Nous tenons à remercier sincèrement les membres de l'Agence nationale des ressources hydrauliques d'Oran « ANRH d’Oran » pour les données hydroclimatiques et aux évaluateurs de VertigO pour leurs suggestions d’améliorations pertinentes.
1L'éventualité d'un changement climatique fait actuellement l'objet de nombreuses investigations scientifiques. Ce phénomène représente un défi d'envergure mondiale nécessitant une réponse à l'échelle planétaire. Il est aujourd'hui largement admis que le climat de la terre est en évolution, le groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat estime que le réchauffement de la planète atteindra 1,5 °C dès le début des années 2030 (GIEC, 2023).
2Le changement climatique exerce une influence directe sur divers aspects de la vie humaine, notamment les ressources hydriques (gestion de l'eau, agriculture, aménagement du territoire, activités industrielles, habitat et transports) ainsi que sur l'énergie (modes de production et de consommation énergétique).
3Bien que le changement climatique soit un phénomène mondial, ses conséquences varieront d'un pays à l'autre. Parmi les manifestations du changement climatique, la sécheresse a impacté les régions du bassin méditerranéen en général, comme en témoignent les travaux de Meddi, (2009), Sebbar et al., (2011), Achite et al., (2012), Laftouhi et Persoons, (2007) et Soubeyroux et al., (2012) ainsi que l'Algérie en particulier depuis les années 1970, comme documenté par Laborde, (1993), Djellouli et Daget, (1993), Mebarki, (2003), Haida et al., (1999), Bergaoui et al. (2001), Kettab (2001, 2002), Meddi et Hubert (2003), Kettab et al. (2004), Khaldi (2005), Meddi et Meddi (2007, 2009), Hirche et al. (2007), Bekkoussa et al. (2008), Nouaceur (2011), Megnounif (2011, 2013), Ibrahim (2012), Khoualdia et al. (2014), Farah (2014), Djellouli et al. (2016), Ghenim (2018), Gherissi (2018), Merabti (2018) et Otmane et al. (2018).
4Située au sud du bassin méditerranéen, l’Algérie est particulièrement vulnérable aux impacts des changements climatiques et aux catastrophes naturelles. La croissance économique, sociale et démographique du pays exerce une forte pression sur les ressources en eau, dont les précipitations constituent une source essentielle. Ce rôle crucial s’explique par le climat semi-aride à aride de l’Algérie, caractérisé par des étés très chauds, des hivers froids et des ressources hydriques très limitées et difficiles à exploiter (Gherissi et al., 2017 ; Djellouli, 2019).
5Les travaux des auteurs susmentionnés mettent en évidence deux périodes majeures de sécheresse en Algérie. La première, débutée en 1990, a été suivie d’une augmentation des précipitations entre 2006 et 2018. En revanche, une deuxième période de sécheresse a commencé en 2018 et se poursuit encore aujourd’hui. Dans le nord-ouest du pays, le déficit pluviométrique a atteint 36 % (Meddi et Meddi, 2009 ; Ghenim et Megnounif, 2013), provoquant une réduction significative des écoulements de surface. Par exemple, dans la Haute Tafna, le ruissellement a diminué de 69 % (Ghenim et al., 2010). Ces modifications du régime des précipitations affectent également les ressources en eau souterraine, car la recharge des nappes phréatiques dépend principalement des précipitations.
6Dans le bassin versant de la Tafna, plusieurs études ont fourni des résultats significatifs. Les pertes spécifiques en sédiments sont estimées à 618 t/km²/an pour l’oued Sebdou (Terfous et al., 2003), 279 t/km²/an pour l’oued Sikkak (Bouanani et al., 2013) et 55 t/km²/an pour l’oued El Nachef (Kazi-Tani et al., 2017). Ces données mettent en lumière les défis hydrologiques de la région.
7Dans le but d'évaluer le changement de la variabilité climatique en Algérie, cette étude se concentre sur le bassin versant de l'Oued Khemis (sous-bassin de la Tafna), localisé au nord-ouest du pays. L'approche adoptée repose sur l'utilisation de divers indices de sécheresse visant à quantifier sa gravité, ainsi que sur l'application de tests statistiques pour identifier les tendances et les années de rupture. Parmi les indices utilisés figurent l'Indice de Précipitations Standardisé (SPI) élaboré par (McKee et al., 1993), l'Indice d'Écoulement Standardisé (SSFI), l'indice de pluviosité, l'indice d'hydraulicité, ainsi que des tests d'homogénéité et de tendance.
8Le bassin versant de l’Oued Khemis est situé dans les monts de Tlemcen et constitue un affluent de la rive gauche de la Haute Tafna. Il est délimité géographiquement par les coordonnées Lambert suivantes : 138 km < x < 165 km et 88 km < y < 118 km. L’Oued Khemis prend sa source à 1 700 m d’altitude, près du Djebel Dehar Azouj, et descend jusqu’à 650 m d’altitude au niveau du barrage de Beni Bahdel (figure 1). Administrativement, cette zone fait partie de la wilaya de Tlemcen.
