Contribution des innovations agroécologiques à l'amélioration durable de la fertilité des sols dans les zones cotonnières du Bénin.

Contribution of agroecological innovations to sustainable improvement of soil fertility in Benin's cotton-growing region.

• Auteur / Autrice : Gbonoumi Ines Anita Dossouhoui
• Direction : Pablo Tittonell, Rodrigue V. Cao Diogo
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : EFSA-Ecologie fonctionnelle et Ecophysiologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 08/12/2025
• Etablissement(s) : Institut Agro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AIDA-Agroécologie et intensification durable des cultures annuelles
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : TAPAGE
• Partenaire(s) de recherche : École d'inscription : L'Institut Agro Montpellier (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Edward Gerardeaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pablo Tittonell, Chantal Loyce, Santiago Lopez-ridaura, Nadine Andrieu, Inès Shili-touzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chantal Loyce, Santiago Lopez-ridaura

Mots clés

Mots clés libres

Innovation agroécologiques

Systèmes agropastoraux

Fertilité du sol

Durable

Bassin cotonnier

Agro-ecological innovations

Agropastoral systems

Sol fertility

Sustainable

Cotton basin

Résumé

La gestion durable de la fertilité des sols est un défi majeur pour les systèmes cotonniers au Bénin, où la baisse de fertilité compromet la productivité agricole, les moyens de subsistance et la durabilité des systèmes ruraux. Cette thèse a exploré le potentiel des pratiques agroécologiques et des approches participatives pour répondre à cette problématique, de l’échelle de la parcelle à celle du paysage, en combinant suivi biophysique, bilans de nutriments, analyse typologique des exploitations et jeux sérieux pour la concertation entre acteurs. La recherche a été conduite entre 2021 et 2024 dans les zones cotonnières de Kandi, Pehunco et Savalou selon une approche multi-sites et multi-niveaux. Une phase de diagnostic a montré que les producteurs perçoivent la baisse de fertilité comme une contrainte majeure, liée à l’exportation des résidus, aux faibles apports organiques et à la concurrence accrue entre cultures et élevage (Chapitre 2). L’évaluation menée sur 40 exploitations a révélé des indicateurs de fertilité et des rendements généralement faibles à très faibles, malgré l’accès annuel aux engrais minéraux via les contrats coton (Chapitre 3). Les bilans NUTMON ont confirmé des bilans négatifs en N, P et K, traduisant le caractère extractif des systèmes conventionnels (Chapitre 4). L’analyse typologique a mis en évidence la diversité des exploitations, de leurs pratiques et de leurs capacités à adopter des innovations (Chapitre 3). Cette hétérogénéité limite l’efficacité des recommandations uniformes et plaide pour des trajectoires techniques adaptées à chaque type. Des essais en station et en milieu paysan ont comparé le labour conventionnel (CT) à trois systèmes alternatifs : semis sur résidus, semis sous couvert végétale et parcage rotatif (Chapitre 4). Le semis sous couvert végétal et le parcage rotatif ont amélioré les bilans nutritifs et les rendements au fil du temps après de légères pénalités initiales, tandis que le semis sous résidus présentait des performances variables selon le contexte. Ces résultats montrent que les pratiques agroécologiques peuvent inverser les tendances d’appauvrissement et améliorer la fertilité, à condition de mettre en place des arrangements collectifs pour gérer les interactions cultures-élevage. Un jeu sérieux a ensuite été développé et joué avec agriculteurs et éleveurs (Chapitre 5). Il a favorisé le dialogue, rendu visibles les arbitrages autour des résidus et du fumier, et facilité la négociation d’accords collectifs. Il a mis en évidence à la fois tensions et opportunités de coopération, soulignant le rôle central des arrangements sociaux dans les transitions agroécologiques. La discussion générale (Chapitre 6) souligne la nécessité d’approches intégrées combinant suivi biophysique, méthodes participatives et outils de modélisation pour traiter la complexité des dynamiques de fertilité. Les pratiques agroécologiques offrent des perspectives crédibles pour restaurer les bilans et renforcer la résilience, mais leur réussite dépend de l’implication des acteurs, d’un appui institutionnel et d’un suivi à long terme. Pour la recherche et l’action futures, nous recommandons : (i) d’intégrer systématiquement des approches participatives (jeux sérieux, co-conception) ; (ii) de les coupler à un suivi biophysique de long terme ; (iii) d’utiliser des modèles de simulation complémentaires ; (iv) de promouvoir des politiques favorables à la gestion collective ; et (v) d’adapter la promotion des pratiques aux contextes locaux. Cette thèse montre qu’associer pratiques agroécologiques, participation et modélisation constitue une voie prometteuse pour une gestion durable de la fertilité des sols dans les systèmes cotonniers. En articulant dimensions sociales et biophysiques, elle contribue à concevoir des trajectoires localement pertinentes pour des systèmes agricoles plus résilients face aux pressions démographiques et climatiques croissantes.

