La circularité est une des solutions agroécologiques pour rendre une agriculture résiliente. La présence des systèmes en intégration agriculture-élevage dans la région et le district de l’étude représentent un intérêt majeur pour la circularité. Leur étude est donc un moyen d’observer et d’améliorer la circularité des biomasses. L’étude se portera sur l’analyse du métabolisme territorial afin de comprendre l’organisation et la stratégie des flux de biomasse à l’échelle de l’exploitation et du territoire

De nos jours, la croissance démographique ne cesse d’augmenter. Par ailleurs, le nombre de terrain à exploiter et les bouches à nourrir se multiplient considérablement. L’élevage n’échappe pas à cette tendance, car cela inclut l’augmentation de la production de viande, lait et œufs. La viande de bovin est un des aliments les plus consommés par la population. Cependant, la consommation devient de plus en plus rare face aux différents problèmes dans la filière. Un de ces problèmes est l’insuffisance de pâturages pour assurer l’alimentation de ces bovins. Ainsi, il s’avère indispensable d’avoir un moyen pour estimer la productivité des pâturages afin de mieux gérer les ressources disponibles. Par ailleurs, l’objet de cette recherche qui est d’évaluer le rendement des pâturages, s'avère variable suivant le temps et l’espace. La recherche a été menée dans deux zones agro-écologiques différentes à savoir le district de Betafo et le district d’Arivonimamo, où seize sites ont été choisis pour la mesure spatiotemporelle de la quantité biomasse fourragère par des prélèvements tous les 15 jours du mois d'avril en juin 2023. Des échantillons ont été prélevés pour des analyses de matières sèches au laboratoire pour estimer la capacité de charge animale des parcelles. De nombreuses espèces fourragères ont été identifiées telles que Aristida multicaulis, Tricholaena, Digitairia longiflora à Arivonimamo et Aristida multicaulis, Hyparrhenia rufa, Heteropogon à Betafo. La mesure de la productivité fourragère à l’échelle de la parcelle ainsi que la teneur en matière verte au niveau du laboratoire a permis de déterminer la capacité de charge animale des pâturages étudiés. Les résultats indiquent une forte variation de la biomasse fourragère avec une moyenne de de 3,89 T/ha de matière verte dans le district d’Arivonimamo et de 4,54 T/ha de matière vert dans le district de Betafo. La productivité en matière sèche est de 1,76 T/ha dans le district d’Arivonimamo et de 2,61 T/ha dans le district de Betafo. La connaissance de ces données a permis de proposer un système de gestion de pâturages pour améliorer la production des ruminants dans ces zones.

Trade-offs around the use of biomass for livestock feed and soil cover in dairy farms in the Alaotra lake region of Madagascar

