v~~,s~ Nom : Kamagaté Prénom : Anzoumanan Laboratoire Géosciences et Environnement(LGE) Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Mémoire présenté pour l'obtention du Master en Sciences· et Gestion de l'Environnement O PT I ON: Gé osci ences et E nv i ronnement THEME: ANALYSE STATISTIQUE DU NOMBRE DES EPISODES PLUVIEUX EN CÔTE D'IVOIRE Date de soutenance: Vendredi 29 janvier 2016
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v~~,s~
Nom : Kamagaté
Prénom : Anzoumanan
Laboratoire Géosciences et Environnement(LGE)
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Mémoire présenté pour l'obtention du Master en Sciences· et Gestion de l'Environnement
OPTION: Géosciences et Environnement
THEME:
ANALYSE STATISTIQUE DU NOMBRE DES
EPISODES PLUVIEUX EN CÔTE D'IVOIRE
Date de soutenance: Vendredi 29 janvier 2016
TABLES DES MATIERES
DEDICACE iv
REMERCIEMENT·················································································································· V LISTE DE FIGURES vi
LISTE DES TABLEAUX vü
SIGLES ET ACRONYMES viii
RESUME ix
INTRODUCTION 1
CHAPITRE 1 : SYNTHESE BIBLIOGRAPIDQUE 4
1.1. ELEMENTS DE CONTEXTE 5
1.1.1 Définitions 5
1.1.1.1. Changements climatiques 5
1.1.1.2. Variabilité climatique 5
1.1.1.3. Episodes pluvieux 5
1.1. 2.lnventaire des lois statistiques 5
1.1.3. Présentation des principaux tests statistiques 6
1.1.3.1. Principes généraux des tests statistiques 6
1.1.3.2. Classification des tests 7
1.1.3.2.1. Tests paramétriques 7
1.1.3.2.2. Tests non-paramétriques 8
1.1.4. Tests classiques les plus utilisés 8
1.1.5. Critère d'application d'une loi statistique 9
1.1.5.1. Test d'autocorrélation 9
1.1.5.2. Test de stationnarité et non stationnarité 9
1.1.5.3. Test homogénéité 10
1.1.5.4. Notion de significativité des tests 10
1.2. PRESENTATION DE LA ZONE D'ETUDE 11 1.2.1. Situation géographique 11
1.2.2. Relief et géomorphologie 12
1.2.3. Climat 13
1.2.3.1. Principaux facteurs du climat 14
Précipitation 14
Température et Humidité relative 15
Evapotranspiration 16
1.2.4. Végétation 16
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master 11 /Géosciences et Environnement i
TABLES DES MATIERES
CHAPITRE 2 : DONNEES ET METHODES 18
2.1. DONNEES 19
2.1.1. Source 19
2.1.2. Dépouillement des TCM 20
2.2. Approches méthodologiques 20
2.2.1. Analyse des données 20
2.2.2. Détection des changements dans les séries des épisodes pluvieux 21
2.2.3. Test de détection de tendance 21
2.2.3.1. Test de Mann-Kendall 21
2.3. Analyse fréquentielle 22
2.3.1. Choix des modèles statistiques 23
2.3.2. Estimation des paramètres du modèle statistique 23
2.3.3. Validation du modèle statistique 24
2.4. Cartographie des épisodes pluvieux 25
2.5. Matériels de traitement 25
CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUSSIONS 26
3.1. Résultats 27
3.1.1. Analyse Statistique de base 27
3.1.2. Analyse de la stationnarité 28
3.1.2.1. Test d'autocorrélation 28
3.1.2.2. Test d'homogénéité 28
3.1.3. Analyse temporelle des épisodes pluvieux par zone 29
3.1.3.2.1. Echelle annuelle 34
3.1.3.2.2. Echelle mensuelle 35
3.1.4. Estimation des épisodes pluvieux 41
3.1.4.1. Distributions statistique des épisodes pluvieux 41
3.1.4.2. Lois statistiques retenues 42
3.1.4.3. Estimation des paramètres des lois statistiques 43
3.1.5. Régionalisation des paramètres des lois par zone climatique 45
3.1.6. Zone de validité des lois 45
3.1.7. Estimation des quantiles 46
3.1.7.1. Détermination des quantiles 46
3.1.7.2. Intervalle de confiance et de précision 47
3.1.8. Cartographie des épisodes pluvieux 48
3.2. Discussion 51
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master 11 /Géosciences et Environnement ii
TABLES DES MATIERES
CONCLUSION 53
REFERENCES BIBLIOGRAPIDQUES 55
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master II /Géosciences el Environnement iii
DEDICACE
DEDICACE
A VtA,es, très cviers pcweV\,ts,
En témoignage de mon profond amour, de grande reconnaissance et pour tous les sacrifices que vous avez consentis pour mon éducation et mon bonheur.
A VIA, es eV\,se~g V\,{;{ V\,ts,
A VtA,es, chers (es) {;{VIA,~$ (es) et coLLègues
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master II /Géosciences et Environnement iv
REMERCIEMENT
REMERCIEMENT
Au terme de ce travail, nous voudrions de manière sincère exprimer toute notre
reconnaissance à tous ceux qui ont contribué à la réalisation de ce document de quelque
manière que ce soit.
