Evaluation of the feasibility of three types of soil tillage: Applying the SARRA model in the Central Plateau region of Burkina Faso

ARTICLE

Auteur(s) : Albert Barro, Robert Zougmoré, Michel P Sedogo

¹Institut de l’environnement et de recherches agricoles (Inera) 04 BP 8645  Ouagadougou 04  Burkina Faso

Les régions sahéliennes de l’Afrique de l’Ouest connaissent depuis des décennies une pluviométrie irrégulière et insuffisante. De nombreuses études ont pu évaluer les opérations de travail du sol et leurs impacts sur l’économie de l’eau à la parcelle [1, 2] et sur la production agricole [3, 4]. D’autres ont traité de l’impact du travail du sol sur la conservation des eaux et des sols [5-7]. Toutes ces études ont montré le rôle essentiel de la préparation du sol dans l’amélioration des caractéristiques physiques et des conditions hydriques du sol, entraînant très souvent une amélioration des rendements. En outre, plusieurs stratégies ont été étudiées, telles que le calage du cycle des cultures par une date de semis limite et la création de variétés à cycle court en vue de faire face à l’irrégularité des pluies. Toutefois, les rendements sont restés toujours assez faibles à cause de la non-maîtrise d’autres facteurs de production, dont le travail du sol qui souvent n’est pas adapté aux conditions climatiques, ce qui conduit le producteur à des investissements peu ou pas rentables. Le travail du sol est une opération contraignante pour l’agriculteur sur un triple plan énergétique, climatique et économique, particulièrement en zone sahélienne [8]. La mise en œuvre d’une opération de préparation du sol dépend des conditions pédoclimatiques de la région où elle est réalisée [9]. En début d’hivernage dans le Sahel, les sols sont secs ; leur humidité évolue avec la pluviosité du milieu et le phénomène de dessiccation. Cette variation conduit la partie de l’horizon concerné par la préparation du sol à être apte ou inapte à une technique de travail donnée.

Afin de respecter les dates de semis des cultures, les producteurs réalisent très souvent la préparation du sol dans de mauvaises conditions d’humidité de sol. Ces actions ont des conséquences néfastes sur le ruissellement, l’érosion et sur le niveau et le coût de production [10]. Face à la méconnaissance de l’adaptabilité des techniques et des chaînes d’outils proposées en fonction des conditions pédoclimatiques de la zone [11], le choix des techniques ou des équipements adaptés devient complexe pour les producteurs et les décideurs. En effet, on a le plus souvent évalué l’impact agronomique des techniques de travail du sol comme le labour et les sarclo-binages [12]. De même, une étude réalisée par Le Thièc [2] a évalué l’impact du travail du sol à sec, à l’aide d’un coutrier en traction animale, sur les propriétés physiques du sol et sur la production agricole en zone semi-aride du Burkina. Cependant, très peu d’études fréquentielles ont traité du potentiel de mise en œuvre des techniques de travail du sol dans la zone semi-aride ouest-africaine.

Cette étude utilise le modèle Sarra (Système d’analyse régional des risques agroclimatiques) pour évaluer les conditions de réalisation des trois principales opérations de préparation du sol que sont le labour, le scarifiage à la houe manga, et le travail manuel à la daba [13] dans la région du Plateau central du Burkina Faso. Sarra est un modèle de bilan hydrique dérivé du modèle BIP et développé par Baron et al. [14]. Ce modèle pourrait constituer un important outil d’aide à la décision pour les acteurs de la production agricole.

Matériel et méthode

Sites d’étude

La végétation est de type savane arborée, avec comme principales espèces ligneuses Parkia biglobosa, Acacia albida et Butyrospermum paradoxa. Le tapis herbacé est composé de Pennisetum spp. et d’Andropogon gayanus.

Le sol est un lixisol ferrique [16], avec une profondeur moyenne variant de 50 à 80 centimètres. Cette profondeur est limitée par la présence de cuirasse concrétionnée [17]. Les pentes sont en moyenne faibles (≤ 1 %). La texture de l’horizon travaillé est sablo-argileuse (en moyenne 55 % de sable, 31 % de limon et 14 % d’argile). Les sols sont pauvres en matières organiques (< 1 % en moyenne), en azote (≈ 0,7 g/kg)et en phosphore assimilable (≈ 15 mg/kg), et leur capacité de rétention en eau (CRE) est faible (80 à 100 mm/m) [13, 17].

Modèle utilisé pour l’étude

Où EPC est l’évapotranspiration potentielle cumulée.

La consommation réelle de la culture (ETR1) est alors calculée de la façon suivante:

Où HR est le taux de remplissage du réservoir racinaire.

