Dissertations / Theses on the topic 'Changements climatiques – Sahel'

Les vagues de chaleur sont encore peu documentées au Sahel, malgré un impact très fort sur les populations. L'objectif de cette thèse est d'apporter de nouvelles connaissances et une meilleure compréhension des processus et mécanismes mis en jeu dans les vagues de chaleur au Sahel au printemps. L'étude se structure autour de trois axes : (i) la détection des vagues de chaleur, (ii) la documentation de leurs caractéristiques morphologiques, dynamiques et thermodynamiques ainsi que leurs tendances climatiques et (iii) la compréhension des processus et mécanismes en jeu lors de ces événements. Dans un premier temps, une nouvelle méthodologie d’identification des vagues de chaleur, définies ici comme une forte augmentation de la température à des échelles synoptiques à intra-saisonnières, a été développée. Cette définition permet de détecter des vagues de chaleur « météorologiques », associées au temps sensible et qui constituent un véritable enjeu pour la prévision. La détection repose sur trois étapes : (i) un filtrage sélectionne les échelles souhaitées, ici synoptiques à intra-saisonnières ; (ii) les valeurs extrêmes des anomalies de températures ainsi calculées sont conservées, grâce à un seuil limite fixe égal au quantile Q90 ; et (iii) une contrainte morphologique est finalement appliquée pour identifier les événements de grande échelle cohérents dans le temps et l’espace. Par ailleurs, les températures maximales (Tmax) et minimales (Tmin) sont considérées séparément car leurs fluctuations résultent de processus distincts. Cette méthodologie a été appliquée à plusieurs types de jeux de données : un produit basé sur des observations locales (BEST), trois réanalyses météorologiques (ERA-Interim, NCEP2 et MERRA) et des simulations climatiques (CMIP5). Les vagues de chaleur détectées sont ensuite documentées en termes de caractéristiques morphologiques et thermodynamiques, et leurs tendances climatiques sont analysées. L’occurrence de ces événements se concentre particulièrement en début de printemps, et la tendance à la hausse de leurs températures s’explique principalement par le réchauffement moyen au Sahel. Les biais moyens de température dans les simulations, atteignant plus de 5°C dans certaines simulations climatiques, expliquent la plus grande partie des erreurs sur les températures des vagues de chaleur. Les événements détectés dépendent aussi de la méthodologie utilisée, c’est pourquoi nos résultats sont comparés avec ceux obtenus à partir d’autres méthodologies communément utilisées dans la littérature. Les processus et mécanismes mis en jeu lors des vagues de chaleur sont ensuite étudiés. Au printemps, les sols sont secs et le flux de chaleur latente très faible. Les vagues de chaleur détectées sur les Tmax sont anormalement sèches, celles en Tmin anormalement humides. Une dépression est présente lors des deux types d’événements et centrée sur la zone impactée. Les vagues de chaleur diurnes sont associées à un vent de nord-ouest alors que les vagues de chaleur nocturnes correspondent à un vent de sud-ouest, qui favorise l’advection d’humidité par le flux de mousson. La vapeur d’eau joue un rôle majeur sur les vagues de chaleur nocturnes, amplifiant l’effet de serre de l’atmosphère. Une première analyse indique que les vagues de chaleur détectées en Tmax ne sont pas associées à des couches limites plus profondes. Ces résultats soulignent qu’au Sahel, les vagues de chaleur sont associées à des mécanismes différents de ceux observés dans d’autres régions du monde, comme en Europe, où les vagues de chaleur font souvent intervenir des conditions anticycloniques et un assèchement des sols. La méthodologie a été finalement adaptée à la prévision des vagues de chaleur en temps réel et implémentée sur le site Internet http://acasis.sedoo.fr/. Ce travail a permis de suivre et prévoir en temps réel les vagues de chaleur impactant l’Afrique de l’ouest pendant les printemps 2016-2017.

L'avènement des changements climatiques a donné lieu à l'émergence d'une nouvelle problématique, soit celle des migrations environnementales. Longtemps méconnu, ce phénomène complexe pose des difficultés au niveau de la terminologie et du statut juridique, ce qui complique la mise en place de politiques d'adaptation. Face à cette situation, ce mémoire s'est donné comme objectif d'évaluer l'impact des stratégies d'adaptation aux migrations environnementales sur les régions d'accueil et leur population. Pour ce faire, un portrait de l'évolution des stratégies d'adaptation aux changements climatiques et aux migrations environnementales a d'abord été dressé. Par la suite, l'accent a été mis sur les cas des migrations environnementales en provenance du Bangladesh et celles provenant de la région du Sahel. Durement touchés par les changements climatiques, le Bangladesh et le Sahel ont assisté, impuissants, à la migration de milliers de leurs citoyens vers de nouveaux cieux. La politique de restriction des migrations mise en place par l'Inde en réponse aux migrations bangladaises et la stratégie d'accroissement des connaissances sur les migrations environnementales encouragée par les pays du Sahel ont donc été analysées pour en déterminer les impacts environnementaux et sociaux. Le recours à l'observation documentaire a été privilégié pour la réalisation de cette étude de type qualitatif. Au terme de l'analyse, il a été démontré que, quoique différentes, les stratégies d'adaptation mises en place respectivement par l'Inde et les pays du Sahel ont une portée limitée puisque l'urbanisation a connu une croissance importante et que les risques de conflits demeuraient prépondérants. De plus, en Inde comme au Sahel, la migration s'est accompagnée d'un afflux de main d'oeuvre peu qualifiée plutôt que qualifiée. Néanmoins, la politique restrictive indienne s'accompagnait davantage de répercussions négatives sur l'environnement, alors que la stratégie sahélienne a permis quant à elle le développement d'un réseau de connaissances favorisant la restauration environnementale dans les régions d'origine. Les résultats de cette étude ont toutefois rencontré certaines limites, notamment en termes de validité de la documentation et de terminologie.L'analyse conclut qu'en l'absence d'une définition claire du phénomène des migrations environnementales, toute étude portant sur le sujet risque de se buter à d'importantes difficultés. Ainsi, il est recommandé d'établir d'abord et avant tout un consensus sur la terminologie et la définition qui l'accompagne, de façon à permettre l'élaboration d'un statut juridique clair. De plus, il est suggéré de favoriser les migrations volontaires tout en réduisant les migrations forcées, ce qui permettrait d'optimiser les bénéfices entourant les migrations environnementales. Afin d'accroître la portée des stratégies d'adaptation aux migrations, le recours à une action concertée aux niveaux international, national et régional est finalement encouragé.

