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Tendances des indices des débits journaliers extrêmes de la rivière Oubangui

Trends of the indices of the extreme daily flows in the Oubangui river

Martin MASSOUANGUI KIFOUALA1*, Destyles Van KOMBYLA2 et Sheley Pepys

Lydie MALEKE3

1 BP : 4131 Brazzaville, E-mail : mmartinkif@gmail.com;

2 destyles.van@gmail.com

Centre de Recherches sur les Tropiques Humides (CRTH) de l’Université Marien Ngouabi (FLSH)

Tendances des indices des débits journaliers extrêmes de la rivière Oubangui

Mois/année

* Martin MASSOUANGUI KIFOUALA

Tél.: (+242)055129800 ou (+242) 066325475;

Courriel: mmartinkif@gmail.com;

Résumé

Situé en Afrique Centrale, entre 18° et 29° de longitudes est, et entre 2° et 10° de latitudes nord, le bassin versant de l’Oubangui est envisagé comme solution pour ravitailler le Lac Tchad qui est en voie de disparition. Cependant, l’Oubangui pose déjà des sérieux problèmes de navigation, en raison de la diminution des ses débits. Dégager la tendance de l’évolution des écoulements de l’Oubangui à partir des indices hydrologiques que nous avons définis est le principal objectif de cette étude. L’analyse des débits journaliers extrêmes en utilisant les indices des extrêmes hydrologiques associée aux moindres carrés montre une baisse généralisée des débits maximums d’une journée (Dmax), des débits minimums d’une journée (Dmin), du nombre de jours des débits forts (D90) au fil des années. Les débits journaliers faibles (D10), par contre, sont en nette augmentation en termes de nombre de jours.

Mots-clés : Oubangui, débits journaliers, indices, extrêmes hydrologiques, tendances.

Abstract

Located in Central Africa, between 18° and 29° of eastern longitudes, and between 2° and 10° of northern latitudes, the basin of Oubangui River is envisaged as a solution for refuel

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Lake Chad which is disappearing; whereas the Oubangui River already poses serious problems of navigation. Identify the trend of the development of the runoff of the Oubangui River from the hydrological indices that we have defined is the main objective that aims this study. The analysis of low daily flow extreme using the indices of hydrological extremes associated with the least squares shows a generalized decline of maximum rates of a day (Dmax), the minimum flows of one day (Dmin), the number of days of strong flow rates (D90) over the years. The low daily flows (D10) are on the increase in terms of number of days.

Keywords: Oubangui, daily flows, indices, hydrological extremes, trends.

INTRODUCTION Situé en Afrique Centrale, le bassin versant de l’Oubangui est localisé entre 18° et 29° de longitudes est, et entre 2° et 10° de latitudes nord (fig. 1). Avec un module annuel de l'ordre de 5000 m3 s-1 à sa confluence, l'Oubangui est, après le Kasaï (environ 8000 m3 s-1), le second tributaire du fleuve Congo [Laraque et al., 1997]; son bassin versant couvre une

superficie de l’ordre de 488500 km2

[ORANGE et al., 1995 ; NGUIMALET & BOULVERT, 2006 ; CALLEDE et al., 2010] à l’exutoire de Bangui et mesure 546 km de long à la confluence de la rivière Mpoko. La rivière Oubangui pose depuis un certain temps le problème de navigation. Le nombre de jours navigables diminue au fil des années. On compte près 200 jours non navigables depuis 2002, contre 4 jours pendant la période allant de 1935 à 1971. Ce fait ne peut être lié qu’à des phénomènes hydrologiques extrêmes. Les études déjà menées sur ce cours d’eau se sont limitées à l’analyse de la variabilité temporelle des modules annuels et des débits moyens mensuels (WESSELINK et al., 1996; ORANGE et al., 1997; LARAQUE et al., 2001). Or, ces débits ne représentent pas la situation extrême. Le débit peut être jugé normal au cours d’une année alors que le cours d’eau a enregistré des situations extrêmes et désastreuses. La présente étude se propose d’étudier les extrêmes hydrologiques de l’Oubangui. BENISTON et STEPHENSON (2004) propose trois définitions d’un phénomène extrême qui reposent sur différentes notions :

- la définition peut être basée sur la rareté d'un phénomène hydrologique ; on doit donc considérer sa fréquence et sa durée;

- elle peut également être basée sur l'intensité d'un phénomène; ceci implique la considération de dépassement d'un seuil par des variables aux débits associées à ce phénomène ;

- on peut également introduire la notion d'impact et s'appuyer sur des dégâts socio-économiques causés par un phénomène.

