1Long de de 1790 km, le fleuve Sénégal draine un bassin versant de 337000 km2, à cheval sur quatre pays qui sont, d'amont en aval, la Guinée, le Mali, le Sénégal et la Mauritanie (Fig. 1).
Figure 1 - Situation du haut bassin du fleuve Sénégal en Afrique de l'Ouest.
2Le Sénégal naît dans le massif du Fouta-Djalon, de la confluence du Bafing et du Bakoye, puis il reçoit la Falémé. Ces trois cours d'eau guinéens forment le haut bassin, qui produit plus de 80 % des apports du fleuve à Bakel (F. BAMBA et E.H.C. BALDÉ, 2005). Cependant, malgré son importance, le fonctionnement hydrologique du haut bassin est encore insuffisamment connu. La connaissance de la ressource en eau et de ses variations saisonnières présente des faiblesses, particulièrement dans la partie guinéenne du bassin, où les séries de données hydrologiques sont tronquées ou manquantes. Cette situation est due à l'histoire de l'Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal (OMVS), qui assure la gestion du bassin versant. En effet, de 1972 à 2005, la Guinée s'est tenue à l'écart de cette organisation, ce qui s'est traduit par une dégradation de la qualité du réseau et des relevés hydrométriques dans le haut-bassin. Depuis 2006, la Guinée a réintégré l'OMVS. Avec l'appui de la Banque Mondiale, celle-ci s'est attelée au renforcement du réseau hydrométrique et de son suivi. Pour accélérer l'intégration de la Guinée, l'OMVS prévoit la mise en place d'ouvrages dits de seconde génération, des barrages destinés à accroître le potentiel hydro-électrique du bassin et à réguler les affluents.
3La mise en place de ces ouvrages nécessite des études hydrologiques. Comme le rappelle G. MAHÉ (2006), l'analyse des précipitations est un préalable à toute étude hydrologique. En effet, les écoulements constituent une réponse aux impulsions pluviométriques, en fonction de différents facteurs (la taille du bassin versant, l'organisation du réseau hydrographique, le relief, la géologie, les sols et le couvert végétal). Depuis les années 1970, le bassin du fleuve Sénégal, à l'instar de toute la bande intertropicale, subit un bouleversement climatique qui s'est traduit par une diminution générale des précipitations.
4L'objectif de ce travail est de préciser les caractères des précipitations sur le haut bassin du fleuve Sénégal, leur évolution temporelle et leur distribution spatiale.
5Le domaine d'étude se trouve entre 10°30' et 12°30' de latitude Nord et entre 12°30' et 9°30' de longitude Ouest. Il s'étend sur la Guinée Conakry et le Mali avec une superficie de 21290 km2 (Fig. 1). Les données proviennent des Directions de la Météorologie Nationale (DMN) de ces deux pays. Elles sont de qualité et de durée variables, notamment en fonction du pays. Cela a nécessité un choix des stations basé sur trois critères : (1) la taille de l'échantillon ; (2) leur position géographique par rapport au bassin ; (3) la qualité des données (faiblesse des lacunes dans les séries observées). Sur la base de ces critères, dix stations pluviométriques ont été retenues comme stations de référence pour cette étude (Tab. I) ; la répartition spatiale de ces stations est donnée sur la figure 2. Parmi ces dix stations, seulement trois (Bafing Makana, Tougué et Dalaba) se trouvent à l'intérieur du bassin. Le choix des autres stations s'explique par leur proximité avec le bassin.
Tableau I - Liste des stations retenues pour l'étude.
P. an. moy. : précipitations annuelles moyennes fournies par les valeurs mesurées. * : date de fin de la chronique qui nous a été fournie. ** : pourcentage des jours sans mesure disponible.
Figure 2 - Répartition spatiale des postes pluviométriques.
6L'approche adoptée comporte les opérations suivantes : (1) critique et homogénéisation des données, (2) détection de rupture au sein des séries pluviométriques annuelles, (3) caractérisation de la variabilité des précipitations mensuelles et journalières par rapport aux dates de rupture, (4) représentation spatiale des précipitations.