Les moussons se définissent par un renversement saisonnier des vents qui apporte plus de 80% des précipitations annuelles en Inde et au Sahel, qui en sont largement tributaires. Prévoir leur évolution sous l’effet de l’Homme, qu’on appelle la réponse anthropique, est donc d’une importance capitale d’autant plus que ces deux régions abriteront deux milliards d’habitants en 2100. Cependant, les prédictions de ces moussons que nous sommes capables de fournir sont accompagnées de fortes incertitudes portant sur l’amplitude et parfois sur le signe même de ces changements. En utilisant les simulations réalisées pour le 6ème rapport du Groupe Intergouvernemental sur l’évolution du Climat (GIEC), nous cherchons à comprendre l’origine de ces incertitudes dans les modèles de climat. La performance des modèles à reproduire l'évolution historique (1850-2014) est un facteur de confiance dans leur capacité à prévoir l'avenir. Cependant, ces évolutions historiques sont également marquées par des incertitudes. La première question à laquelle nous voulons répondre est donc: peut-on expliquer l’incertitude des modèles à simuler l’évolution des moussons indienne et sahélienne sur la période historique? Les erreurs que font les modèles par rapport aux observations sont appelées des biais et nous souhaitons tester l’hypothèse qu’ils sont susceptibles d’expliquer en partie les différentes réponses des moussons simulées par les modèles. Nous traitons d’abord le cas de l’Inde, et suivant cette hypothèse, nous montrons que les biais de température des modèles dans l’océan Pacifique équatorial modulent la façon dont ils simulent la réponse historique de la mousson indienne. En effet, nous montrons qu’en modulant la réponse historique de l’océan Pacifique, les biais dans ce dernier affectent la mousson indienne via des mécanismes similaires à ceux qui lient l’ENSO (El Niño – Southern Oscillation) et la mousson en variabilité interannuelle. Nous reproduisons ensuite la même étude pour la mousson sahélienne, où nous montrons que des biais de température dans tous les Tropiques sont fortement liés à la façon dont les modèles simulent son évolution historique. Cependant, nous n'identifions pas le mécanisme physique précis liant ce biais à la mousson sahélienne, mais montrons que cette dernière est fortement dépendante de la façon dont les modèles simulent la réponse du gradient inter-hémisphérique de température, ce qui est physiquement cohérent avec le rôle connu de ce gradient comme modulateur de la position de la zone de convergence intertropicale (ITCZ). Dans la deuxième partie de nos investigations nous basculons dans les projections (2014-2100) basées sur un scénario pessimiste de fortes émissions et adressons la question suivante: quelles sont les sources d’incertitudes de la réponse forcée des moussons au sein des projections? Nous abordons cette fois le cas du Sahel en premier et lions la diversité des réponses à travers les modèles à deux facteurs: la réponse du gradient inter-hémisphérique de température et celle du Pacifique équatorial. Les mécanismes sous-jacents font intervenir une migration de l’ITCZ et une circulation de surface renforcée pour le premier, et une modulation de la circulation de Walker et des ondes tropicales pour le second. Via ces deux facteurs, nous expliquons 62% de l’incertitude des projections au Sahel. Nous traitons finalement le cas du futur de la mousson indienne, et montrons que les incertitudes de celle-ci sont fortement liées à la réponse en température des déserts allant du Sahara au Pakistan, qui influencent également la réponse de la mousson sahélienne. En effet, plus la réponse en température est forte, plus le Heat Low sur les déserts sera prononcé ce qui renforce la circulation en surface des moussons
The monsoons are defined by a seasonal reversal of winds that brings more than 80% of annual precipitation to India and the Sahel, which are largely dependent on them. Predicting their evolution under the influence of man - the so-called anthropogenic response - is therefore of the utmost importance, all the more so as these two regions will be home to two billion people by 2100. However, the monsoon projections we are currently able to provide are accompanied by major uncertainties concerning the amplitude and sometimes the very sign of these changes. Using recent simulations carried out for the 6th report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), we seek to understand the origin of these uncertainties in climate models. The performance of these models in reproducing historical trends (1850-2014) is a factor of confidence in their ability to predict the future. However, these historical trends are also marked by uncertainties. Consequently, the first question we want to answer is: can we explain the uncertainty of the models in simulating the evolution of the Indian and Sahelian monsoons over the historical period? Model errors in relation to an observed climatology calculated over a reference period of at least thirty years are called biases, and we wish to test the hypothesis that they may partly explain the different responses of the models. We first consider the case of India, and following this hypothesis, we show that the climatological temperature biases of models in the equatorial Pacific Ocean modulate the way they simulate the historical response of the Indian monsoon. Indeed, we show that by modulating the historical response of the Pacific Ocean, climatological biases in the latter affect the Indian monsoon via mechanisms similar to those linking ENSO (El Niño - Southern Oscillation) and monsoon interannual variability. We then reproduce the same study for the Sahelian monsoon, where we show that climatological temperature biases in all the Tropics are strongly linked to the way models simulate its historical evolution. We do not, however, identify the precise physical mechanism linking this bias to the Sahelian monsoon, but we do show that the latter is strongly dependent on the way models simulate the response of the inter-hemispheric temperature gradient, which is physically consistent with the known role of this gradient as a modulator of the position of the inter-tropical convergence zone (ITCZ). In the second part of our investigations, we switch to projections (2014-2100) based on a pessimistic scenario of high emissions, and address the following question: what are the sources of uncertainty in the forced response of the monsoons within the projections? This time, we tackle the Sahel case first and link the diversity of responses across models to two factors: the response of the inter-hemispheric temperature gradient and that of the equatorial Pacific. The underlying mechanisms involve ITCZ migration and enhanced surface circulation for the first factor, and modulation of the Walker circulation and tropical waves for the second. These two factors account for 62% of the uncertainty in Sahel projections. Finally, we look at the future of the Indian monsoon, and show that its uncertainties are strongly linked to the temperature response of deserts from the Sahara to Pakistan, which also influences the response of the Sahelian monsoon. Indeed, the stronger the temperature response, the more pronounced the thermal depression over the deserts, the stronger the monsoon surface circulation and hence the precipitation

Les écosystèmes sahéliens, et tout particulièrement ceux qui se développent sur des sols sableux, réagissent très vite et très intensément aux moindres changements climatiques. Dans cette zone semi-aride, l'érosion éolienne qui affecte essentiellement les surfaces cultivées met en péril l'exploitation durable des ressources en terre. Par ailleurs, l'explosion démographique de ces dernières décennies et les grandes crises climatiques à l'origine des sécheresses du vingtième siècle ont eu d'importantes répercussions sur le milieu. Pour gérer au mieux ce milieu fragile, il importe d'abord de bien comprendre son fonctionnement. Ce travail de thèse s'est donc inscrit dans le programme de recherche AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson africaine) et se situe au coeur du programme CORUS2 (Coopération pour la Recherche Universitaire et Scientifique) concernant essentiellement l'étude de la dynamique éolienne des sols sableux cultivés de la région de Niamey. La stratégie suivie au cours de cette étude a été de s'appuyer sur un important dispositif de mesures expérimentales pour comprendre au mieux et quantifier le fonctionnement actuel du milieu essentiellement vis-à-vis de l'érosion éolienne. Ces mesures expérimentales ont permis d'interpréter les changements que nous avons pu mettre en évidence sur un ensemble de terroirs proches de Niamey qui constituent les bassins versants de deux lacs permanents récents : Bangou Bi et Bangou Kirey (13,51° N - 2,21° E). Les enregistrements sédimentaires recueillis dans ces lacs ont ensuite été analysés en regard de l'évolution de leur bassin versant. Au cours de cette étude nous avons mis en évidence le rôle majeur des résidus de culture dans les champs traditionnels et montré que même à des taux de recouvrement extrêmement bas, ils constituent une protection pour les sols. Cependant leur efficacité chute en deçà d'un seuil de 2% et l'érosion éolienne déplace alors des quantités considérables de terres (130 t/an en moyenne) et participe activement à l'encroûtement des sols. Il est probable qu'à la faveur combinée de la mise en culture de l'ensemble des versant avant 1975 et de la sécheresse de 1985, un tel processus d'érosion et d'encroûtement s'est mis en place expliquant ainsi la dégradation considérable du milieu que nous avons mise en évidence entre 1975 et 2009 à partir d'enquêtes auprès des population et par la cartographie diachronique des petits bassins versant étudiés. A partir de l'étude des sédiments collectés dans les lacs, nous avons pu proposer un modèle de mise en place de ces sédiments qui suggère une intensification de l'érosion à partir du milieu des années 80.

Utilisé très souvent de façon métaphorique pour désigner les franges méridionales du Sahara, le Sahel du fait de sa position géographique est une région vulnérable au changement climatique. L’agriculture est fortement pluviale et largement dépendante des conditions climatiques. La prise en compte du changement climatique est indispensable dans la réalisation de la sécurité alimentaire au Sahel. En alliant travaux empiriques et théoriques, cette thèse se propose de contribuer à une meilleure compréhension de l’incidence du changement climatique sur la sécurité alimentaire au Sahel au niveau microéconomique et macroéconomique. Le premier chapitre examine au niveau macroéconomique, la situation de la sécurité alimentaire au Sahel, après avoir analysé son dynamisme démographique. Les résultats de ce chapitre montrent que le Sahel n’a pas encore entamé sa transition démographique. Le taux de croissance démographique est élevé par rapport à la moyenne de l’Afrique subsaharienne. La sous-alimentation est en baisse mais reste prégnante dans cette région. Réduire la sous-alimentation passe nécessairement par la production agricole, qui est tributaire des aléas climatiques. Le deuxième chapitre s’intéresse donc aux effets du changement climatique sur les rendements de certaines cultures (mil, sorgho et maïs) au Sahel. Les résultats indiquent que le changement climatique a un impact globalement négatif sur les rendements agricoles au Sahel. Cette analyse au niveau macroéconomique est ensuite complétée par deux chapitres qui, à un niveau microéconomique, se focalisent sur le comportement des agriculteurs au Sahel. Le troisième chapitre cherche ainsi à analyser l’impact des chocs climatiques mesurés par la perception des agriculteurs sur l’inefficience des parcelles agricoles. Il ressort de cette étude que les chocs climatiques augmentent l’inefficience des parcelles agricoles. A travers la baisse des rendements et l’inefficience des parcelles, le changement climatique peut affecter la pauvreté et la vulnérabilité alimentaire des ménages agricoles burkinabés. A cet effet, le quatrième chapitre identifie les déterminants individuels et contextuels de la pauvreté et la vulnérabilité alimentaire des ménages agricoles burkinabés. Les résultats relèvent qu’en plus des caractéristiques individuelles du ménage agricole comme sa taille ou le niveau d’éducation du chef du ménage, le contexte climatique de résidence permet d’expliquer sa pauvreté et vulnérabilité alimentaire
Often used metaphorically to refer to the southern fringes of the Sahara, the Sahel's geographical position makes it a region vulnerable to climate change. Agriculture is highly rain-fed and largely dependent on climatic conditions. If food security is to be achieved in the Sahel, climate change must be taken into account. By combining empirical and theoretical work, this thesis aims to contribute to a better understanding of the impact of climate change on food security in the Sahel at the microeconomic and macroeconomic levels. The first chapter examines the food security situation in the Sahel at the macroeconomic level, after analysing its demographic dynamism. The results of this chapter show that the Sahel has not yet begun its demographic transition. The demographic growth rate is high compared with the average for sub-Saharan Africa. Undernourishment is on the decline, but remains prevalent in the region. Reducing undernourishment necessarily involves agricultural production, which is dependent on the vagaries of the climate. The second chapter therefore looks at the effects of climate change on the yields of certain crops (millet, sorghum and maize) in the Sahel. The results indicate that climate change is having an overall negative impact on agricultural yields in the Sahel. This analysis at the macroeconomic level is then supplemented by two chapters which, at the microeconomic level, focus on the behaviour of farmers in the Sahel. The third chapter seeks to analyse the impact of climatic shocks, as measured by farmers' perceptions, on the inefficiency of agricultural plots. This study shows that climatic shocks increase the inefficiency of agricultural plots. Through lower yields and plot inefficiency, climate change may affect the poverty and food vulnerability of Burkinabé farming households. To this end, the fourth chapter identifies the individual and contextual determinants of poverty and food vulnerability among farming households in Burkina Faso. The results show that, in addition to the individual characteristics of farm households, such as their size or the level of education of the head of household, the climatic context in which they live helps to explain their poverty and food vulnerability