Figure 1 : Situation géographique du bassin de l’Oued Khemis
9Le bassin est bordé au nord par Sidi Medjahed et la plaine de Maghnia, au sud par Sidi Djilali et Tenouchfi, culminant à 1 841 m. À l’est, il est entouré par les djebels El Rhara (1 523 m), Herhour, Nif El Ogab (1 467 m) et Guarn Zahra (1 292 m), tandis qu’à l’ouest, il est délimité par le Horst de Rhar-Roubane (1 014 m) et Ras-Asfour (1 532 m). Ce bassin représente la partie amont et la plus élevée de la Tafna, avec des altitudes variant entre 1 000 et 1 800 m, offrant une diversité topographique marquée.
10Il s'étend sur une superficie de 350 km² et a un périmètre de 93 km. Ce bassin se caractérise par des reliefs très marqués et des pentes prononcées, pouvant donner des écoulements torrentiels. L'Oued traverse principalement une vallée étroite, sur un versant abrupt orienté SSW-NNE, contribuant ainsi à l'alimentation du barrage de Béni Bahdel. La zone d'étude est située dans un massif montagneux formant la terminaison occidentale des monts de Tlemcen, qui s'élèvent progressivement du Nord vers le Sud, connus sous le nom de monts de Rhar-Roubane (Mekahli, 1988). La série stratigraphique de cette région est principalement composée de formations carbonatées, gréseuses et marneuses du Secondaire reposant sur des formations primaires schisto-quartzitiques. On y trouve une séquence épaisse du Jurassique, englobant du Lias au Kimméridgien. Les terrains gréso-argileux du Tertiaire et les alluvions du Quaternaire sont présents, bien que de manière limitée. (figure2) (Baba-Hamed, et Kerzabi, 1991).
Figure 2 : Log stratigraphique au niveau de la Haute Tafna
Baba Hamed et Kerzabi, 1991.
- 1 Pour plus d’information, voir le site internet de AccuWeather [En ligne] URL : https://www.accuweat (...)
11Les données climatiques utilisées dans cette étude comprennent les informations sur les précipitations, les lames d'eau écoulées et les températures. Ces données ont été recueillies auprès de l'Agence nationale des ressources hydrauliques d'Oran et du Climate Forecast System Reanalysis (CFSR)1 pour les températures (tableau 1).
Tableau 1. Caractéristiques des stations de mesure au niveau de l’oued Khemis (wilaya de Tlemcen)
Station
|
Code
|
Coordonnées
|
Période
|
Paramètres
|
Longitude
|
Latitude
|
Altitude
(m)
|
Khemis
(Moussa)
|
160406
|
01° 33’ 41’’
|
34° 37’ 57’’
|
920
|
1970/71 à 2012/13
1979/80 à 2012/13
|
P (mm)
T (°C)
|
Khemis
(Zahra)
|
160409
|
01° 30’ 27”
|
34° 40’ 38”
|
663
|
1972/73 à 2010/11
|
Q (m3/s)
|
12Pour cette étude, nous avons opté pour les indices de sécheresse ainsi que les tests de ruptures et de tendances les plus fréquemment employés en hydrométéorologie en raison de leur simplicité et de leur robustesse : l'indice SPI, l’indice SSFI, l’indice de pluviosité, l’écart par rapport à la moyenne et le coefficient d’hydraulicité.
13Parmi la multitude d'indices évaluant la sécheresse pluviométrique, l'Indice Standardisé des Précipitations (SPI – Standardized Precipitation Index, en anglais), présenté par McKee et al., en (1993), est le plus couramment utilisé. Le calcul du SPI s'effectue selon la formule suivante dans laquelle Xi représente le cumul des précipitations pour une année donnée, Xm est la moyenne des précipitations annuelles, et est l'écart type des précipitations annuelles observées sur une série temporelle spécifique (Bendjema, 2020) (tableau 2) : SPI = (Xi – Xm) / où,
14Pour évaluer la sécheresse hydrologique, une approche similaire à celle du SPI est adoptée (tableau 2). Cette méthode repose sur l'indice standardisé des écoulements, le SSFI (Standardized Stream Flow Index, en anglais), introduit par Modarres (2007).
Tableau 2 : Catégories de sécheresse et d’humidité définies par les valeurs du SPI et du SSFI
Valeurs du SPI/SSFI
|
Degré d’humidité ou de sécheresse
|
≥ 2,0
1,5 – 2,0
1,0 – 1,5
0 – 1,0
0
-1,0 – 0
-1,5 – -1,0
-2,0 – -1,5
≤-2,0
|
Humidité extrême
Humidité forte
Humidité modérée
Humidité légère
Normal
Sécheresse légère
Sécheresse modérée
Sécheresse forte
Sécheresse extrême
|
15L’Indice de pluviosité (Ip), correspond au rapport de la hauteur des précipitations d’une année à la hauteur moyenne annuelle des précipitations de la série.
16L’ampleur de la sécheresse peut également être évaluée à partir du calcul de déficit. Il permet d’estimer le déficit pluviométrique annuel. Le déficit peut se formuler de cette façon (Pi) : hauteur des précipitations annuelles et (Pm) : hauteur moyenne annuelle des précipitations. Em = Pi – Pm, où (Pi)
17Le coefficient d’hydraulicité représente le débit d’une année donnée sur le débit moyen interannuel (calculé sur plusieurs années).