L’agriculture de conservation (AC) a été introduite à Madagascar dans l’objectif de maintenir la durabilité des cultures pluviales. L’AC et l’élevage de ruminants doivent être considérés comme des activités complémentaires et synergiques mais des compétitions pour l’utilisation de la biomasse peuvent néanmoins apparaître dans certaines circonstances. En effet, l’AC permet de fournir des ressources fourragères pour l’alimentation des ruminants. En contrepartie les ruminants recyclent une partie de la biomasse ingérée, mais non digérée, sous forme de fumier. Les ruminants permettent ainsi d’améliorer la fertilité du sol via l’apport de fumier. Le recyclage des nutriments au sein d’une exploitation mixte d’agriculture-élevage peut être optimisé en améliorant les techniques de conservation des résidus des cultures et des effluents d’élevage. Cette thèse vise à acquérir des connaissances pour une gestion optimisée des biomasses végétales et animales afin d’améliorer la production agricole. Le principe est de favoriser le recyclage des biomasses végétales et animales en limitant les pertes en nutriments au sein de l’exploitation agricole. Pour cela, trois systèmes de culture pluviale ont été suivis en milieu contrôlé durant trois campagnes (2013 à 2016) : (i) rotation du riz avec du maïs associé à crotalaire en AC, (ii) rotation du riz avec de l’avoine en AC et (iii) rotation du riz avec du maïs associé au haricot en labour. À l’intérieur de chaque système de culture, quatre types de fertilisation ont été comparés : (i) aucune fertilisation, (ii) 5 t ha-1 de fumier conventionnel, (iii) 5 t ha-1 de fumier amélioré et (iv) 5 t ha-1 de fumier conventionnel + fumure minérale. Nous avons installé et suivi également les systèmes de culture ii et iii, et les deux fertilisations ii et iii en milieu paysan, pendant deux campagnes (2013 à 2015). Les rendements en grain de riz sont 27% et 48% supérieurs en utilisant le fumier amélioré ou la fumure minérale, respectivement, par rapport à la situation sans fertilisation. Pour les autres cultures, l’ordre d’importance des rendements en grain ou paille est similaire : fumure minérale > fumier amélioré > fumier conventionnel > sans fertilisation, mais la différence n’est significative que pour le maïs en milieu contrôlé. La production totale en grain (detoutes les cultures de la rotation) est plus élevée avec la rotation riz//maïs associé à la crotalaire et riz//maïs associé au haricot par rapport àla rotation riz//avoine. La production totale en paille de la rotation riz//maïs associé à la crotalaire est toujours significativement importante (10 à 17 t MS ha-1 ) en comparant à celle des deux autres systèmes de culture, grâce à la forte Résumé production de la crotalaire. Les rendements en paille ou en grain en milieu contrôlé et paysan sont similaires. Les racines de l’ensemble des plantes de chaque système de culture étudié permettent de restituer 18%, 27% et 28% du carbone total de toutes les biomasses aériennes et racinaires de la rotation riz//maïs associé à la crotalaire (10,0 t C ha-1 sur 2 ans), riz//avoine (3,1 t C ha-1 sur 2 ans) et riz//maïs associé au haricot (3,6 t C ha-1 sur 2 ans), respectivement. La simulation sur vingt ans du stock en C du sol (horizon 0 à 30 cm) montre que le delta carbone est toujours positif sous la rotation riz//maïs associé à la crotalairequand le stock en C total initial est inférieur à 160 t ha-1 . Sous culture de riz//avoine et riz//maïs associé au haricot, le stock en C du sol peut être maintenu à l’équilibre, même en exportant 90% de la biomasse végétale aérienne pour l’alimentation animale, si le stock en C initial est de 60 t C ha-1 . À chaque augmentation de 10 t C ha-1 du stock en C initial, les biomasses des rotations riz//avoine et riz//maïs associé au haricot exportées doivent être réduites respectivement de 17% et de 13% pour maintenir le stock en C initial. Ainsi, le delta carbone des rotations riz//avoine et riz//maïs associé au haricot devient négatif si les stocks en C de départ sont respectivement supérieurs à 110 et 130 t C ha-1 . Pour ce qui concerne la restitution d’azote au sol, elle est également plus importante avec la rotation riz//maïs associé à la crotalaire (164 kg N ha-1 an-1 ) en comparant avec les deux autres rotations (de l’ordre de 45 kg N ha-1 an-1 ). En contrepartie, la rotation riz//avoine permet une production importante de lait (jusqu’à 3 600 l ha-1 an -1 ) par rapport aux autres rotations, riz//maïs associé au haricot (19% inférieur) et riz//maïs associé à la crotalaire (41% inférieur). En revanche, la rotation riz//maïs associé au haricot permet une production plus importante en grain plus riche en protéine par rapport aux deux autres rotations. Cependant, en tenant compte de toutes les productions (lait, grain, azote resitué au sol), la rotation riz//maïs associé à la crotalaire est la plus intéressante économiquement, avec un gain de 300 à 400 kAr ha-1 an -1 par rapport à la rotation riz//avoine, et de 60 à 600 kAr ha-1 an -1 par rapport à la rotation riz//maïs associé au haricot, suivant le taux d’exportation de la biomasse végétale consommable par les animaux. Pour chaque système de culture, la vente du lait produit, en valorisantla biomasse végétale comme fourrage, permet d’acheter une forte quantité de fumier et des engrais minéraux pour améliorer la fertilité du sol afin d’accroître les productions en grain dont celles du riz pour l’alimentation humaine. Le choix du système de culture utilisé dépendra, au final, de l’objectif de chaque paysan et de la taille de son exploitation.

