Academic literature on the topic 'Zone sahélienne'

Les aérosols minéraux constituent une des plus importantes sources en masse des aérosols atmosphériques. Ces particules ont différents impacts sur l'environnement : elles exercent un forçage radiatif, et peuvent intervenir dans la chimie hétérogène atmosphérique, ainsi que dans la dynamique des nuages. Elles jouent aussi un rôle dans la redistribution de matière à l'échelle globale, notamment par leur dépôt loin des zones sources. L'estimation des quantités d'aérosols minéraux présents dans l'atmosphère, et donc de leurs flux d'émission, qui se font sous l'action du vent en zones arides et semi-arides, demeure l'objet de fortes incertitudes. Si les émissions de particules minérales en zones arides sont relativement bien contraintes à l'heure actuelle, les processus d'érosion éolienne en zones semi-arides sont plus complexes, en raison notamment de la dynamique des états de surface. L'objectif de cette étude est de quantifier les émissions d'aérosols minéraux par érosion éolienne en zone semi-aride sahélienne, et plus précisément d'estimer l'impact de la végétation saisonnière sur ces émissions, sans prendre en compte à ce stade les perturbations induites par l'action de l'homme. Nous avons mis en œuvre des outils de modélisation pour simuler le couvert végétal saisonnier et l'émission d'aérosols par érosion éolienne. La zone d'étude est la ceinture sahélienne, de 10°N à 20°N et de 20°W à 35°E. Les résolutions spatiales retenues sont de 0.10° à 0.25° et 0.5°, et la résolution temporelle de 1 à 10 jours. Afin de pouvoir tenir compte de la variabilité interannuelle des phénomènes observés, la couverture temporelle de l'étude est de 4 ans, sur la période 2004-2007. En régions semi-arides, la disponibilité en eau est le principal facteur limitant le développement de la végétation. Trois produits d'estimation des précipitations issus d'observations satellitaires (CMORPH, RFE2.0 et TRMM3B42) ont donc été comparés entre eux et comparés à des mesures de pluviomètres spatialement interpolées (AGHRYMET), au cours de la saison des pluies au Sahel. Trois critères de comparaisons ont été définis pour qualifier leur pertinence en termes de dynamique de la végétation (distribution spatiale, fréquence journalière et quantités des précipitations). Les trois produits sélectionnés montrent un bon accord sur la ceinture sahélienne, et ce pour les trois critères. De plus, le niveau d'accord est stable au cours du temps, de l'échelle intrasaisonnière à l'échelle interannuelle. La végétation est simulée avec le modèle STEP, conçu spécifiquement pour reproduire la dynamique de la végétation sahélienne. Les simulations sont réalisées en utilisant en entrée les trois champs de pluie issus de l'étape précédente. Les résultats sont comparés à des observations régionales issues de mesures satellitaires (LAI MODIS). Les critères de comparaisons sont déterminés pour leur pertinence en termes de caractérisation de l'état de la surface (limite nord, dates de démarrage et de maximum, et valeurs du maximum de végétation). Ces comparaisons montrent la capacité du modèle utilisé à reproduire la dynamique régionale annuelle. Les différentes phases du cycle végétatif sont bien restituées, avec toutefois des réserves sur le démarrage précis de la pousse. Les émissions d'aérosols désertiques sont simulées en utilisant le modèle DPM, qui repose sur la description explicite des processus physiques mis en jeu. Les caractéristiques des états de surface en l'absence de végétation (rugosité, types de sol) sont décrites en se basant sur des produits de surface satellitaires et de données issus de d'analyses géomorphologiques. En période végétative, les caractéristiques du couvert végétal simulé (hauteur, taux de couverture) sont converties en termes de rugosité dynamique de la surface. L'effet de l'humidité gravimétrique de la couche superficielle du sol est également pris en compte. L'impact de ces différents facteurs est alors illustré, notamment les différences dues à la présence du couvert végétal, en termes d'émissions d'aérosols minéraux, dans une zone définie comme la " frange émissive saisonnièrement végétalisée ", et dont l'étendue varie selon l'année et le produit de pluie utilisé en forçage. Pour la période 2004 à 2007, la strate herbacée saisonnière présente ainsi une capacité d'inhibition des émissions de l'ordre de 8 à 28% en masse du flux total annuel de cette frange, qui lui peut varier de 1 à 30 Mt environ.