18Nous avons appliqué diverses méthodes de détection des ruptures dans les séries chronologiques au moyen du logiciel Khronostat 1.01, développé par l'Institut français de Recherche pour le Développement (IRD) : les test de Pettit, la méthode bayésienne de Lee et Heghinian et le test d’Hubert.
19Le test de Pettitt (1979) est un test non-paramétrique qui dérive du test de Mann-Whitney. L’absence d’une rupture dans la série (xi) de taille N constitue l’hypothèse nulle. Ce test est réputé pour sa robustesse (Lubes et al., 1994, Paturel et al., 2010).
20La méthode bayésienne de Lee et Heghinian (1977) est une approche paramétrique qui requiert une distribution normale des variables étudiées. L'absence de rupture dans la série constitue l'hypothèse nulle. La méthode établit la distribution de probabilité a posteriori de la position dans le temps d'un changement (Lee et Heghinian, 1977 ; Lubes et al., 1994).
21La procédure de segmentation initiée par Hubert a pour principe de découper la série en m segments (m>1) de telle sorte que la moyenne calculée sur tout segment soit nettement différente de la moyenne des segments voisins (Hubert et al., 1989 ; Lubes et al., 1998). Pour un ordre donné, la segmentation retenue est celle qui minimise l'écart quadratique entre la moyenne du segment et celle de la série.
22Le test de Mann-Kendall est un test non paramétrique basé sur le rang. Il permet de mesurer le degré de signification de la tendance et les ruptures de stationnarité dans les séries hydrométéorologiques (Kendall et al., 1943 ; Paturel et Servat, 1998). Le test de Mann-Kendall permet de confirmer ou pas l’existence d’une tendance (à la hausse ou à la baisse) sur une série chronologique.
23La méthode du simple cumul (Merriam, 1937) est introduite dans cette étude afin de vérifier l'homogénéité des données et de déceler les changements de comportement du cours d'eau.
24Les résultats obtenus à partir des coefficients de variation et des coefficients d’immodération (tableau 3) révèlent une grande irrégularité des précipitations et des lames d’eau écoulées d’une année à l’autre. Sur une période d’observation de 43 ans pour les précipitations et de 41 ans pour les lames d’eau écoulées, les précipitations annuelles ont fluctué entre 114,3 mm en 1983/1984 et 746,6 mm en 1971/1972. Par exemple, les précipitations sont passées de 374,9 mm en 2002/2003 à 727,6 mm en 2003/2004 en seulement une année.
25La variabilité des lames d’eau écoulées est encore plus prononcée, avec des valeurs oscillantes entre 220,88 mm en 1973/1974 et 5,68 mm en 2007/2008. Les coefficients de variation indiquent une fluctuation plus élevée pour les lames d’eau écoulées que pour les précipitations, montrant que la variation des écoulements est plus importante que celle des précipitations. En particulier, cette variabilité est particulièrement marquée en été, qui est la saison sèche.
26La figure 3 montre une légère augmentation des précipitations annuelles, tandis que les volumes d’eau écoulés présentent une tendance à la diminution.
Tableau 3 : Principaux paramètres statistiques caractérisant les séries annuelles et saisonnières des précipitations et des lames d'eau écoulées à oued Khemis sur la période de 1970/1971 à 2012/2013 et de 1972/1973 à 2010/2011
|
Précipitations (mm)
|
Lames d’eau écoulées (mm)
|
|
Ann
|
Aut
|
Hiv
|
Prtp
|
Eté
|
Ann
|
Aut
|
Hiv
|
Prtp
|
Eté
|
Moyenne (mm)
|
431,5
|
94,6
|
174,9
|
147,7
|
14,25
|
56,19
|
6,41
|
18,3
|
27,06
|
4,40
|
Maximum (mm)
|
746,6
|
212,5
|
322,5
|
259,3
|
144,8
|
220,88
|
16,47
|
66,4
|
99,18
|
7,87
|
Minimum (mm)
|
114,3
|
0,0
|
0,0
|
0,0
|
0,0
|
5,68
|
0,09
|
0,74
|
0,18
|
0,05
|
Ecart-type (mm)
|
156,6
|
33,78
|
57,25
|
51,36
|
14,08
|
48,30
|
2,16
|
9,18
|
15,97
|
1,61
|
Coef. de variation
|
0,36
|
0,35
|
0,32
|
0,34
|
0,98
|
0,85
|
0, 33
|
0,5
|
0,6
|
0,36
|
Coef. Immodération
|
6,5
|
212,5
|
322,5
|
259,3
|
144,8
|
38,9
|
183
|
89,7
|
551
|
157,4
|
Coefficient de variation : écart-type / valeur moyenne. Coefficient d’immodération : valeur maximale/valeur minimale
Figure 3 : Fluctuations annuelles des précipitations (P), et des lames d'eau écoulées (L) dans le bassin d’oued Khemis
27D’après la figure 4, les précipitations saisonnières enregistrent des variations distinctes selon les périodes de l’année. Une tendance à l’augmentation est observée en automne et en été, tandis qu’une diminution caractérise les précipitations hivernales et printanières. En ce qui concerne les volumes d’eau écoulés, une tendance générale à la baisse est relevée, indépendamment des échelles temporelles ou de l’intensité des écoulements.
