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Activation du compostage de paille de riz par effet du phosphore: valorisation des résidus de récolte


par Moctar TRAORE
Université Félix Houphouet-Boigny de Cocody  -  Master en Sciences de la terre Option : Pédologie 2018
  

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ANNÉE UNIVERSITAIRE : 2018-2019

République de Côte d'Ivoire

~~~~~~~~~~~~~

Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Félix HOUPHOUET-BOIGNY de Cocody

Département des Sciences du Sol

UFR des Sciences de la Terre et des Ressources Minières

N° d'ordre :

MÉMOIRE

Pour l'obtention du diplôme de MASTER

en Sciences de la terre
Option
: Pédologie
THÈME

ACTIVATION DU COMPOSTAGE DE PAILLE

DE RIZ PAR EFFET DU PHOSPHORE :

Valorisation des résidus de récolte

Présenté par :

TRAORE Moctar

Date de soutenance : 10/12/2019

Directeur de mémoire : Dr. Brahima

Composition du jury

KONÉ

Président : Prof. KOUAME Fernand

Directeur : Dr. Brahima KONÉ

Examinateur : Dr. BONGOUA-Devisme

Affi Jeanne

i

DÉDICACE

À LA MÉMOIRE DE MA MÈRE ET MES TANTES
J'aurais tant aimé que vous soyez présents.

Que Dieu ait pitié de vos âmes dans sa sainte miséricorde.

ii

REMERCIEMENTS

Ce mémoire est le fruit des efforts consentis par plusieurs personnes. Nous voudrions en
lignes de ce mémoire leur exprimer notre profonde gratitude. Nos remerciements vont tout
d'abord à Madame le Ministre Bakayogo Ly-Ramata qui nous a exhortés à entreprendre
cette étude avec beaucoup d'encouragement. Dans la même veine, nos remerciements vont
l'endroit des responsables de l'Unité de Formation et de Recherche des Sciences de la Terre et
des Ressources Minières (UFR-STRM) pour nous avoir acceptés dans cette UFR. Nous
voudrions citer en premier le Professeur SORO Nagnin, Doyen de l'UFR-STRM pour avoir
autorisé mon inscription en Master 2.

À Professeur COULIBALY Aoua Sougo, Vice-Doyen en charge de la recherche de l'UFR-STRM, Spécialiste en Géochimie Environnementale. Je voudrais ici, adresser mes sincères remerciements et ma profonde gratitude pour la fierté que vous inspirez pour le genre. A Docteur KOUADIO Emmanuel, Vice-Doyen en charge de la pédagogique toutes mes salutations à vous Monsieur, et toute l'administration de ladite UFR.

Aux Professeurs AKA Kouamé et BIEMI Jean, Doyens honoraires de l'UFR STRM, pour leur esprit de développement de la recherche scientifique au sein de l'UFR STRM.

Aux Professeurs DIGBEHI Zéli Bruno et Mondé Sylvain, ainsi que tous les autres formateurs de l'UFR STRM, pour leur rigueur qu'ils nous inculquent sans cesse.

Le Professeur YAO-Kouamé Albert, Directeur du Département des Sciences du Sol, pour m'avoir accueilli au sein de son Département.

Le Docteur Brahima KONÉ, Directeur de ce Master, pour m'avoir permit de faire mes premiers pas dans la recherche. Par son goût du travail, sa sympathie et sa simplicité, il a su me guider et m'a permis de prendre confiance en moi, merci Docteur.

Le Docteur ETTIEN Jean Baptiste, pour ses conseils et sa contribution à l'encadrement des

étudiants ;

Le Docteur BONGOUA-Devisme Affi Jeanne pour son aide et ses critiques dans le but de parfaire ce document.

Les Docteurs BOLOU Emile Bolou-Bi et BOIDOU Oi Boidou Felix pour leurs conseils et encouragements.

Le Docteur OUATTARA Djakalia, Directeur du Centre National de Floristique (CNF) pour avoir accepté la conduite de nos travaux au sein de cette institution. Je voudrais témoigner ma profonde gratitude à ma famille : mon père Amadou TRAORE et ma tante FEU Nakou DOUMBIA, mes frères Gaoussou KONE, Mohamed TRAORE, Ousmane TRAORE et Nouhoum TRAORE, Sory Ibrahima TRAORE, Brahima TRAORE, Sekou GUINDO,

iii

mes soeurs Fatoumata TRAORE, et Djénèba TRAORE, pour leur amour, leur affection, leur encouragement, leur prière, leurs soutiens moral et financier tout au long de mes études. Mes sincères remerciements vont à l'endroit des Doctorants, en particulier KOUAKOU Sainte Adélaïde Ahya Edith, N'GATTAH Kraidy Armel, pour leur collaboration et leur soutien. Merci également à tous mes amis des UFR STRM-CURAT, en particulier, DIARRA Adama, Moussa SANGARE, KEÏTA Djibril, OUATTARA Kassoum, AKA Kadio Saint Rodrigue, LIEBA Gnakabi Arnaud Carlintheau, MÉITÉ Bamo Abdoul Razak et KOUAKOU Konan Paul, KOFFI Ahou Clarisse, Fahimat YUSSUF pour leur sympathie, leur disponibilité et encouragements.

