Soutenance mémoire
L’eau est une denrée indispensable à la vie. Elément essentiel de l’alimentation, vecteur de matières indispensables à la survie de toute forme de vie sur la planète, habitat d’une partie de la faune et de la flore, modelant les paysages par l’érosion et les apports des dépôts (sédiments), l’eau joue de plus en plus un rôle de premier plan dans la vie de l’homme et son environnement. L’importance de cette ressource fait qu’elle est à l’origine des rivalités entre les communautés, entre les populations et même entre les pays. D’ailleurs ce n’est pas un fait du hasard si le terme « rival » vient du mot « rive » : rival veut dire habitant de l’autre rive qui peut être tenté de prendre, pour un bien commun qui est l’eau, plus qu’il n’en faut (Oudin, 2004). Pour prévenir les situations de nature à accentuer les rivalités, il est nécessaire de gérer les ressources en eau disponible. Le simple contexte d’accroissement de la population humaine sur la planète nous y oblige.
De toutes les ressources en eau disponible sur la planète, 3% seulement se trouvent sous forme d’eau douce dont les trois quarts (3/4) sont stockés sous forme de glace (Perrin, 2000). Le reste des ressources en eau est formé par les eaux de mer. Or ce sont les 3% qui constituent l’objet de toutes les convoitises, d’où la nécessité de concevoir des plans de gestion intégrée entre tous les utilisateurs d’une ressource donnée. La gravité du problème est accentuée par le fait que la répartition de la ressource ne suit pas celle de la population mondiale. C’est ce qui justifie que la question de l’eau soit dans certaines régions un enjeu politique majeur.
La gestion de l’eau peut intéresser sa quantité qui peut se poser en terme :
• de déficit en particulier dans les régions arides. Dans ces conditions il est absolument indispensable d’élaborer des politiques rigoureuses d’utilisation rationnelle de la ressource disponible ;
• d’excès dans les régions très arrosées et bénéficiant des réseaux hydrographiques particulièrement importants. Les inondations sont un des problèmes qui sont rencontrés dans ces régions et nécessitent alors la mise en place des systèmes d’aménagement pour contenir les eaux ;
• d’implantation des ouvrages hydrauliques comme les barrages avec toutes les implications de gestion des impacts sur l’environnement, de transport solide… A ce propos, des études ont été faites concernant des barrages qui doivent être implantés à Sambangalou et à Kaléta (rapport 14345 EIESF01, 6-1 par OMVG et COTECO).
Les problèmes causés par les catastrophes dus aux inondations rendent les populations et les économies vulnérables. L’Assemblée Nationale française a sorti deux rapports en 1994 et 2001 sur cette question (Tangara, 2005).
A côté de la question de quantité que pose la gestion de l’eau, la qualité est également un aspect non négligeable des problèmes liés à cette ressource. L’importance de la question relative à la qualité de l’eau est cruciale dans la mesure où elle est à l’origine de certaines maladies qui, dans certains cas, peuvent être graves ou même mortelles. Etant donné que les cours d’eau occupent une place importante dans le fonctionnement des hydrosystèmes, il nous a paru intéressant de poser les bases de compréhension de la gestion de ces systèmes. Ainsi notre étude se fera dans le bassin versant du fleuve Gambie à la station de Kédougou. Cette station est située dans la partie Sud-Est du bassin sénégalomauritanien dans un contexte géologique constitué des formations du socle de la boutonnière de Kéniéba. L’objectif visé dans ce travail est orienté vers la modélisation pluie-débit c’est-à-dire la transformation de la pluie en débits dans le but de mieux comprendre le fonctionnement hydrologique de ce cours d’eau et de pouvoir mettre en évidence l’impact du changement climatique sur le régime du fleuve Gambie. Pour cela une optimisation des paramètres est indispensable afin d’envisager une utilisation future du modèle pour les aménagements ou implantations possibles de toutes sortes d’ouvrages hydrauliques. Par ailleurs nous avons jugé nécessaire de procéder d’abord à une étude statistique des données à notre disposition.
