Caractérisation des systèmes de production pastoraux et agropastoraux

Caractérisation des systèmes de production pastoraux et agropastoraux

La zone sahélienne semi-aride pastorale de Dahra.

La région de Dahra est globalement pastorale. C’est une zone plus aride que la zone de Kolda (environ 300 mm/an). La saison des pluies est réduite entre juillet et septembre. Steppe graminéenne et savane arbustive composent la ressource de troupeaux de zébus Gobra. Les pratiques d’élevage diffèrent de celles au sud, en lien avec l’habitat et les ressources limitées. Les troupeaux évoluent entre les aires de campements des éleveurs transhumants et le forage, pouvant être éloigné de plus de 6 km. Le territoire de libre pâture est beaucoup plus vaste (30 km2 ). Dans un rayon assez large autour du forage, le piétinement des nombreux troupeaux laisse le sol nu. Les zébus ne sont pas parqués la nuit : il y a un pâturage nocturne.
Les observations réalisées au cours de cette thèse permettent de disposer d’éléments comparatifs avec les résultats obtenus dans la région de Kolda. Il s’agit d’aborder la question de la généricité de l’étude de modélisation conduite à Kolda à d’autres zones sèches.

PLAN DU MANUSCRIT

Pour présenter nos résultats concernant ce travail de modélisation du comportement spatial et alimentaire de bovins en libre pâture, nous procéderons en trois étapes : (1) décrire l’ingestion des bovins sur parcours en lien avec les couverts consommés aux cours des séquences de libre pâture au cours de la saison sèche afin d’intégrer ce processus à la modélisation, (2) décrire les circuits quotidiens des troupeaux et analyser l’effet des aménagements du parcours sur la construction et la modélisation de ces circuits, et enfin (3) intégrer les facteurs-clés des circuits et de l’ingestion dans un modèle de recherche à partir des conclusions prises dans les deux chapitres qui précèdent,afin de tester la pertinence de la représentation. A terme, un modèle prenant en compte les choix spatialisés des bovins et les processus d’ingestion doit permettre de lier les performances individuelles aux circuits quotidiens des troupeaux.

Etude de l’Ingestion Alimentaire des Bovins en Libre Pâture sur Territoires Semi-arides Tropicaux à partir de Mesures Instantanées et Journalières

Introduction : Situer et quantifier les prélèvements des bovins en libre pâture sur parcours
tropical

CARACTERISER LES UNITES DE VEGETATION DE LA ZONE DE LIBRE PATURE

Au Sud, les troupeaux bovins sont en vaine pâture pendant 8 mois environ de l’année, durant la saison sèche après les récoltes (Kennedy 1995, Ickowicz and Mbaye 2001). Les animaux sont de fait autonomes dans leurs déplacements. La complémentation alimentaire n’est pas courante. En pratique, les éleveurs ne peuvent guère influer sur les parcours des bovins pour une exploitation dirigée des pâturages naturels, à l’échelle des territoires.
Comme déjà dit dans l’introduction générale, vu l’analyse de la FAO sur les antagonismes entre faible productivité et besoins de production d’une part, et entre la valorisation des parcours par la mobilité des troupeaux et les impacts négatifs sur les sols, il semble urgent de développer des méthodes quantifiant les prélèvements et la charge des bovins sur le parcours afin de lier les circuits des troupeaux aux performances animales individuelles et à leur impact sur les sols. En zone sahélo-soudanienne, agropastorale (Fig. 1), nous avons suivi plusieurs troupeaux à trois périodes de saison sèche (cf. protocole des suivis, Annexe 5). En effet, l’analyse des suivis antérieurs relatés par Ickowicz et Mbaye (2001) montre une saisonnalité marquée du comportement alimentaire, au sein de la saison sèche. Spatialiser sur le territoire et temporaliser dans la saison sèche les processus d’ingestion de nutriments sont nécessaires pour approcher les performances en milieu traditionnel, non contrôlé. Nous présentons d’abord les séquences des grandes unités de végétation traversées sur la Figure 2.
Ces séquences diffèrent en fonction de la saison (début, milieu ou fin de saison sèche), telle qu’elle est définie dans l’article qui suit. Elles diffèrent également en fonction de la taille du troupeau. Sur les terroirs agropastoraux sahélo-soudaniens, les grands troupeaux (plus de 70 bêtes) ont généralement des modes de conduite et des circuits différents par rapport aux plus petits troupeaux. La zone d’étude principale, largement décrite dans l’article qui suit et dans celui du chapitre 2, est située dans la région de Kolda, en Haute-Casamance. Les bovins N’Dama sont en libre pâture en fin de la période que l’on a nommé début de saison sèche, jusqu’aux pluies, en fin de saison sèche, durant la journée. Ils sont à l’attache la nuit. Les ressources spontanées du parcours ont un développement phénologique faible et la majeure partie du stock herbacé est sénescent, tout au long de la saison sèche.

