Soutenance mémoire
Située dans l’hémisphère Sud de l’Océan Indien, entre l’équateur et le Tropique du Capricorne, Madagascar est par sa superficie (592 000 km²) la cinquième île du monde après l’Australie, le Groenland, la Nouvelle-Guinée et Bornéo. Elle est séparée du continent Africain par le canal de Mozambique. Elle s’étire sur 1580 km du Nord au Sud et 500 km dans le sens Est-Ouest. Limitée entre le 12ème et 25ème parallèle de l’hémisphère Sud, Madagascar possède cinq régions climatiques différentes du fait de sa situation géographique intertropicale :
● Au Nord et Nord-Ouest, le climat est de type équatorial avec des pluies annuelles abondantes pendant la mousson, période qui dure de Décembre à Avril. Les températures varient de 15°C à 37°C.
● Sur la Côte Est, le climat est un climat équatorial très humide et la Côte est exposée aux Alizés et aux cyclones entre les mois de Janvier et Mars.
● La région Ouest de Madagascar est moins pluvieuse. Les températures y varient de 10°C à 37°C.
● Au centre de l’île, les Hautes Terres sont situées à une altitude qui varie entre 1200 et 1500m. Le climat est un climat de type méditerranéen avec des températures annuelles moyennes de l’ordre de 20°C.
● L’extrême Sud de Madagascar est très sec, les pluies sont rares. Le climat est de type subdésertique. L’amplitude thermique est élevée allant de 6°C à 40°C .
Madagascar comporte principalement deux saisons climatiques :
● La saison sèche : du mois d’Avril au mois d’Octobre, cette saison tire son nom de la quasi-inexistence de pluie ;
● La saison des pluies : de Novembre à Mars, cette saison est rythmée par des pluies passagères mais régulières, qui ont lieu la plupart du temps en début de soirée ou pendant la nuit.
Et deux saisons « intermédiaire » :
● Septembre et Octobre : température estivale sans pluie ;
● Avril et Mai : baisse de température et absence de pluie.
La saison cyclonique s’étend officiellement de la mi-Décembre à la mi-Avril, mais dans la réalité, les risques cycloniques véritables ne concernent principalement que les mois de Janvier, Février et Mars. Les Hauts Plateaux sont très rarement concernés par ces phénomènes. Pour Antananarivo, on parle d’une fréquence d’un cyclone tous les 4 ans. [2] Bon nombre d’activités humaines que l’on peut faire sur Madagascar sont donc tributaires du climat à savoir l’agriculture, le tourisme, le transport, etc. Ces diverses activités ont besoin d’une assistance climatologique. Cette dernière exploite les travaux de recherche en matière de prévision. Le champ de pression atmosphérique est souvent utilisé comme indicateur du type de temps à Madagascar. En fonction de la situation isobarique, nous pouvons déterminer le type de temps correspondant. Le vent d’Alizé issu de l’anticyclone des Mascareignes règne presque toute l’année sur la Grande Île. Son intensité varie selon la présence ou l’absence du front météorologique au Sud de Madagascar. En effet, à défaut de front, le régime d’Alizé est généralement modéré à fort sur Madagascar. Quand un thalweg frontal s’approche, l’Alizé s’affaiblit et quand le front s’éloigne de Madagascar, il y a reprise d’Alizé.
Le Sud de Madagascar est donc le lieu de passage fréquent des fronts météorologiques qui conditionnent le type de temps à Madagascar. En été, le passage de front au Sud de Madagascar favorise la convection sur la Grande Île tandis qu’en hiver, la conséquence du passage du thalweg frontal est la formation des brouillards sur les Hauts Plateaux de Madagascar. Lorsqu’un front se déplace, une baisse de pression se manifeste à l’avant et une hausse à l’arrière. Le positionnement du front est donc repéré par l’isallobare (ligne d’égale variation de pression) zéro. De plus, le sud de Madagascar est un lieu de cyclolyse. Généralement, lorsqu’un cyclone finit son trajet dans le Sud de Madagascar, cela signifie qu’il a touché la Grande Île.
Dans le but de contribuer à l’amélioration de la prévision d’occurrence de phénomènes météorologiques à longue échéance à Madagascar, nous allons chercher à modéliser les données de pression atmosphérique au Sud de Madagascar. Mais pour avoir un bon modèle, il faut que les données utilisées soient homogènes. On se demande alors comment évolue la pression atmosphérique dans cette zone. C’est le problématique de notre étude intitulé «Etude de l’homogénéité des données de pression atmosphérique au Sud de Madagascar. Modélisation des données de pression atmosphérique ».
Généralités sur la pression atmosphérique
La pression est un paramètre d’état couramment utilisé pour décrire l’atmosphère. Elle possède la propriété singulière de décroître constamment avec l’altitude. Ses variations horizontales et au cours du temps sont moins régulières et additionnent des effets dont les causes ne sont pas toujours faciles à discerner.
Définition de la pression atmosphérique
D’une manière générale, la pression en un point d’un fluide est la force qui s’exerce sur un élément de surface perpendiculaire à celui-ci. On appelle pression atmosphérique ou barométrique en un lieu donné le poids (mg) d’une colonne d’air de section S surmontant ce lieu.
