ecological, and toxicological expectations that agriculture must face. The effects of cultural practices on pest dynamics have to be thoroughly analyzed in order to reduce the reliance of cropping systems on pesticides. A model, named IPSIM ((Injury Profile SIMulator), currently under development in this thesis, aims at simulating the effects of cropping practices, as well as soil, climate and field environment on the injuries caused by multiple pests of a given crop. This model is based on a hierarchical and aggregative approach. This study describes the conceptual basis of the modeling and its applications in order to develop IPSIM-Wheat, a model simulating injury profiles on wheat. Thus, several models have been designed to predict six diseases, one insect pest and weeds. This study thus contributes to the development of IPSIM-Wheat which will help design innovative sustainable wheat-based cropping system.

Les agrosystèmes représentent une importante part des terres émergées (plus d'un tiers de la surface au sol en Europe) et sont au cœur de nombreuses problématiques de développement durable. Ils sont consommateur d'eau et produisent des gaz à effet de serre (GES) qui contribuent aux changements climatiques en cours, ceux-ci ayant en retour des impacts encore difficiles à prévoir sur le fonctionnement et la gestion des agrosystèmes. L'étude des cycles biogéochimiques au sein des agrosystèmes est donc fondamentale. Le principal objectif de ces travaux de thèse a été d'étudier le fonctionnement carboné et hydrique des agrosystèmes à partir du suivi de la végétation (phénologie, biomasse, surface foliaire) et de mesures micro météorologiques d'échanges de matière (CO2, H2O) et d'énergie à l'interface entre le système sol/couvert et l'atmosphère sur deux parcelles agricoles expérimentales situées au Sud Ouest de Toulouse. L'ensemble de ces travaux a permis de montrer que la mesure des flux par la méthode des fluctuations turbulentes (EC) permet de quantifier les bilans de carbone et d'eau des agrosystèmes et d'étudier certains des processus physiques et écophysiologiques à l'origine des différents flux. A partir de ces mesures, une analyse des flux et bilans d'eau et de carbone a été effectuée. Une méthode de calcul des écobilans intégrant les émissions de GES liées aux pratiques culturales a été établie pour nos sites et appliqués aux parcelles expérimentales de cultures du réseau Européen CarboEurope-IP, représentant un panel important de cultures et de pratiques culturales. Les mesures annuelles de flux net de CO2 à l'interface sol/couvert et atmosphère ont montré que les agrosystèmes se comportent le plus souvent comme des puits atmosphériques de carbone. Cependant, la prise en compte des imports de carbone (fertilisation organique et semences) et des exports de carbone au moment de la récolte en plus des mesures de flux net vertical au dessus de la parcelle a permis de montrer que le bilan de carbone des cultures correspond rarement à un puits et que le plus souvent il est une source de carbone pour l'atmosphère (127 ± 243 g C m-2 an-1 pour 41 années-sites du réseau CarboEurope-IP). En moyenne, pour ces 41 années-sites étudiés, le flux net vertical de CO2 représentait 37 % du bilan de carbone (soit 88 % des entrées de carbone dans la parcelle), les apports de carbone sous forme de fertilisation organique et de semences représentaient 5 % du bilan (soit 12 % des entrées de carbone) et les exports de carbone au moment de la récolte représentaient 58 % du bilan. Les émissions de GES liées aux pratiques culturales représentaient en moyenne seulement 7.6 % du bilan de GES. Ces résultats montrent qu'il est donc fondamental de considérer les flux biosphériques de CO2 (qui représentent 88 % des entrées de carbone) dans le bilan annuel de GES de la parcelle sans quoi ce bilan serait très fortement surestimé. L'efficience de l'utilisation de l'eau (WUE) a été abordée à travers des points de vue agronomiques (production de biomasse par quantité d'eau évapotranspirée) et environnementaux (production nette de carbone de l'écosystème par quantité d'eau évapotranspirée). Ces approches pouvaient parfois produire des résultats contradictoires dans le cas de cultures avec de fortes exportations de biomasse (cas du maïs utilisé pour l'ensilage par exemple) et doivent donc être précautionneusement pris en compte dans l'optique d'une gestion durable des agrosystèmes. Finalement les mesures de flux ont permis 1) de tester une première version du modèle ICASTICS qui permettra de mieux comprendre les processus et de simuler les différentes composantes des flux nets d'eau et de carbone des agrosystèmes pour une gamme importante de cultures, de modes de gestions et de conditions climatiques. 2) de faire évoluer le modèle SAFY pour qu'il puisse calculer des flux et bilans d'eau et de carbone à des échelles supérieures a celles de la parcelle, en utilisant des données de télédétection, dans une perspective de gestion des ressources.

