Soil Water Balance in the SudanoSahelian Zone (Proceedings of the Niamey Workshop, February 1991). IAHS Publ. no. 199,1991.

Propriétés physiques et hydrauliques des sols au Bénin

H. A. AZONTONDE Centre National d'Agro-Pédologie, BP 988, Cotonou, Bénin

Résumé On donne un aperçu général des sols au Bénin en mettant l'accent sur leurs propriétés physiques et hydrauliques. On relève deux catégories de sol en relation avec le régime des pluies et la végétation. D'une façon générale, la rétention en eau faible limite la production des cultures.

BSTTRODUCnON

Loin d'être stable et inerte, le sol constitue au contraire un milieu complexe et en constante évolution, soumis à lois propres qui régissent sa formation, son évolution et toutes ses propriétés résultant de l'action lente et prolongée de l'atmosphère et de la biosphère sur la lithosphère.

Aussi pout étudier les ensembles-sols et leurs propriétés physiques et hydrauliques, il est tout d'abord nécessaire de les situer dans leur environnement naturel.

Pour ce faire, nous présenterons d'abord les traits principaux du milieu naturel béninois susceptible d'influencer ses caractéristiques pédologiques avant d'aborder les principales unités pédololiques et leurs propriétés physiques et hydrauliques.

Les études qui ont servi de base à l'élaboration du présent document sont par Slansky & Pougnet (1957), Volkoff & Willaime (1963), Aubert & Segalen (1966), Adjanohoun (1976), Henin (1977) et Azontonde et al. (1989).

LE MILIEU NATUREL

Pour étudier les ensembles-sols et leurs propriétés physiques et hydrauliques, il est nécessaire de les situer dans leur environnement naturel. Nous présenterons d'abord les traits principaux du milieu naturel béninois susceptibles d'influencer ses caractéristiques pédologiques avant d'aborder les principales unités pédologiques et leurs propriétés physiques et hydrauliques.

Situation

La République du Bénin s'allonge perpendiculairement au littoral du Golfe du Bénin entre les méridiens 1° et 4° et les parallèles 6° et 12° nord. Etroitement resserré au sud du 9° parallèle par le Togo et le Nigeria (largeur moyenne 120 km), elle s'étale davantage au nord jusqu'aux frontières du Burkina Faso et du Niger.

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Schémas morphologique et géologique

Ce pays s'étage entre 0 m d'altitude à l'entrée de Cotonou et 750 m sur les chaînes montagneuses de l'Atacora au nord-ouest du pays. Les reliefs supérieurs à 400 m ne couvrent pas 5% du territoire dont plus de la moitié se situe entre 0 et 400 m. Deux types de relief dominent le paysage béninois. Il s'agit des formes de relief "résiduelles" au nord et des formes de relief "normales" au sud. Elles dégagent trois types de modelé qui se caractérisent par la dominance: d'une morphologie tabulaire, au sud et au centre; d'une morphologie vallonnée, au centre et au nord; et d'une morphologie chaotique au nord-ouest sur les bordures des chaînes quartzitiques du massif de l'Atacora.

Les formations rocheuses rencontrées sont de deux types: des formations anciennes, d'âge précambrien, constituant ce que l'on a coutume d'appeler le socle granito-gneissique, des formations sédimentaires plus récentes, primaire, secondaire et tertiaire reposant en discordance sur les formations précédentes.

Schéma dimatologique

La situation, l'extension et le relief du Bénin sont tels qu'ils introduisent de nombreuses variantes dans la répartition et l'intensité de la pluviométrie et de l'évapotranspiration. Ces deux dernières données ont permis de distinguer trois grandes zones climatiques:

La zone littorale et sub-littorale caractérisée par l'alternance de deux saisons de pluie et deux saisons sèches. La pluviométrie moyenne annuelle varie, le long de la côte, de 800 mm à la frontière togolaise à 1400 mm à la frontière nigériane. Elle croît également du sud vers le nord. La comparaison des courbes d'évapotranspiration potentielle et de pluviométrie fait ressortir un déficit d'environ 130 mm en décembre-janvier et un excédent de 90 mm en juin.

