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Impact de la variabilité climatique sur les ressources hydriques des bassins de N’Zo et N’Zi en Côte d’Ivoire (Afrique tropicale humide)

Bi Tié Albert Goula, Issiaka Savane, Brou Konan, Vamoryba Fadika et Gnamien Béatrice Kouadio

Résumés

Cette étude a pour objectif de montrer l’impact de la variabilité climatique sur les ressources en eau des bassins versants du N’zo et du N’zi. L’indice centré réduit montre une grande variabilité interannuelle de la pluie qui s’organise en une alternance de phase humide (1930-1966 pour le N’zo et de 1930-1968 pour le N’zi), de phase sèche (1967–1993 pour le N’zo et 1969-2000 pour le N’zi) et d’une nouvelle phase humide de 1994 à 2000 uniquement pour N’zo. Le long déficit pluviométrique a provoquée une baisse plus importante de l’écoulement sur le N’zi, de 1968 à 2004 (-49%), que sur le N’zo de 1970 à 1993 (-27%). En outre, la fluctuation interannuelle de la pluie et des débits s’accompagne de ruptures de stationnarité dans leurs séries. La procédure de segmentation de Hubert fait apparaître au niveau de la pluviométrie des ruptures en 1966-67 et 1993-94 pour le N’zo et en 1968-69 pour le N’zi. Les débits sont affectés par des ruptures en 1980-81 et 1993-94 pour le N’zo et en 1968-69 pour le N’zi. À partir de 1994, l’écoulement sur le bassin du N’zo devient excédentaire (+60% de 1994 à 2004) avec la pluviométrie (+18% de 1994 à 2000) et on observe une recharge plus rapide des nappes grâce au coefficient de tarissement. Par contre, sur le bassin du N’zi, la pluviométrie et les écoulements restent encore déficitaires et les nappes peu sensibles aux variations de la pluviométrie.

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Texte intégral

Introduction

1La variabilité climatique dont les causes sont difficiles à cerner, peut se manifester par de longues périodes de sécheresse avec pour conséquences des effets négatifs sur le cycle hydrologique, l’environnement et les activités socio-économiques. Une tendance à la baisse de la pluviométrie a été observée en Afrique de l’ouest  à partir de la fin des années 60 et au début des années 70 jusqu’au début de la décennie 90 ((Hubert et al., 1989 ; Mahé et Olivry, 1995 ; Bricquet et al., 1997 ; Servat et al., 1999). Le déficit des apports a été estimé à 16% pour l’Afrique tropicale de 16% durant la décennie 80 contre 7% au cours de la décennie 70. Au niveau de l’Afrique soudano-sahélienne, cette estimation est de l’ordre de 27% et 13% respectivement pour les décennies 80 et 70 (Bricquet et al., 1997).

2En Côte d’Ivoire, des études globales et locales ont été menées par différents auteurs qui ont mis en évidence les impacts de la variabilité climatique sur l’eau et l’environnement (Paturel et al., 1997 ; Aka et al., 1997 ; Brou et al. (1998) ; Servat et al., 1999 ; Savané et al., 2001 ; Péné et Assa, 2003 ; Saley, 2003). Ainsi, un déficit de 21% a été observé dans les pluies (Servat et al., 1999). Un des enjeux majeurs des recherches sur un phénomène complexe comme la variabilité climatique, est de quantifier son impact sur le cycle hydrologique et les ressources en eau qui peut différer d’une région à une autre. C’est la raison pour laquelle nous avons entrepris une étude comparative de l’impact de la variabilité climatique sur les ressources en eau de deux bassins versants de la Côte d’Ivoire. Le N’zo à Kahin sur le Sassandra et le N’zi à Dimbokro sur le Bandama. À l'échelle de bassins versants de quelques milliers de km², échelle de la planification et de l'action en matière de ressources en eau, quelles sont les conséquences temporelles d'une variabilité du climat sur les ressources en eau ?

3L’objectif de cette étude est de comparer les réactions des bassins versants du N’zi à Dimbokro et du N’zo à Kahin face aux variations des précipitations en Afrique de l’ouest, dans un contexte de gestion durable des ressources en eau, de la recherche permanente d'équilibre entre, d'une part, la pression anthropique qui s'exerce sur les milieux et, d'autre part, les contraintes naturelles et sociétales qu'il convient de prendre en compte.

4La méthodologie a consisté à établir d’abord l’existence de la variabilité interannuelle au niveau de la pluviométrie, l’écoulement et des réserves en eau souterraines sur chaque bassin versant. Ensuite il est effectué la comparaison des impacts sur les ressources hydriques.