Cette thèse vise à identifier et évaluer les impacts biogéophysiques des changements d'usage des sols depuis les 150 dernières années jusqu'à la fin du XXIe siècle sur le climat en Afrique de l’Ouest à partir des modèles LUCID et des scénarios CMIP5 utilisés dans le contexte LUCID-CMIP5. Les analyses menées dans cette thèse se sont d'abord basées dans le Sahel et dans le Golfe de Guinée où les changements passés de la couverture terrestre sont supérieurs à 5%. Les simulations LUCID ont été d'abord évaluées dans cette thèse en comparant les précipitations et la température de l'air simulées par les modèles aux données d'observation. Les analyses ont montré que la moyenne et la variabilité inter-annuelle observées des précipitations et de la température sont respectivement sous-estimées et surestimées par la plupart des modèles de climat LUCID même si la température semble mieux simulée que les précipitations. Dans cette étude, les deux simulations actuelles forcées respectivement par une distribution actuelle et pré-industrielle de la couverture terrestre ont été comparées. Les résultats montrent qu'il n'y a pas de différence évidente entre ces deux simulations par rapport aux valeurs moyennes climatiques des précipitations et de la température dans les modèles comme si les changements de la couverture terrestre n'ont pas vraiment d'importance sur la représentation de ces variables. Dans le Golfe de Guinée, les analyses montrent que l'expansion des surfaces cultivées et des pâturages s'est effectuée au détriment d'une déforestation entraînant une diminution du LAI, une augmentation d'albédo et une diminution de la rugosité de surface. Les analyses montrent que les impacts historiques des changements d'occupation des sols sur le climat dans ces régions restent très petits par rapport aux changements induits par l'augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Le LAI simulé par les modèles de surface LUCID et leur relation avec le climat en Afrique de l'Ouest ont été évalués, les résultats montrent que les précipitations sont fortement et positivement corrélées à la densité de feuillage avec des valeurs supérieures ou égales à 0.8 dans les deux régions. La plupart des modèles de climat montrent que la corrélation entre le LAI et la température de l'air est positive dans le Sahel et négative dans le Golfe de Guinée et suggèrent que plus de LAI dans le golfe de Guinée conduit plus d'évapotranspiration et donc une surface plus froide, alors que dans le Sahel l'effet d'albédo de l'augmentation du LAI peut dominer et augmenter la température de surface.Dans un second temps, l'impact biophysique des changements futurs de la couverture terrestre sur le climat de surface du XXIe siècle a été évalué à l'aide des simulations spécifiques similaires aux scénarios RCP8.5 mais avec une végétation fixe en 2006. Les analyses révèlent qu'à l’échelle régionale, les impacts biophysiques des changements d'occupation des sols dans les scénarios ont été globalement faibles mais statistiquement significatifs au Sahel et en Afrique centrale où la déforestation est prescrite dans le futur (>10%), mais avec une large dispersion sur la réponse du climat résultant aux différentes paramétrisations de la surface terrestre dans les modèles de climat
By climate models developed in the LUCID project and CMIP5 models used in the LUCID-CMIP5 projet, this thesis aims to identify and evaluate biogeophysical impacts of LULCC of the past 150 years and the end of XXIst century on surface climate in West Africa. Focusing analysis in two contrasted regions of West Africa: Sahel and Guinea where land cover change is above 5% since pre-industrial times, results reveal expansion of crops and pasture and deforestation in Guinea in all LUCID models. In this work, simulations of present-day rainfall and surface air temperature have been compared with observed datasets. Results show that the observed mean and inter-annual variability of rainfall are respectively underestimated and overestimated by most of the seven climate models. Overall surface air temperature is better simulated than precipitation.Two simulations of rainfall and surface air temperature, forced respectively with present-day and pre-industrial land cover distribution are also compared. Results show that there is no obvious/visible difference between the two simulations with respect to mean climatic values of both rainfall and temperature as if the changes in land cover did not really matter for the good representation of those variables. Finally, this thesis evaluates leaf area index (LAI) in the LUCID models and its relationships with surface climate. Observations reveal that precipitation is highly and positively correlated to foliage density with values larger or equal to 0.8 in both the Sahel and Guinea. Five out of seven models show positive correlations, but not as large as in the observations. However none of the models is able to capture a larger correlation between precipitation and LAI in Guinea than in the Sahel. Most of climate models show that correlation between LAI and surface air temperature is positive in the Sahel and negative in Guinea. It suggests that more LAI in Guinea will lead to more evapotranspiration and therefore cooler surface, while in the Sahel the albedo effect of increased LAI may dominate and increase surface temperature. Finally, analysis reveals that historical effects of land-use changes are not regionally significant among the seven climate models due to a small land-cover change prescribed in these regions compared to the changes induced by large scale forcing such as sea surface temperatures changes and CO2 concentration increase.Furthermore, biogeophysical impact of land-use change in the XXIst Century climate were evaluated using specific simulations similar to RCP8.5 scenarios but with a prescribed fixed land cover map on 2006. The analysis reveals, that in contrast of last 150 years, deforestation continues in the coming years in tropical region in scenarios resulting from the extension of the cultivated area reaching 15 million km2 in 2100 over tropical Africa. Regionally, the biogeophysical impacts of projected changes in land cover in RCP8.5 scenarios were generally small but statistically significant in the Sahel and Central Africa regions where deforestation is more than 10% with a wide dispersion of climate response due to differents parameterizations of land surface in climate models

Cette thèse s’interroge sur les relations existantes entre l’exploitation des ressources naturelles, les dégradations de l’environnement et la propagation des dynamiques conflictuelles au Burkina Faso. En adoptant une approche interdisciplinaire, cette recherche explique que l’altération des conditions socio-environnementales modifie non seulement les conditions de vie, mais également les représentations et structures sociales, politiques et environnementales des sociétés affectées. Tout en s’intégrant dans le débat abordant le nexus environnement et conflits armés, cette recherche se distancie volontairement des études portant exclusivement sur les changements climatiques et étudie directement les dégradations environnementales anthropiques issues de l’industrie extractive, ou des exclusions environnementales accompagnant les aires naturelles protégées, participant aux altérations globales du climat et constituant un catalyseur des impacts sociaux et politiques contemporains des changements climatiques. En effectuant une étude qualitative de 4 sites miniers industriels et de deux aires naturelles protégées, cette thèse montre alors que l’altération des conditions et structures socio-environnementales a été en même temps un facteur constitutif de l’érosion de la légitimité et de l’autorité de l’État central burkinabè et de l’accroissement des zones d’influence ainsi que des bassins de recrutement des groupes armés au Burkina Faso.