iv

TABLE DES MATIERES

LISTE DES ABRÉVIATIONS vii

LISTE DES FIGURES viii

LISTE DES TABLEAUX x

RESUME xi

ABSTRACT xii

INTRODUCTION GÉNÉRALE 1

PREMIÈRE PARTIE : GÉNÉRALITÉS 4

CHAPITRE I : AMENDEMENT ORGANIQUE ET COMPOSTAGE 5

I.1 : MATIÈRE ORGANIQUE DU SOL 5

I.1.1 : Types de matières organiques 6

I.1.2 : Dynamique de la matière organique 8

I.1.3 : Dégradation des composants chez les différents types de végétaux 8

I.1.4 : Facteurs influençant la dynamique de la matière organique 9

I.2 : COMPOSTAGE 10

I.2.1 : Définition du compostage 10

I.2.2 : Processus du compostage 11

I.2.3 : Modes de compostage 12

I.2.4 : Stades d'évolution et caractéristiques du compostage 13

I.2.5 : Qualité du compost 16

I.3 : AMENDEMENT ORGANIQUE DU SOL 16

I.3.1 : Amendements organiques 17

I.3.2 : Amendements minéraux 17

I.4 : NOTION DE STABILISATION DU SOL EN CARBONE 17

I.5 : NOTIONS DE COEFFICIENT ISO-HUMUS ET DE MINERALISATION 17

I.6 : NOTION D'EQUIVALANT FERTILISANT 18

I.7 : PAILLE DU RIZ 18

I.7.1 : Caractéristique chimique de la paille du riz 18

I.8 : Phosphate naturel du Togo 18

CONCLUSION PARTIELLE 19

CHAPITRE II : MICROORGANISMES ET NUTRITION MINÉRALE DU RIZ 20

II.1 : ORGANISMES DÉCOMPOSEURS 20

II.1.1 : Micro-Organismes 20

II.1.2 : Macroorganismes 20

II.2 : ORIGINE DU RIZ 21

v

II.2.1 : Description du riz 22

II.2.2 : Nutrition minérale du riz 24

II.2.3 : Exigences écologiques du riz 24

CONCLUSION PARTIELLE 25

DEUXIÈME PARTIE : 26

CHAPITRE III : MATÉRIEL 27

III.1 : SITUATION GÉOGRAPHIQUE DE LA ZONE D'ÉTUDE 27

III.2 : CLIMAT DE LA VILLE D'ABIDJAN 27

III.3 : GÉOLOGIE 28

III.4 : Caractéristique du sol du site d'étude 28

III.5 : MATÉRIEL D'EXPÉRIMENTATION 29

III.6 : MATÉRIEL TECHNIQUE DE TERRAIN 30

III.7 : MATÉRIEL DE LABORATOIRE 31

III.8 : MATÉRIEL INFORMATIQUE 32

CONCLUSION PARTIELLE 33

CHAPITRE IV : MÉTHODES 34

IV.1 : COMPOSTAGE 34

IV.1.1 : Préparation de l'aire d'expérimentation 34

IV.1.2 : Préparation des traitements de phosphore 34

IV.1.3 : Préparation de la paille de riz 34

IV.1.4 : Mise en place du dispositif de compostage 34

IV.1.5 : Collecte des données du compost 35

IV-2 : TEST AGRONOMIQUE 37

IV.2.1 : Collecte des données agronomiques 38

IV.2.1 : TRAITEMENT STATISTIQUE 39

CONCLUSION PARTIELLE 39

TROISIÈME PARTIE : 40

CHAPITRE V : RÉSULTATS 41

V.1 : Caractéristique chimique du phosphate naturel, du sol et de la paille 41

V.2 : Évolution de la température 41

V.3 : Évolution du pH 42

V.4 : Evolution du carbone totale (C%) 43

V.5 : Évolution de l'azote total 43

V.6 : Rapport carbone sur azote (C/N) 44

vi

V.7 : Potentiel Hydrogène en fonction du rapport Carbone sur azote (C/N) au traitement

témoin (T0) 44

V.8 : Evolution du pH et du C/N en fonction de traitement témoin (T1) 45

V.9 : Evolution du pH et du C/N en fonction de traitement témoin (T2) 45

V.10 : Evolution du pH et du C/N en fonction de traitement témoin (T3) 46

V.11 : Évolution de la matière organique 46

V.13 : Qualité du compost obtenu 47

V.14 : Rendement de compost 47

V.15 : Évolution du macrofaune 48

V.16 : Potentiel mycorhizien 49

V.17 : Dénombrement de la microfaune totale (MT) et solubilisatrices de phosphate (MST)

50

V.18 : Étude des paramètres agronomiques et morphologiques du riz 51

V.19 : Test de germination 51

V.20 : Hauteur moyenne des plantes 53

V.21 : Durée du cycle physiologique 53

V.22 : Étude des paramètres de rendement 54

CONCLUSION PARTIELLE 56

CHAPITRE VI : DISCUSSION 57

VI.1 : Impact des caractéristiques du compost sur la qualité 57

VI.3 : Impact des paramètres agronomique sur le riz 59

