Indicateurs des évènements hydroclimatiques extrêmes dans le bassin versant de l'Ouémé à l'exutoire de Bonou en Afrique de l'Ouest

par Domiho Japhet Kodja

Thèse de doctorat en Sciences de l'eau

Sous la direction de Gil Mahe et de Michel Boko.

Soutenue le 24-05-2018

à Montpellier en cotutelle avec l'Université d'Abomey-Calavi (Bénin) , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec HydroSciences (Montpellier) (laboratoire) .


  • Résumé

    L’étude vise à caractériser les indicateurs relatifs aux évènements hydroclimatiques extrêmes dans le bassin-versant de l'Ouémé à l'exutoire de Bonou. Pour atteindre cet objectif, les données climatologiques (pluies journalières, températures journalières, évapotranspiration potentielle journalières), les données hydrométriques (débits journaliers), les données de réanalyses (pression atmosphériques, humidité relative, vitesse du vent, Indices de Mousson West Africain), la température de surface océanique sur la côte de Cotonou et les données cartographiques relatives aux occupations du sol des années 1986, 2000 et 2015 sont utilisées. L’analyse de la variabilité hydroclimatique a révélé que le secteur d’étude a connu sur la période de 1951-2015, deux ruptures de stationnarité (1968 et 1987) qui ont divisé la série en trois sous-périodes. La variabilité pluviométrique révèle qu’il une régression de 18 % (au sud), de 16 % (au centre) et de 15,8 % (au nord) entre la première sous-période (1951-1968) et la deuxième sous-période (1969-1987), alors que la dernière sous-période (1988-2015) est marquée par une reprise pluviométrique de 15 % (au sud), de 16,3 % (au centre) et de 15,7 % (au nord) par rapport à la sous-période d’avant. Ce qui n’est pas sans conséquences sur la dynamique hydrologique du secteur d’étude. Ainsi, il est observé une régression de 49,27 % des débits moyens annuels entre les sous-périodes 1951-1968 et 1969-1987 et une augmentation de 65 % entre les sous-périodes 1969-1987 et 1988-2015. Sur la dernière sous-période (1988-2015), les résultats révèlent aussi une augmentation des indicateurs des évènements hydroclimatiques extrêmes susceptibles d’occasionner les inondations à Bonou. Les pluies maximales journalières ont une occurrence de 2 ans, 5 ans, 10 ans pour les événements pluvieux forts ; 20 ans, pour les événements pluvieux très forts ; 50 ans et + pour les événements pluvieux extrêmement forts dans le secteur d’étude. Les débits maximaux en 24 heures augmentent en même temps que les périodes de retour. Les débits maximaux de 50ème quantile surviennent chaque deux ans, les débits maximaux correspondants aux évènements hydrologiquement forts, très forts, surviennent tous les 10 ans et les débits extrêmement forts ont une occurrence centennale. Les conditions atmosphériques, océaniques, de la surface continentale, la vitesse du vent, l’humidité relative, les facteurs géographiques sont autant de facteurs qui interagissent dans la répartition spatio-temporelle de la pluie du secteur d’étude. La pluviométrie du bassin est également influencée par le flux de mousson (nord secteur d’étude) auquel s’associent les lignes de grains de sud-est, responsables des pluies orageuses et d’averses qui génèrent des inondations dans le bassin. De même, le contexte climatique actuel et la dynamique de l’occupation des terres constituent des déterminants qui amplifient la manifestation des inondations dans le secteur d’étude. La recherche indique que le modèle conceptuel pluie-débit GR4J, surestime les débits observés en période de basse eau et les sous-estime en période de hautes eaux. Les critères d’efficacité et de performance NSE, RMSE et KGE, mis en évidence et calculés sur les débits de hautes eaux ont donné des résultats meilleurs en calage qu’en validation. Mieux les valeurs du KGE varient de 83 à 85 % en calage et de 56 à 68 % en validation, ce qui confère au modèle GR4J, l’efficacité, la performance à reproduire les débits extrêmes de crues dans le bassin. Le GR4J peut donc être servir comme outil d’aide à la décision pour l’actualisation des normes hydrologiques dans le secteur d’étude. Dans la perspective de mieux étudier les évènements climatiques extrêmes futurs, cette recherche a évalué des données de projection de sorties des modèles climatiques régionaux issues du Programme CORDEX africain et qui pourraient être utilisées pour les projections hydrologiques des travaux futurs dans le secteur d’étude.

  • Titre traduit

    Indicators of extreme hydroclimatic events in the Ouémé watershed at Bonou's outlet in West Africa


  • Résumé

    This research aims to characterize the indicators relating to extreme hydroclimatic events in Ouémé Watershed at Bonou’s outlet. To achieve this objective, climatological data (daily rain, daily temperatures, potential daily evapotranspiration), hydrometric data (daily flows), reanalysis data (atmospheric pressure, relative humidity, wind speed, West African Monsoon Indices), the ocean surface temperature on the Cotonou coast and land use mapping data of 1986, 2000, 2015 are used. The analysis of the hydroclimatic variability revealed that during the 1951-2015 period, the study area is marked by two breaks stationarity (1968 and 1987) which divided the series into three sub-periods. The rainfall variability reveals a regression of 18 % (in the south), 16 % (in the center) and 15.8 % (in the north) between the first sub-period (1951-1968) and the second sub-period (1969-1987), while the last sub-period (1988-2015) is marked by a rainfall recovery of 15 % (in the south), 16.3 % (in the center) and 15.7 % (in north) relative to the previous sub-period (1969-1987). This is not without consequences on the hydrological dynamics of the study area. In this sense, it is noted that there is a regression of 49.27% of the average annual flows between the 1951-1968 and 1969-1987 sub-periods and a 65 % increase between the 1969-1987 and the 1969-1987 sub-periods. 1988-2015. In the last sub-period (1988-2015), the results also reveal an increase in the indicators of extreme hydroclimatic events likely to cause floods Ouémé Watershed at Bonou’s outlet. The results shows that daily maximum rainfall has an occurrence of 2 years, 5 years, 10 years for strong rainfall events; 20 years, for very heavy rain events, 50 years and over for extremely heavy rain events in the study area. The maximum flow rates in 24 hours at the sametime as the return periods. The maximum flow rates of 50th quantiles occur every two years (02 years), the maximum flows corresponding to the hydrologically strong events, very strong occur every 10 years and the extremely high flows have an occurrence centennial. The conditions of atmospheric, oceanic, continental surface, wind speed, relative humidity, and geographic factors are all elements that interact in the spatio-temporal distribution of rainfall in the study area. The Rainfall of the basin is also influenced by the monsoon flow (north of the study area), to which the southeastern grain lines are associated and are responsible for the stormy rains and showers that generate flooding in the area. In addition, the current climatic context and land-use dynamics are determinants that amplify the occurrence of floods in the study area. The reasearch indicates that the rain-flow conceptual model, of the Rural Engineering with four parameters and the daily time step (GR4J), overestimates the flows observed during the low water period and the sub-peaks. The efficiency and performance criteria NSE, RMSE and KGE, highlighted and calculated on high water flow rates, gave better results in calibration than in validation. Better KGE values range from 83 to 85 % calibration and from 56 to 68 % validation, which gives the GR4J model the efficiency and performance to reproduce extreme flows of floods in the study area. The GR4J can therefore be used as a decision to support tool for updating hydrological standards in the study area. In order to future study about extreme climatic events, this research assessed output projection data from regional climate models from the African CORDEX Program that could be used for hydrological projections in future work in Ouémé Watershed at Bonou’s outlet.


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