Malgré des conditions sèches qui prédominent depuis les années 1970, l’Afrique de l’Ouest a subi au cours des deux dernières décennies des épisodes d’inondations sévères qui ont provoqué de nombreux décès et dommages socio-économiques. L’émergence de ce nouveau problème montre une nouvelle facette de la sensibilité de cette région aux changements hydro-climatiques, appelant à une meilleure caractérisation de l’aléa inondation, des processus qui le génèrent, ainsi que la mise en place de méthodes permettant de projeter les évolutions futures de cet aléa pour mieux s’en prémunir.Dans ce contexte, la thèse cherche à répondre à trois questions principales :1) L’augmentation des dommages liés aux inondations s’est-elle accompagnée d’une intensification des crues extrêmes en Afrique de l’Ouest?2) Comment modéliser les orages de mousson, premier facteur de génération du ruissellement, afin d’explorer l’impact de leurs caractéristiques sur les crues?3) Compte tenu des changements climatiques à l’œuvre dans la région, à quelles tendances hydro-climatiques peut-on s’attendre dans le futur ?Dans un premier temps, on évalue l’évolution des crues en Afrique de l’Ouest au cours des soixante dernières années en utilisant de méthodes basées sur la théorie de valeurs extrêmes. Les résultats montrent une augmentation forte des événements hydrologiques extrêmes depuis les années 1970s dans les sous-bassins Sahéliens du fleuve Niger et depuis les années 1980s dans les sous-bassins soudano-guinéens du fleuve Sénégal. Les niveaux de retour calculés à partir des modèles non-stationnaires dépassent ceux qui ont été calculés avec un modèle stationnaire avec plus de 95% de certitude pour les périodes de retour les plus courtes (<10 ans).On présente ensuite des développements récents apportés à un simulateur stochastique d’orages de mousson à meso-échelle (StochaStorm). Ils incluent: une modélisation de l’occurrence de ces orages, la représentation explicite des valeurs de pluie extrêmes et une amélioration du schéma temporel d’intensité infra-événementielle. Implémenté et évalué à partir des donnés haute-résolution de l’observatoire AMMA-CATCH, le générateur montrent de très bonnes capacités à reproduire les propriétés des orages, confirmant son potentiel pour des études d’impact hydrologique.Enfin, une chaîne de modélisation est élaborée afin de proposer des projections hydrologiques pour le futur sur un bassin sahélien de meso-échelle (Dargol, 7000 km²). L’originalité de cette chaîne provient de la prise en compte du continuum d’échelles entre climat global et impact local à travers la représentation du régime des pluies à l’échelle des orages de mousson, dont les propriétés d’occurrence et d’intensité ont des impacts majeurs sur la réponse hydrologique. La chaîne de modélisation inclut le modèle climatique CP4-Africa, unique modèle à convection explicite fournissant des simulations de long terme en Afrique ; une méthode de débiaisage statistique; le simulateur Stochastorm ; et un modèle pluie-débit spécifiquement adapté aux processus hydrologique sahéliens. La chaine est évaluée sur une période de contrôle 1997-2006 puis utilisée pour des projections futures montrant une hausse par un facteur 1,5 des débits maximum annuels et un doublement des volumes moyens annuels à l’horizon 2100.Les résultats ont des implications majeures notamment pour l’ingénierie hydrologique. Les méthodes actuellement utilisées pour appréhender les risques hydrologiques dans la région ne prennent pas en compte la non-stationnarité hydro-climatique risquant de sous-évaluer l’aléa hydrologique et sous-dimensionner les ouvrages hydrauliques utilisés pour s’en protéger. La thèse suggère aussi quelques pistes afin mieux définir les trajectoires hydrologiques passées et futures en incluant, au-delà des précipitations, les changements sociétaux et environnementaux, leurs interactions et rétroactions dans les approches de modélisation
The semi-arid regions of West Africa are known for their dry conditions which have predominated since the 1970s. In recent years, however, West Africa has witnessed a series of severe flooding events which caused widespread fatalities and socioeconomic damages. The emergence of this new problem demonstrates the sensitivity of the region to changes in the hydroclimatic system and calls for an improved characterization of flood hazard and the mechanisms that generate it. It also signals the need to develop projections for how flood hazard may evolve in the future in order to inform appropriate adaptation measures.In this context, the following PhD thesis seeks to answer three main questions:1) Is there a significant trend in extreme streamflow in West Africa, or are the documented flooding events isolated incidences?2) How can one model mesoscale convective systems, the primary driver of runoff in the region, in order to explore the properties of precipitation that drive streamflow?3) Based on potential climate change in the region, what trends might be observed in streamflow in the future?First, changes in extreme hydrological events West Africa over the past 60 years are evaluated by applying non-stationary methods based on extreme value theory. Results show a strong increasing trend in extreme hydrological events since the 1970s in the Sahelian Niger River basin and since the 1980s in the Sudano-Guinean catchments in the Senegal River basin. Return levels calculated from non-stationary models are determined to exceed those calculated from a stationary model with over 95% certainty for shorter return periods (<10 years).Next, recent developments are presented for a stochastic precipitation simulator (Stochastorm) designed for modeling mesoscale convective storms, the main rainfall source in the Sahel. Developments include a model for storm occurrence, the explicit representation of extreme rainfall values, and an improvement in the modeling of sub-event intensities. Using high-resolution data from the AMMA-CATCH observatory, simulation outputs were confirmed to realistically represent key characteristics of MCSs, showing the simulator’s potential for use in impact studies.Finally, a modeling chain for producing future hydrological projections is developed and implemented in a Sahelian river basin (Dargol, 7000km2). The chain is original as it is the first attempt in West Africa to encompass the continuum of scales from global climate to convective storms, whose properties have major impacts on hydrological response and as a result local flood risk. The modeling chain components include the convection-permitting regional climate model (RCM) CP4-Africa, the only RCM (to date) explicitly resolving convection and providing long-term simulations in Africa; a bias correction approach; the stochastic precipitation generator Stochastorm; and a rainfall-runoff model specifically developed for Sahelian hydrological processes. The modeling chain is evaluated for a control period (1997-2006) then for future projections (ten years at the end of the 21st century). Hydrological projections show that peak annual flow may become 1.5-2 times greater and streamflow volumes may double or triple on average near the end of the 21st century compared to 1997-2006 in response to projected changes in precipitation.The results raise critical issues notably for hydrological engineering. Current methods used to evaluate flood risk in the region do not take non-stationarity into account, leading to a major risk of underestimating potential floods and undersizing the hydraulic infrastructure designed for protecting against them. It is also suggested to not only consider rainfall changes but also societal and environmental changes, interactions, and feedbacks in order to better attribute past hydrological hazards and their future trajectories to related causes

Le changement climatique et les migrations humaines constituent deux problématiques majeures de notre époque. Et, partant du constat d’une connaissance fragmentée entre maximalistes et minimalistes, qui s’est traduite par une capacité limitée de la recherche scientifique à prendre en compte les interactions complexes entre le climat et les migrations humaines, cette thèse propose, à travers une approche renouvelée (celle de la vulnérabilité du système socio-écologique), une meilleure compréhension et explication des relations climat- migrations. Elle cherche à répondre à deux objectifs. D’une part, produire des connaissances nouvelles en nous appropriant de façon sélective et ordonnée les apports empiriques produits par les approches précédentes. Et, d’autre part, par une analyse instrumentée des interactions mises en évidence, générer des informations chiffrées pertinentes permettant un ciblage plus efficace des politiques. Cette thèse insiste en premier lieu sur une certaine difficulté à mettre en évidence une relation robuste entre changement climatique et migrations à l’échelle Sahélienne. Contrairement aux idées reçues sur l’image type du « migrant/réfugié climatique » sahélien véhiculée par les médias et reprise, sans un recul critique, dans la littérature grise et certaines études scientifiques, la région, souvent vue et analysée comme une entité relativement homogène, présente de fortes hétérogénéités spatiales physico-climatiques, outre celles socio-économiques. Et, ces dernières ne permettent pas une compréhension des migrations, une des expressions des transformations sociétales. Il convient de repenser la problématique sur des échelles plus homogènes (Sénégal des zones agro-écologiques et régions administratives)Nos résultats montrent un effet climatique accélérateur/amplificateur des migrations interrégionales sous-jacent aux conditions de vie des populations. Généralement, le climat ne suffit pas, à lui seul, à « produire » des migrations. Il transite par les variables socio-économiques (vulnérabilité initiale). Ce qui nous a amené à retenir l’appellation de «migrants éco-climatiques ». Ainsi, les politiques devraient aller à la fois vers : (i) des questions de développement en réduisant des vulnérabilités socio-économiques (pauvreté et inégalités) en agissant sur l’environnement d’action et les acteurs respectivement de manière cohérente et extensive ; mais, également, (ii) des questions d’économie du climat par la réduction de la vulnérabilité physico-climatique à travers des politiques d’atténuation et d’adaptation du milieu et des populations face au changement climatique
Climate change and human migration are two major issues of our time. Starting from the observation of a dichotomous knowledge between maximalists and minimalists, which results in a limited capacity of scientific research to take into account the dynamic and complex interactions between climate and human migrations, this thesis proposes a better understanding and explanation of the climate-migration relations through a renewed and integrative approach (the vulnerability of the socio-ecological system). It aims to fulfill two objectives. On the one hand, to produce new knowledges those take into accounts socio-ecological interactions and feedbacks at different spatial and temporal scales and, on the other hand, to propose a quantified instrumentation of these social-ecological interactions and feedback. This contribution could serve as a starting point for a decision-making tool to evolve towards more targeted and effective policies.This thesis emphasizes a certain difficulty in highlighting a robust relationship between climate change and migration in the Sahel region. This latter, often seen as a relatively homogeneous entity, presents complex socio-economic and physical-climatic spatial heterogeneities that do not allow a stronger understanding of migratory movements which are in change since the 1970s. For this purpose, a reduced complexity model, based both on a partitioning of the study area (Senegal) and a partitioning of data (agro-ecological zones and regions of Senegal), is mobilized as a framework for the analysis of social-ecological migrations in terms of vulnerability induced by climate change. Thus, the innovative heuristic framework built (knowledge model with a sequencing of variables) has made it possible to instrument the climate-migration relationships within Senegal.Our results show an accelerating/amplifying climatic effect of interregional migrations underlying the living conditions of populations. In general, climate alone is not sufficient to "produce" migration. The climatic effects channel through the socio-economic variables (initial vulnerability). Under these results, we retained in fine the name of "eco-climatic migrants". Thus, policies relating to eco-climatic migration in this western part of the Sahel should move towards both: (i) development issues by reducing socio-economic vulnerabilities (poverty and inequality) by acting on the environment and the populations consistently and extensively respectively; and (ii) climate economics issues by reducing the physical-climatic vulnerability through appropriate mitigating and adapting policies to face climate change

