1L’étude de l’évolution du climat à l’échelle d’un territoire est une préoccupation croissante tant pour la communauté scientifique que pour les acteurs territoriaux. Elle vise à caractériser les variations climatiques récentes et à imaginer les futures évolutions afin de mettre en place des stratégies d’adaptation sur des échelles spatiales opérationnelles comme la région (Yao et al., 2012 ; Leroy et al., 2012 ; Kouassi Kan et al., 2018). Le réchauffement global conjugué à la variabilité accrue des précipitations entraine la recrudescence de phénomènes extrêmes, notamment les crues et les étiages qui vont augmenter en fréquence et en intensité à travers le continent africain. Diverses études (Paturel et al., 2003 ; Ardoin Bardin, 2004 ; Hubert et al., 2007 ; Sow, 2007 ; Tramblay, 2012 ; Faye, 2014b) mettent en évidence l’évolution des débits dans les cours d’eau et les impacts sur les systèmes naturels et humains des territoires, pendant la période récente, dont l’ampleur varie selon les régions et les conditions hydroclimatiques.
2La République du Congo, comme la plupart des pays du bassin du Congo et de l’Afrique Centrale, bénéficie d’un réseau hydrographique important. Les cours d’eau ont des débits et longueurs modérés et des régimes hétérogènes (irréguliers et réguliers) (Faye, 2015, Laraque et al., 1996, Mahé, 1993). Ces bassins hydrologiques regorgent d’une certaine potentialité, qui a besoin d’être gérée pour permettre le développement agricole, industriel et le développement des communications transfluviales. Ces deux bassins versants (Alima et Loufoulakari), partagés par le domaine climatique tropical humide et subéquatorial, déterminent la dynamique de l’occupation du sol.
3Les études menées sur le système hydrologique traduisent une baisse des débits en relation avec celle de la pluviométrie dans les bassins versants du fleuve Congo et du Kouilou-Niari (Houabaloukou, 2002, Pandi et al., 2009, IbiassI Mahoungou et al., 2013, 2015). Tenant compte du fait que les régimes hydrologiques des principaux bassins versants en République du Congo sont dépendants des régimes pluviométriques, une modification éventuelle des régimes des pluies entrainerait une modification des régimes hydrologiques et des conséquences négatives sur les écoulements de surface et souterrains.
4Ces deux rivières Loufoulakari et Alima se singularisent par les écoulements réguliers et irréguliers. Il est donc nécessaire d’analyser des états de surface afin d’apprécier le rythme d’écoulement et de quantifier l’incidence des modifications environnementales sur la dynamique hydroclimatique du milieu d’étude. L’objectif de cette étude est de faire une étude statistique des débits dans l’optique de déterminer les différentes périodes de récurrence des crues exceptionnelles et des étiages sévères de ces hydrosystèmes dans le cadre d’une prévention ainsi que les relations qui existent entre ces ressources en eau et les activités anthropiques de la zone d’étude.
5Comprise entre les latitudes 1°18’ et 4°54’ sud et les longitudes 12°12’ et 17°18’ est, notre région d’étude s’étend au nord et au nord-est sur les plateaux Batéké au sud sur le plateau de Cataractes. Les limites à l’est et au sud-est sont constituées par le fleuve Congo. Elle couvre une superficie de 41 180 km². C’est une zone de transition entre le Congo sud occidental et le Congo septentrional (Mbilou et al., 2016).
Figure 1. Situation géographique des bassins versants de la Loufoulakari et de l’Alima (source CERGEC)
6Du point de vue géologique, les bassins hydrologiques de la Loufoulakari et de l’Alima sont entièrement constitués des séries de Stanley pool, de la Louila, de la Bouenza, des tillites supérieures du Bas-Congo, de schisto-calcaire de la Mpioka, de l’Inkisi et des plateaux Téké (qui est une série continentale qui serait déposée sur toute l’ère tertiaire et au pléistocène (Vennetier, 1968, Kinga Mouzeo, 1986). Ses sols sont rangés dans la catégorie des sols ferrallitiques (appauvris et remaniés), hydromorphes et podzoliques. Ces bassins sont couverts par une végétation dominée par des formations herbeuses ou savanicoles dont la régularité est entrecoupée seulement par quelques boqueteaux forestiers autour des villages d’une part et d’autre part une zone de transition entre la savane et la forêt. Elle se caractérise par Trachypogrenthollonu et Hypparrhenia diplandra, Hymenocardia, Loudetia simplex, l’Imperata cylindrica.
