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Cartographie des ressources hydroélectriques via le SIG pour la région de la CEDEAO 1

Résumé du projet

Cartographie des ressources hydriques via le GIS pour la région de la CEDEAO

Juillet 2016

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Introduction

Contexte et objectifs

Contexte

Le manque d’approvisionnement fiable en électricité est une préoccupation grave qui se pose

dans les 15 pays de la CEDEAO.

Si l’existe un grand potentiel pour le développement de l’hydroélectricité dans l’avenir, l’on

note toutefois un manque de données exactes – surtout pour le développement de la petite

hydroélectricité.

La présente étude soutient les initiatives énergétiques du “Centre de la CEDEAO pour

l’énergie renouvelable et l’efficacité énergétique” (CEREEC).

Objectifs généraux du projet

Évaluer le potentiel hydroélectrique de tous les fleuves dans la région de la CEDEAO.

Préparer diverses couches de données à intégrer à la plateforme en ligne du CEREEC

dénommée ECOWREX, de sorte que l’étude aboutisse à des résultats aisément accessibles

au grand public.

Identifier les régions/fleuves qui sont adapté(e)s pour le développement de l'hydroélectricité

afin d’orienter l’initiative de mesure des débits des cours d’eau du CEREEC.

Contrairement aux autres études où l’accent est mis en général sur le potentiel

hydroélectrique des grands fleuves, la présente étude s’intéresse en outre à la petite

hydroélectricité sur les petits fleuves.

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Introduction

410 jauges de débit disponibles pour cette étude

Le débit détermine

(avec la pente) le

potentiel hydroélectrique

d’un fleuve.

Les jauges sont

généralement situées

dans les grands fleuves

et les fleuves moyens.

Il y a rarement des

jauges dans les petits

fleuves qui sont

convenables pour la

petite hydroélectricité.

Les données des jauges

couvrent différentes

périodes d’observation.

Une régionalisation des

débits est requise

Cartographie par GIS & modélisation du bilan hydrique

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Introduction

Sources & disponibilité des données

0

500

1000

1500

2000

2500

1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030

[m³/

s]

year

KOULIKORO

NIAMEY

Kainji inflow

0

50

100

150

200

250

1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030

gau

ges,

ava

ilab

ility

[/]

year

monthly availability

daily availability

0

50

100

150

200

250

300

350

400

01.01.1920 01.01.1930 01.01.1940 01.01.1950 01.01.1960 01.01.1970 01.01.1980 01.01.1990 01.01.2000 01.01.2010 01.01.2020 01.01.2030

avai

lab

ility

, n

um

be

r o

f st

atio

ns

[/] GPCC Niger basin

RFE

TRMM 3B42

TRMM 3B42RT

Disponibilité de bonnes

données

Dernières années

Périodes humides et sèches

Disponibilité de données sur les

débits de la GRDC

Disponibilité de données sur les

précipitations

Débit du fleuve Niger

Données des jauges de la GRDC

Disponibilité de précip

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Résultats

Couche des centrales hydroélectriques existantes

Couche des zones climatiques

Potentiel hydroélectrique

Changement climatique

Défis et enseignements tirés

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Couche des centrales hydroélectriques existantes

Aperçu

Les informations au sujet des centrales hydroélectriques sont disponible à partir de

différentes sources variées de données, mais il se pose les problèmes suivants :

Sources de données incomplètes (centrales hydroélectriques manquantes)

Géocodage incorrect (mal placé jusqu’à 100km)

Informations contradictoires provenant de différentes sources de données (ex. capacité

installée)

Différents noms pour la même centrale hydroélectrique (double comptage)

Nouvelles centrales hydroélectriques non incluses dans les sources de données existantes

Objectif: Créer de nouvelles couches modernisées de centrales hydroélectriques

existantes.

Approche

Corriger le géocodage de l’emplacement des centrales hydroélectriques

Identifier l’emplacement correct au moyen d’image satellitaires

Prendre des photos instantanées de l’emplacement du réseau hydrographique

Synthèse des informations provenant de différentes sources variées (rapports, consultation

en ligne)

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Couche des centrales hydroélectriques existantes

Exemple de géocodage : CHE de Bui au Ghana (construite

récemment)

Localisation initiale

Localisation correcte

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Couche des centrales hydroélectriques (CHE) existantes

Resultats

91 CHE:

24 grandes CHE (> 100 MW)

17 moyennes CHE (30-100 MW)

50 petites CHE (< 30MW)

21 attributs (capacité installée, année de démarrage, zone de

réservoir, etc.)

