Soutenance mémoire
Depuis quelques temps, le contexte mondial est surtout marqué par le métabolisme environnemental. Ainsi, la Communauté Internationale s’est beaucoup penchée sur ce problème de l’environnement. En effet, les effets du changement climatique sont déjà très palpables dans n’importe quel pays, cela se traduit par la submersion des îles, la fonte des glaces, la désertification et les incendies de plus en plus ravageant ainsi qu’un accroissement de nombre d’évènements extrêmes dans le monde comme les vagues de chaleur ou les pluies intenses ou les cyclones de plus en plus violents [1]. Malheureusement, les pays en voie de développement sont les plus touchés et les plus vulnérables par les effets du changement climatique, du fait de la non-préparation et de leur faible potentialité pour faire face à ce métabolisme [2].
Lors de la COP 21 (Conférence of the Parties), ou Conférence de Paris sur le climat en 2015, les participants qui regroupent l’ensemble des Etats membres de l’ONU ayant participé à la signature de la Convention-Cadre des Nations Unies sur le Changement Climatique (Rio 1992), se sont réunis pour décider des mesures à mettre en place, afin de réduire le réchauffement climatique. Ainsi, il a été fixé comme objectif de limiter ce réchauffement mondial entre 1,5°C et 2°C d’ici 2100 mais également d’impulser une transition vers des sociétés et des économies résilientes et sobres en carbone et gaz à effet de serre .
LA PLUVIOMETRIE
La pluviométrie peut être définie comme la mesure et l’analyse quantitative des précipitations, de leur nature (pluie, neige, grésil, brouillard) et de leur distribution. Elle est calculée par diverses techniques. Plusieurs instruments sont utilisés à cette fin, dont le pluviomètre/pluviographe est le plus connu. L’unité de mesure varie selon que le type de précipitations est solide ou liquide, mais elle est ramenée en millimètre d’équivalence en eau par mètre carré de surface à fin de comparaisons. Toute précipitation de moins de 0,1 mm est classifiée par l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) de trace .
La pluviométrie est un facteur écologique essentiel. Avec la température, elle conditionne les climats terrestres, la nature et le fonctionnement des écosystèmes, leur productivité primaire, etc. Elle est, très probablement, le facteur le plus important conditionnant le développement des sociétés humaines et un enjeu géopolitique qui, bien qu’il soit souvent passé sous silence, est fondamental.
Définition des précipitations
On entend par précipitations, en météorologie, toutes sortes d’eaux qui tombent sur la surface de la terre. Celles-ci sont dues à un changement de température ou de pression. Elles peuvent se présenter sous plusieurs formes :
● Forme liquide : bruine, pluie, averse…
● Forme solide : neige, grésil, grêle…
● Précipitations déposées ou occultes : rosée, gelée blanche, givre…
Formation des précipitations
Les conditions de formation des précipitations sont la condensation de la vapeur d’eau atmosphérique, laquelle nécessitant la saturation déclencheur de la condensation. La présence de noyaux de condensation (impuretés en suspension dans l’atmosphère d’origines variées – suie volcanique, cristaux de sable, cristaux de sel marin, combustion industrielles, pollution) autour desquels les gouttes ou les cristaux se forment est aussi indispensable à la condensation. Entre autres, des processus thermodynamiques sont nécessaires pour la saturation des particules atmosphériques non saturées et provoquer leur condensation :
★ Saturation et condensation par refroidissement isobare (à pression constante), Celle-ci résulte de la baisse de la température, l’environnement est maintenu à une pression constante.
★ Saturation et condensation par détente adiabatique, Dans ce cas, théoriquement il n’y a pas d’échange de chaleur entre la particule d’air et l’environnement, mais c’est le contraire dans la pratique. Ainsi, la quantité maximale de vapeur d’eau que peut contenir la particule devient inférieure à la quantité initiale. La particule ne peut pas conserver tout son stock de vapeur d’eau. C’est ainsi que la condensation de la vapeur d’eau excédentaire se crée ainsi que l’apparition de nuage de type cumuliforme.
★ Saturation et condensation par apport de vapeur d’eau, Une masse d’air froid arrive sur une étendue d’eau relativement chaude. L’évaporation est localisée dans la couche de surface en contact avec l’étendue d’eau, dont la température est très proche de celle de l’eau.
★ Saturation par mélange et par turbulence.