7Son climat se présente en fonction des conditions climatiques locales, qui sont regardées par deux types domaines distincts : le domaine des plateaux Batéké au climat subéquatorial et le domaine du plateau des Cataractes au climat tropical humide (Makany ,1976).
8La méthodologie consiste à l’intégration et à la représentation des informations descriptives des composantes du milieu dans le système hydrologique en vue d’étudier les régimes des écoulements dans l’ensemble des bassins hydrologiques. Ainsi, nous avons créé une base de données à références spatiales contenant des informations qualitatives et quantitatives nécessaires pour ces bassins hydrologiques.
9Pour la réalisation de cette étude, les données utilisées sont : les données pluviométriques (les hauteurs d’eau de pluie) collectées aux postes pluviométriques de Mindouli, Kinkala, Moulenda et Mankoussou ont été retenues pour le bassin hydrologique de la Loufoulakari et celles de Tchikapika, Okoyo, Lékana et Djambala pour la période de 1964 à 1980, les données hydrologiques aux stations hydrométriques de Loufoulakari à Kimpandzou et l’Alima à Tchikapika de la période de 1964 à 1980. Elles permettent de caractériser les aspects pluviométriques et hydrologiques.
10Le traitement des données a consisté en plusieurs approches permettant d’identifier les variabilités climatiques et hydrologiques dans deux bassins hydrologiques. Dans le cas de cette étude, il a été utilisé la méthode des variables centrées.
11La Moyenne arithmétique
La moyenne arithmétique d’une série statistique est la somme des valeurs observées divisées par le nombre d’observations. Elle permet de déterminer des débits moyens annuels et mensuels et les précipitations moyennes annuelles et mensuelles :
12L’écart type
C’est la racine carrée positive de la variance. La dispersion des données autour de la moyenne se calcule à partir de l’écart type qui permet de standardiser les données et de mettre en évidence les anomalies :
13Les moyennes mobiles sur trois ans
Les moyennes mobiles sur cinq ans se calculent de la manière suivante : les trois premières valeurs ont pour moyenne M1. Si on fait glisser d’un rang les cinq valeurs, on obtient M2 qui est la moyenne des années de 2 à 6 inclus. Puis de la même manière, on obtient la moyenne M3 des années 3 à 7, etc. Les moyennes mobiles centrées de cinq ans permettent un lissage des séries pluviométriques des stations et des postes pluviométriques pour déterminer les tendances (tendances à la hausse, tendance à la baisse) :
14le coefficient de variation
C’est le rapport de l’écart type () à la moyenne ( ). Il est souvent multiplié par 100. Il permet dans cette étude d’apprécier le degré de variabilité pluviométrique et des débits dans le temps :
15Les données centrées réduites ou standardisées
Une seconde étape consiste à diviser l’ensemble des données centrées par l’écart type de la série. La nouvelle série centrée et réduite, ou standardisée encore appelée série d’anomalies a donc deux caractéristiques fixes : moyenne nulle et écart type à un (1). Elles permettent de déterminer les années excédentaires et les années déficitaires :
16Pour le contexte hydrologique : la pluviométrie moyenne (P) ; la lame d’eau équivalente (H) ; le coefficient d’écoulement (Ke) ; le coefficient de variation saisonnière (K3) ; le déficit d’écoulement (De) et le coefficient de corrélation. Le bilan hydrologique permet d’évaluer aussi la sensibilité du fleuve face aux variations climatiques.
17La lame d’eau équivalente
La lame d’eau équivalente est la hauteur d’une nappe répartie sur une surface horizontale est égale à la différence des précipitations du bassin versant, et le déficit d’écoulement à la station :
18Le coefficient d’écoulement
C’est le rapport entre l’indice d’écoulement et la hauteur moyenne des précipitations tombées sur un bassin. Ce phénomène s’explique par le fait que plus de la moitié du volume d’eau écoulée au cours de l’année provienne du ruissellement des crues ou de l’écoulement hydrométrique. Le coefficient d’écoulement dépend non seulement du total pluviométrique annuel, mais aussi de façon dont sont tombées les pluies. Il est donc obtenu en divisant la lame d’eau équivalente par la précipitation et en multipliant par la suite le quotient par 100.