Les travaux présentés portent sur l'estimation quantitative des précipitations en Afrique de l'Ouest par télédétection active. Il s'agit plus précisément de tester l'apport d'un radar polarimétrique opérant à une fréquence atténuée (10 Ghz, bande X), pour produire des champs de pluie à haute résolution dans une région caractérisée par des précipitations intenses d'origine convective. Le contexte particulier de ces travaux est le programme de validation de la mission satellitaire Megha-Tropiques grâce auquel 2 campagnes de terrain ont permis de déployer un radar polarimétrique bande X au Sahel, au Niger en 2010 puis au Burkina Faso en 2012 et 2013. Un jeu de données radar et pluviographique conséquent, constitué de près de 200 évènements pluvieux a été analysé. Une gamme d'estimateurs radar polarimétriques a été présentée, puis chacun d'eux a été évalué sur la base de comparaisons avec les pluviographes. Une batterie de tests statistiques classiques et l'analyse des distributions fréquentielles d'intensités ont permis de comparer les performances de ces estimateurs. Les performances ont été évaluées sur une gamme d'échelles spatio-temporelles et les problèmes liés à la représentativité spatiale des pluviographes ont été analysés. Au-delà de l'évaluation "ponctuelle" des estimateurs, basée sur des comparaisons directes entre un pluviographe et un pixel radar, on a développé des méthodes originales pour comparer entre eux les champs haute résolution issus du radar et de l'interpolation des pluviographes. En s'inspirant de méthodes héritées de l'évaluation de modèles numériques les structures des champs ont été comparées en autorisant une tolérance spatiale. Ceci permet d'avoir une évaluation pertinente des champs pour des utilisations subséquentes en hydrologie ou pour la validation satellitaire. Ce travail a confirmé et étendu à la zone sahélienne certains des résultats précédents sur les performances de différents estimateurs radar en Afrique de l'Ouest ; il met en avant les très bonnes performances de l'estimation s'appuyant sur le saut de phase différentiel (KDP), et dans une moindre mesure l'estimateur basé sur l'atténuation spécifique (AH). Cette thèse confirme l'intérêt du radar bande X polarimétrique pour l'estimation quantitative des précipitations et l'analyse des systèmes précipitants en zone tropicale. Ce type de radar relativement compact et peu couteux pourrait être appliqué à la surveillance des risques hydrométéorologiques dans les zones urbaines ou le suivi de bassins particuliers (zone équipée de barrage ou haut de bassin montagneux par exemple)<br>This PhD work is on Quantitative Precipitation Estimation (QPE) based on Active Remote-Sensing in Africa. As part of the Megha-Tropiques Satellite Ground Validation (MTGV) field campaigns a X-band dual-polarization Doppler radar was deployed in Sahel, West-Africa : during 2010 in Niamey, Niger and during 2012-2013, in Ouagadougou, Burkina Faso. Altogether 200 convective systems were observed jointly by the radar and by a network of rain gauges. Based on this data set, a comparative study of several rainfall estimators that use X-band polarimetric radar data is presented. In tropical convective systems as encountered in Sahel, microwave attenuation by rain is significant and QPE at X-band is a challenge. Here, four algorithms based on the combined use of reflectivity, differential reflectivity and differential phase shift are evaluated against rain gauges. The comparisons are carried out for a range of space-time scales. Several comparison methods are proposed. Classical statistical scores are used to evaluate the rainfall time series derived from the radar by comparison with the rain gauges. The spatial structure of the fields and the frequency distributions of the rain rates are also compared. These are important parameters to consider when the rain-fields are to be used for hydrological applications or for satellite validation. The results show that the best performances are for the estimator based on the differential phase shift (KDP); another acceptable solution is the estimation based on the specific attenuation (AH). The overall agreement between the radar derived rainfields and the gauges is high. This PhD work confirms that X-band polarimetric radar is a (relatively) cost effective and quality option for monitoring hydro-meteorological risks in the Tropics

