SoilClim Rotations · AMPSOM · Prototype

Sol, rotations et climat : du Brandebourg au Sénégal

Le modèle AMPSOM simule le carbone et l'azote du sol dans des compartiments mesurables. Ce tableau de bord présente ses résultats publiés (15 rotations, deux textures de sol, 501 séries météo) et les met en regard des six zones écogéographiques du Sénégal, avec les données climatiques et de production de SenAgriClim.

Développé par Dr Ibrahima Diouf en collaboration avec Dr Inès Astrid Tougma

×6,5
décomposition plus rapide qu'en Allemagne
facteur f_T1 d'AMPSOM, moyenne des régions
30,2°C
température moyenne des sols du Sénégal
contre 10 °C au site allemand · ERA5-Land
21%
de la capacité de stockage du carbone utilisée
moyenne des 14 régions · iSDAsoil
15
rotations comparées sur 2 sols et 501 séries météo
AMPSOM · SIMPLACE
Tableau de bord associéSenAgriClimLes rendements du mil, du sorgho, du maïs, de l'arachide et du riz face au changement climatique, par région et par zone, sous SSP2-4.5 et SSP5-8.5.Ouvrir →
Figure

Des sols brûlants : température du sol par région

DEBrandebourgoù AMPSOM a été calé
vs
SNSénégal14 régions
Ce que cela veut dire : à apports de résidus égaux, un sol à 30 °C décompose sa matière organique environ 6 fois plus vite qu'un sol à 10 °C. Garder la fertilité des sols sénégalais demande donc plus de matière organique que dans les champs où le modèle a été conçu.

Site allemand : patchCROP (Tougma et al. 2026 ; ERA5-Land). Sénégal : étendue des 14 régions (CHIRPS, ERA5-Land, iSDAsoil, 0-20 cm).

En bref

Ce tableau de bord, expliqué simplement

Un modèle informatique du sol (AMPSOM) a été mis au point par Inès Astrid Tougma sur des champs allemands. Il simule comment les restes de plantes deviennent de la matière organique, combien de carbone le sol garde et combien d'engrais azoté se perd dans les nappes ou dans l'air. Ce tableau de bord confronte ces résultats aux sols du Sénégal.

Sol

La terre des champs et ce qu'elle contient d'invisible : le carbone et l'azote, qui font sa fertilité.

Rotations

L'ordre dans lequel les cultures se succèdent sur un même champ d'une année à l'autre, par exemple mil, puis arachide, puis mil.

Climat

La chaleur et la pluie, qui accélèrent ou freinent la vie du sol et la décomposition de la matière organique.

Du Brandebourg au Sénégal

Un modèle testé en Allemagne (région du Brandebourg), que l'on prépare à appliquer aux champs sénégalais.

1. Ce qu'on a appris en Allemagne

Aucune rotation ne gagne sur tous les plans : celle qui rapporte le plus n'est pas celle qui protège le mieux le sol. Un sol sableux perd plus d'engrais qu'un sol plus fin.

2. Ce que montrent les sols du Sénégal

Ils sont beaucoup plus chauds (environ 30 °C en moyenne, contre 10 °C en Allemagne) : la matière organique s'y décompose 6 à 7 fois plus vite. Ils sont aussi plus pauvres en carbone.

3. Ce qui se prépare

Choisir les zones où tester le modèle en premier, comme le bassin arachidier aux sols sableux, et relier le sol aux projections climatiques de SenAgriClim.

Le message : au Sénégal, la chaleur « mange » très vite la matière organique des sols. Pour garder des sols fertiles face au réchauffement, il faudra remettre plus de résidus de culture, associer céréales et légumineuses (arachide, niébé) et bien doser les engrais. Ce tableau de bord est une première étape pour savoir quelles pratiques marchent le mieux, zone par zone.