Cette étude s’inscrit dans l’évaluation des effets de la mise en place de la centrale thermoélectrique à combustion de biomasse dans la commune rurale d’Andaingo, Région d’Alaotra Mangoro. Trois grandes parties constituent les résultats pour répondre aux trois hypothèses émises, la première se rapporte sur le déterminant du choix d’adoption ou non à l’électricité ERD des ménages, la seconde se renseigne sur les effets de l’électrification et la dernière sur le développement de la filière d’approvisionnement nouvellement créée par la centrale. Aussi, des enquêtes par questionnaire et des entretiens ont été faites pour obtenir les résultats. Premièrement, les résultats montrent que 84% des ménages électrifiés se sont raccordés au réseau car l’électricité ERD avec son faible coût du KWh est plus économique et plus efficace que les autres sources d’énergie et qu’elle leur permettra de développer leur activité. De plus, la majorité des ménages non électrifiés n’a pas adhéré au réseau puisqu’ils n’ont pas les moyens nécessaires pour couvrir les frais de raccordement et le paiement des factures. Il y a une relation entre les activités principales des chefs de ménages et ces raisons d’adhésion ou non; mais aussi les revenus annuels des ménages déterminent le choix d’abonnement ou non. Deuxièmement, l’électrification a conduit à plusieurs changements qui se traduisent par l’acquisition de nouveaux équipements électriques par les ménages en particulier ceux électrifiés. Ce sont les équipements audiovisuels qui ont été les plus achetés. Les ménages électrifiés s’orientent vers la combinaison de plusieurs sources d’énergies en utilisant principalement l’électricité ERD, alors que les ménages non abonnés utilisent des sources d’énergie traditionnelles. L’électrification participe à l’amélioration des activités génératrices des ménages dont les plus touchées sont les travailleurs indépendants commerce, service et les fonctionnaires-enseignant. L’éclairage constitue le service énergétique le plus important. Il améliore également les conditions de travail des élèves pendant la soirée. Son effet est également apprécié à travers l’élargissement du champ d’activités (vente de produits réfrigérés, coiffure, karaoké). Après la comparaison des dépenses énergétiques des ménages abonnés et non abonnés avant et après l’électrification, les résultats sur la situation de 2013 montrent une nette diminution des dépenses en énergie des ménages abonnés (baisse de 47% de la dépense moyenne). Et l’éclairage public constitue un moyen de lutter contre l’insécurité. Et enfin, après la comparaison des différentes filières bois existantes, la nouvelle filière d’approvisionnement est la plus profitable pour les exploitants forestiers. Pourtant, cette filière n’est pas encore importante pour les acteurs

Les préoccupations sur le réchauffement global et l’augmentation des teneurs en gaz à effet de serre principalement le CO2de l’atmosphère conduisent à s’interroger au rôle des biomasses végétales en termesde puits de carbone. Cette présente étude vise à évaluer la quantité de biomasse racinaire des cultures principales et plantes de couverture, et par suite d’évaluer le stock de carbone apporté dans le sol par l’adoption des systèmes de culture sur couverture végétale (SCV) dans la Région du Lac Alaotra. Les échantillons de biomasses aériennes ont été prélevés par la méthode de récolte intégrale,les biomasses racinaires par la méthode du carottage(en surface et en fosse). Ceci permet d’obtenir la répartition de la densité de racine dans le profil et les quantités de biomasse. Des estimations de stock de carbone sont également entreprises ainsi que la modélisation (parle modèle de Hénin-Dupuis) de l’évolution du stock de carbone dans le sol selon le mode de gestion et la quantité des résidus restitués au sol (50 et 100 %).Les résultats obtenus montrent l’absence de différence significative des quantités des biomasses totales produites pour chaque culture entre les systèmes sur couverture végétale (SCV) et les systèmes conventionnels de labour sans restitution des résidus (LSR). Mais cette étude nous a permis d’avoir des ordres de grandeur sur les quantités de biomasses souterraines et aériennes des cultures principales et plantes de couverture utilisées dans les SCV et celles obtenues en système LSR. Quant au stockage de carbone, les systèmes LSR entrainent une perte de carbone dans le sol au fil du temps, ce qui n’était pas le cas des systèmes SCV, permettant son accroissement. En fait, 25% de ses accroissements en SCV proviennent des biomasses racinaires des plantes.Ceci permet de dire que l’apport de carbone racinaire estinférieur à ceux provenant des biomasses aériennes.