La formation des précipitations doit être précédée par la transformation en gouttes de pluie des gouttelettes ou les cristaux composant les nuages (les hydrométéores). Ce phénomène est accompagné par le grossissement des éléments par l’effet de deux processus :
– L’effet de coalescence :
C’est le cas de grossissement par choc et fusionnement avec d’autres particules. Le cristal augmente de volume par congélation suite à la dispersion de vitesses ; le cristal en se déplaçant, soit en chute libre, soit par turbulence, entre en collision avec les gouttelettes surfondues. Il en est de même pour les gouttelettes de diamètre supérieur à 30 microns qui entrent en collision avec des gouttelettes de diamètre inférieur. Ce processus provoque un accroissement rapide de leur dimension et donc de leur masse augmentant leur vitesse de chute.
– L’effet Bergeron :
Dans la partie du nuage où la température est négative mais supérieure à -40°C, coexistent des cristaux de glace et des gouttelettes d’eau surfondues (eau liquide avec une T°<0°C, l’eau pure ne se solidifie pas à 0°C mais en dessous de – 40°C). Autour d’un cristal de glace, l’air est saturé à un taux d’humidité plus bas qu’autour d’une gouttelette d’eau surfondue. Suite à cette différence d’humidité, il apparaît un transfert de la vapeur d’eau des gouttelettes vers les cristaux. Par conséquent les gouttelettes s’évaporent tandis qu’il y a condensation autour des cristaux. Lorsque la masse du cristal est suffisante, il précipite. S’il traverse une région à température positive suffisamment épaisse (souvent à partir de 300 m dans les nuages stables) et si la durée de chute le permet, il fond et donne lieu à de la pluie. Le même processus de grossissement a lieu entre deux gouttelettes à des températures différentes (la plus froide grossit au détriment de la plus chaude).
Pluie
Définition
Faisant partie des précipitations sur la Terre sous forme liquide, la pluie est un phénomène naturel. Des gouttes d’eau tombent sur le sol en provenant des nuages .
Formation de la pluie
La pluie se forme à partir des gouttelettes ou des cristaux de glace qui, dans leur chute, ne sont pas soumis à des températures inférieures au seuil de congélation ; la taille des gouttes est variable : lorsqu’elles sont toutes petites (moins de 1,5 mm), elles forment une bruine ; au-delà, on parle de pluie. Les fines gouttelettes d’eau qui se condensent sur les particules de poussière pour créer un nuage sont séparées par des distances relativement grandes, si on compare ces distances à la taille de gouttelettes. Etant donné qu’il en existe des milliards, on a l’impression que le nuage forme une masse compacte. Plus les nuages montent vers des couches d’air plus froid, plus les gouttelettes grossissent et se rapprochent les unes des autres. (On parle ici de gouttelettes, mais on doit noter qu’il est fort possible que ce soient des cristaux. De toute façon, la technique est la même). Quand la taille de la gouttelette atteint la grosseur d’un point de ponctuation (bruine), elle ne peut plus flotter et elle commence à descendre lentement, de l’intérieur du nuage vers sa base. Lorsque la taille de la gouttelette de bruine dépasse quelque peu la grosseur d’un point, elle se met à tomber plus vite. En d’autres mots, le poids des gouttelettes entraîne leur chute. La température de la couche d’air à travers laquelle passent les gouttelettes étant supérieure à 0 degré et la température du sol étant aussi au-dessus de 0, alors c’est sous forme de pluie que ces gouttelettes se rendent au sol.
S’il n’y a pas de vent et si la turbulence est négligeable à l’intérieur du nuage, la gouttelette conservera sa taille et atteindra le sol sous forme de faible pluie. Comme les nuages se trouvent à une altitude où la température est basse, il arrive souvent que les gouttelettes soient congelées dans le nuage et qu’elles fondent pendant leur chute vers le sol. Si, par contre, il y a de forts courants descendants présents dans le nuage, on assiste à une forte averse de pluie en rafales qu’on appelle aussi « grain ». (Une averse de 10 mm équivaut à 10 litres d’eau / m carrés.).