Toutefois, dans ce cas d’étude du travail du sol (avant le semis) seul, l’enherbement est pris en compte dans l’équation.

Données d’entrée sur le sol

• – la capacité de rétention en eau (CRE) du sol sur l’horizon concerné par la profondeur travaillée. Cette profondeur est de 20 cm pour le labour, 10 cm pour le scarifiage et 5 cm pour le travail manuel à la daba. Trois niveaux de réserve utile du sol (18, 20, et 25 mm) ont été testés sur l’horizon superficiel 0-20 cm ;
• – l’enherbement : son effet additif est retenu à partir du 15 juin et est pris en compte par la considération de la transpiration d’une culture de mil de 90 jours de cycle semis-maturité [14]. L’utilisation des coefficients culturaux décadaires du mil de 90 jours de cycle [21] permet le calcul de l’évapotranspiration maximale – ETM (ETM = kc x ETP) (tableau 1) ;
• – le ruissellement : il a été estimé par la méthode du seuil [18] qui consiste à fixer un seuil de pluie à partir duquel commence le ruissellement. Nous avons utilisé, en référence aux travaux réalisés dans la zone [5-7], le seuil de 15 mm de pluie et un taux de ruissellement de 40 %.

Données d’entrée sur le climat

• – la pluviométrie journalière. Les données pluviométriques de la station de Saria de 1944 à 2005, soit 62 années, ont été utilisées ;
• – l’ETP. Les valeurs d’ETP décadaire de la station de Saria de 1987 à 1997 ont été utilisées ;
• – la période de simulation. Elle se situe entre le 1^er avril et le 9 juillet de chaque année. C’est la période de réalisation du travail du sol en début d’hivernage [13].

Variables de sortie

• – l’humidité du sol : c’est la valeur journalière du stock d’eau (en mm) dans l’horizon de sol considéré ;
• – l’évaporation du sol : C’est la quantité d’eau (en mm) qui s’évapore de l’horizon concerné par le travail du sol. En absence d’enherbement, elle correspond à l’évaporation en sol nu. En cas d’enherbement, elle correspond à l’ETM.

Cas étudiés

• – les sols à faible CRE (réserve utile [RU] : 18 mm) correspondent aux parcelles pauvres en matière organique (MO) (0,4-0,7 %), dont la texture est sableuse, avec souvent une présence de graviers ;
• – les sols à CRE moyenne (RU : 20 mm) qui correspondent aux parcelles avec un taux moyen de matière organique (MO) (0,8-1 %) et une texture du sol sablo-argileuse ou argilo-limoneuse ;
• – les sols à forte CRE (RU : 25 mm) ont une texture argileuse avec un taux de MO supérieur à 1 %. Cela correspond à des sols d’après ouverture de friche ou de reprise de jachère ou encore aux sols ayant reçu une bonne fertilisation organique.

Procédure de détermination des jours favorables

• – selon les travaux de Leenhardt [22], on estime que dans l’horizon 0-10 cm, l’évaporation de l’eau du sol correspondrait à 62 % de celle de l’horizon 0-20 cm qui est le réservoir de surface du modèle. De même, l’évaporation de l’eau de l’horizon 0-5 cm est estimée à 62 % de celle de l’horizon 0-10 cm ;
• – l’humidité du sol obtenue est comparée à la plage d’humidité favorable à la technique de travail du sol présumée. Ces plages d’humidité favorable (tableau 2) ont été déterminées à partir d’études mécaniques du sol [13]. Si elle est favorable à la réalisation de l’opération de travail du sol, la notation est de 1. Dans le cas contraire, la note est 0 ;
• – la somme des notes journalières est faite par pas de 15 jours, à partir du 1^er avril jusqu’au 9 juillet. Le cumul de ces valeurs donne le nombre total de jours favorables pour la période d’étude considérée, du 1^er avril au 9 juillet ;
• – le nombre de jours favorables, cumulé par quinzaine, est alors soumis à une analyse fréquentielle sur les 62 années. Les valeurs retenues sont celles qui correspondent à la probabilité d’occurrence de 80 %, c’est-à-dire que les jours favorables aux opérations de travail du sol se réalisent 8 années sur 10.

Résultats

Nombre de jours disponibles pour le labour

En effet, à la date limite de semis du sorgho à Saria qui est le 15 juin, les écarts entre les courbes de jours favorables au labour en fonction des niveaux de CRE sont encore plus grands : 16 jours favorables au labour pour les sols à forte CRE, 11 jours favorables au labour pour les sols à CRE moyenne et 9 jours favorables dans le cas des sols à faible CRE. Ainsi, plus la CRE du sol est forte, plus les conditions de sol favorables à la réalisation du labour sont réunies pendant longtemps.

