Soutenance mémoire
Bases de données sur le sol et le carbone organique du sol
Les « prospections pédologiques » menées par les pédologues de l’Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer (O.R.S.T.O.M), puis de l’IRD, en vue de l’élaboration des cartes des sols ont abouti à la production et à l’accumulation de données et d’informations en quantité abondante (Leprun et al., 2010). Ces données accumulées ont permis à des Pédologues et Informaticiens de l’IRD de concevoir un modèle de la base de données, accessible sur le web (http://miruram.mpl.ird.fr/valpedo/miruram/index.html). Les outils développés ont été ensuite mis à la disposition des partenaires (ex. BUNASOL au Burkina Faso, Embrapa au Brésil, ValSolMada à Madagascar). Puis, des formations pour la prise en main de la BDD et des concepts d’organisation des données pour la saisie de l’information ont été effectuées (Beaudou et Le Martret, 2004).
A Madagascar, les travaux pédologiques menés depuis 1946, ont construit un patrimoine pédologique et environnemental considérable (PEERS-CarSoM, 2012). La base de données ValSolMada (BDD ValSol), un ensemble de données cartographiques et pédologiques dont des cartes, des rapports, des publications, résulte de ces soixante-huit années de travaux pédologiques de terrain à Madagascar. Ces données anciennes d’inventaires et cartographies des sols (Leprun et al., 2010) ont servi de base à l’inventaire des COS à Madagascar effectué par Grinand et al. en 2009. En dépit des modifications de l’utilisation des sols depuis ce temps, ce premier inventaire des stocks de COS de Madagascar constitue une « ligne de base » acceptable pour tenter d’évaluer les modifications actuelles (PEERS-CarSoM, 2012). Ces outils ont donc permis de constituer une première version d’une base de données sur les sols de Madagascar (Brossard et Rajaonarivo, 2008).
Types de sols dans la région d’Antsirabe et leurs proportions
Les sols représentent 99,81 % de la superficie totale de la «feuille d’Antsirabe» qui s’étend sur une superficie réelle de 1315,59 km2 . Le reste (0,19 %) est occupé par des lacs (Tritrivakely, Andraikiba et Andranobe). 30 types de sol, pouvant être regroupés en cinq (5) principaux types, sont observés dans cette région d’après la carte pédologique d’Antsirabe réalisée par Zebrowski et Ratsimbazafy (1979). Cette carte a été établie suivant l’ancienne classification française des sols de la Commission de Pédologie et de Cartographie des Sols (CPCS) de 1967. Ce système de classification est basé sur la description des processus de pédogenèse et les caractères des profils (Duchaufour, 1998 In Razafimahatratra, 2011). Les parts respectives de ces 5 principaux types de sol dans la « feuille d’Antsirabe », en termes de superficie, sont cependant très inégalement réparties .
Sols ferrallitiques
Les sols ferrallitiques résultent de la phase terminale de l’évolution des sols de la région équatoriale humide et sans saison sèche (Razafimahatratra, 2011). Ils sont caractérisés par un profil A-B-C avec un horizon B de moins de 150 cm d’épaisseur et un horizon d’altération C qui peut atteindre quelques mètres d’épaisseur (Zebrowski et Ratsimbazafy, 1979). Ces sols peuvent être subdivisés en 2 sous classes : les sols ferrallitiques fortement désaturés, qui représentent près de 90% de ces sols, et les sols ferrallitiques moyennement désaturés. Ces sous-classes peuvent encore être différenciées en groupes et sous-groupes : humifères, allitiques, rajeunis ou hydromorphes suivant que le processus de ferrallitisation ait été accompagné par des processus physico-chimiques ou mécaniques (accumulation humifère, allitisation, rajeunissement, remaniement et hydromorphie) (Razafimbelo, 2005). Les sols ferrallitiques représentent 60,53 % de la superficie totale de la « feuille d’Antsirabe».
Sols peu évolués
Les sols peu évolués sont des sols à faible degré d’évolution et d’altération (Razafimahatratra, 2011). Ils possèdent un profil A-C avec un horizon A plus ou moins riche en matière organique et un horizon C qui présente souvent une altération de type ferrallitique (Razafimbelo, 2005). L’absence d’un horizon B ne permet cependant pas de les classer parmi les sols ferrallitiques. Les sols peu évolués de la région se distinguent en sols peu évolués humifères et en sols peu évolués nonclimatiques suivant la teneur en matière organique de l’horizon A. Les sols peu évolués représentent 20,09 % de la superficie totale.
