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Modélisation du risque de perte de rendement de la culture du sorgho associé au déficit hydrique : cas du Sahel tchadien.

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Ahmat Karambal, Zam-Zam (2023). Modélisation du risque de perte de rendement de la culture du sorgho associé au déficit hydrique : cas du Sahel tchadien. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 149 p.

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Résumé

La problématique du risque de perte de rendement associé à l’aléa déficit hydrique se pose avec acuité dans la région sahélienne du Tchad. Les répercussions sur le bien-être social et économique des populations majoritairement paysannes sont importantes. L’analyse quantitative de ce risque est cruciale pour appuyer la prise de décision des parties prenantes du secteur agricole de la région. Cette démarche requière l’accès à des données historiques pertinentes relatives à l’aléa déficit hydrique et aux vulnérabilités des cultures. Elle doit aussi se baser sur une méthodologie robuste prenant en compte les spécificités du contexte agricole locale. Au Tchad, les limites associées aux données et aux méthodes font que l’analyse complète du risque de perte de rendement à l’échelle locale constitue un vrai défi. L’objectif principal de cette thèse est donc de proposer un cadre méthodologique d’analyse de risque de perte de rendement de la culture du sorgho associé à l’aléa déficit hydrique. En effet, le sorgho pluvial représente l’une des principales cultures céréalières au Sahel tchadien. Cette culture joue un rôle stratégique pour la sécurité alimentaire des populations. L’approche méthodologique que propose cette thèse combine les méthodes de modélisation de la croissance des cultures aux méthodes statistiques fréquentielles avancées (copules). Cette approche comprend trois étapes: 1) la calibration/validation d’un modèle de simulation de culture à partir duquel des séries temporelles des données de simulations basées sur trois scénarios de semis (précoce, optimal, et tardif) ont été construites. Le modèle de culture retenu est le modèle APSIM; 2) la caractérisation probabiliste de l’aléa déficit hydrique dérivé des simulations d’APSIM, moyennant l’analyse fréquentielle multivariée par copules; 3) enfin, la caractérisation probabiliste de la vulnérabilité du sorgho à l’aléa déficit hydrique et l’estimation du risque de perte de rendement en termes de dommages annuels moyens. Les résultats obtenus montrent que: i) le modèle APSIM peut raisonnablement rendre compte des processus impliqués dans le système agricole réel du sorgho en fournissant des informations quantitatives de base sur les rendements conditionnellement aux pratiques agricoles adoptées (date de semis) et aux déficits hydriques auxquels la culture est exposée; ii) la date de semis influence l’exposition de la culture du sorgho à l’aléa déficit hydrique ce qui plaide en faveur de sa prise en compte explicite dans l’estimation et la caractérisation de cet aléa. L’estimation des probabilités d’occurrence du déficit hydrique est fonction de la méthode fréquentielle adoptée (univariée, multivariée). Une forte corrélation entre les variables aléatoires du déficit hydrique (pic, durée, sévérité) a été observée. Ceci justifie par conséquent la pertinence des méthodes fréquentielles multivariées (copules) par rapport aux méthodes univariées couramment utilisées; iii) enfin, le niveau du risque de perte de rendement du sorgho et son ampleur diffèrent selon la date de semis adoptée. Le semis précoce permet de réduire de 24% les pertes comparativement au semis tardif. L’approche proposée dans cette thèse fournit ainsi un cadre méthodologique systématique et rigoureux d’analyse du risque de perte de rendement dû à l’aléa déficit hydrique. Ce cadre pourrait être adapté à d'autres cultures, aléas et endroits. Il pourrait aussi intégrer d’autres scénarios de gestion pour en mesurer l’influence sur le risque de perte de rendement.

The risk of crop yield loss due to water deficit hazard is a serious problem in the Sahelian region of Chad. The repercussions on the social and economic well-being of the populations, mainly farmers, are significant. Quantitative analysis of this risk is crucial to support decision-making by agricultural stakeholders in the region. This approach requires access to relevant historical data on water deficit hazard and crop vulnerability. It must also be based on a robust methodology that takes into account the specificities of the local agricultural context. In Chad, data and methodological limitations make a comprehensive analysis of yield loss risk at the local level difficult. The main objective of this thesis is therefore to propose a methodological framework for the analysis of the risk of yield loss in sorghum crops associated with the water deficit hazard. Indeed, rainfed sorghum is one of the main cereal crops in the Chadian Sahel. This crop plays a strategic role in the food security of the population. The methodological approach proposed in this thesis combines crop growth modelling methods with advanced frequency statistical methods (copulas). The approach consists of three steps: 1) calibration/validation of a crop simulation model from which time series of simulation data based on three sowing scenarios (early, optimal and late) were constructed. The chosen crop model is APSIM; 2) stochastic characterisation of water deficit hazard derived from the APSIM simulations, using multivariate frequency analysis by copulas; 3) finally, probabilistic characterisation of the vulnerability of sorghum to water deficit hazard and estimation of the risk of yield loss in terms of average annual damage. The results obtained show that: i) the APSIM model can reasonably account for the processes at play in the real sorghum cropping system by providing basic quantitative information on yields conditional on the cropping practices adopted (sowing date) and on the water deficits to which the crop is exposed; ii) the sowing date influences the exposure of the sorghum crop to the water deficits hazard, which argues in favour of its explicit consideration in the estimation and characterisation of the water deficit hazard. The estimation of the probability of occurrence of water deficit depends on the frequency method adopted (univariate, multivariate). A strong correlation between the random variables of water deficit (peak, duration, severity) was observed. This justifies the relevance of multivariate frequency methods (copulas) compared to the univariate methods commonly used; iii) Finally, the level of sorghum yield loss risk and its magnitude differ according to the sowing date adopted. Early sowing reduces losses by 24% compared to late sowing. The approach proposed in this thesis thus provides a systematic and rigorous methodological framework for analysing the risk of yield loss due to the water deficit hazard. This framework could be adapted to other crops, hazards and locations. It could also integrate other management scenarios to measure their influence on yield loss risk.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Chokmani, Karem
Mots-clés libres: déficit hydrique; vulnérabilité; sorgho; rendement; risque; APSIM; copule; dommage; water deficit; vulnerability; sorghum; yield; risk; APSIM; copula; damage
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 07 déc. 2023 20:31
Dernière modification: 07 déc. 2023 20:31
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/13737

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