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Paradoxe d'évaporation dans la vallée du fleuve Sénégal

Evaporation paradox in the Senegal basin river
Papa Malick Ndiaye, Ansoumana Bodian et Serigne Bassirou Diop
p. 67-82

Résumés

L'augmentation des températures dans un contexte de changement climatique devrait être accompagnée par une hausse de l'évaporation et de l'évapotranspiration (ET0). Toutefois des études ont montré une baisse de l'évaporation (ou de l'évapotranspiration) dans certaines régions du monde. Ce contraste entre la baisse de l'évaporation et l'augmentation des températures, qui varie en fonction des zones climatiques, est connu sous le nom de "paradoxe d'évaporation". L'objectif de ce travail est d'en examiner les causes dans la vallée du fleuve Sénégal. Les données climatiques (évaporation, pluie, température, humidité relative, durée d'insolation) observées aux stations de Bakel, Podor, Matam et Saint-Louis, ont été traitées sur la période 1981-2015. La méthodologie comporte : 1/ la détection des ruptures par le test de PETTITT, 2/ l'analyse de la relation entre l'évaporation / évapotranspiration et les variables climatiques par le test de corrélation de PEARSON, 3/ la détection des tendances de l'évaporation / ET0 et des variables climatiques par le test de MANN-KENDALL et la pente de SEN. Les ruptures de l'évaporation et de l'évapotranspiration sont respectivement identifiées dans les années 1990 et 2000. La corrélation de PEARSON montre que l'évaporation et l'ET0 ont pour relation la plus forte, celle avec l'humidité relative. Le test de MANN-KENDALL révèle une baisse significative (p-value ˂ 0,001) de l'évaporation et une évolution nuancée (baisse et hausse) de l'évapotranspiration de référence. Cette baisse de l'évaporation, combinée à une hausse significative de la température, met en évidence l'existence d'un paradoxe d'évaporation dans la vallée du fleuve Sénégal. Ce paradoxe d'évaporation s'explique ici par la hausse significative de l'humidité relative et de la pluviométrie, mais aussi par la baisse significative de la durée d'insolation.

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Texte intégral

I - Introduction

1L'évaporation, au sens daltonien du terme, désigne les pertes en eau à partir des surfaces d'eau libre (cours d'eau, lacs artificiels, etc.) et du sol (C. COSANDEY et R. ROBINSON, 2000). La façon la plus simple d'évaluer cette évaporation est d'utiliser les bacs d'évaporation (G. FU et al., 2009). Elle est donc un paramètre directement mesuré pour une zone bien déterminée. En revanche, l'évapotranspiration de référence (ET0) représente la quantité d'eau évaporée et transpirée par une végétation courte et verdoyante recouvrant complètement le sol (gazon, luzerne), de hauteur uniforme (8-15 cm) et qui ne manque jamais d'eau (R. ALLEN et al., 1998 ; L. PEREIRA et al., 2015). Elle est souvent estimée par la méthode de référence PENMAN-MONTEITH (R. ALLEN et al., 1998) et d'autres méthodes alternatives intégrant moins de paramètres climatiques (P. M. NDIAYE et al., 2017, 2020-a). L'évaporation, de même que l'évapotranspiration de référence, expriment la demande en eau climatique et sont très importantes pour la modélisation hydrologique (L. OUDIN, 2005), l'estimation des besoins en eau agricole (G. BIGEARD, 2014) et les études liées au changement climatique (L. JIAO et D. WANG, 2018).

2Dans son dernier rapport d'évaluation, le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat (GIEC) évalue le réchauffement de la température de surface mondiale directement imputable aux humains à 1,07°C, soit la quasi-intégralité du réchauffement observé (F. BENY et al., 2021). Ce réchauffement s'est également accéléré, avec +0,19°C entre la période 2003-2012 et la période 2011-2020. L'une des conséquences majeures de ce réchauffement climatique est l'intensification du cycle hydrologique (C. WILCOX et al., 2018 ; F. BENY et al., 2021), qui devrait se traduire par une variabilité des précipitations et une augmentation continue de l'évaporation et de l'évapotranspiration de référence (ET0) (L. JIAO et D. WANG, 2018).

