Abstract :
[fr] Les plinthosols figurent parmi les sols tropicaux les plus étendus mais également les plus contraignants pour la production agricole, en raison de la présence d’horizons plinthitiques riches en oxydes de fer, souvent indurés, acides et pauvres en bases échangeables. Dans la région de Lubumbashi (Sud-est de la République démocratique du Congo), ces contraintes limitent la profondeur exploitable, la disponibilité hydrique et la fertilité chimique, réduisant fortement la productivité des cultures.
Dans ce contexte, cette thèse vise à analyser la restauration fonctionnelle des plinthosols à travers une approche intégrée combinant (i) un sous-solage mécanique destiné à fragmenter les niveaux plinthitiques discontinus et à accroître la profondeur fonctionnellement exploitable par le système racinaire, et (ii) un épandage en surface de matériaux issus de termitières géantes inactives construites par Macrotermes falciger, suivi de leur incorporation lors de la préparation culturale. L’étude a été conduite sur un agroécosystème de 660 ha structuré en blocs et repose sur : (i) une synthèse critique des processus pédogénétiques et des contraintes agronomiques liées à la plinthite ; (ii) une caractérisation spatiale des propriétés physiques et chimiques des sols, complétée par une analyse multi-profondeurs des propriétés physico-chimiques et hydrauliques ; (iii) une analyse spatiale des rendements du maïs et de leurs déterminants fonctionnels ; et (iv) une modélisation biophysique (APSIM) couplée à la télédétection Sentinel-2 afin de relier les modifications du sol à la dynamique de croissance (LAI, Leaf Area Index) et au rendement du maïs grain.
L’analyse approfondie de la littérature montre que la plinthite constitue un héritage pédogénétique structurant, agissant comme un verrou physique et chimique exerçant une contrainte persistante sur le fonctionnement hydrique et la fertilité des sols tropicaux, dont les contraintes ne peuvent être levées sans interventions raisonnées agissant conjointement sur la structure et la chimie du sol. À l’échelle du site étudié, cet héritage se manifeste par une organisation pédologique fortement contrastée.
Nos résultats montrent une forte hétérogénéité spatiale et verticale de l’organisation pédologique. L’épaisseur de sol exploitable varie fortement au sein du périmètre, depuis des zones très peu profondes (< 9 cm), nécessitant une intervention mécanique complémentaire, jusqu’à des blocs où la profondeur utile dépasse 70 cm, offrant un potentiel agronomique nettement plus élevé. Les sols présentent une large gamme de pH, allant de conditions fortement acides (pH < 5) à des valeurs proches de la neutralité (pH = 6,5–7,2), voire une alcalinité légère localisée (pH proche de 8). Le carbone organique total et le phosphore assimilable demeurent relativement faibles, tandis que les teneurs en cations basiques disponibles (Ca, Mg, K), globalement élevées, mais fortement hétérogènes spatialement, traduisent une redistribution partielle induite par les interventions. En revanche, les éléments métalliques associés à la plinthite (Al, Fe, Mn, Cu) conservent une variabilité marquée et constituent localement des contraintes chimiques persistantes. La stratification verticale des nutriments est globalement atténuée, bien que le carbone organique et le phosphore restent préférentiellement concentrés dans les horizons de surface.
Une amélioration des propriétés physiques et hydrodynamiques des horizons superficiels est également observée, caractérisée par une diminution de la densité apparente et une augmentation de la rétention en eau à la capacité au champ et au point de flétrissement permanent, bien que la conductivité hydraulique à saturation demeure limitée dans les horizons cuirassés profonds.
Nos résultats suggèrent que, au sein de la zone racinaire restaurée (0-40 cm), l’organisation fonctionnelle est principalement structurée par trois processus pédogénétiques majeurs : la régulation acido-basique du profil, impliquant le pH et les bases échangeables ; la complexation de l’aluminium par la matière organique ; et la régulation de la disponibilité du phosphore par le fer.
Ces transformations s’accompagnent d’une forte variabilité spatiale des rendements en maïs grain, compris entre 2,3 et 11,1 t/ha selon les blocs, valeurs nettement supérieures à la moyenne régionale estimée à 0,77 t/ha sous systèmes traditionnels sur sols fortement altérés, dont les plinthosols constituent une composante majeure. Elles se situent également au-dessus de celles généralement rapportées dans des systèmes améliorés comparables. Les analyses de corrélation et les modèles de régression pas à pas identifient le carbone organique total, le calcium, le pH et la profondeur exploitable comme les principaux déterminants positifs du rendement, tandis que le fer, le cuivre et le manganèse apparaissent comme les facteurs limitants majeurs.
Les simulations réalisées avec le modèle APSIM reproduisent fidèlement les dynamiques de croissance du maïs (R2 = 0,85–0,93 ; NSE = 0,50–0,77) ainsi que les rendements observés (R2= 0,91 ; NSE ≥ 0,80). Elles indiquent que les blocs les plus performants présentent des dynamiques de développement foliaire caractérisées par un LAI maximal plus élevé et une sénescence plus progressive après le pic. Ces dynamiques sont associées à des rendements plus élevés, traduisant des conditions hydriques et nutritionnelles plus favorables durant la phase de remplissage des grains.
Dans l’ensemble, nos résultats montrent que la restauration des plinthosols repose sur la combinaison d’interventions mécaniques et d’amendements, conduisant à une amélioration importante, mais spatialement différenciée de la fonctionnalité des sols et de la productivité du maïs. Cette approche intégrée constitue une voie crédible pour une intensification plus résiliente des systèmes agricoles dans les paysages tropicaux à sols fortement altérés.