Figure 4a : Fluctuations automnales des précipitations (P), et des lames d'eau écoulées (L) dans le bassin d’oued Khemis
Figure 4b : Fluctuations hivernales des précipitations (P), et des lames d'eau écoulées (L) dans le bassin d’oued Khemis
Figure 4c : Fluctuations printanières des précipitations (P), et des lames d'eau écoulées (L) dans le bassin d’oued Khemis
Figure 4d : Fluctuations estivales des précipitations (P), et des lames d'eau écoulées (L) dans le bassin d’oued Khemis
28L’augmentation notable des précipitations estivales est principalement attribuée à l’année exceptionnelle de 1995-1996, durant laquelle les précipitations estivales ont atteint 185,1 mm (tableau 4).
Tableau 4 : Tableau récapitulatif des résultats des tendances
Périodes
|
Pluie
|
Lame d’eau écoulée
|
Tendance
|
Taux
|
Tendance
|
Taux
|
Annuel
|
augmente
|
0.2214
|
baisse
|
-1.9694
|
Automne
|
augmente
|
1.6435
|
baisse
|
-0.2041
|
Hiver
|
baisse
|
-0.2518
|
baisse
|
-0.1376
|
Printemps
|
baisse
|
-1.3603
|
baisse
|
-1.3265
|
Eté
|
augmente
|
0.19
|
baisse
|
-0.3012
|
29Les pentes des droites de régression sont plus fortes pour les lames d'eau écoulées que pour les précipitations. Il y a une légère tendance à l’augmentation des précipitations annuelles de 0,22 mm/an, tandis que les lames d'eau écoulées montrent une tendance à la baisse d’environ 1,96 mm/an. L’évolution des totaux saisonniers, illustrée par la figure 4, indique qu’en hiver, les totaux pluviométriques et hydrométriques sont en nette baisse dès la fin des années soixante-dix jusqu’à la fin des années deux mille (figure 4b). Le printemps a également connu des variations similaires, avec une baisse des précipitations durant les mêmes années que l’hiver (figure 4c). La pente de la droite de régression pour les précipitations estivales indique une légère augmentation, avec une tendance estimée à 0,19 mm/an. En revanche, les volumes d’eau écoulés présentent une tendance à la baisse, avec une diminution d’environ -0,30 mm/an (figure 4d). Sur toute la période d’étude, l’évolution des précipitations et des lames d’eau écoulées peut être divisée en deux périodes distinctes. La première, de 1970/1971 à 1976/1977, où les totaux annuels sont supérieurs ou proches de la moyenne qui est égale à 431,51 mm pour les précipitations et 262 mm pour les lames d’eau écoulées, et la seconde, qui commence à la fin des années soixante-dix et s’étend jusqu’aux années 2000, où les valeurs sont majoritairement en dessous de la moyenne (déficitaires). Cependant, on observe un retour des pluies à partir de 2004.
30À l’échelle annuelle, les valeurs varient entre -2.02 et + 2.01 pour le SPI12, -1,04 et 3,40 pour le SSFI12, 0.26 à 1,73pour IP12 et de 0.10 à 3,92 pour l’hydraulicité (figure 5). Les résultats obtenus par les quatre indices montrent qu’il y a une tendance décroissante pour le SSFI et le coefficient d’hydraulicité et une tendance croissante légère pour le SPI et l’indice de pluviosité tout au long de la période d’étude. L’analyse des droites de régression fait ressortir une hausse négligeable annuelle moyenne de l’ordre de 0.14% pour le SPI12 et une baisse de 4,07% pour le SSFI12.
Figure 5 : Évolution des indices SPI, SSFI, IP et le coefficient d’hydraulicité à l’échelle annuelle durant la période 1970/1971 à 2012/2013 au niveau du bassin d’oued Khemis
31Ainsi, la période d'étude a été essentiellement marquée par des séquences d'humidité légère et de sécheresse légère plus longues, les valeurs très fortes ne sont pas nombreuses à l’exception des années (1983/1984, 1988/1989 et 1998/1999) où nous avons enregistré une sécheresse forte et des années 1971/1972, 1996/1997, 2003/2004 et 2008/2009 une humidité forte. Cette succession a conduit soit à une accumulation considérable d'apport en eau une sécheresse latente (tableau 5). La classe modale [-0,99 à +0,99] représente 60,5 % des valeurs des indices SPI12 et 84,6 % pour le SSFI12. Depuis 1977/1978, des sécheresses fréquentes d’intensité légère à forte ont été observées. La récurrence des années sèches s’accélère et la longévité de la période sèche également. La succession des années sèches a varié de 2 à 5 ans (1993/1994 à 1995/1996 et de 1997/1998 à 2002/2003 ensuite de 2004/2005 à 2007/2008). Durant toute la période étudiée, nous avons une tendance vers la sécheresse. Elle est entrecoupée par des années humides. L’année 2008/2009 semble annoncer un retour des précipitations, avec la réduction du champ des forts déficits.
