L'étude des déterminants de l'infiltration de l'eau dans les sols en conditions tropicales devrait contribuer à un usage optimisé des sols. Cependant peu d'études ont porté sur les milieux autrefois marginaux et dorénavant à forte pression anthropique. Deux outils complémentaires sont privilégiés pour mener à bien nos expérimentations : la simulation de pluie et à la description des états de surface. Cette approche méthodologique est mise en œuvre sous différents climats : semi-aride (Nord Mexique), subhumide (Afrique du Sud), humide (Nord Thaïlande et Nord Vietnam) et montagnard (Equateur). Six publications recouvrant ces diverses situations ont été sélectionnées pour structurer la thèse autour d'axes scientifiques convergents :
(1) L'étude des relations étroites entre les états de surface et l'infiltration sur forte pente en milieu tropical humide. Ce travail a permis de montrer une augmentation de l'infiltration avec la pente pour des gradients variant de 16 à 63% ;
(2) Pour qu'une formation végétale spécifique d'un milieu tropical semi-aride se développe, la nécessité d'une alternance d'états de surface à différents coefficients d'infiltration (de <5 à 95%) a été démontrée ;
(3) L'étude de la dégradation de la couverture végétale des pâturages sud-africains et son rôle sur l'infiltration. Pour un sol nu et cinq classes de pourcentage de couverture herbacée, nous avons quantifié les écoulements superficiels (de 42 à plus de 95% pour 45 mn de pluie) et l'export de matières (de 0.17 g l-1 pour un sol fortement enherbée à plus de 68 g l-1 pour un sol nu) mettant en évidence l'importance de la gestion agropastorale de ce milieu ;
(4) Sur des sols volcaniques indurés d'altitude en voie de réhabilitation, nous avons mis en évidence les conséquences de pratiques culturales en termes d'infiltration et de pertes en sol sous l'effet de pluies successives. L'infiltration diminue drastiquement (plus de 70% à moins de 30%) par la formation de croûtes de surface et la détachabilité augmente (de 30 à 180 g m-2) ;
(5) Le rôle majeur des termites et des vers de terre sur la dynamique de la macroporosité superficielle des sols sur forte pente a été quantifié : l'infiltration augmente en présence forte de turricule et au contraire une augmentation du ruissellement et des pertes en nutriments (N et P) est notable en présence des placages de termites qui sont instables et forment des croûtes sous l'effet de la pluie ;
(6) Nous avons aussi eu un intérêt particulier pour l'étude de la réhabilitation de la porosité superficielle sur des sols dégradés par des coléoptères fouisseurs dans des pâturages. La porosité apparente est accrue pour les 10 premiers centimètres du sol et se maintient au moins 6 mois après augmentant sensiblement l'infiltration.
La caractérisation de ces déterminants physiques et biologiques dans ces différents agroécosystèmes a permis d'améliorer la compréhension de l'infiltration de l'eau dans les sols sous différentes latitudes. Ces résultats contribuent à une meilleure gestion potentielle de ces milieux.
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The study of biotic and abiotic factors that drive water infiltration in tropical soils is of great interest for soil management. This is particularly the case in marginal areas that are nowadays becoming more and more populated. However, few studies have focused on these remote areas. Two main methodologies, rainfall simulations and the description of soil surface features have been used to answer several research questions in different climates: semi-arid (North of Mexico), subhumid (South Africa), humid (North of Thailand and North of Vietnam) and montane climate (Equator). The research questions developed in this thesis have been divided into six sections corresponding to six scientific articles and cover the different study areas described above:
(1) The effect of slope gradient on soil surface features and water infiltration in soils of tropical humid climates was assessed. This experiment showed that infiltration increased with slope gradients from 16 to 63%;
(2) In semi-arid tropics, this study showed that vegetal cover can only develop if soil surface features present different infiltration coefficients (from 5 to 95%) alternatively;
(3) Infiltration was studied in South-African grasslands and found to be correlated with the degradation of the vegetal cover. For bare soils and five percentage classes of vegetal cover, we quantified the runoff (from 42 to 95% at 45mm rainfall) and the export of sediments (from 0.17 g l-1 for high % of vegetal cover to 68 g l-1 for bare soil). This experiment highlights the importance of agricultural practices and cattle management for this type of grassland ;
(4) Under successive rainfalls, agricultural practices were developed on rehabilitated hardened volcanic ashes to test the best management in term of infiltration. Infiltration decreased drastically (from 70% to 30%) with the presence of many soil crusts and was associated with high detachability (from 30 to 180g m-2) ;
(5) Biotic factors play an important role on soils. Termites and earthworm effects on soil macroporosity were studied under high slope: infiltration increased together with the number of casts and soil crusts increased due to the degradation of termite mounds leading to increased runoff production and nutrient losses (N and P) under rainfall ;
(6) In a degraded grassland of South Africa, we studied the rehabilitation of soil porosity by dung beetles. The activity of this insect improved the bulk porosity in the 10 first cm of soil and thus the infiltration. This effect remained at least for 6 months and improved the infiltration of the soils.
The results presented here provide a better understanding of biotic and abiotic factors that drive water infiltration in agro-ecosystems under several latitudes and provide essential information for the effective management of these ecosystems.
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