EGS_2_2_MAHOP

Manuscrit reu : octobre 1994 ; accept : avril 1995 tude et Gestion des Sols, 2, 2, 1995, pages 105-117

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Influence de lamnagement des sols surlefficacit des pluies au Nord-Cameroun

RSUMLefficacit de linfiltration des pluies est analyse lchelle de 1m2 sous pluie naturelle et simule. Les sols tudis, localiss dans lebassin versant de Mouda, sont reprsentatifs du Nord Cameroun et appartiennent deux catgories : (1) les sols de la srie vertique pente douce (1 3 %) comportent une gamme varie de sols. Ces sols, constitus de Vertisols Modaux (VM) et Dgrads (VD), et les-sentiel des sols hards (HV), se sont dvelopps sur des matriaux argileux des grandes plaines dinondation et des glacisdpandage ; et (2) les sols ferrugineux diffrencis (SF), situs sur des plateaux dont laltitude varie entre 450 500 m. Ces sols, par-fois indurs et charge caillouteuse importante, sont souvent sous jachre ou cultivs en sorgho, arachide et coton rendement faibleen culture traditionnelle.Les intensits des pluies simules sont choisies de manire se rapprocher le plus possible des averses naturelles caractristiques dela rgion. Outre linfluence de ltat dhumidit sur la capacit dinfiltration du sol, deux mthodes damlioration de la recharge desrserves hydriques, lune par paillage, lautre par amendement gypseux, sont galement testes.Les coefficients dinfiltration des pluies varient avec les types de sols, et constituent un excellent moyen destimation de la pluie effecti-ve dans le calcul des rserves en eau du sol. Dune manire gnrale, le comportement des sols de la squence vertique est variableet prsente un gradient net qui semble tre en relation avec leur niveau de dgradation. On observe une dcroissance importante descoefficients Ki de la premire la troisime pluie dune part, et des VM aux HV dautre part. Les Vertisols Modaux (Ki moyen = 82,0 %)infiltrent trois fois plus que les sols hards (Ki = 27,1 %). Les Vertisols Dgrads prsentent des coefficients intermdiaires (Ki moyen= 36,3 %), mais plus proches des sols hards.Sur les sols ferrugineux, le coefficient moyen dinfiltration sous pluies naturelles et simules est suprieur 50 %.Le paillage 2,5 kg m2 amliore considrablement linfiltration des eaux pluviales sur tous les types de sols. Laction du gypse bien quemoins spectaculaire semble tre plus bnfique sur les sols ferrugineux.Mots clsInfiltration - rserve en eau du sol - amnagement des sols - Nord Cameroun.

F. Mahop (1), E. Van Ranst (1) et Seiny Boukar (2)1. Universit de Gand, Laboratoire de Pdologie, Krijgslaan 281 (S8), 9000 Gand, Belgique.2. Centre de Recherche Agronomique de Maroua, IRA, B.P. 33, Maroua, Cameroun.

tude et Gestion des Sols, 2, 2, 1995

106 F. Mahop, E. Van Ranst et Seiny Boukar

SUMMARYINFLUENCE OF SOIL MANAGEMENT ON RAINFALL EFFECTIVENESS IN NORTH CAMEROON.The efficiency of rainfall infiltration is analyzed with simulated precipitation and natural rainfall on a parcel of 1 m2. The studied soils,located in the watershed of Mouda, are representative for northern Cameroon and belong to two groups : (1) soils with vertic propertieson very gentle to gentle slopes (1 to 3 %), comprising different soils types. These soils, typic vertisols (VM), degraded vertisols (VD)and most of hards soils (HV) have been developed on clayey materials of the extensive flood plains and on flood pediments ; and (2)differentiated ferruginous soils (SF), situated on plateaus with altitude between 450 and 500 m. These soils, sometimes indurated andvery gravelly, are often under fallow or cultivated with sorghum, groundnuts and cotton. Yields are low under traditional farming.The intensities of simulated precipitation are selected in such a way that they imitate as much as possible the characteristics of thenatural rain showers of the region. Besides the influence of humidity status on the infiltration capacity of the soil, two methods to impro-ve recharging of soil moisture reserves have been tested : gypsum application and straw covering.The rainfall infiltration coefficients (Ki) vary according to soil type and constitute an excellent tool to estimate effective rainfall during thecalculation of soil moisture reserves. In general, the behaviour of the soils of the vertic sequence is variable and appears to present anet gradient in relation to the level of degradation. A gradual decrease of the Ki coefficients is observed from the first until the last rain-fall event on the one hand and from VM to HV soils on the other hand. VM soils (average Ki = 82.0 %) infiltrate 3 times more water thanHV soils (average Ki = 27.1 %). VD soils present intermediate coefficients (average Ki = 36.3 %), approaching the values of HV soils.On ferruginous soils the infiltration coefficients under natural and simulated rainfall exceed 50 %.An application of 2.5 kg straw per m2 considerably improved rainfall water infiltration. The effect of gypsum application is less spectacu-lar, but seems to be more efficient on ferruginous soils.Key-wordsRainfall infiltration - soil moisture reserve - soil management - North Cameroon.

