Analyse des extrêmes pluviométriques en Afrique de l'Ouest et de leur évolution au cours des 60 dernières années - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2013

Extreme rainfall analysis in West Africa during the last 60 years

Analyse des extrêmes pluviométriques en Afrique de l'Ouest et de leur évolution au cours des 60 dernières années

Abstract

In West Africa, the sharp decrease of rainfall since the 70s has occurred concurrently with an increase of flood damages. Although the growing vulnerability is obviously incriminated, the question of a potential evolution of extreme rainfall is raised - especially in the context of the global warming that is expected to lead to an intensification of the global water cycle. This PhD thesis aims to improve our understanding of the extreme rainfall regime in West Africa. The three objectives of this work are: (i) to provide an integrated regional insight into the spatial organization of extremes, (ii) to study the evolution of extreme precipitation regime in connection with the decadal variability of annual rainfall and (iii) to characterize the extreme rainfall by producing rainfall hazard maps and by studying scaling properties of extreme rainfall at different space-time resolutions. The work is based on: daily rainfall data from West African National networks available since 1950 and updated in the Central Sahel until 2010; high resolution rainfall data available since 1990 over the AMMA-CATCH Niger observatory. Conventional statistical models of the extreme value theory are adapted to incorporate covariates in order to represent spatial and temporal non-stationarities in extreme rainfall distributions. The models with covariates are shown to be highly robust making them reliable tools to estimate the high quantiles and to detect regional trends in extreme series. The theoretical framework of fractals is used to model the space-time scaling properties of extreme rainfall. It is shown that a "simple scaling" relation satisfactorily describes rainfall intensities from 1 to 24 hours temporal resolutions. Our climatological results confirm that the drought of the late 20th century was primarily associated with a decrease in the occurrence of rainfall, the intensity remaining relatively unchanged. However a singular behaviour is identified over the last decade, during which a persistent deficit of occurrence of rainfall has been compensated by higher rain intensities. A return to better annual rainfall is thus observed but it is associated with more extreme events that potentially bear hydrological risks.
En Afrique de l'Ouest, la diminution brutale de la pluviométrie depuis les années 1970 s'est produite en concomitance avec une augmentation des dommages liés aux inondations. Si une accentuation de la vulnérabilité des populations est indéniable, la question d'une évolution de l'aléa pluviométrique en particulier des pluies les plus intenses reste posée - notamment dans un contexte où le réchauffement climatique devrait s'accompagner d'une intensification du cycle hydrologique globale. Cette thèse s'attache à améliorer nos connaissances sur le régime des pluies extrêmes en Afrique de l'Ouest sous-documenté à l'heure actuelle dans les sciences du climat et de l'hydrologie opérationnelle. Le travail s'articule autour de trois objectifs: (i) fournir une vision régionale intégrée de l'organisation spatiale des extrêmes, (ii) étudier l'évolution du régime des précipitations extrêmes en lien avec la variabilité décennale des cumuls pluviométriques annuels, (iii) caractériser les extrêmes pluviométriques en produisant des cartes d'aléa pluviométrique et en étudiant les liens d'échelles entre les extrêmes de pluie à différentes résolutions spatio-temporelles. On se base ici sur les données journalières des réseaux nationaux disponibles depuis les années 1950 sur l'Afrique de l'Ouest et actualisées sur le Sahel Central jusqu'en 2010; les données de précipitation à haute résolution disponibles depuis 1990 sur l'observatoire AMMA-CATCH Niger. Les modèles statistiques classiques issus de la théorie des valeurs extrêmes, ont été adaptés pour incorporer des covariables représentant des non-stationnarités spatiales et temporelles dans les pluies extrêmes. On montre la grande robustesse de ces modèles pour estimer les quantiles rares et détecter les tendances régionales dans les séries d'extrêmes. Le cadre théorique des fractales a été utilisé pour modéliser les relations d'échelles spatio-temporelles. On montre ainsi qu'une représentation de type "simple scaling" (invariance d'échelle simple) permet de décrire de manière très satisfaisante ces relations pour des pas de temps allant de 1 à 24 heures. Les résultats climatologiques confirment que la sécheresse de la fin du XXeme siecle a été avant tout associée à une baisse de l'occurrence des précipitations, leur intensité demeurant relativement inchangée. On note en revanche un comportement singulier sur la dernière décennie durant laquelle un déficit persistant d'occurrence est compensé par une intensification des précipitations qui explique un retour vers une meilleure pluviométrie annuelle, associée cependant à des extrêmes plus marqués et donc porteurs de risque hydrologique.
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Dates and versions

tel-00928772 , version 1 (13-01-2014)

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  • HAL Id : tel-00928772 , version 1

Cite

Gérémy Panthou. Analyse des extrêmes pluviométriques en Afrique de l'Ouest et de leur évolution au cours des 60 dernières années. Hydrologie. Université de Grenoble, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00928772⟩
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