Sustainable soil fertility management is a critical challenge for cotton-based farming systems in Benin, where declining soil fertility undermines agricultural productivity, livelihoods, and the long-term sustainability of rural livelihood systems. This thesis explored the potential of agroecological practices and participatory approaches to address soil fertility decline at plot to landscape level, by combining biophysical monitoring, nutrient balance assessments, typology-based analysis of farming systems, and gaming for stakeholder concertation. The research was conducted between 2021 and 2024 in Benin’s cotton-growing areas (Kandi, Pehunco, Savalou) using a multi-site and multi-level approach. First, a diagnostic phase revealed that farmers perceive soil fertility decline as a major constraint, driven by the removal of crop residues, limited organic inputs, and increasing competition for biomass between crops and livestock (Chapter 2). On-farm assessment (n = 40) shows that soil fertility indicators and crop yields were generally low to very low despite annual access to mineral fertilizers through cotton contracts (Chapter 3). Nutrient balance calculations using the NUTMON approach confirmed widespread negative balances for N, P and K, reflecting the extractive nature of conventional tillage-based systems (Chapter 4). A farm typology analysis highlighted the diversity of farming systems, their soil management practices, and their differential capacities to adopt innovations (Chapter 3). This diversity limits the effectiveness of uniform recommendations and calls for context-specific technical pathways adapted to each type farm. Field experiments on research stations and farmers’ plots compared conventional tillage (CT) with three alternative systems: direct seeding (DS), direct seeding mulched-based cropping systems (DMC), and rotational herd corralling (RHC) (Chapter 4). Results showed that DMC and RHC improved nutrient balances and increased yields over time after limited initial yield penalties, whereas DS showed more variable outcomes depending on context. These findings demonstrate that agroecological practices can reverse nutrient depletion and enhance soil fertility, but their effective implementation depends on collective arrangements to manage crop-livestock interactions. Then, a serious game was designed and played with farmers and livestock owners (Chapter 5). The game proved to be a powerful tool for fostering dialogue, visualizing trade-offs around residue and manure management, and negotiating collective agreements. It revealed both tensions and opportunities for cooperation between farmers and herders, showing that social arrangements are key to enabling agroecological transitions. The general discussion emphasized the need for integrated approaches that combine biophysical monitoring, participatory methods, and modelling tools to address the complexity of soil fertility dynamics (Chapter 6). Agroecological practices provide credible pathways for restoring nutrient balances and improving resilience, but their success depends on stakeholder involvement, institutional support, and long-term monitoring. For future research and action, we recommend: (i) systematically integrating participatory approaches (serious games, co-design); (ii) coupling them with long-term biophysical monitoring; (iii) using complementary simulation models; (iv) promoting policies that support collective resource management; and (v) tailoring the promotion of practices to local contexts. Overall, this thesis demonstrates that combining agroecological practices with participatory and modelling approaches offers a promising avenue for the sustainable management of soil fertility in cotton-based farming systems. By connecting agroecological practices and social processes, it contributes to designing locally relevant pathways for more resilient and sustainable agricultural systems under increasing demographic and climatic pressures.