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This article was downloaded by: [Cal Poly San Luis Obispo] On: 17 October 2014, At: 12:44 Publisher: Taylor & Francis Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK Hydrological Sciences Journal Publication details, including instructions for authors and subscription information: http://www.tandfonline.com/loi/thsj20 Un siècle de débits annuels du fleuve Sénégal PIERRE HUBERT a , JEAN-CLAUDE BADER b & HOCINE BENDJOUDI c a UMR Sisyphe, CIG Ecole des Mines de Paris , 35 Rue Saint Honoré, F-77305, Fontainebleau, France E-mail: b IRD/MSE Montpellier , France E-mail: c UMR Sisyphe, LGA, Université Paris VI , France E-mail: Published online: 18 Jan 2010. To cite this article: PIERRE HUBERT , JEAN-CLAUDE BADER & HOCINE BENDJOUDI (2007) Un siècle de débits annuels du fleuve Sénégal, Hydrological Sciences Journal, 52:1, 68-73, DOI: 10.1623/hysj.52.1.68 To link to this article: http://dx.doi.org/10.1623/hysj.52.1.68 PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all the information (the “Content”) contained in the publications on our platform. However, Taylor & Francis, our agents, and our licensors make no representations or warranties whatsoever as to the accuracy, completeness, or suitability for any purpose of the Content. Any opinions and views expressed in this publication are the opinions and views of the authors, and are not the views of or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of the Content should not be relied upon and should be independently verified with primary sources of information. Taylor and Francis shall not be liable for any losses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages, and other liabilities whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with, in relation to or arising out of the use of the Content. This article may be used for research, teaching, and private study purposes. Any substantial or systematic reproduction, redistribution, reselling, loan, sub-licensing, systematic supply, or distribution in any form to anyone is expressly forbidden. Terms & Conditions of access and use can be found at http:// www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions

Un siècle de débits annuels du fleuve Sénégal

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Hydrological Sciences JournalPublication details, including instructions for authors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/thsj20

Un siècle de débits annuels du fleuve SénégalPIERRE HUBERT a , JEAN-CLAUDE BADER b & HOCINE BENDJOUDI ca UMR Sisyphe, CIG Ecole des Mines de Paris , 35 Rue Saint Honoré, F-77305,Fontainebleau, France E-mail:b IRD/MSE Montpellier , France E-mail:c UMR Sisyphe, LGA, Université Paris VI , France E-mail:Published online: 18 Jan 2010.

To cite this article: PIERRE HUBERT , JEAN-CLAUDE BADER & HOCINE BENDJOUDI (2007) Un siècle de débits annuels dufleuve Sénégal, Hydrological Sciences Journal, 52:1, 68-73, DOI: 10.1623/hysj.52.1.68

To link to this article: http://dx.doi.org/10.1623/hysj.52.1.68

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This article may be used for research, teaching, and private study purposes. Any substantial or systematicreproduction, redistribution, reselling, loan, sub-licensing, systematic supply, or distribution in anyform to anyone is expressly forbidden. Terms & Conditions of access and use can be found at http://www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions

Hydrological Sciences–Journal–des Sciences Hydrologiques, 52(1) février 2007

La discussion concernant cet article est ouverte jusqu’au 1er août 2007 Copyright © 2007 IAHS Press

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Un siècle de débits annuels du fleuve Sénégal PIERRE HUBERT1, JEAN-CLAUDE BADER2 & HOCINE BENDJOUDI3