Présentation des zones d’étude

Le bassin versant du N’zi

5Le bassin versant du N’zi est un sous bassin du bassin versant du Bandama. Le fleuve N’zi est le premier affluent important sur la rive gauche du Bandama. La longueur de son cours est de 725 km et couvre une superficie de 35500 km2. Il prend sa source au Nord de la Côte d’Ivoire dans la région de Ferkéssedougou à une altitude de 400 m (figure1). La partie supérieure du fleuve N’zi est orientée nord/sud sensiblement parallèle à celui du  Bandama. Il décrit ensuite une grande boucle vers l’Est et revient au Bandama par une orientation nord-est /sud-ouest. Le cours du N’zi a une pente moyenne relativement constante de l’ordre de 0,53‰.

6De par sa configuration géographique allongée, 4° et 5° de longitude ouest et 6° et 9°25’ de latitude nord, le bassin versant du N’zi est représentatif des grands ensembles climatiques de la Côte d’Ivoire. Au nord, règne le régime tropical de transition (climat soudano-guinéen). Sa limite méridionale se situe approximativement au niveau du 8è parallèle  Nord. Il présente deux saisons : une saison des pluies d’avril à septembre et une saison sèche de novembre à avril. De novembre à mars-avril, la sécheresse est absolue (période sans précipitations): c’est la période d’harmattan. Le régime équatorial de transition atténué (climat baouléen) est caractéristique de la partie centrale du bassin. Il est caractérisé par deux saisons pluvieuses et une saison sèche. Dans la partie sud de faible superficie, règne le climat équatorial de transition (climat attiéen) avec quatre saisons (deux saisons sèches et deux saisons pluvieuses).

Le bassin versant du N’zo à Kahin

7Le bassin versant du Sassandra est situé à l’Ouest de la Côte d’Ivoire et traverse le pays du Nord au Sud. Il est limité au Nord par le bassin versant du Niger et à l’Est par celui du Bandama. Le N’zo est un affluent de la rive gauche du fleuve Sassandra. Le bassin versant du N’zo à Kahin (figure 2) se situe entre les longitudes ouest de coordonnées 7°15’ et 8°05’ et les latitudes nord de coordonnées 7°50’ et 6°50’ (Douzan, 1999). Il a une superficie de 4310 km2 et un périmètre de 346 km. Le N’zo prend sa source à l’intérieur d’une zone montagneuse (située entre Biankouman et Man) et coule globalement dans la direction nord-sud avant de se jeter dans le Sassandra. La longueur de son cours principal est estimée à 124 km. Ses principaux affluents sont : le Kô, le Drou ou Doué, le Glou, le Nyon, le Keubleu, le You et le Gbé. Son réseau hydrographique est de type dendritique.

8L’ouest de la Côte d’Ivoire se distingue par une précipitation abondante qui est liée à de nombreux facteurs climatiques dont la présence des montagnes. Il en résulte un climat particulier dit de montagne qui se caractérise par deux saisons principales d’inégales durées: la saison sèche de novembre à février et la saison des pluies de mars à octobre (Saley, 2003).

Méthodes

Sources des données pluviométriques et hydrométriques

9Les réseaux pluviométriques des bassins versants en zone tropicale ont une faible densité et rares sont les stations disposant de longues séries d’observations. Cela limite généralement le nombre de stations pluviométriques à utiliser dans une étude. Ainsi, les hauteurs de pluie annuelles de 1930 à 2000 de la station synoptique de Man sur le N’zo et celles de Dimbokro sur le N’zi ont été fournies par la Direction de la Météorologie Nationale. Ces données ne comportent pas de lacunes. Toutefois elles ont été contrôlées à l’aide de la méthode du double cumul avant leur utilisation.

10Les débits journaliers enregistrés aux stations de jaugeage du N’zo à Kahin et du N’zi à Dimbokro ont été obtenus auprès de la sous-direction de l’hydrologie de la Direction de l’Hydraulique Humaine. Ces données comportent 29% et 16% d’années d’observations avec lacunes respectivement pour le N’zi et le N’zo. De plus, 12% des modules annuels du N’zi et 59% de ceux du N’zo ont dû être reconstitués pour homogénéiser la durée d’étude sur la période 1954-2004. Des régressions linéaires entre les débits des stations voisines ont permis ces comblements.

Evolution interannuelle des précipitations

11Différentes approches ont servi à suivre l’évolution interannuelle des précipitations, des écoulements de surface et souterrains.  Les méthodes suivantes ont été utilisées : indice pluviométrique, le filtre passe-bas de Hanning d’ordre 2, le test de corrélation sur le rang et la procédure de segmentation de Hubert.