Cette thèse traite de l'impact du changement climatique sur l'agriculture et la sécurité alimentaire dans la zone du Sahel que nous définissons comme une région comportant 12 pays et 52 zones agroécologiques à l'intérieur de ces pays. La zone d'étude couvre le Burkina Faso, la Djibouti, l'Érythrée, l'Éthiopie, le Mali, la Mauritanie, le Niger, Nigéria, Sénégal, la Somalie, le Soudan et le Tchad. La situation de cette partie du monde est fortement impactée par le changement climatique car l'agriculture, largement pluviale, y joue un rôle économique important. Il est alors attendu que le changement climatique aura un impact sur la production alimentaire, ce qui rendra encore plus difficile la disponibilité et l'accès aux aliments.D'un point de vue théorique, cette thèse vise à alimenter la littérature sur le changement climatique et ses effets sur les secteurs agricoles dans le monde, particulièrement dans le Sahel, en mettant un accent sur les zones agroécologiques. D'un point de vue empirique et en mobilisant notamment les techniques statistiques et économétriques, cette thèse prend en compte les caractérisés agricoles et climatiques de chaque pays et zones agroécologiques du Sahel.Dans le premier chapitre, nous traitons la question du changement et de la variabilité climatiques en se basant sur les précipitations et la température durant les différentes saisons des pays et zones agroécologiques du Sahel. En s'appuyant sur un modèle de régression linéaire et un modèle de changement structurel endogène, nous montrons que les pays et les zones agroécologiques sont effectivement affectés par le changement climatique et que l'année 1980 est un point essentiel dans l'explication de ce phénomène aux deux échelles. Nous montrons également que les zones désertiques et arides ont subi un grand nombre de chocs de 1901 à 2016, à l'exception du Nigéria, où les zones humides et les zones non désertiques ont subi plusieurs chocs.Dans le deuxième chapitre, nous étudions la relation entre le changement et la variabilité climatiques, mesurés par les conditions de température et de précipitations pendant les saisons des pluies, et la production agricole au niveau des pays et au niveau des zones agroécologiques du Sahel. En se concentrant sur un indice de production agricole et cinq céréales (maïs, mil, sorgho, blé et riz), nous étudions cette relation à l'aide d'une base de données originale avec des variables socio-économiques et climatiques. Sur la base d'une fonction de production agricole estimée pour la période 1961-2016, nous montrons que les précipitations et les températures moyennes pendant la saison de croissance ont des effets très hétérogènes sur la production agricole selon la zone céréalière et agricole, en fonction des besoins spécifiques et du stress liés aux conditions céréalières et agronomiques et climatiques de chaque zone.Dans le troisième chapitre, nous analysons le lien entre changement climatique et la sécurité alimentaire dans les pays du Sahel. En se basant sur une analyse multidimensionnelle de la sécurité alimentaire et un modèle de données de panel avec les variables climatiques d'intérêt retardées, nous montrons que la sécheresse et les inondations affectent négativement la sécurité alimentaire. En présence de ces catastrophes climatiques, les inondations causent davantage de dommages à la sécurité alimentaire. Les facteurs socioéconomiques jouent également un rôle important dans la sécurité alimentaire. Nos résultats montrent ainsi que le faible niveau de développement économique, la croissance démographique et l'inflation des prix des denrées alimentaires ne permettent pas d'assurer la sécurité alimentaire. En outre, l'absence des conflits et la stabilité politique sont des leviers importants d'amélioration de la situation de sécurité alimentaire des populations
This thesis deals with the impact of climate change on agriculture and food security in the Sahel zone that we define as a region comprising 12 countries and 52 agroecological zones within these countries. The study area covers Burkina Faso, Djibouti, Eritrea, Ethiopia, Mali, Mauritania, Niger, Nigeria, Senegal, Somalia, Sudan and Chad. The situation in this part of the world is strongly impacted by climate change because agriculture, largely rainfed, plays an important economic role there. Climate change is then expected to have an impact on food production, which will make food availability and access even more difficult.From a theoretical point of view, this thesis aims to feed the literature on climate change and its effects on agricultural sectors in the world, particularly in the Sahel, by focusing on agroecological zones. From an empirical point of view and by using a range of statistical and econometric techniques, this thesis takes into account the agricultural and climatic characteristics of each country and agroecological zones of the Sahel.In the first chapter, we deal with the issue of climate change and variability based on precipitation and temperature during the different seasons of the countries and agroecological zones of the Sahel. Using a linear regression model and an endogenous structural change model, we show that countries and agroecological zones are indeed affected by climate change and that the year 1980 is an essential point in explaining this phenomenon for both scales. We also show that desert and arid areas suffered a large number of shocks from 1901 to 2016, with the exception of Nigeria, where wetlands and non-desert areas suffered several shocks.In the second chapter, we study the relationship between climate change and variability, measured by temperature and precipitation conditions in the rainy seasons, and agricultural production at country level and at the level of agroecological zones in the Sahel. Focusing on an agricultural production index and five cereals (corn, millet, sorghum, wheat and rice), we study this relationship using an original database with socio-economic and climate variables. On the basis of an estimated agricultural production function for the 1961-2016 period, we show that precipitation and average temperatures during the growing season have very heterogeneous effects on agricultural production according to the cereal and agricultural zone, depending specific needs and stress linked to the cereal and agronomic and climatic conditions of each zone.In the third chapter, we analyze the link between climate change and food security in the Sahel countries. Based on a multidimensional analysis of food security and a panel data model with delayed climate variables of interest, we show that drought and floods negatively affect food security. In the presence of these climatic disasters, floods cause more damage to food security. Socioeconomic factors also play an important role in food security. Our results show that the low level of economic development, population growth and inflation of food prices do not guarantee food security. In addition, the absence of conflicts and political stability are important levers for improving the food security situation of the populations

Sur les effets du changement climatique aux échelles globale et régionale. Il montre en particulierqu'aucun consensus ne peut être trouvé pour ce qui concerne l'évolution future de lapluviométrie -- et de la dynamique atmosphérique associée -- en région de mousson africaine.Ce mémoire revisite cette question à la lumière des nouvelles données disponibles et selon uneapproche évitant toute surreprésentation du nombre de simulations disponibles pour un type demodèle donné, tout en prenant en compte la diversité des modèles ainsi que leur évolution dansle temps : sorties de vingt modèles de circulation générale (MCGs) ayant participé aux exercicesCMIP3 (douze MCGs) et CMIP5 (huit MCGs) sous les scénarios d'émissions A1B et rcp4.5,respectivement. Les sorties sont analysées principalement sur deux fenêtres de quarante ans --périodes actuelle (1960-1999) et future (2031-2070) -- et les résultats discutés au regard de leurvraisemblance selon une approche permettant à la fois de quantifier les différences futur moinsactuel, de mesurer les significativités et les robustesses statistiques et d'associer une probabilitémesurant le consensus des modèles en fonction des échelles et des variables considérées.Les analyses menées sur CMIP3 et CMIP5 montrent qu'un consensus sur l'effet du changementclimatique en Afrique de l'Ouest peut être obtenu si l'on ne fait pas de l'ensemble de labande sahélienne une entité homogène et qu'on raisonne à des échelles spatiales inférieures. Lesrésultats révèlent une évolution contrastée entre le centre et l'ouest du Sahel avec, pour le futur(i) une hausse des précipitations au centre s'expliquant surtout par une plus grande convergencedes flux dans les basses couches, ainsi qu'une pénétration plus au nord de la mousson ;(ii) une baisse des précipitations à l'ouest s'expliquant par le renforcement de la circulation detype Walker, du Jet d'Est Africain (JEA) et de la subsidence dans les couches moyennes. Parailleurs, on peut s'attendre à une modification du cycle annuel moyen avec un retrait retardé dela mousson. Ce retard est notamment lié aux apports supplémentaires d'humidité depuis l'Atlantique,dus au renforcement des contrastes thermiques et d'humidité entre océan et continent,mais aussi et surtout aux apports tardifs d'humidité depuis la Méditerranée et au renforcementdes flux de nord en septembre et octobre en direction du Sahel

