Définition de zone
Evaluation de l'aptitude des terres: rendements potentiels et appariement
Le but du zonage, lorsqu'on le pratique pour la planification de l'utilisation des terre en zones rurales, est d'identifier des zones homogènes en potentiels et en contraintes de développement. Il est dès lors possible de formuler les programmes spécifiques les plus efficaces pour chaque zone.
Le zonage agro-écologique (ZAE), tel qu'appliqué dans les études de la FAO, définit des zones homogènes sur base de l'interaction des caractéristiques de sols, de la géomorphologie et du climat. Les paramètres spécifiques utilisés dans la définition sont focalisés sur les besoins climatiques et édaphiques des cultures et sur les systèmes de gestion selon lesquels les cultures sont pratiquées. Chaque zone se définit par une combinaison homogène de contraintes et de potentiels pour l'utilisation des terres, et constitue le champ d'application des recommandations formulées pour améliorer les conditions de l'utilisation actuelle des terres, soit en augmentant la production, soit en en limitant la dégradation des terres.
Lorsqu'il est combiné à un inventaire de l'utilisation des terres, exprimé en types d'utilisation des terres et en leurs besoins écologiques spécifiques, le zonage peut alors être utilisé comme base méthodologique pour l'évaluation des ressources en terres. L'apport de couches supplémentaires d'informations, portant sur des facteurs comme la tenure des terres, leur disponibilité, les besoins nutritionnels des populations humaines et animales, les infrastructures et les coûts et prix, a permis le développement d'applications plus pointues dans l'analyse des ressources naturelles et dans la planification de l'utilisation des terres.
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Applications de base et applications de pointe |
Les ZAE peuvent être considérés comme un ensemble d'applications de base, menant à une évaluation de l'aptitude des terres et de la productivité potentielle, et comme un ensemble supplémentaire d'applications plus pointues ou dérivées, qui peuvent être bâties sur les inventaires et résultats des études ZAE de base (figure 1). Les produits des applications de base comprennent des cartes montrant des zones agro-écologiques et l'aptitude des terres; ils incluent également des estimations quantitatives des aires de cultures potentielles, de leur rendement et production. Ces informations forment la base des applications de pointe parmi lesquelles on trouve l'évaluation de la dégradation des terres ou de la capacité de charge démographique, et la modélisation de la productivité de l'élevage ou de l'optimisation de l'utilisation des terres.
Avant d'entamer les procédures ZAE, le futur utilisateur devrait avoir une bonne connaissance des concepts qu'elles impliquent afin de saisir l'utilité et les limitations potentielles de la méthodologie. Les éléments essentiels des applications de base des ZAE comprennent:
· l'inventaire des ressources en terres;
· l'inventaire des types d'utilisation des terres et les besoins des cultures;
· l'évaluation de l'aptitude des terres, incluant:· le calcul des rendements potentiels maximaux
· l'appariement des contraintes aux besoins
FIGURE 1 - Cadre conceptuel des ZAE
La méthodologie et les variables entrant dans un ZAE sont indépendantes de l'échelle utilisée. Cependant, le degré de détail dans la définition des facteurs comme les sols, le climat et les types d'utilisation des terres varie en fonction de l'échelle des cartes et des objectifs de l'étude.
Période de croissance
Régime thermique
Unité cartographique de sols
Inventaire des ressources en terres
Types d'utilisation des terres et adaptabilité des cultures
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Cellules; zones |
La zonage divise une aire en unités plus petites selon des critères de distribution des sols, de morphologie des terres et de climat. Le niveau de détail de définition d'une zone dépend de l'échelle de l'étude, et parfois de la capacité de traitement des données. L'étude ZAE au Kenya (FAO, 1993a) différencie les cellules agro-écologiques (CAE) comme unités de base pour l'évaluation des terres et pour le traitement des données, des zones agro-écologiques qui sont les unités spatiales dérivées de la carte des sols. Tandis que chaque CAE se caractérise par une combinaison unique de caractéristiques pédologiques et climatiques liées à un type de sol particulier, les zones agro-écologiques peuvent contenir plusieurs ensembles de caractéristiques afférentes à différents types de sols au sein de la même unité cartographique. Parfois, des définitions encore plus larges sont appliquées aux zones agro-écologiques, de manière à englober plusieurs unités cartographiques de sols ou plusieurs zones climatiques ayant des propriétés similaires, mais non identiques. L'encart 1 définit les termes relatifs à un zonage agro-écologique.