RESUMENINFLUENCIA DEL MANEJO DE SUELOS SOBRE LA EFICACIA DE LLUVIAS EN EL NORTE DE CAMERNLa eficacia de la infiltracin de las lluvias se analiz a la escala de 1m2 bajo lluvia natural y simulada. Los suelos estudiados, localiza-dos en la cuenca hidrolgica de Mouda, estn representativos del norte de Camern y pertenecen a dos categoras : (1) los suelos dela serie vrtica en pendiente ligera (1 - 3 %) presentan una gama variable de suelos. Estos suelos, constituidos de vertisoles modales(VM) y degradados (VD), y la mayora de los suelos hards (HV), se desarrollaron sobre materiales arcillosos de las grandes plani-cies de inundacin y de los glacis de derrame ; y (2) los suelos ferruginosos diferenciados (SF), localizados en las mesetas cuyas elaltitud varia entre 450 y 500 m. Estos suelos, a veces, indurados y con carga pedregosa importante, estn en barbecho o cultivados ensorgo, man, algodn, con rendimiento bajo en cultivo tradicional.Las intensidades de las lluvas simuladas estn elegidas de manera a acercarse lo ms posible de los aguaceros naturales caractersti-cos de la regin. Ademas de la influencia del estado de humedad sobre la capacidad de infiltracin del suelo, dos mtodos demejoramiento de la recarga de las reservas hdricas, una con capa de paja, otra con abono yesoso, se probaron.Los coeficientes de infiltracin de las lluvias varian con los tipos de suelos, y constituyen un excelente medio de estimacin de las llu-vias efectivas en el calculo de las reservas en agua del suelo. De una manera general, el comportamiento de los suelos de lasecuencia vrtica es variable y presenta un gradiente neto que parece ser en relacin con su nivel de degradacin. Se observa un des-creimiento importante de los coeficientes Ki desde la primera a la tercera lluvia de una parte, y de los VM a los HV de otra parte. Losvertisoles modales (Ki promdio = 82,0 %) infiltran pres veces ms que los suelos hards (Ki promdio = 27,1 %). Los vertisolesdegradados presentan coeficientes intermediarios (Ki promedio = 36,3 %), pero ms cerca de los suelos hards. Sobre los suelos fer-ruginosos, el coeficiente promedio de infiltracin bajo lluvias naturales y simuladas est superior a 50 %.La capa de paja con 2,5 kg/m2 mejora considerablemente la infiltracin de las aguas de lluvia para todos tipos de suelos. La accin delyeso aunque menos espectacular parece ser ms benfica sobre estos suelos ferruginosos.Palabras clavesReserva en agua del suelo - orde nacin de los suelos - Norte de Camern.

Lagriculture nord-camerounaise est confronte larigueur du milieu physique lie principalement auclimat tropical contrast.Si les diffrences de tempratures dune anne lautre

sont peu sensibles et de toute faon, de faible influence sur lesactivits rurales, il en va tout autrement de la pluviomtrie.Malgr lalternance rgulire des saisons pluvieuses et sches,les variations interannuelles et les anomalies de rpartition sai-sonnire apparaissent comme des facteurs dterminants delvolution des productions agricoles et pastorales. Cest ainsi,que de nombreuses cultures ne disposant pas de temps suffi-sant pour parfaire leur cycle et obtenir de bonnes rcoltes, onest contraint davancer le plus possible la date de semis dansla priode encore incertaine des premires pluies. La grandevariabilit des sols et les pratiques culturales paysannesaccentuent ou diminuent localement les besoins en eau desplantes. Cest dans ce contexte de dsquilibre hydrique quecertains sols reprsentatifs du Nord Cameroun ont t tudis lchelle de un mtre carr sous pluie naturelle et sous pluiesimule. Cette tude a t conduite pour caractriser et quanti-fier le ruissellement et linfiltration et apprcier la sensibilit deces milieux lrosion hydrique.

Pour amliorer linfiltration, facteur important dans la rechar-ge des rserves hydriques du sol, deux types damnagement,lun par paillage et lautre par amendement gypseux, sonttests sur les sols de la srie vertique et sur les sols ferrugi-neux en vue dune rflexion sur les actions damnagement entreprendre pour une meilleure gestion de lespace rurale.

LOCALISATION ET DESCRIPTION DE LAZONE TUDIE

La zone tudie est situe au S.O. de Maroua, entre le10me et le 11me degr de latitude nord (figure 1).

Elle est borde louest par la chane des Monts Mandaraqui constituent la frontire naturelle avec le Nigeria. La partiecamerounaise de la chane stale sur 50 km de large enmoyenne, et culmine 1 500 m au nord de Mokolo. Cest decet ensemble de montagnes et de plateaux granitiques, avecdes intrusions de basalte et de trachyte, que naissent les coursdeau qui drainent la rgion.

Les zones de piedmont sont constitues de pdimentsdvelopps sur roches dures correspondant des gneiss gra-nitiss ou des granites, et de glacis qui rsultent delaccumulation uniforme des matriaux grossiers dorigine ar-nique dont lpaisseur est variable (Humbel et Barbery, 1974).

Les plaines stendent entre les zones de piedmont desMandara et le cordon dunaire qui marque le palo-Tchad. Laplaine du Diamar qui abrite le principal site de ltude, le bas-sin versant de Mouda, est une plaine daccumulation de dpts


Amnagement des sols au Nord - Cameroun 107

rcents recouvrant une ancienne pnplaine faonne dansles roches mtamorphiques et ruptives. Quelques inselbergsmergent de cet ensemble. Le bassin versant de Mouda, situau sud de Maroua, 30 km sur la route de Garoua (figure 1) aune superficie de 18,1 km2 et quivaut un rectangle de 6,6km de long sur 2,74 km de large.