19Le coefficient de variation saisonnière (Ks)
C’est le rapport du débit annuel maximal par le débit annuel minimal :
20Le coefficient de corrélation
La relation entre les pluies et les débits met en évidence la corrélation entre les variables distinctes qui sont les pluies et les débits grâce à la régression linéaire du type : Y = ax + b. Cette relation dépendra de la valeur du coefficient de corrélation (r), dont la formule s’écrit :
21Hydraulicité
L’hydraulicité est le rapport moyen annuel d’un cours d’eau lors d’une année déterminée au module calculé sur une longue période destinée à caractériser l’abondance de l’écoulement pendant cette année.
Dma : Débit moyen annuel ; Dmi : Débit moyen inter annuel.
22Période de retour de crues
Les périodes de retour des crues sont calculées par la formule :
F : Fréquence de dépassement ; T : temps de retour en année.
23Le graphique de l’évolution interannuelle des écoulements présente une alternance des années excédentaires et déficitaires. L’examen de cette évolution montre des périodes excédentaires de 1964 à 1966, de 1969 à 1974 et en 1977 et des périodes déficitaires de 1967 à 1968, de 1975 à 1976 et de 1978 à 1980. L’analyse de la figure 2 sur l’évolution interannuelle des écoulements montre une tendance à la hausse de 1964 à 1974. Elle et à la baisse de 1975 à 1978.
Figure 2. Évolution interannuelle des écoulements de la Loufoulakari à Kimpandzou (1964-1980)
24L’évolution générale des écoulements, montre que les débits de la Loufoulakari ont une tendance à la baisse pendant toute la période d’étude, comme observé par (Samba – Kimbata, 1991). Cela est similaire à l’évolution interannuelle des précipitations.
25La figure 3 de l’évolution interannuelle montre une alternance des années excédentaires et déficitaires. L’évolution interannuelle des débits de l’Alima présente une période déficitaire allant de 1972 à 1980 et une période excédentaire de 1964 à 1971. De même cette figure présente une tendance à la hausse de 1964 à 1971. Elle est à la baisse de 1972 à 1980.
Figure 3. Évolution interannuelle des écoulements de l’Alima à Tchikapika (1964-1980)
26L’évolution générale des écoulements, montre que les débits de la rivière Alima ont une tendance à la baisse pendant toute la période d’étude, comme observé par (Laraque et al., 1996, Mahé, 1993, Samba – Kimbata, 1991). Cela est similaire à l’évolution interannuelle des précipitations.
27L’évolution inter saisonnière des écoulements de ce bassin, se fait comme pour les précipitations selon le découpage suivant : janvier - février ; mars - avril - mai ; juin - juillet - août -septembre et octobre - novembre - décembre. La figure 4 (a, b, c, d) des écoulements saisonniers montre une alternance des périodes déficitaires et des périodes excédentaires.
28Saison janvier - février (JF)
L’évolution saisonnière des écoulements pour l’ensemble du bassin montre deux tendances (figure 4a) : une tendance à la hausse et l’autre à la baisse des écoulements. Le graphe de cette saison (figure 4a) présente quatre périodes déficitaires et quatre périodes excédentaires. L’évolution des écoulements de cette saison montre une tendance à la hausse et à la baisse.
29Saison mars - avril - mai (MAM)
Le graphe des écoulements de cette saison présente trois périodes déficitaires de 1967 à 1969, de 1975 à 1976 et de 1978 à 1980 et trois périodes excédentaires de 1964 à 1966, de 1970 à 1974 et en 1977. Cette évolution est à la hausse de 1964 à 1974. Elle est à la baisse de 1957 à 1980 (figure 4 b).
30Saison juin - juillet - août - septembre (JJAS)
L’évolution des écoulements de cette saison (figure 4c) montre des périodes excédentaires et déficitaires : les périodes excédentaires sont de 1964, en 1966, de 1968 à 1974, en 1977 et les périodes déficitaires en 1965, en 1967, de 1975 à 1976, de 1978 à 1980. Dans l’ensemble de ce bassin hydrologique, cette saison est marquée par des années excédentaires et déficitaires.