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ENCART 1: MOTS CLES D'UN ZAE Zonage, zone et cellule agro-écologique Zonage agro-écologique (ZAE): se rapporte à la division d'une étendue de terres en unités plus petites, possédant des caractéristiques homogènes quant à leur aptitude et potentialité de production et d'impact environnemental. Zone agro-écologique: unité cartographique de ressources en terres, définie en termes de climat, de géomorphologie et de sols, et/ou du couvert végétal et possédant un éventail spécifique de potentiels et de contraintes pour l'utilisation des terres. Cellule agro-écologique (CAE): combinaison unique de caractéristiques de géomorphologie, de sols et de climat. La CAE est l'unité de traitement de base pour l'analyse physique dans une étude ZAE. |
Dans la définition d'une zone (ou d'une cellule) agro-écologique, les éléments essentiels sont la période de croissance, le régime de température et l'unité cartographique de sols.
Le concept de période de croissance est essentiel aux ZAE; c'est un moyen d'inclure la périodicité saisonnière dans l'évaluation des ressources en terres. Dans de nombreuses régions tropicales, les conditions sont trop sèches durant une partie de l'année pour permettre la croissance des plantes sans irrigation, tandis que sous régimes climatiques tempérés, la production des cultures est limitée par les basses températures hivernales. La période de croissance définit la période de l'année où sont réunies les conditions de température et d'humidité adéquates pour la production agricole.
FIGURE 2 - Représentation schématique de types de périodes de croissance
La période de croissance constitue un cadre de définitions des variables climatiques pour ensuite les confronter aux besoins et aux probables réponses des plantes. Des paramètres comme les régimes de température, les précipitations totales et l'évapotranspiration, ainsi que les risques climatiques, prennent plus de valeur lorsqu'ils sont calculés pour la période de croissance, durant laquelle ils peuvent influencer la croissance des plantes, plutôt que rapportés comme moyenne sur l'ensemble de l'année.
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Bilan d'humidité |
La terminologie liée à la définition des périodes de croissance et de leurs diverses composantes est donnée dans l'encart 2. L'estimation de la période de croissance est basée sur un modèle de bilan hydrique qui compare les précipitations (P) à l'évapotranspiration potentielle (ETP). Si la période de croissance n'est pas limitée par la température, alors le rapport P/ETP en détermine son début, sa fin et son type. La figure 2 montre les diagrammes P, ETP des quatre types standard de période de croissance.
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ENCART 2: LONGUEUR DE REFERENCE DE LA PERIODE DE CROISSANCE (LPC) La longueur de la période de croissance (LPC) est définie comme la période de l'année durant laquelle dominent les températures permettant La croissance des plantes (T moyenne ³ 5°C) et durant laquelle La somme précipitation + humidité emmagasinée dans le profil du sol dépassé la moitié de l'évapotranspiration potentielle (ETP) (sur base journalière, le sol devrait contenir suffisamment d'humidité accumulée dans son profil pour permettre la germination des graines (dans le modèle, variable fixée à 50 mm)). La LPC peut être interrompue par (i) un intermède sec, par exemple, l'apport en eau par les pluies et par l'humidité du sol tombe sous 0.5 ETP (ou ETa < Eto et (ii) par analogie avec LPCt par une interruption hivernale (dormance ou intermède froid) N.B. Une LPC interrompue par une période de dormance est considérée comme une seule période de croissance, Caractéristiques d'une période de croissance Période de croissance pérenne Pour une période humide se répartissant durant une année entière, P dépasse normalement ETP durant toute cette année, Période de croissance normale P dépasse ETP durant une partie de l'année: les variantes peuvent être comme suit: · Une période de croissance Période de croissance intermédiaire Dans une période de croissance intermédiaire, normalement P ne dépasse pas ETP, sauf durant une partie de l'année: les variantes peuvent être: · Une période de croissance Aucune période de croissance |
FIGURE 3 - Nombre de périodes de croissance et d'épisodes secs par année
Le début de la période de croissance est déterminé par le commencement de la saison des pluies. Les premières pluies tombent sur un sol généralement sec en surface et présentant un important déficit hydrique dans son profil. S'il n'y a pas de réserves en eau, alors la préparation du lit de semis, la germination des graines et le démarrage de la croissance des cultures sont entièrement dépendants de la quantité et de la répartition des pluies précoces.