Si la taille d’une goutte de pluie est supérieure à celle d’un pois vert (>5 ou 6 mm), elle sera brisée par la friction de l’air dans sa chute vers le sol. La vitesse maximale qu’une goutte de pluie peut atteindre en tombant est de 30 km/h. C’est également la friction de l’air qui empêche la goutte de tomber encore plus vite.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : LA PLUVIOMETRIE
I.1- Introduction
Définition des précipitations
Formation des précipitations
Types de précipitations
I.2- Pluie
Définition
Formation de la pluie
Classification de la pluie
Mesure de la pluie
a- Le pluviomètre
b- Le pluviographe
Données pluviométriques
I.3- Température
a- Définition
b- Unité de la température
c- Variation de température de l’atmosphère
I.4- Vent
Définition
L’Oscillation Quasi-Biennale (QBO)]
I.5- Caractéristiques pluviométriques de Madagascar
Relief de Madagascar
Température
Régions climatiques de Madagascar
a- Carte
b- Région per humide
c- Région humide
d- Région subhumide à semi-aride
e- Région sèche
f- Cartes des pluviométries mensuelles de Madagascar
I.6- Changement climatique
I.7- Conclusion du premier chapitre
Chapitre II : METHODOLOGIE GENERALE
II.1- Situation géographique du projet
Zone d’étude
Mécanisme d’une centrale hydroélectrique
II.2- Matériels et méthodes
Données
Méthodes statistiques descriptives
a- Eléments de statistiques descriptives
b- Variance et écart-type d’une variable aléatoire
c- Tendance d’une série chronologique
d- Corrélation linéaire
e- Autocorrélation des données
f- Fonction d’autocorrélation
g- Estimation de l’exposant de Hurst
h- L’anomalie
i- L’Indice Standardisé de précipitation
j- Transformée de Fourier Rapide ou FFT (Fast Fourier Transform)
k- Méthode d’Entropie Maximum (Maximum Entropy Method) ou MEM
Tests statistiques
a- Définitions
b- Test de Mann-Kendall
c- Critère d’Information Bayésien (BIC)
Technique de prévision par la Méthode de Box and Jenkins
a- Définition
b- Modélisation ARIMA
c- Modélisation SARIMA
Technique de prévision par la méthode des réseaux de neurones artificiels (RNA)
a- Définition
b- Apprentissage et sélection du modèle
II.3- Conclusion du second chapitre
Chapitre III : VARIATION SAISONNIERE DE LA PLUIE
III.1- Représentation de la série temporelle
Série temporelle constituée du relevé des valeurs journalières de pluie
Fonction d’autocorrélation
III.2- Etudes des variabilités de la précipitation
Variations saisonnières de la précipitation
Variations interannuelles des hauteurs de pluie
a- Hauteurs de pluie annuelle
b- Fonction d’autocorrélation des hauteurs de pluie annuelle
c- Anomalies des hauteurs annuelles de pluie
Détermination des années sèches et années humides
a- Détermination des mois secs par la courbe ombrothermique
b- L’Indice standardisée de précipitation ISP
III.3- Ajustement des valeurs cumulées de pluie par une loi de probabilité
Loi LOG NORMALE
a- Densité
b- Fonction de répartition
c- Moments
d- Espérance
e- Variance
Loi GAMMA
a- Densité
b- Somme
c- Changement d’échelle
La loi BETA
a- Densité
b- Fonction de répartition
c- Esperance
d- Variance
La loi GENERALISEE de PARETO
a- Densité
b- Esperance
c- Variance
Représentation graphique
a- Ajustement de la hauteur cumulée de pluie avec la loi Log Normale
a- Ajustement de la hauteur cumulée de pluie avec la loi Gamma
b- Ajustement de la hauteur cumulée de pluie avec la loi Beta
c- Ajustement de la hauteur cumulée de pluie avec la loi de Pareto
d- Ajustement de la hauteur cumulée de pluie
III.4- Recherche de la date de début et fin de la saison pluviométrique
Méthode du polynôme du sixième degré
a- Présentation de la méthode
b- Détermination de la date du début et de la fin de la saison de pluie
c- Représentation graphique des dates du début et de la fin de la saison de pluie
Méthode de Liebmann : Anomalous Accumulation
a- Présentation de la méthode
b- Courbe de l’Anomalous Accumulation pour les années 1988 à 2014
Comparaison des dates de début et fin de saison de pluie par les méthodes du
Polynôme de degré six et Anomalous Accumulation
Analyse et commentaires
III.5- Conclusion du troisième chapitre
Chapitre IV : ANALYSE DES TEMPS D’ATTENTE JOURNALIERS ET PREVISION DES JOURS DE NON PLUIE
CONCLUSION