7Compte tenu de la disparité des périodes d'observation des différentes stations pluviométriques, l'homogénéité des données annuelles a été assurée par la méthode du vecteur des indices de précipitation (Y. BRUNET-MORET, 1971, 1977). Cette méthode s'appuie sur l'établissement d'un vecteur régional, lequel est défini comme " une série chronologique d'indices pluviométriques, issus de l'extraction de l'information la plus "probable" – au sens de la plus fréquente – contenue dans les données d'un ensemble de stations d'observation groupées en "région". Le vecteur régional est donc une suite chronologique d'indices annuels de précipitations prenant en compte les effets de persistance, de tendance, de pseudo-cycles de la zone climatique, mais homogène dans le temps " (Y. BRUNET-MORET, 1979). L'indice Zi d'une année i est calculé, avec les observations de toutes les stations prises en compte et dont le nombre peut varier d'une année à l'autre, par la formule :
Zi = (Pai / Pam) / n
où est la somme des valeurs pour les stations de 1 à n, Pai la pluie annuelle de l'année i à la station a, Pam la moyenne de la série des pluies annuelles à la station a et n le nombre de stations.
8Pour chaque station considérée, il est possible de calculer le rapport entre l'indice trouvé pour la station et l'indice régional. La moyenne des rapports ainsi établis fournit un coefficient permettant de calculer, pour chaque année, les précipitations annuelles à la station à partir des précipitations connues pour l'ensemble de la région. La variabilité des indices des stations par rapport à l'indice régional constitue évidemment une source d'erreur non négligeable sur les reconstitutions (Fig. 3). Mise en œuvre à l'aide du logiciel Hydraccess, cette méthode a servi à homogénéiser les chroniques de pluies annuelles sur la période 1923-2005.
Figure 3 - Vecteur des indices annuels de précipitation et indices des stations de Labé, Mamou et Siguiri sur la période 1923-2005.
9Les séries chronologiques homogénéisées, avec les années lacunaires reconstituées, ont été analysées à l'aide du logiciel KhronoStat (IRD, 1998) en vue de détecter une éventuelles rupture liée à une non-stationnarité. Nous avons ainsi appliqué différents tests d'homogénéité (homogénéité étant comprise ici dans le sens d'absence de rupture dans la série) : test de MANN WHITNEY modifié par A.N. PETTITT (1979), statistique U de A.T. BUISHAND (1982, 1984), procédure de A.F.S. LEE et S.A. HEGHINIAN (1977) et ellipse de contrôle de P. BOIS (1971, 1986). Tous ces tests sont adaptés à la détermination d'une rupture unique. Ils sont d'usage très répandus, comme en témoigne l'abondante bibliographie qui existe dans la littérature scientifique sur leurs différentes applications. Nous n'allons donc pas les décrire en détail dans cet article (voir IRD, 1998). Il faut juste rappeler que pour l'ensemble de ces tests, l'hypothèse nulle H0 correspond à l'absence de rupture. Ils sont particulièrement sensibles à un changement de moyenne et, si l'hypothèse nulle d'homogénéité de la série est rejetée, ils proposent une estimation de la date de rupture.
10L'étude des hauteurs mensuelles et journalières de précipitations pose le problème de l'hétérogénéité des données de base (H. DACOSTA, 1989). En effet, d'une part, toutes les stations n'ont pas la même période d'observation et, d'autre part, pour une même station, il peut y avoir des lacunes, d'où des séries de données mensuelles et journalières de tailles différentes. Pour ces raisons, la caractérisation des pluies mensuelles et journalières s'est limitée aux stations de Mamou, Siguiri et Labé, dont les séries de données sont presque complètes. Pour ces stations, les quelques valeurs mensuelles manquantes (en 1923, 1924 et 2005 pour Labé, en 2000 pour Mamou) ont été reconstituées par la méthode du vecteur des indices de précipitation appliquée à l'échelle mensuelle, en traitant séparément chaque mois de l'année.
11L'influence de la sécheresse sur les pluies journalières a été abordée par l'étude des fractions pluviométriques journalières (J. ALBERGEL, 1986 ; H. DACOSTA, 1989). La méthode consiste à répartir le total annuel en trois fractions : F1, somme des précipitations journalières comprises entre 0 et 20 mm ; F2, somme des précipitations journalières comprises entre 20 et 40 mm et F3, somme des précipitations journalières supérieures à 40 mm.
12La variation spatiale des précipitations a été analysée à partir du fichier homogénéisé des pluies annuelles. Les précipitations annuelles moyennes sur 10 ou 30 ans ont été spatialisées en utilisant la méthode d'interpolation IDW (inverse distance pondéré) du logiciel ArcView 3.2a. À partir de là, pour chaque décennie considérée, les écarts par rapport à la décennie de référence 1961-1970 ont été calculés et représentés en valeur relative. Le choix de la décennie 1961-1970 comme référence se fonde sur le fait qu'elle présente les valeurs annuelles moyennes les plus proches de celles trouvées pour l'ensemble de la série de mesures.