Des expériences ont montré que l'efficacité des pluies précoces augmente considérablement dès que P atteint ou dépasse ET/2. La période de croissance perdure après la saison des pluies, lorsque les cultures viennent, habituellement, à maturité en profitant de la réserve hydrique accumulée dans le profil du sol. C'est pourquoi, en définissant la longueur de la période de croissance, il importe de prendre en compte l'accumulation de l'eau dans le sol.
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Modelés LPC |
Dans certaines zones, et en particulier dans celles où les précipitations ne suivent pas le modèle monomodal, P peut dépasser ET ou ET/2 pendant deux périodes distinctes ou plus par année, ce qui fait plus d'une LPC par an. Le modèle de la période de croissance représente la fréquence relative de chaque groupe d'années dans la série historique complète. La figure 3 montre différentes fréquences de périodes de croissance. Les plantes répondent de manière nettement différente au fait que la période de croissance est continue ou qu'elle est divisée en périodes humides plus courtes, interrompues par des épisodes secs. Il apparaît dès lors que le nombre de LPC est un facteur important à considérer dans la définition des zones agro-écologiques.
En inventoriant les LPC sur une séquence historique, il est possible d'estimer la distribution de fréquence annuelle de différents LPC. Le tableau 2, tiré de l'étude ZAE au Kenya, identifie 22 modèles recensés de LPC.
TABLEAU 2 - Modèles LPC au Kenya
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Code |
Modèle LPC |
Proportion (%) |
Code |
Modèle LPC |
Proportion (%) |
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1 |
1 |
100 |
12 |
2 |
100 |
|
2 |
H-1 |
60:40 |
13 |
2-1 |
70:30 |
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3 |
1-H |
70:30 |
14 |
2-1-H |
55:30:15 |
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4 |
1-H-2 |
65:20:15 |
15 |
2-1-3 |
55:25:20 |
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5 |
1-2-H |
65:20:15 |
16 |
2-3 |
75:25 |
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6 |
1-2 |
65:35 |
17 |
2-3-1 |
60:25:15 |
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7 |
1-2-3 |
50:35:15 |
18 |
2-3-4 |
50:30:10 |
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8 |
1-3-2 |
40:35:20 |
19 |
2-1-D |
70:15:15 |
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9 |
1-2-D |
40:35:25 |
20 |
3-2 |
60:40 |
|
10 |
1-D-2 |
40:35:25 |
21 |
3-2-1 |
50:35:15 |
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11 |
1-D |
60:40 |
22 |
D |
100 |
Note: 1, 2, 3, et 4 se rapportent au nombre de périodes de croissance au cours d'une année quelconque. H et S se rapportent respectivement aux années qui sont complètement humides (P>ETP) ou complètement sèches (P>ETP/2). La troisième colonne montre la distribution proportionnelle des années avec la fréquence des périodes de croissance indiquées sur la période d'années étudiées.Source: FAO (1993a)
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LPC de Référence |
La plupart des études ZAE utilisent des périodes de croissance de référence, calculées d'après l'ET de Penman pour une plante herbacée de référence. Ce système fournit une base générale au zonage, mais ne prend pas en compte les capacités différentes des plantes à extraire l'humidité du sol. Après que le projet ZAE de la FAO originel eût mené des études à grande échelle, la tendance s'est imposée d'admettre également des figures standard pour les réserves en eau stockées dans le sol vers la fin de la saison de croissance, plutôt que de calculer les capacités actuelles de rétention en eau de types de sols spécifiques. Cependant, l'étude nationale conduite au Bangladesh, là où les réserves en eau du sol sont particulièrement importantes pour les cultures avec humidité résiduelle, montre qu'il est nécessaire d'ajuster la réserve hydrique dans une gamme allant de 0 à 250 mm, selon le type de sol.