Les stocks des éléments dans les sols, et en particulier ceux du carbone, sont en constante évolution sous l’effet de facteurs naturels (climat, végétation, teneurs en argiles, etc.) et anthropiques (usages des sols, etc.). Notre objectif est donc, (i) de mieux comprendre les relations entre type de sol, système de culture et quantité de carbone stockée, (ii) d’étudier les conséquences des changements d’usage et de gestion des terres sur les formes de matière organique dans les sols et (iii) de préciser le rôle de la matière organique sur les propriétés physiques des sols.Des situations agro-pédologiques représentatives des trois grands modèles minéralogiques des sols tropicaux (Sols à allophanes (argiles non cristallisées), Sols à argiles 1/1 et Sols à argiles 2/1) et présentant des systèmes culturaux de différents niveaux d’intensification (monocultures intensives destinées à l’exportation, systèmes paysans faiblement intensifiés, etc.) ont ainsi été sélectionnées sur les sols de Martinique. Par ailleurs, afin de limiter les effets des usages antérieurs des parcelles, nous avons généralement choisi des situations culturales âgées au minimum de 3 ans.L’analyse des stocks de carbone des différentes parcelles fait apparaître des comportements différents : dans les sols à allophanes, il y a un effet de la minéralogie sur la stabilisation des matières organiques ; dans les sols à argiles cristallisées, il existe une corrélation entre la teneur en carbone (ou le stock organique) et la texture (ou teneur en éléments fins), aussi bien pour les situations non cultivées que pour les situations sous cultures. L’amplitude des variations (diminution) des stocks en carbone observées sous l’effet de différents modes de gestion des sols, dépend elle aussi de la texture : dans les sols sableux, la potentialité de séquestration du carbone est faible ou nulle, en revanche, les potentialités de stockage du carbone sont plus fortes dans les sols argileux.L’estimation des stocks totaux de carbone à l’échelle de la Martinique, pour un mètre de profondeur et pour une situation moyenne entre les cartes d’usage des terres de 1969/1970 et 1979/1980, s’élèvent à 11,859 Mt de C calculés pour 95,8% de la surface.La distribution de la matière organique du sol varie avec la texture du sol : dans les sols sableux, à faibles teneurs en matière organique, les matières organiques sont principalement associées aux fractions sableuses ; dans les sols argileux, plus riches en matières organiques, 50 à 60 % de la matière organique sont associées à la fraction argileuse. De même, la dynamique de la matière organique dépend également de la texture du sol : dans les sols sableux, les variations des stocks organiques sont essentiellement dues à la perte ou à l’accumulation en carbone de la fraction sableuse ; dans les sols argileux, la fraction argileuse participe de manière prépondérante aux variations des stocks organiques de ces sols lors de leur mise en culture ou en prairie ; les sols sablo-argileux ont un comportement intermédiaire entre ces deux pôles.La stabilité structurale varie avec la minéralogie. Les andosols (ou ALL) présentent un haut degré d’agrégation et de stabilité, du à la présence d’allophanes et à leur association particulière avec les composés organiques. Dans les sols à argiles cristallisées, la stabilité de l’agrégation est plus élevée dans les sols à argiles 1/1 (ou LAC) ; les valeurs les plus faibles sont généralement observées dans les parcelles sur sols à argiles 2/1 (ou HAC). En outre, la mise en culture se traduit généralement par une diminution de la stabilité de l’agrégation.L’intensification des cultures (labours fréquents, faibles restitutions de matière organique au sol, etc.) accentue la perte de la stabilité de l’agrégation provoquée par la mise en culture, en particulier dans les parcelles sur sols à argiles 2/1 (ou HAC). / Soils elements stocks, and particularly those of carbon, are in constant evolution under natural factors effect (climate, vegetation, clays content, etc) and anthropic factors effect (soils uses, etc). Our objective is thus, (i) to better understand the relations between soil, farming system and stored carbon quantity, (ii) to study the consequences of soils uses changes and of soils managements changes on organic matter shapes in soil and (iii) to specify organic matter role on soil properties physics.Representative agri-pedological situations of the three great mineralogical models of tropical soils (allophonic soils (not crystallized clays), 1:1 clay soils and 2:1 clay soils) and presenting agricultural systems of various levels of intensification (intensive monocultures intended for export, slightly intensified farming systems, etc) were thus selected in the soils of Martinique. In addition, to limit the effects of their former uses, we generally chose to the minimum 3 years old farming situations.The analysis of the various lands carbon stocks reveals different behaviors: in allophonic soils, a correlation exists between carbon content (or organic stock) and texture (or fine elements content), as well for not cultivated as for cultivated situations. Variations ranges (reduction) of carbon stocks observed under various management soils systems effect, also depends on texture: in sandy soils, carbon sequestration potentiality is low or null, on the other hand, carbon storage potentialities are higher in clay soils.The estimation of total carbon stocks on the scale of Martinique, for one meter of depth and for and average situation between the use soils charts of 1969/70 and 1979/80, rises to 11,859 Mt of C calculated for 95,8% of the surface.Soil organic matter distribution varies with soil texture: in sandy soils, with low contents of organic matter, organics matters are mainly associated with the sandy fractions; in clay soils, richer in organic matters, 50 to 60% of the organic matters are associated with the argillaceous fraction. In the same way, the organic matter dynamics also depends on soil texture: in sandy soils, organic stocks variations are primarily due to carbon loss or accumulation of the sandy fraction; in clay soils, the argillaceous fraction takes part in a dominating way in organic stocks variations of these soils at the time of their setting in culture or meadow; the sand-clay soils have an intermediate behavior between these two poles.Structural stability varies with mineralogy. Andosols (or ALL) present a high degree of aggregation and stability, due to the presence of allophones and their particular association with the organics compounds. In crystallized clay soils, aggregation stability is higher in 1:1 clay soils (or LAC); the lowest values are generally observed in the lands on 2:1 clay soils (or HAC). Moreover, culture setting generally results in aggregation stability reduction.Cultures intensification (frequent ploughings, low organic matter restitutions to the soil, etc) accentuates aggregation stability loss caused by culture setting, particularly in lands on 2:1 clay soils (or HAC).