1 UMR Sisyphe, CIG Ecole des Mines de Paris, 35 Rue Saint Honoré, F-77305 Fontainebleau, France [email protected]

2 IRD/MSE Montpellier, France [email protected]

3 UMR Sisyphe, LGA, Université Paris VI, France [email protected] Résumé Les débits du fleuve Sénégal qui, à la station de jaugeage de Bakel située à la frontière du Sénégal et du Mali, draine un bassin versant de 218 000 km2 et intègre les conditions climatiques d’une vaste région de l’Afrique de l’Ouest, sont mesurés depuis le début du XXe siècle. On dispose donc maintenant d’une série de cent ans de valeurs, pour une part reconstituées puisque, depuis 1987, les débits du fleuve sont influencés par l’exploitation du barrage de Manantali. Nous avons repris sur cette série allant de 1904 à 2003 une analyse utilisant la procédure de segmentation déjà appliquée à des séries plus courtes. Elaborée à partir de l’étude de la “cassure” pluviométrique observée en Afrique de l’Ouest à la fin des années soixante, la procédure de segmentation est en quelque sorte un test de stationnarité permettant de déterminer si une série chronologique est ou non homogène (stationnaire) et, si elle ne l’est pas, de la découper en autant de sous-séries homogènes que possible. Nous avons appliqué cette procédure à la série des débits annuels du fleuve Sénégal de façon originale, en étudiant d’une part toutes les sous-séries possibles commençant en 1904 et d’autre part toutes les sous-séries possibles se terminant en 2003. Cette analyse, qui étudie les voisinages des deux extrémités de la série, met en évidence, outre les cassures déjà identifiées dans les précédentes études, une nouvelle cassure située entre 1993 et 1994 qui apparaît, au moins pour le fleuve Sénégal, comme la fin de la période sèche ayant débuté à la fin des années soixante. Mots clefs Sénégal; Afrique de l’Ouest; analyse de séries temporelles; segmentation de Hubert; sécheresse; débit; non stationnarité; singularité; rupture; saut

One century of Senegal River annual discharges Abstract The discharges of the Senegal River, the catchment area of which is 218 000 km2 at the Bakel gauging station located on the Malian-Senegalese border, integrating the climatological conditions of a wide West African region, have been measured since the beginning of the 20th century. Thus, we now have a century-long time series, partially reconstituted as the river discharges have been influenced since 1987 by the Manantali Dam operation. The segmentation procedure—previously applied to a shorter time series—was applied to the 1904–2003 time series. Originating from the study of the pluviometric abrupt change observed in West Africa at the end of the 1960s, the segmentation procedure can be seen as a stationarity test enabling one to determine whether or not a time series is homogeneous (stationary) and, if not, whether it can be cut into stationary segments. This procedure has been applied in an original way, by investigating all sub-series beginning in 1904 and all sub-series finishing in 2003. This analysis, which studies the neighbourhood of the two extremities of the series, shows the pluviometric jumps already observed in the previous studies, but also shows a new positive jump between 1993 and 1994 which appears, at least for the Senegal River catchment, as the end of the drought which began at the end of the 1960s. Key words Senegal; West Africa; time series analysis; Hubert segmentation; drought; discharge; nonstationarity; singularity; abrupt change L’étude des séries hydrométéorologiques revêt une grande importance en hydrologie et en climatologie. La sécheresse qui a débuté en Afrique de l’Ouest à la fin des années soixante a très rapidement attiré l’attention des chercheurs (Rodier & Roche, 1973; Roche et al., 1976; Sircoulon, 1976; Dhonneur, 1981; Nicholson, 1983) et les a conduits à s’interroger sur la pertinence des modèles admis classiquement et en particulier sur les hypothèses de stationnarité du climat (Hubert & Carbonnel, 1987). A cette occasion la vieille théorie des cycles a de nouveau été invoquée, mais dans l’impossibilité de pouvoir faire une analyse spectrale sur de courtes séries, ses promoteurs ont généralement utilisé la méthode des moyennes mobiles dont on sait depuis Slutzky (1937) qu’elle fait artificiellement apparaître des périodicités par