Ce qu'il faut retenir

  1. Le sol limoneux rapporte plus. Pour presque toutes les rotations, la marge brute sur 10 ans y est plus élevée et plus stable que sur sol sableux.
  2. Le sol sableux perd plus d'azote. Lessivage des nitrates et émissions de N₂O y sont plus élevés pour toutes les rotations.
  3. Diversifier stocke du carbone. Les rotations avec cultures intermédiaires, tournesol et maïs (R7, R9, R13) augmentent le plus le carbone du sol, mais rapportent moins.
  4. Aucune rotation ne gagne partout. R1 (colza puis 3 ans de seigle) maximise la marge mais stocke peu de carbone.
  5. Pour le Sénégal, le contraste est climatique. Le site allemand reçoit environ 550 mm par an, proche du bassin arachidier (508 mm), mais sous 9 °C de moyenne annuelle. Les zones sableuses du bassin arachidier et du Ferlo sont les analogues les plus directs du sol sableux étudié.
  6. Des sols plus chauds et plus pauvres en carbone. Les sols du Sénégal sont 18 à 22 °C plus chauds que celui du site allemand (10 °C, ERA5-Land) : le facteur de décomposition d'AMPSOM y est 6 à 7 fois plus élevé. Leur carbone organique en surface (3 à 9 g/kg, iSDAsoil) reste sous celui des deux sols allemands (8 à 11 g/kg).
Figure

Marge brute moyenne sur 10 ans

k€ par hectare, moyenne sur les séries météo.

LimoneuxSableux

Les cultures des rotations

Mettre AMPSOM en contexte : les six zones du Sénégal

Climat, production et rendements projetés de chaque zone (SenAgriClim), comparés aux conditions dans lesquelles AMPSOM a été calé. Cliquez sur une zone de la carte ou sur une carte de zone.

Carte

Zones écogéographiques et régions

Limites de zones indicatives (SenAgriClim, zones_senegal.py), régions GADM 4.1.

Figure

Pluie annuelle : zones du Sénégal et site d'AMPSOM

Moyenne 1981-2024 (CHIRPS) pour les zones ; 546 mm pour le site patchCROP (Brandebourg, 1981-2019). La barre montre aussi la tendance de la pluie en mm par décennie.

Figure

Médiane des modèles, par rapport à 1985-2014 (SenAgriClim). Valeur de zone : médianes régionales pondérées par la production.

SSP2-4.5SSP5-8.5

Tableau

Quelle zone pour un premier test d'AMPSOM ?

Critères factuels issus de SenAgriClim et de la description des zones. Aucun score n'est calculé : le choix du site pilote reste à discuter avec l'équipe.

Légumineuses = arachide + niébé, en part de la production des six cultures (moyenne 2010-2022, DAPSA). Sable : part de sable à 0-20 cm (iSDAsoil), moyenne des régions de la zone ; « sableux » à partir de 70 %.

Tableau

Des rotations allemandes aux cultures sénégalaises

Carte

Sols du Sénégal : texture, carbone et température

Moyennes régionales iSDAsoil (30 m) et ERA5-Land (température du sol 0-7 cm, 1991-2020), extraites avec le script Earth Engine fourni. Les indicateurs dérivés appliquent les équations publiées d'AMPSOM.

Figure

Texture et carbone : loin de la capacité de protection

Figure

Température du sol au fil des saisons

Figure

Carbone organique en surface et en profondeur

Figure

Réchauffement et vitesse de décomposition

Carte

Climat projeté par région : la pression sur les sols

Changement médian des indices de la saison des cultures par rapport à 1985-2014 (SenAgriClim, 8 modèles CMIP6 corrigés). Température et pluie pilotent la décomposition du carbone et le lessivage de l'azote dans AMPSOM.

Distribution par rotation et par sol

Chaque boîte résume les 501 séries météo : boîte = 25e à 75e centile, trait = moyenne, moustaches = 1,5 fois l'écart interquartile.

LimoneuxSableux

Figure

Effet du sol : écart entre sol limoneux et sol sableux

Fiche

Fiche d'une rotation

Profil de performance : 1 = meilleur rang parmi les 15 rotations, 0 = dernier (rangs publiés, figure 7).

Rentabilité, azote et carbone : les arbitrages

Rentabilité contre environnement

Chaque point est une rotation (moyenne sur les séries météo).