- La zone de transition traduit la disparition progressive du minimum pluviométrique entre les deux maximums de pluie. La pluviométrie moyenne annuelle oscille entre 1000 et 1200 mm. Elle est plus élevée à l'ouest qu'à l'est. Les déficits et excédents sont plus accentués que dans la zone précédente. C'est un climat de type soudano-guinéen. La zone nord: il règne dans cette zone un climat de type continental soudano-guinéen passant progressivement au type sahélo-soudanais à l'extrême-nord. Ces climats se caractérisent par la succession dans l'année d'une seule saison sèche et d'une seule saison des pluies. Le déficit hydrique est très marqué en saison sèche.

Schéma phytosociologique

La végétation en République du Bénin est fortement dégradée par l'homme au voisinage des principaux axes de communication et dans les secteurs de

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forte colonisation. Elle présente du sud au nord des caractéristiques propres aux formations climatiques suivantes: bush arbustif, savane arborée, forêt claire et savane arbustive.

Le bush arbustif est une formation très dense non stratifiée, à tapis herbacé inexistant qui couvre la zone sédimentaire sud. Il se développe sous le climat à deux saisons sèches et deux saisons des pluies du sud du pays.

La savane arborée couvre la partie du socle située immédiatement au nord de la zone sédimentaire, sous une pluviométrie annuelle de 1000 à 1100 mm répartie en deux saisons des pluies. Le passage régulier de feux de brousse entraîne le développement d'un sous-bois herbacé dominé par Andropogon gayanus et Byparhenia rufa.

La forêt claire à tapis herbacé clairsemé est située dans les régions les plus humides du centre et nord du pays (pluviométrie oscillant entre 1200 et 1350 mm). A Bassila et Djougou on retrouve même des ilôts d'anciennes forêts mésophiles à Khaya senegalensis et Chlorophora excelsa.

La savane arbustive couvre particulièrement l'extrême-nord du pays à pluviométrie unimodale comprise entre 1100 et 900 mm. Le développement de la végétation est moins marqué que dans la savane arborée; les espèces sont plus petites et plus clairsemées avec cependant plus d'épineux comme Acacia sieberana.

LES PRINCIPAUX TYPES DE SOLS ET LEURS PROPRIETES PHYSIQUES ET HYDRAULIQUES

Schéma pédologique

Au Bénin, il existe quatre catégories de sols dominants (Fig. 1) dont la répartition géographique du sud au nord se présente comme suit: - sur le cordon sableux du littoral, des sols minéraux bruts et peu évolués;

dans le bassin sédimentaire sud, des sols rouges ferralitiques formés sur le "Continental Terminal"; dans la dépression de la Lama qui correspond à une entaille réalisée dans le bassin sédimentaire sud et qui met à nu des marnes et argiles de l'éocène se développent des Vertisols; dans les vallées alluviales et plaines inondables on trouve des sols alluviaux hydromorphes plus ou moins sableux ou argileux; dans la partie centrale et au nord du pays à socle granito-gneissique, granitique ou à schistes se forment essentiellement des sols ferrugineux tropicaux plus ou moins sableux.

Les propriétés physiques et hydrauliques des sols

Les propriétés physiques et hydrauliques constituent des composantes de base de la fertilité d'un sol. Elles représentent une vaste fonction intégrant à la fois tout un ensemble de variables telles que: l'état physique, la texture, la struc­ture, la profondeur, la perméabilité, l'eau utilisable du sol, etc.

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Sols minéraux bruts peu évolués et sableux du cordon littoral

Sols rouges ferrallitiques formés sur le "Continental Terminal"

Vertisols et sols à caractères vertiques formés sur des marnes et argiles de l'éocène

Sols hydromorphes plus ou moins sableux ou argileux

Sols ferrugineux tropicaux plus ou moins sableux

Fig. 1 Les grands types de sols dominants au Bénin.

Ces différentes composantes de la fertilité du sol seront prises en compte dans l'appréciation des propriétés physiques et hydrauliques des sols au Bénin.