Indice centré réduit

12L’indice centré réduit (indice pluviométrique) est le rapport de l’écart à la moyenne interannuelle sur l’écart type des hauteurs pluviométriques annuelles.  Il permet d’observer la variabilité interannuelle ainsi que les périodes de déficits et d’excédents pluviométriques.

Filtre passe-bas de Hanning d’ordre 2

(méthode des moyennes mobiles pondérées centrées et réduites)

13Pour mieux observer la fluctuation interannuelle de la pluviométrie, les variations saisonnières sont éliminées en pondérant les totaux pluviométriques annuels avec les équations suivantes recommandées par Assani (1999) :

14(1)

(t)(t-2)(t-1)(t+2)(t+1)

15Les totaux pluviométriques pondérés des deux premiers [x(1), x(2)] et des deux derniers

16(2)

(n-1)(n)

17Les indices centrés et réduits des hauteurs pluviométriques annuelles pondérées obtenues sont calculés pour mieux distinguer les périodes de déficit et d’excédent pluviométriques.

Test de corrélation sur le rang

18Le test de corrélation sur le rang (Lubes et al., 1998) est un test non paramétriques qui teste l’homogénéité d’une série temporelle avec pour hypothèse alternative celle d’une tendance. La mise en oeuvre du test repose sur un comptage du nombre de paires P pour lesquelles (xj > xi) avec j > i pour i = 1, 2, …, n-1. La variable du test τ se formule comme suit :

19(6)

20Pour un grand nombre d'observations N et sous l'hypothèse nulle, la variable τ suit une distribution normale de moyenne nulle et de variance égale à :

21(7)

22Le test de corrélation sur le rang a été appliqué à l’aide du logiciel KhronoStat.

Test de détection de rupture(s) de stationnarité dans les séries pluviométriques : la procédure de segmentation

23L’existence de modifications brutales de certains paramètres statistiques des séries hydrologiques, en particulier de leur moyenne, est une cause possible de la rupture de l’homogénéité de ces séries. Les séries comportant un changement brutal de leur moyenne présentent un fort coefficient d’autocorrélation, un coefficient de Hurst élevé mais ne sont pas susceptibles d’ajustements satisfaisants à des modèles autorégressifs (Hubert et al., 1998).

24La présence ou non de changements significatifs (ruptures) dans les séries des précipitations annuelles est vérifier avec la procédure de segmentation. Ce test permet une partition optimale (au sens des moindres carrés) d’une série chronologique en autant de sous-séries qu’il est possible. La meilleure segmentation est celle qui minimise l’écart quadratique entre elle et la série. Le test de Scheffé qui utilise la notion de contraste, permet de tester si une segmentation candidate à l’optimalité est ou non significative en vérifiant que la différence entre toutes les moyennes locales contiguës prises deux à deux est significative. C’est un test pour lequel un niveau de signification doit être défini. Par ailleurs, ce test permet d’ailleurs d’arrêter le processus de segmentation qui se poursuivrait autrement jusqu’à la segmentation d’une série de n éléments en n segments

25Cette méthode présente l’avantage de pouvoir rechercher des changements multiples de moyenne dans une série hydrométéorologique. Elle est considérée comme un test de stationnarité : « la série étudiée est stationnaire » constitue l’hypothèse nulle de ce test.

26L’application de la segmentation est réalisée avec un programme de calcul conçu par son auteur.

Evolution interannuelle des débits

27Pour suivre la fluctuation des modules, les indices centrés réduits et filtre passe-bas de Hanning d’ordre 2 sont calculés et les séries de débits sont soumises par la suite à un test de persistance (test de corrélation sur le rang) et un test de détection de rupture (procédure de segmentation).

Coefficients de tarissement et volumes d’eau mobilisés par les aquifères

A travers la relation eau de surface-eau souterraine, il s’est avéré important de connaître l’évolution des réserves en eaux souterraines pendant les éventuelles variations climatiques. C’est le coefficient de tarissement de Maillet (Image8) amélioré par résolution dichotomique et le volume mobilisé (Vmobilisé) par les aquifères, présentés par Savané et al.(2001) qui ont été utilisés dans cette étude. L’expression mathématique du tarissement s’écrit :

28(8)

29où : Qt : débit à l’instant t donné ;Q0 : débit initial (débit au début du tarissement) et coefficient de tarissement de Maillet qui peut être obtenu en résolvant par la méthode de dichotomie l’équation (7) qui se note comme suit :

30(9)

31avec : V  le volume écoulé à chaque instant (m3)

32L’intégration de formule (8) sur l’intervalle [0, +[ donne le volume mobilisé par l’ensemble des aquifères du bassin versant, soit :

33(10)

Résultats

Analyse de la variabilité interannuelle des pluies

Indice centré réduit et Filtre passe-bas de Hanning d’ordre 2

Cas de la station de Dimbokro sur le bassin du N’zi

34La fluctuation interannuelle de la pluviométrie à Dimbokro se caractérise par une période humide de 1930 à 1968 suivie d’une période déficitaire de 1969 à 2000. La période humide comporte deux années remarquables: 1938 et 1968 avec respectivement 84% et 68% d’excédent par rapport à moyenne de la période d’étude.