32À l’échelle saisonnière (tableau 5), les quatre indices montrent une bonne proportionnalité entre eux (figure 6). Les niveaux de sécheresse et d'humidité sont plus marqués qu'à l'échelle annuelle, ce qui permet une description précise des phénomènes hydrologiques. Les saisons avec des conditions de sécheresse ou d'humidité légères représentent 60 à 70 % de la période étudiée.
Tableau 5 : Classes des SPI et des SSFI et fréquences d'occurrence
|
|
|
|
Fréquence %
|
Fréquence %
|
Degré d'Humidité et de Sécheresse
|
SPI-SSFI
|
SPI-12
|
SPI-3Aut
|
SPI-3Hiv
|
SPI-3Prt
|
SPI-3Ete
|
SSFI-12
|
SSSFI-3Aut
|
SSFI-3Hiv
|
SSFI-3Prt
|
SSFI-3Ete
|
Humidité extrême
|
> +2
|
2,3
|
4,7
|
4,7
|
4,7
|
2,3
|
5,1
|
0
|
0
|
5,1
|
5,1
|
Humidité forte
|
[1,5, 1,99]
|
7
|
4,7
|
0
|
2,3
|
2,3
|
5,1
|
0
|
0
|
5,1
|
5,1
|
Humidité modérée
|
[1, 1,49]
|
9,3
|
7
|
9,3
|
7
|
0
|
2,6
|
0
|
0
|
2,6
|
2,6
|
Humidité légère
|
[0,1, 0,99]
|
23,3
|
23,3
|
18,6
|
27,9
|
18,6
|
23,1
|
0
|
0
|
15,4
|
30,8
|
Normalité absolue
|
0
|
4,7
|
2,3
|
4,7
|
4,7
|
11,6
|
2,6
|
0
|
0
|
5,1
|
2,6
|
Sécheresse légère
|
[-0,1, -0,99]
|
37,2
|
46 ,5
|
48,8
|
37,2
|
65,1
|
61,5
|
10,3
|
97,4
|
66,7
|
53,8
|
Sécheresse modérée
|
[-1, -1,49]
|
9,3
|
11,6
|
11,6
|
16,3
|
0
|
0
|
48,7
|
2,6
|
0
|
0
|
Sécheresse forte
|
[-1,5, -1,99]
|
4,7
|
0
|
2,3
|
0
|
0
|
0
|
41,0
|
0
|
0
|
0
|
Sécheresse extrême
|
< -2
|
2,3
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
33En automne, la tendance est croissante pour le SPIet le SSFI. En hiver, les écoulements présentent une tendance décroissante pour le SPI et le SSFI, indiquant une légère sécheresse pour cette saison. (figure 6b ici) Au printemps, la tendance est également décroissante, avec une certaine proportionnalité entre les quatre indices. (figure 6c ici) En été, qui est la saison sèche de l'année, la tendance est à la baisse ; 65 % des indices SPI et 53 % des indices SSFI se situent dans l'intervalle de sécheresse légère. L'année 1996/1997 fait exception avec un optimum des indices SPI et IP.
Figure 6a : Évolution des indices SPI, SSFI, IP et coefficient d’hydraulicité d’automne de 1970/1971 à 2012/2013 (bassin d’oued Khemis)
Figure 6b : Évolution des indices SPI, SSFI, IP et coefficient d’hydraulicité d’hiver de 1970/1971 à 2012/2013 (bassin d’oued Khemis)
Figure 6c : Évolution des indices SPI, SSFI, IP et coefficient d’hydraulicité de printemps de 1970/1971 à 2012/2013 (bassin d’oued Khemis)
Figure 6d : Évolution des indices SPI, SSFI, IP et coefficient d’hydraulicité d’été de 1970/1971 à 2012/2013 (bassin d’oued Khemis)
34Toutes les saisons montrent une certaine proportionnalité entre le SPI et le SSFI. L’année 2008/2009 a enregistré un pic dans les valeurs de tous les indices en automne et en hiver. L’analyse du SPI-SSFI à moyen terme (12 mois) révèle une alternance entre les séquences sèches et humides avec des durées un peu plus longues que celles observées à court terme (3 mois).
35À l’échelle annuelle, les analyses des tests de rupture apportent plusieurs éclairages sur la stationnarité des séries pluviométriques et des lames d’eau écoulées. Le test de Pettitt révèle qu’il n’y a aucune rupture de la stationnarité des totaux pluviométriques annuels. Les résultats, consignés dans le tableau 6 et illustrés par la figure 7, montrent une continuité dans les précipitations sans changement significatif.