Les sols minéraux bruts et les sols peu évolués du cordon littoral Ces sols forment un liseré continu de l'ouest à l'est avec une largeur toujours inférieure à 1 km.

L'analyse granulométrique montre l'absence totale d'éléments fins. Le matériau est essentiellement sableux à sable grossier sur une profondeur supérieure à 2 m:

la perméabilité appréciée par la mesure de la conductivité hydraulique suivant la méthode de Muntz (double cylindre) est très élevée (K > 25 cm h"1: très rapide); la capacité de rétention en eau est très faible; la réserve hydrique est d'environ 40 mm à 30 cm et 70 mm à 60 cm de profondeur dans ces sols.

Les sols minéraux bruts ou peu évolués développés sur matériaux durs (socle granito-gneissique, schiste, etc.) Ils se différencient sur les principaux massifs granito-gneissiques sur les collines schisteuses des régions de

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Boukombé (nord-ouest Bénin) et en bordure de la vallée du Mono (sud-ouest Bénin).

Ils présentent des caractères physiques et hydrauliques défavorables: faible épaisseur (quelques centimètres);

- texture légère (sols sableux 80-90% de sable avec plus de 60% de sable grossier); forte pierrosité; forte érodibilité (K > 0.6); la réserve en eau avoisine 50 mm; la structure est particulate.

Les sols minéraux ou peu évolués développés dans les apports alluviaux Us se localisent au pied des massifs quartzitiques. Ils ont une texture moins légère que dans les sols précédents à dominance limoneuse et souvent homogène: - la profondeur utile est importante avec la possibilité d'irrigation; - forte pierrosité; - érodibilité faible (K z 0.15);

la réserve en eau est au-dessus de la moyenne, elle varie de 85 à 135 mm entre 30 et 60 cm de profondeur; la structure est bonne, grumeleuse à polyédrique subangulaire fine en surface. Ils représentent en tout environ 20% des sols du Bénin.

Les sols ferrallitiques Ils sont caractérisés par une altération très poussée des minéraux primaires par des eaux chaudes et diluées qui arrivent sur un matériau primitif dans un milieu à drainance élevée. Un ensemble de processus d'hydrolyse et d'oxydation conduit à la transformation de ces minéraux silicates primaires en argile de type kaolinite et en hydroxydes cristallisés après élimination de la silice et des bases. Ils occupent 10% des sols du Bénin. Nous distinguons deux catégories dans ces sols.

La première catégorie englobe: les sols formés sur sédiments meubles argilo-sableux du Continental Terminal ("terres de barre"), les sols sur minéraux argilo-sableux remaniés et grès sur sédiments du crétacé. La deuxième catégorie comporte les sols appauvris indurés sur grès,

sédiments sablo-argileux du crétacé. Ces deux catégories de sol ont des propriétés physiques légèrement

différentes. Les sols de la première catégorie sont les mieux représentés dans le sud

Bénin. Us occupent la totalité des plateaux sud: plateau de Porto Novo-Sakété-Pobè, plateau d'Allada, plateau de Comé-Bopa, plateau de Kétou, plateau d'Abomey, plateau d'Aplahoué. Ils sont assez sableux en surface avec 5 à 15% d'argile. Ce taux passe rapidement à 35% entre 30 et 60 cm de profondeur puis à 45 et même 50% au-delà de cette profondeur. Ils présentent une structure particuliaire à grumeleuse en surface, une structure polyédrique moyenne peu apparente dans l'horizon d'accumulation. L'indice

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d'instabilité structurale de Henin (Is) est bon (<1) en surface (10-30 cm) et moyen (1-3) en profondeur. L'indice d'érodibilité (K) de l'équation de prévision de l'érosion, déterminé avec le nomographe de Wischmeier (1962) est assez bon (=$.05) en surface, moyen (£0.1) en profondeur. Le drainage interne est toujours parfaitement assuré. La perméabilité (K') (conductivité hydraulique) est bonne et varie entre 5 et 8 cm h"1 en surface et devient moyenne (3-6 cm h"1 en profondeur). La réserve d'eau dans ces sols est sensiblement constante et varie entre 40 et 50 mm à 30 cm du sol puis entre 60 et 70 mm à 60 cm du sol.