Pour KLEIN TANK et al. (2009), est extrême un événement dont la probabilité est inférieure à 10%. Il y a une notion de période de retour qui vient alors s’insérer. Ce qui fait la particularité de cette étude est qu’elle s’intéresse à l’analyse des données collectées au pas de temps journalier. Les données journalières renferment beaucoup d’informations sur les caractères des écoulements que les moyennes mensuelles et annuelles. Elles peuvent contribuer à l’amélioration des connaissances sur la variabilité hydrologique et les changements susceptibles d’affecter les écoulements de l’Oubangui. C’est pourquoi toute étude visant à comprendre le fonctionnement d’un bassin versant, surtout les extrêmes hydrologiques et leur prédiction, ne doit pas perdre de vue sur l’analyse de données au pas de temps journalier.

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Cette étude propose une approche méthodologique qui consiste à étudier l’évolution des débits hydrologiques moyens et extrêmes à partir des indices définis sur la base d’un certain nombre des critères.

Figure 1 : Bassin versant de l’Oubangui

Figure 1: Basin of Oubangui

1-DONNEES ET METHODES

1.1-Données

Il s’agit des valeurs des débits journaliers recueillis sur la période allant de 1936 à 2010 à l’exutoire de Bangui.

La période antérieure 1936 a été écartée, elle est émaillée des lacunes fondamentales, des lacunes que nous n’avons pas pu combler faute d’une station hydrologique de référence. Ces données, non disponibles sur le net, proviennent de la Commission Internationale Congo Oubangui Sangha (CICOS).

1.2-METHODES

1.2.1-Indices

L’un des moyens efficaces pour détecter et décrire de façon synthétique les changements climatiques, ses conséquences et les mesures d’adaptation, est l’élaboration des indices. Ces indices sont de plus en plus recommandés pour des analyses des événements extrêmes. Ils présentent l’avantage de traduire les résultats des simulations sous une forme plus directement exploitable pour les discuter avec ceux des autres localités même dans des conditions climatiques différentes.

Afin d’atteindre les objectifs visés par cette étude nous avons défini un certain nombre d’indices. Le tableau 1 présente les indices des extrêmes hydrologiques définis et retenus dans cette étude avec des valeurs des débits de l’Oubangui obtenues en fonction des seuils choisis statistiquement. Ces valeurs ont été retenues pour définir les indices des extrêmes hydrologiques qui nous ont permis de suivre l’évolution des débits au pas de temps journalier au fil des années (Tableau 1). Ils sont définis en langue française. La lettre D est l’initiale du mot débit.

Tableau 1: Indices des extrêmes hydrologiques

Table 1 : Indices of hydrological extremes

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1.2.2-Contrôle de qualité

Nous avons utilisé le programme disponible dans le logiciel RClimDex développé par la branche de recherche sur le climat du service météorologique du Canada (voir le http://cccma.seos.uvic.ca/ETCCDMI/software.shtml). Le procédé de contrôle de qualité dans RClimDex n'est pas censé être complet. Néanmoins, elle aide plutôt l’utilisateur à identifier les erreurs d’enregistrement qui peuvent exister dans des données quotidiennes de station.

1.2.3-Détection des ruptures

Dans le cadre de cette étude, la détection des ruptures au sein des séries des données hydrologique a été faite à partir de deux tests distincts : le premier est basé sur le test t maxima avec pénalité (WANG et al., 2010) et le second sur le test F maxima avec pénalité (WANG, 2008b). Ils peuvent être appliqués même dans le cas où la position de la rupture est inconnue; tous les deux sont imbriqués dans un algorithme de test récursif (WANG,2008a), avec un facteur d’auto corrélation avec retard de 1 (si significatif) appliqué à la série temporelle étant prise en compte. La série temporelle testée peut présenter une tendance nulle ou linéaire pendant toute la durée d’enregistrement. Le problème de la répartition non uniforme des taux de fausse alarme et de la puissance de détection est aussi grandement réduit au moyen de fonctions de pénalité empiriques. Ces tests sont programmés dans le logiciel RHtestsV4.r. Appliqué aux séries mensuelles, il fournit la date et l’amplitude des ruptures détectées. Les fonctions de RHtestsV4.r peuvent traiter des séries annuelles, mensuelles ou journalières d’erreurs gaussiennes pourvu qu’elles obéissent au format du progiciel (tableaux 2 et 3); chaque série de données d’entrée doit être stockée dans un fichier distinct (p. ex., un fichier nommé Oubangui.dat), dans lequel les trois premières colonnes représentent les dates d’observation (AAAA pour l’année du calendrier, MM pour le mois et JJ pour le jour) et la quatrième colonne, les valeurs des données d’observation (ou code de valeur absente). Les données manquantes sont remplacées par «-999» ou« -999.0 ».

