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Restauration de la productivité des sols tropicaux et méditerranéens

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Éric Roose

Résumés et abstracts

Texte intégral

Chapitre 1. Les sols tropicaux et leur dégradation en fonction des types d’érosion

1 Éric Roose, Zachée Bol, Théodomir Rishirumuhirwa

2Le sol, produit de l’altération des roches en fonction de l’atmosphère et de la biosphère, est un composé complexe de matières organiques (MO) et minérales ayant des propriétés propres, très différentes de celles des roches d’origine. On dit qu’un sol est dégradé quand il a perdu une ou plusieurs de ces qualités. La cause première de cette dégradation est liée à la minéralisation des MO du sol, suite au défrichement et à la mise en culture entraînant une faible restitution des MO. Mais l’érosion en nappe sélective des particules légères (MO, argile et limons) accélère cette dégradation douze fois plus vite que le simple décapage par érosion (ravinement) en rigole ou en masse (érosion aratoire). D’où l’importance de protéger la surface du sol par une couverture végétale abondante qui alimente la surface du sol en MO, élimine la battance des gouttes de pluie (E. en nappe), maintient une bonne infiltration (ravinement) et augmente la rugosité de la surface du sol (E. en masse).

3 Soils, produced by rocks alteration in relation to atmosphere and biosphere, are composed of various organic and mineral compounds developing properties very different from these of local stones. A soil is said degraded when it had lost one or some of these properties. The first original cause of degradation is related to organic matter mineralisation after deforestation and cropping. But sheet erosion being selective of light material (OM, clay, loam) accelerates the soil degradation twelve times faster than scouring effect (rill-gully erosion) or mass movements (tillage erosion). Therefore, authors insist on the importance of green coverage in order to feed the topsoil with OM, to protect the surface from the drops energy, to maintain a good infiltration capacity (against rills) and to increase the soil roughness (mass movements).

Chapitre 2. Influences du climat et du couvert végétal sur les pertes en nutriments par érosion et drainage en Afrique occidentale

4 Éric Roose

5Les sols cultivés d’Afrique occidentale sont généralement épuisés au bout de 3 à 15 ans en fonction de leur texture, de l’agressivité des pluies et des techniques culturales.

6Pour comprendre les mécanismes de dégradation des sols sous culture, des mesures de pertes de nutriments et de carbone par érosion et drainage ont été réalisées sur une séquence de sols à kaolinite entre les forêts denses humides de basse Côte d’Ivoire (sols ferrallitiques) et les savanes soudano-sahéliennes du plateau central du Burkina Faso (sols ferrugineux tropicaux).

7Les résultats montrent que sous végétations naturelles, les pertes en carbone et nutriments (C, N, P, K, Ca, Mg) sont faibles par érosion : par contre, les pertes par drainage ne sont pas négligeables en milieu tropical humide. Sous cultures, les pertes par drainage sont du même ordre que sous végétations naturelles, sauf si on a apporté des doses importantes d’engrais (ex. sous bananeraie). Les pertes par érosion (1 à 700 t/ha/an) sont souvent multipliées par 10 à 1 000 sous culture : elles dépendent directement du poids de terre érodée. Cependant, la fertilité des sols à kaolinite est étroitement liée au taux de MO, lequel dépend de la minéralisation par les microbes et des restitutions par les litières. Il ne suffit donc pas de bloquer l’érosion des terres, il faut encore restituer les MO et les nutriments indispensables pour compenser les exportations et favoriser la croissance des végétaux cultivés.

8 Three to fifteen years after deforestation, cropped soils of Western Africa are generally exhausted depending on their texture, cultural practices and rain aggressivity. During seventeen years, carbon and nutrients losses by erosion and leaching have been measured in runoff plots and lysimeters on four stations on a climatic sequence between the moist forest of Southern Ivory Coast and the Sudano-Sahelian savannahs of central Burkina Faso. Under natural vegetation, losses by erosion are weak but losses by leaching are not negligible under humid tropics : therefore topsoils are acids. Under crops, losses by leaching are similar to these of natural vegetation except where a lot of fertilizers have been used, like under banana plantations. Losses by erosion (1 to 700 t/ha/an) are often 10 to 1,000 bigger than under natural vegetation : even if sheet erosion is selective, nutrient losses are directly related to the quality of the topsoil and the volume of eroded soil. Nevertheless, on kaolinitic soils the soil fertility is depending on soil organic matter (SOM). Because of the rapid mineralisation under hot and humid tropical conditions, the soil fertility degradation is depending mostly on litter and organic residues abandoned above and in the soil. In conclusion, soil erosion is generally not the initial cause of fertility degradation. Therefore soil and water conservation techniques are not sufficient to rehabilitate the soil productivity of the tropical soils : organic and mineral fertilizers must be included in the restoration systems in order to equilibrate the C and nutrients losses.

Chapitre 3. Nature et importance de l’érosion catastrophique dans la région du Kivu, Congo (RDC)

9 Jan Moeyersons, V. Byizigiro, I. Vandecasteele, D. Nkurunziza, W. Sahani, L. Nahimana, I. Lutumba (décédé), Philippe Trefois

10Le rift albertin du Congo RDC connaît depuis les années 1980 des problèmes d’érosion dépassant le cadre agricole. Des inondations, des glissements de terrain, des ravinements géants freinent le développement durable de la région. La cause fondamentale de la croissance des risques hydrologiques réside dans le défrichement, l’augmentation généralisée du ruissellement et dans une infiltration localisée dans le sol. Le défi des gestionnaires est la réalisation d’une infiltration complètement diffuse des pluies afin d’éliminer en même temps le risque de ravinement, de glissement de terrain et les inondations associées. Le génie rural offre des solutions pratiques comme le terrassement radical ou progressif, la réalisation d’une bonne couverture végétale du sol, le paillage, l’agroforesterie, la gestion conservatoire des eaux et des sols.

11 Since the 1980’s, the Albertine rift in the Congo RDC is increasingly affected by erosion events largely exceeding the agricultural context. Inundations, landslides and mega-gullies slow down the sustainable development of the region. The reason for the intensification of the hydrological risks is to be found in the deforestation, a general increase of the runoff rate and in management techniques leading to concentrated water infiltration in the soil. It is a managerial challenge to realize a complete diffuse water infiltration in the soil. This will eliminate in the same time the risk of gullying, landsliding and associated inundations. Agricultural engineering offers practical solutions like bench or progressive terracing, a good vegetation cover, mulch, agroforestry, and better land husbandry.

Chapitre 4. Une perspective écologique sur la restauration des sols dégradés

12 Francis Shaxson, Éric Roose

13La restauration des sols dégradés peut viser trois objectifs : reconstruire le potentiel de production de l’eau et des sols, améliorer leur résilience face aux risques futurs et augmenter leur durabilité. D’un point de vue écologique, les sols sont des entités vivantes dont les composantes sont en relation avec les principaux facteurs de la productivité des sols. De là on peut développer différentes approches pour déterminer les causes de leur dégradation actuelle, décider quel processus améliorant doit être mis en route et comment gérer ces processus de telle façon qu’on atteigne les objectifs. Cette approche nous conduit au développement de la gestion durable de l’eau et de la fertilité des sols (GCES ou Better land husbandry).

14 The objectives of restoring damaged rural soils are: to re-build their potentials for yielding plants and water, to increase their resilience in the face of future hazards and to raise their capacity for self-sustainability. From an ecological viewpoint, soils may be considered as living entities, of which the four key interacting components of soil/plant ecosystems are sketched, together with the main requirements for soil to function effectively as a productive medium. From these can be developed suitable approaches to determine the causes of the present damage, to decide what remedial processes need to be initiated, and how these should be managed most appropriately to reach the stated objectives. Taking such an approach leads to better land husbandry.

Chapitre 5. Influence de jachères améliorées et pâturées sur le rendement des cultures et les propriétés chimiques de sols ferrallitiques acides dans la région des forêts humides du Sud-Est du Nigeria

15 Felix N. Ikpe, L. D. Gbaraneh

16Au sud-est du Nigeria, la durée de la jachère a été réduite à moins de 5 ans et les terres marginales ont été mises en culture à cause de la pression démographique. Il fallait donc trouver des techniques culturales capables d’améliorer la productivité des terres. Les recherches ont été conduites en zone de forêt humide, à 10 m d’altitude, avec une pluviosité monomodale moyenne de 2 400 mm. Le sol (Ultisol) est très acide (pH = 3,5 à 6,0), à argile kaolinitique à faible capacité d’échange de cations (CEC) et faible taux de saturation. Le taux de matières organiques (0,5-3 %) et la réserve en nutriments sont très faibles. Deux essais de jachère améliorée (Tephrosia et Lablab, pâturées ou non) ont été conduits entre 1996 et 2000. Les propriétés chimiques du sol et les rendements en manioc et maïs ont été améliorés en peu de temps. Le mulch de Tephrosia a entraîné une baisse du pH, mais la jachère de Lablab, pâturée ou non, a amélioré le pH, le carbone organique, l’azote, le phosphore et le potassium. Cependant, l’adoption de ce nouveau système par les paysans dépend du bilan économique et de la durabilité du système.

17 In southeastern Nigeria, fallow periods have been reduced to less than 5 years. Marginal lands are being brought under cultivation due to population pressure. Under these circumstances, there is need for soil and crop management options to improve productivity. The study site is in the humid forest zone with an altitude of 10 m, a mean annual rainfall of 2,400 mm, with a monomodal distribution. The soils are highly weathered and acidic with Ultisols of pH ranging from 3.5 to 6.0 and mineralogy dominated by low activity clays with low cation exchange capacity (CEC) and low base saturation, a low organic matter (0.5-3 %) and a low nutrient reserve. Two trials of improved short fallow were conducted between 1996 and 2000. Soil chemical properties under the improved fallow systems were significantly improved within a short period of time while cassava and maize yields were greatly increased. Although the Tephrosia mulch showed a tendency of soil acidification in the present study, the Lablab fallow either with or without sheep grazing, led to increases in soil pH, organic carbon (OC), nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K). The adoption of these fallow systems by farmers will depend on their profitability and sustainability in these fragile tropical ecosystems.

Chapitre 6. Influences de diverses jachères de légumineuses arbustives sur la fertilité et la productivité d’un sol ferrallitique acide (Manankazo, Madagascar)

18 Marie Antoinette Razafindrakoto

19La région nord-ouest des hauts plateaux de Madagascar présente des problèmes d’érosion importants dus à l’agressivité climatique élevée et à la dégradation de la végétation et des sols par les cultures extensives et les feux de brousse annuels. Il en résulte une baisse de la productivité des sols engendrant la pauvreté du monde rural.

20Une recherche a donc été menée dans cette région afin d’évaluer l’efficacité de diverses jachères arbustives pour l’amélioration de l’infiltrabilité, de la fertilité et de la productivité du sol. Les espèces étudiées ont été : Tephrosia vogelii, Flemingia congesta et Calliandra calothyrsus. Les résultats ont montré que les jachères arbustives légumineuses de longue durée (en particulier l’espèce Tephrosia vogelii) ont réussi à accroître fortement la dynamique d’infiltration de l’eau dans le sol et la fertilité du sol, engendrant une diminution importante de l’érosion et l’augmentation de la productivité des sols très dégradés.

21 The northwest region of the High Lands of Madagascar presents important erosion problems owed to the high climatic aggressiveness and the degradation of vegetation and soils by annual bushfires and extensive cropping. That involves a decrease of the soil productivity generating the poverty of the peasants.

22 A research has been carried out in order to evaluate the efficiency of different types of leguminous shrubby fallows for the improvement of soil infiltrability, soil fertility and soil productivity. The studied species were: Tephrosia vogelii, Flemingia congesta and Calliandra calothyrsus. Results showed that the leguminous shrubby fallows installed during 5 or 7 years (particularly the species Tephrosia vogelii) succeeded to increase highly the dynamics of water infiltration and soil fertility, generating important reduction of erosion on very degraded soils, and inducing increase of soil productivity. These simple methods of soil fertility restoration can be applied in various tropical regions.

Chapitre 7. La jachère bananière en milieu agroforestier montagnard tropical densément peuplé du Burundi (Mumirwa central)

23 Hervé Duchaufour

24Les paysans burundais ont su se préserver des nombreuses crises en développant la bananeraie agroforestière. Les agronomes belges considéraient déjà la « jachère » à bananiers comme une technique de conservation de l’eau et de restauration de la fertilité des sols qui présente le double intérêt d’être productive et totalement endogène. Les essais de l’Isabu, réalisés en milieu réel, montrent que la bananeraie a des répercussions économiques importantes sur l’exploitation et la préservation de la fertilité organo-minérale des sols. Une gestion optimale de tout le stock organique excédentaire de la bananeraie réduit en moyenne de 60 % le ruissellement et les pertes en terre par rapport à la bananeraie dont les déchets sont exportés vers la caféière. Les travaux de l’Iraz soulignent que la conservation des sols ne suffit pas pour maintenir la productivité. Une fumure organique de 3 à 9 t/ha/an de MS, complétée par des compléments minéraux, est apparue nécessaire pour réduire les carences du sol et produire plus de 4 t/ha/an de maïs.

25D’autres études menées par l’Adeprina démontrent la forte valeur ajoutée/actif de la bananeraie. La caféière immobilise de trop grandes quantités de biomasse en raison du paillage obligatoire et consomme une quantité de main-d’œuvre (5,2 jours/are/an) bien supérieure à la bananeraie qui ne demande que 1,7 jour/are/an. La production fumière a toujours suscité l’intérêt des exploitants par laquelle ils valorisent leur journée de travail essentiellement par la concentration de la fertilité dont bénéficient les parcelles. Les associations arbre-bananier-culture-élevage, pratiquées depuis des siècles, sont paradoxalement les plus utilisées par les agriculteurs des régions où l’emprise sur la terre est la plus forte (300 à 600 habitants/km2). Par le jeu de la densification du couvert végétal, notamment à travers la juxtaposition des jardins multi-étagés qui ceinturent les habitations, les terres se trouvent mieux protégées et plus productives jusqu’à un seuil où peut s’amorcer un processus de décapitalisation irréversible, notamment dans les zones péri-urbaines (1 000 hab/km2), faute de capital productif et de moyens monétaires suffisants.

26 Influences of fertilization and biomass management of banana plantation on productivity of permanent covers in highly populated tropical mountain environment (Burundi)

27 Burundi farmers developed banana plantation within agroforestry system. At colonial time, Belgian agronomists already considered the banana fallow as a soil conservation and restoration technique which presents the double interest to be productive and totally endogenous. The Isabu trials showed that banana plantations have significant economic impacts on the farm and contribute to the preservation of organo-mineral soil fertility. An optimal management of the whole organic stock surplus from the banana plantation reduces runoff rate and erosion by 60 % compared to the same plantation conducted in a traditional manner (residues exported to the coffee plantation). Those results are confirmed by the works of Iraz, while underlining that soil conservation cannot in itself sustain productivity. Organic fertilizer (manure), at a 3 to 9 t/ha/year (DM) application rate with complementary minerals, was necessary to reduce deficiency in NPK. Adeprina works, conducted throughout Burundi’s territory, show the high-added value/assets of banana plantation as opposed to the other cropping systems, including coffee, the most preferred cash crop. This latter immobilizes too large amounts of biomass as a result of mandatory mulching and utilizes an amount of labor (5.2 days/are/year) well above the banana plantation that requires 1.7 days/are/year, observation that meets the most Burundi people’s interest. Organic fertilizer production has always attracted farmers as it values their workday essentially by the concentration of fertility to their lands. Paradoxically, the tree-crop-livestock associations, in use since the most ancient times, are not only the most desirable, but also the most practiced by farmers where the control on lands is the highest (300 to 600 heures/km 2). Thanks to the densification of the vegetation cover, notably through the juxtaposition of the multistoried gardens which surround the houses, the lands are better protected and more productive up to a threshold where an irreversible decapitalization process can start, notably in the suburban areas ( 1,000 people/km2), due to lack of production capital and sufficient monetary means.