35La variabilité interannuelle diminue mais reste toujours importante après l’utilisation du filtre passe-bas qui met cependant plus en évidence les périodes de déficits et d’excédents pluviométriques (figure 2B).

Figure 2 : Evolution interannuelle de la pluviométrie de Dimbokro avec les indices centrés réduits des hauteurs de pluie annuelles (A) et des totaux pluviométriques annuels pondérés (B).

Cas de la station de Man sur le bassin du N’zo

36Les indices centrés réduits de la pluie annuelle caractérisent l’alternance entre une période humide de 1930 à 1944, une période normale de 1945 à 1966, une période déficitaire de 1967 à 1993 et une période qui semble humide de 1994 à 2000 (figure 3A).

37Ces différentes périodes dans l’évolution des précipitations se distinguent plus facilement avec le filtre passe-bas bien que la fluctuation interannuelle reste assez importante (figure 3B).

Test de corrélation sur le rang et test de détection de rupture(s)

38Le test de corrélation sur le rang indique le caractère non aléatoire de la série pluviométrique de Dimbokro sur le N’zi aux seuils de confiance de 90%, 95% et 99%.

39La série chronologique de Man sur le N’zo est aussi non aléatoire aux seuils de 90% et 95% mais l’hypothèse nulle (série chronologique aléatoire) du test de corrélation est acceptée au seuil de 99% pour cette série. Ces résultats montrent un effet de tendance entre les valeurs successives des séries pluviométriques.

40La procédure de segmentation confirme le caractère non aléatoire des deux séries pluviométriques en mettant en évidence des ruptures de stationnarité.

41Ainsi, à Dimbokro sur le N’zi, une rupture est détectée entre 1968 et 1969. Les moyennes des sous-séries avant et après cette rupture sont respectivement 1232 mm et 1073 mm, soit une baisse de 13% des précipitations de 1969 à 2000.

42À Man sur le N’zo, la segmentation fait apparaître deux ruptures : la première entre 1966 et 1967 et la seconde entre 1993 et 1994. Les moyennes de la pluviométrie pendant les trois périodes successives obtenues sont: 1782, 1535 et 1813 mm. Ce qui correspond à une baisse de 14% de 1967 à 1993 et une augmentation de 18% de 1994 à 2000.

43Ces segmentations ont été obtenues au niveau de signification 0,05 du test de Scheffé.

Analyse de la variabilité interannuelle des débits du N’zi à Dimbokro et du N’zo à Kahin

Indice centré réduit et Filtre passe-bas de Hanning d’ordre 2

Cas du N’zi

Figure 3 : Evolution interannuelle de la pluviométrie de Man avec les indices centrés réduits des hauteurs de pluie annuelles (A)  et des totaux pluviométriques annuels pondérés (B).

Figure 3 : Evolution interannuelle de la pluviométrie de Man avec les indices centrés réduits des hauteurs de pluie annuelles (A)  et des totaux pluviométriques annuels pondérés (B).

Figure 4 : Variation interanuelle des indices centrés réduits des modules annuels (A) et des modules annuels pondérés du  N’zi à Dimbokro (B).

44L’évolution des indices centrés réduits des modules annuels et de leurs valeurs pondérées montre une irrégularité interannuelle importante des écoulements du N’zi (figure 4). Un écart de 169 m3/s entre le plus fort débit (171 m3/s en 1968) et le plus faible débit observé (2 m3/s en 1983) et un coefficient de variation de 0,79 de la série, traduisent aussi cette grande variabilité.

45Le filtrage (figure 4B) a permis de mieux visualiser cette variation des écoulements moyens annuels en faisant apparaître distinctement une période excédentaire de 1956 à 1970 marquée par les crues exceptionnelles de 1957 (633 m3/s), 1963 (447 m3/s) et 1968 (646 m3/s)  et une période déficitaire de 1971 à 2004. Cette période connaît une diminution intense des écoulements notamment en 1982, 1983  et durant la décennie 1990.

Cas du N’zo

Figure 5 : Evolution interannuelle des modules du N’zo à Kahin : A/ Indices centrés réduits B/ Moyennes mobiles pondérées centrées et réduites.