Des données synchroniques de sols observées pendant 20 à 40 ans dans différentes zones agro-écologiques du Togo ont été utilisées pour analyser l’évolution de la fertilité du sol sous différentes pratiques culturales. Trois modèles de complexité croissante d’évolution du stock de C du sol ont été testés et le plus performant a été couplé au modèle QUEFTS pour apprécier l’effet des pratiques culturales sur l’évolution de cette fertilité. Bien que la fertilisation NPK ait été continuellement appliquée à la dose recommandée par la recherche (RR) ou à cette dose augmentée de 50% (1.5RR), les rendements initiaux de 1,5 à 2 t ha-1 pour le coton et 2 à 3 t ha-1 pour les céréales ont baissé pour ne représenter qu’environ 1 t ha-1 après 20 années de culture. L’alternance de 2 ou 3 années consécutives de jachère à la rotation culturale n’a pas amélioré le rendement des cultures, mais tend à stabiliser la production dans le long terme. Les stocks initiaux de C de 15 à 39 t ha-1 ont fortement baissé durant les premières années et ont atteint un équilibre après seulement 10 à 15 ans de culture. La baisse du stock de C a été peu dépendante de la quantité de C retournant au sol et a été mieux décrite avec le modèle à deux compartiments de C. Le taux de minéralisation de la fraction labile de C varie entre 0,15 et 0,24 et le stock de C stable représente 33-67% du stock initial ; pour une quantité de C ayant résisté à l’hydrolyse acide de 30% du stock initial. Les stocks de N du sol ont fortement baissé et cette baisse a été peu dépendante de la dose de fertilisation minérale. L’apport NPK à 1.5RR pendant 20 ans a contribué significativement à la baisse du pH du sol, puis a accentué de 20 et 40% les baisses respectives des concentrations de Ca et Mg. Nous avons conclu que l’apport de Ca/Mg couplé à celui de NPK à la dose RR serait (plus que le surdosage de P et K) une meilleure option pour gérer la fertilité minérale de ces sols. Le labour minimum, associé aux apports externes de C, devrait permettre de mieux gérer leur fertilité organique. / Using data observed during 20 to 40 years in different agro-ecosystems of Togo, we analyzed soil fertility dynamic under different agricultural management practices. Tree soil C models of varying complexity were tested, and the most accurate in terms of soil C dynamics description in these tropical soils was associated with the QUEFTS model and with nutrient partial balance to analyze the effect of each agricultural management practice. Results indicated that, although fertilizers N, P and K were continuously applied at a recommended rate by the research (RR) or at this rate increased in 50% (1.5RR), initial cotton and cereals yields of 1.5 to 2 t ha˗1 and 2 to 3 t ha˗1, respectively, decreased to around 1 t ha-1 after 20 years of soil cultivation. Alternation of 2 or 3 consecutive years of fallow plot with 3 years cropping did not improved crops yields as compared with continuous cropping system, but tends to stabilize crops production in the long-term. In the upper soil 20 cm, soil C stock of 15 to 39 t ha˗1 after vegetation clearance dropped faster during the first years to reached equilibrium after only 10 to 15 years of soil cultivation. Such a decrease was less depended on soil C input and was accurately descried with a two-pool C model, running on an annual time step basis. Calibrated decomposition rate of labile soil C ranged between 0.15 and 0.24, and stable soil C pool represented 33 to 67% of initial total C; while soil C that was resistant for hydrolyze acid was about 30% of initial total C. Soil N stock was also decreased faster and less associated with a rate of N input to soil. Application of NPK at 1.5RR during 20 years contributed significantly to soil pH decrease and pronounced soil Ca and Mg decreases, which respectively were 20 and 40% more than in plots that were not fertilized. We concluded that, association of Ca/Mg and NPK at a recommended rate would be (more than over-dosage of P and K) a promising option to achieving a sustainable management of mineral fertility of these soils. Minimum tillage, associated with external C input, would be an asset to a sustainable management of organic fertility of these soils.