Présentation générale du bassin versant
Situation géographique du bassin versant du fleuve Gambie
Situé sur la façade occidentale de l’Afrique de l’ouest, le bassin versant du fleuve Gambie couvre une superficie de 77 069Km2 répartie de la manière suivante entre les quatre pays ci-dessous d’amont en aval :
• La Guinée : 11 866Km2 soit environ 15.40% du bassin ;
• La Guinée Bissau : 16Km2 représentant environ 0.02% du bassin versant ;
• Le Sénégal : 54 631Km2 représentant la majeure partie du bassin versant, soit 70.88% ;
• La Gambie (qui a donné son nom au fleuve) : 10 556Km2 qui représente 13.70% de l’ensemble du bassin.
Il s’agit d’un bassin transfrontalier ayant un statut juridique qui est placé sous protection de l’Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Gambie (OMVG) et qui regroupe les différents pays où s’étend le bassin du fleuve. Le fleuve Gambie prend sa source dans le Fouta-Djalon aux environs de Labé, une région située à environ 1150m d’altitude (Sow, 2007). Le bassin versant est situé entre 11°22 et 14°40 de latitude Nord et entre les longitudes 11°13W (dans le Fouta-Djalon) et 16°42W (à Banjul où il se jette dans l’atlantique). Le fleuve est subdivisé en deux parties (Michel et Lô, 1984 in Lamagat et al, 1990) grossièrement orientées SE-NW en amont et E W dans le bief maritime situé en territoire gambien (Malanda Nimy, 1999 ; Haziza, 2003). Trois grandes régions naturelles peuvent être observées dans cette zone, à savoir :
• Les montagnes de la zone du Fouta-Djalon dans la partie sud, celles-ci se trouvent dans la partie guinéenne et s’étend jusqu’à la frontière sénégalaise et présentent des sommets pouvant dépasser 1500m dans le massif de Loura (1538m dans le massif de Mali) ;
• Au Nord du Fouta-Djalon, après le parallèle 12°20N, ces montagnes font suite à une zone dominée par des collines et plateaux dont les altitudes dépassent à peine 400m. Cette zone s’étend de Kédougou à Gouloumbou et présente une partie érodée du socle qui arrive jusqu’à Simenti et une vaste dépression formant la cuvette sénégalo-mauritanienne dans laquelle l’altitude ne dépasse pas 50m ;
• Plus au Nord et à l’Ouest on rencontre des plaines dans le bassin sédimentatire formant la cuvette sénégalo-mauritanienne. Cette zone occupe toute la façade Ouest de la Mauritanie, du Sénégal et de la Guinée-Bissau (Sow, 2007).
Climat
Le bassin du fleuve Gambie est situé dans le domaine climatique de type soudanien caractérisé par deux saisons bien marquées dont une saison des pluies de plus en plus longue du Nord au Sud : une saison sèche de 6 à 7 mois au nord du bassin dans le Ferlo et de 3 à 4 mois plus au sud dans le Fouta-Djalon. Le bassin est soumis à l’influence de trois domaines climatiques : domaine climatique guinéen, domaine climatique sud soudanien et domaine climatique nord soudanien (Sow, 2007).
Le bassin versant du fleuve Gambie est soumis à des mouvements des masses d’air d’une part chaud et sec formant l’Harmattan et provenant de l’anticyclone des Açores au Nord dans le Sahara, d’autre part à des courants chauds et humides formant la mousson provenant de l’anticyclone de Saint – Hélène qui prennent leur origine dans le Golfe de Guinée dans l’Atlantique (figure I-2). Ces deux courants convergent et créent une zone de basse pression appelée Zone de Convergence Inter Tropicale (Z.C.I.T) dont la ligne imaginaire au sol est appelée Front Inter Tropical (F.I.T). La position de cette dernière est fonction de la prédominance de l’un des deux courants sur l’autre déterminant ainsi l’alternance des saisons sèches et pluvieuses. Le climat a certainement subi l’influence du phénomène » El Niño » qui signifie en Espagnol » l’Enfant Jésus « , courant chaud qui apparait généralement à la période de Noël notamment sur les côtes de l’Equateur et du Pérou. Ce phénomène a touché neuf (9) fois les côtes sud américaines (dans le Pacifique) ces quarante dernières années dont le plus important, observé en 1982-1983, a provoqué une hausse du niveau de la mer d’environ 10 cm.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : Présentation générale du bassin versant