46Le calcul des indices centrés réduits des débits et du filtre passe-bas permet de noter une alternance de périodes humides et sèches qui s’organisent de 1954 à 1969 en une période humide, de 1970 à 1993 en une période déficitaire (avec une sous-période humide remarquable de 1975 à 1980) et enfin en une période qui semble humide de 1994 à 2004 (figure 5).

47L’importance de la variabilité interannuelle des débits se note aussi par un coefficient de variation de 0,37 et un intervalle de variation de 75 m3/s entre le plus fort débit (100 m3/s en 1975) et le plus faible débit moyen annuel (25 m3/s) observé.

Test de corrélation sur le rang et test de Segmentation des séries hydrométriques

48L’hypothèse nulle du test de corrélation sur le rang est acceptée aux différents seuils de confiance (90%, 95% et 99%). Les séries de débits moyens annuels du N’zi à Dimbokro et du N’zo à Kahin ont donc un caractère aléatoire.

49Cependant, les séries de modules annuels connaissent des ruptures. Ainsi, une rupture de stationnarité est mis en évidence entre 1968 et 1969 par le test de segmentation sur la série du N’zi à Dimbokro. La moyenne des débits est de 68 m3/s avant rupture et de 35 m3/s après, soit une diminution de 49% des modules annuels.

50La série du N’zo à Kahin, connaît une première rupture entre 1980 et 1981 et une deuxième entre 1993 et 1994. Les moyennes des débits moyens annuels pendant les trois phases consécutives obtenues par la segmentation sont : 60, 41 et 75 m3/s. Les débits du N’zo subissent donc une baisse de 32% pendant la période sèche 1981-1993, mais augmentent de 83% de 1994 à 2004.

51Les segmentations des séries ont été obtenues au niveau de signification 0,05 du test de Scheffé.

Coefficient de tarissement et Volume d’eau mobilisé par les aquifères

Cas du N’zi

Figure 7 : Variation du coefficient de tarissement et du volume annuel mobilisé du N’zi à Dimbokro.

52La vidange des nappes suit une loi de tarissement à décroissance exponentielle qu’il est d’autant plus facile d’étudier que la saison sèche est bien marquée (Bricquet et al., 1997) comme c’est le cas dans notre zone d’étude. L’analyse de l’évolution des coefficients de tarissement annuels sur la période 1956-1994 (figure 7) montre qu’ils varient fortement d’une année à l’autre avant 1970. Après 1970, les variations sont plus faibles. Les valeurs moyennes autour desquelles oscillent les coefficients sont de 0,0581j-1 (17 jours) avant 1970 et 0,0412j-1 (24 jours) après cette année. Ces moyennes traduisent un tarissement rapide du cours d’eau. Les volumes d’eau mobilisés par année, varient très peu quelle que soit la vitesse du tarissement, exception faite des années 1957 et 1968.

53Le volume moyen mobilisé par les aquifères s’élève à 0,59 km3 au cours de la période précédant 1970 et à 0,45 km3 de 1970 à 1990 soit une baisse de 24%. Par rapport au déficit enregistré dans les écoulements, les quantités d’eau mobilisées par les nappes souterraines subissent moins la baisse des précipitations. Il ressort de ces observations que le régime de tarissement du N’zi n’est pas très influencé par les différentes phases contrastées qu’a connu le régime des précipitations du bassin.

Cas du N’zo

Figure 8 : Variation du coefficient de tarissement et du volume mobilisé du N’zo à Kahin.

54Quand le coefficient de tarissement augmente, le volume mobilisé par les aquifères diminue (figure 8). Le coefficient de tarissement est proportionnel à la vitesse de vidange de la nappe. Il augmente en période de sécheresse et diminue quand il y a recharge de la nappe. On peut donc distinguer une diminution des réserves en eaux souterraines du N’zo à Kahin de 1981 à 1993 et une recharge des nappes de 1994 à 2000. Les coefficients de tarissement moyens sont respectivement pour ces deux périodes de 0,04 j-1 contre 0,03 j-1 (soit une baisse de 25%). Le volume mobilisé par les aquifères est plus faible pendant la période sèche avec une moyenne de 0,7 km3 et augmente de 86% de 1994-2000 où la moyenne est de 1,3 km3.

55Ces résultats montrent que les réserves en eau souterraines du N’zo répercutent bien les variations de la pluviométrie. Par ailleurs, le caractère rapide de la recharge de la nappe du N’zo de 1994 à 2000 en même temps que l’amélioration des modules annuels indiqueraient aussi des échanges rapides entre nappes et eaux de surface. La bonne perméabilité des sols ferralitiques désaturés facilite certainement ces caractéristiques du bassin du N’zo.

Discussion

Evolution interannuelle de la pluviométrie

56Après confrontation des résultats obtenus avec les différentes méthodes utilisées pour analyser l’évolution interannuelle de la pluviométrie sur les bassins versants du N’zi et du N’zo, nous avons retenu les périodes homogènes présentées dans le tableau 1.