Nos remerciements vont tout d'abord à l'endroit du Professeur GOULA Bi Tié Albert,
Directeur du mémoire et Enseignant à l'UFR des Sciences et Gestion de l'environnement
(SGE), Université Nangui Abrogoua.
Je remercie sincèrement le Docteur SORO Gneneyougo Emile, Enseignant-Chercheur à
l'UFR SGE à l'Université Nangui Abrogoua. En sa qualité d'encadreur, il a guidé mes
premiers pas dans la recherche. Ses conseils scientifiques et ses critiques constructives ont été
d'une importance capitale à la réalisation de ce présent mémoire.
Je tiens à adresser mes remerciements à la Société de Développement d'Exploitation
Aéroportuaire Aéronautique Météorologique (SODEXAM), en particulier à M.
G.P.EZALEY Directeur Général.
J'adresse également ma très profonde reconnaissance à Monsieur SROHOROU Bernard,
Chef du Département Etudes Développement et Environnement (DEDE) de la SODEXAM.
Vos conseils et critiques scientifiques ont été d'une importance capitale à la réalisation de ce
présent mémoire. Vous nous avez inculqué votre rigueur au travail.
Je ne saurais oublier M. N'ZUE KOUAKOU AUGUSTIN et M. KANGA ISIDORE pour
leur contribution effective à la réalisation de ce travail.
Je voudrais adresser mes chaleureux et profonds remerciements à mes parents, pour leur
soutien moral, matériel et financier.
A tous ceux qui m'ont aidé de près ou de loin, à vous tous MERCI ! ! !
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master li /Géosciences el Environnement V
LISTE DE FIGURE
LISTE DE FIGURES
Figure 1: Localisation géographique de la Cote d'Ivoire (Mine, 1998) l 1 Figure 2: Relief de la Côte d'Ivoire (Arnaud, 1978a) 12 Figure 3: Principales zones climatiques de la Cote d'Ivoire avec une illustration des quatre régimes pluviométriques (Goula et al., 2007) 14 Figure 4: Températures minimales et maximales moyennes de la Côte d'Ivoire sur la période 1955-1997 (Soro, 2011) 16 Figure 5: Couvert végétal de la Cote d'Ivoire (Brou, 2005) 17 Figure 6: Répartition spatiale des stations synoptiques de la présente étude 19 Figure 7: Moyenne des épisodes pluvieux mensuels de 1980 à 2010 30 Figure 8: Moyenne des épisodes pluvieux mensuels de 1972 à 2002 30 Figure 9: Moyenne des épisodes pluvieux mensuels de 1972 à 2002 31 Figure 10: Moyenne des épisodes pluvieux mensuels de 1972 à 2002 32 Figure 11: Moyenne des épisodes pluvieux mensuels par stations de 1972-2002 et de 1980- 2010 33 Figure 12: Tendances détectées dans les séries annuelles des épisodes pluvieux 34 Figure 13a: Tendance détectée en moyenne dans les séries mensuelles d'épisodes pluvieux par le test de Mann- Kendall (Janvier à Juin) 36 Figure 13b: Tendance détectée en moyenne dans les séries mensuelles d'épisodes pluvieux par le test de Mann-Kendall (Juillet à Décembre) 37 Figure 14a: Tendance détectée en variance dans les séries mensuelles d'épisodes pluvieux par le test de Mann-Kendall (Janvier à Juin) 39 Figure 14b: Tendance détectée en variance dans les séries mensuelles d'épisodes pluvieux par le test de Mann-Kendall (Juin à Décembre) 40 Figure 15: Graphique des ajustements des lois aux épisodes pluvieux annuels 41 Figure 16: Carte de validité des distributions de probabilités des épisodes pluvieux 46 Figure 17: Exemple de modèle d'ajustement avec un intervaUe de confiance de 95% 48 Figure 18: Cartographie des quantiles TlOO, T50 ,TlO, T5 50
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master Il /Géosciences et Environnement vi
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES TABLEAUX
Tableau I: Loi statistique utilisée en hydrologie 6 Tableau Il: Risques d'erreur des tests d'hypothèse 7 Tableau ID: Périodes d'observations des stations 20 Tableau IV: Significativité des tests de tendance 22 Tableau V : Distribution statistique utilisées pour l'analyse fréquentielle 23 Tableau VI: Caractéristiques des observations des épisodes pluvieux entre 1980-2010 et 1972- 2002 27 Tableau VII: Coefficient d'autocorrélation d'ordre 1 des épisodes pluvieux annuels 28 Tableau IX: Classement des lois statistiques à l'aide des critères de comparaison d'Akaike (AIC) et Bayésien (BIC) 42 Tableau X: Valeurs des paramètres de la loi Normale 44 Tableau XI: valeurs des paramètres de la loi Lognormale 44 Tableau XII: Valeurs des paramètres de la loi Gamma 44 Tableau XIII : Régionalisation des paramètres des lois statistiques 45 Tableau XIV: Quantiles des périodes de retour T= 5, 10,50 et 100 ans 47
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master 11 !Géosciences et Environnement vii
SIGLES ET ACRONYMES
SIGLES ET ACRONYMES
AIC : Akaike Information Critere
ASECNA: Agence pour la Sécurité de la Navigation Aérienne en Afrique et à Madagascar
BIC : Bayesien Informatique Critere
CCNUCC: Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques
Cv : Coefficient de Variation
FIT: Font intertropical