Le climat gnral est de type soudano-sahlien (Suchel,1972) avec une vapotranspiration potentielle calcule de2 193 mm pour une pluviomtrie annuelle moyenne de 800 mm(moyenne de 31 ans) et une saison sche qui dure 7 moisenviron dont 5 ont une pluviomtrie nulle. Les mois de juillet etaot concentrent plus de 55 % des pluies de la saison. Lespremires pluies apparaissent gnralement au cours de ladernire dcade davril. Elles sintensifient progressivement enmai et juin. De la troisime dcade de juin la premire dca-de de juillet, une courte saison sche de 10 15 jours peutsinstaller, puis arrivent les pluies frquentes et abondantes dela fin juillet souvent assez fortes ; le maximum des prcipita-tions est atteint au cours des deux dernires dcades daot.Ds septembre, les pluies dcroissent pour sarrter pratique-ment avec la deuxime dcade doctobre. Les moyennesmensuelles (priode 1961-1992) des prcipitations et de lva-potranspiration selon Penmann Monteith (Smith, 1991) de lastation de Maroua sont consignes dans la figure 2.

Le bassin versant de Mouda prsente une vgtationligneuse relativement diversifie et une vgtation herbaceconstitue de gramines annuelles. Il se caractrise galementpar une absence des herbaces prennes (Donfack, 1988). Lavgtation naturelle est fortement anthropise. On y rencontredes steppes arbustives Balentines aegyptiana ; des boise-ments Anogeissus leiocarpus ; des jachres sahliennes Combretum glutinosum ; des jachres sahlo-soudaniennes Acacia hockii, Acacia seyal et Pennisetum pedicellatum ; dessteppes arbustives soudano-sahliennes dont la plupart sontsur les sols hards.

Les conditions climatiques et daphiques, lhistoire et lacroissance dmographique interviennent pour dterminer lesmodes doccupation de lespace. Laccroissement naturel de lapopulation et les migrations ont entran une augmentationimportante des densits entre 1976 et 1987. Il en est ainsi dela rgion de Maroua qui a vu sa densit de population passerde 64,6 habitants au km2 en 1976, 82,9 habitants au km2 en1987 (PNUD-UNSO, 1993). Ces densits leves sont lorigi-ne des dplacements de population des zones fortementpeuples, vers les zones moins occupes. Les migrations ten-dent dlester les montagnes surpeuples (peuples animistesrfractaires lIslam), au profit des plaines (musulmans quise sont installs dans les plaines le sicle dernier).

Lanalyse des systmes de production repose sur lutilisa-tion de leau, les autres activits lies lagriculture etlvolution des recherches dans ce domaine. La culture pluvialeest la forme la plus frquente de lutilisation des terres. Les



Figure 1 - Localisation de la zone dtude.Figure 1 - Location of the study area.



principales cultures vivrires (mil, sorgho, mas, arachide,nib et lgumes divers) sont semes vers fin mai et sontrcoltes durant les mois de septembre et octobre. Le systmedirrigation dvelopp localement laide des motopompes,permet le dveloppement des cultures marachres et frui-tires. Les cultures de dcrue, et particulirement celle dusorgho de saison sche (mouskwari), se pratiquent en contresaison sur les vertisols. Le systme pluvial moderne (utilisa-tions des intrants agricoles) concerne surtout la culturecotonnire, laquelle sajoute parfois celle du mas, du sorghoet de larachide. Certains itinraires techniques de mise enplace de ces cultures, notamment la prparation du sol (motori-sation) sont mcaniss et peuvent avoir des consquences surle ruissellement et lrosion.

LA RPARTITION DES SOLS DU PRIMTRE TUDI

Les sols tests correspondent diffrentes classes et ontt tudis des chelles varies dans le cadre des travauxde prospection (Martin, 1961 ; Segalen, 1962 ; Siefferman,1963 ; Gavaud et al.,1980 ; Van Ranst et al., 1989 et 1990 ;Debaveye et al., 1989 et 1990) ou des travaux de synthse(Muller et al., 1979 ; Embrechts et al., 1979 ; Brabant et al.,1985 ; Brabant,1991 ; IRA/CIRAD/ORSTOM, 1993). Ils appar-tiennent deux catgories : (1) les sols de la srie vertique(Vertisols Modaux, Vertisols Dgrads, vertisols hardiss ousols hards) ; et (2) les sols ferrugineux (figure 3). Leurs prin-

200

250

0

150

100

50

J F M A M JMoisP ETo ETo/2

P - ETo - ETo/2 (mm)

J A S O N D

Figure 2 - Prcipitation et vapotranspiration de rfrence Maroua (priode : 1961-1992).Figure 2 - Rainfall and reference evapotranspiration at Maroua(priod : 1961-1992).

Alluvions

Colluvions sablo-argileux + pierres et cailloux

Matriaux argileux

Matriaux argilo-limoneux limono-argileux

Gneiss et filons de quartz

Roche verte vulcano-sdimentaire de Maroua

Ouest Est0 1 km

HV

MAYO MOUDA

HOUSSER MOUDARoute (Maroua - Garoua)

VDSF

Hard

HV

HardSolnu

Vertisols DgradsSols ferrugineux

Savane pineux

VD

Vertisols Dgrads

Savane pineuxGalerieforestire

VM

Vertisols Modaux

Cultures

Lithosols, Rgosols,Sols fersiallitiquesSavane arbore

CulturesSavane arbore(jachre)

Figure 3 - Rpartition des sols du bassin versant de Mouda.Figure 3 - Soil distribution in watershed of Mouda.



cipales caractristiques physico-chimiques sont donnes dansle tableau 1.