Tableau 1. Comparaison des périodes climatiques caractérisant l’évolution interannuelle de la pluviométrie sur le N’zi et le N’zo

Bassin du N’zi

Bassin du N’zo

Période humide

1930-1968

1930-1966 et 1994-2000

Période sèche

1969-2000

1967-1993

Années de ruptures

1968-1969

1966-1967 et 1993-1994

57La fluctuation interannuelle de la pluviométrie est assez importante sur les deux bassins. Toutefois, c’est la manifestation à l’échelle saisonnière de la variabilité climatique qui en augmente l’effet. Les périodes de déficits et d’excédents pluviométriques apparaissent donc plus nettement après filtrage des variations saisonnières comme dans l’étude d’Assani (1999).

58Il faut noter une évolution presque similaire de la pluviométrie sur les deux bassins versants avec une régression qui commence deux années plus tôt sur le N’zo. Mais les deux années de rupture (1967 et 1969) s’insèrent bien dans la période de rupture de la majorité des stations pluviométriques en Côte d’Ivoire c’est-à-dire 1966-1971 (Paturel et al., 1997 ; Servat et al., 1999). La rupture observée à Dimbokro en 1969 a été aussi la plus importante sur 33 stations pluviométriques en Afrique de l’ouest par Hubert et al. (1989).La rupture détectée en 1966 dans la série de Man avait déjà été révélée dans les travaux de Paturel et al. (1997) etBrou et al.(1997). Il n’y a donc pas eu une variation importante de la moyenne interannuelle de la pluie à cette station malgré l’augmentation de la taille de la série. Ces ruptures montrent que ces deux bassins s’intègrent à la fluctuation du régime pluviométrique observée à la fin des années 1960 et au début des années 1970 en Afrique de l’Ouest et Centrale sahélienne comme non sahélienne (Hubert et Carbonel, 1987 ; Hubert et al., 1989 ; Mahé et Olivry, 1995 ; Makanga Maloba et Samba, 1997 ; Paturel et al., 1997 ; Servat et al., 1999). Le déficit pluviométrique qui en est résulté est du même ordre pour les deux bassins : 13% sur le N’zi et 14% sur le N’zo.

59Moron (1996) note une baisse des précipitations entre 1968 et 1993 sur la bande sahélo-soudanienne tout comme à la station de Man. Cette similitude du comportement climatique entre des zones différentes s’expliquerait par l’organisation de la variabilité des cumuls pluviométriques tropicaux annuels en structures spatiales homogènes dont la taille est importante sur les zones tropicales et subtropicales. Mais cela se vérifie également sur certaines zones subéquatoriales, comme le Nordeste brésilien, le pourtour du golf de Guinée, l’Afrique orientale et le Pacifique central. On en déduit que les principaux facteurs impliqués dans la genèse des anomalies pluviométriques sont à l’échelle régionale ou globale. Les variations régionales de la pluviométrie sont observées à Man malgré sa situation en zone de montagne. Car l’importance du relief peut limiter la part des facteurs climatiques d’échelle régionale et globale dans la variabilité temporelle des pluies d’une zone (Moron, 1996).

60Il y a une reprise de la pluviométrie normale sur le bassin versant du N’zo de 1994 à 2000 avec une rupture en 1993-1994 qui n’a pas été détectée sur le N’zi car les pluies y sont toujours déficitaires. Cette rupture se confirmera si la période humide entamée en 1994 se poursuit. L’apparition d’années humides à partir de 1994, a été notée aussi en zone soudano-sahélienne sur le bassin du Niger à Koulikoro avec un excédent de 15% et celui du Bani à Douna avec un excédent de 7% par rapport à la moyenne de 1922-1997 (Mahé et al., 2000).

61Les variations des pluies sur ces deux bassins de la Côte d’Ivoire sont de caractère régional.

Evolution interannuelle de l’écoulement de surface

62Une analyse composée de l’évolution interannuelle des débits sur les deux bassins versants, à l’aide des différentes méthodes utilisées, permet de retenir des périodes homogènes présentées dans le tableau 2.

Tableau 2. Comparaison des différentes périodes caractérisant l’évolution interannuelle des débits sur le N’zi et le N’zo.

Bassin du N’zi

Bassin du N’zo

Période humide

1954-1968

1954-1969 et 1994-2004

Période sèche

1969-2004

1970-1993

Années de ruptures

1968-1969

1969-1970 et 1993-1994

63Les débits moyens annuels du N’zi sont plus variables d’une année à une autre que ceux du N’zo.