Il est à noter que pour les séries mensuelles (tableau 3), le jour (JJ) sont représentés par 00, et pour les séries annuelles, le moi (MM) par 00 et le jour : JJ=00. Par exemple :

Tableau 2 : Données journalières Table 2: Daily data

Tableau 3 : Données mensuelles Table 3 : Monthly data

2-RESULTATS ET DISCUSSION

2.1-Variabilité interannuelle des écoulements L’application du test t maxima avec pénalité programmé dans le progiciel RHtestV4.r sur les données des débits observés sur l’Oubangui met en évidence quatre grandes phases aux caractéristiques fort différentes (fig. 2) comme l’avait aussi constaté Laraque et Olivry (1995), Laraque et al. (1996). A la différence des travaux antérieurs, cette étude apporte, plus de détails et précisions au sujet des dates de début et de fin de chaque sous-période. La première phase va de janvier 1936 à septembre 1942. Elle traduit une hausse. Le module annuel se levait à 4450 m3 d’eau par année.

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Elle est suivie par une seconde période marquée par une légère récession. Pendant cette période, le module annuel était de l’ordre de 4426 m3 d’eau par an. Cette période va d’octobre 1942 à novembre 1970.

La troisième phase correspond à la troisième baisse, la plus importante qu’a connue l’Oubangui. Elle va de décembre 1970 à décembre 1983. Le débit moyen enregistré pendant cette période se lève à 3583 m3 d’eau par année.

La quatrième sous-période est traduit la troisième baisse des écoulements de l’Oubangui. Le débit moyen était de l’ordre de 2900 m3 d’eau.

Figure 2 : Phases de l’évolution des écoulements annuels de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 2: Phases of the evolution of the annual flows of Oubangui (1936-2010)

Les valeurs extrêmes accusent une diminution avec le temps. On est passé de 11700 m3

d’eau entre 1942 et 1982 à 7978 m3 d’eau par seconde de janvier 1983 à décembre 2010. Il en est de même pour les minima. De 1000 m3 d’eau pendant la première sous-période, on a atteint la valeur de 371 m3 pendant la quatrième phase (tableau 4).

La différence entre les sous-périodes montre que la plus importante baisse est survenue entre la deuxième et la troisième sous-période. Elle a atteint la valeur de 843 m3. Entre la troisième et la quatrième phase, l’écart enregistré est de l’ordre de 683 m3.

Tableau 4 : caractéristiques des sous-périodes

Tableau 4 : caractéristiques des sous-périodes

2.2-ÉVOLUTION JOURNALIERE DES DEBITS

2.1.1-Évolution des débits minima

Les débits minima de l’Oubangui présentent une tendance à la baisse de façon générale. Mais la période allant de 1960 à 1970 est marquée par des débits minimums très importants. Elle correspond à la phase humide sur le plan climatologique [Laraque et al., 1997].

En 1969, par exemple, la valeur minimale était de l’ordre de 1540 m3/s. A partir de 1970 jusqu’à nos jours, les débits minimums d’une journée ont connu un déclin. Les valeurs observées sont généralement inférieures à 800 m3/s.

Cette phase est marquée par la sécheresse. Le minimum minimorum de 227 m³/s a été mesuré le 26 mai 1990 (fig. 3).

Figure 3: Évolution interannuelle des débits minima de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 3: Interannual evolution of the minima flows of Oubangui (1936-2010)

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2.1.2-Évolution des débits maxima Comme les minima, les débits maxima d’une journée dans l’Oubangui sont en nette diminution (fig. 4). Cette récession est plus accusée pendant la période allant de 1970 à 2010. Pendant cette phase, les valeurs observées dépassent rarement la normale (9457 m3/s). Mais avant cet épisode, l’Oubangui a enregistré des valeurs très importantes des débits journaliers de 1960 à 1980. Le 17 novembre 1961, le maximum maximorum avait atteint le de 14500 m3/s.

Figure 4 : Évolution interannuelle des débits maxima de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 4: Interannual evolution of the maximum flows of Oubangui (1936-2010)

2.1.3-Évolution du nombre de jours à faible débit (D10)

Le nombre de jours des débits médiocres accuse une augmentation depuis la fin de la décennie 1970 (fig. 5). De nos jours, on peut compter plus de 50 jours de débits faibles dans l’année. Cette évolution est se fait dans le sens contraire des débits minima et maxima. Mais avant cette période, plus précisément avant 1970, le nombre de jours de faibles débits n’était important. Dans l’ensemble, il dépassait rarement 10 jours dans l’année.

Figure 5 : Évolution interannuelle du nombre de jours à faible débit de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 5: Interannual evolution of the number of days of the low flow of Oubangui (1936-2010)

2.1.4-Évolution du nombre de jours à fort débit (D90)

Depuis le début des années 1960, le nombre de jours des débits forts diminue dans le cours d’eau Oubangui. Ce nombre est souvent inférieur à 50 jours (fig 6). Mais de 1936 à 1979, on enregistrait plus 60 jours des débits supérieurs au 90ème percentile. En 1969, par exemple, on a compté 122 jours des débits forts.