3Cependant, durant ces dernières années, des auteurs (X. LU et al., 2016 ; L. JIAO et D. WANG, 2018) ont montré une diminution de l'évaporation ou de l'évapotranspiration de référence malgré la hausse des températures. Ce contraste entre l'augmentation des températures et la baisse de l'évaporation / évapotranspiration de référence est appelé "paradoxe d'évaporation" et a été mis en exergue depuis les années 1990 (T.C. PETERSON et al., 1995). Les véritables causes de ce paradoxe d'évaporation ne sont pas encore bien élucidées, car les facteurs qui influencent l'évapotranspiration peuvent varier d'une région à une autre et d'une saison à une autre (G. FU et al., 2009). Mais une tentative d'explication a été donnée par différents auteurs (T.C. PETERSON et al., 1995 ; N. CHATTOPADHYAY et M. HULME, 1997 ; M.L. RODERICK et G.D. FORQUHA, 2002 ; S. HAN et al., 2012). En effet, certains pensent que ce paradoxe est lié à la baisse de la durée d'insolation ou de la radiation solaire suite à l'augmentation de la couverture nuageuse et la concentration des aérosols et des polluants dans l'atmosphère (T. C. PETERSON et al., 1995 ; M.L. RODERICK et G.D. FORQUHA, 2002 ; S. HAN et al., 2012). D'autres, en revanche, évoquent la hausse de l'humidité relative (N. CHATTOPADHYAY et M. HULME, 1997) et l'atténuation de la vitesse du vent (S. HAN et al., 2012 ; T.R. MCVICAR et al., 2012). G. FU et al. (2009) ont fait une revue bibliographique sur les études liées au "paradoxe d'évaporation" durant ces dernières années. Ils ont noté que cette baisse de l'évaporation est liée aux diminutions de la radiation solaire, du déficit de saturation et de la vitesse du vent.

4Quoi qu'il en soit, les recherches se poursuivent et des travaux récents ont évoqué ce phénomène de "paradoxe d'évaporation" à travers le monde (L. JIAO et D. WANG, 2018 ; F. SOROUSH et al., 2020 ; P. M. NDIAYE et al., 2020-b). Par exemple, L. JIAO et D. WANG (2018) ont noté l'existence du paradoxe d'évaporation dans le bassin de Lijiang (Chine). Leurs résultats ont montré une décroissance de l'évapotranspiration annuelle de 6,5 mm sur la période 1976-2015 malgré une hausse des températures de 0,32°C. Cette décroissance de l'évapotranspiration est imputable à l'augmentation de l'humidité relative. Dans le bassin du fleuve Sénégal, P.M. NDIAYE et al. (2020-b) ont utilisé les données de réanalyse de la NASA/POWER pour analyser les tendances de l'évapotranspiration de référence et des variables climatiques sur la période 1984-2017. Ils ont mis en évidence le paradoxe d'évaporation dans la partie sahélienne du bassin incluant la vallée du fleuve Sénégal. Ce paradoxe serait lié à la baisse significative de la vitesse du vent, mais surtout à l'augmentation de l'humidité relative. Cette étude de P.M. NDIAYE et al. (2020-b) est la première ayant évoqué le paradoxe d'évaporation dans le bassin du fleuve Sénégal.

5Toutefois les données de réanalyse utilisées par ces auteurs constituent une source d'incertitude. Il est donc nécessaire de valider leurs résultats par des données in situ. Aussi l'objectif de ce travail est-il d'examiner les tendances de l'évaporation, de l'évapotranspiration de référence (ET0) et celles des variables climatiques, à partir de telles données, afin de comprendre les causes du paradoxe d'évaporation dans la vallée du fleuve Sénégal. La différence faite entre l'évaporation et l'évapotranspiration de référence (ET0) est importante, car elles ne sont pas déterminées partout dans les mêmes conditions, et leurs tendances peuvent donc varier en fonction des stations. La vallée constitue la principale zone de développement agricole du bassin ; les États de l'Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal (OMVS) comptent sur elle pour régler les questions d'autosuffisance alimentaire. Cette zone abrite également la plus importante réserve d'eau douce (lac de Guiers) utilisée pour l'alimentation en eau potable de Dakar et d'autres régions du Sénégal. L'analyse de la tendance des variables climatiques peut donc permettre de mieux comprendre les effets du changement climatique sur les ressources et les besoins en eau par secteur d'usage.

II - Zone d'étude

6La vallée du fleuve Sénégal, incluant le delta, constitue la partie terminale du fleuve Sénégal et s'étend de Bakel à Saint-Louis sur une superficie de 12639 km2 (Fig. 1). L'activité agricole est globalement dominée par le développement de l'irrigation, qui occupe près de 2,5 % de la superficie de la vallée (Fig. 1 ‒ occupation du sol avec Sentinel 2, novembre 2021).

Figure 1 - Localisation de la vallée du fleuve Sénégal et des stations synoptiques, occupation du sol.

