L’objectif de l’étude a été d’analyser l’évolution de la fertilité du sol sous différentes pratiques culturales en zone cotonnière du Togo. L’étude a utilisé (i) des données de sols et de rendements de cultures observées pendant 20 à 40 ans à travers des expérimentations en station, (ii) des données de sols observées sur des parcelles paysannes et (iii) des données d’enquêtes conduites auprès des agriculteurs. En plus des teneurs du sol en C et minéraux qui ont été déterminées à différents âges pour chacune des expérimentations de longue durée, la quantité de C résistant et la vitesse de minéralisation de C ont été évaluées sur des échantillons de sol prélevés en dernières années de deux expérimentations. Trois modèles de complexité variable d’évolution du stock de C du sol ont été testés et le plus performant a été couplé au modèle QUEFTS et au bilan minéral apparent pour analyser l’effet de pratiques culturales sur la dynamique des indicateurs de la fertilité du sol. Bien que N, P et K ont été continuellement apportés à la dose recommandée par la recherche (RR) ou à cette dose augmentée de 50% (1.5RR), les rendements initiaux de 1,5 à 2 t ha?1 pour le coton et de 2 à 3 t ha?1 pour les céréales ont baissé pour ne représenter qu’environ 1 t ha?1 après les 20 premières années de culture. La baisse de la production a été associée à la dégradation des déterminants de la fertilité du sol. Dans 0-20 cm du sol, les stocks initiaux de C de 15 à 39 t ha?1 ont fortement baissé au cours des premières années après la défriche et ont atteint un équilibre après seulement 10 à 15 ans de culture. Cette baisse du stock de C a été très peu dépendante de la quantité de C retournant au sol. Bien que les entrées de C au sol diffèrent des traitements (nulles pour certains), la baisse du stock de C a été quasi-similaire. Les stocks de N ont également baissé sur tous les sites et cette baisse a été fortement associée à celle de C (r= 0,93) au point que l’effet de la fertilisation minérale a été pratiquement absent sur le stock N du sol. Dans le cas de la terre de barre, après 5 ans de culture, la potentialité du sol à fournir N aux cultures a baissé de 38-49%. Comparativement au traitement sans fertilisation, l’apport NPK à 1.5RR pendant 20 ans a triplé la baisse du pH du sol. Ainsi, la potentialité du sol à fournir P aux cultures a baissé de 25-59% après 5 ans de culture, cependant que le taux de P total a très faiblement baissé pour la plupart des sites. Sur les sites à deux saisons agricoles par an et à cause de la fréquence des apports, la fertilisation NPK avec RR ou 1.5RR a maintenu la concentration de K échangeable mais a accentué de 20 et 40% la baisse des concentrations de Ca et Mg respectivement. De ces évolutions contrastées, l’effet de la fertilisation a été traduit par un déséquilibre entre les bases échangeables du sol. La baisse observée du stock de C du sol a été mieux décrite avec le modèle à deux compartiments de C.