Analyse des ruptures dans les séries pluviométriques dans le bassin de l oued Mina (Nord Ouest d Algérie)

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1 Atelier SIG MED Rabat 29 SEPTEMBRE 2011 Analyse des ruptures dans les séries pluviométriques dans le bassin de l oued Mina (Nord Ouest d Algérie) SEPTEMBRE 2011 Présenté par : F. HALLOUZ, M. MEDDI & G. MAHE

2 P L A N D E P R E S E N T A T I O N I. INTRODUCTION II. DONNEES ET METHODES III. RESULTATS ET DISCUSSIONS III. CONCLUSION

3 INTRODUCTION En Afrique du Nord, les changements climatiques ont été mis en évidence par la dernière période de sécheresse (depuis le début des années 74). L Algérie, pays méditerranéen majoritairement situé en zone semi-aride et aride, a toujours été confrontée à des phénomènes extrêmes: (a) Des sécheresses périodiques parfois sévères et persistantes. (b) Des crues avec des inondations qui se manifestent, le plus souvent, de façon catastrophique. L objectif de cette étude est de faire une régionalisation à partir des données pluviométriques dans le bassin de l oued Mina, cette régionalisation a pour but d étudier les variations climatiques à une échelle régionale en considérant deux régions, en appliquant la méthode du vecteur régional avec plusieurs objectifs : constituer des unités climatiques homogènes avec des critères automatiques, et, reconstituer les données manquantes au pas de temps annuel. Enfin, une reconstitution permet d obtenir des séries plus longues et les plus homogènes possibles. Il est alors possible d effectuer des tests statistiques de détection des ruptures sur les pluies annuels avec le logiciel Khronostat de l IRD (Institut de recherche pour le Développement), puis de comparer les séries de données comblées et observées.

4 Fig. 1 : Carte MNT du bassin de la MINA (Source :

5 DONNEES ET METHODES Présentation de la zone d étude Le bassin versant de l Oued Mina, qui s'étend sur 4900 km² dans la partie occidentale de l'atlas Tellien, fait partie du plus grand bassin versant de l Algérie du nord à savoir l Oued Cheliff (fig. 1). Il se trouve à environ 300 km à l Ouest d Alger, entre 0 20 et 1 10 de longitude Est et entre et de latitude Nord. II s'allonge sur 90 km sur les monts de Frenda au sud et ceux de la Mina au nord et sur 50 km de l'ouest à l'est entre les monts des Béni-Chougrane et le massif de l'ouarsenis. a : Les pluies : A l échelle de l ensemble de la zone tellienne du Maghreb, le tell Occidental se caractérise par des pluies annuelles relativement faibles, entre 250 et 500 mm, exceptionnellement jusqu à 800 mm dans les parties élevées les plus exposées. Cette faiblesse est liée à la situation d abri qu offrent le Rif et les chaînes montagneuses du Sud-est de l Espagne par rapport aux flux dominant de secteur ouest à Nord-Ouest. Toutefois, la comparaison des cartes des isohyètes annuelles et des maximums journaliers révèle certaines différences. Là aussi, les valeurs sont les plus faibles depuis le milieu des années 70.

6 Figure 2. Carte pluviométrique et zones climatiques (Source : H. VOGT et D. GOMER in GTZ im TZ

7 b/ Les températures : Le mois le plus froid est celui de janvier avec une moyenne de 8 C, les températures extrêmement basses peuvent atteindre -11 C. Les mois les plus chauds sont les mois de juillet et d août avec une moyenne de 26 C et avec des maximas journaliers de 50 C. Origine des données La banque de données pluviométriques provient essentiellement de l Agence Nationale des Ressources Hydriques Algérie (ANRH). Afin de décrire plus finement la variabilité du climat et aussi de permettre une reconstitution des données manquantes dans des régions homogènes, on a exclu toutes les stations ayant moins de 10 ans d observations. On a pris en compte le réseau pluviométrique disponible sur le bassin de l oued Mina ainsi que les stations frontalières, soit au total 26 postes, environ totaux annuels possédant peu ou aucune lacune sur une période de 77 ans (de 30/31 à 2006/07), ce qui permet d arriver à un total de presque 2000 stations/années

8 Tab. 1 Inventaire des stations pluviométriques utilisées dans l étude Ordre Id Station Id Secondaire Nom Zone Latitude Longitude Altitude Période S1 Oued Lili MINA NORD S2 Djdiouia amont MINA NORD S3 Bekhadda Bge MINA NORD S4 Sidi Ali Benamar MINA NORD S5 Tiaret-ANRH MINA NORD S6 Ain Amara MINA NORD S7 Oued El-Abtal MINA NORD S8 Sidi AEK Djillali MINA NORD S9 SMBA MINA NORD S10 Relizane DEMRH MINA NORD S11 El Matmar MINA NORD S12 L' Hillil MINA NORD S13 Relizane aval MINA NORD S14 Mascara MINA NORD S15 Aouf MINA NORD S16 Motmor MINA NORD S17 Tighenif MINA NORD