Figure 1 - Localisation de la vallée du fleuve Sénégal et des stations synoptiques, occupation du sol.

7Du point de vue climatique, la saison des pluies s'étend sur quatre mois à Bakel (juin à septembre) et trois mois pour les stations de Podor, Matam et Saint-Louis (juillet à septembre). Pour toutes les stations, la pluie maximale est enregistrée au mois d'août. De Bakel à Saint-Louis, la pluie annuelle moyenne diminue de 556 à 257 mm sur la période 1981-2015 (Fig. 2). Les températures suivent le gradient pluviométrique et varient en fonction des stations. En effet, pour la station de Saint-Louis, les moyennes annuelles des températures maximales atteignent 30 à 34°C et celles des températures minimales 19 à 21 °C ; les mois les plus chauds sont octobre et novembre. En revanche, pour les stations continentales, les moyennes annuelles des températures maximales s'élèvent jusqu'à 43°C, les mois les plus chauds étant avril et mai. Les moyennes annuelles des températures minimales varient ici de 17 à 28°C en fonction des stations et des années.

Figure 2 - Pluie mensuelles, pluies annuelles et températures moyennes mensuelles des stations synoptiques de la vallée sur la période 1981-2015.

Figure 2 - Pluie mensuelles, pluies annuelles et températures moyennes mensuelles des stations synoptiques de la vallée sur la période 1981-2015.

III - Données et méthodes

1 ) Données

8En Afrique de l'Ouest, le coût d'acquisition des données climatiques limite leur accessibilité pour la communauté scientifique (A. BODIAN, 2014 ; P.M. NDIAYE et al., 2020-a). Par ailleurs, les données nécessaires pour l'estimation de l'évapotranspiration sont mesurées par les stations synoptiques qui ont une faible densité de répartition à l'échelle nationale. Dans cette étude, nous avons accès aux données de quatre stations synoptiques : Bakel, Podor, Matam et Saint-Louis (Fig. 1). Elles sont constituées par les chroniques mensuelles de la pluviométrie, de l'évaporation, de la température (max. et min.), de l'humidité relative (max. et min.), de la durée d'insolation et de la vitesse du vent. Ainsi, la longueur des séries varie en fonction des stations et des variables climatiques (Tab. I). Pour avoir une série commune à toutes les stations, la période 1981-2015 est retenue dans cette étude. Il faut noter aussi que la vitesse du vent n'est pas disponible pour la station de Bakel.

Tableau I - Variables climatiques et périodes de données disponibles pour les stations retenues.

Tableau I - Variables climatiques et périodes de données disponibles pour les stations retenues.

2 ) Méthodes

9La méthodologie adoptée comporte trois phases : 1/ calcul de l'évapotranspiration de référence et détection des ruptures, 2/ analyse de la relation entre l'évaporation / évapotranspiration et les variables climatiques et 3/ analyse de la tendance de l'évaporation / évapotranspiration et des variables climatiques.

a. Calcul de l'évapotranspiration de référence

10Le choix d'une méthode d'estimation de l'évapotranspiration est généralement guidé par la disponibilité des données climatiques (R. ALLEN et al., 1998). Ainsi, dans ce travail, deux méthodes d'estimation de l'ET0 ont été utilisées en fonction des données disponibles pour chaque station. Pour les stations de Podor, Matam et Saint-Louis, la méthode de PENMAN-MONTEITH (R. ALLEN et al., 1998 ‒ Équation 1) est utilisée. Cette méthode est recommandée par la FAO pour l'estimation de l'évapotranspiration dans toutes les conditions climatiques (R. ALLEN et al., 1998). En revanche, pour la station de Bakel, qui ne dispose pas de données de vitesse du vent, la méthode de VALIANTZAS 2 (J. VALIANTZAS, 2013 ‒ Équation 2), calibrée et validée par P. M. NDIAYE et al. (2020-a) dans le bassin du fleuve Sénégal, a été retenue. La formulation des deux méthodes est la suivante :

11Il faut noter que la procédure de calcul de l'ET0 journalière et mensuelle reste presque identique. La seule différence se situe au niveau du flux de chaleur du sol (G) qui est ignoré à l'échelle journalière. Pour l'ET0 mensuelle, R. ALLEN et al. (1998) proposent une estimation de G par la formule suivante :

b. Test de rupture

12Les tests de rupture sont généralement utilisés pour détecter un changement sur une série chronologique (A. BODIAN, 2014 ; D. SINGH et al., 2021). Dans cette étude, le test de PETTITT (A.N. PETTITT, 1979) a été appliqué. Ce test s'appuie sur deux hypothèses : H0, qui suppose une absence de rupture, et H1, qui indique le contraire. Il faut cependant noter que ce test est sensible à un changement de moyenne et qu'il propose une estimation de la date de rupture, avec un niveau de significativité alpha, si l'hypothèse nulle d'homogénéité de la série est rejetée (A. BODIAN, 2011, 2014). Le test appliqué dans cette étude est implémenté sous R à l'aide du package "Trend".