13Pour chaque station, en complément des données mesurées, la méthode du vecteur des indices annuels de précipitation permet de disposer de données calculées (Fig. 4). Dans les fichiers traités, les années lacunaires ont été renseignées par les données ainsi reconstituées.
Figure 4 - Précipitations annuelles mesurées et calculées à la station de Diguiraye sur la période 1923-2005.
Le coefficient de corrélation entre les données mesurées et calculées est de 0,46 seulement, ce qui fixe les limites de la méthode.
14Les résultats des tests sont synthétisés dans le tableau II et la figure 5 présente les ellipses de BOIS. L'examen de ces résultats permet de constater que toutes les séries analysées présentent une rupture, à une date allant de 1957 (Mali) à 1976 (Bafing Makana). Pour huit des dix stations de référence la date de rupture s'est produite entre 1967 et 1970. Ces observations corroborent les résultats du programme ICCARE de l'IRD (É. SERVAT et al., 1998, 1999), de H. LAAROUBI (2007) et de R. MALOU (2004), qui situent la plupart des ruptures entre la fin de la décennie 1960 et le début de la décennie 1970 en Afrique occidentale et centrale. Entre les deux périodes, le déficit de la seconde est compris entre 12 %, à Siguiri et Dinguiraye, et 24 %, à Labé. Il est de 14 % à Mamou.
Tableau II - Synthèse des résultats des tests d'homogénéité sur les pluies annuelles (1923-2005).
Figure 5 - Ellipses de BOIS sur les pluies annuelles (1923-2005).
15Les variations de la pluviométrie mensuelle sont analysées à partir des données des trois stations principales : Mamou, Labé et Siguiri (Fig. 6).
Figure 6 - Précipitations mensuelles moyennes avant et après rupture aux stations de Labé, Mamou et Siguiri.
16Pour la quasi-totalité des mois, les précipitations ont diminué entre les deux périodes. La diminution est particulièrement évidente en dehors de la saison sèche (donc d'avril à novembre), sauf pour le mois de mai à Labé, pour lequel les valeurs avant et après rupture sont cependant presque identiques.
17L'étude des précipitations annuelles et mensuelles a clairement montré la diminution des totaux annuels et mensuels durant la période sèche actuelle, sans toutefois décrire le phénomène en recherchant quels sont les paramètres qui ont varié de façon significative. Nous avons dégagé l'influence de la sécheresse sur les pluies journalières par l'étude des fractions pluviométriques journalières. L'analyse des résultats obtenus (Tab. III) montre qu'elles évoluent de façon indépendante. F1 et F2 varient faiblement, avec des coefficients de variations compris entre 0,16 et 0,23. Par contre F3 varie beaucoup plus avec des coefficients de variation plus élevé (Tab. III). Ainsi une tendance à la diminution du cumul des pluies supérieures à 40 mm (qui sont considérées comme les grosses pluies) semble se dessiner à partir des années de rupture (Fig. 7 et 8). En outre, cette fraction F3, à elle seule, explique en moyenne, pour l'ensemble des trois stations, 60 % de la variation de la pluviométrie annuelle. Ces résultats sont en accord avec ceux présentés pour le Burkina-Faso par J. ALBERGEL (1986).
Tableau III - Quelques paramètres statistiques des fractions pluviométriques.
Seules les années complètes pour les trois stations sont considérées, L'année 2000, lacunaire à Labé, n'a pas été prise en compte.
Figure 7 - Changements de moyenne (CM) pour différentes fractions pluviométriques.
Pj : précipitations journalières (< 20 mm, 20 à 40 mm, > 40 mm). CM = rapport moins un entre la valeur annuelle moyenne sur la période après rupture et celle sur la période avant rupture.
Figure 8 - Valeurs annuelles de différentes fractions pluviométriques (précipitations journalières < 20 mm, de 20 à 40 mm et > 40 mm).
18La variabilité spatiale des précipitations est illustrée par la cartographie des isohyètes moyens sur des périodes de 30 et 10 ans (Fig. 9 et 10). La figure 9 met en outre en exergue une baisse remarquable de la pluviométrie au cours de la période d'étude, marquée par une forte diminution des zones à pluviométrie supérieure à 2000 mm.
Figure 9 - Distribution spatiale des précipitations annuelles moyennes calculées sur des périodes de 30 ans.
Figure 10 - Distribution spatiale des précipitations annuelles moyennes calculées sur des périodes de 10 ans.