Chapitre 8. Effets de jachères agroforestières sur la réhabilitation et la productivité des sols ferrugineux tropicaux des savanes soudaniennes du Nord-Cameroun

28 Jean-Michel Harmand, Clément FORKONG Njiti, France Bernhard-reversat, Robert Oliver, Régis Peltier

29Différentes jachères arborées plantées d’Acacia polyacantha, de Senna siamea ou d’Eucalyptus camaldulensis et une jachère naturelle herbacée, ont été installées en comparaison, sur un sol appauvri en matière organique et en nutriments, dans la région de Garoua au Cameroun (1 050 mm de pluviosité). L’objectif était d’évaluer leurs effets sur la dynamique du carbone, les cycles des nutriments, les propriétés du sol et le rendement des cultures annuelles après jachère. Par rapport à la jachère herbacée, les jachères arborées de 7 ans ont augmenté considérablement l’accumulation de matière organique et de nutriments dans la biomasse aérienne et souterraine et aussi le prélèvement des nutriments de la profondeur du sol. Ces processus ont permis, lors de l’exploitation des jachères arborées et du brûlis des résidus, d’améliorer les caractéristiques du complexe absorbant (somme des cations échangeables, en particulier Ca) dans l’horizon de surface (0-10 cm) des jachères ligneuses par rapport à la jachère herbacée.

30Par la fixation de l’azote et son recyclage, l’espèce fixatrice d’azote, A. polyacantha, a augmenté considérablement le bilan d’azote du système. L’espèce a accumulé dans son système racinaire autant d’azote qu’E. camaldulensis et S. siamea dans leur biomasse totale et leur litière. En outre, seul A. polyacantha a montré une augmentation significative des stocks de carbone et d’azote du sol (couche 0-20 cm) après 6 ans d’âge. Le stock d’azote plus élevé et facilement minéralisable et l’accumulation de matière organique du sol dans la jachère à A. polyacantha, ont été associés à un triplement du rendement du maïs en première année de remise en culture par rapport aux précédents, et un doublement en deuxième année. Cette augmentation très importante des rendements des cultures après jachère n’a pas été observée après les autres précédents arborés. Ces résultats soulignent l’importance des compartiments organiques et le potentiel des arbres fixateurs d’azote dans la restauration de la fertilité des sols dégradés.

31 Different tree fallows planted with Acacia polyacantha or Senna siamea or Eucalyptus camaldulensis and an herbaceous fallow, were compared in an experimental setting on a-carbon – and nutrient-depleted soil, in the Garoua Region of Cameroon (1,050 mm of annual rainfall). The objective was to assess their effects on carbon and nutrient dynamics, soil properties and the production of subsequent crops. Compared to the natural herbaceous fallow, planted tree fallows of 7 year old greatly increased 1) the accumulation of organic matter and nutrients in total biomass and 2) the uptake of soil nutrients from depth. As a result, after clearing the fallows by logging and burning non-harvested residues, the pool of exchangeable cations (especially Ca) in the top 10 cm soil layer was increased in the tree fallows in comparison to herbaceous fallows.

32 The N 2 fixing species, A. polyacantha, increased the N budget of the system through N 2 fixation and N recycling. It accumulated in its root system as much N as E. camaldulensis and S. siamea accumulated in their total biomass and litter. Furthermore, only A. polyacantha showed a significant increase of soil carbon and nitrogen content (layer 0-20 cm) after 6 years of age. The build-up of soil organic matter and the higher content of mineralizable N in the A. polyacantha fallow were associated with tripling and doubling maize yields during the first and the second year after fallowing, respectively. This significant increase in yields of subsequent crops was not observed after the other tree fallows. These results highlight the importance of organic compartments and the potential of N 2 fixing trees in soil fertility replenishment.

Chapitre 9. Agriculture sur brûlis de jachères à acacias. Est-ce durable sur les sables du plateau Batéké (République Démocratique du Congo) ?

33 Régis Peltier, Franck Bisiaux, Émilien Dubiez, Jean-Noël Marien, Vincent Freycon

34Au Congo Kinshasa, le bois est la principale source d’énergie : or il y a très peu de forêts autour de la capitale. À partir de 1994, la plantation d’Acacia auriculiformis de 8 000 ha du projet Mampu a été divisée en lots de 25 ha attribués à 320 familles d’agriculteurs qui doivent gérer leur plantation suivant le modèle traditionnel de culture par abattis-brûlis. Au niveau du massif, la production est d’environ 10 000 t/an de charbon de bois, 10 000 t/an de manioc et 1 200 t/an de maïs. Le projet peut donc être considéré comme un succès au niveau de la production et de la création d’emplois ruraux. Cependant, la durabilité de ce système est incertaine. En effet, l’alternance entre plantation d’acacias et cultures permet un enrichissement du sol en matière organique, une amélioration de la CEC, mais engendre une acidification. Seul le brûlis des branchages et de la litière, après récolte du bois et carbonisation, permet de remonter le pH des horizons superficiels pendant les deux ans de culture. Un épandage sur les parcelles des particules de charbon trop fines pour être commercialisables et un apport de phosphates calciques devraient être testés pour vérifier l’amélioration de la durabilité du système. Enfin, d’autres modèles de systèmes agroforestiers méritent d’être testés sur d’autres sols en gérant la « biodiversité utile » du recrû naturel d’espèces locales à usages multiples.

35 In 1994, the plantation of Acacia auriculiformis in Mampu was divided into lots of 25 ha, assigned to 320 families who need to manage their lots following the traditional shifting cultivation. The total production is about 10,000 tons/year of charcoal, 10,000 t/y of cassava and 1,200 t/y of corn. The project can be considered a success in terms of production and rural employment. However, the sustainability of this system is uncertain. In fact, the alternation between acacia plantation and crops cultivation allows enrichment of the soil organic matter, improving the CEC, but causes acidification. Only the burning of the branches and litter after harvesting of wood can raise the pH of topsoil during the two years of cultivation. An application on the parcels of coal particles too small to be marketable, making calcic phosphate amendments, and better control of forest regeneration should be tested for improving the sustainability of the system. Finally, other models of agroforestry systems need to be tested on other soils, managing “useful biodiversity” of multipurpose native species.

Chapitre 10. Influences de l’écobuage sur la restauration de la productivité des sols argileux acides de la vallée du Niari (Congo)

36 Jean de Dieu Nzila

37L’écobuage de type maala est une variante de la culture sur brûlis qui consiste à façonner de longs billons (10 à 20 mètres) dans lesquels sont enfouies des herbes de savane entrelacées, préalablement séchées et entassées en andains, soumises par la suite à une combustion à l’étouffée. Sur le plan morphologique, les températures observées à l’intérieur du billon pendant la combustion (variant entre 95 et 418 °C) ont permis de définir quatre principales phases homogènes qui se distinguent par leurs couleurs (brun, rouge ou noir) et les particules qui les constituent (agrégats intacts, terre cuite, cendres, charbon ou débris végétaux). Sur le plan minéralogique, l’élévation des températures à l’intérieur du billon conduit à des agrégats très consistants formant des pseudosables et l’amorce d’une amorphisation de la kaolinite. Sur le plan chimique, on note une baisse globale de 30 % de la matière organique dans le billon écobué après la combustion. Les pertes d’azote total sont moins importantes (20 %) ; elles seraient compensées par une augmentation d’azote ammoniacal. Par ailleurs, on observe dans les billons écobués une nette augmentation des cations échangeables (4,86 à 8,29 cmol.kg-1 de sol), du taux de saturation du complexe absorbant (35 à 65 %) et du pH (de 5,1 à 6,5), réduisant ainsi la toxicité manganique observée sur ces sols. Les teneurs en phosphore total sont peu variables dans tous les échantillons (voisines de 3 ‰), alors que celles du phosphore assimilable augmentent progressivement dans les phases soumises à des fortes élévations de température (de 0,44 à 1,47 ‰). Les rendements des cultures de manioc et d’arachide sur les champs écobués sont nettement supérieurs à ceux obtenus par d’autres systèmes de culture sur brûlis ou en culture mécanisée. La durée de la période cultivée est prolongée.

38 The maala burn beating is a variant of shifting cultivation which is to shape long ridges (10 to 20 meters) in which are buried the grass savanna interlaced, previously dried and piled in windrows, subsequently submitted to combustion stifled. Morphologically, the observed temperatures inside the ridge during combustion (ranging between 95 and 418°C) have identified four main homogeneous phases which are distinguished by their color (brown or black) and the particles (intact aggregates, cooked clay, ash, coal or plant debris). In the mineralogical terms, rising temperatures inside the ridge lead to stable aggregates forming pseudosand and the beginning of amorphization of kaolinite. In chemical terms, there is an overall decrease of 30 % of the organic matter in the ridge weeding party after combustion. The total nitrogen losses are less important (20 %), they would be offset by an increase of ammonia nitrogen. Instead, we see in the burned logs a net increase of exchangeable cations (4.86 to 8.29 cmol.kg -1 soil), the saturation rate of the absorbing complex (35-65 %) and pH (5.1 to 6.5) reducing manganese toxicity observed in these acid soils. The total phosphorus contents are constant in all samples (adjacent to 3 ‰), while those available phosphorus increase gradually in phases subject to high elevations in temperature (from 0.44 to 1.47 ‰). Crop yields of cassava and groundnuts on burn beating fields are higher than those obtained by other systems of shifting cultivation or mechanical cultivation. The cultivation period is prolonged.

Chapitre 11. Importance des charbons de bois dans la restauration de la fertilité des sols tropicaux : une revue

39 Cornelia Rumpel

40L’enfouissement de grandes quantités de matières organiques peu sensibles à la dégradation microbienne pourrait être une solution simple, efficace et facile à mettre en œuvre pour amender les sols tropicaux pauvres en nutriments, sableux, séquestrer du carbone, et en même temps pour améliorer leur fertilité. L’objectif de ce chapitre est d’analyser si les charbons de bois (biochar) dans les sols tropicaux peuvent améliorer leurs qualités chimique, physique et biologique. En effet, la présence des biochars augmente la capacité des sols d’adsorber des nutriments, de retenir de l’eau et de stocker du carbone. La capacité des biochars à améliorer la qualité des sols dépend de nombreux facteurs (matière première et processus de pyrolyse utilisés, climat, types et pH des sols, profondeurs d’enfouissement, variétés cultivées, etc.), dont les rôles respectifs et les interactions sont encore très mal connus. Toutefois, dans des sols tropicaux pauvres, l’utilisation des biochars pour améliorer leur fertilité en utilisant la technique de brûlis sous butte de terre (slash and char) ou combinés avec des engrais minéraux et d’autres substrats organiques (composts) semble une technique économiquement viable, qui mérite des études plus détaillées.

41 The incorporation of significant amounts of organic matter stable upon microbial decay may be a simple solution as an amendment of nutrient-poor, tropical sandy soils, to sequester carbon and at the same time to improve their fertility. The objective of this chapter is to analyse if charcoal (biochar) could be used as an organic amendment in tropical soils. The presence of biochar in soil could improve their chemical, physical and biological qualities. It increases the soil capacity to adsorb nutrients as well as their water holding capacity and their carbon storage potential. However, the efficiency of biochar depends on numerous factors such as feedstock, pyrolysis process, climate, soil type, etc. The respective influence of these different factors is badly known. However, in degraded tropical soils, the use of biochar to ameliorate their fertility might be feasible and application techniques such as slash and char or co-application with complementally fertilisers and compost seem to be economically viable and should be tested in further studies.

Chapitre 12. Ingestion, restitution et transfert d’éléments fertilisants aux agrosystèmes par les ruminants domestiques en régions semi-arides d’Afrique occidentale : points de vue d’un zootechnicien et d’un agro-pédologue

42 Hubert Guerin, Éric Roose

  • 12 UBT : Unité Bovin Tropical correspondant à un bovin de 250 kg de poids vif.

43Sans accès aisé aux engrais chimiques, la jachère et la fumure animale sont les principaux moyens d’entretenir la fertilité des sols dans les régions d’élevage d’Afrique occidentale. La fumure est pratiquée depuis des siècles par la conduite des animaux sur parcours, leur parcage sur des surfaces destinées à la culture, dans des enclos ou au piquet pour accumuler des excrétas, mais en Afrique, rarement en fabriquant du vrai fumier. La restitution de nutriments par l’animal est le résultat de l’ingestion de fourrages (1,8 à 2,5 t MS/UBT/an12), de leur digestion et de l’excrétion des fèces, ainsi que des urines et des gaz. Sur parcours extensifs, les matières fécales contiennent 40 à 60 % des biomasses consommées, donc du carbone, dont une grande proportion de fibres riches en lignine. Avec les urines, les fèces réunissent 75 à 90 % de l’azote et des minéraux (P, Ca, K, Mg) ingérés par le bétail, les minima correspondants à des jeunes animaux en croissance ou des vaches laitières, les maxima à des animaux adultes à l’entretien qui retiennent donc peu de nutriments. Ce texte vise principalement à expliquer, sur la base des processus digestifs, la variabilité quantitative et qualitative des excrétas et de ses facteurs. Ceux-ci sont liés à la diversité des systèmes fourragers suivant le milieu naturel, les systèmes de culture, les saisons et les régimes différenciés des bovins, ovins ou caprins ; en particulier, les teneurs en azote des fèces de petits ruminants (3 à 4 % de la matière organique fécale) sont plus élevées que celles des bovins (1 à 3 %). Les teneurs en fibres lignifiées sont également plus importantes dans les fèces de caprins en relation avec leur importante consommation de fourrages ligneux. Les ovins sont intermédiaires entre les caprins et les bovins. Le texte rappelle aussi la compétition pour l’usage de la biomasse, trop peu abondante, entre la production fourragère, l’enfouissement, le paillage et les brûlis. La distribution spatiale des excrétas et leur concentration, du fait de la conduite des troupeaux au pâturage, de leur parcage, de la technologie fumière mise en œuvre, sont les principaux déterminants de la restitution des nutriments et de leur qualité humifère. Il est aussi souligné que toute innovation en fumure animale n’a de chance de s’étendre que si elle s’intègre au fonctionnement global et au projet des exploitations.. Enfin, dans des contextes en rapide évolution de densification agricole des terroirs, de disparition des jachères et des réserves foncières, les transferts de fertilité par les animaux depuis les parcours non cultivés sont de moins en moins importants alors que les exportations par les produits animaux et végétaux en réponse à la demande urbaine s’amplifient. Il est donc nécessaire d’intégrer les engrais minéraux dans les stratégies d’intensification écologique durable.

  • 13 TLU : Tropical Livestock Unit – 250 kg Live Weight.