Les sols de la srie vertique pente douce (1 3 %)

Les sols de la srie vertique couvrent la plus grande partiedu bassin versant de Mouda (figure 3). Ces sols, constitus deVertisols Modaux (VM), et Dgrads (VD), et lessentiel dessols hards (HV) (sols striles en langue peulh), se sontdvelopps sur les matriaux argileux des grandes plainesdinondation et des glacis dpandage. Ils sont toujours situsen aval des paysages constitus de sols ferrugineux, ou desols fersiallitiques (figure 3).Les Vertisols Modaux (VM)

Le profil vertique modal se dveloppe sur des sites plats oudprims de la topographie locale. Ce sont des sols de couleurfonce en surface, recouverts parfois dune pellicule de battance,quelquefois avec des cailloux de roche verte. A ltat sec, ils pr-sentent des fentes de dessiccation et un micro-relief bossel(gilga). La porosit est faible sur tout le profil (masse volumiquede lordre de 1,7 g cm-3). Lpaisseur du solum meuble varie de80 plus de 200 cm, et les horizons sy distinguent par leur cou-leur et surtout par leur structure. Lhorizon de surface, dunepaisseur de 5 cm prsente une structure massive dbit poly-drique moyen et grossier, une fine pellicule de battance de texturesableuse, des fentes de dessiccation de 1 1,5 cm de large.Entre 5 et 40 cm, la structure est prismatique grossire (20-30cm) avec de nombreuses fentes verticales et subhorizontalesdlimitant les prismes. Lhorizon compris entre 40 et 100 cm pr-

sente une structure prismatique plus grossire (40-60 cm), avecde nombreuses fentes de retrait de dimensions plus rduites. Onobserve des nodules calcaires pars, des faces de glissement etquelques concrtions et tches de couleur rouille. La rservedeau utile pour les plantes est importante ; 70 80 mm pour50 cm de profondeur.Les Vertisols Dgrads (VD)

Ce sont des Vertisols pdoclimat sec, prsentant unfacis dgrad. Ils diffrent des Vertisols Modaux par leurstructure plus compacte surtout en profondeur, leur porositrduite, la prsence des fentes de dessiccation moins larges etune pellicule de battance plus dveloppe. Lhorizon superficiel(5 cm dpaisseur environ) du facis dgrad a une structureen plaquette avec un voile de sable au sommet et la base.On observe quelques fentes de retrait. La tranche compriseentre 5 et 25 cm, reprsente un horizon compact structureprismatique et sous-structure polydrique moyenne et gros-sire. On note la prsence des lments grossiers jusqu lataille du gravier, et une porosit interpdique faible. De 25 80 cm environ, la structure est prismatique grossire. Onobserve de nombreuses fentes verticales et subhorizontales etde nombreuses faces de glissement, des concrtions, etquelques nodules calcaires de petite taille. Au del de 80 cm,la structure est massive et les fentes de dessiccation se rar-fient. Les Vertisols Dgrads prsentent gnralement descrotes pelliculaires de surface qui semblent jouer un rleimportant dans linfiltration des eaux pluviales. La rservedeau utile pour la vgtation, infrieure celle des VertisolsModaux, varie entre 60 et 70 mm pour 50 cm de profondeur.

Type de sol Horizon Granulomtrie % pH - H2O M. O. Complexe dchange* CR** da***cm argile limon sable (1 : 2,5) % CEC S mm g cm-3

c mol (+) kg-1 solFerrugineux 0-30 21,0 < 15 70,0 5,8 1,6 70,0 5,5 35-50 1,4

30-70 31 61,0 7,0 0,9 12,0 7,5 1,5Vertisol Modal 0-40 34,4 36,9 22,1 7,0 1,5 27,5 15,0 70-80 1,7

40-100 38,5 30,4 24,6 8,1 < 0,8 30,0 1,8Vertisol Dgrad 0-25 29,1 < 20 51 7,8 1,1 15,0 7,5 60-70 1,6

25-80 38,5 41 8,3 0,8 15,0 1,7Sols hards 0-40 32,6 16,0 47,2 7,0 1,1 10,0 6,0 40-50 1,5

40-70 39,0 23,5 25,0 8,9 0,6 15,0 12,0 1,7

Tableau 1 - Donnes analytiques des sols tudis.Table 1 - Physico-chemical data of the studied soils.

* (Ca + Mg + K) ; ** CR = Capacit de Rtention en eau ; *** da = masse volumique

Les vertisols hardiss ou sols hards (HV)Le vocable hard est utilis au Nord Cameroun pour dsi-

gner des tendues de terre non ou peu cultivable trs fortecompacit, trs peu permable et ayant une physionomie particu-lire. Cest gnralement un milieu inhabit, sans eau et pauvrevgtation ; les arbustes sont surtout des pineux qui alternentavec des plages dnudes claires. Des hautes termitires decouleur claire jalonnent ce paysage. Ce sont des sols prsentantun facis dgrad planosolique. Dans la plupart des cas, la surfa-ce du sol est recouverte dune pellicule de battance. Le profil typeprsente un horizon A centimtrique, gris clair tches jaunes,sableux ou sablo-limoneux, structure massive ou prismatiquepeu nette, avec quelques fentes fines. Lhorizon B jauntre, structure massive ou prismatique peu nette comporte desnodules et quelques fentes fines. Lrosion en nappe se manifes-te par la juxtaposition de zones dcapes couvertes de caillouxde quartz rousstres, de nodules calcaires laissant en ressautdes plaques dhorizon A. La rserve deau utile pour la vgtationvarie de 40 50 mm pour 50 cm de profondeur.