19Pour les cinq périodes de 30 ans étudiées, la forme générale des isohyètes se maintient sur l'ensemble du bassin, mais on note leur glissement continu vers le sud. La dynamique pluviométrique constatée à l'échelle trentenaire reste valable aussi pour le pas de temps décennal (Fig. 10). Ainsi les fluctuations des isohyètes sur l'ensemble du bassin de 1923 à 2000 montrent globalement deux décennies pluvieuse (1931-1940 et 1951-1960), avec des isohyètes oscillant entre 1270 à 1455 mm au nord et 2010 à 2500 mm au sud du bassin. À partir de la décennie 1961-1970, la pluviométrie se caractérise par une légère descente des isohyètes vers le sud. Cette tendance à la diminution des précipitations s'accentue dans la décennie 1971-1980. Pour cette période, les isohyètes varient de 900 à 1085 mm au nord et de 1455 à 1640 mm au sud. Quelques constats ressortent de cette analyse spatiale des pluies annuelles :
-
Tout d'abord, la cartographie des isohyètes (trentenaires et décennaux) montre une variabilité spatiale de la pluviométrie caractérisée par une augmentation des précipitations vers le sud. Cette situation s'explique pour partie par le fait que la région sud est la première à être touchée par la mousson, laquelle y séjourne donc plus longtemps. Mais l'effet orographique du massif du Fouta-Djalon, qui fait obstacle à la progression de la mousson vers le nord, accentue encore les précipitations. La région reçoit ainsi des pluies particulièrement abondantes, ce qui lui vaut l'appellation de "château d'eau d'Afrique de l'Ouest" (A.A. SOW, 2007).
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Ensuite, il ressort une subdivision en deux périodes distinctes, dont l'une est humide et l'autre sèche, confirmant ainsi les observations faites au niveau de l'analyse de la variation temporelle des pluies annuelles.
20La figure 11 permet de suivre l'évolution spatiale des écarts au niveau du haut bassin. L'examen de cette figure montre que les zones les plus pluvieuses (c'est-à-dire le sud du bassin) présentent les excédents les plus importants durant les périodes excédentaires (décennies 1931-1940, 1941-1950 et 1951-1960), mais aussi les déficits les plus importants en périodes déficitaires (décennies 1971-1980, 1981-1990 et 1991-2000).
Figure 11 - Répartition spatiale des écarts relatifs (en %) des précipitations annuelles moyennes sur des périodes de 10 ans par rapport à la décennie de référence.
21Pour les dix stations considérées, l'analyse des données pluviométriques homogénéisées de la période 1923-2005 montre que les chroniques ne sont pas stationnaires et qu'elles ont subi une rupture dont la date est comprise entre 1957 (Mali) et 1976 (Bafing Makana). Pour huit des stations, les ruptures se sont produites de 1967 à 1970.
22Le déficit des précipitations annuelles moyennes de la période après rupture par rapport à la période avant rupture varie de 12 % (Dinguiraye et Siguiri) à 24 % (Labé).
23À l'échelle mensuelle, en travaillant sur les stations dont les chroniques sont les plus complètes (Mamou, Labé et Siguiri), on constate que les précipitations moyennes des mois les plus pluvieux sont presque systématiquement inférieures aux valeurs avant rupture, seul le mois de mai à la station de Labé faisant modestement figure d'exception.
24L'influence de la sécheresse sur les pluies journalières se trouve mise en évidence par l'étude des fractions pluviométriques des trois stations principales. Une tendance à la diminution du cumul de pluies supérieures à 40 mm (qui sont considérées comme les grosses pluies) se dessine à partir des années de rupture.
25Ces résultats confirment les propos de L. LE BARBÉ et al. (2002) qui affirme que le déficit des précipitations sur la période plus sèche après rupture est principalement lié à la diminution du nombre des événements se produisant au cœur de la saison des pluies.
26Aux variations temporelles, s'ajoutent les variations spatiales des précipitations. Les fluctuations des isohyètes sur l'ensemble du bassin de 1931 à 2000 montrent globalement un glissement vers le sud. Cependant, la décennie récente (2001-2010) n'étant pas prise en compte dans cette étude, il serait intéressant d'intégrer cette période dans des recherches futures, afin de déterminer si la tendance à la hausse des précipitations constatée dans certaines régions du Sahel (principalement le Sahel central) par T. LEBEL et A. ALI (2009) prévaut dans notre zone d'étude.
Remerciements : Nous sommes reconnaissants à nos réviseurs, Pierre-Alain AYRAL et un collègue resté anonyme, des conseils qu'ils nous ont prodigués. Nous sommes en outre très redevables à Claude MARTIN de l'aide qu'il nous a apportée dans la phase de finalisation du texte. Enfin, nous remercions l'ensemble des structures qui nous ont fourni les données indispensables à la réalisation de ce travail.
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