DETERMINER LES COUVERTS CONSOMMES ET LES VITESSES D’INGESTION

La caractérisation des séquences des grandes unités de végétation est utile pour décrire l’occupation de l’espace au cours d’une journée de libre pâture. En fonction des temps de résidence des bovins sur une unité de végétation, ces séquences donnent une première information sur la localisation des prélèvements alimentaires. En outre, la caractérisation des séquences des grandes unités de végétation permet aussi de s’interroger sur les intérêts relatifs des animaux aux différentes unités de végétation. Par exemple, la rizière porte une ressource monospécifique de pailles de riz en début et milieu de saison sèche. Il a été démontré que la digestibilité des pailles de riz est élevée, relativement aux autres ressources spontanées du parcours : 56 % environ (INRA 1989, p. 332), et les biomasses disponibles à l’hectare sont également hautes : 2100 ± 1100 kg Matière Sèche /ha en début (n = 106), et 2100 ± 800 kg MS/ha en milieu de saison sèche (n = 103). Mais vu les différences d’intensités du pâturage des bovins N’Dama relativement mobiles sur le parcours, les grandes unités de végétation ne semblent pas suffisamment précises pour quantifier l’ingestion. En effet, selon la motivation à ingérer ou la vitesse de déplacement, deux séquences linéairement équivalentes dans le temps sur deux unités différentes ne seront de fait pas équivalentes en terme de quantités ingérées (Gibb et al. 1998).

Définition des couverts et méthode d’estimation des vitesses d’ingestion instantanées

Les vitesses d’ingestion instantanées renseignent sur le prélèvement très localisé dans le temps et l’espace des animaux sur le parcours. Ces vitesses sont mesurées sur des entités de végétation plus ou moins limitées dans l’espace. Il s’agit surtout d’une maille de végétation qui apparaît Ingestion de bovins en libre pâture sur parcours tropicaux homogène eu égard à la capacité d’un observateur de distinguer des vitesses d’ingestion significativement différentes, que le couvert soit mono ou plurispécifique.
Pour estimer les vitesses d’ingestion, nous utilisons la Collecte du berger. Cette méthode demande à un observateur de surveiller pendant un laps de temps très court (de quelques secondes à une minute) un ruminant en phase d’ingestion, jusqu’à ce qu’il avance pour continuer ses bouchées. L’observateur doit alors récolter la même poignée de végétation que l’animal vient d’ingérer. Cette méthode a un double inconvénient : l’observateur peut troubler les animaux et, en outre, il est source de biais des échantillons récoltés. Toutefois, c’est une méthode portable sur les terres de parcours, en Afrique sub-saharienne (Guérin et al. 1986, Babatounde et al. 2009).

Facteurs liés aux couverts et aux animaux devant influer sur les vitesses d’ingestion

Il a déjà été montré que trois facteurs influent clairement sur les vitesses d’ingestion instantanées. (1) Vitesses d’ingestion et disponibilité de la biomasse sont théoriquement liées dans un modèle asymptotique, d’après le cadre d’analyse de la Réponse fonctionnelle (Ungar 1996, Bergman et al. 2001, van Langevelde et al. 2008). A l’échelle d’un couvert pâturé, il existerait un lien entre l’ingestion instantanée et l’état de la ressource végétale, principalement la biomasse, mais aussi le stade de développement ou le caractère épineux (van Langevelde et al. 2008). Conceptuellement, il semble y avoir un mécanisme compensatoire qui permet au ruminant de conserver un certain niveau d’ingestion lorsque les biomasses diminuent (Hodgson 1986, Koerth and Stuth 1991, Ginnett et al. 1999). La réponse fonctionnelle d’un ruminant sur un couvert pâturé correspondrait donc à un ajustement des vitesses d’ingestion instantanées à partir des biomasses, avec un seuil asymptotique. (2) La préhensibilité des espèces végétales semble influer sur les vitesses d’ingestion, sur parcours tropical (Benvenutti et al. 2009), comme sur prairies tempérées (Prache and Peyraud 1997, Delagarde and O’Donovan 2005). Cela laisse supposer qu’un effet du couvert, mais aussi de la saison ou du troupeau pourra être mis en évidence, si les couverts consommés diffèrent en structure entre eux, et selon soit la saison, soit les circuits des troupeaux au sein d’une saison donnée. (3) Arithmétiquement, ces vitesses instantanées sont le produit de la masse des bouchées par la fréquence des bouchées. Il semble que la masse des bouchées soit déterminant sur la vitesse d’ingestion (Ginnett et al. 1999). Cela laisse suposer qu’un effet du format des animaux observés pourra être mis en évidence.