Figure 7 : Résultats du test de Pettitt appliqué aux précipitations à l’échelle annuelle (Bassin d’oued Khemis)
Figure 8 : Résultats du test de Pettitt statistique appliqué aux lames d’eau écoulées à l’échelle annuelle (bassin d’oued Khemis)
Tableau 6 : Résultats du test de Pettitt des précipitations annuelles au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013)
Station
|
Période
|
Hypothèse
|
Type de série chronologique
|
Valeur de variable de calcul
|
Seuil de confiance
|
90%
|
95%
|
99%
|
Oued khemis
|
1970/1971-2012/2013
|
Nulle
|
Aléatoire
|
0,2407
|
Accéptée
|
Tableau 7 : Résultats du test de Pettitt des lames d’eau écoulées annuelles au bassin d’oued Khemis (1972/1973-2010/2011)
Station
|
Période
|
Hypothèse
|
Type de série chronologique
|
Valeur de variable de calcul
|
Seuil de confiance
|
90%
|
95%
|
99%
|
Zahra
|
1972/1973-2010/2011
|
Nulle
|
Aléatoire
|
0,2616
|
Acceptée
|
refusée
|
refusée
|
36En revanche, le test bayésien de Lee et Heghinian appliqué aux séries pluviométriques annuelles indique la présence de ruptures dans la série (figure 9). Selon le graphe de la densité de probabilité (figure 10), un changement marqué de la moyenne se produit en 1976, comme rapporté dans le tableau 8. De plus, le même test appliqué aux séries des lames d’eau écoulées annuelles (tableau 9) confirme également la présence de ruptures. L’analyse graphique de la figure 11 indique que le point de rupture des lames d’eau écoulées se situe en 1996.
Figure 9 : Résultats du test de Lee et Heghinian appliqué aux précipitations à l’échelle annuelle (bassin d’oued Khemis)
Figure 10 : Procédure de Lee et Heghinian
Figure 11 : Résultats du test de Lee et Heghninian appliqué aux lames d’eau écoulées à l’échelle annuelle (bassin d’oued Khemis)
Tableau 8 : Résultats du test de Lee et Heghinian sur les précipitations annuelles au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013)
Station
|
Période annuelle
|
Date de rupture
|
Point de rupture
|
Oued khemis
|
1970/1971-2012/2013
|
1976
|
0,2338
|
Tableau 9 : Résultats du test de Lee et Heghinian sur les lames d’eau écoulées annuelles au bassin d’oued Khemis (1972/1973-2010/2011)
Station
|
Période annuelle
|
Date de rupture
|
Point de rupture
|
Zahra
|
1972/1973-2010/2011
|
1996
|
0,2616
|
37La méthode de segmentation d’Hubert, qui minimise l'écart quadratique entre la moyenne des segments et celle de la série, appliquée aux séries pluviométriques annuelles de la station du Khemis sur la période 1970/1971 – 2012/2013, est présentée dans le tableau 10.
Tableau 10 : Résultats du test de Segmentation d’Hubert sur les précipitations annuelles au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013)
38Les résultats montrent une segmentation qui soutient les conclusions des autres tests. La même méthode appliquée aux séries des lames d’eau écoulées annuelles sur la période 1972/1973 – 2010/2011 est rapportée dans le tableau 11, confirmant également les ruptures.
Tableau 11 : Résultats du test de Segmentation d’Hubert sur les lames d’eau écoulées annuelles au bassin d’oued Khemis (1972/1973-2010/2011)
39Le test de Buishand et l’Ellipse de Bois, représentés dans les figures correspondantes (figures 12 et 13) montrent qu’aucune rupture n’est détectée au cours de la série de données étudiée pour les pluies annuelles. Cependant, l'hypothèse H0 est rejetée aux seuils de confiance de 90%, 95% et 99%, validant ainsi l’existence de ruptures.
Figure 12 : Ellipses de contrôle des pluies annuelles (bassin d’oued khemis)
Figure 13 : Ellipses de contrôle des lames d’eau écoulées annuelles (bassin d’oued khemis)
40En conclusion, l'analyse des séries pluviométriques annuelles fournies par la station d’Oued Khemis et des données hydrométriques à la station de Zahra, sur la période 1970/1971 à 2012/2013, indique que la région d’étude ne présente pas de rupture selon le test de Pettitt. Cependant, les méthodes bayésiennes de Lee et Heghinian, d’Hubert, et les tests de l’Ellipse de Bois et de Buishand suggèrent une probabilité de rupture en 1976 pour les précipitations. En ce qui concerne les lames d’eau écoulées, les quatre tests tendent à confirmer une année de rupture en 1996. À l’échelle saisonnière, les résultats des tests appliqués aux données pluviométriques montrent des ruptures de la stationnarité (tableau 12). Le test de Pettitt et celui de Buishand identifient une rupture dans les totaux pluviométriques de l’automne 1999. Le test de Lee Heghinian révèle une seule rupture pour chaque saison, à l'exception de l'été. La méthode de segmentation d’Hubert indique deux ruptures pour chaque saison, sauf pour l’été où aucune rupture n’est observée. Quant au test de l’Ellipse de Bois, il détecte des ruptures uniquement en automne et au printemps, en 1999 et 1976 respectivement. En ce qui concerne les lames d’eau écoulées (tableau 12), le test de Pettitt met en évidence une seule année de rupture pour toutes les saisons. Les tests de l’Ellipse de Bois, de Buishand et de Lee Heghinian signalent des ruptures durant l’automne, l’hiver et le printemps. La segmentation d’Hubert indique plusieurs années de rupture pour l’automne et l’été. Ainsi, les cinq tests de rupture appliqués aux précipitations et aux écoulements montrent des résultats divergents pour les quatre saisons, soulignant la complexité et la variabilité des changements climatiques dans la région étudiée.