CONCLUSION PARTIELLE 60

CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVE 61

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES 62

ANNEXES xii

vii

LISTE DES ABRÉVIATIONS

CNF : Centre National de Floristique

CNRA : Centre National de Recherche Agronomique

ETM : Elément-Trace Métallique

JAS : Jours Après Semis

NB : Nutrient Broth

P : Phosphore

p.c. : pourcent

PN : Phosphate Naturel

PN T : Phosphate Naturel du Togo

PVK : PikoVsKaia

T0 : Témoin

T : Traitement

K1 : coefficient d'humification

K2 : coefficient de minéralisation

viii

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Les quatre voies de l'humification (Stevenson, 1994) 6

Figure 2: Évolution générale des substances organiques dans le sol (Morel, 1996) 9

Figure 3 : différents modes de compostage en milieu aérobie (A : compostage en composteur ;

B : Le compostage en tas ; C : Le compostage en fosse) Source : Gonkanou, 2018 13
Figure 4: Courbe théorique d'évolution de la température au cours du compostage (Kaboré,

2015) 15

Figure 5 : Plante de riz au stade de reproduction (ADRAO, 1995). 22

Figure 6: Différentes phases de développement d'un riz à cycle moyen (ADRAO, 1992). 23

Figure 7: Localisation de la zone d'étude à l'Université Félix Houphouët-Boigny 27

Figure 8: Diagramme ombrothermique de la région d'Abidjan en 2018 28

Figure 9 : Matériel expérimental : a) FAFA (IDSA), b) Paille de riz, c) Phosphate naturel 29

Figure 10: Matériel de laboratoire: a) Etuve, b) Autoclave, c) Balance, d) Centrifuge, 32

Figure 11: Dispositif expérimental de compostage aérobie 35

Figure 12 : a) Dispositif ; b) Piquetage de 1 m2 37

Figure 13 : Évolution de la température au cours du compostage (S1 à S9) 42

Figure 14 : Évolution du pH durant les dernières semaines (S7 à S9) du compostage 42

Figure 15 : Évolution du C (%) durant les dernières semaines (S7 à S9) du compostage 43

Figure 16 : Évolution du pourcentage d'azote (% N) durant les dernières semaines (S7 à S9)

du compostage 43

Figure 17 : Évolution du C/N durant les dernières semaines (S7 à S9) du compostage 44

Figure 19 : Evolution du pH et le C/N dans le traitement (T1) durant les dernières semaines

(50 à 62 jours) du compostage 45
Figure 20 : Evolution du pH et le C/N dans le traitement (T2) durant les dernières semaines

(50 à 62 jours) du compostage 45
Figure 21 : Evolution du pH et le C/N dans le traitement (T3) durant les dernières semaines

(50 à 62 jours) du compostage 46
Figure 22: Évolution de la MO dans le traitement (T3) durant les dernières semaines (50 à 62

jours) du compostage 46
Figure 23 : Évolution des taux de décomposition durant les dernières semaines (50 à 62 jour)

du compostage 48
Figure 24 : Diversité spirale durant les dernières semaines (S7 à S9) du compostage (1. type 1

(marron); 2. type 2 (noir); 3. type 3 (beige)). 49

Figure 25 : Évolution du taux de germination (%) sous les traitements 51

ix

Figure 26 :Hauteur moyenne du riz pour chacun des traitements 53

Figure 27 : Valeur moyenne de la durée du cycle en fonction des Traitements 53

Figure 28 : Rendement moyen grain par traitement (Pr>F = 0, 86) (les moyennes suivies par

les mêmes lettres, ne sont pas statistiquement différentes au seuil de á= 0, 05). 54
Figure 29 : Présente les valeurs moyennes du rendement en paille (RDP) en fonction des traitements pour Pr>F = 0, 36 (les moyennes suivies par les mêmes lettres, ne sont pas

statistiquement différentes au seuil de á= 0, 05). 55
Figure 30 : Valeur moyenne de la matière sèche totale (MST) en fonction des traitements pour Pr>F = 0, 56 (les moyennes suivies par les mêmes lettres, ne sont pas statistiquement différentes

