Modélisation de l’agroécosystème

La complexité des données sur les agroécosystèmes nécessite une modélisation de l'architecture d'ensemble du système. Cette action tient compte des informations sur les différentes composantes tant sur le plan biophysique que socio-économique, des aspects spatiaux et de l'architecture du modèle (De Jager, Nandwa et al., 1998b). L'ensemble des données utilisées pour l'évaluation des flux peut être décomposé en un schéma conceptuel (Figure 2-13) comprenant les composantes biophysiques (la composante sol et ses occupations, la végétation) et les composantes socio-économiques (élevage, homme).

Une modélisation simple des données a été retenue afin de prendre en compte la dimension temporelle et la dimension spatiale des phénomènes étudiés. Elle permet également de séparer les entités spatiales et les tables de données. Sur la base du cadre conceptuel développé, les différentes composantes des agroécosystèmes ont été adaptées à des plans spatiaux pour le calcul des bilans partiels aux différentes échelles. Les données tabulaires utilisées dans cette étude, sur lesquelles nous reviendrons dans le troisième chapitre plus en détail, sont les suivantes:

 Les données de suivi de la végétation ligneuse et herbacée (Hiernaux et Ayantude, 2004; Hiernaux, Ayantunde et al., 2009) qui expriment, par unité d'occupation des sols dans l'unité géographique, les masses et la description des herbacées et des ligneux (résidus des cultures, herbacées des parcours, arbres et arbustes); Trois mesures ont été réalisées sur des sites échantillons représentatifs des faciès de végétation pour chaque année (octobre, février et juin). L'évaluation du rendement grain fait partie de ces données.

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 Les données issues d‘une comptabilité régulière, tous les 21 jours, au cours d'une période de 36 mois⁷ de troupeaux d‘exploitations suivies, selon les classes d'âge, le sexe et l‘espèce.

 Les données relatives aux itinéraires et aux activités des troupeaux suivis (temps de pâture, d'abreuvement, de repos) sur 19 mois. Les suivis font référence aux unités géographiques et aux unités d'occupation des sols fréquentés.

 Les caractéristiques démographiques de chaque exploitation suivie.

 Les paramètres relatifs au contenu en éléments minéraux des productions végétales et des déjections animales suivant les différentes catégories.

7 La variable date des bases de données du suivi des troupeaux pour le recensement des effectifs débute le 24/01/1994 et se termine 28/12/1996. Le suivi des itinéraires relatif aux activités débute le 13/04/1995 au 1/12/1996 soit environ 19 mois selon Turner, Hiernaux et al. (2005).

42 Figure 2-13: Schéma des flux entre les différentes composantes biophysiques et socio-économiques de la base de données du Fakara

43 Les données géographiques et tabulaires ont été structurées dans l‘optique de fixer les différentes relations entre les tables et les objets géographiques mais aussi de faciliter la gestion des données. Le schéma ( Figure 2-14) donne une version simplifiée du modèle dans lequel certaines variables ont été omises pour la représentation des différentes entités géographiques (les géodatabase) et des différentes bases tabulaires.

Les calculs des flux et bilans partiels ont été réalisés à travers :

 L'évaluation et la spatialisation saisonnière des masses végétales par unité d'occupation dans l'unité géographique

 L'évaluation et la spatialisation de la pression des troupeaux à la pâture et au repos dans les unités d'occupation des sols au sein des unités géographiques Les calculs des flux liés à l'élevage au niveau de l'espace des terroirs ont été réalisés par l'outil NUTPAST élaboré au cours de cette recherche. Les flux liés à l‘exploitation ont été calculés par NUTMON qui est un modèle de calcul des bilans minéraux basés sur le concept de Stoorvogel (1990a). Une architecture d'articulation et d'emboitement spatial fait le lien entre les deux modèles pour la génération des entités et des données tabulaires nécessaires au calcul des flux et bilans sur différentes unités (Annexe 2.1). Les flux et bilans, ainsi que les paramètres caractéristiques des exploitations, ont été soumis à une modélisation statistique en vue de caractériser la durabilité des agroécosystèmes à partir des bilans partiels (Figure 2-15).

L‘approche statistique suivie vise d‘une part à déterminer un indicateur de risque d‘épuisement relatif de la fertilité des sols, à l‘ajuster avec les variables caractéristiques des exploitations, et à en déterminer l‘erreur de généralisation. Les précisions obtenues dans cette démarche d‘ajustement d‘un indicateur de risque devraient permettre de proposer une démarche visant à en évaluer à d‘autres échelles avec un jeu de données plus accessible que les enquêtes fines de terrain. Eu égard à la nature des données de bilan, des modèles non paramétriques et paramétriques ont été utilisés dans le schéma d'analyse qui se décompose comme suit :

44 Analyse statistique des tendances et comparaison des données de végétation et des troupeaux par des modèles d'analyse de variance et des tests de distribution afin d'identifier les différences entre les modalités existantes.

Recherche des variables caractéristiques des exploitations agricoles qui ont un effet significatif sur les bilans partiels par la méthode des régressions par quantile.

Evaluation des tendances logistiques des variables caractéristiques significatives obtenues à l'étape précédente pour l'évaluation d'un indicateur de risque relatif d‘épuisement de la fertilité naturelle des sols.

Ajustement d'un indicateur de risque moyen relatif d‘épuisement de la fertilité naturelle des sols par la méthode linéaire généralisé

Cartographie des risques partiels et du risque moyen d'épuisement de la fertilité des sols.

Figure 2-14 : Schéma global de liaison des entités spatiales et des données tabulaires

45 Figure 2-15 : Schéma de la modélisation des flux organiques et bilans des éléments nutritifs

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Partie 1 : Evaluation des stocks et flux liés à l’occupation des sols, aux cultures et à

l’élevage

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3 Les stocks de matière organique et des éléments minéraux