Sols hydromorphes
Les sols hydromorphes résultent d’un processus d’hydromorphie qui consiste en un engorgement permanent ou temporaire de toute ou partie du profil par l’eau, provoquant un déficit en oxygène et des phénomènes de réduction du fer. Ces sols bien qu’ils aient été à la base des sols ferrallitiques ne sont plus classés comme tel en raison de la prédominance du caractère hydromorphe. Les sols hydromorphes se distinguent en effet par un horizon G de couleur gris verdâtre, riche en fer ferreux, avec des taches de couleur rouille (fer ferrique) se formant au contact de l’oxygène encore présent dans la zone de battance de la nappe phréatique. Ils sont caractérisés par une accumulation de la matière organique. La sous-classe des pseudogley correspond à une hydromorphie temporaire de surface, celle des gley à une hydromorphie profonde permanente, celle des amphigley à une hydromorphie de surface et à une hydromorphie profonde à la fois (Razafimahatratra, 2011). La superficie occupée par les sols hydromorphes représente 9,27 % de la superficie totale de la feuille.
Sols minéraux bruts
Les sols minéraux bruts sont des sols à profil A-C. Ils peuvent être d’origine climatique (sous un climat très sec ou très froid pendant l’année empêchant l’évolution du sol), ou d’origine nonclimatique comprenant les sols minéraux bruts d’érosion ou squelettiques et les sols minéraux bruts d’apport. Les sols minéraux bruts au niveau de la zone d’étude sont composés de lithosols sur socle cristallin, de lithosols sur roche volcanique et de lithosols sur cuirasse ferrugineuse. Ils occupent 7,21% de la superficie totale de la « feuille d’Antsirabe».
Andosols
Les andosols sont des sols dont l’évolution est conditionnée par la présence d’une roche mère volcanique très altérable produisant des allophanes (produits mal cristallisés). Ils sont donc riches en produits amorphes silico-alumineux mais ils sont peu épais et sensibles à l’érosion. Les andosols se rencontrent dans des régions volcaniques sur des matériaux pyroclastiques basiques datant des émissions les plus récentes du volcanisme d’Ankaratra (Période III) (Zebrowski et Ratsimbazafy, 1979). Suivant la présence ou l’absence d’un horizon B-C intermédiaire, les andosols de la région d’Antsirabe se subdivisent en andosols peu différenciés (sans un horizon B-C) et en andosols différenciés (avec un horizon B C). Les andosols ne représentent que 0,37 % de la superficie totale.
Remarque
Deux ou plusieurs types de sols, considérés par ailleurs en unités simples, peuvent être associés au niveau d’une région, donnant lieu à des unités cartographiques complexes. Ces associations peuvent être :
– des séquences de sols (avec une règle de répartition des sols dans l’espace), comme dans le cas du complexe « sol peu évolué d’origine non-climatique d’érosion sol lithique sur coulée volcanique (observés sur les sommets) + Andosols différenciés désaturés mélaniques sur matériaux pyroclastiques basiques (observés dans les creux ou vallons)» ;
– ou des juxtapositions (sans règle de répartition précise), dans le cas du complexe « sol des cônes volcaniques ».
Ces complexes occupent 2,35 % de la superficie totale de la « feuille d’Antsirabe ».