44 Without easy access to fertilizers, fallow and animal manure are the main means of maintaining soil fertility in Western Africa. Fertilization has been practiced for centuries by herding animals on rangelands, their gathering on fields at stakes or in fenced parks, raising it in confinement, but rarely by producing real manure. The return of nutrients by the animal is the result of the ingestion of feed (1.8 to 2.5 t DM/TLU/year 13 ), their digestion and excretion of faeces and urine. On rangelands, faeces contain 40 to 60 % of biomass consumed-so carbon-including a large proportion of lignin-rich fibers. With urine, faeces meet 75-90 % of the nitrogen and minerals (P, Ca, K, Mg) ingested by cattle, the minima corresponding to young growing animals or to dairy cows, and the maxima to adults on maintenance. This text is to explain, on the basis of nutritional processes, quantitative and qualitative variability of excreta and its factors. These are related to the diversity of forage systems according to the natural environment, farming systems, seasons, and diets of animals. In particular, the nitrogen content in faeces of small ruminants (3-4 % of fecal organic matter) is higher than those of cattle (2-3 %). The contents of fibers and lignin are also higher in the feces of goats in relation to their high consumption of browse. Sheep are intermediate between goats and cattle. It recalls the competition for the use of biomass (too scarce) between forage production, ploughing and mulching. It also recalls that the spatial distribution of excreta and concentration because of the herding conduct of grazing animals and their park, the manure technology implementation, are the main factors for the return of nutrients and humus quality of these refunds. Finally, in rapidly changing contexts of increasing pressure of agriculture on land and livestock production, fertility transfers by animals from uncultivated lands are less important while exports by crops and animal products are growing in response to urban demand. It is therefore necessary to integrate mineral fertilizers in strategies for sustainable intensification.

Chapitre 13. Intérêt des fumiers pour restaurer la fertilité des sols en zone semi-aride d’Afrique

45 Francis Ganry, Laurent Thuriès

46Le maintien de la fertilité des sols tropicaux en zone semi-aride est conditionné par l’apport de matières minérales et organiques, mais des MO peu fermentescibles et riches en précurseurs d’humus. En plus de l’augmentation de la productivité, les effets attendus de ces MO, sont : une réduction du risque de sécheresse et de phytotoxicité, une augmentation : (i) de la valeur nutritionnelle des céréales, (ii) de la fixation de N 2 des légumineuses, (iii) de la résistance des plantes aux maladies. On distingue en gros trois types de fumier : (1) les poudrettes de parc traditionnel, (2) le fumier de parc avec litière, (3) le fumier d’étable à stabulation composté. Pour améliorer l’efficacité du fumier, il faut intervenir à trois niveaux : (a) estimer son effet fertilisant et son effet amendement et vérifier si le processus de fermentation (compostage) s’est réalisé, (b) ajouter des compléments phosphatés et une biomasse riche en lignine, (c) définir le mode d’application au sol, la dose et la place dans la rotation de ce fumier. Les contraintes majeures à la production de fumier sont la ressource fourragère et le transport ; cependant, un espoir est permis dans les zones cotonnières, avec l’apparition de la stabulation saisonnière au Mali ou des parcs d’hivernage au Burkina.

47 Tropical soil fertility in the Sudan-Sahel region of Africa is depending on addition of mineral and organic matter (OM), slightly fermentable and rich in humus precursors (manure). In addition to the increased productivity, the expected effects of manure are: a reduction in the risks of drought and phytotoxicity of some fresh OM as sorghum straw, an increase in the nutritional value of cereals, in biological N 2 fixation of legumes and in plant resistance to diseases. A distinction is made between three types of manure: (1) traditional dry manure resulting from stock pen also called “poudrette”, (2) manure resulting from stock pen with litter (3) manure resulting from loose housing barn (called farmyard manure). To enhance the manure, three directions: (a) measure of fertilizer and amendment effect to increase the “agronomic value” which is achieved by composting, (b) addition of phosphate rock and biomass rich in lignin, (c) improve its application, dose and place in the rotation. The main constraints on manure production are transport and forage availability ; however, there is some hope in cotton producing regions, with the advent of seasonal stalling in Mali or wintering pens in Burkina.

Chapitre 14. Restauration des sols cultivés mais dégradation des parcours par l’élevage au Maroc

48 Mohamed Sabir, Éric Roose

49Au Maroc, le troupeau constitue l’essentiel de la trésorerie des paysans : il produit le lait, la viande, le cuir, mais aussi le fumier qui assure un transfert de fertilité des sols des parcours vers les champs cultivés : les engrais minéraux sont encore peu utilisés par les petits paysans. Cependant, le surpâturage peut avoir des effets négatifs sur la diversité biologique, la couverture végétale, le tassement et l’encroûtement des sols et sur le ruissellement. Les pertes annuelles par minéralisation de l’humus des sols atteignent 1 t/ha dans les sols irrigués et 0,65 t/ha sur les champs en culture pluviale. Les doses moyennes de fumier dépassent rarement 6,7 t/ha/an (soit 2,3 t de MS/ha et 6,2 millions de tonnes pour les sols cultivés du Maroc). Le fumier, constitué des fèces, de litière et des déchets de l’exploitation, est souvent entassé dans des endroits trop drainés et ensoleillés près de l’étable : desséchés, mais mal fermentés, les fumiers perdent une grande partie des éléments fertilisants (N, C, K), tout en conservant un stock de graines d’adventices et de germes de maladies. Pour faire un bon fumier composté, il faudrait ajouter aux fèces de la paille pour stocker l’azote, les urines (riches en N et K) et de l’eau pour faciliter le compostage de la biomasse. Le fumier est apporté aux cultures maraîchères, aux vergers (oliviers et fruitiers) et parfois aux céréales.

50Pour atténuer les effets négatifs du pâturage sur les sols et permettre leur conservation, les paysans ont développé des stratégies de gestion des parcours et des troupeaux. Les agdals, les contrats entre éleveurs et agriculteurs et la transhumance entre la montagne et la plaine, sont des techniques très efficaces pour le maintien d’un certain équilibre entre les ressources et les prélèvements.

51 Livestock is an important source of cash for Moroccan farmers: it produces milk, meat, leather and manure. To maintain the soil productivity, poor farmers use mainly manure that provides fertility transfer between grazing land and cultivated fields. However, grazing can have negative effects on biodiversity, vegetation cover, soil compaction and sealing, increasing runoff. The annual loss of humus by mineralization attained 1 t/ha of irrigated soils and 0.6 t/ha/year in rainfed areas. The average applied doses were 6.7 tonnes/ha/year (or 6.25 million tons for the cropped fields of Morocco). Manure consists of faeces, some litter and field/home wastes. These organic residues are often crowded in sunny places near the barn: this non-fermented manure lost 70 % of its moisture and much of nutrients (N, C, K), but maintains a stock of weed seeds and disease germs. To make good manure, it should be added to the faeces straw to fix nitrogen and urine plus water to facilitate the transformation of biomass in soil humus manure. Manure is sprayed especially for grain and vegetable crops and traditional olive orchards. To mitigate the negative effects of grazing on soil and water conservation, farmers have developed strategies for rangeland management. The agdals, manure contracts between farmers and helders and transhumance between the mountains and the plains are very efficient techniques for maintaining a certain balance between exportation and nutrients resources.

Chapitre 15. Érosion cumulée et restauration de la productivité d’un sol ferrallitique acide du Burundi

52 Théodomir Rishirumuhirwa, Éric Roose

53Les hauts plateaux du Burundi sont soumis à une forte pression démographique (> 250 hab./km²) et à une dégradation rapide des terres entraînant une baisse continuelle de la production agricole. Dans ce contexte, l’impact de l’érosion hydrique et la réponse de trois méthodes de restauration des terres sur les rendements et la rentabilité économique du maïs ont été étudiés à la station de recherche de l’Iraz à Mashitsi, sur un sol ferrallitique très acide de 8 % de pente. L’étude a porté sur trois années de mesure sur six parcelles d’érosion dont les pertes cumulées sont respectivement de 154 t/ha/3 ans sur le témoin (jachère nue travaillée), de 0,14 t sur la parcelle totalement paillée et de 17 à 58 t/ha/3 ans sur les parcelles sous bananeraies de moins en moins denses. Le ruissellement a diminué de 15 à 1 % pour une pluviosité de 1 200 mm en fonction du taux de couverture du sol. La quatrième année, chaque parcelle a été divisée en 4 parties soumises à 3 modes de restauration (6 t de fumier, fumier + NPK 60-60-40, idem + 500 kg de chaux) et semée en maïs. Les résultats montrent que les terres les plus érodées sont les plus dégradées et sont beaucoup plus difficiles à restaurer que les sols bien protégés : leur restauration nécessite des moyens plus importants (fumier et NPK), difficiles à mobiliser par les agriculteurs burundais. Ils montrent aussi que la fumure organique est la clé de toute restauration et qu’un complément en engrais NPK en renforce l’efficacité. Le chaulage, par contre, semble déprimer les rendements du maïs.

54 In central Burundi, the yield of various crops is low and still decreasing while the population density is very high (250 up to 800 people/km²). Erosion was measured on six runoff plots (300 m²) and three treatments: the standard bare fallow, the fully mulched with local grass, and 4 densities of bananas trees partially mulched with their leaf residues. Annual runoff varied from 15 to 1 % of the rains (around 1,200 mm/year) and cumulated erosion on 8 % slope decreased from 154 t/ha/3 years on the bare plot to 0.14 t/ha/3 years under full mulch. Under banana plantation, erosion decreased (58 t/ha to 17 t/ha/3 years) with higher banana trees density and higher rate of mulched surface. During the fourth year, each runoff plot was divided into 4 parts on which the following soil restoration methods were tested: 1/the control with no restoration, 2/restoration with 6 t/ha of manure, 3/restoration cumulating 6 t/ha of manure (D. W.) and N60, P60, K40, 4/the same treatment + 500 kg/ha of lime. All the plots were planted with maize (Bambou variety). The results showed that it is very difficult to restore soil productivity of very eroded ultisoils. Combining manure and mineral nutrients improved yields up to 3 to 4 t/ha of maize grains the first season on protected plots. Liming seems to have a negative impact on yields. The economical analysis showed that the most economic system of restoration is the use of manure and a few NPK complement.

Chapitre 16. Effets de la gestion des résidus de culture sur un sol brun tropical volcanique. Tests sur divers systèmes intensifs de cultures d’exportation sous pluies naturelles et simulées en Martinique

55 Benoît Khamsouk, Éric Roose

56En Martinique, les cultures d’exportation (banane, ananas, canne à sucre) peuvent présenter un risque de dégradation pour l’environnement (érosion, pollutions des sols et des eaux) en raison du relief accidenté, des pluies cycloniques et des pratiques culturales très consommatrices d’intrants. Une étude sur dix parcelles d’érosion de 200 m² a été mise en place (1998-2001) sur un sol brun tropical volcanique. Elle a démontré que les systèmes intensifs de cultures à gestion superficielle des résidus de culture protégeaient le sol de l’érosion hydrique, à l’opposé du sol nu et de la culture traditionnelle d’ananas billonné. Sur sol nu labouré de pente croissant de 10-25 à 40 %, l’érosion augmente linéairement de 86 à 147 t. ha-1.an-1, alors que le ruissellement diminue de 7 à 4 %, le type d’érosion passant de l’érosion en nappe, aux rigoles et au creeping. Afin d’approfondir les connaissances sur ces processus, une campagne de simulation de pluies cycloniques (19 tests sur des micro-parcelles de 1 m2 arrosées par une pluie artificielle d’intensité de 100 mm.h-1 durant trois heures) a été réalisée in situ pour mieux comprendre le fonctionnement hydrique du sol.

57Les résultats des pluies simulées sur 1 m2 se sont avérés conformes aux mesures observées en parcelles d’érosion (200 m2) sous pluies naturelles. Le sol brun tropical sur cendres volcaniques présente une forte capacité d’infiltration et même après trois heures de simulation de pluie très intense, la saturation du sol superficiel n’est jamais atteinte (Hp < 58 %). Le paillage protège efficacement le sol du ruissellement (et de l’érosion hydrique) en accentuant l’infiltration totale de la pluie artificielle, même après 300 mm de pluie en trois heures. Par contre, les billons concentrent un ruissellement abondant après 40 minutes de pluie de même intensité. D’autres résultats remarquables sont soulignés : (i) une grande stabilité des agrégats sur les sols nus où la désagrégation n’est que partielle avec des mottes émoussées reposant sur une croûte inférieure formée à partir de particules fines désagrégées ; (ii) un changement de processus hydrodynamique sur le traitement « sol nu » avec une diminution du ruissellement sur les plus fortes pentes (25 et 40 %), provoquée par le maintien de l’ouverture des macropores superficiels due à l’énergie décapante de la lame de ruissellement.

58 In Martinique Island, intensive plantations of bananas, pineapple or sugar cane present a risk of erosion and soil + water pollution in relation to steep slopes, intensive cyclonic rainstorms and cultural practices. A study on ten runoff plots (200 m²) on a volcanic brown tropical soil demonstrated that intensive cropping systems with complete mulching (with crop residues) protected the soil against erosion when the conventional cropping system of pineapple on ridges lost more than 17 t. ha -1.year -1 of topsoil. On bare plots, on slopes increasing from 10 to 25 and 40 %, soil erosion increased linearly from 86 to 128 and 148 t. ha -1.year -1 when runoff decreased from 7 to 4 %, the type of erosion varying from sheet to rill and even creep erosion. In order to better understand erosion processes, 19 tests of cyclonic simulated rainfalls on micro-plots of 1 m² were irrigated during three hours with 100 mm.hour -1 intensity.

59 Conclusions under intensive simulated rainfalls confirmed those under natural rainfalls on 200 m² runoff plots, particularly concerning runoff and soil losses under different treatments. This volcanic brown soil kept a strong infiltration capacity even after three hours of simulated heavy rainfalls: the soil saturation was never attained (Hp < 58 %). Mulching protects the soil surface very efficiently against rainfall and runoff energy and against erosion, even during a very intense cyclonic rainstorm. It was not the case for the ridges of denuded soil where runoff became very active after 40 minutes of simulated rain. The rain simulation tests have demonstrated the strong stability of aggregates on bare plots where the structure degradation was only partial with rounded clods sitting on a crust built with fine particles infiltrated. It was also observed a change of erosion processes on bare plots with a decreasing runoff on the steepest slopes (25 and 40 %), due to scouring of the topsoil opening continuously macro-pores.

Chapitre 17. Potentiel du paillage pour réduire l’érosion et restaurer la productivité des sols tropicaux : une revue en Afrique francophone

60 Éric Roose

61Les agronomes préfèrent traditionnellement enfouir les matières organiques disponibles par un labour profond pour accélérer leur humification et la restitution des nutriments suite à leur minéralisation. Mais ce mode de gestion de la biomasse entraîne quelques inconvénients comme la « faim d’azote » et l’exposition des terres nues et peu cohérentes à l’agressivité des gouttes de pluies, la formation de pellicules de battance et l’augmentation sensible du ruissellement et de l’érosion. La disposition à la surface du sol des résidus des cultures précédentes (bananier, ananas, cannes à sucre, céréales, etc.), ou des herbes ou des branchages disponibles sur ou autour des parcelles, permet de couvrir au moins partiellement la surface du champ, d’absorber temporairement l’énergie des premiers orages et du ruissellement, de maintenir en surface les activités biologiques (comme sous la litière forestière) et la capacité d’infiltration, de réduire le ruissellement et l’érosion tout en redistribuant progressivement le carbone et les nutriments dans l’horizon superficiel. Cependant, bien que le paillage soit un des moyens les plus efficaces pour conserver l’eau et la terre, les résultats aux champs durant 2 à 5 ans n’ont pas montré un fort potentiel pour restaurer la productivité végétale des sols dégradés, en raison de leur faible disponibilité (feux de brousse, besoin de fourrage et vaine pâture en saison sèche) et de leur pauvreté en nutriments.

