Analyse des extrêmes pluviométriques en Afrique de l'Ouest et de leurs évolution au cours des 60 dernières années

Extreme rainfall analysis and evolution over West Africa during the last 60 years

• Auteur / Autrice : Gérémy Panthou
• Direction : Thierry Lebel, Théo Vischel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, Atmosphère, Hydrologie
• Date : Soutenance le 19/06/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LTHE - Laboratoire d'Etude des Transferts en Hydrologie et Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Afrique occidentale

Pluviométrie

Mots clés libres

Extrêmes pluviométriques

Afrique de l'Ouest

Intensification du cycle de l'eau

Cartes d'aléa

Courbes IDSF

Extreme rainfall

West Africa

Water cycle intensification

Hazard mapping

IDAF curves

Résumé

En Afrique de l'Ouest, la diminution brutale de la pluviométrie depuis les années 1970 s'est produite en concomitance avec une augmentation des dommages liés aux inondations. Si une accentuation de la vulnérabilité des populations est indéniable, la question d'une évolution de l'aléa pluviométrique en particulier des pluies les plus intenses reste posée - notamment dans un contexte où le réchauffement climatique devrait s'accompagner d'une intensification du cycle hydrologique globale. Cette thèse s'attache améliorer nos connaissances sur le régime de pluies extrêmes en Afrique de l'Ouest sous-documenté à l'heure actuelle dans les sciences du climat et de l'hydrologie opérationnelle. Le travail s'articule autour des trois objectifs: (i) fournir une vision régionale intégrée de l'organisation spatiale des extrêmes, (ii) étudier l'évolution du régime de précipitations extrêmes en lien avec la variabilité décennale des cumuls pluviométriques annuels, (iii) caractériser les extrêmes pluviométriques en produisant des cartes d'aléa pluviométrique et en étudiant les liens d'échelles entre les extrêmes de pluie à différents résolutions spatio-temporelles. On se base ici sur les données journalières des réseaux nationaux disponibles depuis les années 1950 sur l'Afrique de l'Ouest et actualisées sur le Sahel Central jusqu'en 2010; les données de précipitation à haute résolution disponibles depuis 1990 sur l'observatoire AMMA-CATCH Niger. Les modèles statistiques classiques issus de la théorie des valeurs extrêmes, ont été adaptés pour incorporer des covariables représentant des non-stationnarités spatiales et temporelles dans les pluies extrêmes. On montre la grande robustesse de ces modèles pour estimer les quantiles rares et détecter les tendances régionales dans les séries d'extrêmes. Le cadre théorique des fractales a été utilisé pour modéliser les relations d'échelles spatio-temporelles. On montre ainsi qu'une représentation de type ''simple scaling'' permet de décrire de manière très satisfaisante ces relations sur la gamme des pas de temps allant de 1 à 24 heures. Les résultats climatologiques confirment que la sécheresse de la fin du XXeme siècle a été avant tout associée à une baisse de l'occurrence des précipitations, leur intensité demeurant relativement inchangée. On note en revanche un comportement singulier sur la dernière décennie durant laquelle un déficit persistant d'occurrence est compensé par une intensification des précipitations qui explique un retour vers une meilleure pluviométrie annuelle, associée cependant à des extrêmes plus marqués et donc porteurs de risque hydrologique.

In West Africa, the sharp decrease of rainfall since the 70s has occurred concurrently with an increase of flood damage. If it is certain that the vulnerability of the population has increased, the question of the evolution of extreme rainfall remains unanswered - especially in a context where global warming should be accompanied by an intensification of the global water cycle. This thesis aims to improve our understanding of the extreme rainfall regime in West Africa. The work is based on three objectives: (i) provide an integrated regional vision of the spatial organization of extremes, (ii) study the evolution of extreme precipitation regime in connection with the decadal variability of annual rainfall (iii) characterize the extreme rainfall by producing rainfall hazard maps and IDAF (Intensity-Duration-Area-Frequency) curves. In this work, two datasets are used: (i) daily data from national networks, available since 1950 on West Africa, have been updated on the Central Sahel until 2010; (ii) precipitation data with high resolution available since 1990 from the AMMA-CATCH Niger observatory. Conventional statistical models from the extreme value theory has been adapted to incorporate covariates in order to represent spatial and temporal non-stationarity in extreme rainfall. These models show a high robustness to estimate the high quantiles and detect regional trends in the extreme series. The theoretical framework of fractals has been used to model the relationships of spatial and temporal scales. Climatological results confirm that the drought of the late 20th century was primarily associated with a decrease in the occurrence of rainfall, intensity remained relatively unchanged. We note, however, a singular behavior in the last decade: a persistent deficit of occurrence of rainfall is compensated by higher intensities which explains a return to better annual rainfall associated with more extreme rainfall.