9 S18 Nesmoth MINA NORD S Bouguirat MINA NORD S20 Bled Bel Hammar MINA SUD S21 Maamora MINA SUD S22 Medrissa MINA SUD S23 Med El Habib MINA SUD S24 Ain Kermès MINA SUD S25 Sidi Yousef MINA SUD S26 Takhmert MINA SUD

10 Fig. 3 : Emplacement des stations pluviométriques du bassin de l oued MINA

11 VECTEUR REGIONAL La méthode du vecteur régional est une méthode originale développée à l IRD (Institut de recherche pour le développement) dans les années 77 par deux hydrologues, à savoir Hiez et Brunet- Moret, dans le but de réaliser des études d homogénéité des précipitations et de valider les régions climatiques ainsi créées, elle a été utilisée par Wotling et al(95)., à la Mousson Africaine et Hiez et al., (92) dans le bassin Amazonien. Elle peut aussi s appliquer à d autres types de données, pourvu que celles-ci soient indépendantes entre elles et pseudo-proportionnelles. Elle est très supérieure à la méthode classique des doubles cumuls et corrélations entre stations prises deux à deux. Tests statistiques de détection de ruptures sur les séries chronologiques L approche statistique par l application de tests de détection de rupture a été utilisée pour analyser les séries chronologiques des précipitations. Une rupture dans une série chronologique peut être assimilée à un changement dans la loi de probabilité de la série à un instant donné, le plus souvent inconnu. Khronostat (98) est un logiciel d analyses statistiques de séries chronologiques développé par l IRD. Il propose plusieurs tests statistiques de détection de ruptures. Nous avons choisi ceux permettant de déterminer les dates de ruptures : méthode non paramétrique de Pettit, méthode Bayésienne de Lee et Heghinian et la segmentation de Hubert.

12 Pluies annuelles Nombre de stations Pluies annuelles Nombre de stations RESULTATS ET DISCUSSIONS a/ Analyse des précipitations 2 Région Mina Nord Région Mina Sud Fig. 4 Fluctuations annuelles de pluies pour les 2 régions : Pluies annuelles ( ), Nombre de stations par an ( ), Moyenne ( ) de 30/31 à 2006/07, en valeurs centrées réduites.

13 Figure 5. Fluctuations annuelles de pluies pour les régions Nord et Sud : Pluie annuelles ( ), Nombre de stations par an ( ), Moyenne ( ) de 30/31 à 2006/07, en valeurs centrées réduites. Comme l indiquent les figures 4 et 5, les fluctuations interannuelles sont très importantes pour les deux régions. En outre, ces deux régions montrent une diminution durable des précipitations à partir de, cette constatation a été faite par MEDDI, 2001 ; MEDDI et HUBERT, 2003 et TALIA et MEDDI, 2004 pour l Ouest de l Algérie. La figure 4 donne des valeurs des indices de pluies annuelles (0,875, 0,914 ), pour les années (31, 32, 33..), indices calculés avec 4, 5, 6. Stations. On notera que la moyenne de ces indices de pluies est égale à 1 pour les années à précipitations proches de la moyenne, l indice de pluie est proche de 1 (ex. 37 région Mina Nord). Les années très pluvieuses ont des indices de pluies

14 On remarque aussi que dans le jeu de données utilisé pour cette étude, le nombre de station n est élevé que durant la période de 71 à On peut aussi constater sur les deux régions que la fluctuation de l indice des pluies annuelles diminue avec le nombre de stations observées par an. En effet, de 31 à 71, les indices des pluies annuelles fluctuent avec une grande amplitude et ne sont alors représentatifs que d un nombre peu important de stations. Après 71, les stations observées sont plus nombreuses et l indice des pluies annuelles calculé par le vecteur régional est alors plus représentatif et voit sa variabilité réduite en fonctions des années. Ceci nous permet de conclure que la quantité de données constitue une limite de la qualité des indices des pluies annuelles des vecteurs régionaux. Pour déterminer si la station pluviométrique possédait une variabilité climatique homogène de la région ou pas, nous nous sommes appuyés sur le critère de calcul de la corrélation par rapport au vecteur. Cette valeur est calculée pour chaque station par le logiciel Hydraccess, on remarque que la station de Nesmoth dans la région Mina Nord, et les stations de Bled Bel Hammar et Maamora dans la région Mina Sud, présentent des coefficients de corrélation plus faibles que la moyenne, c'est-à-dire soit ces stations présentent un problème de qualité, soit elles n appartiennent pas à la même zone climatique que les autres.