Cette étude consiste en une description de la variabilité du régime pluviométrique dans la zone sahélienne de l'Afrique de l'Ouest et à une évaluation des impacts de cette variabilité sur les ressources en eau de la région à travers une série de modélisations hydrologiques. En effet, les résultats de plusieurs études sur la variabilité pluviométrique au Sahel au cours des cinq dernières décennies (1961-2009) montrent une baisse significative de la pluviométrie annuelle depuis 1970. Ce déficit pluviométrique a entraîné une situation de stress hydrique sévère dans la région. Burkina Faso, pays sahélien, se trouve affecté par cette situation de sécheresse continue. Ainsi, pour la caractérisation de la situation climatique à l'échelle du pays, nous avons analysé les données pluviométriques des dix stations synoptiques du pays à travers une discrétisation de la saison des pluies en plusieurs caractéristiques relatives à la période de la saison, à la fréquence et à l'intensité des pluies, et aux séquences sèches. La détermination de ces caractéristiques dans les données pluviométriques observées et dans les données simulées par cinq modèles climatiques régionaux (CCLM, HadRM3P, RACMO, RCA et REMO) mis en œuvre sous le scénario A1B de IPCC, a permis d'évaluer la représentativité des simulations pluviométriques sur le territoire burkinabé. Les simulations pluviométriques se caractérisent par une fréquence élevée de pluies de faibles intensités (comprises entre 0.1 mm/jour et 5 mm/jour), et des intensités très élevées pour les pluies maximales journalières. Cependant, l'application d'une méthode de correction (quantile-quantile) à ces simulations a permis de réduire significativement les différents biais et de produire des données pluviométriques similaires aux données observées sur la période 1961-2009. L'analyse de la variabilité pluviométrique future sur la période de prédiction de 2021-2050 en comparaison avec la période de référence de 1971-2000 montre diverses tendances pour l'évolution de la pluviométrie annuelle : une tendance significative à la baisse pour deux modèles et une tendance significative à la hausse pour deux autres modèles. Les différents changements significatifs de la pluviométrie annuelle corroborent soit avec une baisse de la fréquence des pluies, soit avec une hausse des intensités des pluies. Cependant, trois consensus se dégagent parmi les cinq modèles : une baisse de la fréquence des faibles pluies (0.1 à 5 mm/jr), un allongement de la durée moyenne des séquences sèches et une fin tardive des saisons de pluies. Aussi, quatre modèles montrent une augmentation des intensités de fortes pluies (>50 mm/jr). D'autre part les cinq modèles climatiques montrent une tendance à la hausse de l'évapotranspiration potentielle (ETP) annuelle sur la période 1961-2050. Les impacts des changements du champ des pluies et de la hausse de l'ETP sur le régime hydrologique de la partie sahélienne du bassin du Nakanbé au Burkina Faso (bassin versant de la station hydrométrique de Wayen) sont évalués à l'aide de deux modèles hydrologiques, GR2M et ORCHIDEE. Le modèle GR2M, calé et validé sur la période 1978-1999 reproduit de façon pertinente le bilan hydrologique du bassin alors qu'une procédure de répartition des écoulements simulés fut élaborée pour la validation des simulations du modèle ORCHIDEE. La mise en uvre de deux modèles hydrologiques sous les conditions climatiques d'une baisse de la pluviométrie annuelle a montré une situation hydrologique contraignante avec une baisse des écoulements et de la recharge de la nappe, et une augmentation du taux de l'évaporation dans le bilan hydrologique du bassin. Cependant, l'ampleur des impacts hydrologiques dépendent de la nature du changement dans les deux principales caractéristiques de la saison des pluies : la fréquence et l'intensité des pluies. Ainsi, une baisse de l'intensité des pluies est beaucoup plus préjudiciable à la disponibilité des ressources en eau sur le bassin avec un taux plus important de l'évapotranspiration et une réduction plus importante des ruissellements et de la recharge des nappes.

Nombre de travaux effectués sur la production primaire des parcours sahéliens dominés par des herbacées annuelles, montrent une forte variation à la fois spatiale mais aussi temporelle de la production liée aux variations des précipitations et à la redistribution des eaux en surface liée principalement au type de sol. Dans cette région, l'essentiel de la production fourragère a lieu au cours de la saison des pluies qui dure trois à quatre mois. La gestion du stock fourrager qui constitue la principale ressource disponible pour le bétail au cours de la longue saison sèche suppose une bonne connaissance de sa dynamique saisonnière sous l'effet conjugué du climat et de la pression pastorale. Cette thèse se propose d'étudier l'impact de la variabilité climatique observée dans la région naturelle du Gourma, située au nord-est du Sahel malien, sur la dynamique de ses ressources pastorales et leurs conséquences sur les productions animales. La démarche utilisée est basée sur un suivi saisonnier conjoint de la végétation et de la charge animale. Elle combine une approche analytique à une modélisation de la dynamique de la ressource fourragère sous l'effet de la distribution des pluies et celle de la charge animale. Quatre principales études composent cette thèse. La première est une analyse de la sensibilité de la production fourragère aux aléas de la distribution intra-saisonnière des pluies. La seconde étude menée évalue l'impact de la pâture des ruminants domestiques sur les taux de disparition des pailles dressées et des litières au cours de la saison sèche. La troisième étude aborde la même question par modélisation des dynamiques associées de la charge animale et de la ressource fourragère en saison sèche. La quatrième et dernière étude, évalue la productivité numérique des troupeaux et la viabilité écologique de l'élevage pastoral dans la région du Gourma. Les résultats mettent en évidence la faible productivité des troupeaux de conduite pastorale malgré une sous-exploitation globale des ressources fourragères de saison sèche. Ils indiquent que dans les systèmes pastoraux sahéliens avec des parcours qui produisent moins de 2000 kg MS ha-1 en moyenne, et avec un faible recours à la complémentation alimentaire, le bétail est en situation de stress nutritionnel en fin de saison sèche et début de saison des pluies comme le révèlent les masses fourragères résiduelles en fin de saison sèche de moins de 10% des disponibles de fin de saison des pluies
Several studies on the primary production of Sahelian rangelands that are dominated by annual herbaceous indicate large spatial heterogeneity and high inter-annual variations in production associated with changes in rainfall distribution mediated by run-off redistribution itself mostly bound to soil type. In Sahel, most of the forage production occurs during the rainy season, which lasts three to four months. The management of the stock of fodder which is the main nutrition resource for livestock during the long dry season requires a good knowledge of its seasonal dynamics under the combined effects of climate and grazing pressure. This thesis aims to study the impact of climate variability on the dynamics of the pastoral resources of the Gourma in the North-East of Malian Sahel and to assess the impact of resources variations on animal production. The approach used is based on a joint seasonal monitoring of vegetation and stocking rate. It combines an analytical study and the modeling of the dynamics of forage resources in response to rainfall distribution and stocking rate. The thesis is composed of four studies. The first is a sensitivity analysis of forage production to the intra-seasonal distribution of rainfall. The second study evaluates the impact of domestic ruminants grazing on standing straw and litter disappearance rates during the dry season. The third study addresses the same question by modeling the dynamics of fodder resources during the season depending on the livestock grazing pressure. The fourth and last study evaluates the breeding productivity of the herds and the sustainability of Gourma pastoralism. The results highlight the low productivity of pastoral breeding despite an overall under-utilization of the forage stock in the dry-season. They indicate that in the Sahelian pastoral systems with rangelands producing less than 2000 kg DM ha-1 on average, and very limited use of supplementary feeds in the late dry season, livestock suffer of nutritional stress in the late dry and early wet season, as revealed by residual masses of straws and litter tilling less than 10 % of rangeland yield at the end of the rainy season