Ceux qui sont formés sur Continental Terminal présentent après la pluie et avant le ressuyage un aspect boueux et très glissant; ce qui leur a valu l'appellation de la "terre de barre".

Ces sols ont en général de bonnes propriétés physiques et hydrauliques; néanmoins leur réserve en eau est assez faible et leur structure peut se dégrader rapidement s'ils sont cultivés sans une bonne technique de maintien du stock organique.

Les sob ferralMques appauvris indurés sur grès: Ils sont sableux en surface avec 10 à 20% d'argile et argileux en profondeur (40-50% d'argile). Le taux de limon y est compris entre 3 et 7%. Les structures des horizons de surface et celles des couches profondes ne sont pas fondamentalement différentes de celles de la terre de barre. Mais l'indice d'instabilité est ici légèrement meilleur (<1 en surface, et 1.5 en profondeur). L'indice d'érodibilité (nomographe de Wischmeier) est bon (0.07 en surface) mais presque moyen (de 0.1 à 0.2) en profondeur. La perméabilité, moins bonne que sur terre de barre, reste assez moyenne. La réserve d'eau est de l'ordre de 60 mm dans les horizons de profondeur. Ils sont assez peu profonds (moins de 1 m); ils sont souvent graveleux et présentent une cuirasse peu profonde. Ces sols ont des contraintes physiques plus importantes que dans la terre de barre. Leurs propriétés physiques vis-à-vis de la rétention d'eau ne sont pas compensées comme dans le cas des terres de barre par leur grande épaisseur. Les Vertisols Ce sont des sols à profils A (B) Cg ou A (B) Cg plus

ou moins homogénéisés ou irrégulièrement différenciés par suite des mouve­ments internes, s'exprimant par la présence de larges agrégats gauchis et faces striées au moins à la base du profil et souvent aussi par la présence d'un micro-relief "gilgaï" et d'effondrement. On y constate de larges fentes de dessiccation et une structure polyédrique à prismatique grossière, au moins en (B).

Ils occupent l'ensemble de ce qu'on appelle de façon générale la "dépression de la Lama" où affleurent les argiles marnes et calcaires des formations du paléocène et de l'éocène.

Leurs propriétés physiques et hydrauliques changent suivant la nature de

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leur drainage externe. Nous distinguerons donc: les Vertisols sans drainage externe, les Vertisols à drainage externe. Les Vertisols sans drainage externe sont le type de Vertisol le plus

largement répandu au Bénin. Us sont très argileux à dominance d'argile gonflante; les teneurs d'argile varient de 55 à 70%. Une argile de couleur grise en profondeur mais légèrement lessivée et riche en humine dans l'horizon de surface:

Le sol a toujours une bonne structure grumeleuse dans les 5 à 10 premiers centimètres, en profondeur elle s'élargit et devient prismatique. La stabilité de la structure est bonne dans tout le profil, l'indice d'instabilité de Henin est de l'ordre de 1.2. La perméabilité est faible à moyenne, la conductivité hydraulique (double cylindre) donne des valeurs de 1 à 3 cm h"1. L'indice d'érodibilité varie entre 0.1 et 0.2. La réserve d'eau est faible de 120 à 170 mm, alors que les teneurs en eau au point de flétrissement sont de 20 à 30%. Les Vertisols à drainage externe sont peu représentés au Bénin et

occupent les petits dômes peu marqués qui correspondent à des bancs calcaires sub-affleurants que l'on rencontre çà et là dans la dépression de la Lama:

La texture est nettement argileuse avec des taux d'argile de 60 à 80%. La structure est fine et grumeleuse sur les 10 cm supérieurs, fine et anguleuse de 10 à 30 cm. A partir de cette profondeur elle devient prismatique à faces de glissement gauchies et avec présence de modules calcaires. L'indice d'instabilité est autour de 0.8. La réserve d'eau du sol est également faible; elle est d'environ 170 mm, l'humidité au point de flétrissement est de 50%. Leur profondeur est parfois limitée par un banc calcaire (si m). Les propriétés physiques et hydrauliques des Vertisols sont très

moyennes voire médiocres quant à la perméabilité et la quantité d'eau réellement disponible aux plantes.

