INSTITUT INTERNATIONAL D’INGENIERIE DE L’EAU ET DE L’ENVIRONNEMENT THESE Pour obtenir le grade de DOCTEUR EN SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE L’EAU, DE L’ENERGIE ET DE L’ENVIRONNEMENT Spécialité: Eau Présentée et soutenue publiquement Par Vivien Chaim DOTO Le 04 février 2016 Réf: 2iE/2016-03 L’IRRIGATION DE COMPLEMENT A PARTIR DE PETITS BASSINS INDIVIDUELS EN ZONE SAHELIENNE BURKINABE : IMPACT SUR LA PRODUCTION DES EXPLOITATIONS AGRICOLES FAMILIALES JURY M. Hamma YACOUBA, Professeur Titulaire, 2iE, Burkina Faso Directeur de thèse M. Luc Olivier SINTONDJI, Maître de Conférences, Université d’Abomey- Calavi, Bénin Rapporteur M. Mahaman Moustapha ADAMOU, Maître de Conférences, Université Abdou Moumouni, Niger Rapporteur M. Kossi Euloge AGBOSSOU, Professeur Titulaire, Université d’Abomey- Calavi, Bénin Examinateur M. Karimou J.M. AMBOUTA, Professeur Titulaire, Université Abdou Moumouni, Niger Président Laboratoire Hydrologie et Ressources en Eau (LEAH) Dédicaces DEDICACES À TODJI Rufine Thèse de Doctorat ii Remerciements REMERCIEMENTS Au terme de ce travail, je tiens à formuler mes sincères remerciements à tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à sa réussite. Mes sentiments respectueux s’adressent d’abord à l'égard du Professeur Hamma YACOUBA, Directeur de la Recherche à l’Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement (2iE), qui a accepté porter la direction de cette thèse. Je le remercie pour sa confiance, son appui et son judicieux concours aux différentes étapes de ce travail qui ont contribué grandement à cet heureux aboutissement. Sa rigueur au travail et ses différents conseils m’ont été d’un grand secours pour mener à bien les travaux. Je remercie le Professeur Karimou Jean-Marie AMBOUTA de la Faculté d’Agronomie de l’Université Abdou Moumouni de Niamey pour avoir accepté présider mon jury de thèse. Qu’il me soit permis de remercier le Professeur Luc Olivier SINTONDJI, hydrologue à la Faculté des Sciences Agronomiques de l’Université d’Abomey-Calavi au Bénin et le Professeur Mahaman Moustapha ADAMOU spécialiste en génie de l’eau et de l’environnement à la Faculté d’Agronomie de l’Université Abdou Moumouni de Niamey pour avoir accepté d’être les rapporteurs de cette thèse. Vos diverses remarques et suggestions ont contribué grandement à l’amélioration des résultats de mes travaux. Mes remerciements vont ensuite à l’endroit du Professeur Euloge K. AGBOSSOU, Directeur de l’Institut National de l’Eau (Bénin) pour ses précieux conseils et sa disponibilité pour l’examen de ce rapport et sa contribution pour son amélioration. Sincères remerciements à Docteur Dial NIANG, Enseignant – Chercheur au Département Hydraulique à 2iE et à Docteu. Rabah LAHMAR, Chercheur en agro pédologie au CIRAD/2iE pour leur contribution à l’amélioration scientifique de ce travail. En tant que membres du comité de thèse, j’ai pu profiter de leurs multiples expériences en hydrologie, en physique du sol et en agro pédologie pour mener à bien mes recherches. Qu’il me soit aussi permis de remercier la direction de 2iE qui, grâce au concours financier du Centre de Recherche pour le Développement International (CRDI), n’a pas ménagé son soutien pour que ce travail soit mené à terme. A mes parents qui m’ont supporté durant toute ma formation, à mon équipe de terrain et tous les stagiaires ; qu’ils reçoivent ici toute ma gratitude. J’exprime aussi mes remerciements à toute l’équipe de l’ONG AZND de Kongoussi en tant que mon facilitateur sur le terrain auprès des producteurs. Je veux dire également ma reconnaissance à tous les producteurs de Mogodin. Je remercie, pour finir, Professeur Harouna KARAMBIRI, Directeur de l’Ecole Doctorale pour son ingéniosité, l’ensemble des Doctorants de 2iE pour leur franche collaboration et tous mes parents, mes frères et sœurs pour leur soutien et encouragement. Thèse de Doctorat iii Table des matières TABLE DES MATIERES DEDICACES ........................................................................................................................ ii REMERCIEMENTS ............................................................................................................... iii TABLE DES MATIERES ....................................................................................................... iv RESUME ....................................................................................................................... ix ABSTRACT ........................................................................................................................ x LISTE DES FIGURES ........................................................................................................... xi LISTE DES TABLEAUX ...................................................................................................... xiii LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES .................................................................. xiv INTRODUCTION ................................................................................................................... 