V ;I 14927 1 UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR 1 1 Ecole Doctorale « Eau, Qualité et Usages de l'Eau » 1 ·I FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES 1 THESE DE DOCTORAT UNIQUE 1 Spécialité : Hydrologie 1 Année académique: 2013-2014 N° d'ordre: :1 Présentée par Mahamadou Maciré DIAKITE Impact de la variabilité climatique sur les écoulements dans le haut bassin du 1 fleuve Sénégal. 1 1 Thèse présentée et soutenue à Dakar le 2014 devant le jury composé de 1 1 1 1 ·1 1 ~I Il 1 Résumé 1 Comprendre la variabilité du climat et ses implications sur l'hydrologie dani le haut bassin du fleuve Sénégal est une nécessité pour prévoir ce que pourraient être les 1 conséquences des changements climatiques futurs dans cette région, ~t définir d'éventuelles stratégies d'adaptation. Pour ce faire on doit disposer de modèles 1 1 intégrés permettant de relier les scénarios climatiques issus de modèles régioraux. 1 ' La thèse est construite autour de trois grandes parties : . La première est relative au contexte de l'étude. Les mécanismes qui déteJinent le 1 climat et les systèmes hydrologiques ouest africains sont décrits afin de comprendre 1 les contextes hydro climatiques du haut bassin. Les aspects socio-économiq~es sont décrits à l'échelle du bassin du fleuve ; enfin les traits physiques du haut ba$Sin sont 1 présentés. 1 La seconde est une synthèse et une actualisation des travaux relatjfs à la caractérisation des paramètres hydro climatiques dans de la zone d'étude. A bette fin, 1 on a procédé à une caractérisation, dans un premier temps, physiographique de notre zone d'étude, ensuite des paramètres hydro dimatiques (température, ~umidité, 1 insolation, ETP, pluviométrie, et enfin l'écoulement). Ces paramètres ont fait l'objet d'une analyse statistique à l'échelle journalière, mensuelle, annuelle et pluri,nnuelle. 1 L'analyse fréquentielle des pluies et des débits montre que les valeurs des fréquences rares sont importantes aussi bien en périodes humides qu'en périodes sèch~s. Ainsi 1 on note l'apparition de valeurs nulles en ce qui concerne les variables caracté~istiques mensuelles des basses eaux. Une restitution cartographique a été réalisée pour les 1 pluies. Ces cartes permettent une vision globale de la variabilité spatiotempor,lle de la pluviométrie à l'échelle des sous-bassins. · 1 La troisième partie est consacrée à la modélisation hydro climatique. Le I premier 1 chapitre de cette partie est consacré à la modélisation hydrologique qui est le moyen d'accéder à une meilleure compréhension des processus de surface du cyde ~e l'eau, 1 en permettant de simuler le comportement d'un hydro système et de tirer toute conséquence de l'exploitation de ses résultats. Dans un premier temps, on c~erche à 1 comprendre : les échelles de la variabilité hydrologique ; les échelles des pJ,cessus 1 2 1 1 "I 1 du forçage atmosphérique ; comment la forte variabilité spatiale du 1 torçage 1 pluviométrique influe sur la réponse des systèmes hydrologiques. Ensuite, grâce au modèle GR2M calé et validé sur la période 1960-2000 sur les sous-bassins, ol(l simule 1 les écoulements mensuels pour la période 1931-2008. Ceci permet de dis~oser de séries chronologiques de débits assez longues pour une meilleure estim4ion des 1 ressources en eau et de leur fluctuation temporelle. Le deuxième chapitre de la dernière partie de nos travaux évalue les 1 impacts 1 potentiels du changement climatique sur les écoulements. On y étudie comrhent les modifications de régime pluviométrique se traduisent sur le débit sur la btise des 1 données dimatiques générés par les modèles régionaux du Programme Etlsemble (HadRM3P et RCA), sous les conditions du scénario A 1B, tels que l'on peut les 1 concevoir à partir de nos connaissances actuelles sur le changement climatiq~e. 1 Mots~lés: Haut bassin, fleuve Sénégal, variabilité des paramètres hydro climatiques modélisation 1 pluie-débit, ressource en eau, modèle climatique, OMVS. 1 1 1 1 1 1 1 1 li 1 li 1 3 1 ~ 1 1 LISTE DES ABREVIATIONS, SIGLES, ABREVIATIONS Alm : Alizé maritime Aime : Alizé maritime continentalisé 1 AMP: Anticyclone Mobile Polaire AOGCM: Atrnosphere and Ocean Coupled General Circulation Model 1 CDA: Centre de Documentation et d'Archivage CMD : Coefficient Mensuel de Débit 1 CMP : Coefficient Mensuel de Pluie ENIAC Electronic Numerical lntegrator Analyser and Computer 1 FIT : Front Intertropical EMI : Equateur Météorologique Incliné 1 EMV : Equateur Météorologique Vertical ETP : Evapo-Transpiration Potentielles 1 ETR : Evapo-Transpiration Réelle · GES : Gaz à Effet de Serre 1 GIEC : Groupe d'Experts Intergouvernemental sur !'Evolution du Climat IRD : Institut de Recherche pour le Développement ITCZ: Intertropical Convergence Zone 1 IPCC: lntergovermmental