62 Traditionally, agronomists prefer to plough available organic matter into the soil in order to speed up their humification and their mineralisation. But this biomass management has some disadvantages like nitrogen fixation in microbes and bare incoherent soils exposition to the energy of rainfall drops and runoff, sealing crust and increasing runoff and erosion. Spraying on the soil surface crop residues (banana trees, pineapples, sugar cane, cereal straws, etc.) as well as herbs or wood branches available on or around the fields allows to cover partially or completely, to absorb temporarily the energy of the first rainstorms, to maintain the fauna activities and the infiltration capacity of the topsoil like in the forest litter and therefore to reduce drastically runoff and erosion. Simultaneously, litters restore progressively carbon and nutrients in the topsoil and improve the topsoil structure. Nevertheless, even if mulching is one of the best systems reducing runoff and erosion, trials in the fields did not show an increase of crop production because of the low biomass availability, the priority of forage need for breeding, the traditional use of savannas burning and the right of common grazing.

Chapitre 18. Restauration d’un versant érodé jusqu’à la roche volcanique acide par épandage d’une litière de déchets de sucrerie, compost et NPK dans la réserve naturelle de la Caravelle (Martinique)

63 Éric Roose, Nadine Vernumière, Bounmanh Khamsouk

64Pour protéger la baie du Trésor de l’envasement, le PNRM et l’IRD ont décidé d’unir leurs moyens pour évaluer les risques d’érosion d’un versant complètement décapé aménagé mécaniquement (dosses) et l’efficacité d’un apport de litière constituée de bagasse de canne à sucre, ainsi que la plantation de quatre espèces locales d’arbustes dans un système de cuvettes enrichies en compost urbain et en nutriments minéraux. La première année, l’érosion résiduelle a été évaluée à 30 t/ha/an sur un risque d’érosion potentielle calculé selon USLE de 120 t/ha/an. Mais dès que la surface des ravineaux a été couverte de 15 à 70 t/ha de bagasse peu décomposée, le ruissellement a été réduit de 50 % et l’érosion de 98 %. Dès la 3e année, la litière s’étant décomposée, l’érosion a repris progressivement de l’importance. Dans les cinq ravineaux furent plantés simultanément quatre arbustes locaux dans 121 cuvettes enrichies à trois niveaux : rien, compost ou compost + NPK. Au bout de trois campagnes, ce système de plantation en milieu rocailleux acide et pauvre, en concentrant le ruissellement, l’apport de MO et de NPK dans des cuvettes de 60 litres, a nettement augmenté le nombre de survivants et leur vigueur.

65De même le sol s’est progressivement amélioré : la surface est plus foncée (humus et humidité), la faune perforatrice a réduit la surface compacte et l’infiltration est plus élevée. Pour réduire le coût de revient de l’épandage, il a été suggéré de réduire la dose de paillis à 6 t/ha, de l’épandre en bande sur la ligne de plantation et de semer dans cette litière des plantes pionnières, si possible des légumineuses rampantes.

66 In order to protect the “Thesorus Bay” from sedimentation in the Martinique Island, PNRM and IRD administrations decided to evaluate erosion of a hillside completely eroded but stabilised by planks, the efficiency of sugarcane residues mulch and the plantation of four indigenous schrubs. The first year, residual erosion was evaluated to 30 t/ha/year on a potential of 120 t/ha/year along the USLE Wischmeier model. As soon as the soil surface was covered by 15 to 70 t/ha of sugarcane residues, runoff decreased by 50 % and erosion by 98 %. But after three years, the litter was partially mineralised and erosion increased again.

67 In the five plots (~ 100 m²), were planted simultaneously four indigenous schrubs in 121 micro-basins (60 litres). After three years, this system concentrating runoff water, compost and NPK increased clearly the number of survivals and their vigour.

68 The topsoil was also improved by humus, infiltration and fauna activities. In order to reduce the cost, it was suggested to limit the residue doses to 6 t/ha, to spread it only on the plantation lines and to sow pioneer creeping leguminous.

Chapitre 19. Valorisation agricole des déchets domestiques et industriels dans les agrosystèmes en Afrique de l’Ouest et à Madagascar

69 Dominique Masse, M. Ndiénor, Edmond Hien, Tovonarivo Rafolisy, Yacine Ndour, Alfonse Bilgo, S. Houot, Christine Aubry

70L’urbanisation croissante des pays du Sud entraîne une place importante des agricultures urbaines ou péri-urbaines, répondant à la demande alimentaire et créatrice de richesse et d’emploi. Ces villes produisent également d’importantes quantités de déchets domestiques ou autres produits résiduaires organiques issues des industries agroalimentaires qui constituent un enjeu environnemental (pollution) et économique (coûts de traitements élevés). Relativement riches en éléments fertilisants pour les sols, ces déchets sont une opportunité pour améliorer durablement la production agricole et la qualité des sols cultivés, notamment aux abords des villes.

71Depuis 2006, des équipes pluridisciplinaires en Afrique subsaharienne mènent des travaux de recherche sur le compostage de déchets urbains et l’utilisation des criblés de décharge municipale au Sénégal, au Burkina Faso et à Madagascar. Ce chapitre a pour objectif de faire le point sur les connaissances acquises à partir de ces expériences.

72À Ouagadougou, différents composts de déchets urbains ont été testés sur des cultures de sorgho. L’apport de compost a significativement augmenté les rendements (de 2 à 5 fois par rapport à un témoin) au cours de deux années culturales. L’analyse par régression linéaire entre les rendements obtenus et les caractéristiques des composts a mis en évidence l’importance de leur teneur en phosphore, notamment lorsque les apports de ces intrants organiques sont concentrés au niveau des plantes. En revanche, lorsque les apports sont épandus sur la surface de l’unité expérimentale, le taux de minéralisation (90 jours) mesuré en laboratoire a déterminé le rendement du sorgho.

73Les criblés de la décharge municipale constituent des gisements de produits organiques. Des expériences menées à Madagascar, l’une pour la culture de tomate en condition paysanne et l’autre en station, ont clairement montré que le terreau issu de l’ancienne décharge d’Andralanitra, malgré son caractère très minéralisé et sa relative pauvreté, était un produit qui pouvait avoir une valeur d’amendement, voire de fertilisant. Il convient cependant de définir les principes d’apport et de s’assurer de l’innocuité totale de ce produit. En revanche, des criblés de la décharge municipale de Dakar testés sur des cultures de tomate n’ont pas permis d’égaler les rendements obtenus avec des apports de fumier de cheval. Les faibles teneurs en matière organique et en azote de ce produit pouvaient expliquer l’absence d’effets pour cet essai mené en périphérie de Dakar.

74L’effet des divers intrants organiques sur la production végétale est apparu très variable en fonction des situations. Il semble donc nécessaire de caractériser les propriétés d’un produit organique potentiellement valorisable et de confronter ces propriétés à celles des fertilisants ou amendements organiques utilisés dans les systèmes de culture. Seule cette condition garantira la réussite d’un projet de valorisation agricole des déchets municipaux ou industriels.

75 Urbanization in developing countries leads to prominence of agriculture urban or peri-urban areas, to meet the demand for food, wealth and employment. These cities also produce large amounts of wastes which constitute a major environmental (pollution) and economic (treatment costs) issue. Relatively rich in nutrients for soil, these wastes could be an opportunity to improve agricultural production particularly around cities.

76 Since 2006, multidisciplinary teams in sub-Saharan Africa have been conducting research on municipal wastes recycling in agricultural systems as composting or the use of screened materials from municipal landfills in Senegal, Burkina Faso and Madagascar. This chapter aims to present some results from these experiments.

77 In Ouagadougou, different composts of municipal wastes were tested on sorghum crops. The addition of compost significantly increased yields (2 to 5 times compared to control) measured on two years of crop. The linear regression between yields and composts characteristics highlighted the importance of the compost phosphorus content when the addition of the organic product was localized near the plant. The 90 days mineralization rate measured in laboratory conditions determined the sorghum grain yields when the same amount of organic products was spread over the experimental unit.

78 In Madagascar, organic matters extracted from municipal landfills by sieving, locally named “terreau”, are sold as fertilizers by local economic operators. The uses of this organic product for the tomato production and for the cultivation of ferralsol on the Highlands of Madagascar were tested. The results showed that this “terreau” had a positive effect on plant production as it was also observed with animal manure use. However, it is necessary to identify the practices to ensure the best efficiency and the total health safety of this product. In contrast, organic products extracted from the municipal landfill of Dakar tested on tomato crops have failed to match the yields obtained with conventional horse manure amendment. This could be explained by the low organic matter and nitrogen contents in these particular organic inputs.

79 The effect of various organic inputs, from recycling waste, crop production tested in these studies appeared highly variable depending on local circumstances. It therefore seems necessary to accurately characterize the properties of an organic product potentially recyclable and compare these properties to those of fertilizers or organic amendments used in cropping systems. Only this condition will ensure the success of agricultural projects of recycling municipal or industrial waste.

Chapitre 20. Performances des engrais minéraux et organiques sur la production de laitue et sur la fertilité d’un sol maraîcher à Nkolondom (Yaoundé, Cameroun)

80 Emmanuel Seh Ngoun, Michel Omoko, Serge Simon

81Dans le souci de mettre au point des techniques de valorisation des déchets urbains au Cameroun, les impacts agronomiques, environnementaux et économiques de deux amendements organiques (fumier de poulet et compost d’ordures ménagères) ont été évalués sur la culture de la laitue (Lactuca sativa). Pour y parvenir, un essai au champ a été conduit pendant deux cycles de culture en milieu paysan dans la zone maraîchère de Nkolondom, bas-fond péri-urbain de Yaoundé. Huit fertilisations ont été comparées dans un dispositif à quatre blocs complètement randomisés. Des analyses en laboratoire ont évalué l’évolution de la fertilité du sol maraîcher et les risques environnementaux.

82Les fertilisations ont amélioré le rendement en laitue de manière très hautement significative pendant les deux cycles de culture. Les rendements ont varié de 1,7-1,2 kg/m2 sur les parcelles témoins à 3,1-4,4 kg/m2, suite à un apport combiné de fumier + NPK. Les amendements organiques donnent de meilleurs résultats lorsqu’ils sont associés aux engrais minéraux complémentaires.

83L’épandage du fumier ou du compost permet de restaurer la fertilité du sol, notamment en azote, en matière organique, en somme de base échangeable et en CEC. Cependant, il a été observé une baisse de la teneur en phosphate du sol malgré les différentes fertilisations. Contrairement au compost, l’épandage du fumier a amélioré la teneur en potasse des parcelles.

84La rentabilité économique des amendements organiques est très faible comparativement à celle de l’engrais minéral : le recours au fumier coûte 2 fois plus et celui du compost 20 fois plus que l’emploi de l’engrais minéral. Les compost et fumiers ne présentent pas de danger pour la santé des utilisateurs.

85 In order to valorize the urban waste in Cameroon, agronomic, environmental and economic impacts of two organic amendments (poultry manure and compost of household waste) were estimated on the lettuce yield (Lactuca sativa). A trial was conducted during two cycles in the peri-urban valley of Nkolondom, (Yaounde, Cameroon). Eight treatments were compared in a device with four completely randomized blocks. Laboratory soil and amendments assessments were added to estimate the environmental and pedological impacts. Treatments improved highly the yield of lettuce during both cycles of cropping: the yields varied from 1.7-1.2 kg/m 2 (control) to 3.1-4,4 kg/m 2 (combination of manure + mineral fertilizer). Organic amendments give better results when they are associated to mineral fertilizers.

86 The organic manures restored the soil fertility, in particular increasing nitrogen, organic matter and CEC. Potassium is also higher with animal manure, but a lower rate of phosphate was observed in the soil of the fertilized plots. However, the economic profitability of manure and compost is very weak compared to mineral fertilizer. No environmental impact was observed for the users of amendments.

Chapitre 21. Rôle des cultures associées pour restaurer la productivité des sols du nord-ouest du Cameroun

87 Serge Valet

88Le XXIe siècle doit faire face au grand défi d’alimenter à moyen terme 9 milliards d’humains, tout en réduisant la dégradation de sols. Cette étude, basée sur des essais et des enquêtes en milieu paysan des montagnes de l’Ouest du Cameroun, explique comment les cultures associées peuvent restaurer la productivité des sols tropicaux et assurer une production soutenue supérieure de 10 à 200 % aux monocultures intensifiées, tout en réduisant l’utilisation des engrais minéraux. L’agriculture agroforestière (AF) consiste à prendre la nature comme modèle : les arbres recyclent les nutriments récupérés en profondeur et leur litière protège la surface du sol de l’agression des gouttes de pluie. Elle renforce les systèmes de cultures associées traditionnelles (3 à 47 espèces concernées) et innovantes par des techniques biophysiques pour atteindre de façon plus efficace et durable la résilience des agroécosystèmes aux effets du changement climatique et de la baisse de la ressource hydrique et nutritionnelle. En augmentant le couvert végétal et en diversifiant l’enracinement, elle exploite mieux le sol, l’eau et la lumière, produit plus de biomasse et protège mieux le sol de l’érosion, des adventices et des attaques des insectes et des maladies. Les Indices d’efficience d’équivalence (IEE) du N varient de plus de 2,5 à plus de 3,6 pour le maïs des associations bi et trispécifiques. Elle table sur les services écosystémiques fournis par ces associations plurispécifiques.

89 The 21 th century has to face big problems: how to feed 9 billions of humans and simultaneously improve the soil qualities. This study, based on trials and inquirement with the farmers of the NW Cameroon mountains, explains how mixed/intercropping can restore the tropical soil productivity and ensure a sustainable production superior (10 to 200 %) to the same pure cultures. The agroforestry tries to copy the nature: the trees recycle nutrients that their roots catch in the deep soil horizons and their litter protects efficiently the topsoil against erosion. This complex system reinforces innovative mixed peasant cropping systems by biophysical techniques to reach with the most sustainable and efficient manner the resilience of the climatic change, the water and nutritional resource falling. Developing a larger canopy and a deep rooting system mixed-cropping exploits better soil nutrients, water and light, products more biomass and protects more efficiently the soil against erosion and invaded weeds, insects and diseases. The Efficiency Equivalent Ratio of N varies about 2.5 to 3.6 for tri and bispecific associations. Mixed cropping produced security and numerous ecosystemic services.

Chapitre 22. Gestion des micro-organismes symbiotiques pour une restauration durable de la productivité des agrosystèmes tropicaux et méditerranéens

90 Claudine Franche, Robin Duponnois

91Une des principales conséquences de la surexploitation des sols et de la paupérisation du couvert végétal est une augmentation des processus d’érosion qui entraîne une baisse de la fertilité physique, chimique, mais également biologique (ex : microflore tellurique). Parmi les composantes microbiennes particulièrement sensibles à ces phénomènes d’érosion, figurent les micro-organismes symbiotiques (rhizobia, Frankia, champignons mycorhiziens) connus pour être des composantes clés dans le fonctionnement des principaux cycles biogéochimiques telluriques (C, N et P).

92De nombreux travaux ont montré l’importance de la gestion de ces micro-organismes symbiotiques dans les pratiques culturales visant à améliorer la productivité des agrosystèmes. Dans ce chapitre, nous décrirons les différentes stratégies de gestion du potentiel des sols en agents microbiens symbiotiques via l’inoculation contrôlée de micro-organismes ou d’amélioration d’itinéraires culturaux par l’introduction de plantes nurses à travers différents exemples d’expérimentations réalisées en milieu tropical et méditerranéen.

93 Degraded ecosystems are usually characterised by a disturbed vegetation cover accompanied by a rapid erosion of soil surface. The desertification process involves a loss or reduction of major physicochemical and biological soil properties and significantly alters the inoculum potential of symbiotic soil microbial communities, more particularly the symbiotic microorganisms (rhizobia, Frankia, mycorrhizal fungi) known to be key components in the main terrestrial biogeochemical cycles (C, N and P). Many studies have shown the importance of the management of these symbiotic microorganisms in agricultural practices to improve agroecosystem productivity. In this chapter, we describe the different strategies for managing the soil potential of symbiotic microbes via the controlled inoculation of symbiotic microorganisms or the improvement of crop management by introducing nurse plants through various examples of experiments carried out in tropical and Mediterranean areas.