Le constat de malnutrition est alarmant : près de 925 millions de personnes sont considérées comme sous-alimentées en 2010, c'est-à-dire ayant une consommation d’aliments quotidienne inférieure au minimum énergétique requis, soit 1850 kcal/personne/jour (FAO, 2008 ; FAO, 2010). La quasi-totalité des personnes sous-alimentées (98%) se regroupent dans les pays en développement, avec une prévalence moyenne de la sous-alimentation comprise depuis 1990 entre 15 et 20% de la population (FAO, 2010). L’Afrique subsaharienne compte à elle seule près de 239 millions de personnes sousalimentées (FAO, 2010), soit une prévalence de la sous-alimentation de 27% (FAO, 2011, Annexe 1). Par ailleurs, alors que le nombre de personnes sous-alimentées tend à diminuer sur l’ensemble de l’Asie, il ne cesse d’augmenter en Afrique, avec une progression de 31% des cas de sous-alimentation entre 1990 et 2008 (FAO, 2011). Le nombre des personnes sous-alimentées pourrait doubler d’ici 2020 en Afrique (Shapouri, 2010). Les facteurs à l’origine de cette augmentation de l’insécurité alimentaire sont multiples : forte croissance démographique, faibles productions agricoles, crises politiques, sécheresses et autres catastrophes naturelles (Sanchez, 2002). La population mondiale devrait augmenter de 6,9 à 7,5 milliards entre 2010 et 2020 (World Bank, 2012 ; Rosegrant et al., 2001) et atteindre 7,9 à 10,4 milliards en 2050 (Nelson et al., 2010). La croissance démographique est particulièrement forte dans les pays en développement, et en particulier en Afrique subsaharienne où les taux annuels de croissance démographique sont les plus forts (entre 2,5 et 3%) depuis la fin des années 80 (Annexe 2). La croissance de la population mondiale induit une augmentation de la demande alimentaire globale et une aggravation de la pression sur les ressources alimentaires. En Afrique subsaharienne, une augmentation de 50 à 80% de la demande globale en nourriture est attendue entre 2010 et 2050 (Keating et Carberry, 2011). Mais cette augmentation de la demande en nourriture s’accompagne aussi de modifications des habitudes alimentaires et en particulier à l’augmentation de la consommation de produits animaux (Herrero et al., 2010, Annexe 3). La demande en céréale, en viande et en lait de l’Afrique subsaharienne devrait progresser de 97, 104 et 110% respectivement, entre 1997 et 2020 (Rosegrant, 2001). La croissance démographique induit également une pression accrue sur les ressources foncières (Annexe 4), qui a pour conséquence une diminution drastique voire la disparition des périodes de jachère, une surexploitation des parcelles agricoles et une dégradation de la fertilité des sols (Nandwa et Bekunda, 1998). Cette dégradation de la fertilité des sols se traduit en particulier par un épuisement des éléments nutritifs du sol, la diminution du taux de matière organique du sol, de la biomasse vivante du sol et de l’activité biologique du sol (e.g. Fernandes et al., 1997 ; Palm et al., 1996 ; Pascual et al., 2000 ; Stoovogel et Smaling, 1990 ; Tittonell et al., 2007a). Cette dégradation de la fertilité du sol est une des causes biophysiques majeures des faibles productions agricoles et donc de l’insécurité alimentaire en Afrique (Sachez, 2002). La pression démographique et l’augmentation de la demande pourraient aussi entraîner des phénomènes d’intensification agricole. Cette intensification serait induite par l’organisation des marchés, l’amélioration de l’accès aux intrants et l’opportunité de les rentabiliser (Bationo et al., 1995 ; Rovere et al., 2008 ; Scoones et Toulmin, 1995 ; Valbuena et al., 2012). Mais cette intensification a classiquement conduit en Afrique à une situation de dégradation de la ressource du sol (Annexe 5). Ainsi, la faible amélioration des rendements des céréales, et du riz en particulier 1 Chapitre 1 (Annexe 6), n’ont pas suffi pas à compenser la forte croissance démographique, entraînant alors une diminution globale de quantité de céréales produite par habitants (Annexe 7). Pour répondre à cette demande accrue en nourriture dans les pays en développement, et en particulier en produits d'origine animale, intensifier durablement la production semble indispensable (Herrero et al., 2009). Une intensification durable implique une croissance de la productivité des systèmes agricoles accompagnée d’une augmentation des services écosystémiques rendus, de l’amélioration de l’efficacité d’utilisation des intrants, et la protection du sol et de la biodiversité (Dugué et al., 2011 ; Kassam et al., 2011). L’intensification durable mobilise des processus écologiques, et en particulier le recyclage de la biomasse et des éléments nutritifs, présents dans les systèmes d’intégration agriculture-élevage. Ces systèmes mixtes d’agriculture-élevage sont à la base de l'agriculture dans de nombreux pays en développement. Les exploitations familiales d’agriculture-élevage représentent près de 20% de la population mondiale (McDermott et al., 2010) et produisent près de 50% de la production mondiale de céréales (dont 86% du riz) et, 60% de la viande et 75% du lait dans les pays en développement (Herrero et al., 2010). Ainsi ces exploitations pourraient être la clé de la sécurité alimentaire future via une intensification durable (Herrero et al., 2010). La première partie de cette introduction est destinée à présenter le concept de fertilité du sol et l’état de dégradation de la fertilité constatée dans les pays africains. Cette introduction fait également le point sur les exploitations familiales d’agriculture-élevage et les pratiques de gestion de la biomasse rencontrées. Nous détaillons ensuite, le concept de durabilité et les indicateurs de durabilité des exploitations. Enfin, le contexte de l’étude et l’objectif de la thèse sont présentés.

