Effet de la connectivité hydrologique sur l'efficience de l'eau des cultures pluviales méditerranéennes ˸ modélisation et analyse de scénarios - cas du bassin versant de Kamech, Tunisie

Effect of hydrological connectivity on water use efficiency of Mediterranean rainfed crops˸ modeling and scenarios analysis - case of Kamech watershed, Tunisia

• Auteur / Autrice : Mariem Dhouib
• Direction : Frédéric Jacob, Insaf Mekki, Jérôme Molenat, Laurent Prévot, Rim Zitouna-Chebbi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Eau
• Date : Soutenance le 14/06/2023
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'étude des interactions sols-agrosystèmes-hydrosystèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Aurélie Metay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Jacob, Aurélie Metay, Jan Diels, Dominique Courault, Karim Barkaoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jan Diels, Dominique Courault

Mots clés

Mots clés libres

Méditerranée

Agrosystème pluvial

Connectivité hydrologique

Relief collinaire

Modélisation agro-Hydrologique

AquaCrop

Mediterranean

Rainfed agrosystem

Hydrological connectivity

Hilly area

Agrohydrological modeling

AquaCrop

Résumé

L'organisation spatiale des cultures au sein des paysages agricoles paraît être une voie prometteuse pour assurer la durabilité des agrosystèmes pluviaux méditerranéens. L'exploration du rôle de cette organisation spatiale implique une meilleure compréhension des relations entre cycle de l'eau et cycle de la végétation, qui interagissent notamment par la distribution des eaux de ruissellement au sein du bassin versant, via la connectivité hydrologique inter-parcellaire. L'effet de cette connectivité sur la production agricole ayant très peu été étudié jusqu'à présent, cette thèse vise à évaluer l'effet de la connectivité hydrologique inter-parcellaire sur le fonctionnement des cultures. Pour ce faire, nous avons conduit une expérimentation numérique, basée sur l'utilisation du modèle de culture AquaCrop.Nous avons tout d'abord vérifié la capacité du modèle AquaCrop à simuler le fonctionnement des agrosystèmes pluviaux méditerranéens en relief collinaire. Pour ce faire, nous avons conduit une évaluation multicritère d'AquaCrop, en considérant différentes combinaisons de cultures et de sols, sous des conditions climatiques contrastées. La comparaison avec un ensemble de données collectées au nord-est de la Tunisie (Cap Bon, bassin versant de Kamech - observatoire OMERE) a montré qu'AquaCrop simule correctement un ensemble de variables agro-hydrologiques (biomasse, taux de couverture, évapotranspiration, contenu en eau du sol et ruissellement) pour toutes les combinaisons de cultures et de sols étudiées, et pour toutes les années climatiques.L'effet de la connectivité hydrologique inter-parcellaire sur la production agricole a été étudié via une expérimentation numérique impliquant deux parcelles d'aires variables. Cette expérimentation combinait trois textures de sol, trois profondeurs de sol, deux cultures et trois aires de la parcelle amont, sur 25 années climatiques. Elle a permis de hiérarchiser les facteurs influençant le fonctionnement de la végétation cultivée. Si la production agricole reste principalement contrôlée par les conditions environnementales (climat et sol), l'apport d'eau par la connectivité a un effet positif sur la production agricole dans un nombre important de situations, entre 20% et 35% selon les cultures. Cet effet positif est majoritairement rencontré en conditions climatiques semi-arides et sub-humides sèche, avec un fort effet de la répartition intra-annuelle des pluies pour ces dernières.Cette étude est une première étape dans l'étude de l'effet de la connectivité hydrologique sur le fonctionnement des cultures. Il sera nécessaire d'approfondir ces résultats par la prise en compte des flux d'eau sub-surfaciques, et l'extension à des conditions climatiques futures.

Spatial organization of crops within agricultural landscapes appears to be a promising way to ensure the sustainability of Mediterranean rainfed agrosystems. Exploring the role of this spatial organization implies a better understanding of the relationships between the water cycle and the vegetation cycle, which interact notably through the distribution of runoff within the watershed, via inter-plot hydrological connectivity. The effect of this connectivity on agricultural production having been little studied until now, this thesis aims at evaluating the effect of inter-plot hydrological connectivity on crop functioning. To do so, we conducted a numerical experiment, based on the use of the AquaCrop crop model.We first verified the ability of the AquaCrop model to simulate the functioning of Mediterranean rain-fed agrosystems in hilly terrains. Thus, a multi-criteria evaluation of AquaCrop was conducted, considering different combinations of crops and soils, under contrasted climatic conditions. The comparison with a dataset collected in the North-East of Tunisia (Cap Bon, Kamech watershed - OMERE observatory) showed that AquaCrop correctly simulates a set of agro-hydrological variables (biomass, canopy cover, evapotranspiration, soil water content and runoff) for all the studied crop and soil combinations, and for all climatic years.The effect of inter-plot hydrological connectivity on crop production was studied via a numerical experiment involving two plots of varying area. This experiment combined three soil textures, three soil depths, two crops, and three upstream plot areas, over 25 climate years. It allowed the prioritization of the factors influencing the functioning of the cultivated vegetation. While crop production is mainly controlled by environmental conditions (climate and soil), water supply through connectivity has a positive effect on crop production in a significant number of situations, between 20% and 35% depending on the crop. This positive effect is mostly found in semi-arid and dry sub-humid climatic conditions, with a strong effect of the intra-annual rainfall distribution for the latter.This study is a first step in quantifying the effect of hydrological connectivity on crop functioning. It might be necessary to deepen these results by account for sub-surface water flows, and by extending them to future climatic conditions.