Chapitre 23. Rôle des vers de terre et des termites pour la retauration de la productivité des sols en milieux tropicaux

94 Éric Blanchart, Pascal Jouquet

95Les invertébrés de la macrofaune du sol, comme les vers de terre et les termites, jouent un rôle clé dans le fonctionnement des sols. Ils décomposent la litière et l’incorporent au sol, ils construisent et maintiennent la structure du sol en creusant des galeries et en modifiant l’agrégation du sol, ils contrôlent en partie la diversité et les activités microbiennes, ils protègent les plantes contre les maladies et les pathogènes. En modifiant l’agrégation et la porosité du sol, en décomposant la matière organique, ces organismes participent à l’infiltration et au stockage de l’eau dans les sols, au recyclage des nutriments, à la régulation du ruissellement de l’eau, au stockage du carbone. Ces processus sont à la base des services écosystémiques. Pourtant, le rôle bénéfique de ces organismes dans la productivité des sols et la fourniture de services écosystémiques est encore mal connu et peu utilisé par les gestionnaires du sol (agriculteurs, etc.). Ils sont pourtant des indicateurs de la qualité des sols et doivent être considérés comme une ressource permettant de mieux gérer et améliorer la fourniture de services par les agroécosystèmes tropicaux.

96 Invertebrates of soil macrofauna, such as earthworms and termites, are key organisms regarding soil functioning. They are involved in litter decomposition and incorporation in soil, they build and maintain soil structure through burrowing and modification of soil aggregation, they partly control microbial diversity and activities, and they protect plants against disease and pests. Doing this, they contribute to water infiltration and storage in soil, to nutrient recycling, to the regulation of water runoff, and to carbon sequestration. These ecosystem processes are at the roots of ecosystem services. Nevertheless, the beneficial roles of these ecosystem engineers in soil productivity and the supply of ecosystem services are still very poorly used by farmers and soil stakeholders. But they are relevant indicators of soil quality and should be considered as a resource potentially allowing a better soil management and promoting the provision of ecosystem services by tropical agroecosystems.

Chapitre 24. La valorisation agro-énergétique des déchets d’abattoir par méthanisation

97 J. L. Farinet

98En zone soudano-sahélienne les abattages contôlés des viandes engendrent la production d’une grande quantité de déchets essentiellement organiques facilement mobilisables par méthanisation. Les déchets sont transformés par voie anaérobie dans un réacteur fermé. Le résidu de digestion apres maturation donne un compost utilisable par les agriculteurs. En Afrique les déchets des carcasses sont généralement bien valorisés sauf le sang et le contenu des panses et intestins, qui vont constituer 80 % de la charge des eaux usées d’un abattoir. Avec les fumiers récupérés sur les parcs d’attente des animaux, ces déchets représentent 280 kg/tonne de carcasse avec 15 % de matières sèches soit 18 300 Tc/an pour l’ensemble du Sénégal. En les laissant sécher en tas à l’air, ces déchets donnent un compost riche en MO (52 %), en azote (2 %), phosphore (2,4 %) et en bases (5,2 %).

Chapitre 25. Valorisation des urines humaines et animales pour la fertilisation des sols tropicaux : une revue

99 Éric Roose, Ernest Kouakoua

100Vu le manque de biomasse nécessaire pour assurer l’élevage, le fumier et le paillage, les auteurs recherchent comment améliorer l’efficacité de la valorisation des déchets animaux et humains. Les apports par les urines humaines (550 l/he/an) sont limités (N 4 à 10 kg/an + K 1,5 + P 0,5 + 0,5 kg/an de Ca + Mg + oligoéléments + hormones). Appliquées sur de petites surfaces en maraîchage et combinées aux fèces, les urines peuvent entretenir la fertilité de la surface nécessaire pour produire ces légumes ou servir d’accélérateur de compost. Les urines animales sont plus abondantes, mais répandues pour moitié sur le parcours et l’autre sur le lieu de repos. L’action des urines (forme soluble) est beaucoup plus rapide et fugace que celle des fumiers qui comprend une majorité de nutriments piégés avec les matières organiques (MO) non digestibles. Les urines augmentent de 50 à 70 % la production végétale du lieu de chute et favorisent les graminées et nitrophiles aux dépens des légumineuses fixatrices d’azote (inhibition des racines) en augmentant localement le pH du sol. L’apport des urines sur la litière est fondamental pour la maturation du fumier et son enrichissement en azote et potasse.

101 Authors try to evaluate the efficiency of urines and faeces from human origin. They bring limited quantity of nutrients (N 10 + K 1.5 + P 0.5 + 0.5 of Ca + Mg + various oligo-elements and hormones). Applied on little surfaces of market gardening (300 m²) they bring enough nutrients to maintain the productivity of the ground or to accelerate composting. Animal urines are more abundant but sprayed on the grazing land and 50 % on watering or resting areas. The effects of urines are rapid but transient on the increasing yield. On the spots (0,5 m²) they felled, urines increase the grass production as much as 50-70 % during three months. They increase the development of nitrophiles grasses but reduce the production of leguminous and the fixation of atmospheric-N. Bringing urines on the litter covering the farmyard is essential to accelerate the maturity and the richness of manure.

Chapitre 26. Les enjeux liés au phosphore dans les sols tropicaux

102 Philippe Hinsinger, Yacine Ndour, Thierry Becquer, Lydie Chapuis-lardy, Dominique Masse

103Ce chapitre résume les enjeux autour du cycle biogéochimique de P, les déterminants de la biodisponibilité du P des sols pour les cultures, et les moyens mobilisables pour gérer de façon durable leur nutrition phosphatée. De nombreux sols des régions intertropicales sont limitants en P, en raison de leur fort pouvoir fixateur et de leur faible teneur en P. Les ressources en phosphates naturels utilisés pour fabriquer les engrais phosphatés sont finies, remettant en cause la durabilité des pratiques de fertilisation à l’échelle mondiale. L’augmentation inéluctable des prix de ces fertilisants minéraux risque de condamner les agriculteurs des pays du Sud à fertiliser insuffisamment. La valorisation de l’ensemble des ressources (roches, déchets et déjections) disponibles localement et l’intensification écologique des agroécosystèmes sont donc nécessaires. Cette dernière repose sur l’exploitation de la diversité végétale, au travers de la sélection de variétés efficientes dans leur capacité d’acquisition et d’utilisation de P, et de l’utilisation de rotations ou d’associations de cultures qui permettent de mieux utiliser les différents pools de P du sol, minéral et organique. Il s’agit également de mieux utiliser les intrants organiques comme source alternative de P, ou les biofertilisants (inoculants microbiens). La nécessité de préserver le P des sols tropicaux et de minimiser ses pertes par érosion renforce, en outre, le besoin de développer des approches telles que celles de l’agriculture de conservation et la GCES.

104 This chapter summarizes the issues around the biogeochemical cycle of P, the drivers of soil P bioavailability for crops, and the possible means for the sustainable management of their P nutrition. Many soils of tropical regions are P-limiting, due to their high P fixation capacity and low P content. Rock phosphate resources that are used to make P fertilizers are finite, which questions the sustainability of P fertilization at the global level. The consequent increase of P fertilizer prices is a major limitation for P fertilization in developing countries. Making use of all the P resources (rocks, wastes and effluents) that are available locally and implementing an ecological intensification of agroecosystems are thus necessary. The latter is based on better exploiting crop diversity, through breeding P-efficient crop genotypes, and using crop rotations or intercropping systems that make better use of the various pools of soil P, both organic and inorganic. Making use of organic inputs as alternative sources of P, or biofertilizers (microbial inoculants), is also part of the strategy. It is necessary to preserve the P resources in tropical soils and minimize the erosion losses through developing approaches such as conservation agriculture and land husbandry.

Chapitre 27. Le semis direct sous couverture végétale. Une voie de restauration durable de la productivité des sols semi-arides du Maroc

105 Rachid Mrabet

106La dégradation de la qualité des sols et l’érosion hydrique sont des sujets de préoccupation croissante dans la région méditerranéenne. En effet, la mauvaise gestion des résidus de récolte et les faibles quantités restituées aux sols se traduisent par un appauvrissement de la matière organique, une détérioration de la fertilité physique et chimique des sols et des niveaux d’érosion supérieurs aux taux de tolérance. Le semis direct sous couverture végétale (SD/CV) a des conséquences favorables sur ces phénomènes en réduisant l’efficacité érosive des pluies. En effet, la suppression des labours et le maintien du couvert végétal permettent de dissiper l’énergie des pluies et du ruissellement et de diminuer les pertes en sédiments et nutriment. SD/CV favorise l’infiltration de l’eau dans le sol. En plus de l’effet protecteur du SD/CV, les recherches entreprises aussi bien en station expérimentale que chez des agriculteurs ont permis de conclure que généralement ces systèmes améliorent les taux et la qualité des matières organiques des sols, particulièrement en surface. Ces augmentations de stocks organiques des sols sous SD/CV ont été liées aux réductions des pertes de CO 2. Ces mêmes recherches ont montré que les propriétés physiques (agrégation, porosité) hydrodynamiques et chimiques (teneurs en éléments nutritifs) s’améliorent progressivement au cours du temps et en fonction des apports de résidus de récolte. De nombreux essais mis en place dans différentes conditions pédoclimatiques ont permis des améliorations substantielles des productivités et des efficiences d’utilisation de l’eau de plusieurs cultures stratégiques pour le pays. L’augmentation de rendement du blé varie de 2,4 à 146 % selon la rotation, le type de sols et la durée d’installation du SD/CV.

107 Moroccan drylands are characterized by an unfavorable climate, marked by spatiotemporal irregularities, coupled with growing tensions on soil and water resources, which stresses the importance of a progressive orientation towards an economically feasible and environmentally viable agriculture. Rational use of no-tillage (NT) technologies, conservation cropping systems and crop residue management have noticeable impacts on crops and soils. Agronomic benefits from no-tillage systems compared to traditional and conventional tillage systems are well shown from research sites, either at the experimental or farmer level. There is an increase in wheat yield under no-tillage systems varying from 2.4 to 146 % depending on NT history, cropping system and soil type. The efficiency of a no-till system for carbon sequestration is enhanced when used in combination with high intensity wheat rotation and maintenance of residue cover. In other terms, while soil organic matter (SOM) levels in Morocco are low, i.e. <1 – 2 %, conservation cropping systems managed under no-tillage technologies caused sustainable increases in crop yields associated with higher SOM. No-tillage system increased organic matter labile fraction and soil pool in nitrogen, phosphorus and potassium. Water conservation and soil quality improvements were found proportional to residue cover level under no-tillage. As an important option for implementing no-tillage in farmer’s system, combining partial straw exportation and elimination of tillage practices was found to satisfy both water storage for stabilizing wheat yield and enhancement of soil organic matter. Reductions in soil erosion and carbon emissions under no-tillage systems were obvious from recent research studies.

Chapitre 28. Potentiel du semis direct et des matières organiques pour restaurer durablement la productivité des sols ferrugineux sableux du Nord-Cameroun et du Sud-Mali

108 Zachée Boli, Drissa Diallo, Éric Roose

109Pour comparer le labour conventionnel aux divers systèmes de semis direct (nonlabour ou travail à la dent sur la ligne de plantation) et diverses utilisations des matières organiques, deux ensembles de parcelles d’érosion de 100 à 1 000 m² (17 au Mali et 57 au Cameroun) ont été aménagées sur des sols ferrugineux sableux fragiles dans la zone des savanes soudaniennes arborées. Après 3 à 4 ans où il a plu entre 900 et 1 500 mm par an, il est évident que le semis direct sous litière de légumineuse ou d’adventices réduit le risque de ruissellement (- 20 %) et d’érosion (- 70 %). Cependant, comme les engrais NPK ont été distribués généreusement, les plus hauts rendements ont été observés sur le labour conventionnel (+ 30 à 50 % de grains de maïs et 10 % de coton en plus ou en moins selon le déroulement de la saison des pluies). Il semble que le coton soit moins sensible sur ce sol sableux au lessivage de l’azote durant les deux premiers mois que le maïs. La séquestration du carbone par le système du semi direct dans la litière n’est pas évidente sur les sols très sableux, mais elle est plus importante sur des sols contenant plus de 25 % d’argile en surface. Le système du semis direct utilisant du glyphosate comme herbicide fut vite adopté par les petits paysans, car il leur a fait gagner du temps durant la période critique du semis et des sarclages. Le problème réside dans la faible couverture de la surface du sol par la litière en début de cycle à cause des traditions africaines de la vaine pâture et des feux de brousse durant la saison sèche qui suit la récolte. L’apport de 3 t/ha de poudrette de chèvres, bien qu’il n’ait guère influencé le ruissellement ni l’érosion, a toujours produit les meilleurs rendements par rapport à l’enfouissement des résidus de culture, au mulch de paille ou d’ombrière en plastique ou même aux courtes jachères de légumineuses.

110 To compare conventional tillage to various direct drilling systems (no-tillage or tooth tillage reduced to the sowing line), two sets of runoff plots (100 to 1,000 m 2) (57 in Cameroon and 17 in Mali) were built on fragile sandy Alfisols under aggressive Sudanese savannah areas. After 3 to 4 years with 900 to 1,500 mm of rainfall, it was clear that the litter/legumes/weeds cover of “no-till” reduced the runoff (- 20 %) and erosion risks (to 1/3) compared to the conventional tillage system. But as a consequence of intensive mineral fertilisation, the highest yields were observed in the plowed fields (30 to 50 % more of maize grain + or – 10 % for cotton). It seems that cotton is less sensitive to excess of drainage and nitrogen leaching than maize during the first two months. Carbon sequestration by direct drilling system was not systematic on very sandy soils but more important if the clay content is over 25 %. The direct drilling system with Roundup was very fast adopted by small farmers as a system alleviating the labour during the sowing and weeding period, but the soil surface was not well covered because of the traditional African habits of free grazing and bushfires during the dry season. Bringing 3 t/ha of goat faeces did not decrease the erosion risks but produced better crop residues ploughed in the soil or even short fallows of leguminous.

Chapitre 29. Influence de diverses techniques culturales (SCV-labour) sur l’érosion et sur le rendement en maïs, riz, haricots sur les ferralsols des Hautes-Terres malgaches

111 Norosoa Razafindramanana Rakotoniaina, Jean-Marie Douzet, Bernard Barthès, Lisa Rabeharisoa, Alain Albrecht

112Vu la dégradation de la productivité des sols labourés, il fallait tester l’effet du semis direct sous litière végétale pour contrôler l’érosion hydrique et améliorer le rendement des cultures pluviales sur les Hautes-Terres centrales malgaches. L’essai a été entrepris sur un dispositif de parcelles d’érosion à Andranomanelatra, sous pluies naturelles. Le dispositif compare plusieurs traitements en semis direct au labour conventionnel (bêchage à l’angady). Des mesures du ruissellement, de l’érosion et du rendement des cultures principales ont été effectuées durant quatre campagnes culturales. Les résultats ont confirmé l’effet positif des systèmes de semis direct pour contrôler le ruissellement et l’érosion. Par contre, les systèmes en semis direct n’améliorent pas automatiquement les productions. En effet, les rendements en grain de haricot sont significativement plus élevés sur les parcelles en semis direct que labourées. Alors que pour les rendements en maïs et en riz pluvial, d’une manière générale, ils sont significativement plus faibles en semis direct avec couverture vivante à base de Brachiaria ruziziensis que pour les parcelles labourées. Au fil du temps, il y a une nette augmentation des rendements en grain de riz et de maïs pour l’ensemble des traitements étudiés, avec une hausse encore plus visible sous systèmes en semis direct.