c. Relation entre l'évaporation / évapotranspiration et des variables climatiques

13La nature de la relation entre l'évaporation / évapotranspiration et les autres variables climatiques est déterminée par le test de corrélation de PEARSON disponible sous l'environnement R (M. HOLLANDER et D.A. WOLFE, 1973 ; D.J. BEST et D.E. ROBERT, 1975). Le coefficient de corrélation a été utilisé pour évaluer le degré de relation entre les variables. Il varie de -1 à +1 ; un coefficient négatif indique une relation opposée entre l'évaporation / évapotranspiration et la variable climatique. Un coefficient positif indique que les deux variables évoluent dans le même sens. Plus la valeur du coefficient est proche de l'unité plus la variable a de l'influence sur l'évaporation / évapotranspiration. Le choix de cette méthode se justifie par sa simplicité, sa robustesse mais, aussi par l'objectif visé dans cette étude.

d. Détection des tendances

14Le test de MANN-KENDALL (H.B. MANN, 1945 ; M.G. KENDALL, 1975) est souvent adopté (X. TAO et al., 2015 ; P. QI et al., 2017 ; L. JIAO et D. WANG, 2018 ; Z. ZENG et al., 2019 ; P.M. NDIAYE et al., 2020-b ; D. SINGH et al., 2021) pour détecter les tendances des variables hydrométéorologiques. La pente de SEN (P.K. SEN, 1968) est utilisée pour déterminer la magnitude de la tendance identifiée (M. SHADMANI et al., 2012). Dans cette étude, les seuils de significativité retenus sont : 0,05 ; 0,01 et 0,001. Ces niveaux correspondent à des valeurs de Z du test de MANN-KENDALL de : +/-1,96, +/-2,58 et +/-3,29 (Z. ZENG et al., 2019). Ces seuils de significativité sont choisis pour mieux apprécier les tendances détectées sur les séries chronologiques.

IV - Résultats et discussion

1 ) Tests de rupture de l'évaporation et de l'évapotranspiration aux échelles annuelle et saisonnière

15Le tableau II donne la synthèse des dates de rupture et les valeurs moyennes obtenues, avant et après rupture, de l'évaporation et de l'évapotranspiration de référence (ET0) sur la période 1981-2015. Ainsi les valeurs annuelles moyennes de l'évaporation atteignent-elles 1542 mm à Saint-Louis, 2673 mm à Matam, 2682 mm à Podor et 3207 mm à Bakel. L'ET0 varie dans les mêmes proportions. Le test de PETTITT montre que les séries d'évaporation et d'ET0 ne sont pas stationnaires. Les ruptures sont identifiées dans les années 1990 pour l'évaporation et dans les années 2000 pour l'évapotranspiration de référence. Par rapport à la moyenne de la période avant rupture (1981-1998), l'évaporation annuelle subit une baisse comprise entre 573 et 741 mm pour les stations continentales de Bakel, Matam et Podor. Pour la station de Saint-Louis, la rupture est notée en 1987, avec une hausse de 125 mm de l'évaporation. Pour l'ET0, les dates de rupture sont majoritairement notées durant les années 2000. Par rapport à l'avant rupture, l'ET0 baisse de 203 mm et 209 mm aux stations de Bakel et Saint-Louis et augmente légèrement, de 54 mm et 62 mm, à Matam et Podor. À l'échelle saisonnière, les moyennes de l'évaporation et de l'ET0 varient de 1130 mm à 1730 mm durant la saison sèche et de 700 mm à 900 mm pendant la saison humide. Le test de PETTITT indique des dates de rupture quasi identiques à celles observées à l'échelle annuelle. Pour les stations de Bakel, Matam et Podor, les valeurs moyennes d'évaporation obtenues après rupture sont inférieures à celles d'avant rupture durant la saison sèche, avec des écarts de -520 mm, ­435 mm et -326 mm respectivement. Pour l'ET0, seules les stations de Bakel et Saint-Louis montrent des écarts négatifs par rapport à la période d'avant rupture. Durant la saison humide, pour presque toutes les stations, les valeurs moyennes d'évaporation et d'ET0 obtenues après rupture sont inférieures à celles d'avant rupture.

