Caractérisation des saisons de pluies au Burkina Faso dans un contexte de changement climatique et évaluation des impacts hydrologiques sur le bassin du Nakanbé

Characterization of the rainy seasons in Burkina Faso under a climate change condition and hydrological impacts in the Nakanbé basin

• Auteur / Autrice : Boubacar Ibrahim
• Direction : Jan Polcher, Harouna Karambiri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6 en cotutelle avec Ouagadougou, Institut International d'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pluviométrie

Sahel

Ressources en eau

Changements climatiques

Mots clés libres

Variabilité pluviométrique

Résumé

Cette étude consiste en une description de la variabilité du régime pluviométrique dans la zone sahélienne de l'Afrique de l'Ouest et à une évaluation des impacts de cette variabilité sur les ressources en eau de la région à travers une série de modélisations hydrologiques. En effet, les résultats de plusieurs études sur la variabilité pluviométrique au Sahel au cours des cinq dernières décennies (1961-2009) montrent une baisse significative de la pluviométrie annuelle depuis 1970. Ce déficit pluviométrique a entraîné une situation de stress hydrique sévère dans la région. Burkina Faso, pays sahélien, se trouve affecté par cette situation de sécheresse continue. Ainsi, pour la caractérisation de la situation climatique à l'échelle du pays, nous avons analysé les données pluviométriques des dix stations synoptiques du pays à travers une discrétisation de la saison des pluies en plusieurs caractéristiques relatives à la période de la saison, à la fréquence et à l'intensité des pluies, et aux séquences sèches. La détermination de ces caractéristiques dans les données pluviométriques observées et dans les données simulées par cinq modèles climatiques régionaux (CCLM, HadRM3P, RACMO, RCA et REMO) mis en œuvre sous le scénario A1B de IPCC, a permis d'évaluer la représentativité des simulations pluviométriques sur le territoire burkinabé. Les simulations pluviométriques se caractérisent par une fréquence élevée de pluies de faibles intensités (comprises entre 0. 1 mm/jour et 5 mm/jour), et des intensités très élevées pour les pluies maximales journalières. Cependant, l'application d'une méthode de correction (quantile-quantile) à ces simulations a permis de réduire significativement les différents biais et de produire des données pluviométriques similaires aux données observées sur la période 1961-2009. L'analyse de la variabilité pluviométrique future sur la période de prédiction de 2021-2050 en comparaison avec la période de référence de 1971-2000 montre diverses tendances pour l'évolution de la pluviométrie annuelle : une tendance significative à la baisse pour deux modèles et une tendance significative à la hausse pour deux autres modèles. Les différents changements significatifs de la pluviométrie annuelle corroborent soit avec une baisse de la fréquence des pluies, soit avec une hausse des intensités des pluies. Cependant, trois consensus se dégagent parmi les cinq modèles : une baisse de la fréquence des faibles pluies (0. 1 à 5 mm/jr), un allongement de la durée moyenne des séquences sèches et une fin tardive des saisons de pluies. Aussi, quatre modèles montrent une augmentation des intensités de fortes pluies (>50 mm/jr). D'autre part les cinq modèles climatiques montrent une tendance à la hausse de l'évapotranspiration potentielle (ETP) annuelle sur la période 1961-2050. Les impacts des changements du champ des pluies et de la hausse de l'ETP sur le régime hydrologique de la partie sahélienne du bassin du Nakanbé au Burkina Faso (bassin versant de la station hydrométrique de Wayen) sont évalués à l'aide de deux modèles hydrologiques, GR2M et ORCHIDEE. Le modèle GR2M, calé et validé sur la période 1978-1999 reproduit de façon pertinente le bilan hydrologique du bassin alors qu'une procédure de répartition des écoulements simulés fut élaborée pour la validation des simulations du modèle ORCHIDEE. La mise en uvre de deux modèles hydrologiques sous les conditions climatiques d'une baisse de la pluviométrie annuelle a montré une situation hydrologique contraignante avec une baisse des écoulements et de la recharge de la nappe, et une augmentation du taux de l'évaporation dans le bilan hydrologique du bassin. Cependant, l'ampleur des impacts hydrologiques dépendent de la nature du changement dans les deux principales caractéristiques de la saison des pluies : la fréquence et l'intensité des pluies. Ainsi, une baisse de l'intensité des pluies est beaucoup plus préjudiciable à la disponibilité des ressources en eau sur le bassin avec un taux plus important de l'évapotranspiration et une réduction plus importante des ruissellements et de la recharge des nappes.

This study aims to a description of the variability in the rainfall regime over the West African Sahel and an assessment of the impacts of this variability on the water resources in the region from a set of some hydrological models. Although, many results of some studies on rainfall variability over Sahel during the last five decades (1961-2009) show a significant decrease in the annual rainfall amount since 1970. This rainfall deficit has entailed a severe hydric stress in the region. Burkina Faso, a sahelian country, is under this situation of continuous drought condition. So, to characterize the climate condition at the scale of Burkina Faso, we analyzed the rainfall data of the synoptic network through a discretization of the rainy seasons in several characteristics relative to the season period, rainfall frequency and intensity, and the dry spells. A computation of these characteristics from observed rainfall data and from simulated rainfall data of five regional climate models (CCLM, HadRM3P, RACMO, RCA et REMO) run under scenario A1B of IPCC, helped to assess the representativeness of the simulations over Burkina Faso. Indeed, the simulated rainfall data present high frequency of low rainfalls (between 0. 1 mm/day and 5 mm/day), and some heavy maximum daily rainfall. However, an application of a correction procedure, quantile-quantile, to the simulated rainfall, significantly reduced the different biases and produced some rainfall data similar to the observations over the 1961-2009 period. An analysis of the future variability of rainfall regime over the prediction period of 2021-2050 in comparison to the reference period of 1971-2000 and from the five climate models presents different tendencies in the evolution of the annual rainfall amount: two models predict significant decrease in rainfall while two others predict a significant increase in the annual rainfall amount. These significant changes come from a decrease in rainfall frequency or an increase in rainfall intensity. However, two consensuses come out from the models: a decrease in the very low rainfall (0. 1 à 5 mm/jr) and a lengthening of the mean dry spell. Also, four models show an increase in the very strong rainfall (>50 mm/day). On the other hand, the five models show an increasing trend in the potential evapotranspiration (PET) over the 1961-2050 period. The impacts of these changes in rainfall regime and the increase in the PET on the hydrological regime of the sahelian part of Nakanbé basin in Burkina Faso (upstream of the Wayen gauge) are assessed from two hydrological models, GR2M and ORCHIDEE. The GR2M, calibrated and validated for the basin over the 1978-1999 period, reproduced the hydrological balance of the basin during this period. But for ORCHIDEE, a repartition procedure was elaborated in order to distribute the simulated runoff into the discharges and infiltrations. So, an implementation of these hydrological models under the climate change conditions of rainfall decrease shows an hydrological constraint with a decrease in the runoff and the water table recharge, and an increase in the evaporation rate in the hydrological balance of the basin. However, the amplitude of the hydrological impacts depends on the type of the change in the main characteristics of the rainy season: in the rainfall frequency or in the rainfall intensity. So, a decrease in the rainfall intensity is more prejudicial to water resources availability with an important increase in the evaporation rate and an important decrease in the runoff and in the groundwater recharge.