Figure 6 : Évolution interannuelle du nombre de jours des débits forts de l’Oubangui (1950-2010)

Figure 6: Interannual evolution of the number of days of the strong flows of Oubangui (1950-2010)

CONCLUSION L’analyse des débits journaliers sur la période allant de 1936 à 2010, à partir des indices, montre une tendance à la baisse ; cette tendance est enregistrée au fil des années par : les

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débits maximums d’une journée (Dmaxi), les débits minimums d’une journée (Dmini), le nombre de jours des débits forts (D90). Ces résultats riment bien avec les conclusions des travaux antérieurs.

Par contre, les débits journaliers faibles (F10P) sont à la hausse, en termes de nombre de jours ; une hausse qui a commencé à se faire sentir à partir de 1970. Ces fluctuations hydrologiques ne sont en fait que la réponse face à la variabilité pluviométrique observées dans le bassin de l’Oubangui. La méthode des indices nous a permis de raffiner les connaissances antérieures sur les fluctuations hydrologiques de l’Oubangui

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Indices des extrêmes hydrologiques

Table 1 : Indices of hydrological extremes

Identification Noms de l’indice Définition Valeur-seuil Dmin Débit minimum

journalier annuel Débit le plus faible observé en une journée pendant une année

Dmax Débit maximum journalier annuel

Le débit journalier le plus haut mesuré pendant une année

D10

Débit d’étiage faible

Le débit inférieur au débit correspondant à la valeur du percentile 10 déduite d’une courbe cumulative des débits journaliers

730 m3/s

D90

Débit de forte crue

Le débit supérieur au débit correspondant à la valeur du percentile 90 déduite d’une courbe cumulative des débits journaliers

8220 m3/s

Tableau 2 : Données journalières Table 2: Daily data

Tableau 3: Données mensuelles Table 3 : Monthly data

1936 1 25 1860 1936 1 26 1820 1936 1 27 1790 1936 1 28 1750 1936 1 29 1710 1936 1 30 1680 1936 1 31 1650 1936 2 1 1620 1936 2 2 1580 1936 2 3 1540 1936 2 4 1500 1936 2 5 1460 1936 2 6 1440 1936 2 7 1430 1936 2 8 1430 1936 2 9 1410 1936 2 10 1380

1936 1 00 2270 1936 2 00 1420 1936 3 00 1340 1936 4 00 1330 1936 5 00 2450 1936 6 00 3840 1936 7 00 5320 1936 8 00 7630 1936 9 00 9330 1936 10 00 10700 1936 11 00 9030 1936 12 00 4770 1937 1 00 2590 1937 2 00 1920 1937 3 00 1430 1937 4 00 1510 1937 5 00 2250

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Tableau 4 : caractéristiques des sous-périodes

Table 4: characteristics of the under-periods

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TITRE DES FIGURES

Figure 1 : Bassin versant de l’Oubangui

Figure 1: Basin of Oubangui

Figure 2 : Phases de l’évolution des écoulements annuels de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 2: Phases of the evolution of the annual flows of Oubangui (1936-2010)

Figure 3: Évolution interannuelle des débits minima de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 3: Interannual evolution of the minima flows of Oubangui (1936-2010)

Figure 4 : Évolution interannuelle des débits maxima de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 4: Interannual evolution of the maximum flows of Oubangui (1936-2010)

Figure 5 : Évolution interannuelle du nombre de jours à faible débit de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 5: Interannual evolution of the number of days of the low flow of Oubangui (1936-2010)

Figure 6 : Évolution interannuelle du nombre de jours des débits forts de l’Oubangui (1950-2010)

Figure 6: Interannual evolution of the number of days of the strong flows of Oubangui (1950-2010)

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Figure 1 : Bassin versant de l’Oubangui

Figure 1: Basin of Oubangui

Figure 2 : Phases de l’évolution des écoulements annuels de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 2: Phases of the evolution of the annual flows of Oubangui (1936-2010)

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Figure 3: Évolution interannuelle des débits minima de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 3: Interannual evolution of the minima flows of Oubangui (1936-2010)

Figure 4 : Évolution interannuelle des débits maxima de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 4 : Interannual evolution of the maximum flows of Oubangui (1936-2010)

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Figure 5 : Évolution interannuelle du nombre de jours à faible débit de l’Oubangui (1936-2010)

Figure 5: Interannual evolution of the number of days of the low flow of Oubangui (1936-2010)

Figure 6 : Évolution interannuelle du nombre de jours des débits forts de l’Oubangui (1950-2010)

Figure 6: Interannual evolution of the number of days of the strong flows of Oubangui (1950-2010)