Score multicritère

Donnez un poids à chaque critère : le score combine les rangs publiés (1 = meilleur) et classe les rotations pour le sol choisi.

Classement des rotations par indicateur

Rangs de 1 (meilleur) à 15, repris de la figure 7 de l'article. « CV » = coefficient de variation entre séries météo (stabilité).

Les deux sols du site patchCROP

Carbone organique selon la profondeur

Teneur en COS (%) des deux profils simulés.

Argile + limon selon la profondeur

C'est cette fraction fine qui fixe la capacité du sol à protéger le carbone sur les minéraux (MAOM).

Profils de sol (tableau 1 de l'article)

Le modèle AMPSOM

Comment AMPSOM représente le sol

Des compartiments mesurables en laboratoire (POM, MAOM) au lieu de pools conceptuels « actif, lent, passif ».

    Pourquoi c'est nouveau

    • Les pools POM et MAOM se mesurent par fractionnement : on peut caler et valider chaque compartiment, pas seulement le carbone total.
    • Le radiocarbone (Δ¹⁴C) contraint le temps de renouvellement du carbone lent et limite l'équifinalité du calage.
    • La capacité d'adsorption dépend de la teneur en argile + limon : le modèle s'adapte à la texture.
    • Intégré à SIMPLACE (Lintul5, bilan hydrique, azote), il simule les rétroactions climat, plante et sol au pas journalier.

    Limites signalées par les auteurs

    • Calage et évaluation dans un seul climat (Brandebourg) et sur deux classes de texture seulement.
    • Azote minéral mal reproduit (un seul pool, pas de dénitrification dans AMPSOM seul).
    • Travail du sol non simulé ; modèle testé à l'échelle de la parcelle uniquement.

    Paramètres calés : sableux contre limoneux

    Tableau 5 de Tougma et al. (2025). Le rapport S/L montre où la texture change le plus le fonctionnement du sol.

    Qualité de simulation selon la profondeur

    Erreur (RMSE) rapportée à la valeur observée moyenne, en %, pour le carbone des pools POM et MAOM (tableau 6).

    Physique du sol : ce que change un climat sahélien

    Les équations publiées d'AMPSOM et de son module N₂O, recalculées en direct. Elles montrent pourquoi un transfert du Brandebourg (9,3 °C d'air, 10 °C de sol en moyenne) vers le Sénégal demande un nouveau calage.

    Température et vitesse de décomposition

    f_T1 module la dépolymérisation (éq. 8, Corbeels et al. 2005) ; f_T2 module l'adsorption sur les minéraux (éq. 9, Zhang et al. 2021).

    Température du sol

    Émissions de N₂O : les trois facteurs

    Module de dénitrification de l'article EJA (éq. 2 à 5, constantes de Drury et al. 1991) : N₂O = potentiel × F_temp × F_wfp × F_Nmin.

    Remplissage des pores (WFPS)
    Azote minéral (g N/m²)

    Capacité des minéraux à protéger le carbone

    Éq. 12 : part maximale du carbone du sol adsorbable sur les minéraux = 0,07 × (argile + limon, %), d'après Georgiou et al. (2022).

    Argile + limon (%)

    Lecture pour le Sénégal

    • Avec les températures du sol ERA5-Land (28 à 32 °C selon les régions, contre 10 °C à patchCROP), f_T1 est 6 à 7 fois plus élevé au Sénégal : à apports égaux, le carbone du sol se décompose beaucoup plus vite. Maintenir le carbone demandera donc plus de résidus.
    • f_T1 atteint son maximum à 36,9 °C puis décroît. En surface, les sols sahéliens peuvent dépasser cette température : ce domaine n'a jamais été testé avec AMPSOM.
    • Les sols sableux (argile + limon faible) ont une faible capacité MAOM : le carbone y reste surtout sous forme de POM, plus vulnérable.
    • La dénitrification demande des pores presque saturés (WFPS > 0,7) : elle sera concentrée sur les épisodes pluvieux intenses de l'hivernage.