Nombre de jours disponibles pour le scarifiage

Nombre de jours disponibles pour le travail manuel à la daba

Discussion

Nombre de jours favorables par type de travail du sol

Le démarrage tardif de la pratique du labour s’expliquerait aussi par un ruissellement important, pouvant atteindre 40 % en moyenne par an, surtout en début d’hivernage [5, 6]. Ce fort taux de ruissellement est dû en grande partie à la nudité et à la compacité du sol en début de saison des pluies [24]. Il est souvent aggravé par la forte intensité des premières pluies dans la région [7] qui opèrent un colmatage des pores en surface et la formation de croûtes peu perméables à l’eau. Ces facteurs entraînent un retard de la progression du front d’humectation, qui n’atteint les 20 cm de profondeur et le taux d’humidité favorable au labour que début juin. Le nombre de 9 jours favorables pourrait être en réalité plus faible, si l’on tient compte du dépannage du matériel et du rappel de dressage des animaux qui sont très souvent en divagation en saison sèche. Quand la CRE du sol est forte, comme dans le cas des sols en ouverture de friche ou de reprise de jachère, le nombre de jours favorables pour la réalisation du labour augmente au fur et à mesure que l’hivernage s’installe (fin juin). On constate que vers la fin de juin à Saria, il y a une baisse de la pluviosité qui pose d’énormes difficultés au démarrage des cultures (figure 1). À cette période, même si la date de semis n’est pas un facteur limitant – car elle dépend de la culture, la réalisation du labour est assez difficile à cause de cette faible pluviosité de fin juin à mi-juillet.

Le scarifiage à la houe manga pourrait déjà commencer à la fin avril (figure 3), la date limite étant le 15 juin ; le nombre de jours favorables est de 16 jours pour les cas de faible et moyenne CRE. Cette opération est moins exigeante en humidité que le labour (tableau 1). L’épaisseur de sol concernée est la moitié de celle du labour (10 cm) ; Par conséquent, il nécessite moins d’eau pour son humectation. L’écart entre les courbes extrêmes pour les sols à faibles et fortes CRE est de 5 jours pour le scarifiage, alors qu’il est de 7 jours pour le labour. Cela montre que l’amélioration de la capacité de stockage en eau du sol liée à la texture ou à l’amélioration du taux de MO [25] n’a pas autant d’effet sur l’opération de scarifiage que sur celle du labour. En outre, la différence de nombre de jours favorables pour le scarifiage est négligeable entre les sols à CRE forte, plus riches en MO, et ceux à CRE faible, pauvres en MO (figure 4). Les sols de haut de pente et de mi-pente à Saria sont souvent de type gravillonnaire, avec une charge grossière atteignant 25 % [17]. La pratique du scarifiage est surtout dépendante de la pluviosité. En effet, l’horizon 0-10 cm se desséchant assez vite dans les conditions d’ETP élevée de la région, la possibilité d’humectation du sol, donc de réalisation du scarifiage, devient plus grande si les pluies sont fréquentes.

Le scarifiage a une avance de 2 semaines sur le labour : le nombre de 5 jours favorables atteint au 31 mai avec le labour est atteint dès le 15 mai avec le scarifiage. Une des conséquences est que l’installation des cultures sur les parcelles labourées se réaliserait donc en début juillet, période de faible pluviosité (figure 1) pouvant occasionner une mauvaise levée de plantules.

Le travail manuel à la daba (figure 4) commence tôt (30 avril), comme le scarifiage, mais, à la date du 15 juin, on décompte 10 jours favorables à l’opération pour les sols à CRE faible ou moyenne. Cela est inférieur au nombre de jours favorables obtenu avec le scarifiage, pourtant réalisé plus profondément (10 cm contre 5 cm). Cette situation s’expliquerait par le fait que l’horizon 0-5 cm est la partie superficielle du sol la plus soumise à l’ETP qui, pendant cette période, est supérieure à 5 mm/jour [13]. Après une pluie, l’humectation est rapide pour cette épaisseur, mais cette humidité est vite évaporée. La capacité de stockage de cet horizon ne dépasse pas 5 mm dans les cas de CRE moyenne. Pour les sols à forte CRE, la capacité de stockage passe à 6,2 mm, valeur légèrement supérieure aux 5 mm/jour d’ETP. Le nombre de jours favorables est pratiquement doublé et passe à 33. Les sols à forte CRE sont en effet des sols argileux avec un taux de MO supérieur à 1 %, donc plus aptes à emmagasiner de l’eau [25] que les sols sablo-gravillonnaires pauvres en MO (< 0,5 %).