au seuil de á= 0, 05) 55
Figure 31 : Valeur moyenne de l'indice de récolte (IR) en fonction des traitements pour Pr>F= 0, 75 (les moyennes suivies par les mêmes lettres, ne sont pas statistiquement différentes au

seuil de á = 0,05). 56

x

LISTE DES TABLEAUX

Tableau I: Qualité de compost selon les caractéristiques physico-chimiques 16

Tableau II: Concentrations de N, P, K, Ca, Mg et Zn dans la paille de riz 18

Tableau III : Composition de phosphate naturel du Togo 19

Tableau IV : Exemple, de la quantité d'êtres vivants que l'on peut trouver dans un kilo de

compost en activité. 21

Tableau V: Fiche descriptive du riz FAFA (IDSA10). 30

Tableau VI : Caractéristiques des traitements de phosphore apporté en P2O5 34

Tableau VIII : Caractéristiques physico-chimiques du sol dans la profondeur 0 - 20 cm 29

Tableau VIIII : Caractéristiques chimiques du phosphate naturel, du sol et de la paille 41

Tableau IX : Caractéristiques chimiques du compost 47

Tableau X : Masse de compost obtenue par traitements appliqués 48

Tableau XI : Population macrofaune pendant le compostage (nombre de macrofaune / m2) 49 Tableau XII : Potentiel mycorhizien durant les dernières semaines (50 à 62 jours) du

compostage (nombre de spores / g compost) 50

Tableau XIII : Dénombrement de MT et MST (nombre de bactéries / g compost) 51

Tableau XIV : Variation moyenne de la hauteur et du nombre de talles en fonction des stades

physiologiques. 52

xi

RESUME

La faible teneur en matière organique des sols africains constitue une contrainte majeure pour la production végétale, alors qu'il existe une quantité importante de résidus de récolte inexploitée à cette utilité. La décomposition de la paille du riz étant lente, un prétraitement a été envisagé avec du phosphore à l'Université Félix Houphouët Boigny plus précisément au Centre National Floristique (CNF). Un compostage aérobie a été réalisé en mettant en place un dispositif expérimental de blocs complets randomisés de quatre doses de phosphore (T : 0 kg de P, T1 : 0,25 kg de P, T2 : 0,5 kg de P, T3 : 0,75 kg de P) pour 1,5 kg paille de riz en trois (3) répétitions. Les paramètres étudiés sont : les paramètres pédologiques (la température, le pH, le taux de décomposition (Td), la microfaune, le carbone, l'azote et les métaux lourds (ETM)) et les paramètres agronomiques (la croissance et les composantes de rendement). Le compostage a été plus rapide (50 jours) sous le traitement T1 avec un rendement de (90 %), une teneur en azote de (0,15 %), un nombre de faunes de (9) et un nombre de bactéries de (1,9206 × 10+12/g compost) mais avec un faible rendement en grain de riz. Une plus grande croissance végétative a été relativement observée pour T3 alors qu'aucun effet significatif (P> 0,05) du traitement n'a été observé sur les paramètres agro-morphologiques du riz. Une immobilisation des nutriments par les fortes populations de microfaunes à la fin du processus (9e semaine) a été mise en cause, sans pourtant occulter l'intérêt de l'amendement avec le phospho-compost de la paille du riz induisant des rendements en grain de riz proche des moyennes nationales observées. Il a été recommandé un ratio paille/P de 1,5/0,25 pour raccourcir la durée du compostage aérobie de la paille de riz.

Ainsi, la préservation et la valorisation de nos gisements en phosphate et les résidus de récoltes permettraient d'assurer nos productions agricoles.

Mots clés : activation du compost, paille de riz, phosphore, fertilité du sol, micro-organisme.

xii

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