P = Mg / S (1)
L’unité de pression dans le système international est le Pascal :
1 Pascal (Pa) = 1N/m² = 1kg/m/s²
Variations spatiales de la pression
a) Variations avec l’altitude
La pression diminue avec l’altitude. Le gradient vertical de pression, dans le cas de l’atmosphère standard, comme celui de l’atmosphère réelle, n’est pas constant, mais varie avec l’altitude : Ce gradient diminue en valeur absolue quand z augmente, autrement dit, la pression diminue avec l’altitude plus rapidement dans les basses couches qu’en altitude. Inversement, l’épaisseur d’une tranche d’atmosphère entre deux niveaux de pression fixés augmente avec l’altitude. Ainsi, pour l’atmosphère standard, le gradient vertical de pression est de 8,32 m/hPa alors qu’à 500hPa, il est égal à 14,8 m/hPa.
b) Variations horizontales
En atmosphère standard, les surfaces de pression sont horizontales. En atmosphère réelle, celles-ci sont plus ou moins inclinées si bien, qu’à un instant donné, la pression est différente en divers points d’une surface de la même altitude géographique. Ainsi, la pression au niveau moyen de la mer n’est pas uniforme.
b.1) Description des variations spatiales de la pression en surface en ligne isobare
Cette représentation classique des variations horizontales de la pression (ou description du champ horizontal de pression) consiste à relier par une ligne, sur un plan à altitude (géopotentielle et MSL) donnée, les points où règne la même pression.
Le nom donné aux différentes régions de la carte dépend de la répartition et de l’allure des isobares :
Anticyclone : Système d’isobares fermées dont la côte croît vers l’intérieur.
Dorsale : Excroissance de hautes pressions.
Dépression : Système d’isobares fermées dont les côtes décroît vers l’intérieur.
Thalweg : Excroissance de basses pressions.
Centre d’action : Anticyclone ou dépression de grande étendue.
Col barométrique : Région de faible gradient de pression située entre deux anticyclones ou dorsales d’une part et deux dépressions ou thalwegs d’autre part
Marais barométrique : Région où les isobares sont très espacées (faible gradient horizontal de pression) et mal organisées.
En pratique, on ne trace les isobares qu’au niveau de la mer (Z = 0 mètre MSL). Mais les stations de mesure se situent à des altitudes diverses. Nous devons donc corriger la mesure locale de ces écarts d’altitude en effectuant ce qu’on appelle une réduction de pression au niveau moyen de la mer. Même en optimisant cette réduction, l’erreur commise par ce calcul n’est plus acceptable pour les stations d’altitude importante. Dans ce cas, les données locales serviront à calculer l’altitude de la surface de pression de référence la plus proche (par exemple 850hPa pour une mesure proche de 1500m MSL).
b.2) Description des variations spatiales de la pression en altitude en ligne de niveau (isohypses)
Une seconde représentation consiste à choisir une surface de pression comme plan de la carte puis, relier par une ligne les points où cette surface de pression est à la même altitude (géopotentielle ou MSL). Ces lignes de niveau se nomment isohypses. Ces cartes reproduisent la topographie d’une surface isobare donnée, exactement comme celle d’un relief. Bosses et creux d’une surface de pression sont aussi des anticyclones et dépressions et la terminologie utilisée dans la description du champ de pression en surface peut être étendue à l’altitude.
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Table des matières
INTRODUCTION
Partie 1. GENERALITES
I.1 Généralités sur la pression atmosphérique
I.1.1. Définition de la pression atmosphérique
I.1.2 Appareils de mesure
I.1.3 Variations spatiales de la pression
I.1.4 Variations temporelles de la pression
I.1.5 Origine des variations de pression
I.2 Le changement climatique
I.3 Série climatique homogène
I.3.1 Définition de l’homogénéité
I.3.2 Homogénéisation
I.3.3 Principales causes d’inhomogénéité
I.3.4 Types inhomogénéités
PARTIE II : MATERIELS ET METHODES
II.1 Localisation de la zone d’étude
II.2 Les données
II.3 Les matériels
II.4 Outils Mathématiques
II.4.1 Les tests d’hypothèse
II.4.2 Tests de détection des ruptures
II.4.3 Analyse en composantes principales
II.4.4 Transformée de Fourier
II.4.5 Méthode d’Entropie Maximale (MEM)
II.4.6 Etude de l’effet mémoire
II.4.7 Tendance et test de Mann-Kendall
II.4.8 Modélisation par le processus ARIMA
II.4.9 Tests de stationnarité
II.4.10 Sélection des modèles
II.4.11 Evaluation du modèle par le Moyenne des Erreurs Absolues en Pourcentage (MEAP ou MAPE)
PARTIE III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III.1 Résultats et interprétations des tests de rupture
III.1.1 Test de PETTITT
III.1.2 Test SNHT
III.1.3 Test de BUISHAND
III.2 Résultats de l’Analyse en Composantes Principales (ACP)
III.2.1 Matrice de départ pour l’Analyse en Composantes Principales
III.2.2 Valeurs propres, % variance et % cumulé des variances des pressions atmosphériques
III.2.3 Choix du nombre d’axe à retenir
III.2.4 Représentation des variables et des individus
III.3 Etude de la pression dans les deux zones
III.3.1 Pression journalière et mensuelle de la zone 1 (Zone de basse pression) de 1979 à 2015
III.3.2 Pression journalière et mensuelle de la zone 2 (Zone de haute pression) de 1979 à 2015
III.3.3 Pression annuelle et courbe de tendance de la zone 1 (Zone de basse pression) de 1979 à 2015
III.3.4 Pression annuelle et courbe de tendance de la zone 2 (Zone de haute pression) de 1979 à 2015
III.3.5 FFT de la pression journalière
III.3.6 FFT de la pression mensuelle
III.3.7 Analyse spectrale par la Méthode d’Entropie Maximale (M.E.M)
III.3.8 Résultats de la mesure de l’effet mémoire
III.3.9 Modélisation par le processus ARIMA
III.3.10 Résultats de l’évaluation des modèles de prévisions
PARTIE IV : DISCUSSIONS
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