L'objectif de l'etude est d'ameliorer les connaissances et pratiques en matiere d'epuration des eaux usees par lagunage sous un climat de type soudano-sahelien. La premiere partie est consacree a l'etude des performances epuratoires sanitaires du lagunage de l'e. I. E. R. D'une part, les relations etablies entre les variables physico-chimiques et bacteriologiques, et d'autre part les performances eliminatoires vis-a-vis des bacteries d'interet sanitaire (coliformes thermotolerants, streptocoques fecaux, salmonella spp. , shigella spp. , virbio cholerae non 0:1), des ufs d'helminthes et des kystes de protozoaires, montrent que la technique du lagunage s'adapte au climat et permet de diminuer sensiblement les risques sanitaires. La deuxieme partie de l'etude est consacree a l'impact de l'implantation des bassins de lagunage par rapport a l'apparition eventuelle de nuisances parasitaires. Les mollusques biomphalaria pfeifferi et bulinus truncatus, hotes intermediaires de la bilharziose, ainsi que le moustique anopheles gambiae, vecteur du paludisme ont ete pris en compte

L’objectif de cette thèse est l’étude des caractéristiques d’émission des aérosols terrigènes ou poussières minérales avec les conditions aérodynamiques en zone source. Ces particules de poussière sont produites par érosion mécanique des sols sous l’action du vent dans les environnements désertiques et semi-désertiques. Ils sont un vecteur important de nutriments (N, P, Fer..) entre les écosystèmes terrestres et marins et influencent le bilan climatique global de par leur aptitude à diffuser et/ou absorber les rayonnements solaires et telluriques lorsqu’ils sont en suspension dans l’atmosphère. Ce travail s’est déroulé en deux étapes avec dans un premier temps des mesures expérimentales en conditions naturelles dans un champ de mil au Niger lors de deux campagnes du programme de l’Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA) en été 2006 et 2007. Dans un second temps ces mesures ont été confrontées au modèle de production de poussière minérale le DPM (Dust Production Model) développé au LISA à partir de considérations théoriques et d’études en soufflerie. Durant les deux campagnes de mesures, trois événements érosifs dont deux modérés de type ‘mousson’ et un très énergique de type système convectif, contraints au maximum ont pu être étudiés de manière détaillée. Les mesures expérimentales confirment d’une part que le sandblasting est bien le moteur de la génération des aérosols terrigènes. Et, d’autre part comme cela avait été montré par les études en soufflerie, les flux d’émission d’aérosols terrigènes sont enrichis en particules de plus en plus fines lorsque la contrainte exercée par le vent au niveau du sol augmente. Nos résultats expérimentaux ont par la suite été comparés aux prédictions du DPM qui reproduit d’une manière plutôt satisfaisante les flux totaux en masse à condition de réduire les énergies de cohésions, déduites des mesures en soufflerie, et liant les particules fines entre elles. En revanche, lorsqu’on regarde les flux résolu en tailles, le modèle a tendance à surestimer les populations de particules les plus grossières. Ceci a nécessité de développer une nouvelle paramétrisation des flux d’émission avec les conditions aérodynamiques. Cette dernière a été testée avec satisfaction sur un événement d’érosion indépendant de ceux utilisés pour établir la paramétrisation<br>The aim of this work is to link quantitatively the characteristics (intensity and sizedistribution) of the flux of fine mineral particles produced by wind-erosion in a Sahelian zone with the aerodynamic conditions prevailing during the erosion events. Achieving this goal is a prerequisite for quantifying accurately 1) the transfer of soil nutrients (N, P, Fe…) from the source areas to the deposition zones located downwind, and 2) the impact on climate of air-suspended mineral particles which are able to scatter and absorb solar and terrestrial radiation. An important part of this work has been dedicated to the collection of experimental data during the 2006 and 2007 summer campaigns of the « Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine » (AMMA) experiment. Measurements were carried out at Banizoumbou (60km east of Niamey, Niger) on a sandy agricultural field representative of the Sahelian wind erodible surfaces. After describing the original experimental set-up and associated methodology, a complete study of all the types of events monitored during the field campaigns is made. Very few transport cases accompanied by significant deposition were observed (only two over the whole measuring period), but many erosion cases were recorded. The latter could result either from the temporal strengthening of the south western monsoon winds prevailing in this season (‘monsoon events’) or to the passage of convective systems accompanied by strong surface winds and often followed by rain (‘convective events’). After rigorous cross examination of the quality of the data set 2 events of the monsoon type and one of the convective type are retained for the rest of the study. In good agreement with previous wind tunnel experiments, comparing the size distributions measured during the events confirms that the emission flux is richer in very fine particles during the energetic convective event than during the less