A l'aide de données venant du Botswana, le tableau 3 illustre la longueur comparative de la période de réserve hydrique du sol pour trois cultures au stade de maturité sur différents types de sols.
TABLE 3 - Période de réserve hydrique du sol (en jours) pour différents types de sols et de culture
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Culture |
Type de sols | ||||
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ARo |
CMc |
LPe |
LVf |
VRe |
|
Niébé |
25 |
40 |
7 |
52 |
62 |
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Maïs |
28 |
45 |
7 |
58 |
69 |
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Sorgho |
24 |
39 |
7 |
51 |
59 |
ARo: Arénosol ferralique; CMc: Cambisol calcarique; Lpe: Leptosol eutrique; LVf: Luvisol ferrique; VRe: Vertisol eutrique.Postulats: A partir de la capacité au champ, l'humidité s'épuise à un rythme stable, sur la base des coefficients tirés de la dernière saison culturale et des ETP journalières à Gaborone, Botswana, après le 1er avril. La prise d'eau réduite, lorsqu'elle est à bas niveau de CREU et qu'elle est moins accessible, n'est pas prise en compte.
Si la standardisation entre les cultures peut être admise dans une étude régionale où de nombreuses cultures sont envisagées, les informations sur la capacité de rétention en eau utile dans les sols (CREU) peuvent être déduites de l'inventaire des sols et leur insertion dans le bilan hydrique accroîtra la précision des prévisions des LPC. Le tableau 3 montre clairement comment l'humidité stockée dans le sol affecte la LPC globale. La période de réserve hydrique dans le vertisol (VRe) est suffisamment longue pour la croissance d'une plante à besoins réduits en humidité résiduelle et, dans des environnements plus humides, de tels sols sont souvent utilisés dans ce but après que les pluies aient cessé. La culture avec humidité résiduelle au Bangladesh et en Ethiopie se pratique également sur des sols à hautes CREU.
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Variation inter-anuelle |
Les études LPC sont basées soit sur des données climatiques moyennes, soit sur des données historiques pour des années prises individuellement. Au début, la plupart des études ZAE calculaient les LPC en se basant sur les précipitations et les ETP mensuelles moyennes. Si cette approche est acceptable pour des études régionales à petite échelle, elle ne permet cependant pas d'appréhender dans les LPC la variabilité temporelle déterminée principalement par les variations inter-annuelles dans la distribution des précipitations. L'évaluation des LPC pour des années prises individuellement, basée sur l'utilisation des données pluviométriques historiques, permet la quantification des niveaux de risques ainsi que de la production potentielle sous conditions climatiques moyennes. Une telle approche accroît grandement l'utilité de l'évaluation, en particulier dans les zones sujettes à des sécheresses périodiques. Les études nationales ZAE au Kenya et au Bangladesh (FAO, 1993a; Karim, 1994) ont employé le modèle LPC décrit ci-dessus, comme moyen de prendre en compte les variations inter-annuelles et les aptitudes des terres et rendements potentiels qui en découlent. La dernière version de l'étude au Kenya évalue les LPC individuelles ainsi que l'aptitude des terres sur une série historique d'années et rend ainsi possible l'expression des résultats en termes de probabilités.