Tableau II - Années de rupture et valeurs moyennes (en mm) de l'évaporation et de l'évapotranspiration de référence aux échelles annuelle et saisonnière sur la période 1981-2015.

Tableau II - Années de rupture et valeurs moyennes (en mm) de l'évaporation et de l'évapotranspiration de référence aux échelles annuelle et saisonnière sur la période 1981-2015.

2 ) Tendance de l'évaporation et de l'évapotranspiration de référence

16Les résultats du test de MANN-KENDALL et de la pente de SEN sont synthétisés dans le tableau III. Ainsi, à l'échelle annuelle, l'évaporation diminue de façon significative (p-value < 0,001) pour les stations de Bakel, Podor et Matam. La station de Saint-Louis montre une tendance positive non significative. La pente de SEN indique que l'évaporation diminue de 22 mm/an à Matam, 39 mm/an à Podor et 41 mm/an à Bakel. En revanche, elle augmente de 2 mm/an à Saint-Louis. Quant à l'ET0, des tendances négatives significatives sont observées aux stations de Bakel (Z = -3,74) et de Saint-Louis (Z = -2,44). Les tendances sont les mêmes durant la saison sèche. Pendant la saison humide, une baisse généralisée de l'évaporation et de l'ET0 est observée aux stations de Bakel, Matam et Podor. Pour Saint-Louis, la seule tendance négative significative est notée sur l'évapotranspiration de référence.

Tableau III - Tendances annuelles et saisonnières de l'évapotranspiration sur la période 1981-2015.

Tableau III - Tendances annuelles et saisonnières de l'évapotranspiration sur la période 1981-2015.

* : α = 0,05. ** : α = 0,01. *** : α = 0,001.

3 ) Relation entre l'évaporation / évapotranspiration et les autres variables climatiques

17La figure 3 présente les relations entre l'évaporation et les différentes variables climatiques : pluie, température, vitesse du vent et durée d'insolation. Pour simplifier la représentation et compte tenu de la quasi-similitude des résultats, seules les valeurs de l'évaporation, de la température et de l'humidité relative sont représentées. Le test de corrélation de PEARSON a été appliqué pour apprécier la relation entre l'évaporation et les variables climatiques. Les résultats (Fig. 3) montrent globalement que l'évaporation est négativement corrélée avec la pluie, l'humidité relative et la température moyenne. En revanche, elle est positivement corrélée avec la durée d'insolation et la vitesse du vent. Ainsi, au regard des coefficients de corrélation, l'humidité relative a la plus forte influence sur le changement de l'évaporation dans la vallée du fleuve Sénégal, avec des coefficients de -0,71, -0,84 et -0,94 pour les stations de Podor, Bakel et Matam respectivement. Contrairement à d'autres variables comme la température, la radiation solaire et la vitesse du vent, l'humidité relative évolue en sens opposé par rapport à l'évaporation. Autrement dit, son augmentation favorise une baisse de l'évaporation. Mais pour la station de Saint-Louis, l'évaporation est faiblement corrélée avec l'humidité relative. Elle est ici mieux corrélée avec la pluie et la température moyenne. Une corrélation faible existe entre l'évaporation et la vitesse du vent pour les stations de Saint-Louis et Podor.

Figure 3 - Relation entre l'évaporation et les variables climatiques à l'échelle annuelle sur la période 1981-2015.

Figure 3 - Relation entre l'évaporation et les variables climatiques à l'échelle annuelle sur la période 1981-2015.

4 ) Facteurs explicatifs du paradoxe d'évaporation

18Le paradoxe d'évaporation est généralement expliqué par trois principaux types de facteurs : thermique (température et insolation), humide (pluie et humidité relative) et dynamique (vitesse du vent).

a. Facteurs thermiques

19Les figures 4 et 5 montrent l'évolution et les tendances de la température et de la durée d'insolation dans la vallée du fleuve Sénégal sur la période 1981-2015. Ainsi, pour les stations de Bakel, Matam et Podor, les températures maximale et moyenne augmentent de façon significative aux échelles annuelle et saisonnière. En effet, à l'échelle annuelle, les valeurs Z du test de MANN-KENDALL des températures maximales sont de 4,26, 4,77 et 2,90 pour les stations de Bakel, Matam et Podor, ce qui équivaut à une augmentation des températures de 0,03°C à 0,05°C/an. Les mêmes tendances sont globalement observées à l'échelle saisonnière, surtout durant la saison sèche. En revanche, pour la station de Saint-Louis, la température n'augmente que de 0,02°C/an et la tendance observée à l'échelle annuelle n'est pas significative. Pour ce qui est de la durée d'insolation, une baisse significative est observée aux stations de Bakel (Z = -3,34) et de Matam (Z = -6,67). La pente de SEN indique une baisse de la durée d'insolation de 0,03 à 0,04 heures/an pour les deux stations. Aucune tendance significative de la durée d'insolation n'est observée aux stations de Podor et de Saint-Louis.