Les sols alluviaux hydromorphes Ce sont des sols qui sont formés ou qui évoluent dans une ambiance physico-chimique d'anoxymorphie favorisant des phénomènes d'oxydo-réduction.

Ils occupent les vallées des fleuves Ouémé, Mono, Zou, Couffo ainsi que celles du fleuve Niger et ses affluents.

Ils sont de texture sableuse à sable grossier quand ils correspondent aux formations littorales sableuses. Sur les bourrelets de berge des fleuves, ils ont une texture plus lourde, 30 à 60% d'argile en surface.

Ils sont en général finement structurés en grumeleux ou grumelo-polyédrique en surface avec un indice d'instabilité structurale <1. Mais elle devient médiocre en profondeur (>20 cm); l'indice d'instabilité structurale devient supérieur à 1.5.

Ces sols sont profonds (>1 m), leur perméabilité est moyenne en surface (K = 4-5 cm h"1) et faible en

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profondeur (1 à 2 cm h"1), l'indice d'érodibilité de ces sols est moyen avec une valeur comprise entre 0.1 et 0.2, leur réserve hydrique est faible; elle est d'environ 75 ou 100 mm. Les sols alluviaux hydromorphes ont à l'instar des Vertisols des

propriétés physiques et hydrauliques moyennes à médiocres; mais ceux formés sur alluvions sablo-limoneuses ont une perméabilité plus élevée mais une réserve hydrique plus faible.

Les sols ferrugineux tropicaux lessivés Ds sont caractérisés par une altération forte mais moins poussée que dans le cas des sols ferrallitiques avec une géochimie caractérisée par l'accumulation d'hydrates ferriques associés à très peu d'oxydes aluminiques.

Ce sont les sols les mieux représentés au Bénin où ils couvrent 60 à 70% de la surface totale du pays. Us se répartissent au nord des formations sédimentaires côtières, sous divers climats: climat de transition à deux saisons entre le 7° et le 9° parallèle, climat soudano-guinéen du 9° au 12° parallèle, climat soudanien à l'extrême nord.

D'une façon générale ce sont des sols dont les caractéristiques physiques et hydrauliques sont encore moins bonnes que dans les sols ferrallitiques. Ces caractéristiques varient suivant le drainage et le matériau originel. A ce titre nous distingons trois grands groupes de sols ferrugineux tropicaux lessivés:

les sols ferrugineux tropicaux lessivés bien drainés évoluant sur granite leucocrate, les sols ferrugineux tropicaux lessivés à engorgement de profondeur, les sols ferrugineux tropicaux lessivés mal drainés. Les sols ferrugineux tropicaux lessivés sur granites leucocraîes évoluent dans

la zone de transition où se mêlent les influences soudano-guinéennes et celles du climat côtier béninois. La pluviométrie annuelle est comprise entre 1050 et 1200 mm. Leur morphologie est fortement conditionnée par les caractéristiques de la roche-mère. L'altération de celle-ci a donné naissance à des arènes sableuses grossières de faible épaisseur.

Ils ont une texture légère (sableux dans tous leurs profils) les teneurs en argile varient de 5 à 25%. La structure est particulaire en surface et tendant vers polyédrique subangulaire en profondeur. L'indice d'instabilité structurale est compris entre 0.8 et 3 de la surface en profondeur. La permabilité est élevée, la conductivité hydraulique varie de 5 à 10 cm h"1. La réserve hydrique est très faible, elle varie autour de 30 à 40 mm. Les sob ferrugineux tropicaux lessives à engorgement de profondeur

couvrent tout le centre Bénin à pluviométrie moyenne de 1100 1200 mm d'eau répartis en une ou deux saisons des pluies avec une grande saison sèche bien marquée. Ils possèdent à partir de 100-150 cm, un horizon bariolé; les taches d'abord diffuses deviennent de plus en plus nettes. Ces sols évoluent sous un manteau d'altération d'épaisseur moyenne; ce manteau correspond à une zone d'hydromorphie temporaire où se poursuivent les actions de

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ségrégation des hydroxydes de fer. Ces sols sont caractérisés par une texture limono-sableuse en surface et

argilo-sableuse en profondeur. Le taux d'argile passe de 6 ou 10% à 35 ou 40% de la surface en profondeur; les teneurs en sable au contraire passent de 75% à 40%.