Table des matières

Remerciements
• Liste des principales abréviations 
• Liste des figures 
• Liste des tableaux 
• Introduction Générale 
Etude du Fonctionnement, de la Durabilité et des Impacts Environnementaux des Systèmes de Production Extensifs en Zone Agropastorale Tropicale
1. CONTEXTE DE L’ETUDE
1.1. Introduction
1.1.1. Caractérisation des systèmes de production pastoraux et agropastoraux
1.1.2. Problématiques et enjeux liés à aux espaces pastoraux et agropastoraux
1.2. Les différentes approches adoptées pour traduire les interrelations entre élevage et ressources alimentaires
1.2.1. Approche socio-économique
1.2.2. Approche agronomique intégrée
1.2.3. Approche zootechnique
1.2.4. Approche éthologique des ruminants sur parcours
1.2.5. L’avenir des systèmes agropastoraux tropicaux
2. ETAT DES CONNAISSANCES ET OPTIONS POUR L’EVALUATION DES
SYSTEMES AGROPASTORAUX
2.1. La formalisation du fonctionnement des systèmes agropastoraux permet d’envisager leur
représentation
2.2. L’intégration de la mobilité des animaux est indispensable à la représentation du système
agropastoral
2.3. Les formalismes de représentation des circuits de ruminants sur parcours
2.4. Les principes de notre démarche de modélisation
3. LE PROJET DE RECHERCHE ET LA METHODE D’ETUDE
3.1. L’hypothèse de recherche et nos objectifs
3.2. Les ambitions et les limites de cette thèse
3.3. Présentation des terrains d’étude en Afrique sub-saharienne
3.3.1. La zone sahélo-soudanienne sub-aride agropastorale de Kolda
3.3.2. La zone sahélienne semi-aride pastorale de Dahra
4. PLAN DU MANUSCRIT
• Chapitre 1 
Etude de l’Ingestion Alimentaire des Bovins en Libre Pâture sur Territoires Semi-arides Tropicaux à partir de Mesures Instantanées et Journalières
Introduction : Situer et quantifier les prélèvements des bovins en libre pâture sur parcours tropical
1. CARACTERISER LES UNITES DE VEGETATION DE LA ZONE DE LIBRE PATURE
2. DETERMINER LES COUVERTS CONSOMMES ET LES VITESSES D’INGESTION
2.1. Définition des couverts et méthode d’estimation des vitesses d’ingestion instantanées
27 2.2. Facteurs liés aux couverts et aux animaux devant influer sur les vitesses d’ingestion
3. LIER LES PROCESSUS D’INGESTION INSTANTANES AUX QUANTITES
INGEREES QUOTIDIENNES
Article : Feed Intake of Free Ranging Cattle on a Tropical Semi-arid Territories through Instantaneous and Daily Measurements
Abstract
Resumen
INTRODUCTION
1. MATERIALS AND METHODS
1.1. Studied area, south of Senegal
1.2. Estimations of daily intake rates from faeces quantities
1.2.1. Arithmetical relation between daily intake rates and faeces quantities
1.2.2. Estimation of daily intake rates through the spectral analysis of faeces
1.3. Estimation of instantaneous intake rates on rangeland
1.3.1. Adjusting instantaneous intake rates on available biomasses with a biological model
1.3.2. Observation method
1.3.3. Relation between instantaneous intake rates and the other measured factors
1.4. Relation between instantaneous and daily intake rates
36 1.5. Evaluation of the agropastoral territory methods in a sahelian pastoral rangeland context
2. RESULTS
2.1. Estimations of daily intake rates from faeces collected in the agropastoral Kolda region
2.1.1. Analysis of daily intake rates estimated from faeces quantities (DIRfq) and diet digestibility
2.1.2. Estimations of daily intake rates from NIRS
2.2. Analysis of instantantaneous intake rates related to available biomass in the agropastoral
territory
2.2.1. Vegetation covers description
2.2.2. Adjustment of instantantaneous intake rates with Michaelis-Menten models
2.2.3. Share of instantaneous intake rates’variability explanation between the measured variables
2.3. Relation between daily and instantaneous intake rates
43 2.4. Application of the methods to data from a sahelian pastoral rangeland