En rsum, la dgradation des Vertisols Modaux enVertisols hardiss se manifeste par une perte de structure,la formation dune crote de battance en surface, une rductionde la permabilit, une augmentation de la compacit, lemanque daration, la limitation de lenracinement. La principa-le consquence de ces phnomnes est un drglement durgime hydrique du sol, dont le pdoclimat devient plus arideen provoquant parfois une alcalinisation. La dgradation peutsurvenir dans le sol par leffet de sa propre dynamique interne,mais elle est trs fortement acclre par le dfrichement etles pratiques culturales (Brabant et Gavaud, 1985). LesVertisols Dgrads constituent une tape intermdiaire dedgradation entre les Vertisols Modaux et les sols hards.

Les sols ferrugineux des plateauxLes sols ferrugineux lessivs, parfois indurs et nodules

se situent entre 450 et 500 m daltitude. Lhorizon de surfacedu profil type, dune paisseur de 10 cm environ, se caractrisepar une structure massive clats anguleux, avec une sous-structure polydrique moyenne (2 3 cm) avec quelquesconcrtions ferruginises, cailloux et graviers de quartz. Entre10 et 40 cm, la structure reste massive mais dbit particulai-re. On note une prsence importante dlments grossiers,graviers et cailloux, ferruginiss, de formes sub-arrondies. De40 100 cm, la structure reste sensiblement la mme. Onobserve une porosit vacuolaire et la prsence de nombreuxblocs ferruginiss (70 % en volume) et des concrtions et blocsde quartz dans la masse, de 10 cm de diamtre, irrgulire-ment repartis et compacts. La rserve deau utile pour lavgtation est similaire celle des sols hards et peu impor-tante : 35 50 mm pour 50 cm de profondeur. Ces sols (SF),souvent sous jachre, sont cultivs en sorgho, arachide etcoton rendement faible en culture traditionnelle.



LAPPROCHE MTHODOLOGIQUELa mthode utilise, fonde sur des observations lchelle

du mtre carr, permet de caler les donnes de simulation surparcelle lmentaire par observation en conditions naturelles la mme chelle (1 m2) et leur transfert des chelles pluspetites (Thebe, 1987 ; Seiny Boukar, 1990). Seuls quelquesrsultats lchelle de un mtre carr seront prsents ici.

Sous pluie simuleLe dispositif de simulation de pluie utilis est du mme type

que celui mis au point par lORSTOM et dcrit par Asseline etValentin (1978) en Cte dIvoire. Ce type dappareil prsentedes avantages par rapport aux mesures sous lame deau. Ilpermet non seulement ltude de linfiltration et du ruisselle-ment dans des conditions de pluie proches du rel, mais aussides pertes en terres par dtachabilit, par mesure de la turbi-dit des eaux de ruissellement pour diverses intensits depluies quon peut choisir, modifier ou maintenir constantes.

Les caractristiques des averses simuler et leur succes-sion sont dfinies partir de lanalyse de la pluviomtrienaturelle de la station de Maroua (Kaiser, non publi ; SeinyBoukar, 1990). Il ressort de lanalyse des informations pluvio-graphiques que les pluies dintensit suprieure ou gale 20 mm h-1 contribuent pour prs de 70 % en hauteur la prci-pitation annuelle, et les intensits moyennes suprieures ougales 80 mm h-1 pour environ 5 % (figure 4). La part desvaleurs extrmes des hauteurs appliques (18 et 49,1 mm) lapluviosit annuelle est respectivement 60 % et 27 % avec des

500

400

300

200

100

0

600

40

20

60

80

0> = 10 > = 40

Classes d'intensit

Hauteur (%)Hauteur (mm)

> = 70 > = 100

PuPu %

Figure 4 - Classes dintensit des pluies significatives (> 3 mm) Maroua (priode 1980-1984).Figure 4 - Intensity classes of significant rain (> 3 mm) atMaroua.



frquences dapparition de 10 12 fois pour les pluies sup-rieures ou gales 20 mm et de 1 2 fois pour les pluiessuprieures ou gales 50 mm (Seiny Boukar, 1990).Lobservation des averses naturelles montre par ailleurs que ladure moyenne des pisodes pluvieux est de une deuxheures.

Quatre campagnes de simulation, correspondant une com-binaison de diffrentes formes de pluies, se sont droules ensaison sche. Chaque campagne se compose de trois pisodespluvieux espacs de 24 heures (tableau 2). Les pisodes se com-posent dun certain nombre de squences (1 4) dintensit et dedure variables. Lintensit minimale dune pluie ou dunesquence est de 24 mm h-1 et le maximum est de 72,5 mm h-1.La premire pluie est applique sur sol sec depuis 4 mois. Elleest dite pluie dimbibition en sec, dintensit 24 mm h-1 pendant45 minutes et pour une hauteur prcipite de 18 mm. Les diff-

rentes variables de pluie simule (hauteur, intensit, dure) ontt choisies de manire se rapprocher le plus possible desaverses naturelles caractristiques de la rgion. La gamme din-tensits choisies est assez reprsentative de la pluviomtrie de largion tudie, leur frquence est annuelle.