Figure 4 - Tendances annuelle et saisonnière des températures sur la période 1981-2015.

Figure 4 - Tendances annuelle et saisonnière des températures sur la période 1981-2015.

Figure 5 - Tendances annuelle et saisonnière de la durée d'insolation sur la période 1981-2015.

Figure 5 - Tendances annuelle et saisonnière de la durée d'insolation sur la période 1981-2015.

b. Facteurs humides et dynamiques

20Le tableau IV présente la synthèse des tendances annuelle et saisonnière des facteurs humides et dynamiques qui influencent l'évaporation / ET0 sur la période 1981-2015. Ainsi, pour toutes les stations, les facteurs humides suivent une tendance à la hausse significative. Le test de MANN-KENDALL révèle une augmentation significative de la pluie à l'échelle annuelle pour les stations de Bakel, Podor et Saint-Louis, avec des valeurs Z de 2,70, 2,57 et 2,06 respectivement. La pente de SEN montre que la pluie augmente de 3,54 mm à 6,13 mm/an sur la période 1981-2015. La seule tendance non significative de la pluie est notée à la station de Podor, qui montre une légère hausse de 0,52 mm/an. Cette tendance positive de la pluviométrie pourrait être expliquée par la période considérée (1981-2015), qui ne prend pas en compte la sécheresse des années 1970. L'humidité relative suit globalement une tendance à la hausse significative (p-value < 0,001) pour presque toutes les stations aux échelles annuelle et saisonnière. Cependant une légère baisse non significative de l'humidité relative maximale est notée à la station de Matam aux mêmes échelles de temps (Tab. IV). L'humidité relative suit le gradient nord-sud. Elle est maximale à la station côtière de Saint-Louis, qui subit l'influence marine. La vitesse du vent n'étant pas disponible pour la station de Bakel, sa tendance n'a été testée que pour les trois autres stations. Les résultats montrent une tendance non significative de la vitesse du vent pour les stations de Matam et Podor. En revanche, pour la station de Saint-Louis, la vitesse du vent baisse de façon significative à l'échelle annuelle (Z = -5,6) et durant les saisons sèche (Z = -5,357) et humide (Z = -4,92). La pente de SEN indique une diminution de la vitesse du vent de 0,04 m/s/an aux échelles annuelle et saisonnière.

Tableau IV - Synthèse des tendances annuelle et saisonnière de la pluie, de l'humidité relative et de la vitesse du vent sur la période 1981-2015.

Tableau IV - Synthèse des tendances annuelle et saisonnière de la pluie, de l'humidité relative et de la vitesse du vent sur la période 1981-2015.

* : α = 0,05. ** : α = 0,01. ***** : α = 0,001.

V - Discussion

21Dans ce travail sur les tendances annuelle et saisonnière de l'évaporation et de l'évapotranspiration de référence dans la vallée du fleuve Sénégal sur la période 1981-2015, le test de PETTITT a permis de situer les ruptures durant les années 90 pour l'évaporation et 2000 pour l'évapotranspiration de référence. Ces résultats sont en phase avec ceux de différents auteurs (T.C. PETERSON et al., 1995 ; N. CHATTOPADHYAY et M. HULME, 1997 ; X. LU et al., 2016), qui ont noté le changement de l'évaporation à partir des années 1990. Le test de MANN-KENDALL met globalement en évidence une baisse significative de l'évaporation et des tendance variées (baisse ou hausse) pour l'évapotranspiration de référence. Ces résultats confirment l'hypothèse de la baisse de l'évaporation notée sur les cinquante dernières années (G. FU et al., 2009 ; Z. ZENG et al., 2019 ; R.A. CHAPMAN et al., 2021). Il ressort par ailleurs que la baisse de l'évaporation n'est pas homogène. La station de Saint-Louis, par exemple, ne montre aucune tendance significative à la baisse. Cette situation plus ou moins contradictoire permet de mettre en exergue la continentalité des autres stations par rapport à celle de Saint-Louis, qui subit une influence marine. Sa position côtière lui confère une certaine particularité par rapport aux stations continentales de Bakel, Matam et Podor. En outre, les résultats obtenus corroborent ceux de G. FU et al. (2009), qui ont noté qu'une baisse de l'évaporation n'est pas forcément accompagnée par une baisse de l'évapotranspiration de référence.