Tableau 12 : Résultats des tests statistiques de rupture sur les précipitations et les lames d’eau écoulées annuelles et saisonnieres au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013 et 1972/1973-2010/2011)
|
Tests de ruptures
|
Échelle temporelle
|
Précipitations (mm)
|
Ann.
|
Aut.
|
Hiv.
|
Print.
|
Eté
|
Pettit
|
-
|
1999
|
-
|
-
|
-
|
Lee et Heghinian
|
1976
|
1999
|
2012
|
1976
|
-
|
Hubert
|
1976
|
2007/08
2008/09
|
2002/03
2003/04
|
1976/77
|
-
|
Ellipse de Bois
|
1976
|
1999
|
-
|
-
|
-
|
BUISHAND
|
-
|
+
|
-
|
1976
|
-
|
Lames d’eau écoulées
(mm)
|
Pettit
|
1996
|
1990
|
1991
|
1996
|
1992
|
Lee et Heghinian
|
1996
|
1990
|
1991
|
1975
|
-
|
Hubert
|
1976
|
1977/78
90/91
2000/01
2002/03
|
-
|
1975/1976
|
1976/77
1996/97
|
Ellipse de Bois
|
1996
|
1990
|
1991
|
1975
1996
|
-
|
BUISHAND
|
+
|
+
|
+
|
+
|
-
|
41À l’échelle annuelle, les résultats du test de Mann-Kendall (tableau 13) indiquent que l’hypothèse nulle H0 est acceptée pour les précipitations annuelles, avec une valeur de p= 0,81, ce qui est supérieur à 0,05. Cela signifie que les précipitations annuelles présentent une certaine homogénéité à un niveau de signification de 5 %. En revanche, l’hypothèse nulle est rejetée pour les lames d’eau écoulées annuelles, avec une valeur de p= 0,000405, inférieure à 0,05. Selon les résultats de la pente de Sen, à un niveau de signification de 5 %, les précipitations annuelles montrent une légère tendance à la hausse, tandis que les lames d’eau écoulées présentent une tendance à la baisse.
Tableau 13 : Test statistique de tendance des séries de pluies et lames d’eau écoulées annuelles au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013 et 1972/1973-2010/2011)
|
Paramètres
|
T (tau de Kendall)
|
S
|
|
Pente de sen
|
Risque de rejeté
|
P-Value
|
Tendance
|
Annuel
|
P
|
0,025
|
23
|
95,55
|
0,425
|
81,9%
|
0.819
|
+
|
Le
|
-0,387
|
-287
|
82,66
|
-1,512
|
0,04%
|
4,05x10-4
|
-
|
42À l’échelle saisonnière, les précipitations montrent une tendance positive pour les deux saisons d’automne et d’été, et une tendance décroissante dans le printemps et l’hiver (figure 15). Cette tendance à l’augmentation durant l’automne et l’été influence le régime pluviométrique interannuel. En ce qui concerne les lames d’eau écoulées, la tendance est négative pour toutes les saisons.
43La rupture de tendance détectée sur les totaux pluviométriques et hydrométriques annuels est attribuable à une baisse des totaux pluviométriques. L’observation de la figure 14 confirme l’apparition d’une tendance négative à partir de la fin des années 1970, persistant durant les décennies 1980-1990. Durant ces deux décennies, 80 % des années ont enregistré une pluviométrie inférieure à la normale (Pi < Pm), ce qui a un impact négatif sur le régime du cours d’eau.
Figure 14 : Tendances annuelles des chroniques de pluie et lames d’eau écoulées au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013 et 1972/1973-2010/2011)
44Les résultats des tests statistiques (Pettitt, Lee-Heghinian et Hubert) montrent que les dates de rupture détectées sur les totaux pluviométriques et hydrométriques saisonniers sont proches de celles obtenues par le test de tendance de Mann-Kendall (Tableau 14) et celles observées sur les totaux pluviométriques annuels.
Figure 15 : Tendances saisonnières des chroniques de pluie et lames d’eau écoulées dans un intervalle de confiance à 95% au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013 et 1972/1973-2010/2011)
Tableau 14 : Test statistique de tendance de séries de pluies et des lames d’eau écoulées saisonnières au basin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013 et 1972/1973-2010/2011)
|
Paramètres
|
T
|
S
|
|
Pente de sen
|
Risque de rejeté
|
P-Value
|
Tendance
|
Automne
|
P
|
0,25
|
68
|
31,62
|
4,48
|
3,4
|
0,034
|
+
|
Le
|
-0,53
|
-124
|
28,39
|
-0,686
|
0,01
|
<0,0001
|
-
|
Hiver
|
P
|
-0,158
|
-43
|
31,63
|
-6,64
|
18,4
|
0,184
|
+
|
Le
|
-0,479
|
-112
|
28,39
|
-1,149
|
0,01
|
<0,0001
|
-
|
Printemps
|
P
|
-0,04
|
-11
|
31,63
|
0 ,017
|
75
|
0,752
|
-
|
Le
|
-0,342
|
-80
|
28,39
|
-1,308
|
0,5
|
0,005
|
-
|
Eté
|
P
|
0,06
|
17
|
31,35
|
0,033
|
61
|
0,61
|
+
|
Le
|
-0,667
|
-156
|
28,39
|
-0,645
|
0,01
|
<0,0001
|
-
|
À l’échelle annuelle, la méthode des cumuls pluviométriques annuels appliquée au bassin versant d’Oued Khemis durant la période 1970/1971-2012/2013 ne montre aucune rupture d’homogénéité (figure 16), confirmant ainsi les résultats obtenus par les tests statistiques de Pettitt. En revanche, le cumul des lames d’eau écoulées annuels pour la période 1972-2011 a mis en évidence deux ruptures, la première observée au milieu des années 1970, plus précisément en 1976, et la deuxième en 2008.