Le paludisme est la maladie tropicale la plus redoutable au monde. Un enfant africain meurt de paludisme toutes les 30 secondes. La complexité spécifique du paludisme serait liée à une forte interaction du Plasmodium et de son vecteur avec l’environnement. Les cartes de distribution géographique montrent que la présence et l’impact du paludisme en santé publique varient considérablement avec le climat. L’éco-épidémiologie du paludisme au Sahara est encore mal connu. L’absence de pluies pendant des années peut entraîner une rupture prolongée de la transmission, comme les années 1970 à 1973, où le paludisme s’était retiré du sahel du fait de la sécheresse. Lorsqu’il pleut abondamment, la transmission sporadique peut se transformer rapidement en épidémies de paludisme qui surprennent de temps en temps la population faiblement ou non immunisée. Le sahel est caractérisé par une variabilité accrue du climat dont les bases sont encore mal cernées. L’effet majeur prévisible du changement climatique serait la transformation de tout le cycle de l’eau dont les manifestations importantes en Afrique seront les sécheresses et les inondations. Les inondations provoquent d’importants déplacements de populations. Les pluies diluviennes devraient faciliter la propagation du paludisme et la colonisation de nouveaux territoires, voire une possibilité de migration retour de l’anophèle plus au Nord jusqu’au sud de l’Europe. Le manque d’immunité des populations nord-sahéliennes peut occasionner des phénomènes épidémiques de grande ampleur et à grande échelle. Notre étude visait à comprendre les mécanismes d’impact du climat sur le paludisme dans le Sahel malien. Nos ressources financières ne permettaient pas de mener une étude longue à l’échelle du climat. Néanmoins, nous avons voulu démontrer "ce qui peut se passer avec le paludisme au Sahara" en cas de pluies abondantes associées au changement climatique. Nous avons procédé à une analyse régionale des relations brutes entre facteurs environnementaux et transmission du paludisme, affinée par une étude locale sachant que la transmission est corrélée in fine aux variables climatiques locales. Contraints par les menaces terroristes au nord du Mali, l’étude locale à été conduite dans une localité du Sahel écologiquement proche du Sahara.Nous avons analysé l’évolution de la variabilité climatique par des modèles numériques en relation avec les données entomologiques intégrées aux données satellitaires du terrain, analysé comment la distribution spatiale des gîtes aquatiques et des habitats humains rythment la fréquence des pontes et des piqûres qui assure le transfert du Plasmodium entre les populations humaines et vectorielles. A large échelle, l’étude montre que la transmission du paludisme est globalement liée à la pluviométrie mais la durée de transmission relève des contraintes topographiques locales. L’abondance des anophèles est liée à la pluviométrie dans les zones exondées et au routage des eaux de pluies dans les zones inondées. L’étude a prouvé un divorce entre la densité des moustiques et le risque de transfert du Plasmodium. Anopheles gambiae infligeait à lui seule 16 fois plus de piqûres inondées qu’exondées. Le taux d’infection de gambiae était 3,5 fois plus élevé en zone exondée qu’inondée et son risque de transmission 2,68 fois plus élevé en zone exondée qu’inondée. A l’échelle réduite du village, gambiae était produit de façon continue bien qu’il pleuve seulement 2-3 mois sur 12 de l’année. Parallèlement, une transmission estivale de mare était relayée par une transmission hivernale
Nous pensons que ces résultats aideront les acteurs de santé publique à mieux comprendre l’épidémiologie du paludisme au Sahel, en vue d’orienter d’avantage la recherche sur des outils additionnels de lutte pour freiner la propagation du paludisme grâce à la gestion environnementale. Ils fournissent une piste prédictive du comment le changement climatique impactera la transmission du paludisme en Afrique

Les pluies au Sahel connaissent une très forte variabilité spatio-temporelles. A l’échelle décennale, cette variabilité peut aboutir parfois à des situations désastreuses comme la sécheresse des années 1970. Par ailleurs, les modèles de circulation générale atmosphériques, forcés ou couplés à un modèle océanique, ont du mal à simuler correctement le phénomène de la mousson africaine. Cette difficulté à bien modéliser la mousson, combinée à une insuffisance d'observations au siècle dernier, fait qu’aujourd’hui les chercheurs ont du mal à répondre aux questions liées aux tendances des changements climatiques sur l’Afrique de l’Ouest mais aussi aux questions relatives aux impacts de ces changements sur le système atmosphérique global. Pour comprendre et bien simuler la variabilité décennale du système de mousson en Afrique de l’Ouest, nous avons mis en place, dans un premier temps, un protocole basé sur le forçage, pour deux décennies contrastées par leur pluviosité, des modèles atmosphériques par des SSTs climatiques mensuelles et moyennes sur 11 ans, correspondant à ces décennies. On élimine ainsi les modes de variabilité d’échelles inférieures et on sépare en même temps la variabilité interne de l’atmosphère de la variabilité due aux SSTs. Dans un deuxième temps, pour répondre à la question du rôle de la rétroaction de surface sur la variabilité décennale, nous avons mis en place un schéma idéalisé basé sur le rapport évaporation réelle à l’évaporation d’une surface d’eau libre dite potentielle. Ce schéma idéalisé nous permet de découpler les interactions sol-atmosphère et d’étudier séparément la part de chacune de ces deux composantes dans la variabilité.

Au Mali, pendant la saison sèche se pose la question de l’effet attractif exercé par les cultures de saison sèche sur les rongeurs ravageurs; lequel serait d'autant plus marqué sur le gradient latitudinal d’aridité soudano-sahélien GECS (1100 mm à 200 mm). Ces hypothèses sont testées chez le genre Arvicanthis (A.ansorgei,A.niloticus). Les résultats de la prospection cytogénétique antérieure 1994-1999 & une prospection élargie 2009-2014, révèle des changements récents des aires de distribution des 2 espèces; suggérant un rôle fort de leur adaptation chronobiologique dans le déterminisme de leur distribution. Cette approche horizontale suivie d'une approche verticale (2009-2016) compare 4 indicateurs de l'effet attractif des CSS vs les MNC dans les 5 régions climatiques du GECS (Sikasso, Koulikoro, Ségou, Mopti, Gao). Les densités de populations des 2 espèces sont plus élevées dans les CSS vs les MNC ; et cet effet attractif des CSS augmente avec l’aridité dans l'aire d'A.niloticus. Le ratio de "stratèges migrateurs" au sein des populations démontre l’effet tampon des CSS et confirme la fréquence de ces épisodes. L’étude du régime alimentaire confirme leur régime phytophage. En milieu naturel, l’aridité induit une baisse de la consommation de plantes compensées par celle d'Arthropodes non orthoptères; et la diversité des plantes consommées diminue avec l’aridité chez A.ansorgei vs augmente avec l’aridité chez A.niloticus. L'effet tampon des CSS "neutralise" les différences interspécifiques et chez les 2 espèces, dans les CSS, la diversité des adventices consommés diminue au détriment des plantes cultivées en particulier le riz.et la consommation en Orthoptères augmente
In Mali, during the dry season, there is the issue of the attractive effect of dry season crops on rodent pests, which would be all the more marked in the latitudinal gradient of Sudan-Sahel aridity GECS (1100 mm to 200 mm). These hypotheses are tested in the genus Arvicanthis (A.ansorgei, A. niloticus). The results of the previous cytogenetic survey 1994-1999 and an expanded survey 2009-2014 reveal recent changes in the distribution areas of both species; suggesting a strong role of their chronobiological adaptation in the determinism of their distribution. This horizontal approach followed by a vertical approach (2009-2016) compares four indicators of the attractiveness of the CSS vs. the MNC in the five climatic regions of GECS (Sikasso, Koulikoro, Ségou, Mopti, Gao). The population densities of both species are higher in the CSS vs. the MNC; and this attractiveness of the CSS increases with aridity in the area of A. niloticus. The ratio of "migratory strategists" within populations demonstrates the buffering effect of the CSS and confirms the frequency of these episodes. The diet study confirms their phytophagous diet. In a natural environment, aridity induces a decrease in the consumption of plants compensated by that of non-orthopterous Arthropods; and the diversity of plants consumed decreases with aridity in A.ansorgei vs increases with aridity in A. niloticus. The buffering effect of CSS "neutralizes" inter-specific differences, and in both species, in the CSS, the diversity of weeds consumed decreases to the detriment of crops, especially rice and the consumption in the Orthoptera increases