22Le test de corrélation de PEARSON a été appliqué pour analyser la relation entre l'évaporation / ET0 et les variables climatiques. Les résultats montrent une forte corrélation négative entre l'évaporation et l'humidité relative. L'augmentation de cette dernière entraîne donc une baisse de l'évaporation et de l'évapotranspiration de référence (P.M. NDIAYE et al., 2020-b). Le test de MANN-KENDALL révèle globalement une hausse significative de la température, de l'humidité relative et de la pluie, ainsi qu'une baisse significative de la durée d'insolation. La seule tendance non significative pour la température a été notée à la station côtière de Saint-Louis. Cela peut être expliqué par sa position maritime favorisant l'adoucissement des températures. Cette situation est confirmée par la hausse significative de l'humidité relative et la baisse significative de la vitesse du vent durant la période d'étude. La hausse des températures et de l'humidité relative, comme la baisse de la durée d'insolation et de la vitesse du vent, mettent en évidence le "paradoxe d'évaporation" dans la vallée du fleuve Sénégal. Pour que le paradoxe d'évaporation puisse exister, il faut que la température suive une tendance à la hausse (A. MEKOYA, 2020). Un autre élément qui pourrait assurer l'existence du paradoxe d'évaporation dans ce contexte, est la hausse observée de l'humidité relative (N. CHATTODADHYAY et M. HULME, 1997 ; P.M. NDIAYE et al., 2020-b) et la baisse de la durée d'insolation (M. QIN et al., 2021). M. QUIN a noté que la durée d'insolation est la principale variable qui contribue à la diminution de l'ET0 dans la province de Jiangsu (Chine) durant l'automne et l'été. Mais dans la vallée du fleuve Sénégal, les résultats attestent que le paradoxe d'évaporation est causé par l'augmentation significative de l'humidité relative. Cela corrobore les résultats de P.M. NDIAYE et al. (2020­b), qui montrent que l'humidité relative est la variable qui a le plus d'influence sur l'ET0 dans le bassin du fleuve Sénégal, sur la période 1984-2017. La hausse de l'humidité relative peut s'expliquer aussi par la tendance positive et significative de la pluviométrie, ce qui permet de confirmer l'idée d'un retour à des conditions climatiques plus humides à partir des années 1990.

23D'autres éléments, non pris en compte dans cette étude, qui pourraient expliquer la baisse de l'évaporation, sont la dynamique d'occupation du sol et l'urbanisation. En effet, R.A. CHAPMAN et al. (2021) ont noté que la baisse significative de l'évaporation peut être liée à l'environnement (aménagements, urbanisation, etc.) dans lequel sont installés les instruments de mesure. Cet environnement constitue un artéfact dans les conditions de mesure de l'évaporation et des autres variables climatiques (A. MEKOYA, 2020). En outre, l'urbanisation est aussi un élément justificatif du paradoxe d'évaporation. Ainsi, C. REN et al. (2021) ont étudié l'impact de l'urbanisation sur la tendance de l'évaporation dans les grands bassins fluviaux de la Chine continentale sur la période 1961-2017. Leurs résultats ont montré que l'urbanisation contribue à 76 % à la baisse de l'évaporation aux échelles annuelle et saisonnière. Ils ont avancé que l'urbanisation peut affecter la vitesse du vent et la durée d'insolation (ou radiation solaire), influençant ainsi l'évaporation.

VI - Conclusion

24Dans la vallée du fleuve Sénégal, l'évapotranspiration est importante pour le calcul des besoins en eau de l'agriculture, la gestion des ressources en eau et l'analyse des impacts du changement climatique. Toutefois son étude est limitée par l'accès aux données nécessaires à son estimation, que se soit pour la longueur des chroniques que pour le nombre des stations. C'est dans ce contexte que notre étude sur le paradoxe d'évaporation dans la vallée du fleuve Sénégal s'est focalisée sur les stations synoptiques de Bakel, Podor, Matam et Saint-Louis, considérées sur la période 1981-2015.

25L'approche méthodologique comporte trois phases : 1/ détection des ruptures par le test de PETTITT, 2/ analyse de la relation entre l'évaporation / ET0 et les variables climatiques par le test de corrélation de PEARSON et 3/ détection de la tendance de l'évaporation / ET0 et des variables climatiques par le test de MANN-KENDALL et la pente de SEN.