15 Tableau 2 Résultats des paramètres du vecteur des stations de la région MINA Nord Id Station Nb Années Coef. Variation Moy. Obs. Moy. Calculée Corrél. /Vecteur Qualité (/10) _P_MPM_(mm) 37 0,31 328,9 365,6 0,887 8, _P_MPM_(mm) 72 0,25 370,5 373,2 0,759 8, _P_MPM_(mm) 30 0,35 303,1 338,4 0,885 7, _P_MPM_(mm) 13 0,38 270,1 315,8 0,8 7, _P_MPM_(mm) 15 0,32 484,6 558,4 0,945 8, _P_MPM_(mm) 38 0,37 271,2 281,6 0, _P_MPM_(mm) 13 0,28 306,4 269,4 0, _P_MPM_(mm) 38 0,22 261,2 264,1 0,837 7, _P_MPM_(mm) 38 0,32 225,3 237,2 0,789 7, _P_MPM_(mm) 34 0,31 273,9 294,2 0,856 8,9

16 013506_P_MPM_(mm) 16 0,35 224,6 240,9 0,835 8, _P_MPM_(mm) 35 0, ,4 0,908 8, _P_MPM_(mm) 29 0,25 341,4 322,6 0,68 7, _P_MPM_(mm) 26 0, ,4 0,66 7, _P_MPM_(mm) 22 0,20 612,8 597,7 0, _P_MPM_(mm) 72 0,27 359,5 367,1 0,815 8, _P_MPM_(mm) 23 0,25 531,8 525,9 0,606 7, _P_MPM_(mm) 16 0,35 150, ,648 6, _P_MPM_(mm) 72 0,23 343,8 343,4 0,767 8,7

17 Tableau 3 Résultats des paramètres du vecteur des stations de la région MINA Sud Id Station Nb Années Coef. Variation Moy. Obs. Moy. Calculée Corrél. /Vecteur Qualité (/10) _P_MPM_(mm) 29 0,34 302,8 371,9 0,863 6, _P_MPM_(mm) 77 0,26 370, ,975 9, _P_MPM_(mm) 76 0,25 375,8 373,6 0,958 9, _P_MPM_(mm) 24 0,37 254,2 268,4 0,724 6, _P_MPM_(mm) 29 0, ,8 0,716 6, _P_MPM_(mm) 74 0, ,7 0,947 9, _P_MPM_(mm) 75 0,28 362,7 364,6 0,959 9,7

18 b/ Application des tests de rupture Les tests de rupture sont appliqués aux séries chronologiques pour toutes les stations du bassin versant de l oued Mina. La reconstitution signifie que les valeurs manquantes sont comblées en fonction de la valeur du vecteur de chaque région. Il est indispensable pour le test de rupture que les lacunes dans les séries soient comblées. Les tests de rupture sont aussi appliqués aux séries chronologiques observées. Une rupture faible signifie qu elle est détectée par un seul test, ce qui indique donc une probabilité plus faible de rupture ou un événement de moindre amplitude. Une rupture probable signifie que la rupture est détectée par au moins 2 tests statistiques. Une rupture avérée signifie que la rupture est détectée par les trois tests, ce qui indique donc une probabilité importante de rupture ou un événement de grande amplitude.

19 Tab. 4 Détection des ruptures des pluies annuelles observées des 02 régions DONNES OBSERVEES Nom des régions Code de station Période Rupture Mina Nord O. LILI *, 74**, 74*** SMBA ** MOTMOR *, **, *** BOUGUIRAT *, **, *** A. AMARA *, 75*** BEKHADDA BARRAGE ** EL MATMAR ** HILLIL *, 75**, 75*** MASCARA ** O. ABTAL ** RELIZANE AVAL ** RELIZANE DEMRH **, 80*** S.A.DJILLALI **, 75*** MESMOTH **, 2004*** S.A.B.AMAR ** TIGHENIF ** DJDIOUIA AMONT *, **, *** TIARET ANRH ** AOUF **

20 Nom des régions Code de station Période Rupture Mina Sud SIDI YOUCEF *, **, *** BLED BEL HAMAR ** MEDRISSA *, 98***, 98** MED EL HABIB *, **, *** A. KERMES 2007 PAS DE RUPTURE MAAMORA ** TAKHMERT *, **, *** *Test de Pettit, **Procédure Bayésienne de Lee et Heghinian, ***Segmentation de Hubert