Le régime thermique est l'autre paramètre climatique de base utilisé pour définir les zones agro-écologiques. Le régime thermique a trait à la quantité de chaleur pouvant servir à la croissance et au développement des plantes durant la période de croissance. D'habitude, il est défini par les températures journalières moyennes durant la période de croissance. Dans les évaluations ZAE régionales et nationales, des zones thermiques peuvent être définies par tranches de température de 5°C ou de 2.5°C. Souvent, une définition plus précise des régimes thermiques est requise pour les régions tempérées ou subtropicales (tableau 10, p. 31).
L'unité cartographique de sols est l'unité de base d'une carte pédologique. Dans les cartes à petite échelle, les unités cartographiques de sols sont rarement occupées par un seul sol, mais contiennent généralement un sol dominant combiné à des sols associés mineurs. Lorsque les différents sols formant une unité cartographique composent une mosaïque géographique clairement identifiable, ils constituent alors une association de sols. Si cette mosaïque n'est pas évidente, ils forment un complexe de sols. Un exemple d'association de sols formant une unité cartographique de sols est donné à la figure 4.
Chaque type de sol rencontré dans chaque unité cartographique de sols se caractérise par ses propriétés et qualités de terre (encart 3), qui elles-mêmes sont liées aux besoins édaphiques des plantes ou à l'aménagement et la conservation requis pour son exploitation.
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Terres et sol |
Dans les publications de la FAO sur l'évaluation des terres et sur les ZAE, l'usage des termes unité pédologique et unité de terres n'est pas toujours cohérent. D'après la définition de la FAO (encart 3), terres comprend le climat, tandis que sol englobe des propriétés de la surface des terres, mais exclut le climat. Une unité cartographique de sols ou de terres est une entité spatiale; elle n'a pas nécessairement des caractéristiques de terres uniformes. Si une unité pédologique peut être facilement confondue avec une unité cartographique de sols, il est préférable d'utiliser le terme type de sol pour désigner une unité présentant un ensemble spécifique de caractéristiques de sols.
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ENCART 3: QUELQUES TERMES POUR L'EVALUATION DES TERRES Terres. Portion de la surface terrestre. Dans le contexte de l'évaluation des terres la terme "terres" englobe toutes les propriétés caractéristiques de surface, des sols et du climat, ainsi que toute communauté végétale et animale y résidant. Evaluation des terres. Quantification du rendement des terres lorsqu'on les exploite à des fins spécifiques. Unité cartographique de sols Portion de sol délimitée sur une carte. Une unité cartographique de sols peut être constituée soit d'un seul type de sol, soit de plusieurs types de sols formant un complexe ou une association. Type de sol. Unité spécifique de sol ayant un ensemble définissable de caractéristiques. Peut correspondre à l'unité hiérarchique la plus basse d'un système de classification des sols, et comprenant l'identification de phases. Type d'utilisation des terres. Utilisation des terres définie en termes d'un produit ou de produits, intrants et opérations nécessaires à fournir ces produits et du contexte socio-économique dans lequel cette production se fait, Caractéristique des terres. Propriété des terrés qui peut être mesurée ou évaluée. Qualité des terres. Attribut complexe des terres influençant d'une manière variable l'aptitude des terres pour un usage spécifique donné. |
L'inventaire des ressources en terres est essentiellement une superposition d'informations climatiques et pédologiques. Les unités résultantes forment des zones agro-écologiques présentant une combinaison unique ou un éventail spécifique d'unités cartographiques de sols, de régimes de périodes de croissance et de régimes thermiques; ces unités forment aussi des cellules agro-écologiques, avec combinaison unique de régimes de périodes de croissance, de régimes thermiques et de types de sols. Les caractéristiques des terres qui sont liées à chaque CAE sont reprises sous les titres de contraintes agro-climatiques, contraintes de sols et contraintes des terres.
Les informations portant sur l'administration, la tenure et l'utilisation actuelle des terres, liées à leur disponibilité potentielle, peuvent être incluses dans l'inventaire des ressources en terres. Les techniques de superposition multiple sont particulièrement de mise lorsque les SIG sont employés; de même, les unités CAE et ZAE sont plus indiquées pour la planification quand de telles informations y sont insérées. La figure 8 donne un exemple de combinaison à dix couches d'informations, pris dans l'étude ZAE au Kenya.