1 CHAPITRE 1 : POINT DES CONNAISSANCES SUR L’AGRICULTURE FAMILIALE EN AFRIQUE SUBSAHARIENNE ..............................................................................................10 1.1. Petits agriculteurs, souveraineté alimentaire et défi climatique en Afrique subsaharienne ..................................................................................................................10 1.1.1. Situation alimentaire ........................................................................................10 1.1.2. Le défi climatique ............................................................................................11 1.1.3. Le changement climatique et le secteur primaire .............................................11 1.2. Quelques stratégies d’adaptation dans le secteur agricole .....................................13 1.2.1. Informations climatiques de précampagne ......................................................13 1.2.2. Utilisation des indices de sécheresse ..............................................................14 1.2.3. Agriculture intelligente .....................................................................................15 1.3. Variabilité climatique et irrigation de complément ...................................................16 1.3.1. Concept de sécheresse en agriculture pluviale ...............................................16 1.3.2. Irrigation de complément et rendement des cultures pluviales ........................18 1.3.3. Irrigation et souveraineté alimentaire ...............................................................19 1.4. Collecte des eaux de surface (CES) en Afrique sub-saharienne ............................21 1.4.1. Concept de CES et typologie des techniques y afférentes ..............................21 1.4.2. Adoption et reproductibilité des techniques de collecte des eaux de surface ...24 1.5. Place de la présente recherche face au défi climatique en Afrique Subsaharienne 24 Thèse de Doctorat iv Table des matières Conclusion partielle ..............................................................................................................25 CHAPITRE 2 : PROCESSUS PHYSIQUE ET NUMERIQUE DE TRANSFERT D’EAU DANS LE SOL ......................................................................................................................26 2.1. Transferts d’eau dans un sol variablement saturé ..................................................26 2.1.1. Variables de base et équation générale de l’écoulement de l’eau ...................26 2.1.2. Importance des courbes caractéristiques du sol ..............................................28 2.1.3. Direction d’écoulement de l’eau dans le sol .....................................................28 2.1.4. Bilan hydrique .................................................................................................30 2.2. Modélisation numérique des transferts d’eau .........................................................30 2.2.1. Caractéristiques générales du modèle HYDRUS-2D/3D .................................31 2.2.2. Etapes de la simulation numérique sous HYDRUS .........................................31 2.2.3. Avantages et limites de la modélisation numérique sous HYDRUS .................37 2.3. Détermination de la courbe de conductivité hydraulique .........................................38 2.3.1. Description de l’infiltromètre à disque et fonctionnement .................................39 2.3.2. Quelques modèles de détermination du flux d’infiltration axisymétrique ..........40 Conclusion partielle ..............................................................................................................45 CHAPITRE 3 : RESENTATION GENERALE DE LA ZONE D’ETUDE .................................46 3.1. Localisation du milieu d’étude et démographie .......................................................46 3.2. La végétation ..........................................................................................................46 3.3. Contexte climatique et réseau hydrographique .......................................................47 3.4. Caractéristiques agro-pédologiques .......................................................................51 3.5. Caractéristiques agro-économiques .......................................................................55 Conclusion partielle ..............................................................................................................56 CHAPITRE 4 : MATERIEL ET METHODES ........................................................................57