Sources de données:

ECOWREX, GranD, Aquastat, H&D, JICA, SHP News, World

Small CHE Development Rep., Int. Water Power & Dam

Yearbook, SE4ALL, consultation en ligne, etc.

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Couches des zones climatiques

Aperçu

Objectif

Donner un aperçu des diverses

conditions climatiques

Classification

L’Hôte et al. (1996)

Basé sur les caractéristiques de la pluviosité

Sources de données

Pluviosité: TRMM 1998-2014

Température: CRU 1998-2013

Évaporation potentielle. : CRU 1998-2013

Traitement par le SIG

généralisation

Polissage

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Couche des zones climatiques

Pluviosité et température saisonnières

TRMM 3B42 daily 1998-2014

CRU TS 3.22 monthly 1998-2013

CRU TS 3.22 monthly 1998-2013

0

10

20

30

40

50

0

10

20

30

40

50

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Mea

n m

on

thly

tem

per

atu

re [

°C]

Mea

n m

on

thly

pre

cip

itat

ion

[mm

]

Desert

Precipitation [mm]

Temperature [°C]

0

10

20

30

40

50

0

20

40

60

80

100

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Mea

n m

on

thly

tem

per

atu

re [

°C]

Mea

n m

on

thly

pre

cip

itat

ion

[mm

]

Semiarid desert

Precipitation [mm]

Temperature [°C]

0

10

20

30

40

50

0

40

80

120

160

200

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Mea

n m

on

thly

tem

per

atu

re [

°C]

Mea

n m

on

thly

pre

cip

itat

ion

[mm

]

Semiarid tropical

Precipitation [mm]

Temperature [°C]

0

10

20

30

40

50

0

60

120

180

240

300

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Mea

n m

on

thly

tem

per

atu

re [

°C]

Me

an m

on

thly

pre

cip

itat

ion

[m

m]

Pure tropical

Precipitation [mm]

Temperature [°C]

0

10

20

30

40

50

0

60

120

180

240

300

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Mea

n m

on

thly

tem

per

atu

re [

°C]

Mea

n m

on

thly

pre

cip

itat

ion

[mm

]

Transitional tropical

Precipitation [mm]

Temperature [°C]

0

10

20

30

40

50

0

60

120

180

240

300

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Mea

n m

on

thly

tem

per

atu

re [

°C]

Mea

n m

on

thly

pre

cip

itat

ion

[mm

]

Transitional equatorial

Precipitation [mm]

Temperature [°C]

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Potentiel hydroélectrique

Aperçu

Objectif global:

Fournir des données de base permettant d’identifier les régions qui sont adaptées

pour le développement de l'hydroélectricité.

Méthode générale :

Étape 1: Créer une couche des réseaux fluviaux pour tous les fleuves en Afrique de l'Ouest

Étape 2: Dériver des coupes longitudinales des fleuves à partir de Modèles numériques

d'élévation

Étape 3: Estimer les conditions de débit pour tous les tronçons fluviaux

Étape 4: Calculer le potentiel hydroélectrique à partir des pentes et du débit

Classification

Évaluer les caractéristiques préférées de centrales hydroélectriques :

Tailles des centrales

Type de centrales

Type de machines

Calculer le total du potentiel hydroélectrique pour les sous-captages

Résumer le potentiel hydroélectrique des pays

Identifier les régions/fleuves adapté(e)s pour l'hydroélectricité dans chaque pays

Défis clés

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Potentiel hydroélectrique

Étape 1: Créer un réseau hydrographique

Méthode:

Direction des flux dans le système

Hydrosheds

Traitement par le SIG (> 2 km²

seuil pour la délinéation du

tronçon)

Éliminer les tronçons non assorti

de débit (dans les régions arides)

650,000 tronçons fluviaux

en Afrique de l'Ouest

Délinéer les sous-captages

1350 sous-captages

Intérieur : > 3000 km²

Côtier : > 1000 km²

Ajustements manuels aux

réservoirs

Exemple pour la Sierra Leone

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Potentiel hydroélectrique

Étape 2: coupes longitudinales des fleuves à partir de Modèles

numériques d'élévation

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Slp

op

e [

m/m

]

Ele

vati

on

[m

]

Chainage [km]

Seli River

Élevation pente

Méthode:

Extraire les hauteurs de début/fin des

tronçons à partir du Modèle numérique

d'élévation détaillé (MNE) en utilisant les

statistiques de voisinage.