64Cela se vérifie par un coefficient de variation et un écart plus grand entre les valeurs extrêmes des débits aux exutoires des deux bassins. Le N’zi, dans sa partie nord, subit l’influence du climat tropical de transition (soudanais) qui engendre des débits plus irréguliers (Bamba et al., 1997) contrairement au N’zo soumis à un régime de montagne plus humide. L’utilisation du filtre passe-bas met en évidence l’action des variations saisonnières sur la variabilité interannuelle des débits des deux cours d’eau comme l’indique Assani (1999).

65Les bassins versants du N’zi et du N’zo présentent  une période humide et une période sèche avant 1994 avec une année de différence pour le début de la période sèche (tableau 2).

66Cependant, le déficit hydrologique consécutif à la récession pluviométrique est environ deux fois plus intense sur le N’zi avec 49% de 1969 à 2004, contre 27% sur le N’zo de 1970 à 1993. Les nombreux ouvrages de prélèvement d’eau a usages domestiques (alimentation en eau potable) et agro-pastoraux contribuent considérablement à la réduction des écoulements observés au niveau de cette station hydrométrique (Bahiré, 1986).

67La courte phase humide survenue sur le N’zo de 1975 à 1980 au cours de laquelle a été observée l’année hydrologique la plus humide (1975 avec +72%), a réduit son déficit hydrologique lors de la sécheresse (1970-1993). Cette période est certainement à l’origine de la détection d’une rupture en 1980-1981 et de la non détection de celle de 1969-1970 qui a déjà été signalée sur plusieurs stations du bassin du Sassandra dont le N’zo est l’un des affluents. Notamment à Sémien par Aka et al. (1997) et Servat et al. (1999), à Bafingdala par Aka et al. (1997), à Soubré par Coulibaly (1997). Cette rupture et celle observée sur le N’zi en 1968-1969 marquent le début du long déficit hydrologique constaté sur les cours d’eau d’Afrique de l’ouest et centrale (Hubert et al., 1998).

68La plus grande baisse des écoulements par rapport à celle des précipitations peut être liée à la longue durée du déficit pluviométrique. La succession d’années à pluviométrie déficitaire marque aussi négativement l’écoulement. Pour certains auteurs (Mahé et Olivry, 1995 ; Bricquet et al., 1997 ; Mahé et al., 2000), l’explication de cet écart entre déficit pluviométrique et hydrologique viendrait d’une contribution réduite des apports d’origine souterraine à l’écoulement de surface depuis les années 1970. En effet, les réserves d’eau souterraines diminuaient au fur et à mesure que le déficit pluviométrique se prolongeait. De sorte qu’il y a une diminution du niveau piézométrique qui entraîne celle des écoulements de base. Mais, il ne faut pas oublier qu’il n’y a pas une relation linéaire entre la pluie et l’écoulement de surface.

69Cependant, les déficits pluviométriques et hydrométriques observés sur les bassins du N’zo et du N’zi sont moins importants que ceux de la zone soudano-sahélienne (Bamba et al., 1997 ; Bricquet et al., 1997 ; Paturel et al., 1997).

70La rupture détectée entre 1993 et 1994 sur la série du N’zo à Kahin annonce la reprise des années hydrologiques humides sur son bassin. Cette rupture n’apparaît pas sur le N’zi où les débits, en rapport avec une pluviométrie toujours déficitaire, sont toujours en baisse aussi. Alors que les modules annuels du N’zo augmentent de 60% (par rapport à la moyenne de 1970-1993) de 1994 à 2004 où les années hydrologiques les plus humides sont 1994 (+47%), 1995 (+60%) et 1996 (+70%). Le fait que ces trois années succèdent à huit années déficitaires consécutives (1986 à 1993) indiquerait d’une part que la réponse hydrologique du N’zo se réalise vite et d’autre part que le fonctionnement des structures de l’écoulement n’a pas été altéré par le long déficit pluviométrique.

71La bonne relation entre module annuel et précipitation du bassin versant du N’zo peut être liée à sa petite taille (4310 km2) mais aussi à l’importance des pluies en zone de montagne dont l’effet sur l’écoulement est renforcée par le regroupement des mois de bonne pluviométrie sur une saison au contraire de la zone tropicale de transition atténuée où il y a deux saisons des pluies offrant plus de prise à l’évapotranspiration (Atlas, 1979).

Coefficient de tarissement et Volume d’eau mobilisé par les aquifères

72L’analyse de l’évolution des coefficients de tarissement et des volumes mobilisés par les aquifères des deux bassins montre que les réserves en eaux souterraines du N’zi sont moins sensibles aux fluctuations de la pluviométrie que celles du N’zo.