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sommation d’effets aléatoires (Bernier, 1965). Son application aux séries Ouest-Africaines a conduit, dans le domaine de la prévision de la fin de la sécheresse, à des échecs retentissants (Faure & Gac, 1981; Gac & Faure, 1987). Les séries hydrométéorologiques annuelles d’Afrique de l’Ouest présentent souvent une persistance importante et des coefficients de Hurst élevés (Hurst, 1950). Ces caractéristiques difficiles à intégrer dans des modèles stationnaires ou à évolution continue ont amené les chercheurs à s’intéresser à des modèles d’évolution discontinue et de nombreux tests et procédures ont été élaborés pour diagnostiquer et localiser une singularité (changement de moyenne) dans les séries (Blanchet et al., 1971; Lee & Heghinian, 1977; Pettitt, 1979; Buishand, 1982) mais ce n’est que sur le plan théorique (Klemeš, 1974; Potter, 1976) que des modèles faisant appel à des singularités multiples avaient été imaginés. C’est dans cet esprit qu’a été développée la procédure de segmentation. La procédure de segmentation (Hubert et al., 1989; Hubert, 1997, 2000) est en quelque sorte un test de stationnarité. Elle permet de déterminer si une série chrono-logique est ou non homogène (stationnaire) et, si elle ne l’est pas, la découpe en autant de sous-séries homogènes que possible. Depuis sa publication, la procédure de segmentation a connu de nombreuses applications, par ses auteurs (Hubert & Carbonnel, 1993; Carbonnel & Hubert, 1994) comme par de nombreux autres chercheurs dans des études hydro-climatologiques menées aussi bien en Afrique du Nord (Kebaili-Bargaoui, 1990; Meddi & Hubert, 2003), en Afrique de l’Ouest (Moron, 1992; Laraque et al., 1997; Paturel et al., 1997; Servat et al., 1997), en Europe de l’Est (Carbonnel et al., 1994), en Amérique du Sud (Ronchail, 1996) et en Amérique du Nord (Slivitsky & Mathier, 1993) que dans la région Asie-Pacifique (Cluis, 1998). Elle a aussi fait l’objet de recherches théoriques qui ont mis en évidence sa puissance et sa robustesse (Bernier, 1993; Lubès-Niel et al., 1998; Hubert et al., 1998). Disponible en libre service sur la Toile (www.cig.ensmp.fr/~hubert/segment.htm), la procédure de segmentation a été intégrée à divers logiciels tels que KhronoStat, développé à l’IRD, ou TSA1, couplé à la base nationale norvégienne de données hydrologiques HYDRAII. Citée dans les inventaires de l’OMM (Cavadias, 1992, 1993), la procédure de segmentation fait l’objet d’un chapitre particulier dans le manuel (Kundzewicz & Robson, 2000) publié par l’UNESCO et l’OMM dans le cadre du programme WCP-Water sur les outils statistiques disponibles pour l’étude des modifications climatiques. Les applications précédentes de la procédure de segmentation à la série des débits du fleuve Sénégal à Bakel sur différentes périodes prises dans leur ensemble: 1903–1986 (Hubert et al., 1989), 1903–1988 (Hubert & Carbonnel, 1993), 1903–1993 (Hubert et al., 1998) ont fourni des résultats concordants à savoir la mise en évidence d’une augmentation de moyenne au début des années 1920 et à la fin des années 1940 et une diminution de moyenne à la fin des années 1930 et à celle des années 1960. L’application de la procédure de segmentation à la série 1904–2003 confirme ces résultats car nous trouvons (Fig. 1) deux augmentations de moyenne (1921–1922 et 1949–1950) et deux diminutions de moyenne (1936–1937 et 1967–1968). Si l’examen visuel de la série (Fig. 1) montre une certaine remontée des débits au cours des dernières années, elle ne se traduit pas dans les résultats de la procédure de segmentation. Ces années humides de la dernière décennie (en particulier les années 1994 et 1999) ont cependant nourri des discussions relatives à la “fin” de la sécheresse ayant débuté vers 1970. C’est par exemple le cas des remarques de Ozer et al. (2003)

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Fig. 1 Segmentation des débits moyens annuel du fleuve Sénégal à Bakel, 1904–2003.

nuançant les affirmations de L’Hôte et al. (2002) sur la continuation de la sécheresse. C’est dans l’espoir d’apporter des éléments de réponse à cette question que nous avons procédé, en utilisant toujours la procédure de segmentation, à une analyse plus approfondie de la série 1904–2003 des débits moyens du fleuve Sénégal à Bakel. En fait la procédure de segmentation a été appliquée à toutes les sous-séries allant de l’année 1904 à l’année i, i variant de 1905 à 2003, mais aussi à toutes les sous-séries allant de l’année i à l’année 2003, i variant ici de 1904 à 2003. Les résultats bruts de toutes ces segmentations, qui ont toutes été menées au niveau de signification 0.05 du test de Scheffé (Hubert et al., 1989) sont représentés sur la Fig. 2. Les résultats des segmentations des séries 1904 – i et i – 2003 sont reportés au droit de l’abscisse i. Il s’agit des sauts positifs (augmentations du débit moyen symbolisées par un signe +) et des sauts négatifs (diminutions du débit moyen symbolisées par un signe –) mis en évidence par la procédure de segmentation. Il est bien évident que les éventuelles cassures de la série 1904 – i seront comprises entre 1904 et i et donc situées sous la première bissectrice du schéma. De façon analogue, les éventuelles cassures de la série i – 2003 seront comprises entre i et 2003 et donc situées au dessus de la première bissectrice du schéma. L’ensemble de la Fig. 2 représente donc les cassures mises en évidence dans des voisinages des deux extrémités de la série (dans la partie du schéma située sous la première bissectrice pour les voisinages de 1904, dans la partie du schéma située au dessus de la première bissectrice pour les voisinages de 2003). On constate que les cassures sont relativement bien ordonnées, ce qui confirme la stabilité et la robustesse de la méthode de segmentation, peu sensible aux “effets de bord” (Hubert et al., 1998). Quatre grandes cassures s’imposent, avec très peu de “bruit”, dans tous les voisinages de 1904 et de 2003 où elles peuvent être présentes: il s’agit de la cassure 1921–1922 (augmentation de débit), de la cassure 1938–1939 (diminution de débit), de la cassure 1949–1950 (augmentation de débit) et de la cassure 1967–1968 (diminution de débit), qui retracent bien les grands traits de l’histoire hydrologique de l’Afrique de l’Ouest au cours du XXe siècle aujourd’hui bien connue. Mais d’autres cassures, qui ne sont pas accidentelles ou anecdotiques, car elles se manifestent de