I.1 – Situation géographique du bassin versant du fleuve Gambie
I.2- Climat
I.3 – Géologie du bassin versant du fleuve Gambie
I.3.1. Le socle Birimien
I.3.2. Les formations sédimentaires du bassin de Madina Kouta
I.4- Régime hydrologique
I.4.1 – Etude du tarissement
I.4.1.1 – Méthode graphique
I.4.1.2 – Méthode de calcul journalier
I.4.2 – Evolution des volumes d’eau des nappes souterraines
I.4.3 – Critère de détermination d’une année sèche
I.4.3.1 – Critères exogènes
I.4.3.2 – Critères endogènes
I.4.4 – Eléments du bilan hydrologique
I.5 – Réseau hydrographique
I.6 – Réseau hydrométrique
I.7 – Hydrogéologie du bassin versant du fleuve Gambie
I.8 – Sols du bassin du fleuve Gambie
I.9 – Végétation du bassin du fleuve Gambie
Chapitre II – Présentation et traitement des données
II.1 – Introduction
II.2. – Critique des données
II.3 – Comblement des données
II.4 – Analyse des séries des pluies et des débits
II.4.1 – Etude de l’indépendance des séries
II.4.1.1 – Test de l’autocorrélogramme
II.4.1.2 – Test du coefficient d’autocorrélation empirique d’ordre 1
II.4.1.3 – Test de corrélation sur le rang de Mann – Kendall (1961)
II.4.1.4 – Test des points de rebroussement
II.4.2 – Etude de l’homogénéité des séries
II.4.2.1 – Test de Pettitt (1979)
II.4.2.2 – Test de l’ellipse de Bois
II.4.2.3 – Test de segmentation des séries
II.5 – Résultats des tests d’indépendance et d’homogénéité des séries
II.5.1 – Tests d’indépendance des séries
II.5.1.1 – Résultats de l’analyse de l’autocorrélogramme
II.5.1.2 – Résultats du test du coefficient d’autocorrélation d’ordre 1
II.5.1.3 – Résultats du test de corrélation sur le rang de Mann-Kendall
II.5.1.4 – Résultats du test des points de rebroussement
II.5.1.5 – Synthèse sur les tests d’indépendance des séries
II.5.2 – Tests d’homogénéité des séries
II.5.2.1 – Résultats du test de Pettitt
II.5.2.2 – Résultats du test de l’ellipse de Bois
II.5.2.3 – Résultats du test de segmentation des séries
II.5.2.4 – Synthèse sur les tests des d’indépendance des séries
Chapitre III – Etude statistique des fréquences et détermination des quantiles
III.1- Introduction
III.2- Fonction de répartition théorique – Fonction densité de probabilité théorique
III.2.1- Moments théoriques et empiriques
III.2.2- Durée de la période de retour d’un évènement
III.3- Ajustements statistiques
III.3.1 – Détermination de la fonction de répartition empirique
III.3.2 – Détermination de la fonction de répartition théorique
III.3.3 – Détermination des quantiles des pluies et des débits caractéristiques
III.3.3.1 – Détermination de l’intervalle de confiance
III.3.3.2 – Test d’adéquation de Pearson : test du χ2 (ou Chi-2)
III.3.3.3 – Application des lois de Gauss et de Gumbel pour la détermination des quantiles des séries chronologiques
Chapitre IV – Modélisation pluie – débit en hydrologie
IV.1 – Généralités
IV.2 – Différentes catégories des modèles
IV.3 – Différentes approches des modèles hydrologiques pluie – débit
IV.4 – Procédure expérimentale utilisée en modélisation
IV.4.1 – Phase de calage
IV.4.2 – Phase de contrôle
IV.4.3 – Phase de validation
IV.5 – Evaluation de la performance d’un modèle
IV.6 – Ecart des performances entre approche globale et approche semi – distribuée
IV.6.1 – Ecart absolu (ΔN )
IV.6.2 – Ecart relatif ( NOR )
IV.7 – Détermination des incertitudes
IV.8 – Quelques travaux de modélisation
IV.9 – Comparaison des performances des approches globale et semi-distribuée
IV.9.1 – Avis favorables à l’approche globale
IV.9.2 – Avis favorables à l’approche semi-distribuée
IV.10 – Présentation des modèles GR4J, GR2M
IV.10.1 – Historique
IV.10.2 – Structure et principe de fonctionnement du modèle GR4J
IV.10.3 – Structure et fonctionnement du modèle GR2M
IV.10.4 – Récapitulatif sur les modèles « GR » utilisés (GR4J et GR2M)
CONCLUSION