GIEC: Groupe des Experts Intergouvernementaux sur !'Evolution Climatique
HYFRAN: Hydrological Frequency Analysis
MK: Test de Mann-Kendall
P10: Période de retour T = 10 ans du nombre des épisodes pluvieux
P100: Période de retour T = 100 ans du nombre des épisodes pluvieux
P5 : Période de retour T = 5 ans du nombre des épisodes pluvieux
Pso: Période de retour T = 50 ans du nombre des épisodes pluvieux
RGPH : Recensement général de la population humaine
SODEXAM : Société d'Exploitation et de Développement Aéroportuaire Aéronautique et
Météorologique
TCM : Tableau Climatologique mensuel
Z C : Zone Climatique
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master Il /Géosciences et Environnement viii
SIGLES ET ACRONYMES
RESUME
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master Il /Géosciences et Environnement ix
RESUME
L'Afrique de l'Ouest est l'une des régions du monde les plus vulnérables à la variabilité
climatique et très peu d'étude ont été consacrée aux épisodes pluvieux en général, et en
particulier en Côte d'Ivoire. L'objectif de cette étude est de faire une analyse statistique des
épisodes pluvieux à l'échelle mensuelle et annuelle afin de contribuer à une meilleure
connaissance du climat. L'approche méthodologique utilisée à consister à appliquer des tests
et lois statistiques aux indices extraits des données de 14 stations synoptiques. Il ressort des
analyses que sur la période de 1972 à 2002 et de 1980 à 2010 les épisodes pluvieux en Côte
d'Ivoire n'ont pas subi une hausse ni baisse significative à l'échelle mensuelle et annuelle.
L'estimation des épisodes pluvieux montre que ceux-ci ont une distribution gaussienne
notamment dans le nord-ouest, à l'ouest en régime de montagne et au centre de la Côte
d'Ivoire. Quant à la loi de Galton, elle paraît bien adaptée à la région du Nord-Est, et le
Centre avec souvent des incursions dans le frange littorale précisément à Sassandra.
Mots clés : Côte d'Ivoire, variabilité climatique, tendance, loi de probabilité, épisodes
pluvieux.
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master JI /Géosciences et Environnement X
INTRODUCTION
INTRODUCTION
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master Il /Géosciences et Environnement 1
IN1RODUCTION
De toute évidence, le climat de la Terre a évolué à l'échelle régionale et mondiale depuis
l'époque préindustrielle; ce constat émane du rapport de synthèse du groupe d'experts
intergouvernemental sur l'évolution du climat (lPCC, 2001). Ce qui n'était encore qu'une
hypothèse il y a une décennie semble aujourd'hui être un fait avéré: l'augmentation évidente
de la concentration des gaz à effet de serre dans l'atmosphère a eu des répercussions sur un
certain nombre de variables climatiques. Les perturbations climatiques ont des impacts sur le
régime hydrologique. Le cycle de l'eau étant l'une des composantes majeures du climat, les
implications de ces changements sur les régimes pluviométriques sont importantes. Les
précipitations représentent le facteur le plus important du climat tant pour les populations que
pour les écosystèmes. Elles sont faciles à mesurer. Autant de raisons qui font que la plupart
des études et analyses portent sur les précipitations bien plus que sur d'autres paramètres du
climat.
Les perturbations subies par le climat à travers les pluies ont été habituellement abordées par
la baisse des hauteurs de pluie. Ainsi, divers travaux (Pature! et al., 1997 ; Servat et al.,
1997 ; Servat et al., 1998 ; Servat et al., 1999 ; Ardoin et al., 2003 ; Ardoin, 2004 ;
Kouassi et al., 2008) en Afrique de l'Ouest et Centrale ont mis en évidence une baisse des
hauteurs de pluie. En Côte d'Ivoire, elle a d'abord affecté le Nord, puis progressivement s'est
étendue vers le centre et enfin sur le littoral. Ces anomalies pluviométriques constatées depuis
près de quatre décennies ont connu une résonance exceptionnelle dans les régions nord et
centre du pays. Mais en réalité, l'ensemble du pays présente une vulnérabilité importante aux
déficits pluviométriques. Certaines études antérieures ont été réalisées sur l'influence de la
variabilité climatique sur le régime pluviométrique (Goula et al., 2006 ; Assani , 2005 ;
Ardoin, 2004) avec comme conséquence une baisse des hauteurs pluviométriques. D'autres
études (Kouassi et al., 2010) ont montrées une récession des fréquences de jours pluvieux en
général et en particulier celles de hauteurs pluviométriques supérieures à 10 mm et une
diminution de la durée des saisons pluvieuses (de 30 à 35 jours) à partir de 1970 sans
toutefois faire cas de celle-ci sur le nombre d'épisode pluvieux.
A la lumière des études antérieures sur les fluctuations pluviométriques en Afrique de l'Ouest
et notamment en Côte d'Ivoire, très peu d'études se sont consacrées à l'analyse des épisodes
pluvieux en dépit des besoins immense en agronomie.
