الجمهوريــة الجزائريــة الديمقراطيــة الشعبيــة République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة الـتعـلــيــم الـعـالي و البـحـث الـعلـمــي Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mustapha Stambouli Mascara جامعة مصطفى إسطمبولي بمعسكر Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie Département des Sciences Agronomiques Laboratoire de Recherche sur les Systèmes Biologiques et de la Géomatique (LRSBG) THESE DE DOCTORAT EN SCIENCES Spécialité Sciences de la Terre et de l’Univers Evolution des précipitations dans le contexte des changements climatiques au Nord-Ouest Algérien Présentée par : Benali Benzater Le 14/02/2021 Devant le jury : Président HAMIMED Abderrahmane Pr Université de Mascara Examinateur MEDJBER Abdellah Pr Université de Saida Examinateur LARID Mohamed Pr Université de Mostaganem Examinateur ABABOU Adda Pr Université de Chlef Directeur de Thèse BENARICHA Boumediene MCA Université de Mascara Co-Directeur de Thèse ELOUISSI Abdelkader MCA Université de Mascara Année Universitaire : 2020-2021 Remerciements Une thèse dure au moins quatre ans, c'est long ! Merci à Grand Dieu Tout Puissant d'abord et heureusement que l'on peut compter sur des personnes tant sur le plan scientifique que moral. Les remerciements représentent certainement la partie la plus difficile à écrire d'une thèse. J'espère ici n'oublier personne qui a participé, de près ou de loin, à ce travail. Je remercie vivement Dr Benaricha Bouemediene qui m'a apporté ce dont un thésard a besoin : liberté, confiance, patience, conseils et idées. Merci également au Dr Elouissi Abdelkader qui m'a consacré, malgré son emploi du temps chargé, des après-midis enrichissants et des relectures minutieuses du manuscrit. Une thèse rentre toujours dans un projet plus vaste où toute une équipe y travaille. Je tiens donc à remercier toute l'équipe du Laboratoire de Recherche sur les Systèmes Biologiques et de la Géomatique (LRSBG) de l’Université de Mascara. Cette thèse n'aurait jamais pu voir le jour sans les données pluviométriques. Je remercie donc l’Agence Nationale des Ressources Hydrauliques (ANRH) et l’ONM. Je tiens également à remercier tous les membres de mon jury. Je souhaiterais également remercier le Pr Hamimed Abderrahmane pour avoir accepté de juger ce travail et d’en présider le jury de soutenance. Les examinateurs qui ont accepté de siéger sur le jury de cette thèse doivent aussi trouver ici l’expression de ma reconnaissance, soit les Professeurs Medjber Abdellah de l’Université de Saida, Pr. Larid Mohamed de l’Université de Mostaganem et Pr. Ababou Adda de l’Université de Chlef. Au terme de ce parcours, je remercie enfin celles et ceux qui me sont chers et que j’ai quelque peu délaissés ces derniers mois pour achever cette thèse. Leurs attentions et encouragements m’ont accompagnée tout au long de ces années. Je suis redevable à mes défunts parents, ma femme et mes enfants. Nuage de mots clés Organisation de la Thèse Pour une meilleure compréhension, ce manuscrit s’articule, après une introduction générale, sur sept chapitres : 1. Le premier chapitre vise à introduire le contexte général des changements climatiques et leur objectifs des travaux entrepris, ainsi qu’à expliciter certains choix méthodologiques faits pour répondre à la problématique abordée. 2. Le second présente un aperçu sur la circulation atmosphérique, qui génère les pluies, et les modèles climatiques de projection des pluies extrêmes à long terme. 3. Le troisième traite les séries temporelles et décrit les différentes méthodes de détection des tendances dans les séries chronologiques. 4. Le quatrième est une présentation exhaustive des lois de probabilité, des paramètres statistiques et d’outils d’investigation appliquées à l’hydrologie et au changement climatique extrême. 5. Le cinquième présente une description générale de la zone d’étude à travers une situation des sous- bassins versants, leurs caractéristiques morphologique, géologique et hydrogéologique, ainsi que la présentation et le prétraitement des données des pluies maximales journalières. 6. Le sixième est consacré à l’étude de l’évolution des pluies maximales journalières et leurs tendances dans le temps et dans l’espace. Il est articulé autour d’un article, intitulé « Spatio- temporal trends in daily maximum rainfall in northwestern Algeria (Macta watershed case, Algeria) », publié dans la revue « Arabian Journal of Geosciences (AJGS) » en juin 2019 (Benzater et al., 2019), et présente certains résultats obtenus lors de l’application de la combinaison de trois méthodes (méthode de Mayer, la méthode innovante de Şen (2012) et le test de Bravais- Pearson). 