A Madagascar, le riz est un aliment de base où sa culture domine les bas fonds et commence à coloniser les tanety pour le cas du riz pluvial. La Région du Vakinankaratra fait partie des hautes terres, caractérisée par la culture du riz pluvial. Le changement climatique constitue un facteur entravant la production rizicole. C’est la raison pour laquelle cette étude consiste à connaître les effets du climat sur la production en grains et en biomasse du riz pluvial. La comparaison des facteurs climatiques et des rendements durant quatre campagnes successives a été considéré comme un outil pour mener l’étude. Ainsi les différentes relations entre ces composantes ont été déterminées. En premier lieu la basse température entraine un résultat négatif au rendement. Secundo la variabilité de la pluviométrie d’une année à l’autre affecte à la fois les rendements en biomasse et en grain en période critique. Enfin le vent fort qui est, certes passagère, mais cause beaucoup de dégâts pendant la floraison, en particulier la mauvaise formation des graines. Les autres facteurs jouent aussi des rôles dans l’élaboration du rendement que ce soit en graine ou en biomasse

L’amélioration de la fertilité du sol est essentielle pour la valorisation des « tanety » dont l’impact sur l’augmentation de la production agricole à Madagascar est important. L’étude réalisée durant l’année 2009 – 2010 dans les sites d’intervention de l’URP - SCRiD à Andranomanelatra, région Vakinankaratra, caractérisé par un climat tropical d’altitude et des sols ferrallitiques, porte sur « l’évaluation de l’effet du charbon de bois incorporé dans le sol sur le développement et la productivité du maïs et du haricot ». Cette étude, menée sur 3 dispositifs expérimentaux, a été axé sur : les analyses du pH du sol ; le dénombrement et la pesée des nodosités du haricot ; le suivi de la croissance en hauteur et la détermination des valeurs SPAD du maïs ; l’évaluation des composantes de rendement du maïs et du haricot. Il apparait que l’amendement en charbon de bois à 50 t/ha conduit à : - Une élévation du pH à court terme plus de 0,7 point - Une nodosité plus active du haricot de variété à cycle long

Le maïs est la deuxième céréale vivrière cultivée à Madagascar, après le riz. Sa culture est généralement réalisée en association avec une légumineuse chez les paysans. Parmi toutes les régions de la grande île, notre zone d’étude, Vakinankaratra, possède la plus grande superficie maïsicole (78 034 ha). L’élevage bovin laitier y demeure de même important. Comment les développer de façon durable tout en maintenant le capital sol ? Notre étude, réalisée sur le dispositif expérimental de l’URP/ SCRiD à Andranomanelatra a porté sur la mise au point des systèmes de culture durable à base de maïs productif intégrant des plantes fourragères. Notre recherche a été axée particulièrement pour chaque système étudié sur : - les relations (compétition / complémentarité) entre plantes associées : mesures en cours du cycle de la hauteur du maïs ; les rendements du maïs ; - les biomasses produites ; - le ISE ou Indice de Surface Equivalente. Les résultats ont montré que : ❖ Il y a un effet plus marqué des traitements en cette deuxième année de conduite de l’expérience. ❖ Il y a un effet significatif de la fertilisation sur le rendement du maïs (entre FM et Fu). ❖ Les meilleurs rendements en grain ont été obtenus avec les systèmes S2 Lab (2867,2 kg/ha) ainsi que le système associé avec l’éleusine et le crotalaire (2155,8 kg/ha). ❖ la plus forte production de biomasse a été obtenue en S2 SCV (5766,6 kg/ha) et en maïs associé de même qu’en rendement en grain à l’éleusine et le crotalaire (7094,5 kg/ha). ❖ Toutes les associations se révèlent favorables.