21 TAB. 5 Détection des ruptures des pluies annuelles comblées des 02 régions (30/ /07) Nom des régions Nom de station Rupture Mina Nord O. LILI *, **, *** SMBA *, **, *** MOTMOR *, **, *** BOUGUIRAT *, **, *** A. AMARA *, **, *** DONNEES RECONSTITUEES BEKHADDA BARRAGE *, **, *** EL MATMAR *, **, *** HILLIL *, **, *** MASCARA *, **, *** O. ABTAL *, **, *** RELIZANE AVAL *, **, *** RELIZANE DEMRH *, **, *** S.A.DJILLALI *, **, *** MESMOTH *, **, *** S.A.B.AMAR *, **, *** TIGHENIF *, **, *** DJDIOUIA AMONT *, **, *** TIARET ANRH *, **, *** AOUF 75*, 77**, 77***

22 Mina Sud SIDI YOUCEF *, **, *** BLED BEL HAMAR *, **, *** MEDRISSA *, **, *** MED EL HABIB *, **, *** A. KERMES *, **, *** MAAMORA *, **, *** TAKHMERT *, **, *** L analyse et l interprétation de détection des ruptures a permis de constater, que la constitution des régions est limitée par la quantité du jeu de données, mais aussi par leur répartition spatiale et la durée des séries. Nous avons noté une rupture correspondant à une diminution des précipitations en au niveau du bassin de l oued MINA, en fait, il s agit d'une sécheresse qui frappe le nord ouest d Algérie. En effet, les pluies diminuent en moyenne sur tout le nord algérien depuis les années 60 et plus significativement depuis les années 70.

23 Tableau 6 Année de ruptures, moyennes des séries pluviométriques et déficits par rapport à la période avant rupture. Mina Nord Moyenne (mm) Nom des régions Nom de station Année de rupture Avant rupture Après rupture Déficit (%) O. LILI SMBA MOTMOR BOUGUIRAT A. AMARA BEKHADDA BARRAGE EL MATMAR HILLIL MASCARA O. ABTAL RELIZANE AVAL

24 Mina Sud Mina Nord S.A.DJILLALI MESMOTH S.A.B.AMAR TIGHENIF DJDIOUIA AMONT TIARET ANRH AOUF SIDI YOUCEF BLED BEL HAMAR MEDRISSA MED EL HABIB A. KERMES MAAMORA TAKHMERT

25 Le tableau 6 présente, pour les deux régions du bassin de l oued Mina, la date de ruptures, les moyennes avant et après rupture de la stationnarité des séries de pluies annuelles ainsi que le déficit (%). Cette rupture survient de manière progressive dans le temps du sud au nord du bassin. En effet, nous avons noté une rupture correspondant à une diminution des précipitations en au niveau du bassin de l oued MINA (Tableau 6), date avancée par de nombreux chercheurs (MEDDI, et al., 2002 TOUAZI et LABORDE, 2000 ANRH, 2010), d'une sécheresse qui frappe le Nord Ouest d Algérie. En effet, les pluies diminuent en moyenne sur tout le Nord algérien depuis les années 60 et plus significativement depuis les années 70, (SENOUSSI et al., 99, TOUAZI et LABORDE, 2000, MEDDI et al., 2002, MEDDI et HUBERT, 2003). SINGLA et al. (2010) et MAHE et al. (2011), décrivent également au Maroc une rupture climatique qui débute vers dans certaines régions, et qui s étend largement vers à la presque totalité du territoire.

26 CONCLUSION: Ces premiers résultats indiquent une modification du régime pluviométrique en sur le bassin de l Oued Mina. La baisse observée des pluies est un facteur important de la variabilité du régime hydrologique. Dans les régions à climat semi-aride et aride, les bassins hydrologiques sont sensibles à de faibles variations des caractéristiques climatiques. Des changements faibles dans les précipitations peuvent avoir des répercussions importantes sur l écoulement des eaux superficielles.

27 Dans la première partie de notre travail, nous avons choisi une approche régionale pour étudier le régime des pluies sur le bassin de l oued Mina. En effet, 2 régions climatiques ont été constituées grâce à la méthode des vecteurs régionaux. Noua avons étudié en détail la variabilité des précipitations sur le bassin de l oued Mina. Les indices annuels pluviométriques ainsi obtenus, ont montré la tendance à la diminution sur la région d étude depuis les années 70. Grâce aux tests statistiques de détection des ruptures sur les séries chronologiques des précipitations annuelles, nous avons validé la significativité de la diminution des pluies sur le bassin de l oued Mina depuis la fin des années 70. Enfin, cette étude a permis de constater que la reconstitution de séries temporelles a un impact important sur la détection de ruptures dans les séries chronologiques. La plupart des ruptures détectées pour les 2 régions du bassin de l oued Mina (Nord et Sud), pour les séries chronologiques observées, ne sont pas détectées pour les séries chronologiques reconstituées. Mais l année principale de ruptures a été bien détectée à la fois par les séries chronologiques reconstituées et observées, ce qui démontre que le sentiment généralement ressenti localement par la population d'une modification à la baisse du régime pluviométrique dans les pays du Nord de l Afrique est parfaitement fondé.

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