7. Le septième chapitre vise les projections des pluies extrêmes à partir du modèle climatique GCM (CCSM4) avec une application à la station Nesmoth. Liste des figures Fig. 1.1 : Localisation des événements pluvieux atteignant au moins 150 mm j−1 pour la période 1967-2006 (Ricard et al., 2012) Un point équivaut à un événement ……………………………………………………….. 7 Fig. 1.2 : Variation de la température en surface au cours de l’histoire de la Terre (Ibrahim, 2012)……..………9 Fig. 1.3 : Les anomalies climatiques les plus significatives observées au cours de l’année 2006 (Source : http://www.ncdc.noaa.gov/oa/climate/research/2006/ann/ann06.html)....................................................11 Fig. 1.4 : Les conséquences du changement climatique à l’échelle mondiale ……………..…….……………...13 Fig. 1.5 : Bilan énergétique de la terre (en W.m-2.an-1) (Kielh et Trenberth, 1997)…………..…………………15 Fig. 1.6 : a) Emissions annuelles de GES anthropiques dans le monde (1970-2004). b) Parts respectives des différents GES anthropiques dans les émissions totales de 2004 en équivalent-CO2. c) Contribution des différents secteurs aux émissions totales de GES anthropiques en 2004........................................16 Fig. 1.7 : Evolution du dioxyde de carbone à partir de données provenant de carottes de glaces et de mesures récentes (IPCC, 2007)……..…………………… …………………………………………………….17 Fig. 1.8 : Evolution observée et projetée de la température à horizon 2100 (IPCC, 2013)………………..…….17 Fig. 1.9 : a) Température de surface en moyenne mondiale ; b) Niveau moyen mondial de la mer ; c) Couche de neige de l’Hémisphère Nord en mars et avril. ……………………………………………………18 Fig. 1.10 : Tendance d’évolution de la température océanique entre 0 et 700 m (1971-2010) (en °C par décennie) (Rhein M. et al., 2013) ……………………………..……………………………………..19 Fig. 1.11 : Changement de la température de l’eau en surface selon scénarios ………………………………...19 Fig. 1.12 : Evolution des précipitations moyennes (entre 1986-2005 et 2081-2100) ………………………..…20 Fig. 1.13 : Tendance d’évolution de la température de la terre (1976-2000) (Henson, 2008)……………..……21 Fig. 1.14 : Vulnérabilité face aux catastrophes climatiques dans le monde ……………………………….……23 Fig. 1.15 : Types de catastrophes naturelles survenues dans le monde de 1900-2007 (Source : CRED, 2007)...23 Fig. 1.16 :Déplacements dans le monde causés par des catastrophes (2008-2013)(IDMC)……………………25 Fig. 1.17 : Exposition des populations au risque d’inondations en 2050……………………………………..…26 Fig. 1.18 : a) Photographies des catastrophes d’Alger 1957 b) Alger, 2001 C) Ghardaïa, 2008 ...............….…27 Fig. 1.19 : Ampleur des inondations en Algérie ……………………………………………………………..….29 Fig. 2.1 Composants du système climatique et leurs interactions (IPCC, 2007)………………………………...34 Fig. 2.2 Incidences solaires sur les différentes régions de la terre……………………………………………….35 Fig. 2.3 Schéma de la dynamique atmosphérique globale ………………………………………………………36 Fig. 2.4 (a) Schéma représentant la coupe méridienne du déséquilibre énergétique entre l’équateur et les pôles. Crédits : NASA. (b) Transport de chaleur méridien. RT : Transport total. OT : Composante océanique et AT : Composante atmosphérique. (Crédits : Trenberth et Caron (2001))…………………….………..36 Fig. 2.5 (a) Climatologie annuelle de la température de surface de la mer (SST, Sea Surface Temperature en °C) calculée dans le jeu de données ERSST3. (b) Schéma de la circulation thermohaline (tiré de https://global.britannica.com/science/thermohaline-circulation)..............................................................38 Fig. 2.6 Carte de la Mer Méditerranée ainsi que ses sous-bassins. Les flèches marquent les couloirs de vent. Elle présente une extension longitudinale d’environ 4000 km sur une extension latitudinale de 800 km et s’étend d’environ 7 W à 37 E en longitude et de 29 N à 46 en latitude…………………………………39 Fig. 2.7 Représentation simplifiée des composantes du système climatique, de leurs processus et des interactions à partir desquels les GCM sont construits. Source: IPCC, 2007b. ……………………………………..40 Fig. 2.8 Construction d’un modèle climatique. Source: http://climatevolution.free.fr/i2.html.............................41 Fig. 2.9 Illustration schématique des canevas SRES et familles de scénarios (IPCC, 2013)……………………43 Fig. 2.10 Emissions mondiales de GES (en Gt équiv.-CO2). Les GES sont le CO2, le CH4, le NO2 et gaz fluorés. Source (IPCC, 2007)………………………………………………………………………….46 Fig. 2.11 Caractéristiques des RCP (IPCC, 2013)……………………………………………………………….47 Fig. 2.12 Les quatre RCP, évolution du forçage radiatif et comparaison avec les SRES………………………..47 Fig. 2.13 Changement dans les précipitations extrêmes ………………………………………………………...49 Fig. 3.1 Modèle additif. Amplitude constante autour de la tendance……………………………………………55 Fig. 3.2 Modèle multiplicatif. Amplitude proportionnelle à la tendance………………………………………..55 Fig. 3.3 Méthode innovante de Şen (Saplıoğlu,