Comparer résultats avec 3 différents

MNE:

ASTER (30 x 30 m)

SRTM / données Hydrosheds non

conditionnées

(90 x 90 m)

données Hydrosheds conditionnées (90 x

90 m)

Appliquer un algorithme de lissage pour

assurer une pente continue dans la

direction du flux :

Remplir les cuvettes (vers l’amont)

Creuser à travers les barrières (vers l’aval)

Examiner le niveau dans les réservoirs

existants

Résultat: Élévation constante début/fin

pour 650 000 tronçons fluviaux.

utilisé

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Potentiel hydroélectrique

Étape 3: Estimer les conditions de débit pour tous les tronçons fluviaux

Il s’agit là d’un défi de taille !

Méthode :

Modélisation du bilan hydrique distribué, annuel pour estimer le débit moyen annuel

Prendre en compte les pertes (plaines inondables, grands systèmes d’irrigation)

Préparer des données d'entrée pour le modèle de bilan hydrique

Précipitation (GPCC, TRMM)

Évapotranspiration potentielle (CRU)

Pertes (irrigation, plaines inondables)

410 jauges utilisées pour calibrer/vérifier les résultats.

Les modèles de débit mensuels moyens sont dérivés des statistiques de la jauge.

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Étape Ad 3: estimation de débit

Irrigation et pertes de plaines inondables

Simulation invraisemblables des débits

pour plusieurs fleuves, si les pertes ne

sont pas prises en compte :

Niger

Sokoto

Yobe

Black Volta

etc.

Pertes prises en compte à 32 points

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Étape Ad 3 : estimation de débit

Comparaison du débit annuel moyen simulé par opposition à celui

observé

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Sim

ula

ted

dis

char

ge [

m³/

s]

Observed discharge [m³/s]

0

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Sim

ula

ted

dis

char

ge [

m³/

s]Observed discharge [m³/s]

GPCC data, 1950-2010

401 jauges avec Qobs disponibles

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Cartographie des ressources hydroélectriques via le SIG pour la région de la CEDEAO 17

Étape Ad 3: estimation de débit

Comparaison du débit annuel moyen simulé par opposition à celui

observé

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Sim

ula

ted

dis

char

ge [

m³/

s]

Observed discharge [m³/s]

0

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Sim

ula

ted

dis

char

ge [

m³/

s]Observed discharge [m³/s]

GPCC data, 1950-2010

401 jauges avec Qobs disponibles

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Cartographie des ressources hydroélectriques via le SIG pour la région de la CEDEAO 18

Étape Ad 3: estimation de débit

Comparaison des séries chronologiques du débit annuel simulé par

opposition à celui observé

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

[m³/

s]

Qobs_221

Qsim_221

Qsim_221

0

500

1000

1500

2000

2500

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

[m³/

s]

Qobs_018

Qsim_018

Qsim_018

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

[m³/

s]

Qobs_120

Qsim_120

Qsim_120

Q Observé

Q Simulé (GPCC)

Q Simulé (TRMM)

Senegal @ Bakel

Niger @ Koulikoro

Bandama @ Tiassale

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Étape Ad 3: estimation de débit

Modèles de débit mensuels moyens assignés à partir des données de

jauges observées

Neuf régimes de débits saisonniers types ont été identifiés.

Le routage le long des grands fleuves a dû être pris en compte

(superposition de différents régimes).

L’impact des plaines inondables et des réservoirs a dû être pris

en compte (cycle saisonnier d’humidification). 0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

[/]

month

P5.5_M8

P5.5_M8.5

P5.5_M9

P3.5_M9

P2.5_M9

Coast_transition

Coast

CM

Coast_NG

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Cartographie des ressources hydroélectriques via le SIG pour la région de la CEDEAO 20

Potentiel hydroélectrique

Étape 4: Calculer le potentiel hydroélectrique

Potentiel hydroélectrique (linéaire) : Pi = 8.5 * Qi * dzi [kW]

Potentiel hydroélectrique spécifique : pi = Pi / Li [kW/km]

Entrées requises :

réseau hydrographique assorti de tronçons distincts i.

débit Q [m³/s] à chaque tronçon i: tiré de l’analyse du bilan hydrique

pente dz [m/m] of chaque tronçon: tiré du modèle d’élévation numérique

longueur L [km] de chaque tronçon: SIG

P [MW]

Potentiel hydroélectrique

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Potentiel hydroélectrique

Classification de la taille des centrales

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

Spe

cifi

c p

ote

nti

al [

MW

/km

]

Mean annual flow [m³/s]

Large

Medium

Small

Mini

lower bound 1

lower bound 2

medium/large bound

small bound

> 30 MW 1–30 MW

< 1 MW

Système de classification

basé sur :

des considérations générales

(longueur de voie en relation

avec l’hydroélectricité,

charge de pression requise,

etc.)