113 The purpose of this study was to test the potential of no-tillage management to control erosion and improve crop yields in the Central Highlands of Madagascar. This study was carried out in Andranomanelatra under natural rainfall conditions. Conventional tillage and direct seeding system were imposed and compared in the experimental design. Runoff, erosion rates and crop yield were measured during four cropping periods. The results showed that direct seeding systems were significantly better to control erosion rates as compared to conventional tillage system. But direct seeding system does not systematically improve crop yield after 4 years. Indeed, common bean grain yields were greatest on direct seeding system than conventional tillage system. On the other hand, maize and rainfed rice yield were significantly lower in direct seeding mulch-based systems using living mulches (Brachiaria ruziziensis) than conventional tillage system. Over time, there is a real increase in rice and maize grain yields for all treatments studied with a larger increase in direct seeding system than conventional tillage system.

Chapitre 30. Usages agropastoraux des biomasses végétales et conséquences sur l’adoption du semis direct sous couvert végétal au nord du Cameroun

114 Patrick Dugué, Paul Belchi, Lise Paresys, Marine Rétif, Jean-Pierre Olina

115La couverture végétale du sol constitue un moyen efficace de réduire le ruissellement et l’érosion en Afrique soudano-sahélienne. Elle contribue aussi à enrichir le sol superficiel en matière organique et en nutriments. Cette pratique constitue un élément central du système de culture sous couvert végétal (SCV) qui a été vulgarisé au nord du Cameroun. Mais il existe de fortes concurrences entre les usages des biomasses mobilisables pour cette couverture, en premier lieu l’alimentation du bétail qui reste en saison sèche une préoccupation majeure des producteurs de cette région. L’introduction du Brachiaria ruziziensis en culture pure ou associée aux céréales donne de nouvelles perspectives pour accroître l’offre en biomasse pour le bétail, mais aussi pour la couverture du sol. L’usage des émondes des arbres ou des haies vives et des légumineuses herbacées comme paillis existe, mais plus rarement. Il apparaît comme une voie d’amélioration possible de l’offre en biomasse fourragère et de couverture. Par ailleurs, il convient d’associer aux innovations techniques des innovations organisationnelles indispensables pour modifier les modes de gestion des ressources naturelles et des espaces et assurer un partage équitable de la biomasse disponible entre les différents usages (paillage, fourrage-vaine pâture, feux).

116 Green cover is an effective way to reduce runoff and erosion in Sudano-Sahelian Africa. It also helps to enrich the topsoil with organic matter and nutrients. This practice is a central element of direct seeding mulch-based cropping (DMC), which is promoted in northern Cameroon. But there is a strong competition between those different uses of biomass available for this coverage, primarily as livestock feeding in the dry season, which remains a major concern for producers in the region. The introduction of Brachiaria ruziziensis offers new opportunities to increase the supply of biomass for livestock but also for the soil cover. The use of living hedges and tree prunings and leguminous as mulch exists but much more rarely. It appears as a possible way to improve the supply of feeding biomass and cover. Moreover, it is advisable to associate with technical innovations the organizational innovations required to change natural resources management and assure an equitable sharing of the available biomass between different uses.

Chapitre 31. Effets du Mucuna sur la production et la durabilité de systèmes de culture à base de maïs au Sud-Bénin

117 Bernard Barthès, Anastase Azontonde, Christian Feller

118La matière organique du sol conditionne la productivité et la durabilité des systèmes de culture, mais maintenir son niveau est problématique dans les régions agricoles densément peuplées. Les travaux présentés avaient pour objectif d’évaluer l’effet de la légumineuse de couverture Mucuna pruriens var. utilis sur la fertilité et la conservation des sols dans un système à base de maïs au Sud-Bénin. L’étude a été conduite en parcelles d’érosion (240 m ², pente 4 %) de 1988 à 1999 sur sol ferrallitique sableux devenant argilo-sableux en profondeur, sous climat tropical subhumide. Trois traitements étaient comparés, tous avec travail du sol à la houe : culture pure de maïs sans apport (notée Trad) ou avec fertilisation minérale (notée NPK) ; association maïs-mucuna (notée Muc), le mucuna étant semé un mois après le maïs. Le rendement en grain du maïs était équivalent pour les trois traitements en 1988 (500 kg. ha-1) ; en fin d’essai il avait diminué sur Trad (200 kg. ha-1), et augmenté sur NPK (2,5 Mg. ha-1) et surtout Muc (3,5 Mg. ha-1). De même, le stock de carbone du sol à 0-40 cm de profondeur ne différait pas entre traitements en 1988 ; en 1999, il avait varié de - 2, + 2 et + 15 MgC. ha-1 sur Trad, NPK et Muc, respectivement. En moyenne, le taux de ruissellement annuel était de 28, 12 et 8 % sur Trad, NPK et Muc, et l’érosion annuelle de 34, 9 et 3 Mg. ha-1. an-1, respectivement. Le mulch épais de mucuna enrichit le sol en matière organique et en azote, et permet d’améliorer le rendement et de diminuer le ruissellement et l’érosion.

119 Soil organic matter determines the productivity and sustainability of cropping systems, but its maintaining is challenging in densely populated rural areas. The experiment presented here aimed at assessing the effects of the legume cover crop Mucuna pruriens var. utilis on soil fertility and conservation in a maize-based cropping system in southern Benin. The study was carried out in runoff plots (240 m², 4 % slope) from 1988 to 1999 on a sandy Ultisol becoming more clayey with depth, under subhumid tropical climate. Three cropping systems were compared, all hand-hoe tilled: pure maize without any input (denoted Trad) or with mineral fertilizers (denoted NPK); maize-mucuna association (denoted Muc), mucuna being sown one month after maize. Maize grain yield was similar for the three treatments in 1988 (500 kg ha -1); by the end of the trial it had decreased on Trad (200 kg ha -1), but had increased in NPK (2.5 Mg ha -1) and Muc (3.5 Mg ha -1). Similarly, carbon stock at 0-40 cm depth did not differ between treatments in 1988; in 1999 it had varied by - 2, + 2 and + 15 MgC ha -1 on Trad, NPK and Muc, respectively. Mean runoff rate and soil losses were 28, 12 and 8 %, and 34, 9 and 3 Mg ha -1 yr -1 in Trad, NPK and Muc, respectively. The thick mulch of mucuna enriched the soil in organic matter and nitrogen, and resulted in yield increase and runoff and erosion decrease.

Chapitre 32. Restauration des terres de parcours dans les monts de Beni Chougrane (NO Algérie) par la mise en défens et l’enrichissement en légumineuses

120 Boutkhil Morsli, Abdelkrim Hamoudi

121 La restauration des terrains de parcours pose un problème d’actualité préoccupant en Algérie. L’appauvrissement des sols, la diminution de la phytomasse et l’amplification de l’érosion constituent des indices caractéristiques de la dégradation des parcours. La dégradation des couvertures pédologiques et végétales sur ces zones de parcours est attribuée aux conditions climatiques, mais surtout aux activités humaines et animales.

122Les résultats obtenus par les expérimentations effectuées sur ces zones ont montré les grandes possibilités de restauration des couvertures végétales et pédologiques. Une technique, comme la mise en défens, a donné des résultats positifs sur la régénération et la production de biomasse. Elle a permis d’une manière significative d’améliorer la fertilité du sol (augmentation de 5 à 20 % des MOS), les caractéristiques biophysiques du sol, la biodiversité (le nombre d’espèces est multiplié par 2,5), l’infiltration et de renforcer la résistance à l’érosion (réduction de l’érosion de 2 à 14 fois). L’ensemencement et les plantations fourragères aussi ont permis une augmentation du taux de couverture et de la biomasse qui ont un effet positif sur l’amélioration de la productivité des sols (augmentation de plus de 5 fois). Ces interventions n’auront des résultats concrets que si elles sont réalisées dans un cadre global de développement agropastoral et avec l’adoption d’une approche participative.

123 Rangelands restoration is a topical preoccupation in Algeria. Soil depletion, biomass plant reduction and erosion amplification are typical of rangeland degradation. Degradation of soil and plant cover on these rangelands is partially attributed to climatic conditions but mainly to human activities.

124 In these areas, the experimental results on runoff plots have shown great potential for soil and plant cover restoration. The protected grazing areas gave positive results on the regeneration and biomass production and significantly helped to maintain soil fertility (increasing 15 to 20 % of SOC), enhance biodiversity (the number of species is multiplied by 2.5), improve infiltration and soil resistance to erosion (erosion reduction from 1/2 to 1/14). Enrichment and fodder plantations have also increased the coverage and biomass and have a positive effect on improving soil productivity (increase of more than 5). These interventions will have concrete results only if they are conducted in a comprehensive framework for agropastoral development and adoption of a participatory approach.

Chapitre 33. La lutte antiérosive, la GCES et la restauration de la productivité de sols dans les montagnes du nord de l’Algérie

125 Éric Roose, Mourad Arabi, Lakhdar Bourougaa, Abdelkrim Hamoudi, Boutkhil Morsli, Nadia Mededjel, Mohamed Mazour, Khalef Brahamia

126Face aux graves problèmes d’érosion observés dans les montagnes des zones méditerranéennes du nord de l’Algérie, de gros moyens ont été développés dès 1925 pour terrasser les versants fragiles, reforester les têtes de vallée et restaurer les ravines et les oueds (DRS). Devant le manque d’efficacité de cette stratégie, une nouvelle approche (la GCES) a été proposée et testée sur 50 parcelles, une dizaine de ravines situées dans trois wilayas pour évaluer les risques d’érosion, de ruissellement et le potentiel de restauration de la productivité des principaux sols et systèmes de production. Globalement, les résultats d’une dizaine d’années de recherche montrent que l’érosion en nappe reste modérée, car les sols sont peu érodibles (argileux, saturés en calcium et caillouteux), les pluies généralement peu agressives mais parfois saturantes, ce qui provoque du ravinement et des inondations. Sur des pentes de 10 à 45 %, l’érosion est plus décapante (érosion en rigole et aratoire) qu’appauvrissante en particules fines. L’intensification des systèmes de production (travail du sol réduit, l’adaptation raisonnée de la fumure, la protection du sol par une litière ou par des résidus de culture) a permis de réduire les risques de ruissellement et d’érosion, même lors des averses les plus importantes. En outre, ils ont augmenté remarquablement la production des récoltes (grains et fruits) et de biomasse (herbe et pailles), ce qui entraîne une forte amélioration des revenus nets des fermiers et des propriétés du sol liées à l’apport de matières organiques (séquestration du carbone). Il s’avère que la réhabilitation de la couverture végétale est plus rapide que la restauration des principales propriétés des sols : c’est tout le système de production qu’il faut repenser à l’échelle du versant et du terroir.

127 Facing great erosion problems in the Mediterranean mountains of northern Algeria, heavy equipments were used since 1925 in order to grade terracing the hill slopes, regreening the upper valleys and restoring the gullies and wadies: this approach was called “defense & soil restoration” (DRS). Because of the inefficiency of this top-down approach, a new approach was experimented on 50 runoff plots, a dozen of gullies located in three wilayas in order to evaluate the erosion risks and the possibility to restore the productivity of the main soils and production systems in northern Algeria. Globally the ten-year data obtained by the research show that sheet erosion is moderate because soils have low erodibility (high rate of clay, saturated in calcium, and stony), the rains are not very aggressive but sometimes so abundant that they cause gullies and inundations. On 10 to 45 % slopes tested, erosion is more scouring (tillage erosion, rills & gullies) than fine particles eroded selectively. Intensification of farming systems (reduced tillage, rational fertilizing, soil surface protection by a litter of crop residues) allowed the erosion risk reduction, even during the main storms. More interesting for farmers, these systems increased the yield of grains & biomass, producing a large improvement of the net income, but also the soil qualities related to organic matters (carbon sequestration). It appeared that the vegetation cover is easier to restore than the soil qualities. All the farming system must be thought again.

Chapitre 34. Adaptations de l’agriculture à l’aridité dans les îles Canaries De la collecte du ruissellement au mulch de pierres volcaniques

128 Marisa Tejedor, Conception Jiménez , Francisco Díaz

129Dans les régions extrêmement arides (Pluie = 150 mm, ETP = 1 800 mm) des îles Canaries, à l’est de Fuerteventura et de Lanzarote et au sud de Tenerife, l’agriculture a été maintenue depuis des décades par divers systèmes traditionnels de gestion du ruissellement. Ces systèmes ont montré leur efficacité durable pour augmenter la production agricole dans cet environnement peu favorable sans entraîner la dégradation des ressources en eau et en sols. Parmi d’autres, les techniques de capture du ruissellement (gavias) et de mulch de gravier (arenados) jouent encore localement un rôle important dans l’agriculture de certaines îles. Bien que le rôle majeur de ces systèmes est d’augmenter la disponibilité en eau pour les cultures hors irrigation, ces techniques permettent aussi la production agricole sur des sols naturellement salés et, pour certaines d’entre elles, sans apport d’engrais minéraux ou organiques. Dans ce chapitre sont décrits deux de ces techniques montrant leur intérêt pour résoudre certains problèmes de contraintes de l’agriculture en zones arides telles que le manque d’eau, la salinité et la sodicité, la faible fertilité des sols.

130 In arid lands (Rain = 150 mm, PET = 1 800 mm) of Canary Islands (Fuerteventura, Lanzarote, Tenerife), agriculture has been sustained for decades by several traditional rainfed agricultural systems. These systems have been sustainable as a means to increase the crop production in very unfavourable environment without degradation of soil & water resources. Among these techniques, those based on runoff-capture (gavias) or on lithic-mulch (arenados) remain today a significant component of the agriculture on some islands. Although the primary goal is to increase the water supply for crops, making unnecessary conventional irrigation, equally important factors are that these techniques permit crop production in natural saline soils and sometimes without addition of mineral or organic fertilizers. In this chapter, the main techniques are described and data reported in order to show its efficiency solving environmental constraints such as lack of water, salinity and low fertility.

Chapitre 35. Création de champs cultivés en terrasses dans les monts Mandara et réhabilitation des vertisols dans la plaine du Diamaré (nord du Cameroun)

131 Christian Seignobos, Michel Tchotsoua

132Le nord du Cameroun est, avec les monts Mandara, une référence en Afrique en matière d’aménagement en terrasses. Ces réseaux de terrasses en gradins isohypses, qui cisèlent l’intégralité des pentes et infiltrent toutes les pluies, se voient complétés, généralement dans les talwegs plus menacés par l’érosion, par des dispositifs de canaux-drains souvent dédiés à des cultures particulières attirées par l’eau. Dans les plaines du Diamaré, ce n’est plus l’entièreté du terroir qui, comme en montagne, suit un modèle cohérent d’aménagement. Les techniques antiérosives n’intéressent que certaines parties des terroirs. Il s’agit des vertisols, voués à une culture stratégique en ce qu’elle est réputée prévisible, celle des sorghos repiqués de contre-saison dont la part dans l’agrosystème n’a cessé de croître depuis les années 1950. Ces stratégies de lutte contre l’érosion et l’entretien de la fertilité, en dépit de leur degré de sophistication et de leur efficacité par le passé, ont perdu de leur pertinence avec les mutations démographiques, sociales et techniques. Aujourd’hui, la lutte antiérosive est devenue un impératif pour l’ensemble des communautés agricoles et pastorales du nord du Cameroun, mais les recettes proposées par les agents du développement n’ont pas jusqu’ici entraîné l’adhésion attendue.

