Impact du changement d'occupation des sols passé et à venir sur la dynamique de la circulation de la mousson ouest africaine

par Souleymane Sy

Thèse de doctorat en Sciences du climat et de l'envionnement

Sous la direction de Amadou Thierno Gaye et de Benjamin Sultan.

Soutenue le 20-07-2016

à Paris 6 en cotutelle avec l'Université Cheikh Anta Diop de Dakar. Faculté des sciences , dans le cadre de École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (laboratoire) .

Le jury était composé de Luc Descroix, Catherine Mering, Alioune Kane, Nathalie De Noblet-Ducoudre, Saidou Sall, Laurence Picon.


  • Résumé

    Cette thèse vise à identifier et évaluer les impacts biogéophysiques des changements d'usage des sols depuis les 150 dernières années jusqu'à la fin du XXIe siècle sur le climat en Afrique de l’Ouest à partir des modèles LUCID et des scénarios CMIP5 utilisés dans le contexte LUCID-CMIP5. Les analyses menées dans cette thèse se sont d'abord basées dans le Sahel et dans le Golfe de Guinée où les changements passés de la couverture terrestre sont supérieurs à 5%. Les simulations LUCID ont été d'abord évaluées dans cette thèse en comparant les précipitations et la température de l'air simulées par les modèles aux données d'observation. Les analyses ont montré que la moyenne et la variabilité inter-annuelle observées des précipitations et de la température sont respectivement sous-estimées et surestimées par la plupart des modèles de climat LUCID même si la température semble mieux simulée que les précipitations. Dans cette étude, les deux simulations actuelles forcées respectivement par une distribution actuelle et pré-industrielle de la couverture terrestre ont été comparées. Les résultats montrent qu'il n'y a pas de différence évidente entre ces deux simulations par rapport aux valeurs moyennes climatiques des précipitations et de la température dans les modèles comme si les changements de la couverture terrestre n'ont pas vraiment d'importance sur la représentation de ces variables. Dans le Golfe de Guinée, les analyses montrent que l'expansion des surfaces cultivées et des pâturages s'est effectuée au détriment d'une déforestation entraînant une diminution du LAI, une augmentation d'albédo et une diminution de la rugosité de surface. Les analyses montrent que les impacts historiques des changements d'occupation des sols sur le climat dans ces régions restent très petits par rapport aux changements induits par l'augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Le LAI simulé par les modèles de surface LUCID et leur relation avec le climat en Afrique de l'Ouest ont été évalués, les résultats montrent que les précipitations sont fortement et positivement corrélées à la densité de feuillage avec des valeurs supérieures ou égales à 0.8 dans les deux régions. La plupart des modèles de climat montrent que la corrélation entre le LAI et la température de l'air est positive dans le Sahel et négative dans le Golfe de Guinée et suggèrent que plus de LAI dans le golfe de Guinée conduit plus d'évapotranspiration et donc une surface plus froide, alors que dans le Sahel l'effet d'albédo de l'augmentation du LAI peut dominer et augmenter la température de surface.Dans un second temps, l'impact biophysique des changements futurs de la couverture terrestre sur le climat de surface du XXIe siècle a été évalué à l'aide des simulations spécifiques similaires aux scénarios RCP8.5 mais avec une végétation fixe en 2006. Les analyses révèlent qu'à l’échelle régionale, les impacts biophysiques des changements d'occupation des sols dans les scénarios ont été globalement faibles mais statistiquement significatifs au Sahel et en Afrique centrale où la déforestation est prescrite dans le futur (>10%), mais avec une large dispersion sur la réponse du climat résultant aux différentes paramétrisations de la surface terrestre dans les modèles de climat.

  • Titre traduit

    Impacts of land use change of the past years and the future on the dynamique of circulation of west african monsoon


  • Résumé

    By climate models developed in the LUCID project and CMIP5 models used in the LUCID-CMIP5 projet, this thesis aims to identify and evaluate biogeophysical impacts of LULCC of the past 150 years and the end of XXIst century on surface climate in West Africa. Focusing analysis in two contrasted regions of West Africa: Sahel and Guinea where land cover change is above 5% since pre-industrial times, results reveal expansion of crops and pasture and deforestation in Guinea in all LUCID models. In this work, simulations of present-day rainfall and surface air temperature have been compared with observed datasets. Results show that the observed mean and inter-annual variability of rainfall are respectively underestimated and overestimated by most of the seven climate models. Overall surface air temperature is better simulated than precipitation.Two simulations of rainfall and surface air temperature, forced respectively with present-day and pre-industrial land cover distribution are also compared. Results show that there is no obvious/visible difference between the two simulations with respect to mean climatic values of both rainfall and temperature as if the changes in land cover did not really matter for the good representation of those variables. Finally, this thesis evaluates leaf area index (LAI) in the LUCID models and its relationships with surface climate. Observations reveal that precipitation is highly and positively correlated to foliage density with values larger or equal to 0.8 in both the Sahel and Guinea. Five out of seven models show positive correlations, but not as large as in the observations. However none of the models is able to capture a larger correlation between precipitation and LAI in Guinea than in the Sahel. Most of climate models show that correlation between LAI and surface air temperature is positive in the Sahel and negative in Guinea. It suggests that more LAI in Guinea will lead to more evapotranspiration and therefore cooler surface, while in the Sahel the albedo effect of increased LAI may dominate and increase surface temperature. Finally, analysis reveals that historical effects of land-use changes are not regionally significant among the seven climate models due to a small land-cover change prescribed in these regions compared to the changes induced by large scale forcing such as sea surface temperatures changes and CO2 concentration increase.Furthermore, biogeophysical impact of land-use change in the XXIst Century climate were evaluated using specific simulations similar to RCP8.5 scenarios but with a prescribed fixed land cover map on 2006. The analysis reveals, that in contrast of last 150 years, deforestation continues in the coming years in tropical region in scenarios resulting from the extension of the cultivated area reaching 15 million km2 in 2100 over tropical Africa. Regionally, the biogeophysical impacts of projected changes in land cover in RCP8.5 scenarios were generally small but statistically significant in the Sahel and Central Africa regions where deforestation is more than 10% with a wide dispersion of climate response due to differents parameterizations of land surface in climate models.


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