Leur structure d'ensemble est polyédrique subangulaire moyennement développée. L'indice d'instabilité structurale varie de 0.8 en surface à 2 en profondeur. Leur indice d'érodibilité varie autour de 0.2. Ils sont assez perméables en surface avec une conductivité hydraulique de 4-6 cm h"1, mais en profondeur elle baisse sensiblement pour atteindre 2 ou 3 cm h"1. Leur réserve hydrique est faible, elle est de 40 mm dans les 30 premiers centimètres et 120 mm en profondeur. Les sols Jêrrugineux tropicaux lessivés mal drainés sont caractérisés par

des taches et trainees sur un fond beige dès les 10 premiers centimètres. Ces taches sont d'abord diffuses puis deviennent plus nettes et progressivement plus indurées en profondeur.

La texture d'ensemble est généralement marquée par une nette prédominance des fractions limons grossiers et sables fins sur la fraction sables grossiers. Elle est donc limoneuse à limono-sableuse en surface et limono-argileuse ou argileuse en profondeur. La structure est assez peu développée particulière dans l'horizon A et de type polyédrique moyen en profondeur. L'indice d'instabilité structurale autour de 1 en surface atteint 2 ou 3 dans les horizons de profondeur.

- La profondeur de ces sols est souvent faible (<1 m) à cause de l'hydromorphie ou de la charge graveleuse importante. La perméabilité est moyenne (2-3 cm h"1) en surface et médiocre (^1 cm h"1) en profondeur. La réserve hydrique est faible à moyenne avec des valeurs de 70 à 90 mm.

CONCLUSION

Compte tenu des caractéristiques des sols béninois, ils peuvent être répartis en deux grandes catégories:

Les sols développés sous un climat à deux saisons sèches et deux saisons de pluie et sous une végétation de bush arbustif dense du sud. Les sols développés sous un climat à une saison sèche et une saison de pluie et sous une végétation de savane. Les sols de la première catégorie ont de bonnes propriétés physiques à

savoir: grande perméabilité, grande profondeur, forte résistance à l'érosion, et indice d'instabilité structurale bon à moyen. Mais leur réserve hydrique est faible.

Les propriétés physiques de la deuxième catégorie de sols sont moins bonnes: perméabilité moyenne, profondeur parfois assez réduite, résistance moyenne à l'érosion, indice d'instabilité structurale moyen à élevé, et faible

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réserve hydrique. Il se dégage alors de cette étude une caractéristique commune à ces

deux catégories de sols. H s'agit de leur faible réserve hydrique. Cette déficience grave des sols en général au Bénin est l'une des principales causes des mauvais rendements des cultures dès que la régularité pluviométrique n'est plus assurée. Le sol se dessèche rapidement et les plantes flétrissent.

En dehors de cette insuffisance générale des sols béninois il faut ajouter que ceux de la zone soudano-guinéenne, de la savane ont plus de contraintes physiques au développement. Leur dégradation s'accélère dès leur mise en culture, ils doivent donc être exploités avec plus de délicatesse en mettant en oeuvre les techniques de conservation adaptées.

REFERENCES

Adjanohoun, E. (1976) Conservation de la végétation et de ses espèces dans l'Afrique au sud du Sahara.

Aubert, G. & Segalen, P. (1966) Classification des Sols. Azontonde, H. A., Youssouf, I. & Lawani, M. (1989) Etude pédologique ai 1/10.000° des

fermes semencières du Bénin. Projet PNUD/FAO BEN/84/010 "Formulation de Projets semences".

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1/1.000.000°.