133 The Northern Cameroon, along with the Mandara Mountains, is a reference to Africa in terms of terracing. These networks of curvilinear terraces, which carve the entire slope, are completed, generally in the valleys more threatened by erosion, by either channel-drain often dedicated to specific crops living near water. In the plains of Diamaré, it is not the entirety of the land, like in the mountains, following a consistent pattern of development. Erosion control techniques concern only certain parts of the land. These lowland Vertisols, dedicated to a strategic culture as it is deemed foreseeable, that of off-season transplanted sorghum whose share in the agroecosystem has grown steadily since the 1950’s. These strategies against erosion and maintenance of fertility, despite their sophistication and effectiveness in the past have lost their relevance with the demographic, social and technical pressure. Today, erosion control has become an imperative for all agricultural and pastoral communities in northern Cameroon, but the solutions suggested by the development officers have not so far gained support.

Chapitre 36. Création de champs cultivés et gestion de l’eau et de la fertilité des sols sur le plateau Dogon au Mali

134 Drissa Diallo

135Pour protéger leurs cultures, les Dogons ont migré au XIVe siècle sur le plateau de Bandiagara qui était alors un excellent refuge contre les multiples agressions découlant de la constitution des grands empires. Ils ont développé dans cette zone hostile et aride des techniques de gestion des matières organiques, de l’eau (zaï, billonnage, terrasses et cordons de pierres, création de surfaces irriguées sur des dalles de grès dans des niches en nid d’abeilles) pour produire des céréales (mil en particulier) et des légumes (surtout échalote).

136 In order to protect their way of living, Dogon people migrated from. the “Mandé” region, south-west Mali to the Bandiagara Plateau which was considered as an excellent refuge against Peulh extending their empire in the XIV th century. In this hostile and arid area, the Dogon developed progressively numerous systems to manage soil organic matter, soil fertility and water availability (zaï, ridging, stone bunds and terraces, irrigated areas on sandstone rocks, ground barrages in gullies, etc.) in order to produce cereals, onions and greens.

Chapitre 37. Techniques traditionnelles de restauration de la productivité des sols dégradés en régions semi-arides d’Afrique occidentale

137 Éric Roose, Robert Zougmore, Leo Stroosnijder, Patrick Dugué, Ibrahim Bouzou-moussa

138Le développement agricole de la zone soudano-sahélienne africaine souffre de deux carences principales : la sécheresse climatique et la pauvreté des sols. Pour faire face à la pression démographique, les paysans ont développé deux séries d’aménagements : des micro-barrages semi-perméables pour ralentir les eaux de surface (alignements et cordons de pierres ou de végétaux) et des techniques de stockage localisé du ruissellement, des nutriments et sédiments qu’elles véhiculent (paillis, zaï, cuvettes, demi-lunes, mares, seuils et diguettes dans les bas-fonds, etc.). Chaque aménagement et techniques culturales sont décrits, analysés et des améliorations proposées (en particulier l’adaptation des fumures organiques et minérales). Aucune ne suffit à résoudre tous les problèmes, mais leur combinaison permet d’améliorer le milieu et la vie des paysans, tout en rétablissant une plus grande biodiversité dans des systèmes agro-sylvo-pastoraux.

139 The rural development of the semi-arid areas of Africa is limited by two main deficiencies: the rain amount and the soil fertility. To face the demographic pressure, the farmers developed two series of management: semi-permeable micro-dams like vegetation lines and stone bunds, living hedges, etc. and micro watershed to store runoff and sediments rich in nutrients and organic matter (mulch, zaï, basins, halfmoon, pound, etc.). Each technique is described, analysed and improved (mainly by manure and mineral fertilizers). Alone, each of them is not sufficient to solve the soil degradation and societal poverty problems, but their combinations allow to improve the water and nutrients availability and to restore the biodiversity within an agro-sylvo-pastoral system.

Chapitre 38. Habilitation agricole de tufs volcaniques indurés au Mexique Le cas des tepetates de l’altiplano central

140 Christian Prat, Jorge D. Etchevers, Aurelio Báez, Juan F. Gallardo, Juliana Padilla

141Le long de l’axe transvolcanique mexicain qui traverse le pays d’est en ouest, se trouvent des sols d’origine volcanique possédant un ou plusieurs horizons indurés, appelés localement tepetates. Sous l’effet de l’érosion hydrique, ils peuvent affleurer à la surface. Du fait de leur compacité, de leur stérilité biologique et chimique, tout usage agricole est alors impossible. Couvrant près de 31 000 km2, ces « sols » constituent un grave problème environnemental, agronomique et social. C’est pourquoi, au cours des dernières décennies, ont été menés de nombreux travaux pluridisciplinaires de recherche, associant notamment des équipes mexicaines à des équipes européennes. Les résultats ont montré que les tepetates étaient des tufs volcaniques datant de 10 000 à 40 000 ans, argilo-limoneux, compacts, pratiquement imperméables, dépourvus des principaux éléments nutritifs, et affleurant généralement au niveau des ruptures de pente des piedmonts. De par leur nature géologique, les tepetates peuvent être défonçés et mis en culture, sans risque de voir se reformer cette induration. Il est possible d’obtenir un nouveau sol très productif dès la première année et un véritable sol vivant, en l’espace de 3 à 5 ans. Ainsi, le défonçage au bulldozer à 30-40 cm de profondeur doit être croisé, suivi d’un passage croisé de disques passés au tracteur à faible vitesse. Un apport d’engrais minéraux est indispensable lors des premiers semis, de préférence associés à celui de fumier (12 t. MS/ha). Ensuite, il faut gérer les résidus de culture, effectuer des rotations avec des légumineuses. Quelques cultures, comme le maïs et le haricot, ne sont toutefois productives que 2-3 ans après la formation du nouveau sol. Ces apports de matières organiques sont essentiels pour le sol, les cultures et l’environnement. En effet, en capturant près de 90 t de C/ha sur les 20 premiers centimètres du sol, on lutte contre le réchauffement climatique. Au vu des quantités de C séquestré, l’incorporation des tepetates à des pratiques culturales adéquates pourrait être une source de financement international.

142 Along the Mexican transvolcanic belt that crosses the country from east to west, there are soils of volcanic origin with one or more hardened horizons, locally called tepetates. Under the effect of water erosion, tepetates appear on the surface. Due to their compactness, biological and chemical sterility, any agricultural use is practically impossible under its natural conditions. Covering nearly 31,000 km 2, these “soils” are a serious environmental, agricultural and social problem. That is why, in recent decades, many multidisciplinary researches have been conducted by Mexican and European teams. Results showed that tepetates are volcanic tuff that emerged 10,000 to 40,000 years ago − silty clay, compact, waterproof, virtually devoid of carbon, nitrogen and phosphorus, and generally appearing at slope foothills ruptures. Due to their geological origin, tepetates can be broken and cultivated without risk of seeing hardening again. It is possible to obtain a new highly productive substrate (“soil”) since the first year and almost a regular “soil”, in 3 to 5 years. To achieve this status, tepetates must be ripped by a bulldozer at 30-40 cm depth, followed by a cross passage with discs done by a tractor at low speed. An input of mineral fertilizers is essential during the first sowing year, preferably associated with manure (12 t. DM/ha). Then crop residues must be managed and rotations with legumes performed. Some crops, such as corn and beans, however, are productive only 2-3 years after the formation of the new “soil”. These inputs of organic matter are essential for the new “soil” being formed, crops, and environment. Indeed, capturing nearly 90 t C/ha in the first 20 cm depth means fighting against global warming. Due to the quantities of C captured, the creation of a soil from tepetates managed according to good agricultural practices can be a source of international funding.

Chapitre 39. Restauration des sols volcaniques dégradés de l’altiplano mexicain par plantation d’agaves, d’herbes et d’arbres

143 Christian Prat, Alejandro Martínez Palacios, Eduardo Ríos Patrón

144Dans l’État du Michoacán au Mexique, 55 % des terres sont dégradées, dont 27 % à cause de l’érosion hydrique. Le bassin versant de Cointzio situé en amont de Morelia, la capitale régionale, au cœur de l’altiplano mexicain, est représentatif de cette situation. Au cours de la dernière décennie, des programmes de recherches pluridisciplinaires ont été menés dans cette région. Sur la base des résultats obtenus, un programme participatif (Desire) a été mené, associant chercheurs, communautés paysannes, institutions et politiques afin d’aboutir à des propositions visant à limiter l’érosion hydrique et à restaurer des terres déjà dégradées. La proposition retenue est une association entre un agave endémique (A. inaequidens), des arbres locaux à usages multiples et des annuelles médicinales. Ces plantes grandissent pendant un an sous serres, gérées par les communautés. Ensuite, les agaves sont plantés d’une part, de façon dense en courbes de niveau afin de créer un système antiérosif qui s’auto-entretiendra et d’autre part, de façon plus espacée en association avec des arbres et des plantes annuelles. Ces agaves seront coupés au bout de 7 à 14 ans, remplacés par de nouvelles plantes. Après transformations, ils fourniront du mezcal (alcool) dont le prix est 10 fois plus élevé que celui du maïs cultivé traditionnellement ! Grâce à ces revenus confortables, les communautés paysannes n’auront plus besoin de fuir leurs terres et auront les moyens de gérer leurs ressources de façon durable, de sauvegarder la biodiversité, protéger et restaurer les sols.

145 On the Michoacán state in Mexico, 55 % of the surface is degraded, 27 % due to water erosion. The Cointzio watershed, located upstream of Morelia the regional capital, in the middle of the Mexican altiplano, is representative of this situation. During the last decade, multidisciplinary research programs have been conducted in this area. Based on these results, a participatory program (Desire Desertification mitigation and remediation-land) was conducted, involving researchers, farmer communities, institutions and politics to lead to proposals to reduce erosion and restore soils already degraded. The selected proposal is the agave-forestry based on the association between an endemic agave (A. inaequidens), multipurpose local trees and medicinal annuals. These plants grow for a year in greenhouses, managed by communities. Then, agaves are planted, some in dense contour lines to create a self-maintained anti-erosion system and the others, with more space, in association with trees and annuals. These agaves are harvested after 7 to 14 years, replaced by new ones. After processing, they provide mezcal (alcohol) whose price is 10 times higher than traditionally grown corn! With these comfortable incomes, rural communities will no longer need to leave their land and have means to manage their resources in a sustainable way, preserve biodiversity, protect and restore their soil.

Chapitre 40. Restauration des basses terrasses dévastées par les torrents du Haut Atlas

146 Éric Roose, Mohamed Sabir

147Les basses terrasses des oueds du Haut Atlas sont dévastées plusieurs fois par siècle par des crues brutales. Pourtant, les paysans restaurent les épis et les murs protégeant ces terres alluviales bien irriguées et enrichies par les apports de sédiments. Leurs petits champs sont progressivement colonisés par des herbes fourragères, puis par des pâturages, puis cultivés en céréales et légumineuses et finalement par des arbres fruitiers ou forestiers.

148 The lowest terraces of the wadies in the « Haut Atlas » in Morocco are destroyed many times a century by hard floods. Nevertheless, the farmers rebuild stone bunds and walls in order to protect these alluvial soils well irrigated and enriched by sediments. Their little fields are progressively colonised by forage grass, enriched by animal residues, then cultivated in cereals and leguminous and finally by fruit or forage trees.

Chapitre 41. Évolution des propriétés des sols de lits de ravines marneuses au cours de leur restauration écologique (Draix, France)

149 Amandine Erktan, Lauric Cécillon, Freddy Rey

150L’importance du transfert sédimentaire fin de l’amont vers l’aval du bassin de la Durance est aujourd’hui essentiellement due à la présence de ravines érodées. Le colmatage des retenues hydro-électriques et d’autres conséquences négatives de ce transfert stimulent et justifient la restauration de ces terrains ravinés. Une stratégie d’ingénierie écologique, développée par l’Irstea, consiste à mettre en place des barrières végétales dans le lit des ravines pour favoriser la sédimentation, puis à terme, le développement d’un système sol-plante stable et fertile. Une expérience grandeur nature, menée depuis l’an 2000 dans les Alpes du Sud, a permis de montrer que des barrières de saules implantées en amont de seuils en bois retiennent efficacement les sédiments. Par ailleurs, les atterrissements sédimentaires ainsi formés en amont des barrières sont des zones privilégiées de colonisation végétale. Afin de prédire l’évolution possible sur le long terme du système sol-plante dans ces lits de ravines, un gradient de végétation se développant spontanément dans des lits de ravines a été étudié. Ceci a permis de montrer que, dans le cas où l’activité érosive des ravines ne perturbe pas significativement la dynamique végétale spontanée via des crues trop intenses ou trop régulières, celle-ci est caractérisée par une diversification des strates végétales et favorise la stabilité des agrégats, ainsi que la fertilité du sol. Cette stratégie d’ingénierie écologique semble donc pouvoir faire basculer l’écosystème d’un cycle de dégradation vers un cycle de restauration.

151 In the Durance catchment, gullies activity is responsible for the majority of fine sediment transfer, causing downstream negative consequences. Silting of hydroelectric dams is one of these consequences which lead to the development of various strategies for gullies restoration. An ecological engineering approach, developed by Irstea, consists in using vegetative barriers in gully beds to first promote sediment retention, and then to establish a real soil-plant system, with suitable soil stability and fertility in gully beds to sustain plant biomass production. A real-size experiment, launched ten years ago, showed that Salix cuttings barriers are efficient to retain sediment. In addition, phytogenic mounds, formed upslope plant barriers, are suitable areas for plant colonization. So as to assess the evolution of these gully beds in the next century, a vegetative gradient, meant to reproduce the vegetative succession which may occur in the future, has been studied. It unveiled that in the case of such a dynamics, vegetative cover becomes pluri-stratified and influences soil properties, with a significant increase in aggregate stability and soil fertility along the gradient. This ecological engineering approach thus seems to enable the shift of this ecosystem from a degradation cycle toward a restoration cycle.

Chapitre 42. Aménagements hydro-agricoles : capture des eaux et restauration de la productivité des sols Cas du bassin de Gros Morne en Haïti

152 Michel Brochet, Saintil Clossy, Charles Lilin, Éric Roose

153Haïti étant soumise à une forte orogenèse a connu depuis longtemps des problèmes d’érosion qui ont été exacerbés par les pentes, les cyclones, la pauvreté des paysans, la pression démographique, le surpâturage et le défrichement. Aussi de très nombreux projets de développement rural ou de protection environnementale se sont succédé pour tenter de stabiliser les versants, de réduire les inondations et de lutter contre la pauvreté.

154Dans ce chapitre, nous décrivons un projet original de développement agricole durable de Gros Morne (Haïti) : la priorité est donnée simultanément à la gestion de l’eau, à l’amélioration de la production agricole et à la stabilisation du milieu (GCES). Dans une première phase, ce projet a privilégié la construction de solides seuils en maçonnerie dans les ravines moyennes, en vue de diminuer la contrainte constituée par la pénurie en eau et de développer une agriculture intensive et rémunératrice dans les vallons frais où s’accumulent le ruissellement et les sédiments riches en matières organiques. Le surgreffage des manguiers, l’irrigation, les cultures associées, le maraîchage et la plantation d’arbres fruitiers sont des volets complémentaires. Une deuxième phase du projet donne une place plus importante à l’utilisation de techniques biologiques (haies vives fourragères, bocage d’arbres fruitiers, canne à sucre, pâturages enrichis en légumineuses, taillis de bois de chauffe sur les plus mauvaises terres) pour traiter les versants. L’originalité de ce projet réside autant dans les objectifs et les principes affichés que dans les modalités de sa mise en œuvre, dans une adaptation permanente des aménagements sur le terrain et dans des actions de formation continue des Haïtiens développant les compétences pratiques nécessaires.

