Impact de la variabilité climatique et de la dynamique des états de surface sur les écoulements du bassin béninois du fleuve Niger
Résumé
This thesis has for principal objective to establish a diagnosis of the hydrological system of the beninese basin of the Niger River, in the context of the rainfall decrease which has severely affected Africa since the 1970s. To achieve this goal, this study was based on three main types of data :weather (rainfall, temperature, relative humidity, potential evapotranspiration, real evapotranspiration), hydrological (stream flow, recharge) and of land surface conditions (land cover types, NDVI).It considers three key aspects. The first one, devoted to the study of hydro-climatic variability over the period 1955- 1992, shows that the rainfall deficits of the 1970s and 1980s were largely amplified in the stream flows of all the rivers (Mekrou, Alibori, Sota) in the beninese basin of the Niger river.The stream flow deficit amount to five to six times that of the rain (Mekrou, Alibori).The rainfall deficit is particularly amplified in the recharge of Sota in the Couberi sub basin : the recharge deficit between the two sub periods 1955-1972 and 1973-1992 represents nearly five times that of the rain.The study also showed the differential behaviour of the sandstones and the basement complex.Over the latter (Mekrou, Alibori), the stream flow is strongly related to the rain, as demonstrated by the high value of the correlation coefficient ;on the other hand, on the sandstones (Sota at Couberi sub basin), it is related to both the rain and the recharge. The second part of the study shows the effectiveness of the GR4J and GR2M models to simulate the average stream flows according to the Nash the criterion applied to the stream flows, which gives satisfactory values (higher than 60 % in general).One can thus say that the GR4J and GR2M models provide reasonable simulations of the stream flow at daily and monthly time scales.However, the Nash criterion on the daily average stream flows using the GR4J model are largely improved at a monthly time scale using the GR2M model. In the Mekrou, Alibori and Sota at Couberi sub basins, the models identified a clear downward trend for many components of the hydrological cycle.There is no suchtrend in the Sota basin at Gbasse though it may partly be related to inadequate statistical tests. The third part is devoted to the impact study of land surface dynamics on the stream flows. It shows that the land cover types underwent great changes between 1979 and 1992, with a significant regression of the natural vegetation formations (forests and woodlands) and a marked increase of anthropised land cover types (mosaic of crops and fallow) for the same period.he search for NDVI/stream flow correlation, and NDVI residuals/stream flow residuals independently of the rain, also underlines a significant relationship in the Mekrou and Sota at Gbasse sub basins.The results demonstrate a covariation between the photosynthetic activity and the stream flow, independently of the rain in these sub basins. However, in the Alibori and Sota at Couberi sub basins, no significant relationship between the photosynthetic activity for different land cover conditions and the stream flow. Nevertheless, our results are restricted by the NDVI data which reflect only the photosynthetic activity of the vegetation cover. Moreover, the corresponding time-series are too short to test efficiently the influence of land surface conditions dynamics on stream flow.
Cette thèse a pour objectif principal d'établir un diagnostic du fonctionnement hydrologique du bassin béninois du fleuve Niger dans le contexte de la péjoration pluviométrique qui a sévèrement touché l'Afrique depuis la décennie 1970. Pour atteindre cet objectif, cette étude s'est appuyée sur trois grands types de données : météorologiques (pluie, température, humidité relative, évapotranspiration potentielle, évapotranspiration réelle), hydrologiques (écoulement, recharge) et des états de surface (superficie des types d'occupation du sol, NDVI). Elle s'est ordonnée autour de trois grands axes Le premier, consacré à l'étude de la variabilité hydro-climatique sur la période 1955-1992, montre que les déficits pluviométriques des décennies 1970 et 1980 ont été largement amplifiés dans les écoulements de toutes les rivières (Mékrou, Alibori, Sota) du bassin béninois du fleuve Niger. Les déficits d'écoulement représentent cinq ou six fois celui de la pluie (Mékrou, Alibori). Ce même déficit pluviométrique est particulièrement amplifié dans la recharge du sous bassin de la Sota à Coubéri : le déficit de la recharge entre les deux sous périodes 1955-1972 et 1973-1992 représente près de cinq fois celui de la pluie. L'étude a aussi montré le comportement différentiel des grès et du socle : Sur le socle (Mékrou, Alibori), l'écoulement est fortement lié à la pluie, comme le montre la valeur élevée du coefficient de corrélation ; en revanche, sur les grès (sous bassin de la Sota à Coubéri), il est lié à la pluie et à la recharge. Le deuxième axe montre l'efficacité des modèles GR4J et GR2M à simuler les écoulements moyens des sous bassins du Niger au Bénin donnée. Ainsi, par l'analyse du critère de Nash appliqué aux écoulements moyens donne des valeurs satisfaisantes (supérieures à 60 % pour la plupart). On peut donc dire que les modèles GR4J et GR2M présentent une certaine efficacité à simuler les écoulements aux pas de temps journalier et mensuel. Toutefois, les Nash sur les écoulements moyens journaliers avec le modèle GR4J sont largement améliorés au pas de temps mensuel avec le GR2M. Dans les sous bassins de la Mékrou, de l'Alibori et de la Sota à Coubéri, les modèles ont identifié une tendance nette à la baisse du cycle hydrologique. On ne doit toutefois pas négliger les limites des résultats obtenus puisque les tests statistiques utilisés n'ont pas pu identifier une tendance avec les modèles dans le sous bassin de la Sota à Gbassè. Le troisième axe, consacré à l'étude d'impact de la dynamique des états de surface sur les écoulements, montre que les types d'occupation du sol ont connu de grands changements entre 1979 et 1992, avec une régression sensible des formations végétales naturelles (forêts et savanes arborées) et une progression marquée des formations anthropiques (mosaïques de cultures et de jachères) pour la même période. Il montre aussi que la recherche de corrélations NDVI/écoulement et résidus NDVI/résidus écoulement indépendamment de la pluie, souligne une relation significative dans les sous bassins de la Mékrou et de la Sota à Gbassè. Les résultats établissent ainsi une relation entre l'activité photosynthétique et l'écoulement, indépendamment de la pluie dans ces sous bassins. Cependant, dans les sous bassins de l'Alibori et de la Sota à Coubéri, on a pas pu mettre en évidence de lien significatif entre l'activité photosynthétique des types d'occupation du sol et l'écoulement. Toutefois, nos résultats sont limités par les données de NDVI qui ne reflètent que l'activité photosynthétique du couvert végétal. Par ailleurs, la longueur de la série des ces données est insuffisante pour tester efficacement l'influence de la dynamique des états de surface sur l'écoulement