L'évaluation de l'aptitude des terres et de la productivité potentielle est conduite en liaison avec un type spécifique d'utilisation des terres sous certaines conditions de production. L'ouvrage de la FAO Cadre pour l'Evaluation des Terres (FAO, 1976) subdivise l'utilisation des terres en différents types (encart 3). Ces types d'utilisation des terres (TUT) se basent sur l'utilisation actuelle et potentielle des terres; ils doivent être clairement identifiés et décrits avant de procéder à l'évaluation de l'aptitude des terres.
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Pourquoi identifier les TUT? |
Les raisons de décrire les types d'utilisation des terres sont les suivantes:
· sélectionner des caractéristiques agro-écologiques importantes de manière à les inclure dans l'inventaire des terres; ceci peut influencer soit le niveau de production, soit l'impact environnemental;· aider à la définition d'algorithmes et à la mise en place de seuils se rapportant aux caractéristiques agro-écologiques et au niveau de production potentielle, tout en prenant en compte:
· l'impact de contraintes 'fixes', impossibles à modifier;· les limites à l'intérieur desquelles il est admis qu'un TUT est capable de modifier des contraintes non 'fixes', par exemple les niveaux d'application des nutriments, les améliorations foncières ou les soins aux plantes.
La quantification des besoins en terres des TUT est la base de l'évaluation des rendements potentiels ainsi que de l'aptitude des terres. Les besoins en terres sont définis selon l'adaptabilité climatique et édaphique des plantes, et en fonction des nécessités d'aménagement et de conservation. L'inventaire climatique des cultures reprend les exigences en photosynthèse et phénologiques ayant un rapport avec les rendements en quantité et, si nécessaire, en qualité. Le taux de photosynthèse des cultures, leur croissance et leur rendement sont directement liés au processus d'assimilation et à sa réponse aux températures et aux radiations. Cependant, les exigences phénologiques climatiques qui doivent être satisfaites ne sont pas spécifiques d'un processus de photosynthèse. Les réponses des cultures à des facteurs de sols, tels que la disponibilité en nutriments ou la présence de substances toxiques mettent en évidence les besoins édaphiques. Les nécessités d'aménagement et de conservation incluent des facteurs tels que la facilité de travail du sol ou la sensibilité à l'érosion. Des procédures de recensement et de quantification des besoins des TUT sont données dans les inventaires d'adaptabilité, au chapitre 3.
La procédure de ZAE fait appel au concept de biomasse et de rendement maximum potentiel pour évaluer la productivité potentielle. Pour un TUT donné, le rendement maximum potentiel est déterminé par les caractéristiques de radiation et de température d'une station particulière, par l'efficience en photosynthèse de la culture et par la fraction de biomasse nette que la plante peut transformer en rendement économiquement utile. Ce rendement maximum potentiel est utilisé comme intrant dans le processus d'appariement entre les exigences agro-climatiques et édaphiques d'une part, et les caractéristiques et qualités des unités de terres définies dans l'inventaire, d'autre part.
FIGURE 4 - Exemple de composition d'une unité cartographique de sols
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Rendement maximum |
Dans un TUT, les composantes biomasse maximale potentielle et rendements d'une culture sont généralement calculées selon un modèle simple de simulation (FAO, 1978). Des facteurs correctifs, accumulés au gré des expertises, sont utilisés pour quantifier les réductions de rendement dues aux contraintes, et en prenant en compte les niveaux d'aménagements et d'intrants. Sur chaque unité de terres, il est ainsi possible d'estimer une série de rendements que l'ont peut atteindre par voie agronomique, et ce, pour chaque TUT. Ces estimations sont ensuite confrontées aux classes d'aptitude des terres.
Le chapitre qui suit décrit les procédures indispensables pour appliquer la méthodologie ZAE à l'évaluation des ressources en terres.