La présenté étude dont le thème est « Analyse statistique des épisodes pluvieux en Côte d'Ivoire» a été initié par le Laboratoire Géosciences et Environnement (LGE) et la Société de
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master II /Géosciences et Environnement 2
INTRODUCTION
Développement et d'Exploitations Aéroportuaire, Aéronautique et Météorologique
(SODEXAM) afin d'apporter quelques éléments de réponse quant à l'évolution des épisodes
pluvieux dans un contexte de réchauffement globale de la terre.
L'objectif de la présente étude que visée est de mettre en lumière d'une part l'évolution
spatio-temporelle des épisodes pluvieux et d'autre part de connaître la distribution de
probabilité que les régissent. De manière spécifique, cette étude vise à:
détecter les tendances des épisodes pluvieux ;
déterminer les lois de probabilité des épisodes pluvieux ;
cartographier les quantiles des épisodes pluvieux.
Le présent mémoire s'articule autour de trois grands chapitres. Les éléments du contexte et la
zone d'étude sont présentés dans le premier chapitre. Le deuxième chapitre, présente les
données d'épisodes pluvieux collectées, les outils de traitement et le cadre méthodologique
adopté à cette étude. Le troisième chapitre, est consacré à la présentation des résultats obtenus
et des discussions qui en découlent. A la suite de ce troisième chapitre, la conclusion générale
dresse le bilan des connaissances acquises au cours de cette étude ainsi que les perspectives de
recherche qu'elle suscite.
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master II /Géosciences et Environnement 3
SYNTI-IESE BIBLIOGRAPI-IlQUE
CHAPITRE 1 : SYNTHESE BIBLIOGRAPIDQUE
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master JI /Géosciences el Environnement 4
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
1.1. ELEMENTS DE CONTEXTE
1.1.1 Définitions
1.1.1.1. Changements climatiques
Les changements climatiques désignent une variation statistiquement significative de l'état
moyen du climat ou de sa variabilité persistant pendant de longues périodes (généralement,
pendant des décennies ou plus). (GIEC, 2007). Ils peuvent être dus à des processus internes
naturels ou à des forçages externes, ou à des changements anthropiques persistants de la
composition de l'atmosphère ou de l'affectation des terres.
La Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC) définit
les changements climatiques comme des changements qui sont attribués directement ou
indirectement à une activité humaine altérant la composition de l'atmosphère mondiale et qui
viennent s'ajouter à la variabilité naturelle du climat observée au cours de périodes
comparables. La CCNUCC fait ainsi une distinction entre les changements climatiques
attribuables aux activités humaines altérant la composition de l'atmosphère et la variabilité du
climat imputable à des causes naturelles (GIEC, 2007).
1.1.1.2. Variabilité climatique
La variabilité climatique se rapporte aux variations de l'état moyen et d'autres variables
statistiques (écarts types, phénomènes extrêmes, etc.) du climat à toutes les échelles
temporelles et spatiales au-delà de la variabilité propre à des phénomènes climatiques
particuliers. La variabilité peut être due à des processus internes naturels au sein du système
climatique (variabilité interne) ou à des variations des forçages externes anthropiques ou
naturels (variabilité externe) (GIEC, 2007).
1.1.1.3. Episodes pluvieux
Le nombre de fois on a une pluie durant le jour.
1.1. 2.Inventaire des lois statistiques
Les lois statistiques fréquemment utilisées en hydrologie statistique pour la prédiction des
événements (Tableau I).
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master II /Géosciences et Environnement 5
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Tableau I: Loi statistique utilisée en hydrologie
Loi Fonction de densité de probabilité Paramètres
Exponentielle a,m
Loi Généralisée des Valeurs Extrêmes
1 [ k ]y._, J [ k y' ) J(x)=; 1-;(x-u) expr 1-;(x-u) a,u,k
Gumbel ( ) 1 [ x-u (x-u)] f x = a exp --;_;--exp-;_;- a.u
Normal J(x)= -1-exp{- (x- µ)2} a.fin 2a2
Œ,µ
Log Normal 2 J(x) 1 exp{ (inx-µ)2} xa..fiiï 2a2
Œ,µ
Log Normal 3 /(x)=-1-exj- (Lnx-p)2} x<Y..fifï 1 20"2
Œ,µ
Weibull
Gamma
c.a
a,À
Pearson Type 3 a" J(x) = -(x _ m y-1 e-(l(x-m) r(1)
a,À-,m
Gamma Généralisée s,À,a
1.1.3. Présentation des principaux tests statistiques
1.1.3.1. Principes généraux des tests statistiques
Un test est outil pratique d'aide à la décision quand il s'agit de vérifier une hypothèse. li nous
permet de trancher entre deux hypothèses l'une dite «nulle» ou «fondamentale» (notée
habituellement HO) et l'autre «alternative» (Hl) au vu des résultats d'un échantillon.
(Saporta, 1990). En général, l'hypothèse nulle correspond à une situation «de stationnarité de
la série» alors que l'hypothèse alternative traduit un changement (rupture, tendance) La
décision d'un test consiste à choisir entre deux hypothèses HO et H 1.
