2.5 Un modèle de simulation de cultures : SarraH
Les modèles de simulation de cultures permettent de
pr'edire la production de l'ensemble du peuplement v'eg'etal cultiv'e d'une
parcelle. Pour cela, ils reproduisent le fonctionnement du système
sol-plante-atmosphère et permettent la comparaison de divers
itin'eraires techniques en fonction de l'espèce utilis'ee, du type de
sol, des donn'ees climatiques, etc. Moyennant un changement d'echelle
convenable, ces modèles peuvent alors être utilis'es a` diverses
fins : pr'evisions des r'ecoltes et planification de la politique agricole et
alimentaire d'un pays, analyse prospective des changements climatiques,
protection de l'environnement, etc. (Affholder, 1997).
Au Sahel, les modèles pr'ecurseurs fond'es sur une
estimation du bilan hydrique des cultures en cours de cycle, ont 'et'e 'ecrits
avant le d'ebut des ann'ees 1980 (Franquin et Forest, 1977). Le bilan hydrique
se situe a` l''echelle de la plante ou du champ et permet de comparer les
quantit'es d'eau fournies et les quantit'es d'eau utilis'ees par la plante. Il
tient aussi compte de la constitution de r'eserves d'eau et des
pr'elèvements ult'erieurs sur ces r'eserves. Les apports d'eau fournis
par les pr'ecipitations sont mesur'es. Les pertes se composent de la
combinaison de l''evaporation et de la transpiration des plantes, plus connue
sous le nom d''evapotranspiration.
L''equation du bilan hydrique, sous sa forme la plus g'en'erale,
se fonde sur l''equation de conservation de la masse
P = ÄS + D + ETR + R
o`u P d'esigne la pluviom'etrie, ÄS
la variation de stock d'eau dans le sol, D le
drainage, ETR l''evapotranspiration et R les
ruissellements.
L'estimation de l''evapotranspiration peut se faire en deux
'etapes. Pour une culture, l''evapotranspiration en conditions non limitantes
d'alimentation hydrique ou 'evapotranspiration maximale (ETM)
est d'abord calcul'ee a` l'aide de l''evaporation Bac Classe A (EV
A) et du coefficient cultural K'c
caract'eristique de la culture et de son stade de d'eveloppement.
ETM = K'c × EV
A
Ensuite, Eagleman (1971) a propos'e une m'ethode d'estimation
de l''evapotranspiration r'eelle qui est fonction de l'evapotranspiration
maximale et de l'humidit'e relative du sol.
Doorenbos et Jassam (1979) ont d'evelopp'e une approche de
mod'elisation des rendements r'eels fond'ee sur les consommations r'eelles et
maximales d'eau et la productivit'e potentielle des cultures. Dans les zones
o`u les flux hydriques sont les plus d'eterminants, la mod'elisation du bilan
hydrique et la mise en relation de ses paramètres avec la production
aboutit a` une estimation bien adapt'ee des rendements des cultures.
Le modèle Arachide bilan hydrique (Arabhy) constitue la
première g'en'eration de modèle semi d'eterministe d'evelopp'e
par le CERAAS en collaboration avec le CIRAD, pour l'estimation de la
production de l'arachide au S'en'egal tenant compte du bilan hydrique (Annerose
et Diagne, 1990, 1994). Il ajoute a` la simulation du bilan hydrique des
cultures, celle des r'eactions de la plante aux stress hydriques. Ce
modèle estime en fin de cycle la production potentielle.
Le modèle de Système d'analyse r'egional des
risques agroclimatiques (Sarra) simule des indicateurs hydriques de production
(Forest et Clopes, 1991). Ces indicateurs sont fond'es sur la consommation en
eau r'eelle et maximale de la plante en relation avec les techniques
culturales. Pour ce modèle qui est
utilis'e pour mesurer l'impact du climat sur une culture
annuelle, il est suppos'e que la performance d'une culture est une fonction
simple d'une combinaison d'indicateurs hydriques cumul'es au cours d'un cycle
v'eg'etatif.