Conséquences pour l’installation des cultures

La réalisation du travail manuel à la daba peut commencer dès le 30 avril. Les sols à CRE faible et moyenne ont trois fois moins de jours favorables à l’opération que les sols à CRE forte. La faible épaisseur de l’horizon (0-5 cm) ne permet pas un important stockage d’eau, tandis que le contact direct avec l’atmosphère favorise le processus de dessiccation. La possibilité de mise en œuvre du grattage manuel à la daba est moindre que pour le scarifiage sur les sols à CRE faible et moyenne. Il dispose en fin juin du même nombre de jours favorables au travail du sol que le labour. Quand le nombre de jours pluvieux augmente, cela accroît les possibilités d’interventions pour ce travail du sol superficiel [14].

Selon une étude réalisée par Barro [1], le labour requiert 23 heures/hectare, le scarifiage 6 heures/hectare et le travail manuel à la daba 40 heures/hectare. En début de saison des pluies, les animaux sont encore faibles. Par conséquent, le temps de travail avec un attelage en traction animale est de 6 h/jour. La réalisation du travail manuel à la daba par l’homme totaliserait dans le meilleur des cas 8 h/jour. Ces données indiquent que l’on peut réaliser la préparation du sol par le scarifiage sur 16 hectares, et par le labour et le travail manuel à la daba sur 2 hectares à la date du 15 juin (figure 5). Le temps de travail du scarifiage est faible ; l’opération est en effet assez rapide à cause de sa largeur de travail de 60 cm et de sa faible profondeur de mise en œuvre (6 à 8 cm). Pour le labour, en revanche, le temps de travail est plus important et les conditions de réalisation sont plus contraignantes (humidité et profondeur requises plus élevées). Aussi, la largeur de travail en un passage est d’environ 20 cm, contre 60 cm pour le scarifiage.

Le travail manuel à la daba est très lent (40 heures/hectare). Ainsi, même dans le cas d’un travail intense de 8 ha/jour, il n’est pas possible de faire mieux que le labour en termes de superficie. La superficie de 2 hectares pour le labour et le travail manuel est inférieure à la moyenne de 4,5 hectares par exploitation dans la région [13]. Il n’est donc pas possible, pour une exploitation, de réaliser le labour en une campagne, si l’on considère que le 15 juin, date limite de semis du sorgho, est aussi celle du travail du sol. En considérant que la majorité des producteurs utilise des variétés locales de sorgho photosensible à cycle moyen (qui doivent être semées assez tôt), le labour apparaît comme l’opération de préparation du sol la moins adaptée aux conditions pédoclimatiques et de production du paysan dans cette région. Le scarifiage avec la houe manga offre six fois plus de capacités de travail du sol dans l’exploitation que la technique du labour ou du travail manuel à la daba. Cette dernière est la moins performante en raison de son temps de travail très élevé.

Un producteur qui possède une charrue aura 9 jours d’utilisation par campagne pour le labour. La charrue dans l’exploitation serait seulement utilisée pour le labour et éventuellement pour le buttage (en remplaçant le corps de labour par un corps butteur). Son utilisation est donc assez réduite. En revanche, la houe manga qui réalise le scarifiage est utilisée ensuite pour les deux à trois sarclages d’entretien contre l’enherbement (figure 6). L’outil est donc plus utilisé que la charrue dans l’exploitation. Dans le cas de la zone de Saria, il serait donc plus pratique pour l’exploitant d’utiliser le scarifiage, car :

• – les variétés locales utilisées par les producteurs sont en majorité photosensibles. Dans ce cas, le semis précoce (fin mai) serait un facteur favorable à une bonne production [13] ;
• – les coûts d’acquisition de la houe manga et de sa mise en œuvre sont inférieurs à ceux de la charrue.

Conclusion

On pourrait imaginer que le labour sera encore plus difficile à réaliser quand on va vers le nord avec une moyenne pluviométrique de plus en plus faible. À l’inverse, il est plausible qu’au sud du pays, où la pluviométrie est plus importante, cette technique trouve des conditions de réalisation plus favorables. Le modèle, en permettant de choisir les techniques les plus adaptées aux conditions pédoclimatiques de la zone de production, contribue à une meilleure valorisation des équipements, lesquels sont souvent acquis par crédit. C’est un outil d’aide à la décision qui pourrait améliorer l’application des itinéraires techniques et la production agricole dans le Sahel.