    Température du sol : valeur choisie par l'utilisateur, pas une mesure. Les paramètres de la fonction f_SWC (humidité) sont dans le matériel supplémentaire de l'article et ne sont pas reproduits ici.

    Glossaire

    Feuille de route : AMPSOM au Sénégal

    Coupler la réponse climatique des rendements (SenAgriClim) et la dynamique du sol (AMPSOM) pour évaluer des rotations sous SSP2-4.5 et SSP5-8.5.

    01Site piloteUne zone, deux textures si possible
    →
    02Données solTexture, carbone, POM/MAOM
    →
    03ParamétrageMil, sorgho, arachide dans SIMPLACE
    →
    04ClimatCMIP6 corrigé de SenAgriClim
    →
    05RotationsCéréale-légumineuse, résidus, engrais
    →
    06Tableau de bordRésultats par zone et scénario

    Questions de recherche

    Quelles rotations céréale-légumineuse maintiennent le carbone du sol sous SSP2-4.5 et SSP5-8.5 ?
    Combien d'azote peut-on économiser sans perte de rendement, zone par zone ?
    L'enfouissement des résidus compense-t-il le réchauffement pour le carbone du sol ?

    Données à réunir

    • Paramétrage SIMPLACE pour mil, sorgho et arachide
    • Profils de sol : texture et carbone (fractionnement POM/MAOM si possible)
    • Essais de longue durée (fertilisation, rotations)
    • Climat CMIP6 corrigé des biais (déjà disponible dans SenAgriClim)
    • Pratiques paysannes : dates de semis, doses d'engrais

    Prochaines étapes

    • Remplacer les valeurs lues sur les figures par les sorties de simulation originales
    • Choisir le site pilote (onglet Sénégal par zones)
    • Coupler les sorties sol aux projections de SenAgriClim
    • Préparer un article commun

    Sources

    • Tougma, I.A., Van de Broek, M., Six, J., Gaiser, T., Holz, M., Zentgraf, I., Webber, H. (2025). AMPSOM: A measureable pool soil organic carbon and nitrogen model for arable cropping systems. Environmental Modelling and Software 185, 106291. doi:10.1016/j.envsoft.2024.106291
    • Tougma, I.A., Kim, Y.-U., Van de Broek, M., Grahmann, K., Olesen, J.E., Six, J., Pirzer, A., Faye, B., Hoffmann, M., Zentgraf, I., Hossain, T.M., Webber, H. (2026). Assessing the performance of crop rotations across two soil textures using a process-based cropping system model. European Journal of Agronomy 180, 128210. doi:10.1016/j.eja.2026.128210
    • Hengl, T. et al. (2021). African soil properties and nutrients mapped at 30 m spatial resolution using two-scale ensemble machine learning. Scientific Reports 11, 6130 (iSDAsoil v1). doi:10.1038/s41598-021-85639-y
    • Muñoz-Sabater, J. et al. (2021). ERA5-Land: a state-of-the-art global reanalysis dataset for land applications. Earth System Science Data 13, 4349-4383. doi:10.5194/essd-13-4349-2021
    • Zanaga, D. et al. (2022). ESA WorldCover 10 m 2021 v200. doi:10.5281/zenodo.7254221
    • SenAgriClim (Dr Ibrahima Diouf) : zones écogéographiques, pluie CHIRPS 1981-2024, production DAPSA 2010-2022, projections CMIP6 corrigées. huggingface.co/spaces/idiouf/SenAgriClim

    Méthode et statut des données

    • Boîtes des onglets Rotations, Compromis et Synthèse : valeurs lues sur les figures 3 à 6 de l'article EJA (précision indicative, quelques % de l'échelle).
    • Rangs (Classement, score multicritère), profils de sol, paramètres et erreurs : valeurs exactes des tableaux et de la figure 7.
    • Onglet Sénégal par zones : données de SenAgriClim telles que publiées. Climat de zone = moyenne des régions pondérée par leur part de surface dans la zone.
    • L'ensemble météo HAPPI représente la variabilité du climat actuel (2006-2015), pas des projections futures.

    Télécharger les données

    Tous les fichiers utilisés par ce tableau de bord, en formats ouverts.