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master Il /Géosciences et Environnement 6
SYNTHESE BIBLIOGRAPHJQUE
ll y'a donc quatre cas possibles qui sont détaillés dans le tableau II ci-dessous :
Tableau II: Risques d'erreur des tests d'hypothèse
HO vrai Hl vrai
HO décidée 1-a p Hl décidée a. 1-P a et fi sont les risques de première et de deuxième espèces.
L'erreur de première espèce est le fait de décider que l'hypothèse alternative Hl est vraie
alors, en réalité, c'est l'hypothèse nulle HO qui est vraie. Le risque d'erreur associé à cette
décision est noté généralement a.. Il s'agit donc de la probabilité de décider à tort que
l'hypothèse alternative Hl est vraie. L'erreur de deuxième espèce est le fait de décider que
l'hypothèse nulle HO est vraie alors qu'en fait, c'est l'hypothèse alternative Hl qui est vraie.
Le risque d'erreur associé à cette décision est noté généralement p. JI s'agit donc de la
probabilité de décider à tort que l'hypothèse nulle HO est vraie.
1.1.3.2. Classification des tests
On peut classer les tests selon leur objet (ajustement, indépendance, de moyenne, de variance,
etc.), ou selon leurs propriétés mathématiques: on parle de tests paramétriques ou non, de tests
robustes, de tests libres (Renard, 2006).
1.1.3.2.1. Tests paramétriques
Un test est dit paramétrique si son objet est de tester certaine hypothèse relative à un ou
plusieurs paramètres d'une variable aléatoire de loi spécifiée ou non. Il requiert généralement
un modèle à fortes contraintes : la normalité des distributions, égalités des variances. Il existe
plusieurs tests paramétriques à savoir :
le test de régression linéaire conçu pour détecter une tendance linéaire ;
le test de (Cox et Lewis, 1966), utilisé pour tester la stationnarité d'un processus
les tests de (Gardner, 1969), construits dans un cadre Bayésien Gaussien, sont dédiés
à la détection d'une rupture à date inconnue. Deux versions existent, suivant que l'a
priori de l'instant de rupture soit une distribution uniforme ou une distribution en
cloche Privilégiant les ruptures centrales. Les valeurs critiques sont fournies par
(Buisband, 1982) ;
le test de (Hawkins, 1977), basé sur l'hypothèse de normalité;
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master 11 /Géosciences el Environnement 7
SYNfHESE BIBLIOGRAPHIQUE
le test de (Keim et Cruise, 1988), basé sur une régression logistique, peut être utilisé
pour tester la stationnarité du temps d'attente entre deux événements rares.
1.1.3.2.2. Tests non-paramétriques
Un test non paramétrique est un test dont le modèle ne précise pas les conditions que doivent
remplir les paramètres de la population dont a été extrait l'échantillon (Lemaitre, 2002). Les
tests non paramétriques sont libres. Ces tests sont généralement simples d'emploi. Cela
résulte du remplacement des valeurs observées soit par des variables alternatives, soit par les
rangs, c'est-à-dire les numéros d'ordre des valeurs observées rangées par ordre croissant.
L'emploi des tests non paramétriques se justifie lorsque les conditions d'application des
autres méthodes ne sont pas satisfaites, même après d'éventuelles transformations de
variables. Ils sont cependant moins puissants que les tests paramétriques quand leurs
conditions sont remplies. Que le test soit paramétrique ou non, il faut vérifier certaines
conditions d'application : les données considérées doivent être aléatoires, identiquement
distribuées et indépendantes les unes des autres. Les tests non-paramétriques les plus utilisés
sont:
le test de Mann-Kendall (Mann, 1945 ; Kendall, 1975) dédié à la détection de
tendance;
le test de Pettitt (1979), dédié à la détection de rupture ;
les tests du changement de signe et des points de rebroussement (Kendall et
Stuart, 1943) dédié à la détection de tendances ;
le test de McGilchrist et Woodye (1975), basé sur les écarts cumulés à la
médiane;
le test de Spearman, basé sur la corrélation entre le temps et les rangs des
observations (Kundzewicz et Robson, 2000) ;
le test de Polanski et Check (2002), qui décrit un cadre général de détection de
changement en moyenne basé sur des procédures de rééchantillonnage par
permutations.
1.1.4. Tests classiques les plus utilisés
Quatre tests statistiques sont les plus utilisés dans les études de stationnarité .Il s'agit des tests
de Mann-Kendall (Mann, 1945 ; Kendall, 1975), de Pettitt (1979), de Buishand (1982) et
de régression linéaire.
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master Il /Géosciences el Environnement 8
SYNTHESE BIBLIOGRAPIIlQUE
lis illustrent la manière dont les statistiques de test ont été construites, dans l'optique d'une
détection de tendance ou de rupture, dans les cas paramétrique et non paramétrique.
1.1.5. Critère d'application d'une loi statistique
Au cours du traitement statistique de données hydrologiques, de nombreux tests statistiques
sont utilisés tant pour vérifier les données avant leur traitement que pour vérifier la qualité
d'un ajustement ou pour évaluer une hypothèse. La littérature en statistique ou en hydrologie,
regorge un nombre impressionnant de tests differents.