Les paramtres tests sur les units de sols slectionns,sont ceux qui conditionnent le ruissellement et la dtachabilit savoir, les caractristiques de la pluviomtrie : hauteur prci-pite, intensit, dure et frquence des pisodes pluvieux. Lesvariations et les combinaisons des ces paramtres de la plu-viomtrie ont pour but de tester les comportements des sols, diffrents tats dhumidit, et leur sensibilit lrosion. Desprlvements deau sont effectus sur chaque volume ruisselpour mesurer la turbidit. La collecte du charriage lexutoirede la parcelle et la turbidit ainsi mesure permettent unequantification de la dtachabilit.

La terminologie utilise ici (tableaux 3 et 4) se rfre lhy-drogramme thorique de Lafforgue (1977). Aprs chaquesquence pluvieuse, le dpouillement des enregistrements dulimnigraphe permet de dterminer les paliers de ruissellement(Rx) et dinfiltration (Fn) (figure 5).

I = intensit de laverse en mm h-1 (tableau 2),Imax = intensit maximale atteinte : 72,5 mm h-1 (tableau 2)Pu = pluie utile (hauteur prcipite) (tableau 2)Pi = pluie dimbibition (hauteur prcipite jusqu lapparition

du ruissellement). Elle varie selon que la pluie est appliquesur sol sec (Pis) ou sur sol humide (Pih)

Lr = lame ruisselle (Pu-W) en mmRx = ruissellement maximum stabilis (I-IL) en mm h-1W = lame infiltre (Pu-Lr) en mmKi = coefficient dinfiltration (W/Pu) x100IL (Fn) = intensit minimale dinfiltration (I-Rx).

Sous pluie naturelleLes tudes faisant intervenir des averses naturelles nces-

sitent un disposit i f de mesure capable de fonctionner

Hauteurs Classes dintensits des pluies naturelles (mm h-1) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Moy. (mm) 686 541 477 331 191 134 93 51 32 8 2% 100 79 70 48 28 20 14 8 5 1 0,3

Max (mm) 898 750 688 519 299 228 157 93 87 24 9Mini (mm) 479 333 276 178 76 52 30 7 7 0 0Ecart type 175 170 161 143 93 73 52 36 38 11 5

Tableau 3 - Classes dintensits des pluies Maroua (1980 - 1984).Table 3 - Rainfall intensity classes at Maroua (1980 - 1984).

N Intensit Dure Hauteur par Hauteur Tempspluie* (mm h-1) (min) squence de pluie darrt

(mm) (mm)1 24,0 45 18,0 18,0 4 mois

33,5 15 8,4 24 heures2 41,0 15 10,3 49,1 0

49,0 15 12,3 072,5 15 18,1 0

3 33,5 15 8,4 44,6 48 heures72,5 30 36,2 0

Total 111,7

Tableau 2 - Protocole de simulation des pluies.Table 2 - Procedure of rainfall simulation.

* : N = numro dordre des pluies



automatiquement en cas dabsence de loprateur. Le matrielmis en place cet effet comprend des appareils de mesuredes hauteurs et des intensits de pluies, de linfiltration, duruissellement et de lrosion, ainsi quun dispositif de mesurede lhumidit du sol (mesure neutronique).Sur parcelles naturelles

Les situations testes en ce qui concerne les facteurs quiconditionnent linfiltration, sont similaires celles sous pluiesimule. Sur chaque type de sol sont disposes deux parcelleslmentaires lexutoire desquelles un rcipient dune capacitde 45 litres est fix. Les mesures sont faites aprs chaqueaverse pour dterminer le ruissellement et les pertes en terre.Les caractristiques de laverse sont galement notes : hau-teur prcipite, intensit maximale et dure.

Lanalyse statistique par corrlations multiples dans laquel-le les variables explicatives du ruissellement et de lrosion, savoir, la hauteur prcipite, lintensit maximale en 15 min.,lindice des prcipitations antrieures et le recouvrement globaldu sol par la vgtation, a fait lobjet dune tude dtaille(Thebe, 1987).

Sols N* Pu Pis Pih Lr W Fn Ki Er**mm % g m-2

1 18,0 > 18 18,0 100VM 2 49,1 14,5 8,3 40,8 83,1

3 44,6 10,1 11,8 32,8 73,5Total 111,7 20,1 91,6 25-30 108

1 18,0 9,6 4,5 13,5 75,0VD 2 49,1 7,9 28,7 20,4 41,5

3 44,6 4,5 37,9 6,7 15,0Total 111,7 71,1 40,6 15-20 637

1 18,0 3,6 10,4 7,6 31,7HV 2 49,1 3,4 36,1 13,0 26,5

3 44,6 3,3 34,9 9,7 21,7Total 11,7 81,4 30,3 10-15 616

1 18,0 11,6 2,1 15,9 88,3SF 2 49,1 8,4 23,3 25,8 52,5

3 44,6 5,5 27,8 16,8 37,7Total 111,7 53,2 58,5 25-30 170

Tableau 4 - Comportement des sols sous pluies simules.Table 4 - Soil behaviour under simulated rainfall.

* N = numro dordre des pluies ** Er = dtachabilit

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22Temps (mm)

Dbit solide (g/mm)Pu et Lr (mm)

0,10

0,20,30,40,50,60,70,8

1

10

20

30

40

60

0

0,950

Pu

PiLr

Fn Rx

Erosion

Lr Eros Pu

Figure 5 - Hydrogramme et turbidigramme thoriques(Lafforgue,1977).Figure 5 - Theoretical hydrogram and turbidigram(Lafforgue,1977).