Méthodes
Traitement et analyse de la base de données ValSol
La base de données pédologiques sur les sols de Madagascar et leur environnement est composée par des données anciennes de nature extrêmement variée, dont notamment des données cartographiques et des données pédologiques de nombreuses régions de l’île (Beaudou et Le Martret, 2004 ; Brossard et Rajaonarivo, 2008). Les cartes pédologiques produites sont souvent accompagnées de notices explicatives. Celles-ci renferment des descriptions des sols, leurs contraintes édaphiques et leurs potentialités agricoles, leurs caractéristiques physico-chimiques et des données analytiques anciennes sur le carbone, le phosphore et des éléments-traces métalliques. L’exploitation de cette BDD ValSol a donc constitué un préalable à la conduite de cette étude. Elle a été effectuée par Razafimahatratra et a consisté en la prise de connaissance des données anciennes disponibles (des données cartographiques, des données pédologiques dont des données analytiques anciennes sur le carbone) en vue de l’identification d’une zone propice à la conduite de la présente étude. La consultation de cette BDD a ainsi permis d’identifier des sites ayant fait l’objet de prospection pédologique antérieure et disposant : de données analytiques anciennes sur le carbone, d’une carte pédologique à l’échelle 1/100.000 et où il est possible de refaire des prélèvements dans l’optique d’effectuer une analyse en deux temps du stock de COS. Parmi les sites répondant à ces critères, la région d’Antsirabe étudiée par Zebrowski et Ratsimbazafy (1979) a été choisie en raison de sa facilité d’accès. La feuille d’Antsirabe est la quatrième carte pédologique à l’échelle de 1/100.000 utilisant le découpage et les fonds topographiques de l’Institut Géographique National. Elle est associée à une notice explicative (notice n°83) contenant des descriptions des profils pédologiques sur 21 sites de prélèvement et des résultats d’analyses de certains éléments, dont le C organique, qui ont été effectués à cette époque au niveau de ces sites. Les données pédologiques « récentes » (à partir des années 2000) n’ayant pas été encore intégrées dans cette BDD, une étude bibliographique orientée vers des études pédologiques récentes menées dans la zone d’étude a été effectuée en parallèle à l’exploitation de cette BDD pour étayer les informations disponibles. Des études en cours, menées dans le cadre du projet BIOVA (BIOmasses Végétales et Animales), ont également été considérées dans cette étude. Le projet se focalise sur le recyclage des biomasses végétales et animales dans les systèmes d’agriculture et d’élevage en vue de l’amélioration de l’alimentation des animaux et de la fertilité des sols de culture. La considération des résultats du projet BIOVA a été possible dans la mesure où la zone d’étude choisie pour la réalisation de ce projet se chevauche avec celle de la présente étude .
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Table des matières
PARTIE 1 : INTRODUCTION
PARTIE 2 : METHODOLOGIE
1. Problématique et hypothèses
1.1. Problématique
1.2. Hypothèses
2. Milieu d’étude
3. Etat des connaissances
3.1. Bases de données sur le sol et le carbone organique du sol
3.2. Types de sols dans la région d’Antsirabe et leurs proportions
3.3.1. Sols ferrallitiques
3.3.2. Sols peu évolués
3.3.3. Sols hydromorphes
3.3.4. Sols minéraux bruts
3.3.5. Andosols
4. Méthodes
4.1. Traitement et analyse de la base de données ValSol
4.2. Etude pédologique
4.3. Observations et enquêtes
4.4. Expérimentation
4.4.1. Préparation des échantillons à analyser
4.4.2. Dosage du carbone organique
4.5. Traitement et analyses des données
4.5.1. Calcul des stocks de carbone organique du sol
4.5.2. Analyses statistiques
4.6. Cartographie
5. Cadre opératoire
PARTIE 3 : RESULTATS
Chapitre 1 : Distribution spatiale du stock de carbone organique du sol
1.1. Caractérisation des sols de la région d’Antsirabe
1.1.1. Types de sols rencontrés au niveau des sites de prélèvement de l’étude
1.1.2. Types de sols rencontrés au niveau des sites d’étude du projet BIOVA
1.2. Variabilité spatiale des stocks de carbone organique du sol
2.1.1. Variabilité verticale ou variabilité suivant la profondeur
2.1.2. Variabilité suivant les types de sol
2.1.3. Variabilité suivant les types de sol et la profondeur
1.3. Représentation spatiale des stocks de carbone organique du sol sur 0-30cm et sur 0-100cm
Chapitre 2 : Variabilité temporelle du stock de carbone organique du sol
2.1. Stocks de carbone au temps ancien
2.2. Bilan des stocks actuels et des stocks anciens de carbone organique du sol
2.3. Différence entre les stocks de carbone organique du sol au temps actuel et au temps ancien
PARTIE 4 : DISCUSSIONS
1. Discussion sur la méthodologie
1.1. Atouts de l’étude
1.2. Contraintes et limites
1.2.1. Etude de la variabilité spatiale
1.2.2. Spatialisation des stocks de carbone organique du sol
1.2.3. Etude de la variabilité temporelle
2. Discussion sur les résultats et les hypothèses
2.1. Discussions sur les résultats
2.2. Discussion sur les hypothèses
3. Perspectives de recherche
PARTIE 5 : CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