violent monsoon ones. Then, these results are compared with the predictions of the Dust Production Model (DPM) based on the previous wind-tunnel studies. It is found that the DPM is able to simulate correctly the intensity of the emission mass flux provided adequate values are selected for the binding energies of the fine particle populations identified in the laboratory experiments. However, a more detailed analysis of the size-resolved fluxes reveals that the DPM tends to overestimate the production of particles larger than 10µm and underestimate the flux of particles with sizes between 2 and 8µm. This leads us to propose a new parameterization based on a detailed study of the 3 events selected previously. This parameterization allows prediction of the changes in emission flux intensity and sizedistribution with aerodynamic conditions. In a final step, the parameterization is tested successfully on an independent erosion event

Le projet international AMMA, dans lequel s'inscrit ce travail de thèse, a pour objectif d'améliorer la compréhension des phénomènes liés à la mousson en Afrique de l'ouest, et en particulier les échanges d'énergie entre les surfaces continentales, océaniques et l'atmosphère. Au niveau des surfaces continentales, ces échanges sont principalement contrôlés par la quantité de végétation et par l'humidité de surface. Il est donc important de les estimer avec des résolutions spatiale et temporelle les plus fines possibles. Dans ce contexte, l'utilisation de capteurs radar, sensibles à l'humidité des sols et à la végétation, apparaît utile dans l'observation des zones où la couverture nuageuse est souvent marquée. Depuis une quinzaine d'années, des travaux basés sur l'utilisation de données radar ont permis de mettre en évidence les capacités de tels capteurs pour le suivi des zones semi-arides et pour l'extraction des paramètres géophysiques tels que la quantité de végétation, l'humidité et la rugosité des sols, etc. Cependant, aucun des capteurs utilisés jusque-là (diffusiomètres et SAR) n'offre à la fois des résolutions spatiale et temporelle élevées, associées à une large couverture spatiale, permettant le suivi de variables fugaces sur de grandes surfaces, comme l'humidité du sol. En effet, le diffusiomètre fournit des acquisitions avec une résolution temporelle élevée mais au dépend de la résolution spatiale, tandis que le SAR offre les possibilités inverses. Le développement des SAR de seconde génération, équipant les satellites RADARSAT et ENVISAT, permet de compenser ces limitations en offrant des résolutions spatiales souvent inférieures au kilomètre associées à une résolution temporelle de quelques jours. De plus le SAR d'ENVISAT offre aussi le choix des états de polarisations de l'onde radar contrairement à RADARSAT. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse sont basés sur l'utilisation des données ENVISAT/ASAR dont les caractéristiques permettent d'effectuer le lien, en terme de résolution, entre les diffusiomètres et les SAR du type d'ERS. Les travaux de recherche se sont organisés autour de trois axes complémentaires : Traitement et analyse des données ASAR pour les modes Global Monitoring et Wide Swath, montrant une meilleure aptitude de ce dernier pour la détermination de l'humidité du sol à des échelles de quelques kilomètres carrés. .<br>The international project AMMA, in which this work of thesis is linked, aims to improve comprehension of the phenomena related to monsoon in West Africa, and in particular, exchanges of energy between continental, oceanic surfaces and the atmosphere. Concerning continental surfaces, these exchanges are mainly controlled by vegetation quantity and soil moisture. In this context, the use of radar sensors, sensitive to these two factors, appears useful in areas where the cloud cover is often marked. However, no sensors used up to now (Wind SCatterometers and SAR) offers at the same time a wide spatial cover combined to high space and temporal resolutions. The SAR of second generation, such as the one on board ENVISAT, offers an interesting compromise between spatial and temporal resolutions. This work is based on the use of ENVISAT/ASAR data and is organized around three complementary axes: (1) Treatment and analyzes data acquired in Global Monitoring and Wide Swath modes. This study showed a stronger aptitude of this last one for the estimations of the soil moisture at kilometric scales, while keeping a large space cover. The use of radar data in a bi-objective assimilation algorithm, associated with optical data, helped to improve biomass and LAI estimation. (2) Acquisition of ground data (soil roughness and soil moisture) allowed us to determine, via radar models, that the radar signal is mainly controlled soil characteristics. (3) Empirical estimate and cartography of the soil moisture from radar signal. .