1.1.5.1. Test d'autocorrélation
C'est un test qui permet de vérifier l'indépendance entre les observations. L'indépendance
signifie qu'il n'y a aucun lien entre les observations successives (absence d'autocorrélation).
(Bobée et al., 2014) L'hypothèse d'indépendance se contrôle classiquement par le calcul du
coefficient de corrélation r compris entre 1 et -1. Autrement dit on vérifie que le coefficient
de corrélation des deux séries X et Y n'est pas significativement différent de O.
f=(X -X)(Y- ?J~.ti.(X - X)2 * /'E(Y- Y)2 (1)
1.1.5.2. Test de stationnarité et non stationnarité
Une notion capitale pour aborder l'étude d'un phénomène stochastique est la notion de
stationnarité. En effet, il est a priori intéressant de savoir si un processus qui représente un
phénomène donné va stabiliser ou non sa distribution de probabilité. La stationnarité au sens
strict implique que la distribution statistique soit être constante au cours du temps (Ondo,
2000). D'un point de vue pratique, les statisticiens utilisent la stationnarité du deuxième ordre
qui implique que les deux premiers moments (moyenne et variance) ne varient pas dans le
temps (Meylan et al., 2008). Pour pouvoir appliquer la notion de stationnarité au climat, il
convient de préciser l'échelle spatio-temporelle à laquelle on s'intéresse. De toute évidence, le
climat n'est pas stationnaire. La non-stationnarité est détectée en examinant la moyenne ou la
variance de la série et en évaluant s'il y a eu un changement significatif à une date donnée. La
littérature hydrologique s'intéresse plus particulièrement à deux formes de non-stationnarité,
les tendances et les ruptures.
Une rupture désigne une modification subite dans les propriétés d'un processus
aléatoire (Lemaître, 2002). Elle suppose que ces propriétés sont stables de part et
d'autre de l'année de rupture. Ce changement brutal peut par exemple être la
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master Il /Géosciences et Environnement 9
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
conséquence de la construction d'un barrage ou d'une modification dans les méthodes
de collecte de données.
Une tendance est un changement graduel dans les propriétés d'une variable aléatoire
(Renard, 2006). Elle peut résulter par exemple de l'aménagement progressif d'un
bassin versant (urbanisation ... ).
1.1.5.3. Test homogénéité
L'homogénéité des séries suppose que les conditions de mesures de ces dernières n'ont pas
variée dans le temps (Mestre, 2000). Le déplacement d'un poste pluviométrique est la cause
principale d'hétérogénéité dans les séries de données. Lorsque la date de changement dans la
procédure d'acquisition des données est connue, l'homogénéité est alors vérifiée à l'aide du
test de rang de Wilcoxon (Wilcoxon, 1945).
1.1.5.4. Notion de significativité des tests
La significativité du test, notée « a », représente la probabilité de détecter une tendance alors que la série est stationnaire. Les valeurs seuil Les plus utilisées dans la bibliographie sont a=
5% et a= l 0% (Jaffrain, 2007).
Cependant, de nombreux auteurs se permettent d'utiliser, à tort, les tendances détectées même
si celles-ci ne présentent pas une significativité acceptable, c'est-à-dire inférieure à 5 ou 10%
selon Le seuil fixé par les auteurs. Lorsque nous appliquons un test de stationnarité, nous
considérons le résultat comme « statistiquement acceptable » lorsque la significativité
associée est de 90%. C'est pourquoi seules Les tendances dont l'erreur de première espèce « a » est inférieure ou égale à 10% sont utilisées dans l'interprétation et la représentation des
résultats.
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master Il /Géosciences el Environnement 10
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
1.2. PRESENTATION DE LA ZONE D'ETUDE
1.2.1. Situation géographique
La Côte d'Ivoire est située en Afrique de l'Ouest entre les longitudes 2°30 et 8°40 Ouest et les
latitudes 4°20 et 10°50 Nord (Figure 1). Le territoire est limité au Sud par l'Océan Atlantique,
à l'Est par le Ghana, au Nord par le Burkina Faso et le Mali, à l'Ouest par la Guinée et le
Liberia. Sa superficie est de l'ordre de 322462 km2, la Cote d'Ivoire compte 22 671 311
habitants (RPGH, 2014) et 65 ethnies.
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OCEAN ATLANTIQUE
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Figure 1: Localisation géographique de la Cote d'Ivoire (Mine, 1998)
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master li /Géosciences et Environnement 11
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
1.2.2. Relief et géomorphologie
La Côte d'Ivoire est située sur d'anciennes roches de socle du Précambrien et, comme les
autres pays de l'Afrique de l'Ouest, son relief topographique est monotone, ne présentant que
peu de contrastes. Du nord au sud, on passe d'un paysage de plateaux développés en glacis à
celui d'une plaine au réseau hydrographique peu ou pas organisé, avec une zone intermédiaire
plus ou moins bien développée, et dont le caractère de marche est visible dans le paysage
(Perraud, 1971). Malgré cette uniformité d'ensemble, il est possible d'organiser le relief en
trois grands domaines (Figure 2) :
Les plaines, s'étendent au Sud du pays, où les altitudes varient de O à 200 m de la mer
vers l'intérieur;
Les plateaux, prolongent les plaines vers le Nord et s'en détachent progressivement.
