Dans la zone soudano sahélienne d'Afrique de l'Ouest, la productivité agricole est fortement affectée par la variabilité et les changements climatiques. La production agricole est dominée par la production pluviale de céréales telles que le maïs, le mil et le sorgho, pour la consommation alimentaire. Les agriculteurs ont des rendements faibles et variables, ce qui entraîne une incertitude croissante quant à leur capacité à produire davantage pour nourrir une population en forte croissance. L'objectif général de cette thèse était de concevoir des systèmes de culture plus productifs et stables, adaptés au changement climatique, en explorant les bénéfices de l'association sorgho-niébé, combiné a des choix contrastés de variété de sorgho, de fertilisation minérale et de date de semis. L'approche était basée sur un travail d'enquête, d'expérimentation au champ et de simulation à l'aide d'un modèle de culture, pour un cas d'étude au centre du Mali en Afrique de l'Ouest. Une première étape a porté sur l'identification de la perception du changement climatique par les agriculteurs et les stratégies d'adaptation agricole qu'ils considèrent pertinentes pour faire face à la variabilité et au changement climatique. En second lieu, le modèle de culture STICS a été calibré sur la base de deux années d'expérimentation (2017, 2018) de la culture associée sorgho-niébé à la station agronomique de N'Tarla. Dans ce dispositif expérimental, deux variétés de sorgho (locale et améliorée) avec une sensibilité contrastée à la photopériode ont été étudiées en culture pure et en culture associée avec le niébé. Deux dates de semis et deux niveaux de fertilisation minérale ont également été étudiés.