155 Haiti having an intense orogenesis, has to battle against erosion exacerbated by cyclonic rainstorms, steep slopes, demographic pressure, poverty, overgrazing and deforestation. Thus numerous projects are concerned by erosion & environmental protection. The objectives of this project related to sustainable agricultural development of Gros Morne (Haiti) are to improve the agricultural production and, at the same time, to reduce hydric erosion (= land husbandry). In its first stage, emphasis has been given to the construction of small masonry dams in the gullies, in order to improve water supply for agricultural production during the dry season. Other aspects of the project are the grafting of existing mango trees, intercropping and the plantation of fruit trees. In the stage starting now, more emphasis is given to the construction of biological structures on the slopes and in the gullies: living hedges, sugar cane, agroforestry, intercropping & irrigation.

156 According to authors, the way the project has been implemented is as important as the adopted objectives and principles. The handcrafted technical decisions have always been finely fitted to the characteristics of the landscapes and to farmers’ situation. Training of practitioners and the implementation of a national resource center will also be necessary.

Chapitre 43. Amélioration de la productivité des sols cultivés des collines du bassin versant de Maniandro (Madagascar)

157 Edmond Andriambelomanga, Simone Ratsivalaka, Nicolas Andriamampianina, Jean-Chrysostôme Randriamboavonjy, Mparany Andriamihamina

158Ce travail présente les résultats d’une étude de l’amélioration de la fertilité des terres des flancs cultivés des collines dans le bassin versant de Maniandro, situé à 25 km au nord d’Antananarivo, sur les Hautes Terres centrales de Madagascar. Les observations, les mesures d’érosion sur parcelles et les essais de fertilisation organo-minérale permettent de souligner l’importance des problèmes d’érosion hydrique et de la pauvreté physico-chimique des sols. Cette situation est aggravée par des contraintes socio-économiques. La stratégie traditionnelle de gestion extractive de la fertilité des sols ne permet que la survie des paysans. Elle renforce la dégradation du milieu écologique et la précarité de la vie de la population. La technique culturale sous couverture végétale morte ou vivante et l’utilisation des engrais à base de fumier de parc, de dolomie, de guano et de troncs de bananiers hachés sont des solutions proposées. Mais l’initiative des chercheurs a ses limites économiques et spatiales : elle nécessite l’intervention de l’État et des autres acteurs de développement rural.

159 This paper reports the studies about improvement of soil fertility of tanety in the watershed of Maniandro, located at 25 km North of Antananarivo in the Central Region of Madagascar Highland. The observations on runoff and measurements of soil erosion underline the importance of soil degradation problems, the physicochemical soil poverty and the socio-economic constraints of poor farmers. The traditional strategy of management of soil fertility only allows farmers to survive. It reinforces population’s poverty and ecological degradation. The recommended solutions are the farming technique under vegetation cover and the organic manures used: manure collected on parks, dolomite, and guano and trunks of banana trees. But the researchers initiative has economic and space limits and requires the intervention of State and other rural stakeholders.

Chapitre 44. Haies vives de légumineuses arbustives et fumures organiques et minérales complémentaires pour la restauration de la fertilité des sols ferrallitiques acides du Rwanda

160 François Ndayizigiye

161Traditionnellement, pour maintenir ou restaurer la productivité de leurs champs, les agriculteurs rwandais ne disposaient que de la biomasse produite sur leurs exploitations (fumier, résidus de culture et déchets ménagers), sur les jachères, les côtés des routes et les forêts. Aujourd’hui, face à une forte pression démographique, l’agriculteur se heurte à trois contraintes majeures : l’exiguïté des terres arables, la minéralisation rapide des matières organiques et l’érosion persistante sur les parcelles ayant comme conséquence la destruction de la fertilité du sol et la diminution des rendements des cultures. Pour répondre à la demande croissante des besoins alimentaires, il devient alors indispensable de restaurer la fertilité des sols et intensifier la production des cultures par tous les moyens. Ainsi, compte tenu du contexte physique des exploitations (morcellement et dispersion des parcelles sur fortes pentes) et socio-économique des agriculteurs (main-d’œuvre insuffisante et moyens financiers faibles), une étude comparative des différentes techniques antiérosives combinées avec des méthodes culturales a permis de montrer que des haies vives de Leucaena et Calliandra bien gérées réduisent efficacement le ruissellement et l’érosion, et aident à améliorer la fertilité des sols par l’utilisation, sous diverses formes, de la biomasse produite. Mais malgré une lutte antiérosive efficace et une bonne gestion de la biomasse, l’utilisation raisonnée de fumier et d’engrais chimiques s’avère indispensable pour réussir l’intensification des cultures et nourrir une population en forte croissance.

162 Traditionally, to maintain or restore the productivity of their fields, the Rwandan farmers had only the biomass produced on their farms (manure, crop residues and household waste), on fallows, sides of roads and forests. Today, with a strong demographic pressure, the farmer faces three major constraints: the smallness of arable land, the quick mineralization of soil organic matters and the persistent erosion on the plots, having as a consequence the reduction of soil fertility and crop yields. And to meet the increasing demand for food needs, it becomes necessary to restore the fertility of the soil and increase the production of crops by all means. Thus, given the physical context of farms (fragmentation and dispersion of the plots on steep slopes) and socio-economic of farmers (insufficient labour force and low financial resources), a comparative study of different conservation tillage techniques combined with farming methods allowed to show that hedges of Leucaena and Calliandra well managed effectively reduce runoff and erosion, and help to improve the soil fertility through the use of biomass produced in various ways. But, despite an effective erosion control and good management of biomass, it is clear that the use of manure and reasonable chemical fertilizers is essential to lead to the intensification of crop.

Chapitre 45. Éfficacité des haies mixtes, du fumier et du paillage pour la conservation de l’eau et la restauration de la productivité d’un sol ferrallitique argileux acide du Burundi

163 Hervé Duchaufour, Melchior Bizimana, Éric Roose, Canisius Mikokoro

164Les haies vives mixtes combinant des légumineuses arbustives (Calliandra callothyrsus) et des graminées (Setaria sphacelata) sont efficaces dès la seconde année pour réduire le ruissellement et l’érosion sur des pentes fortes. Cependant, les touffes de graminées se dispersent et disparaissent rapidement, si elles sont exploitées comme fourrage : elles épuisent rapidement les faibles réserves en nutriments de ces sols ferrallitiques. Par contre, les légumineuses arbustives puisent en profondeur ou dans l’air les nutriments qui leur sont nécessaires pour produire une forte biomasse aérienne (excellent fourrage) et un enracinement profond qui stabilisent les talus. Les émondes utilisées comme paillage protègent le sol contre les pluies et le ruissellement pendant un mois, après quoi les feuilles sont minéralisées. Des apports réguliers de fumure organique et minérale restent nécessaires pour intensifier la production du versant.

165 Living hedges combining leguminous schrubs (Calliandra callothyrsus) with herbs (Setaria sphacelata) are efficient from the second year to runoff and erosion reduction, even on very steep slopes. But herbs are disappearing fast if they are exploited as forage: they take off all the nutrients stored in poor ferralitic soils. But leguminous shrubs take their nutrients in the air or deeply in the soil: they produce much biomass (excellent forage) and deep roots who maintain the embankments on the slopes. The cuttings used as mulch protect the soil against the energy of rains and runoff; after one month the leaves are mineralized but the branches can be used for the kitchen. To intensify the production, it is necessary to bring regularly organic and mineral fertilizers on these very poor ferralitic soils.

Chapitre 46. Potentialités de l’agroforesterie pour la restauration de la productivité des sols ferrallitiques acides du Rwanda

166 Dieter König

167Depuis 1985, différents systèmes agroforestiers ont été testés en vue de l’amélioration de la productivité des sols sur le plateau central rwandais. Les études ont été menées sur un sol ferrallitique fortement dégradé, très acide (pH < 4) et pauvre en éléments nutritifs. La station est située sur un versant à une altitude de 1 700 m qui reçoit en moyenne 1 280 mm de pluies en deux saisons ; la température annuelle moyenne atteint 20 °C. Huit parcelles d’érosion ont été cultivées selon les méthodes de l’agriculture écologique agroforestière : intégration des arbres et des haies vives dans les parcelles, cultures associées, substitution de la jachère par l’emploi de légumineuses comme engrais verts, intégration de l’élevage dans le système de culture, recyclage de la biomasse et intégration des mesures de conservation de l’eau et des sols. Malgré une érosivité des pluies relativement faible (facteur R d’après Wischmeier et Smith autour de 350), on a constaté sur une pente de 28 % une érosion énorme sur les parcelles non protégées : E = 440 t/ha/an sur sol nu, avec un ruissellement de 15 % et 226 t/ha/an sous manioc avec un ruissellement de 9 %. Sous ces conditions, l’intégration des arbres et surtout des haies isohypses de Calliandra calothyrsus permet une réduction du ruissellement, de l’érosion et des pertes en matière organique et en éléments nutritifs, à un niveau tolérable (1-3 % des valeurs initiales). L’agroforesterie permet en outre une haute production de biomasse même sur des sites dégradés et une remontée importante de nutriments dans la litière. Des relevés dendrométriques sur 32 espèces d’arbres plantées en novembre 1985 montrent que les meilleurs résultats ont été obtenus avec les arbres autochtones Maesopsis eminii et Polyscias fulva. Si les arbres exotiques (ex. Grevillea robusta, Cedrela serrata) montrent une bonne croissance initiale, les espèces autochtones sont, à la longue, plus productives et concurrencent moins les cultures vivrières. L’agriculture agroforestière contribue non seulement à la conservation des sols, mais aussi à la séquestration du carbone (stockage de 10 à 20 tonnes de carbone par hectare dans la biomasse superficielle) et à son approvisionnement en matières organiques et en nutriments (N105 + P4 + K21). Néanmoins, les méthodes biologiques seules ne sont pas capables d’améliorer suffisamment la fertilité du sol sur des sites déjà fortement dégradés. Pour rétablir la fertilité de ces sols, un apport complémentaire en éléments nutritifs (surtout P et cations) est inévitable pour remplacer ceux qui ont été emportés par l’érosion, par lessivage et par exportation des produits agricoles pendant des décennies. L’article présente les effets positifs d’une application des cendres volcaniques et du travertin sur le rendement des cultures vivrières dans des systèmes agroforestiers.

168 In densely populated areas in Rwanda, soil erosion and degradation are severe threats to agriculture. In this situation, agroforestry can help to achieve a sustainable agricultural production (“ecofarming”). Based on measurements of runoff and soil loss, of biomass production and nutrient fluxes, the author summarises more than twenty years of research experience from Projet agricole et social interuniversitaire (Pasi) at Butare, Rwanda (1,700 m a.s.l., mean annual rainfall: 1,280 mm, mean temperature: 20°C) on a severely degraded ferralitic soil (pH 4). With a relatively low rainfall erosivity (R after Wischmeier and Smith around 350), 440 t/ha/year were eroded from a standard plot without any soil cover and 226 t/ha/year were eroded from a cassava plot (on a 28 % slope) and with runoff rates contour strips of Calliandra calothyrsus can reduce runoff, soil erosion and loss of organic matter and nutrients to tolerable levels (1-3 % of the levels recorded under cassava). Agroforestry allows a high biomass production even on degraded sites and a significant nutrient recycling. Dendrometric measurements of 32 tree species planted in November 1985 revealed that the best results were obtained with native trees like Maesopsis eminii or Polyscias fulva. Exotic tree species (e.g. Grevillea robusta, Cedrela serrata) showed strong initial growth but, in the long run, native trees were more productive and less competitive with food crops. Agroforestry does not only contribute to soil conservation, but may also play an important role in climate change mitigation by storing important quantities of carbon (10-20 t C/ha, which is equivalent to 35 to 70 t CO 2/ha) in the standing biomass. Agroforestry is also able to provide an important part of the nutrient supply of the production system. However, biological methods alone are not able to improve soil fertility on sites already severely degraded. To restore the fertility of these soils, a supplementation of mineral nutrients (especially P and cations) is unavoidable to compensate for losses through erosion, leaching and export of agricultural products which took place during the last decades. Therefore, the paper also presents the positive effects of an application of volcanic ashes and travertine on crop yields in agroforestry systems.

Chapitre 47. Lutte antiérosive et intensification de l’agriculture en milieu steppique (Boughezoul, Algérie)

169 Mourad Arabi, Lakhdar Bourougaa, Oum El kir Kedaid

170Cette étude présente les effets bénéfiques d’un système de production amélioré dans trois parcelles expérimentales de 460 m2 sur siérozem de piémont de 10 % de pente, fragile et pauvre en matière organique, installées sur les hauteurs du bassin versant du Chélif en milieu semi-aride algérois. Les résultats obtenus de 2000 à 2004 puis actualisés en 2011 mettent en évidence l’efficacité remarquable des pratiques culturales biologiques et des cordons de pierres sur la réduction du ruissellement et de l’érosion. Le versant évolue en terrassettes derrière les cordons empierrés. Le ruissellement et les apports en matières organiques modifient positivement l’état de surface du sol, assurent la rétention hydrique et permettent un bon enracinement, ainsi que l’augmentation des rendements et des revenus.

171 This study presents the beneficial effects of production system improved in three experimental plots of 460m 2 on piedmont sierozem, poor in organic matter, very fragile, unstable of 10 % slope installed on the high plains in the Chelif River basin, in semi-arid Algiers. The results obtained from 2000 to 2004 and updated in 2011 show a remarkable efficiency of a few soil and water conservation techniques easily implemented by peasants: (i) cultural biological practices and (ii) stone bunds reducing runoff and erosion. The slope changes in small terraces behind the stone bunds. Runoff and organic matter input positively alter the surface of the soil, providing water retention and allowing good rooting and consequently better yield and net income.

Chapitre 48. Gestion du ruissellement et restauration de la productivité des terres de montagne au Nord-Ouest algérien (Beni Snouss)

172 Mohamed Mazour, Mohamed Zobiri, Malika Benmansour

173Les auteurs ont évalué la capacité de certaines techniques traditionnelles de conservation de l’eau et des sols dans les montagnes du Nord-Ouest algérien où les risques de dégradation sont élevés. Les analyses et les observations effectuées sur le terrain montrent que les aménagements traditionnels utilisés aujourd’hui qui donnent le plus de satisfaction sont surtout les terrasses et terrassettes avec des murets en pierres agencées qui permettent une accumulation progressive de sédiments et une bonne protection des dispositifs d’irrigation. Les agriculteurs ont développé plusieurs techniques pour gérer l’eau (bassin d’accumulation, canaux traditionnels, ouvrages de dérivation), le sol et la biomasse y compris, les cultures favorisant une meilleure diversité écologique. La dynamique de l’érosion a été ralentie et la production agricole nettement améliorée. Cette étude a permis de mieux comprendre l’environnement agroécologique de la région et de développer un bon dialogue avec les agriculteurs en vue de la préservation de leur environnement.

174 Authors have estimated the efficiency of some traditional techniques of soil restoration developed in very degraded areas of north-western Algeria. Field observations showed that traditional terraces with stony embankments allow a progressive accumulation of ground and a good protection of irrigation systems. Farmers have developed numerous irrigation systems (earth channels, basins, divisor systems) and numerous cropping systems maintaining a good biodiversity. This inquiry showed that erosion has been reduced, the production improved and the rural environment better understood during the discussions with farmers.

Notes

12 UBT : Unité Bovin Tropical correspondant à un bovin de 250 kg de poids vif.

13 TLU : Tropical Livestock Unit – 250 kg Live Weight.

© IRD Éditions, 2017

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