Centrales hydroélectriques

existantes (tel que construit)

en Afrique de l'Ouest

Les systèmes polyvalents

peuvent ne pas cadrer

avec le système de

classification :

Certains réservoirs existants

ont été construits

principalement pour

l’irrigation, mais

l'hydroélectricité a été mise

en œuvre

Ces systèmes polyvalents

nécessiteraient une

évaluation à part (pas

seulement ciblant le potentiel

hydroélectrique)

CHE

existantes

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Potentiel hydroélectrique

Système de classification pour la taille des centrales

Taille préferrée des centrales hydroélectriques

Si un fleuve a un potentiel hydroélectrique « adapté », alors

il convient de le présélectionner parmi les sites potentiels

d'hydroélectricité en tenant compte des contraintes

environnement ales, sociales, techniques et économiques.

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Potentiel hydroélectrique

Profiles longitudinaux des fleuves

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Potentiel hydroélectrique

Classification des type de centrales

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Changement climatique

Aperçu

Questions clés:

Comment le débit (potentiel hydroélectrique) changera-t-il dans l’avenir?

Y aura-t-il des incidences négatives sur l'hydroélectricité en Afrique de l'Ouest?

CORDEX-Africa

Expérience régionale coordonnées des études des phénomènes sous-échelle pour l’Afrique

Projections les plus détaillées du changement climatique actuellement disponibles pour l’Afrique

15 combinaisons de Modèles climatiques régionaux (MCR) et de Modèles climatiques mondiaux (MCM)

Deux scénarios d’émission (Scénarios RCP - évolution représentative de la concentration en gaz à effet de

serre):

RCP4.5: réchauffement modéré

RCP8.5: réchauffement important

Traitement des données des MCR

1350 sous-zones en Afrique de l'Ouest

Variables prises en compte

Précipitation

Température de l’air

Forçage du modèle de bilan hydrique avec des signaux de changement climatique tirés des MCR

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Cartographie des ressources hydroélectriques via le SIG pour la région de la CEDEAO

Projection du changement climatique pour 2046-2065 par rapport à

1998-2014 Projection médiane sur 30 séquences de modèles climatiques

Précipitation annuelle

Changement [en %]

Température de l’air

Changement [en %]

Année hydrologique

Changement [en %]

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Changement climatique

Exemple du Fleuve Makona (Guinée)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1998-2014 2026-2045 2046-2065

Ch

ange

in a

ir t

em

pe

ratu

re [

°C]

CLMcom-CNRM_rcp45 CLMcom-CNRM_rcp85

CLMcom-ICHEC_rcp45 CLMcom-ICHEC_rcp85

CLMcom-MOHC_rcp45 CLMcom-MOHC_rcp85

CLMcom-MPI_rcp45 CLMcom-MPI_rcp85

DMI-ICHEC_rcp45 DMI-ICHEC_rcp85

KNMI-ICHEC_rcp45 KNMI-ICHEC_rcp85

SMHI-CCCma_rcp45 SMHI-CCCma_rcp85

SMHI-CNRM_rcp45 SMHI-CNRM_rcp85

SMHI-ICHEC_rcp45 SMHI-ICHEC_rcp85

SMHI-IPSL_rcp45 SMHI-IPSL_rcp85

SMHI-MIROC_rcp45 SMHI-MIROC_rcp85

SMHI-MOHC_rcp45 SMHI-MOHC_rcp85

SMHI-MPI_rcp45 SMHI-MPI_rcp85

SMHI-NCC_rcp45 SMHI-NCC_rcp85

SMHI-NOAA_rcp45 SMHI-NOAA_rcp85

median

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1998-2014 2026-2045 2046-2065

Pre

cip

rat

io [

/]