Les altitudes varient de 200 à 500 m;
Les massifs montagneux, localisés dans l'Ouest, constituent l'avancée orientale d'un
vaste ensemble de hautes terres centrées sur la Guinée (chaîne du Fouta Djallon). li s'y
rencontre des sommets culminant au-delà de 1000 m d'altitude (aux monts Tonkpi et
Nimba).
Figure 2: Relief de la Côte d'Ivoire (Arnaud, 1978a)
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master li /Géosciences et Environnement 12
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
1.2.3. Climat
Par sa position géographique, en bordure du Golfe de Guinée, et par son étalement en latitude
(4°30' - 10°30' Nord), La Côte d'Ivoire subit deux influences qui déterminent ses climats: la
mousson, masse d'air équatorial humide, et une masse d'air tropical sec avec son vent
desséchant, le Harmattan, séparé par le front intertropical (FIT) qui monte vers le Nord à la
fin du printemps et redescend vers l'Océan à l'automne.
On distingue ainsi selon la latitude, trois (3) zones climatiques principales auxquelles s'ajoute
le climat particulier de la région montagneuse de l'Ouest (Arnaud, 1978b) (Figure 3).
au sud, le climat Attiéen, de type subéquatorial, encore appelé climat équatorial de
transition ou climat attiéen englobe le littoral et une grande partie de la zone
forestière en se rétrécissant toutefois dans le Sud-Ouest du pays où la limite passe au
Sud de Taï et de Soubré ;
au centre, le climat Baouléen, de type équatorial de transition atténué. C'est un climat
de type intermédiaire, très variable selon les années. Il s'étend des régions de Bouna et
de Bondoukou au Centre de la Côte d'Ivoire (région de Bouaké) aux régions
forestières et montagneuses de l'Ouest (entre Taï et Touba) ;
au nord, le climat Soudanien, de type tropical de transition. Ce climat englobe la partie
septentrionale du pays et s'étend de la région d'Ouangofitini aux régions de Tengréla
et d'Odienné ;
à l'ouest, le climat de Montagne, c'est le régime pluviométrique des massifs
montagneux de l'Ouest de la Côte d'Ivoire, dans les régions de Man, Danané et
Toulepleu. Malgré la situation assez méridionale de son domaine, il se rattache
davantage au climat soudanais qu'au climat équatorial de transition atténué car il ne
comporte que deux saisons bien individualisées.
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master li /Géosciences et Environnement 13
Figure 4: Températures mini.males et maximales moyennes de la Côte d'Ivoire sur la période 1955-1997 (Soro, 2011).
Evapotranspiration
Les phénomènes d'évaporation jouent un rôle prépondérant dans les bilans hydriques.
L'évapotranspiration potentielle correspond à l'évaporation maximale d'une surface
suffisamment approvisionnée en eau selon les conditions climatiques donnée.
En Côte d'Ivoire L'évaporation totale annuelle sur des bacs Colorado diminue depuis le Nord
(2000 mm) vers le Sud (1000 mm) (Brou, 2005). Les variations saisonnières de l'évaporation
suivent assez bien celles de la température et de l'humidité relative de l'air. Ces variations
dépendent de l'influence de l'altitude et des formations végétales.
1.2.4. Végétation
Le couvert végétal ivoirien, très hétérogène, passe au début du 20e siècle, des forêts denses
humides sempervirentes rattachées à une pluviométrie moyenne annuelle excédant 1700 mm à
une végétation actuelle de type savane, caractéristique des régions où la pluviométrie annuelle
est inférieure à 1300 mm (Leneuf, 1959 ; Guillaumet et al., 1971) cité par (Kouassi, 2013)
Toutefois, la classification des régions agro-climatiques permet de faire les distinctions
suivantes (Figure 5) :
KAMAGATE ANZOUMANAN Mémoire Master 11 /Géosciences et Environnement 16
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
la Basse Côte d'Ivoire forestière occupe les massifs forestiers du Sud et du Sud-Ouest
auxquels se rattache le massif montagneux de Man. Elle est couverte d'une forêt dense
humide sempervirente (secteur hyper ombrophile et secteur ombrophile) ;
la Moyenne Côte d'Ivoire forestière, située au Nord de la zone précédente, est limitée
au Nord par les deux branches du V Baoulé, à l'Ouest par Je Sassandra et à l'Est par la
frontière du Ghana. Elle est couverte d'une forêt dense semi-décimée (secteur
mésophile) ;
la Côte d'Ivoire préforestière occupe d'une part Je « V Baoulé » et d'autre part une bande centrale située au-dessus de la forêt mésophile et limitée au Nord par la ligne
Nassian-Kani. Des blocs et des îlots de forêt dense humide mésophile et de forêt dense
sèche sont inclus dans une savane plus ou moins boisé appartenant aux savanes
guinéennes et subsoudaniennes ;
la région nord de la Côte d'Ivoire, située au-dessus de la ligne Kani-Nassian, peut être
subdivisée en trois sous régions qui sont du Nord au Sud, le secteur soudanais, le
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Figure 14 b : Tendance détectée en variance dans les séries mensuelles d'épisodes pluvieux par le test de Mann-Kendall (Juin à Décembre)
KAMA GATE ANZOUMANAN Mémoire Il Géosciences et Environnement 40
RESULTATS ET DISCUSSIONS
3.1.4. Estimation des épisodes pluvieux
3.1.4.1. Distributions statistique des épisodes pluvieux
La figure 15 montre des graphiques qui présentent les probabilités empiriques et théoriques
des distributions des lois Normale, Lognormale 2, Lognormale 3 et Gamma sur papier de
probabilité normale. Les stations ci-dessous ont été choisies à titre d'exemple et chaque
station représente une zone climatique (Annexe n. Les courbes sont confondues dans l'axe des observations, néanmoins on peut observer des comportements distincts vers les valeurs
extrêmes. Elles ont tendance à avoir un comportement asymptotique pour des probabilités de
non dépassement très grandes.