31Saison octobre - novembre - décembre (OND)
Cette saison présente une évolution marquée par cinq périodes excédentaires en 1964, en 1966, de 1969 à 1970, en 1975 et en 1977 et cinq périodes déficitaires en 1965, de 1967 à 1968, de 1973 à 1974, en 1976, et de 1978 à 1980. Cette évolution des écoulements montre une tendance à la hausse de 1967 à 1977, elle est à la baisse de 1964 à 1968 et de 1978 à 1980 (figure 4 d).
32Saison janvier - février (JF)
L’évolution saisonnière des écoulements pour l’ensemble du bassin montre deux tendances (figure 4a) : une tendance à la hausse et l’autre à la baisse des écoulements. La figure de cette saison (figure 4a) présente trois périodes excédentaires de 1964 à 1970, en 1975, et de 1979 à 1980 et deux périodes déficitaires, de 1971 à 1974, de 1975 à 1976. L’évolution des écoulements de cette saison montre une tendance à la hausse de 1964 à 1970 et elle est à la baisse de 1971 à 1980.
33Saison mars - avril - mai (MAM)
La figure 4 b des écoulements de cette saison présente trois périodes déficitaires de 1968, de 1972 à 1978 et trois périodes excédentaires de 1964 à 1970, en 1975 et de 1979 à 1980. Cette évolution est à la hausse de 1968 à 1971, de 1978 à 1980. Elle est à la baisse de 1964 à 1967 et de 1972 à 1977.
34Saison juin - juillet - août - septembre (JJAS)
L’évolution des écoulements de cette saison (figure 4c) montre une alternance des périodes excédentaires et déficitaires : une période excédentaire de 1964 à 1970 et une période déficitaire de 1971 à 1980. Elle montre une tendance à la hausse de 1964 à 1970 et une tendance à la baisse de 1971 à 1980.
35Saison octobre - novembre - décembre (OND)
Cette saison présente une évolution marquée par des périodes excédentaires et déficitaires : une période excédentaire de 1964 à 1974 et une période déficitaire de 1975 à 1980. Cette évolution montre une tendance à la hausse des écoulements de 1968 à 1969. Elle est à la baisse de 1975 à 1980 (figure 4 d).
Figure 4. Évolution inter saisonnière des écoulements de l’Alima à Tchikapika (1964-1980)
36Les hydraulicités annuelles de cette rivière se caractérisent par des périodes plus ou moins faibles d’une année à l’autre. Ces périodes sont à relier aux variations pluviométriques avec des années et des séries d’années plus sèches comme les années 1968, 1976 à 1967 à 1980 ou plus humides comme 1964 à 1967, 1969 à 1975 et 1977.
Figure 5. Évolution des hydraulicités annuelles de la Loufoulakari (1964 - 1980)
37D’une manière générale, la figure 6 montre que les hydraulicités mensuelles sont caractérisées par des écarts importants entre les mois. En juin, juillet, août, septembre ainsi qu’en octobre, les valeurs sont déficitaires ; par contre le reste des mois les hydraulicités sont excédentaires.
Figure 6. Évolution des hydraulicités mensuelles de la Loufoulakari (1964 – 1980)
38Les hydraulicités annuelles de cet affluent du fleuve Congo se manifestent par des variations plus ou moins faibles d’une année à l’autre. Ces périodes sont à relier aux variations pluviométriques avec des années et des séries d’années plus humides telles 1964 à 1971, 1979 ou des années plus sèches comme 1972 à 1978 et en 1980. Les hydraulicités de l’Alima à Tchikapika montrent une évolution à la baisse de 1964 à 1970 et ces années sont exceptionnellement humides, suivies de la période allant de 1971 à 1980 qui marque des années très sèches.
Figure 7. Évolution des hydraulicités annuelles de l’Alima à Tchikapika (1964-1980)
39La figure 6 montre les hydraulicités mensuelles, caractérisées par des écarts importants entre les mois. En juin, juillet, août, septembre ainsi qu’en octobre, les valeurs sont déficitaires ; par contre le reste des mois les hydraulicités sont normales.