Sur parcelles traitesCe test a permis, en deux annes de mesure, dtudier le

comportement sur sols (Vertisols, sols hards et sols ferrugi-neux) traits lherbicide, de deux pratiques de conservationde leau, lune chimique (amendement gypseux), et lautrephysique (paillage). Chaque type de sol est quip de troisparcelles lmentaires de 1 m2 (tmoin, gypse et paille),comportant trois rptitions. La disposition des parcelles estalatoire et leurs exutoires sont constitus de fts enterrs,pralablement calibrs. Le gypse est appliqu en surfacesous forme de phosphogypse poudreux raison de 500 g m2.Il est associ un conditionneur du sol : le PAM (polyacryla-mide) qui permet damliorer sa fixation la surface du sol.La quantit moyenne de PAM apporte est de 250 g m-2. Lemulch est constitu de paille de gramine sche tale defaon homogne la surface du sol raison de 2,5 kg m-2 enmoyenne.

RSULTATS ET DISCUSSION

Parcelles naturelles

Sous pluies simulesLes principaux rsultats sous pluies simules sont pr-

sents au tableau 4.Comportement des sols de la squence vertique

Pour une prcipitation totale de 111,7 mm en troisaverses avec une intensit maximale de 72,5 mm h-1, laraction des sols de la srie vertique la pluie dimbibitionen sec (Pis), qui constitue un critre de la capacit dabsorp-tion de leau de pluie par un sol dessch, varie de plus de18 mm pour les Vertisols Modaux 3,6 mm pour les solshards (figure 6).

A la seconde averse, plus importante (49,1 mm) et plusagressive (Imax = 72,5 mm h-1), survenant 24 heures plus tard,les diffrentes valeurs de la pluie dimbibition (Pih2) (figure 6)sont plus rduites mais le comportement des sols suit la mmetendance. Cette valeur de la pluie dimbibition reprsente 30 %environ de la pluie utile dans le cas des Vertisols Modaux ; ellenest que de 7 % environ pour les sols hards.

Les coefficients dinfiltration (Ki) vont de 100 % lors de lapremire squence pluvieuse pour les sols prsentant la plusforte valeur de Pis, 25-30 % pour les sols hards (figure 7).Ds la seconde averse, ces coefficients ont sensiblement

SF

Types de sol

HV

VD

VM

0 50 100Ki (%)

Ki1Ki2Ki3

Figure 7 - Coefficients dinfiltration des pluie sur la srievertisolique et sur les sols ferrugineux.Figure 7 - Rainfall infiltration coefficients on vertic andferruginous soils.

HV

Types de sol

VD

SF

VM

0 10 20Lame infiltre (mm)

PisPih 1Pih 2

Figure 6 - Pluie dimbibition sur sol sec (Pis) et humide (Pih).Figure 6 - Initial rain on dry soil (Pis) and subsequent rain onmoist soil (Pih).

baiss et ne reprsentent que 83 %, 42 % et 26 % pour lesVM, VD et VH respectivement. On observe la mme tendance la troisime averse.

Le gonflement des argiles smectitiques des VM entrane lafermeture des fentes et fait tomber le Ki de 100 % en sec 73 % la troisime averse.

Labsence de structure des sols hards et la formationde la pellicule de battance gnralise semblent tre respon-sables des faibles valeurs de Ki observes sur ce type desol.

Les Vertisols Dgrads prsentent un comportement inter-mdiaire, avec une pluie dimbibition en sec de 9,6 mm,reprsentant 53,3 % de la pluie utile, et un coefficient dinfiltra-tion de la pluie dimbibition de lordre de 75 %.

Dune manire gnrale, le comportement des sols de lasquence vertique est variable et prsente un gradient net. Onobserve une dcroissance importante des coefficients Ki de lapremire la troisime pluie dune part, et des VM aux HVdautre part. Les Vertisols Modaux (Ki moyen = 82,0 %) infil-trent trois fois plus que les sols hards (Ki = 27,1 %). LesVertisols Dgrads prsentent des coefficients intermdiaires(Ki moyen = 36,3 %), mais plus proches des sols hards.

Comportement des sols ferrugineuxLes trois averses appliques entranent un ruissellement.

La pluie dimbibition (Pis) contribue pour 73 % de linfiltrationtotale au cours de la premire averse. Lors de la troisimepluie, Pi (Pih3) est faible (5,5 mm) et ne reprsente que 12,3 %de la pluie utile. On observe galement comme dans le cas dela squence vertique une dcroissance nette des coefficientsdinfiltration de la premire (Ki = 88,3) la troisime averse (Ki= 37,7 %). Dans les conditions exprimentales, au moins lamoiti des pluies appliques sur les sols ferrugineux sinfiltrentdans le sols (Ki moyen = 52,4 %).

En rsum, au cours de cette campagne les prcipitationscumules de trois averses avec une intensit maximale de72,5 mm ont atteint 111,7 mm, le coefficient dinfiltration desprcipitations dans la recharge des rserves hydriques du solvarie de 82 % (Vertisol Modal) 27,1 % (sol hard). Les inten-sits limites dinfiltration (Fn) sont relativement faibles et varientde 25 30 mm h-1 pour le Vertisol Modal, de 15 20 mm h-1pour le Vertisol Dgrad et de 10 15 mm h-1 pour le solhard. Ces valeurs limites correspondraient aux intensitsmaximales dirrigation par aspersion sur ces sols, valeurs au-del desquelles, il y aurait perte deau par ruissellement. Lacharge solide moyenne passe de 5,5 g mm-1 m-2 pour leVertisol Modal, 8,7 g mm-1 m-2 pour le facis dgrad.