station Abidjan , 0:1,- t + + j i : ~ Il:•• @ l ! Fi :i E:2::
ci
Station Dimbokro
0 ~ ffi œ
ci ci ci ci ci ci Probabiitès au norHlépassement (papier nonnal / Hazen)
3.1.4.3. Estimation des paramètres des lois statistiques
Loi normale
Le paramètre de position et d'échelle de la loi Normale sont très élevés au niveau des
stations de la bande côtière (Abidjan, Adiaké, San-Pedro, Man, Gagnoa et Odienné) et
faible dans les stations du Nord et du centre (Korbogo, Yamoussoukro, et Bouaké),
(Tableau IX). Le paramètre d'échelle cr appelé gradex est Je gradient des valeurs extrêmes
d'épisodes pluvieux. C'est un paramètre climatique caractérisant le risque d'épisodes
pluvieux dans une région. Ainsi, San-Pedro et Abidjan sont les zones où le nombre
d'épisodes pluvieux est élevé avec un gradex de l'ordre de 50 suivit d'Adiaké et de Man
avec un gradex respectivement de 40 et de 26. Le paramètre de positions (µ) caractérise
l'ordre de grandeur de la série des maxima annuels.
KAMA GATE ANZOUMANAN Mémoire Il Géosciences et Environnement 43
RESULTATS ET DISCUSSIONS
Tableau IX: Valeurs des paramètres de la loi Normale
Stations Paramètres Zones µ cr climatiques
Adiaké 241,93 39,30 I Abidjan 214,73 49,02 I San-Pedro 195,58 49,51 I Gagnoa 183,55 21,80 I Yamoussoukro 143,39 24,91 II Bouaké 131,45 19,94 II Odienné 161,74 24,61 m Korhogo 126,71 19,42 m Man 222,45 25,89 IV
Loi Logoormale
Les paramètres de position et d'échelle sont stables au niveau des stations pluviométriques
régies par la loi Lognormale 2 (Tableau X). Pour toutes les stations, les valeurs du paramètre
de position et d'échelle oscillent respectivement autour de 5,10 et 0,16.
Tableau X: valeurs des paramètres de la loi Lognormale
Stations Paramètres Zones µ cr climatiques
Sassandra 5,24 0,16 I Dimbok:ro 5,10 0,14 m Bondoukou 4,91 0,16 m
Loi Gamma
Cette loi a été retenue uniquement dans la station de Daloa et de Tabou avec les valeurs
des paramètres du (tableau XI).
Tableau XI: Valeurs des paramètres de la loi Gamma
Stations Paramètres Zones climatiques Cl Â.
Daloa 0,09 16,99 I Tabou 0,13 45,36 I
KAMA GA TE ANZOUMANAN Mémoire Il Géosclences el Environnement 44
RESULTATS ET DISCUSSIONS
3.1.5. Régionalisation des paramètres des lois par zone climatique
Les valeurs des paramètres de la loi normale diminuent quand on s'éloigne de l'équateur.
Entre les latitudes 4° et 6°N correspondant à la bande côtière, les valeurs des paramètres sont
plus élevées. C'est le cas des stations pluviométriques des villes de San-Pedro, d'Abidjan, de
Gagnoa et d' Adiaké. De là, elles chutent brusquement jusqu'à la latitude 6,5°N correspondant
à une zone de transition entre les plus fortes valeurs et les plus faibles. De la latitude 6,5°N à
la latitude 11 °N elles évoluent en dents scie tout en restant faibles avec une zone de pic autour
de la latitude 7,5°N correspondant à la zone de montagne. Les moyennes des paramètres sont
calculées en fonction des zones climatiques qui varient dans le même sens que la latitude. Les
moyennes obtenues ont permis la régionalisation présentée dans le tableau XII.
Tableau XII : Régionalisation des paramètres des lois statistiques.
Toutes les observations sont prises en compte par les différents modèles dans un intervalle de
confiance égale à 95%. Les quantiles ainsi obtenus au Tableau xm ont été calculés au risque de 5%. Les graphes ci-dessous sont les représentations graphiques des 3 types de modèles
retenus (Figurel 7).
KAMAGATEANZOUMANAN Mémoire II Géosciences et Environnement 47