26Des ruptures de l'évaporation et de l'évapotranspiration de référence ont été identifiées durant les années 1990 et 2000 pour toutes les stations. Le test de corrélation de PEARSON révèle que pour l'évaporation et l'ET0, l'humidité relative est la variable qui exerce la plus forte influence. Le test de MANN-KENDALL révèle partout une baisse significative de l'évaporation, alors que les résultats sont variés (baisse ou hausse) pour l'évapotranspiration.

27La combinaison d'une baisse significative de l'évaporation et d'une hausse significative de la température confirme l'existence du paradoxe d'évaporation dans le contexte climatique du bassin du fleuve Sénégal. La hausse de l'humidité relative et la baisse de la durée d'insolation malgré l'augmentation des températures, en constituent les causes plausibles. Il faut cependant reconnaître que le nombre des stations utilisées ainsi que la longueur des séries (1981-2015) fixent des limites aux conclusions de ce travail. Il serait donc important de disposer de séries de données plus longues recueillies sur des stations plus nombreuses, afin de mieux prendre en compte la dimension spatiale et temporelle du paradoxe d'évaporation dans le contexte climatique du bassin du fleuve Sénégal. Il serait important aussi d'investiguer la dynamique de l'occupation du sol, qui intervient indirectement sur ce phénomène, voire celle de l'urbanisation, qui exerce une influence locale et peut donc jouer sur la représentativité des stations.

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Table des illustrations

Titre Figure 1 - Localisation de la vallée du fleuve Sénégal et des stations synoptiques, occupation du sol.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/13890/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 256k
Titre Figure 2 - Pluie mensuelles, pluies annuelles et températures moyennes mensuelles des stations synoptiques de la vallée sur la période 1981-2015.
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Fichier image/jpeg, 200k
Titre Tableau I - Variables climatiques et périodes de données disponibles pour les stations retenues.
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Titre Tableau II - Années de rupture et valeurs moyennes (en mm) de l'évaporation et de l'évapotranspiration de référence aux échelles annuelle et saisonnière sur la période 1981-2015.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/13890/img-6.jpg
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Titre Tableau III - Tendances annuelles et saisonnières de l'évapotranspiration sur la période 1981-2015.
Légende * : α = 0,05. ** : α = 0,01. *** : α = 0,001.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/13890/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 212k
Titre Figure 3 - Relation entre l'évaporation et les variables climatiques à l'échelle annuelle sur la période 1981-2015.
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Fichier image/jpeg, 324k
Titre Figure 4 - Tendances annuelle et saisonnière des températures sur la période 1981-2015.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/13890/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 256k
Titre Figure 5 - Tendances annuelle et saisonnière de la durée d'insolation sur la période 1981-2015.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/13890/img-10.jpg
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Titre Tableau IV - Synthèse des tendances annuelle et saisonnière de la pluie, de l'humidité relative et de la vitesse du vent sur la période 1981-2015.
Légende * : α = 0,05. ** : α = 0,01. ***** : α = 0,001.
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Pour citer cet article

Référence papier

Papa Malick Ndiaye, Ansoumana Bodian et Serigne Bassirou Diop, « Paradoxe d'évaporation dans la vallée du fleuve Sénégal »Physio-Géo, Volume 17 | -1, 67-82.

Référence électronique

Papa Malick Ndiaye, Ansoumana Bodian et Serigne Bassirou Diop, « Paradoxe d'évaporation dans la vallée du fleuve Sénégal »Physio-Géo [En ligne], Volume 17 | 2022, mis en ligne le 15 juin 2022, consulté le 16 juin 2024. URL : http://journals.openedition.org/physio-geo/13890 ; DOI : https://doi.org/10.4000/physio-geo.13890

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Auteurs

Papa Malick Ndiaye

Laboratoire Leïdi "Dynamique des Territoires et Développement", Université Gaston Berger (UGB), SAINT-LOUIS BP 234, SÉNÉGAL.
Courriel : ndiaye.papa-malick@ugb.edu.sn

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Ansoumana Bodian

Laboratoire Leïdi "Dynamique des Territoires et Développement", Université Gaston Berger (UGB), SAINT-LOUIS BP 234, SÉNÉGAL.
Courriel : ansoumana.bodian@ugb.edu.sn

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Serigne Bassirou Diop

Laboratoire Leïdi "Dynamique des Territoires et Développement", Université Gaston Berger (UGB), SAINT-LOUIS BP 234, SÉNÉGAL.
Courriel : 09.bachir.diop.10@gmail.com

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