Remerciements

Références

2 Le Thièc G. Le coutrier à traction animale : recherche alternative au labour en zone sèches. Cahiers de la Recherche Développement 1991 ; 28 : 83-6.

3 Herblot G. Une expérimentation «Travail du sol en sec» en Haute-Volta. Machinisme Agricole Tropical 1984 ; 85 : 18-28.

4 Sédogo PM, Barro A, Bonzi M. La dent RS8 de travail du sol en sec, une alternative à la charrue. Science et technique 1999 ; 23 : 44-8.

5 Roose E. Introduction à la gestion conservatoire de l’eau de la biomasse et de la fertilité des sols. Bulletin pédologique FAO, n° 70. Rome : FAO, 1994.

6 Guillobez S, Zougmoré R. Étude du ruissellement et de ses principaux paramètres à la parcelle (Saria, Burkina Faso). In : Reyniers FN, Netoyo L, eds. Bilan hydrique agricole et sécheresse en Afrique tropicale. Montrouge (France) : John Libbey Eurotext, 1994.

7 Zougmoré R, Kambou NF, Ouattara K, Guillobez S. Sorghum-cowpea intercropping: an effective technique against runoff and soil erosion in the Sahel (Saria, Burkina Faso). Arid Soil Research & Rehabilitation 2000 ; 14 : 329-42.

8 Hoogmoed WB. Tillage for soil and water conservation in the semi-arid tropics. Tropical Resource Management Papers, n° 24. Wageningen : Wageningen Agriculture University, 1999.

9 Ducreux A, Manière G. Comportement physique et mécanique du sol lors de son travail. Machinisme agricole 1980 ; 71 : 37-40.

10 Hudson NW. A study of the reasons for success or failure of soil conservation projects. FAO Soils, bulletin 64. Rome : FAO, 1991.

11 Unger WP. Tillage systems for soil and water conservation. FAO land and water development division, Soil resources management and conservation service. FAO Soils, bulletin 54. Rome : FAO, 1984.

12 Nicou R, Ouattara B, Somé L. Effet des techniques d’économie de l’eau à la parcelle sur les cultures céréalières (sorgho, maïs, mil) au Burkina Faso. Agronomie Tropicale 1990 ; 45 : 43-7.

13 Barro A. Évaluation de l’effet et de la faisabilité du travail du sol sur le sorgho Photosensible à Saria (Burkina Faso). Thèse de doctorat, Ensa, école doctorale de biologie intégrative, Montpellier 1999.

14 Baron C, Pérez P, Maraux F, Sarrabil F. Bilan hydrique à la parcelle; analyse comparatives des bilan annuels et pluriannuels; analyses des risques climatiques. Rapport CIRAD-CA. Montpellier. Montpellier : Cirad-CA, 1996.

15 Guinko S. La végétation de Haute Volta. Tome 1 et 2. Doctorat d’État ès sciences naturelles, université de Bordeaux II, 1984.

16 FAO-Unesco. Carte mondiale des sols. Légende révisée. Rapport sur les ressources en sols du monde, 60. Rome : FAO, 1989.

17 Zougmoré R, Mando A, Stroosnijder L. Effect of soil and water conservation and nutrient management on the soil-plant water balance in semi-arid Burkina Faso. Agricultural Water Management 2004 ; 65 : 103-20.

18 Maraux F, Lafolie F. Modelling soil water balance of a maize-sorghum sequence. Soil Sci Soc Am J 1998 ; 62 : 75-82.

19 Eagleman J. An experimental derived model for actual evapotranspiration. Agric Meteorl 1971 ; 8 : 385-94.

20 Vaksmann M. Version modifiée de BIP. Montpellier : Cirad, 1989.

21 Doorenbas J, Pruitt WO. Guidelines for predicting crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage paper, n° 24. Rome : FAO, 1975.

22 Leenhardt D. Spatialisation du bilan hydrique. Propagation des erreurs d’estimation des caractéristiques du sol au travers des modèles de bilan hydrique. Cas du blé dur d’hivers. Thèse, ENSAM - INRA, Montpellier, 1991.

23 Somé L, Sivakumar MVK. Compte rendu des travaux n°1. Division du sol et agroclimatologie. In : Analyse de la longueur de la saison culturale en fonction du début des pluies au Burkina Faso. Niamey : Inera; Icrisat, 1994.

24 Nicou R. Le problème de la prise en masse à la dessiccation des sols sablo-argileux de la zone tropicale sèche. Agronomie Tropicale 1975 ; 30 : 325-43.

25 Morel R. Les sols cultivés. Paris : éditions Lavoisier, 1989.