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Diminution

Augmentation

Fig. 2 Segmentations des voisinages des extrémités de la série des débits du fleuve Sénégal à Bakel de 1904 à 2003.

façon répétée dans un voisinage relativement étendu de l’une ou l’autre des extrémités de la série, sont également visibles. Il existe une telle cassure, entre 1910 et 1911 pour les voisinages de 1904 allant pratiquement jusqu’à 1940 et il s’agit d’une aggravation de la sécheresse du début du XXe siècle. On en trouve deux (1976–1977, marquée par une diminution des débits et donc une aggravation de la sécheresse et 1993–1994, marquée par une augmentation des débits) pour des voisinages de 2003 remontant jusqu’à 1945 environ. Nous aurions donc tendance à appuyer les propos de Ozer et al. (2003) qui intitulent leur discussion d’un article de L’Hôte et al (2002) “La sécheresse sahélienne pourrait s’être terminée durant les années 1990”. Ils s’appuyaient sur des expériences numériques menées autour de test de Pettitt (1979) montrant que la “grande” cassure de la fin des années 1960 n’avait pu être mise en évidence par ce test que sur des séries comportant dix à quinze ans de mesures postérieures à cette cassure. Un certain nombre d’indices concernant le comportement de séries pluviométriques particulières et montrant une rupture au cours des années 1990 ne sauraient donc être confirmés et généralisés à l’échelle de la région par ce test qu’avec quelques années de mesures supplémentaires.

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Conclusion et perspectives L’analyse par la procédure de segmentation de nombreuses séries extraites de la série 1904–2003 des débits annuels du fleuve Sénégal montre avec beaucoup de constance l’existence d’une rupture au début des années 1990 (plus précisément entre 1993 et 1994) pour les séries se terminant en 2004 et comportant jusqu’à une cinquantaine d’années. Cette rupture ne se manifeste pas, ou pas encore, sur les séries débutant en 1904. Ce résultat nous semble suffisant pour supposer que nous sommes entrés depuis maintenant une dizaine d’années dans une nouvelle phase climatique à l’échelle du bassin du fleuve Sénégal. Ce résultat et la méthodologie utilisée ici en se basant sur l’utilisation de la procédure de segmentation doivent cependant attirer notre attention sur le fait que les ruptures de stationnarité des séries chronologiques ne sont pas absolues mais sont relatives à des échelles d’observation. Sur les sept ruptures mises en évidence dans la présente étude, trois n’apparaissent que pour certaines échelles d’observation. Il serait évidemment judicieux d’appliquer la même méthodologie à d’autres séries de débits, en particulier ceux du Niger, pour voir si les hypothèses formulées sur la base de la série du Sénégal peuvent être étendues à toute la région. Remerciements à Angelbert Biaou pour son assistance dans l’élaboration de la Fig. 2. Cet article a été présenté lors du Séminaire HSM “Impacts climatiques et anthropiques sur la variabilité des ressources en eau”, tenu à Montpellier du 22 au 24 novembre 2005. REFERENCES Bernier, J. (1965) Sur les probabilités d’occurrence des sécheresses et des étiages. Bull. Cent. Rech. Essais de Chatou 11,

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