L'étude des impacts du changement climatique actuel est soumise à plusieurs contraintes. Premièrement, si avant la révolution industrielle la variabilité du climat est uniquement conduite sur une large gamme d'échelle par des forçages naturels, cela n'est pas le cas au XXe siècle. Deuxièmement, les effets de ce changement montrent des variations significatives à l'échelle régionale. Ainsi, sur la base d'analyses spectrales, ces travaux réexaminent l'instabilité spatio-temporelle des téléconnexions entre la variabilité climatique globale du secteur Atlantique et les climats régionaux du NW Europe et de l'Afrique de l'Ouest. L'examen des longues séries climatiques de l'Angleterre et du Nord de la France révèle des tendances similaires pour les températures, mais désappariée pour les précipitations. Différente phase de renforcement des échelles de variabilité multi- et inter-décennale ont été détectée, ce qui suggère des " fluctuations " du control climatique global. Sur ces échelles, la relation statistique entre les températures et l'Oscillation Multi-décennale Atlantique (AMO) est marquée par un changement de phase au XIXe siècle. Les précipitations semblent cohérentes avec l'indice AMO à l'échelle 30-60 ans et avec l'Oscillation Nord Atlantique (NAO) aux échelles 50-80 et 16-23 ans. Toutefois, la relation NAO/pluie présente une grande instabilité en raison des fluctuations spatiales des régimes NAO. Après le Petit Age Glaciaire, les deux pôles semblent glisser vers le SW en hiver et printemps. De plus, une fraction de la variance du champ Nord-Atlantique de pression au niveau de la mer (SLPs), capturée par l'indice NAO, pourrait être associée à d'autres régimes atmosphériques. En Afrique de l'Ouest, l'étude des fluctuations temporelles de la variabilité des précipitations sahéliennes révèle une organisation zonale, plus particulièrement exacerbée à l'échelle quasi-décennale. Les téléconnexions avec les températures de surface (SSTs) de l'Atlantique, qui s'organise différemment suivant l'échelle de variabilité, présentent également des modifications d'Est en Ouest. Au cours du XXe siècle, les précipitations au Sahel semblent rarement s'établir simultanément avec les SSTs Atlantique Nord et Tropical Sud. Une relation en phase avec les SSTs de l'Atlantique Nord s'effectue uniquement lors des périodes humides (e.g. années 1950) aux échelles multi- ou quasi-décennale. Ces téléconnexions sont orientées selon un plan NW-SE, ce qui suggère des modulations non-uniformes du balancement de la ZCIT. Les téléconnexions avec les SSTs de l'Atlantique Tropical Sud sont associées à une structure dipolaire opposant les régions guinéenne et sahélienne. Cela s'accorde donc avec des modulations de la position latitudinales de la ZCIT. Néanmoins, celle-ci dépendrait de l'échelle, de la période étudiée et de l'état des SSTs du Pacifique. Les anomalies quasi-décennales impliquées dans ces contrastes zonaux varient au cours du temps. Dans les années 1950/60, le flanc occidental de l'Afrique de l'Ouest montre des variations du flux d'Harmattan, des mouvements ascendant sur la région sahélienne et des mouvements subsidents subtropicaux. Dans les années 1970/80, des fluctuations du gradient interhémisphérique de pression et température pourrait conduire des variations du flux de mousson, et plus généralement des décalages nord/sud de la ZCIT.

Au 20e siècle, la température moyenne à la surface de la Terre a augmenté de 0,6°C. L'essentiel du réchauffement a été constaté en deux périodes, à savoir 1910-1945 et 1976-2000. Depuis qu'on a commencé à tenir des relevés en 1961, les années 1990 ont été la décennie la plus chaude et 1998 l'année la plus ardente. Selon les rapports d'évaluation, des changements climatiques futurs devraient se traduire par une poursuite du réchauffement de la planète, par la modification des régimes et du volume de précipitations, et par une augmentation de la fréquence et de l'intensité de certains phénomènes climatiques extrêmes. Les pays qui seront touchés fortement par l'effet de serre sont ceux possédant un PIB annuel moyen et faible, donc des pays pauvres dont les options de développement économique sont limitées et basées sur l'exploitation de l'eau, le secteur prioritaire pour promouvoir l'agricuIture et l'agro-industrie en vue de subvenir aux besoins de leurs populations et obtenir des revenus de devises pour financer le développement économique. La situation actuelle des ressources en eau et en sol, et de leurs usages en Tunisie présente des enjeux qui sont communs aux autres régions du bassin méditerranéen: des ressources limitées et largement exploitées pour répondre à la croissance des besoins, le recours accru aux ressources non conventionnelles, une situation de concurrence entre usages sectoriels, une marchandisation croissante des ressources, et des conditions climatiques contraignantes qui viennent renforcer les tensions notamment autour de l'eau. Face aux risques de déficit en eau et à la nécessité d'un développement économique et social équilibré, ces caractéristiques, parmi d'autres, font de la région du Sahel tunisien un cas d'étude exemplaire des difficultés que pose la gestion intégrée de l'eau. Celle-ci doit prendre en compte les différentes sources d'approvisionnement ainsi que les différents usages associés, et donc l'identification des territoires pertinents pour cette gestion, compte tenu des relations amont-aval naturelles et artificielles d'une part, et des cohérences institutionnelles et sociales d'autre part. Ce travail vise à déterminer les effets des changements climatiques à venir sur un secteur capital de l'activité humaine (l'agriculture). Ce secteur, à la croisée de deux thématiques centrales, l'économie et l'environnement, représente un sujet d'étude particulièrement intéressant; il est d'autant plus intéressant que sa dépendance vis-à-vis du climat est très forte. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Adaptation, Changements climatiques, Érosion, Sécheresse, Écologie, Dégradation du sol, Aridité, Développement, Ressource hydrique, Eaux non conventionnelles, Accompagnement technique.

Deux méthodes de mise à l'échelle statistique sont évaluées sur une station située au Burkina Faso afin de générer une information climatique pertinente au niveau local, en terme de climat moyen et des principales caractéristiques de variabilité et d'extrême du régime de précipitation. Les deux méthodes de régression multi-linéaire SDSM et ASD analysées reposent sur le principe que des relations empiriques entre certaines variables atmosphériques à grande échelle issues des réanalyses ou des Modèles Climatiques globaux (MCGs), variables dénommées prédicteurs, et des paramètres climatiques locaux (ex. précipitation) peuvent être établies. En mode réanalyse, le travail a consisté, d'une part, à partir de variables synoptiques de NCEP, à analyser (i) l'intérêt d'utiliser une gamme plus vaste de prédicteurs dérivés et sur plus de niveaux verticaux dans l'atmosphère, et (ii) l'intérêt d'utiliser une sélection des prédicteurs sur une base mensuelle versus annuelle. D'autre part, en mode climat, à partir de variables synoptiques issues de deux MCGs (CGCM2 et HadCM3), l'évaluation a porté sur l'utilisation de ces modèles climatiques mondiaux afin de générer une information climatique plausible et utile à l'échelle locale dans le but ultime de générer des scénarios climatiques pertinents pour les études d'impacts en milieu sahélien. En mode réanalyse, le fait de considérer un plus vaste ensemble de prédicteurs et plus de niveaux atmosphériques, a permis de réduire les biais de l'ensemble des critères statistiques/climatiques comme la moyenne quotidienne, la variabilité intra-saisonnière, les indices d'intensité et d'extrêmes, et l'indice des dates de début, de fin et de longueur de mousson. De plus, avec cette nouvelle configuration, les deux modèles de mise à l'échelle sont en mesure de reconstruire une partie des changements observés dans le régime de précipitation (i.e. diminution de la quantité totale de pluie et de la fréquence du nombre d'événements pluvieux). Si dans la majorité des cas ASD performe mieux que SDSM avec un choix restreint de prédicteurs, les différences entre les modèles diminuent en utilisant un plus grand choix de prédicteurs, et en sélectionnant ceux-ci sur une base mensuelle. Dans ce dernier cas, les incertitudes sur la valeur médiane et la moyenne des indices de précipitation, notamment au coeur de la saison pluvieuse et à la fin de celle-ci, sont réduites par rapport aux autres simulations. Avec les prédicteurs des MCGs, notamment le modèle HadCM3, la simulation de l'ensemble des indices est systématiquement améliorée par rapport aux valeurs équivalentes issues des variables brutes des MCGs, aussi bien avec SDSM que ASD, notamment l'occurrence des jours de pluie, la variabilité intra-saisonnière, les indices d'intensité et d'extrêmes. Par contre l'utilisation des prédicteurs CGCM2 dans la mise à l'échelle statistique ne permet pas d'améliorer systématiquement tous les indices analysés par rapport aux données brutes de ce MCG. Quoi qu'il en soit, notre étude a permis de montrer qu'avec des prédicteurs relativement bien reproduits à grande échelle par les modèles globaux, les distributions quotidiennes de précipitation étaient plus plausibles à l'échelle locale, en dépit des difficultés à simuler adéquatement les extrêmes (i.e. largement surestimés surtout avec le CGCM2). Dans l'avenir, d'autres analyses devront inclure des prédicteurs des modèles globaux ou régionaux, telles que suggérés avec les réanalyses NCEP (i.e. autres niveaux, variables et résolution temporelle), ainsi qu'à l'aide d'autres méthodes non-linéaires en lien avec les particularités physiques à l'échelle régionale et locale. Ceci contribuera ultimement à générer des scénarios plus plausibles à ces échelles, d'autant que la mousson Ouest Africaine est influencée naturellement par des téléconnections variées à l'échelle globale et régionale. L'usage de cette information climatique pour des applications locales pourrait ainsi être amélioré, en lien avec les besoins des études d'impacts et de vulnérabilité dans le domaine agropastoral, humain et de la modélisation environnementale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : ASD, SDSM, NCEP, MCG, Variabilité interannuelle, Mousson ouest africaine, Prédicteurs, Indices de précipitations, Mise à l'échelle statistique.