CLMcom-CNRM_rcp45 CLMcom-CNRM_rcp85

CLMcom-ICHEC_rcp45 CLMcom-ICHEC_rcp85

CLMcom-MOHC_rcp45 CLMcom-MOHC_rcp85

CLMcom-MPI_rcp45 CLMcom-MPI_rcp85

DMI-ICHEC_rcp45 DMI-ICHEC_rcp85

KNMI-ICHEC_rcp45 KNMI-ICHEC_rcp85

SMHI-CCCma_rcp45 SMHI-CCCma_rcp85

SMHI-CNRM_rcp45 SMHI-CNRM_rcp85

SMHI-ICHEC_rcp45 SMHI-ICHEC_rcp85

SMHI-IPSL_rcp45 SMHI-IPSL_rcp85

SMHI-MIROC_rcp45 SMHI-MIROC_rcp85

SMHI-MOHC_rcp45 SMHI-MOHC_rcp85

SMHI-MPI_rcp45 SMHI-MPI_rcp85

SMHI-NCC_rcp45 SMHI-NCC_rcp85

SMHI-NOAA_rcp45 SMHI-NOAA_rcp85

median

Température annuelle de l'air

Précipitation annuelle

60

70

80

90

100

110

120

130

140

2026-2045 2046-2065

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Period

Modèle de bilan hydrique

Débit

1350 sub-areas

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Juillet 2016

Cartographie des ressources hydroélectriques via le SIG pour la région de la CEDEAO 28

Résumé

Résultats

La présente étude donne une évaluation régionale du potentiel hydroélectrique de

tous les fleuves en Afrique de l'Ouest, en utilisant une méthodologie cohérente.

Les régions attrayantes sont identifiables avec précision en termes de :

Pico/micro/mini CHE < 1 MW

Petite CHE 1-30 MW

Moyenne/grande CHE > 30 MW

Changement climatique

Un réchauffement considérable est attendu dans l’avenir, conduisant à des pertes plus fortes

par évaporation

Les changes des précipitations futures affichent les différences existant entre les régions

(hausses/baisses)

Changes attendus du débit futur:

Hausse par exemple en Sierra Leone, au Liberia

Baisse par exemple dans le bassin inférieur du Sénégal

Pas de changement significatif par exemple dans le bassin du fleuve Volta

Le changement climatique devrait être pris en compte dans le développement d’une

production hydroélectrique à la pointe de la technologie.

Le changement climatique n’est pas un scénario de la pire éventualité pour l'hydroélectricité

en Afrique de l'Ouest.

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Défis et enseignements tirés

Un géocodage correct prend beaucoup de temps en raison de l’absence d’information exacte.

410 jauges de débit

91 centrales hydroélectriques existantes

A plusieurs jauges, les données sur le débit observé semblent être affectées par de graves

erreurs de justesse,

notamment après 1990.

Il y a de grande divergences entre les ensembles de données hydrométéorologiques

Précipitation: GPCC, TRMM, RFE

Évapotranspiration potentielle : CRU, E2O, Climwat

Le calibrage du modèle de bilan hydrique peut s’avérer quasiment compliqué. À quelles

informations se fier?

Débit observé par erreur de justesse? jauge mal placé?

Précipitations et données d’évaporation comportant des erreur de justesse?

Structure adéquate du modèle?

Comme dans bien d’autres régions du monde, la disponibilité des données est meilleure pour la

période allant de 1961 à 1990. Toutefois, cette période est actuellement trop éloignée pour

servir de période de référence pour le potentiel hydroélectrique “actuel”, surtout lors de

l’examen des périodes de sécheresse dans les années 80.

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Perspectives

Intégration de nouvelles couches dans le système ECOWREX

Couche par zone climatique

Couches des centrales hydroélectriques existantes

Couches du potentiel hydroélectrique

couche des réseaux fluviaux

Couche des sous-régions

Rapports pays

Information sur le changement

Climatique dans :

la couche par zone climatique

la couche des réseaux fluviaux

la couche des sous-régions

les rapports pays

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Perspectives

Activités de sensibilisation

Sensibilisation

Présentations lors des conférences Ex. « Stockage de l’eau et développement de l'hydroélectricité en Afrique », Maroc, mars 2017

Publications dans des revues Ex. « The International Journal on Hydropower & Dams »

Informer activement les diverses institutions

Ex. « Association Internationale pour l'hydroélectricité »

Formation

Formation pratique

Comment utiliser le système ECOWREX pour l’évaluation de l'hydroélectricité

Avoir une meilleure compréhension des processus hydrologiques pertinents

Apprendre comment interpréter les projections relatives au changement climatique

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Fin

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