2.4.1. Instantaneous intake rates results in the pastoral area
2.4.2. Daily intake rates results in the pastoral area
2.4.3. Using seasonal and steady vs non steady circuits’bouts (equation [4]) to determine daily intake rates in the pastoral area
3. DISCUSSION AND MANAGEMENT IMPLICATIONS
3.1. Analysis of daily intake rates as a results from night park faeces collections
3.1.1. Analysis of daily intake rates results regarding the NIRS estimations
3.1.2. Analysis of daily intake rates results regarding published data
3.1.3. Effectiveness of factors affecting daily intake rates
3.2. Estimation and prediction of instantaneous intake rates in dry tropical areas
3.2.1. Average estimation of instantaneous intake rates
3.2.2. Source of variability of instantaneous intake rates
3.3. Relation between instantaneous intake rates and daily intake rates
CONCLUSION
LITERATURE CITED
Conclusion partielle
1. VALEURS ET FACTEURS DE VARIABILITE DES VITESSES D’INGESTION INSTANTANEES
2. FACTEURS DE VARIATION DES QUANTITES INGEREES QUOTIDIENNES ET LIEN AVEC LES VITESSES D’INGESTION INSTANTANEES
2.1. Variabilité des quantités ingérées quotidiennes
2.2. Utilité de l’observation des vitesses d’ingestion instantanées pour la prédiction des niveaux
d’ingestion quotidiens
• Chapitre 2
Modéliser le Comportement Spatial de Troupeaux Bovins en Libre Pâture au Sahel : Description des Circuits Quotidiens, Conceptualisation et Validations
Introduction : Eléments structurant des circuits quotidiens des troupeaux bovins sur parcours tropicaux en zones sèches
1. DESCRIPTION DES VARIABLES D’ETAT DES CIRCUITS JOURNALIERS
2. ANALYSES DES VARIABLES INTRA-CIRCUITS
Article : Modeling Free-Ranging Cattle Spatial Behavior in Sahel: Daily Circuits
Description, Conceptualization and Validations
Abstract
Resumen
INTRODUCTION
1. METHODS
1.1. Study area
1.2. Local climatic conditions
1.3. Data collection
1.3.1. General Organization
1.3.2. Daily organization of measures
1.3.3. Data processing
1.3.4. Modeling free-ranging cattle agents
2. RESULTS
2.1. Durations, starting and ending times of daily circuits
2.2. Daily walked distances
2.3. Cattle activities on rangeland
2.4. Interest of the concept of Residence Times (RT)
2.5. Modeling herds’movements with a driving function (DF)
3. DISCUSSION AND MANAGEMENT IMPLICATIONS
3.1. Reasoning the setting parameters in a free-ranging cattle model during the dry season
3.1.1. Circuits durations
3.1.2. Walked distances
3.1.3. Activities on rangeland
3.1.4. From circuits description to circuits conceptualization
3.2. What is the interest of our free-ranging cattle model?
CONCLUSION
LITERATURE CITED
Conclusion partielle
1. PRESENTATION SYNTHETIQUE DES DESCRIPTEURS DES CIRCUITS DES
TROUPEAUX DE N’DAMA SUR PARCOURS AGROPASTORAL SAHELOSOUDANIEN
1.1. Temps de parcours journaliers
1.2. Distances parcourues quotidiennement
1.3. Activités des bovins sur parcours et temps de résidence
2. REPRESENTATION ET ANALYSE DU SYSTEME DIVAGUANT PAR UN MODELE
MULTI-AGENT SIMPLIFIE
2.1. Théories du comportement spatial et alimentaire des ruminants
2.2. Rappels sur la première étape de modélisation
2.3. Perspectives d’amélioration et de complexification
• Chapitre 3
Modélisation intégrée des comportements spatiaux et alimentaires de bovins en libre parcours pour raisonner la gestion durable d’un écosystème agropastoral tropical
Introduction : Représentation du comportement spatial et alimentaire dans le modèle PastoTrop
Corps de chapitre : Modélisation intégrée des comportements spatiaux et alimentaires
de bovins en libre parcours pour raisonner la gestion durable d’un écosystème agropastoral tropical
Résumé
Abstract
INTRODUCTION
1. MATERIEL ET METHODES
1.1. Choix d’un formalisme adapté à la représentation des interactions entre troupeaux et parcours.
1.1.1. Intérêt des systèmes multi-agents