Figure 16 : Cumuls des précipitations annuelles et des lames d’eau écoulées (mm) en fonction du temps au bassin d’oued Khemis(1970/1971-2012/2013 et 1972/1973-2010/2011)
45À l’échelle saisonnière, plusieurs fluctuations dans les courbes indiquent probablement des ruptures d’homogénéité. Pour l’automne, la première rupture s’est produite en 1999, et pour l’été, une rupture est survenue en 1995/1996. Le cumul des précipitations dans cette année est égal 185,1mm. Ces ruptures montrent un changement de pente, signifiant une élévation du régime pluvial saisonnier. La rupture de l'homogénéité dans la série pluviométrique s'est répercutée, en s'accentuant, sur les écoulements. Les cumuls des précipitations et des lames d'eau écoulées en fonction du temps confirment la modification du régime climatique qui s'est produite depuis les années 1970 (figure 17).
Figure 17a : Cumuls des précipitations saisonnières en fonction du temps au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013)
Figure 17b : Cumuls des lames d’eau écoulées (mm) saisonnières en fonction du temps au bassin d’oued Khemis (1972/1973-2010/2011)
46La figure 18 montre que 41,86 % des années ont été excédentaires en précipitations, tandis que 58,14 % ont été déficitaires. Pour les lames d’eau écoulées, 38,46 % des années étaient excédentaires, contre 61,54 % de déficit interannuel. Sur les 43 années étudiées, une tendance générale à la baisse de la pluviométrie et des lames d’eau écoulées a été observée.
47La figure 19 présente la répartition des données interannuelles des précipitations et des lames d’eau écoulées en quatre décennies et quatre années supplémentaires pour la zone d’étude. Cette répartition illustre, pour chaque période de dix ans, les pourcentages d’années humides et sèches pour les précipitations et les lames d’eau écoulées. La première décennie (1970-1980) a enregistré 70 % d’années humides pour les précipitations et 75 % pour les lames d’eau écoulées. Ces pourcentages ont augmenté de 15 à 20 % au cours de la deuxième décennie, tandis que les lames d’eau écoulées ont subi une décroissance de 40 %. À partir de cette deuxième décennie jusqu’en 2013, le pourcentage d’années humides a diminué de manière continue.
Figure 18 : Pourcentage annuel des excédents et des déficits pour les précipitations, les lames d’eau écoulées, SPI et IP au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013 et 1972/1973-2010/2011)
Figure 19 : Pourcentage des années excédentaires et déficitaires incluses dans chaque décennie des précipitations, des lames écoulées annuelles, SPI et IP au bassin d’oued Khemis (1970/1971-2012/2013 et 1972/1973-2010/2011)
48Cette étude hydropluviométrique, couvrant une période de 43 ans, révèle que la tendance chronologique des précipitations et des lames d’eau écoulées dans la région de l’Oued Khemis (wilaya de Tlemcen) est majoritairement déficitaire pour les deux périodes de temps analysées. La pluviométrie annuelle de cette zone se caractérise par une forte variabilité. Globalement, les séries annuelles montrent des tendances à la baisse pour les précipitations et les lames d’eau écoulées.
49L'étude de la sécheresse, réalisée à travers les indices SPI, SSFI, IP et le coefficient d'hydraulicité, met en évidence une variabilité climatique marquée par une alternance de phases humides et sèches, ainsi que des fréquences d'écoulement déficitaires et excédentaires. En général, le bassin a connu des périodes d’humidité et de sécheresse légères, avec une tendance à la sécheresse. La période de 1978 à 2008 se distingue par les sécheresses les plus remarquables en termes d'intensité, de durée et de fréquence.
50L'analyse des séries pluviométriques de la période d'étude à l'aide de méthodes de tests statistiques indique que les chroniques ne sont pas stationnaires et qu'elles ont subi des ruptures entre 1976 et 1999, marquant une modification du régime pluviométrique et hydrologique, avec des répercussions sur les ressources en eau. La courbe des précipitations cumulées présente une rupture au milieu des années 1970, plus précisément en 1976-1977. Durant toute la période d’observation, on observe trois phases distinctes. La première phase s'étend de 1970 à 1976, la deuxième de 1976 à 2008, et la troisième de 2008 à 2013.