Montpellier Supagro)

Délivré par l’Institut national d'études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro) Préparée au sein des deux écoles doctorales : GAIA – Sciences de la Terre et de l’Evolution Et des deux unités de recherche : UMR Eco&Sols de Montpellier – Laboratoire des RadioIsotopes d’Antananarivo Spécialité : Ecosystèmes et Sciences Agronomiques Présentée par RAMAROSON Henintsoa Volaniaina La spectrométrie infrarouge comme outil de caractérisation des constituants et des propriétés physico- chimiques des sols ferrallitiques des Hautes Terres de Madagascar Soutenue le 19 juin devant le jury composé de : RAKOTONDRAZAFY Raymond , Professeur, Faculté des Président du jury Sciences, Université d’Antananarivo, MADAGASCAR RAZAFINJARA Aimé Lala , Directeur de Recherche (HdR), Rapporteur Directeur Général de FOFIFA Antananarivo, MADAGASCAR MOREL Christian , Ingénieur de Recherche (HdR), INRA, UMR Rapporteur ISPA, Bordeaux, FRANCE RABEHARISOA Lilia , Professeur titulaire, Laboratoire des Examinateur RadioIsotopes, Université d’Antananarivo, MADAGASCAR RAZAKAMANANA Théodore, Professeur titulaire, Université de Examinateur Tuléar, MADAGASCAR CECILLON Lauric , Chargé de Recherche, IRSTEA, Grenoble, Examinateur FRANCE SALGADO Paulo, Chargé de Recherche, CIRAD, FRANCE Examinateur RAKOTONDRAZAFY Amos Fety Michel , Professeur titulaire, Directeur de Faculté des Sciences, Université d’Antananarivo, MADAGASCAR thèse BECQUER Thierry , Directeur de recherche (HdR), IRD UMR Directeur de Eco&Sols, Montpellier, FRANCE thèse MADARI Beata , Chercheuse EMBRAPA, BRESIL Invité REMERCIEMENTS « Seigneur, je veux te louer de tout mon cœur ». Psaumes 138.1 « Quand je t’ai appelé, tu m’as répondu ; tu m’as rempli de courage et de force ». Psaumes 138.3 Cette thèse n’a pas pu être réalisée sans la contribution de nombreuses personnes et institutions et je tiens à leur faire part de ma profonde gratitude, en particulier : au Professeur RAKOTONDRAZAFY Amos Fety Michel, directeur de thèse et à Monsieur Thierry BECQUER, directeur de thèse. Je sais bien combien multiples sont leurs fonctions et combien précieux est leur temps ; J’adresse mes sincères remerciements aux différentes institutions, qui m’ont apporté leur appui pendant mes années de recherche : - au Laboratoire des RadioIsotopes (LRI) en partenariat avec l’Institut de Recherche pour le Développement et à l’UMR Eco&Sols de Montpelllier, qui sont mes laboratoires d’accueils durant la thèse ; - au Projet FABATROPIMED, coordonné par Monsieur Jean Jacques DREVON, Directeur de Recherche à l’INRA au sein de l’UMR Eco&Sols, financé par la Fondation Agropolis et l’IFS (International Foundation for Science ). Je ne remercierai jamais assez les personnes suivantes, qui ont poussé la conscience professionnelle jusqu’au bout en siégeant parmis les membres de notre jury : Monsieur Raymond RAKOTONDRAZAFY, Monsieur Lauric CECILLON, Monsieur RAZAKAMANANA Théodore, Monsieur Paulo SALGADO, Monsieur Christian Morel, Monsieur Aimé Lala RAZAFINJARA, Madame Lilia RABEHARISOA et Madame Beata MADARI. Je ne remercierai jamais assez les personnes suivantes pour les conseils éclairés qu’elles m’ont donnés et pour la patience et l’attention qu’elles m’ont manifestées à mon égard : - aux membres de mon comité de thèse à Montpellier : Madame Cathérine ROUMET, Monsieur Lauric CECILLON, Monsieur Jean Michel HARMAND, Monsieur Jean-Paul LACLAU; et à mes superviseurs à Montpellier (Monsieur Didier BRUNET, Monsieur Michael CLAIROTTE, Monsieur Didier BLAVET, Monsieur Philippe DELEPORTE) et à Madagascar (Madame Lilia RABEHARISOA et Madame Tantely RAZAFIMBELO), qui m’ont aidé et orienté sur le plan d’avancement de la recherche ; - aux personnels administratifs de l’Ecole Doctorale GAIA et de Montpellier SupAgro ; - à tous les chercheurs, plus particulièrement à Hery RAZAFIMAHATRATRA, Nantenaina RABETOKOTANY RARIVOSON, Sandra OLIVEIRA SA, Pedro VENDRAME, Robelio MARCHÃO, qui m’ont apporté leur appui pour l’analyse de mes résultats et le rédaction des articles ; - à tous les techniciens et personnels administratifs des laboratoires, notamment Marie-Paule RAZAFIMANANTSOA et l’ensemble des techniciens du laboratoire d’analyse, Odette RASOARIMALALA, Modeste RAKOTONDRAMANANA, Fidy RAHARISON, au LRI, Jean LARVY DELARIVIERE, Agnès MARTIN, Philippe BENEZECH et Farid MEDACCI à l’UMR Eco&Sols ; - aux étudiants que j’ai co-encadrés lorsqu’ils étaient en préparation de leur mémoire DEA pour la confiance qu’ils m’ont accordé, d’avoir réussi à obtenir leur diplôme et d’avoir contribué à cette thèse. Mademoiselle Henintsoa Laurencia ANDRIAMASY et Monsieur Mamisoa RAMANANJANAHARY ; - aux stagiaires et doctorants qui ont participé aux travaux en laboratoire et du terrain : RAJAONARISON Naina, RAKOTOMANGA Noa, ANDRIANANTENAINA Damase, Fanjaniaina