Panel on Climat Change JEAS : Jet d'Est Nord 1 JEAT : Jet d'Est Tropical JEAN : Jet d'Est Africain Nord 1 JET : Vents d'Est Tropical MAO : Mousson Ouest Africaine 1 ORSTOM : Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer OMM : Organisation Météorologique Mondiale 1 OMO: Objectifs Millénaire pour le Développement OMVS : Organisation pour la Mise en Valeur du Sénégal 1 MCG : Modèles de Circulation Générale PGIRE: Projet de Gestion Intégrée des Ressources en Eau 1 POGR: Programme d'Optimisation de la Gestion des Réservoirs PNUE : Programme des Nations Unies pour l'environnement 1 SST : Température de Surface de océans ZCIT : Zone de Convergence Intertropicale 1 1 5 1 ~ 1 1 INTRODUCTION GENERALE 1 Aspects physiques Le bassin du fleuve Sénégal, avec une superficie de 300 000 km2 environ, est le deuxième en termes de superficie de l'Afrique Occidentale après celui du fleuve Niger. 1 1 Il est caractérisé par une forte variabilité spatio-temporelle des précipitations, et par 1 1 conséquent des ressources en eau. Des périodes de faibles pluviométries s'intercalent entre les périodes à hydraulicités plus favorables. Le bassin du fleuve Sénégal, drainé 1 par le fleuve Sénégal, long d'environ 1800 km, et ses affluents. Il s'étend, ~u Sud au Nord, sur la région des hauts plateaux du massif du Fouta Djalon en Guinée, la partie 1 occidentale du Mali, les régions Sud de la Mauritanie, et le Nord du Sénégal. Il va de 1 1 10°20· à 17°N et de 7° à 12°20' W (figure 1). Il est divisé en deux parties qui 1 1 s'articulent autour de Bakel où transite la quasi-totalité des eaux du fleuve Sé\négal : - le haut bassin du fleuve Sénégal s'étend des latitudes 10° 20' à 1~0 54' N à 1 Bakel, limite septentrionale. De forme losange, il couvre une superficie de 1 2 2 218 000 km répartis entre le Mali (155 000 km2). la Guinée (31 000 km ), le .1 ! 2 2 Sénégal ( 12 500 km ) et la Mauritanie ( 19 500 km ) ; 1 - la vallée, en aval de Bakel, qui est une vaste étendue de relief très faible, avec cependant une microtopographie complexe, composée d'un réseau de cuvettes 1 1 connectées entre elles et communiquant avec le fleuve par des chenaux. La 1 partie avale de Dagana est appelée Delta. 1 1 1 Les deux parties du bassin du fleuve Sénégal sont caractérisées par des facteurs 1 physiques qui déterminent leurs climats. Ainsi, dans le haut bassin, le c\imat est « Foutanien » ou soudano-guinéen alors que pour la vallée, il est du type sah~ien. Du 1 fait de la configuration géomorphologique du bassin, la vallée bénéficie des +ménités liées au transfert d'eau provenant du ruissellement des abondantes pluies qui 1arrosent 1 1 la zone sud (haut bassin). C'est cette partie amont du bassin du fleuve Sériégal qui sera l'objet de nos recherches pour apporter des éléments de réponfes aux 1 préoccupations liées à la péjoration pluviométrique qui sévi dans la région d~puis les 1 quatre dernières décennies. 1 6 1 ~ • l.Agende • S111tiona h'*omlttiauoa 1 R•u• hjd_rographi'que Umha haut bauin ~ Ufflf191 pays 1 1 :1 il 1 li 'I Figure 1: Carte de localisation du haut bassin du fleuve Sénégal 1 1 :1 Face au contexte régional du début des années 1970 marqué par un cycle de 1 1 sécheresse aux effets désastreux pour les populations, le cheptel et l'écosystème, la 1 1\ volonté de réaliser une utilisation maîtrisée des ressources du bassin du fleuve 1 1 Sénégal est de nouveau réaffirmée par le Mali, la Mauritanie et le Sén~al par la 1111 1 création de l'Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal (OM~S) le 11 mars 1972. Elle a mis en place un programme d'infrastructure régionale devant ! 1 permettre la maîtrise et l'exploitation rationnelle des ressources en eau du fleuve 1 Sénégal. La mise en œuvre partielle de ce programme a permis la construction des 1 1 barrages de Diama, avec une capacité de 500 millions de mètres cubes, sur 1 le fleuve 1 Sénégal et de Manantali sur le Bafing dont le volume de la retenue est estimé à 11,3 1 milliards de mètres cubes. Ils ont été mis en service respectivement en août 1986 et 1 mars 1988. Les travaux de construdion et de réhabilitation des digues du fleuve 1 1 Sénégal de Diama à Rosso, associés au barrage de Diama, ont été achevé~ en avril 1992 pour la digue droite et décembre 1995 pour la rive gauche. Le résEjlrvoir de 1 1 Diama permet l'alimentation en eau potable de Dakar et Nouakchott. La 1 centrale 1 hydroélectrique de Manantali et les lignes d'interconnexion, mise en service en 2002, 1 1 assurent l'alimentation électrique de Bamako, Dakar, Nouakchott et certaines villes 1 importantes du bassin (figure 2). 'I 7 1 1 Ces réalisations ont modifié le régime hydrologique du fleuve Sénégal et les 1 conditions de vie des populations dont les activités sont majoritairemenl liées à la disponibilité de l'eau.