Cette première g'en'eration de modèles
param'etr'es pour les zones sah'eliennes, utilise en entr'ee une base de
donn'ees a` l'echelle locale de la parcelle sur le climat, le sol et les
cultures. Ces modèles sont assez simples et sont 'ecrits sans module de
bilan de carbone ni prise en compte de la notion de densit'e du peuplement.
Le bilan de carbone est fond'e sur l'assimilation du carbone
selon l'interception de l''energie lumineuse en fonction du taux de couverture
foliaire et la conversion de la fraction de rayonnement intercept'ee en
matière sèche. Associ'e au bilan hydrique, le bilan de carbone
constitue un 'el'ement essentiel dans le processus de croissance et de
productivit'e des cultures.
Le modèle de simulation de cultures SarraH (Baron,
2002) est quant a` lui, une version plus d'etaill'ee de Sarra et fait
intervenir, en plus de la simulation du bilan hydrique, plusieurs autres effets
tels que celui de la temp'erature et celui de la radiation solaire sur la
production. Il est fond'e sur la notion de l'effets multiplicatif de
l'efficience de l'eau (WUE, Water use efficiency) et de
l'efficience de l'energie radiative (RUE,Radiation use
efficiency) pour simuler l''elaboration des biomasses.
Le modèle SarraH fonctionne au pas de temps journalier
et la production de trois types de plantes peuvent y être simul'ee : mil,
arachide et palmier. Nous avons pris l'arachide comme plante test pour cette
'etude.
De par la complexit'e inh'erente au système
sol-plante-atmosphère, les processus simul'es sont formul'es par des
ensembles d''equations que l'on peut regrouper par grand ensembles de (bilan
hydrique, ph'enologie, etc.) et optimis'e par sous ensembles de modules
('equations d'ecrivant une 'etape d'un
processus). Le lien entre les modules et les processus
s''etablissant au travers
de variables d''etats d'ecrivant la plante, le sol
et l'environnement climatique.
D'evelopp'e sous cette approche modulaire, SarraH permet de
simuler
- la biomasse initiale qui est fonction de la densit'e de
semis et du poids sec moyen d'un grain; ce qui permet de d'eduire la densit'e
de peuplement disposant du taux de lev'ee;
- la ph'enologie de la plante qui se d'efinit en plusieurs
phases en relation avec la somme de temp'erature : phase v'eg'etative, phase
reproductive, phase de maturation des graines. Chaque phase, d'une dur'ee
constante, est exprim'ee en temps thermique qui est fonction des temp'eratures
maximale, minimale et de base. La temp'erature de base est celle au-dessous de
laquelle la plante ne se d'eveloppe pas. Les dur'ees des phases ainsi que la
temp'erature de base sont des caract'eristiques vari'etale des plantes
simul'ees (pour la vari'et'e d'arachide qui est simul'ee dans SarraH, elle est
'egale a` 13C;
- le bilan hydrique qui d'etermine la dynamique de l'eau dans
le sol en fonction des contraintes climatiques ('evaporation du sol) et de la
consommation en eau de la plante (transpiration). Cette consommation en eau de
la plante permet de d'efinir un frein hydrique qui est le rapport entre la
consommation r'eelle et la demande en eau de la plante;
- le bilan de carbone qui d'etermine la fabrication
journalière d'assimilats en fonction du coefficient de conversion de
l'espèce, du rayonnement intercept'ee et donc de taux de couverture
foliaire. A cette production potentielle d'assimilat est appliqu'e le frein
hydrique;
- la r'epartition des assimilats, racine, feuille, tige et
organes reproducteurs qui 'evolue en fonction des phases ph'enologiques de la
plante, ces lois de r'epartition sont fond'ees sur des relations
allom'etriques.
| 