1.1.2. Les spécificités de la zone d’étude agropastorale tropicale
1.1.3. Données d’observations du comportement spatial et alimentaire des troupeaux
1.1.4. Elaboration d’un modèle conceptuel du système complexe représenté
1.2. Phase exploratoire sur la mobilité des troupeaux
1.2.1. Intégration d’éléments théoriques et mesurés
1.2.2. Paramétrage des règles de choix des agents, intégrant des facteurs non liés à la ressource
1.3. Intégration de facteurs liés à la ressource dans les règles de choix des agents et des processus d’ingestion
1.3.1. Description de la deuxième version de PastoTrop
1.3.2. Méthode d’analyse des simulations
1.3.3. Evaluation des compromis robustes de combinaisons de facteurs et intégration d’un processus d’ingestion
2. RESULTATS
2.1. Recherche d’une hiérarchie entre les facteurs et d’un compromis robuste pour les agents109 2.1.1 Recherche de hiérarchie entre les facteurs par l’application d’une méthode statistique analytique
2.1.2. Evaluation de la pertinence de recherche d’un compromis de combinaisons de facteurs par l’application d’une méthode statistique descriptive
2.1.3. Détermination probabiliste de combinaisons et tests de validité
2.1.4. Allègement partiel de la procédure de validation
2.2. Analyse spatiale des circuits simulés
2.2.1. Analyse des circuits par la méthode des temps de résidence
2.2.2. Comparaison des séquences d’unités de végétation visitées entre observations et simulations
2.3. Prédiction de l’ingestion et des régimes journaliers des bovins à partir des différentes méthodes d’implémentation de l’ingestion
3. DISCUSSION
3.1. Discussion du calibrage d’un modèle de système d’élevage divaguant en zone sèche
3.1.1. Introduction : une démarche exploratoire sur l’importance relative des facteurs
3.1.2. Justification des méthodes de calibrage des processus et d’analyse des résultats de simulation multiagents
3.2. Etude des règles de choix des agents
3.2.1. Difficultés dans la recherche d’une règle de décision robuste par agent
3.2.2. Recherche d’une règle de décision robuste par agent
3.2.3. Analyse de la stabilité des sorties du modèle par le biais de la procédure de validation
3.2.4. Conclusion sur la recherche d’un compromis
3.3. Maîtrise des processus d’ingestion
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
• Discussion générale – Conclusions
Représenter de façon intégrative le comportement spatial et alimentaire de troupeaux bovins en
libre pâture sur parcours agropastoral tropical
1. CONTEXTE DE LA RECHERCHE
2. INTEGRATION DU COMPORTEMENT SPATIAL ET ALIMENTAIRE
2.1. Intégration des processus d’ingestion : enjeux de réalisme et de portabilité du modèle
2.2. Intégration des pratiques, de la polarisation des aménagements et des théories déterministes
de comportement des individus
2.3. Intégration des processus d’ingestion et des facteurs d’orientations des troupeaux dans un
modèle spatialisé orienté agents
2.3.1. Positionner notre démarche entre réalisme, abstraction et portabilité
2.3.2. Reconstruire le comportement spatial et alimentaire : validation des hypothèses
3. PERSPECTIVES DE COMPLEXIFICATIONS ET BILAN SUR LA COLLECTE DES MESURES DE TERRAIN POUR PREDIRE LES PERFORMANCES ANIMALES A PARTIR DES CIRCUITS SIMULES
3.1. Deux contraintes majeures au réalisme à ce stade de l’étude
3.2. Passage d’une approche troupeau-centrée à une approche vache-centrée
3.3. Conclusions générales et perspectives
• Eléments bibliographiques
• Annexes 
Annexe 1 : Curriculum Vitae
Annexe 2 : Publications (liste)
Annexe 3 : Zones de parcours étudiées
Annexe 4 : Base de données ABT
Annexe 5 : Protocole de suivis des troupeaux tropicaux (2008-2009)
Annexe 6 : Communication 3R (2008)
Annexe 7 : Variables de sorties de simulations du modèle PastoTrop (version 2.1)

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