Marie Lucia et RAZAFINTSALAMA Harimenja ; - à toute la famille en France et à Madagascar ; - à la famille BECQUER, à la famille SCHAFER, Madame Suzanne RAYNAUD, Madame Samira ABIB, Madame Sophie CONFLITTI ; - à tous les ami(es) doctorants ou docteurs ou stagiaires du LRI et de l’UMR Eco&Sols ; - à toute ma famille (à Madagascar et en France) ; - à nos parents ; Un grand merci du fond du cœur pour mon cher époux Ando R. mes fils Tiavina Aaron R. et Tiamarina Nolan R. pour leur soutien, sacrifice et amour. i RESUME Face à la pression démographique et la paupérisation affectant Madagascar, l’agriculture a pour défi d’augmenter la production agricole pour atteindre la sécurité alimentaire. L’accroissement de l’utilisation des sols des collines (nommées tanety ) est une des alternatives développée pour faire face à ce défi. Les sols de tanety sont connus comme étant acides, riches en oxydes et hydroxydes de Fe et Al, avec de faibles teneur en matière organique, et avec une forte capacité de sorption du phosphore (P). Les formes minérales du phosphore sont associées aux minéraux du sol, en particulier aux oxydes et hydroxydes de fer (goethite et hématite) et d’aluminium (gibbsite), ce qui réduit fortement leur disponibilité et limite fortement la production agricole. Pour mieux gérer les sols en vue d’augmenter la production agricole sur les tanety , il est nécessaire de pouvoir estimer, rapidement et à moindre coût, la disponibilité ou la capacité de sorption du phosphore par le sol. Cette dernière est dépendante des constituants organiques et minéraux des sols et de certains paramètres physico-chimiques (pH…). Une méthodologie basée sur la spectrométrie infrarouge (proche et moyen infrarouge, ou SPIR et SMIR), a été développée pour modéliser la composition minéralogique des sols ferrallitiques (kaolinite, gibbsite, oxydes de Fe) (Cf. Chapitre 3). Une méthode chimiométrique classique, basée sur un modèle d’étalonnage multivarié (mPLS), permet de prédire les teneurs en oxydes de Fe (Fe 2O3_CBD ) par SPIR. Une méthode nouvelle de prédiction de la kaolinite et de la gibbsite, à partir de leur pic d’absorption spécifique dans la région de NIRS, à 2205 nm pour la kaolinite et 2265 nm pour la gibbsite, a été proposée. A partir de la prédiction des constituants organiques (carbone) et minéraux (gibbsite, Fe 2O3_CBD ), aini que de la texture (teneur en sable), par spectrométrie SPIR et SMIR, une fonction de pédotransfert a été proposée pour prédire la capacité de sorption du phosphore par les sols (P rem ) (Cf. Chapitre 4). Néanmoins, nous n’avons pas réussi à proposer un modèle pour prédire la disponibilité du P (P résine ). Ce modèle de prédiction de la capacité de sorption du phosphore a été testé à une échelle locale, dans deux petites régions agricoles du Vakinankaratra (Cf. Chapitre 5). Mots clés : Tanety , sol acide, oxydes et hydroxydes de Fe et Al, matière organique, sorption de P, spectrométrie infra-rouge. ABSTRACT Due to the demographic pressure and impoverishment affecting Madagascar, agriculture faces the challenge of increasing agriculture production to achieve food security. Increasing the land use of the hills (named locally tanety ) is one of the alternatives developed to meet this challenge. The soils of tanety are known to be acidic, rich in Fe and Al oxides and hydroxides, with low organic matter content, and with a high sorption capacity of phosphorus (P). The mineral forms of phosphorus are associated with soil minerals, mainly with iron oxides and hydroxides (goethite and hematite) and aluminum oxides (gibbsite), which greatly reduces their availability and severely restricts agricultural production. In order to better manage soils and increase agricultural production on the tanety , it is necessary to be able to estimate, quickly and at low cost, the availability or the sorption capacity of phosphorus by the soils. The P sorption capacity is dependent on the organic and mineral constituents of soils and on certain physico-chemical parameters (pH, etc.). A methodology based on infrared spectroscopy (near and middle infrared, i.e. NIRS and MIRS) has been developed to model the mineralogical composition of ferrallitic soils (kaolinite, gibbsite, Fe oxides) (see Chapter 3). A classical chemometric method, based on multivariate calibration model (mPLS), makes it possible to predict the levels of Fe oxides (Fe 2O3_CBD ) by MIRS. A new method for predicting kaolinite and gibbsite from their specific absorption peaks in the NIRS region, at 2205 nm for kaolinite and 2265 nm for gibbsite, was proposed. From the prediction of organic (carbon) and inorganic constituents (gibbsite, Fe 2O3_CBD ), as well as texture (sand content), by spectrometry NIR and MIR, a pedotransfer function was proposed to predict

Load more