Figure 8. Évolution des hydraulicités mensuelles de l’Alima à Tchikapika (1964-1980)
Tableau 1. Bilan hydrologique des bassins hydrologiques de la Loufoulakari et l’Alima (1964-1980)
|
Caractères
|
S
|
P
|
Q s
|
Qma
|
Qmi
|
CVS
|
H
|
DE
|
Qs
|
CE
|
CC
|
|
Station hydrométrique de la Loufoulakari à Kimpandzou
|
|
2980
|
1335
|
54,8
|
99
|
11,4
|
2,55
|
779,4
|
555,6
|
20
|
41,61
|
0,73
|
|
Station hydrométrique de l’Alima à Tchikapika
|
|
20 070
|
1849
|
603
|
663
|
519
|
1,3
|
949,4
|
899,6
|
30
|
50,1
|
0,38
|
40S (en km2) : superficie du bassin versant ; Qma (en m3/s) = Débit maximal ; Qmi (en m3/s) = Débit minimal ; QS (en l/s/km2) = Module spécifique ; P (en mm) : pluviométrie moyenne annuelle ; CVS= Coefficient de variation saisonnière ; H (en mm) = Lame d’eau écoulée ; Q (en m3/s) : Module moyen ; DE (en mm) = Déficit d’écoulement ; CE (en %) = Coefficient d’écoulement ; CC= Coefficient de corrélation.
41Dans l’ensemble, ces deux sous-bassins recouvrent en grande partie la forêt mésophile avec quelques lambeaux de forêt ombrophile équatoriale, ils sont suffisamment arrosés, mais ces rivières coulent d’une part sur un substratum très peu perméable et d’autre part sur les formations géologiques sableuses et sablo-gréseuses très perméables. Les écoulements de ces rivières sont largement tributaires des eaux pluviales, car la période des hautes eaux est alimentée par les précipitations des saisons (mars-avril - mai et octobre - novembre et décembre).
42Dans l’ensemble du bassin versant de la Loufoulakari de la période de 1964 à 1980, les débits des crues se sont manifestés en plusieurs épisodes à savoir : 2 fois en novembre, 1 fois en décembre, 2 fois en février, 1 fois en mars, 6 fois en avril, 3 fois en mai et dans le bassin versant de l’Alima, les débits des crues se sont manifestés en plusieurs épisodes à savoir : 8 crues en novembre, 3 fois en décembre, 1crue en février, 3 crues en avril, 1 crue en mai. Ces débits des crues permettent de déterminer les périodes de retour des crues suivant le tableau 2.
Tableau 2. Période de retour des débits des crues de la Loufoulakari et l’Alima (1964 - 1980)
|
Période de retour
|
Fréquence
|
Débits
|
|
Bassin versant de la Loufoulakari
|
|
1000 ans
|
0,001
|
369 m3/s
|
|
100 ans
|
0,01
|
276 m3/s
|
|
75 ans
|
0,013
|
264 m3/s
|
|
50 ans
|
0,02
|
247 m3/s
|
|
25 ans
|
0,04
|
218 m3/s
|
|
10 ans
|
0,1
|
184 m3/s
|
|
5 ans
|
0,2
|
160 m3/s
|
|
Bassin versant de la l’Alima
|
|
1000 ans
|
0,001
|
751 m3/s
|
|
100 ans
|
0,01
|
741 m3/s
|
|
75 ans
|
0,013
|
739 m3/s
|
|
50 ans
|
0,02
|
737 m3/s
|
|
25 ans
|
0,04
|
728 m3/s
|
|
10 ans
|
0,1
|
726 m3/s
|
|
5 ans
|
0,2
|
713 m3/s
|
Source : service hydrologique national
43Sur dix-sept (17) années d’observations des crues sur ces deux bassins hydrologiques (la Loufoulakari et l’Alima), les crues ont une probabilité de retour en 1000 ans, 100 ans, 25 ans, 10 ans, et 5 ans respectivement de : 369, 276, 264, 247, 218, 184 et 160 m3/s pour la Loufoulakari et 751, 741, 739, 737, 728, 726 et 713 m3/s pour l’Alima. Les hauteurs d’eau et les écoulements présentent en alternance les périodes déficitaires et excédentaires. Les crues sont brutales et les étiages prodigieux donnant lieu à des débits à éclipses. Ceci s’explique par le fait que ces deux sous-bassins n’ont pas les mêmes régimes hydrologiques et souligne l’absence d’un aquifère régulateur et, les précipitations sont proportionnelles aux écoulements dans ces deux bassins hydrologiques de la Loufoulakari et l’Alima.