Sur les sols ferrugineux, lefficacit moyenne des pluies estde 52,4 % pour 111,7 mm prcipits et pour une intensit mini-male dinfiltration de 25 30 mm h-1. Au cours des cesaverses, 170 g de terre ont t exports pour une charge soli-de moyenne de lordre de 3,1 g mm-1 m-2.



Sous pluies naturellesAu cours de deux annes dexprimentation (1986-1987),

49 vnements pluvieux ont t rpertoris. Les coefficientsmoyens dinfiltration dtermins sous pluie naturelle sont pr-sents dans le tableau 5.

Les sols de la srie vertique prsentent des Ki qui semblenttre en relation avec leur niveau de dgradation (Ki varie de 49 63 % pour 600 mm prcipits). A loppos des facisdgrads de la squence vertique (VD et HV), les sols ferrugi-neux prsentent une infiltration beaucoup plus leve maisproche des Vertisols Modaux. Ces rsultats semblent confirmerceux obtenus sous pluie simule. La sensibilit des sols lro-sion na pas pu tre apprcie sur les Vertisols Modaux et surles sols ferrugineux. La charge solide moyenne varie de7,06 g mm-1 m-2 sur les sols hards, 7,8 g mm-1 m-2 sur lesVertisols Dgrads.

Sur parcelles traites

Sous pluies naturellesLe comportement des sols tests est variable selon les

deux traitements.Sous paillage

Le tableau 6 donne les moyennes des coefficients dinfil-tration des sols tests et leur amlioration relative aprsapport du mulch (paillage) ou du gypse. La mthode phy-sique qui consiste disposer de la paille la surface du solsest avre la plus efficace. Lamlioration du coefficientdinfiltration des pluies est de 84,7 % environ sur les sols fer-rugineux et atteint 121 % sur les Vertisols Modaux. La dosemoyenne de 2,5 kg m-2 a donn galement des rsultatssatisfaisants sur les sols hards (64,8 %).

Sols VM VD HV SFPu (mm) 600 600 600 780Lr (mm) 222 246 306 257Ki (%) 63 59 49 67Er (g m-2) ND 1910 2160 ND

Tableau 5 - Paramtres hydrodynamiques mesurs sous pluienaturelle.Table 5 - Hydrodynamic parameters measured under naturalrainfall.

ND : non dtermin



Sous gypseLefficacit du gypse semble compromise sur les sols

hards tout comme sur certains Vertisols, ce qui peut treexpliqu par laction des eaux de ruissellement qui lexportenthors de la parcelle ou laccumulent dans les fentes de retrait audbut de la saison des pluies. Lorsque les fentes se fermentplus tt, lefficacit du gypse est plus leve. Le gypse, associ un conditionneur du sol (PAM), semble tre plus efficace surles sols ferrugineux o lon a observ une amlioration relativedu coefficient dinfiltration de 28,4 %.

CONCLUSIONSSous pluie simule et sur sols nus, diffrents types de com-

portement apparaissent sur la gamme des sols tests :Le facis modal de la srie vertique, absorbe la totalit

des premires averses, puis lefficacit diminue aprs la ferme-ture des fentes ; le coefficient dinfiltration moyen est de 82 %sous pluies simules.

Sur les autres facis (VD et HV) peu structurs en sur-face, et prsentant des organisations pell iculaires desurface, le ruissellement apparat ds la premire averse.Leur sensibilit lrosion est leve. Les Ki dcroissentrapidement avec le niveau de dgradation. Lintensit limitedinfiltration (Fn) de lensemble des sols de la srie vertiqueest peu leve ; de 25-30 mm h-1 pour les Vertisols Modaux 10-15 mm h-1 pour les sols hards. Au cours dune annenormale, ces intensits contribuent environ pour 50 80 % la pluviomtrie totale.

Linfiltration moyenne sur les sols ferrugineux est sup-rieure 50 %. Ces diffrents rsultats sont confirms par ceuxobtenus sous pluie naturelle o lon a observ des coefficientsdinfiltration faibles sur la squence vertique et particulirementsur les facis dgrads (VD et HV). Pour tous les sols tudis,

le coefficient defficacit peut tre amlior soit par apport dumulch (paillage), soit par application de gypse associ unconditionneur du sol (PAM). Le paillage prsente un avantagepar rapport aux autres pratiques de conservation des res-sources en sol et en eau. En mme temps quil protge le solcontre les effets mcaniques des prcipitations, il constitue unesource importante de matire organique pour ces sols qui ensont dficients. A dfaut dlaboration dun programme dirriga-tion rgionale onreux, ces mthodes de conservation desressources en eaux peuvent constituer des solutions court etmoyen termes.

Les coefficients dinfiltration ainsi dtermins donnent unemeilleure indication sur la pluie effective dans le calcul du dfi-cit hydrique, que les mthodes usuelles utilises en valuationdes terres.

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Types de sols Pu Kit Kig Kim (Kig - Kit) / Kit (Kim - Kit) / Kit(mm) (%)

Vertisols 1 295 35,3 44,0 78,0 24,6 121,0Sols hards 1 234 40,0 50,0 65,9 25,0 64,8Sols ferrugineux 1 170 48,3 62,0 89,2 28,4 84,7

Tableau 6 - Effets du paillage et du gypse sur linfiltration sous pluies naturelles (moyennes de deux annes).Table 6 - Effects of mulching and gypsum on water infiltration under natural rainfall (average two years).

Pu = Pluie utile ;Kit = Coefficient dinfiltration du tmoin ;

Kig = Coefficient dinfiltration du gypse ;Kim = Coefficient dinfiltration du mulch.

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