Assessment of the Impact of Climate Change on Hydrological Extremes in Cote D’ivoire

Abstract

Les conditions hydrométéorologiques extrêmes, en particulier les inondations et les sécheresses, sont devenues des catastrophes naturelles annuelles en Côte d’Ivoire, causant des dommages matériels importants, des décès, et l’évacuation de la population, avec très souvent des difficultés pour l’approvisionnement en eau potable aux populations. Cette étude évalue l’impact du changement climatique sur les extrêmes hydrologiques (précipitations et débit) dans les différentes zones climatiques de la Côte d’Ivoire. Les objectifs de ce travail sont: (i) d’analyser les tendances hydro-climatiques historiques (précipitations et débits) de 1970 à 2017 et de connaitre l’effet de la variabilité des précipitations sur les débits d’étiage et de crue des bassins hydrographiques; (ii) d’étudier la performance des modèles hydrologiques GR4J, GR5J et HEC-HMS à simuler les débits d’étiage et de crue des bassins d'étude; (iii) d’examiner l’impact du changement climatique sur des phénomènes hydro-climatiques extrêmes selon les scénarios climatiques RCP4.5 et RCP8.5 pour la période de 2020 à 2050 avec les models climatiques suivants CM54,CNRM et MPI. Les données journalières de pluie, de débit, d’évapotranspiration (observées et futures) et les images satellitaires ont été les principales données de cette recherche. Ainsi, pour atteindre nos objectifs, plusieurs méthodes ont été utilisées. D’abord, l’extraction des différents indices des extrêmes hydro-climatiques, suivi de l’analyse de leurs fluctuations interannuelles par élimination des variations saisonnières à l’aide du filtre Hanning passe-bas d’ordre 2. Ensuite, l’analyse des tendances à l’aide du test Mann-Kendall modifié (MMK) et la détection d’homogénéité par le test d’homogénéité normale standard (SNHT) à un niveau de confiance de 0,05. Enfin, la simulation des extrêmes hydrologiques et l’étude des impacts du changement climatique futur par la modélisation hydrologique. Les résultats obtenus montrent que les indices d’extrêmes pluviométriques et les extrêmes hydrologiques de crue ont connu une tendance à la baisse, tandis que ceux des étiages, une tendance à la hausse. Les modèles hydrologiques, quant à eux, ont pu montrer une bonne performance à la calibration et à la validation avec des valeurs de Nash comprises entre 0.7 et 0.9. Le modèle GR5J, ayant montré la meilleure performance (valeurs de Nash comprises entre 0.7 et 0.9 en calage) sur tous les bassins d’études, a donc été utilisé dans la simulation des débits futurs sur ces différents bassins. Sous le scénario RCP 4.5 et selon les modèles climatiques CNRM, MPI, et ENSEMBLE, les indices pluviométriques pourraient connaître des tendances non-significatives à l’horizon 2020-2050. Sous le scénario RCP 8.5 et selon les modèles CM5Aet CNRM, les indices Pmaxan et Rx5days connaitront une tendance significative à la hausse. Une tendance non-significative a été observée dans les modèles MPI et ENSEMBLE. Les indices de débits extrêmes à l’horizon 2020-2050 pourraient connaître une tendance non-significative dans leur ensemble. Cependant, sous le scénario RCP4.5, l’indice de crue QMAXAN connaitra une hausse significative sur le bassin versant de la Bagoue, et sous le scénario RCP 8.5, les indices de crue QMAXAN, QX5days enregistreraient une baisse significative dans le nord du pays. Les indices d’étiage pris dans leur ensemble sous les scénarios RCP 4.5 et RCP 8.5 connaitront une baisse significative à l’horizon 2020-2050 sur les différents bassins d’étude. Aussi, l’évaluation de la dynamique de l’occupation du sol sur les extrêmes a été mise en évidence par plusieurs méthodes. Elle a relevé que du sud au nord et de l'ouest à l'est de la Côte d’Ivoire, on observe une bonne régression de la forêt ou de la savane, des ressources en eau, et une augmentation de l'habitat et des zones cultivées d'un endroit à l'autre. En outre, la relation entre l’évolution de l’indice de végétation (NDVI) et les indices extrêmes de pluie a montré une corrélation négative non-significative en général sur les bassins versants étudiés. De même, cette analyse a révélé une corrélation positive entre les indices de végétation (NDVI) et les indices extrêmes de débits dans son ensemble. De plus, l’impact du changement climatique affectera les paramètres avec une diminution dans les moyennes de pluies annuelles, les débits moyens, l'évapotranspiration, et une augmentation des températures. Ce travail a permis de comprendre le comportement hydrologique à travers l'étude et l'évaluation des performances de certains modèles hydrologiques par la simulation et l’évaluation de l’impact du changement climatique sur certains paramètres climatiques et des indices extrêmes hydro-climatiques. Ces connaissances seront utilisées pour planifier des politiques et des stratégies afin de se préparer aux défis potentiels qui résulteront des impacts du changement climatique dans les zones étudiées.