44Les résultats obtenus au cours de ce travail sont en accord avec les conclusions des travaux antérieurs réalisés sur les affluents de la rive droite du fleuve Congo (Faye et al., 2015 ; Mahé, 1993, Samba – Kimbata, 1991). La baisse de la pluviométrie au cours de cette étude se situe en général après 1970 et s’intègre dans l’intervalle défini par les études antérieures. Comme signalée par Olivry (1967), les années 1970 constituent une période très représentative de l’importante chute de la pluviométrie de façon progressive. Ce même constat a été fait en Afrique équatoriale atlantique par (Ibiassi Mahoungou, 2001, Maloba Makanga, 1997), qui remarquent que les années 1970 marquent par ailleurs le début d’une évolution pluviométrique à la baisse.
45Les années 1960-1980 sont caractérisées par une alternance d’anomalies positives et négatives alors que les années 1971-1980 sont caractérisées par une tendance à la baisse pluviométrique.
46L’Afrique centrale est caractérisée par une médiocre structuration spatiale des précipitations interannuelles. Une étude des corrélations interstationnelles révèle que celles-ci sont plus faibles que dans le reste de l’Afrique tropicale. Ceci se double, sauf sur la côte atlantique, d’une amplitude faible des variations interannuelles des précipitations. Dans le plateau Batéké on enregistre une régularité dans le fonctionnement de son cours d’eau principal qui est l’Alima, par contre dans le plateau des Cataractes on enregistre des irrégularités inter saisonnières et interannuelles dans le bassin versant de Loufoulakari en raison de ses caractéristiques lithologiques et climatiques. Les débits suivent le rythme des précipitations et les écoulements de surface sont directement influencés par les précipitations.
47Les régimes saisonniers des écoulements pour l’ensemble de ces bassins hydrologiques montrent deux tendances sur toutes les lignes en plusieurs épisodes : une tendance à la hausse et l’autre à la baisse des écoulements. Les résultats obtenus présentent trois périodes excédentaires de 1964 à 1970, en 1975, et de 1979 à 1980 et deux périodes déficitaires, de 1971 à 1974, de 1975 à 1976 au cours de cette étude. Les hydraulicités annuelles dans ces bassins se manifestent par des variations plus ou moins faibles d’une année à l’autre. Ces périodes sont à relier aux variations pluviométriques avec des années et des séries d’années plus humides telles 1964 à 1971, 1979 ou des années plus sèches comme 1972 à 1978 et en 1980.
48Pour cela, nous avons comparé deux paramètres hydrologiques qui ne présentent pas de liens physiques entre eux, mais qui illustrent bien les particularités de leurs régimes hydrologiques (tableau 1). Il s’agit d’une part du coefficient d’écoulement interannuel (CE en %) et d’autre part du coefficient de variation saisonnière des écoulements (CVS).
49Les régimes des écoulements de surface dans les deux bassins hydrologiques, sur la période 1964 -1980 varient dans le temps. Les évolutions des écoulements saisonniers et annuels montrent une alternance des périodes excédentaires et déficitaires. Elles montrent aussi des tendances à la hausse et à la baisse. Les écoulements dans l’ensemble de ces bassins sont directement influencés par les précipitations, avec des modules interannuels de 99 et 663 m3/s, des débits spécifiques de 54, 8 et 603 l/s/km2 et des valeurs des coefficients de variation saisonnière de 5,2 pour la Loufoulakari et 1,3 pour l’Alima. Cela traduit le fonctionnement irrégulier et régulier pour les ces rivières. Les hydraulicités sont normales dans l’ensemble, car les valeurs s’approchent de l’unité. Les variabilités des débits sont marquées par des fluctuations importantes entre les extrêmes. Les écoulements de ces rivières (Loufoulakari et Alima) ne sont pas instantanés ce qui explique le temps de réponse entre la chute des pluies et les moments des écoulements. Les régimes des écoulements sont du type équatorial de transition australe. Enfin, la variation saisonnière des écoulements est calquée sur le régime des précipitations.
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