Le mil est la céréale la plus consommée en zone sahélienne du Niger. L’accroissement de sa productivité est fortement compromis par le faible niveau de fertilité initiale des sols et les conditions climatiques défavorables. L’objectif global de cette étude était d’évaluer l’impact de la variabilité climatique sur les effets à long terme de l’application combinée du fumier, des résidus de récolte et des engrais minéraux sur la productivité du mil en zone sahélienne du Niger en utilisant des données agronomiques et climatiques historiques. Les données agronomiques proviennent de l’essai à long terme conduit de 1998 à 2013 à la station expérimentale du Centre Sahélien de l’ICRISAT (Sadoré, Niger). Le dispositif expérimental utilisé était un split plot à 3 répétitions comparant 27 combinaisons optimales de 3 niveaux de résidus de mil codés R0 (300 kg/ha), R1 (900 kg/ha) et R2 (2700 kg/ha) ; 3 niveaux d’engrais minéraux codés F0 (0 kg N/ha + 0 kg P/ha), F1 (15 kg N/ha + 4.4 kg P/ha) et F2 (45 kg N/ha + 13.1 kgP/ha) et 3 niveaux de fumier de bovin codés M0 (300 kg/ha), M1 (900 kg/ha) et M2 (2700 kg/ha) appliquées dans 3 systèmes de culture. L’analyse statistique des rendements grain mesurés a été effectuée à l’aide du logiciel GenStat 12th Edition. Le modèle DSSAT 4.5 a permis de faire les simulations. Ainsi, une comparaison des rendements grain observés et ceux simulés a été réalisée. Les résultats de l’analyse statistique ont montré que les traitements R2F2M1 (2700R, 45N + 13.1P, 900M) et R2F2M2 (2700R, 45N + 13.1P, 2700M) donnent les meilleurs rendements grain par rapport au témoin R0F0M0, respectivement dans le système mil continu et les systèmes mil en rotation et en association avec le niébé sur la période 1998-2013. Cependant, malgré les faibles rendements enregistrés par le témoin, les résultats obtenus avec le modèle ont indiqué qu’il ne manifeste pas de stress hydrique, par contre son stress azoté est beaucoup plus important comparativement aux autres traitements. Nous en déduisons donc que la baisse de la fertilité du sol limite plus la production du mil que la pluviométrie. La baisse des rendements sous tous les traitements est liée principalement au stress hydrique qui intervient pendant les stades de floraison et surtout de remplissage des grains du mil. Les rendements grain ont été sous-estimés pour plusieurs années de la période 1998-2013 dû au fait que le modèle ne simule pas l’effet du phosphore qui est l’élément le plus limitant de la fertilité du sol et le plus important pour la culture du mil. Par ailleurs, la performance de prédiction du modèle a été en générale mauvaise pour certaines années de la période 1998-2013. Par contre, pour d’autres, elle a été acceptable. L'analyse biophysique sur la période 1983-2013 (31 ans) a montré que les combinaisons R2F0M0, et R2F0M0 et R2F0M1 présentent moins de risques vis-à-vis de la variabilité climatique respectivement dans les systèmes mil continu et en rotation avec le niébé, et dans le système mil en association avec le niébé. Cependant, l’analyse stratégique et financière a préconisé le traitement R0F2M0 comme la meilleure combinaison en termes de revenu monétaire et d’efficience pour la production du mil dans les trois systèmes de culture sur la période 1983-2013.