Pour les pays du sous-continent ouest africain soumis depuis une trentaine d'années à un changement climatique sans précédent au XXème siècle, la modélisation de l'impact de la variabilité prévisible du climat sur les ressources en eau est fondamentale pour la planification des aménagements. L'objectif de ce travail est l'utilisation de simulation de pluies et d'évapotranspiration potentielle issues de scénarii climatiques en entrée de modèles hydrologiques, calés pour les grandes rivières d'Afrique de l'Ouest (Sénégal, Gambie, Sassandra) et Centrale (Logone-Chari), afin d'étudier la variabilité probable des ressources en eau au cours du XXIème siècle. Cette approche se fonde sur : - la connaissance de la variabilité des régimes pluviométriques et hydrologiques. Globalement, la période 1970-1998 est déficitaire et la décennie 90 témoignent de la persistance de la sécheresse. Ces déficits peuvent s'expliquer par une variation de l'espace couvert par la mousson s'inscrivant dans une dynamique à l'échelle de la circulation atmosphérique générale ; - l'évaluation d'outils de modélisation des régimes hydrologiques des grands cours d'eau régionaux. Deux modèles de bilans hydrologiques (GR2M et WBM), fonctionnant au pas de temps mensuel sur des grilles à la résolution du demi degré carré, ont été retenus. L'analyse de sensibilité modèles montre l'importance des précipitations et des états de surface dans la modélisation hydrologique. Cette évaluation souligne également la performance et la robustesse du modèle GR2M ; - le développement et l'application de scénarii climatique à partir des données issues des Modèles de Circulation Générale. Les sorties de modèles climatiques ne sont pas vraiment fiables mais les variations prévues peuvent être combinées aux observations pour générer des scénarii climatiques. L'utilisation des données de précipitations et de température du modèle HadCM3-A2, via deux scénarii climatiques, dans les modèles hydrologiques GR2M et WBM conduisent à la diminution des débits du Sénégal et de la Gambie, une augmentation suivie d'une diminution des débits du Sassandra et une augmentation des débits du Logone-Chari.

Dans le contexte du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), l'objectif du travail effectué est de mieux comprendre et quantifier les processus de surface agissant sur les flux de chaleur sensible et latente en région sahélienne. Une approche couplant modélisation des échanges d'énergie et d'eau à l'interface Sol-Végétation-Atmosphère et télédétection spatiale permet une analyse spatialisée à différentes échelles. Le modèle SEtHyS_Savannah a été développé et adapté aux zones semi-arides. Dans un premier temps un étalonnage des paramètres et une validation locale du modèle ont été effectués grâce aux mesures acquises dans le cadre du programme AMMA sur deux parcelles (mil et jachère) au Niger. Puis des méthodes spécifiques de traitement des données de télédétection multi capteurs ont été développées et/ou appliquées pour les besoins de la mise en place et de la validation de la modélisation spatialisée à l'échelle du super-site AMMA/Niger. Ainsi les données SPOT haute résolution ont permis de déterminer une classification de l'occupation du sol et les cycles d'évolution de la végétation. Les données ASAR/ENVISAT et les produits issus des capteurs SEVIRI/MSG et MODIS ont été utilisés pour proposer une première validation de deux variables clefs des bilans énergétiques et hydriques que sont l'humidité de surface et la température de surface. Cette étude montre que la modélisation mise en place donne des résultats pertinents et offre de nombreuses perspectives quant à l'étude des interactions surface-atmosphère et des impacts de modifications climatiques ou anthropiques sur les bilans de surface.

Ce memoire presente un modele hydrologique a discretisation spatiale qui permet de simuler les ecoulements de surface sur un bassin versant qui comporte des ouvrages hydrauliques du type retenues d'eau, amenagements hydrauliques et hydro-agricoles, prises ou rejets en rivieres. Il s'applique aux conditions hydro-climatiques de la zone soudano-sahelienne. Cette modelisation met l'accent sur les caracteristiques specifiques de certaines composantes du cycle hydrologique qui s'averent etre des plus influentes au niveau de cette region. Ce sont en particulier les ecoulements propres aux differents types de sol et leur couverture en milieux rural et urbain, les pluies qui sont variables dans le temps et l'espace, les eaux d'infiltration, l'evapotranspiration, les ruissellements superficiels. Deux schemas conceptuels de calcul du bilan hydrique sont utilises pour distinguer l'etat de l'importance de la couverture vegetale avec une possibilite de reprise a la nappe dont l'un privilegiant le ruissellement sur un sol nu ou a faible vegetation, l'autre l'infiltration et l'evapotranspiration sur un sol tres couvert. La variabilite spatio-temporelle de la pluie s'integre en tentant de mieux representer sur l'aire d'influence des postes pluviometriques, l'estimation de la pluie moyenne journaliere. Le modele ainsi developpe a ete baptise modbam (modele de bassin amenage) et teste sur le bassin versant du massili (burkina faso) qui a une superficie de 2612 km#2