73En effet, les nappes du N’zo se rechargent, à partir de 1994, avec l’amélioration de la pluviométrie et des modules annuels. Sur le N’zi, les coefficients de tarissement n’évoluent pas comme on pourrait s’y attendre, ils augmentent même en période humide (1956-1969) et diminuent en période déficitaire (1970-1996). Quant aux volumes mobilisés, ils varient très peu en fonction des différentes périodes hormis les années exceptionnellement humides telle que l’année1968.

74La vidange du cours d’eau diffère ainsi de la plupart de celle des nappes des bassins fluviaux en zone soudano-sahélienne qui sont caractérisées par la présence d’une rupture dans leur régime de tarissement consécutive à la période de déficit pluviométrique observé depuis les décennies 1970 (Bricquet et al., 1997). Il en est de même pour les volumes mobilisés. Selon Bahiré (1986), la durée variable du tarissement pourrait s’expliquer par la répartition des pluies au cours de l’année et par l’importance des pluies qui arrivent en saison sèche et qui soutiennent l’étiage. En effet, les débits de basses eaux dépendent de l’état de remplissage des nappes en fin de saison pluvieuse et de la loi de tarissement du cours d’eau. L’exception de 1983 se justifie par le fait que cette année fut l’une des plus déficitaires en précipitations et qu’elle a été précédée de deux années déficitaires. La rapidité du tarissement et les faibles volumes d’eau mobilisés amènent le même auteur à dire que les nappes qui alimentent les cours du N’zi sont de faible perméabilité et de petite taille. Au contraire du N’zo où la rapidité des échanges entre eaux de surface et souterraines, doit être favorisée par des nappes assez perméables.

Conclusion

75A l’instar de toute l’Afrique de l’ouest, le bassin versant du N’zi à Dimbokro et celui du N’zo à Kahin ont subi tous les deux une baisse des précipitations, respectivement de 1969 à 2000 avec un déficit de 13% et de 1967 à 1993 avec un déficit de 14%. Mais cette régression de même intensité de la pluviométrie provoque un déficit hydrologique plus accentué en régime équatorial de transition atténué qu’en régime de montagne. Les modules du N’zo à Kahin avec -27%, baissent moins que ceux du N’zi à Dimbokro où il est observé un déficit de 49%. Par ailleurs, la période de déficit hydrologique commencée en 1970, s’étend jusqu’en 2004 sur le N’zi alors que l’écoulement du N’zo est redevenu excédentaire avec le retour d’une bonne pluviométrie de 1994 à 2000. De plus les réserves en eau souterraines du N’zi sont moins sensibles aux variations pluviométriques que celles du N’zo dont la baisse des coefficients de tarissement et l’augmentation des volumes mobilisés par les aquifères à partir de 1994 permettent de noter l’augmentation.

76La variabilité pluviométrique a donc des impacts somme toute un peu différents sur les ressources en eau de ces deux bassins versants de la Côte d’Ivoire.

77Les années importantes de rupture de stationnarité identifiées dans les séries pluviométriques sont celles de 1968-1969 à Dimbokro, 1966-1967 et 1993-1994 à Man. Dans les séries hydrométriques les ruptures ont eu lieu en 1968-1969 pour le N’zi à Dimbokro et en 1980-1981 et 1993-1994 pour la station du N’zo à Kahin. Ces différents résultats amènent à dire que l’écoulement est sous l’influence directe de la pluviométrie. Ils montrent aussi la forte variabilité spatiale des paramètres hydroclimatiques même à une échelle spatiale réduite de deux bassins versant d’une zone tropicale humide de l’Afrique occidentale.

78Les variations dans le climat pourraient donc créer un écart défavorable entre la demande croissante en eau potable et les ressources en eau disponibles. Un phénomène complexe comme la variabilité climatique constitue un des facteurs dont l’impact devrait amener à adopter une politique de gestion durable des ressources en eaux.

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Titre Figure 3 : Evolution interannuelle de la pluviométrie de Man avec les indices centrés réduits des hauteurs de pluie annuelles (A)  et des totaux pluviométriques annuels pondérés (B).
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Pour citer cet article

Référence électronique

Bi Tié Albert Goula, Issiaka Savane, Brou Konan, Vamoryba Fadika et Gnamien Béatrice Kouadio, « Impact de la variabilité climatique sur les ressources hydriques des bassins de N’Zo et N’Zi en Côte d’Ivoire (Afrique tropicale humide) », VertigO - la revue électronique en sciences de l'environnement [En ligne], Volume 7 Numéro 1 | avril 2006, mis en ligne le 07 avril 2006, consulté le 16 novembre 2018. URL : http://journals.openedition.org/vertigo/2038 ; DOI : 10.4000/vertigo.2038

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Auteurs

Bi Tié Albert Goula

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