Rozprawy doktorskie na temat „Changements climatiques – Afrique occidentale”

La mobilisation et la gestion de l’eau de surface constitue la clé de voûte du bien-être social et économique des populations des zones arides d’Afrique de l’Ouest. Cependant l’utilisation des outils de gestion et de prédétermination hydrologique est entravée par les changements climatiques et environnementaux que connait l’Afrique de l’Ouest depuis les années 1970. Les impacts de ces changements sont assez bien documentés sur les caractéristiques moyennes des régimes hydrologiques mais le sont moins lorsqu’on s’intéresse aux caractéristiques des extrêmes. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une contribution à un projet d’actualisation des normes hydrologiques en Afrique de l’Ouest, et constitue le premier pas essentiel pour ce projet. Son objectif général est de caractériser les régimes de crues dans la région en répondant aux questions suivantes : Quelles sont les évolutions observées sur les régimes des crues en Afrique de l’Ouest ? Ces évolutions sont-elles en rapport avec les changements climatiques et/ou les modifications environnementales ? Quels sont les scénarii possibles de l’évolution des crues au regard des simulations climatiques futures ? La difficulté majeure de ce travail est liée à la disponibilité des données hydro climatiques et environnementales dans la région, aussi, l’analyse s’est basée sur des outils reconnus robustes dans la littérature. Dans un premier temps, l’utilisation des données de 14 stations hydrométriques de la région
Water resources plays a key role in the social progress and economic development of west african countries. But the mobilization of water is hampered by climate and environmental changes that undergoes the region since 1970. Extremes parts of hydrological regimes are also impacted, but less studies have focus on their evolution, in relation with climate and environmental changes. The main objective of this thesis is to characterize hydrological extreme events in West Africa, we tried to answer the following questions:- What are the trends of maximum discharge in west Africa?- Are these trends due to climate changes or enviromental changes?- Which speculations can be made from these evolutions, according to future climate simulations?In the first part of the work, we analyzed the trends of floods over 14 watersheds of the region. This analysis allowed us to highlight a clustering behavior of flood according to the climatic region the catchments belong to. Increasing trends have been found on flood magnitude and flood frequency of the 3 sahelian catchments used, and decreasing trends of flood magnitude were found on three sudanian catchments. Finally, the remaining catchments did not showed significant trend in their flood regime

Située sur la Petite Côte du Sénégal, la Somone est une petite rivière côtière qui se jette dans l’océan atlantique par un écosystème laguno-estuarien { régime microtidal. Aujourd’hui, les apports du bassin versant sont inexistants du fait de la combinaison de plusieurs facteurs dont le barrage de Bandia. Les seuls apports en eau douce se font par les précipitations et la nappe. Le système laguno-estuarien de la Somone est caractérisé par un fonctionnement hydrologique inverse où les influences marines prédominent. La mangrove, à dominance de Rhizophora, est l’unité caractéristique de ce système côtier. L’évolution diachronique sur 60 ans montre une modification importante de tous les faciès, internes et externes, de l’écosystème. La mobilité de la flèche sableuse d’embouchure, qui s’est traduite par deux comblements en 1967-1969 puis en 1987, est liée à des variations climatiques et météorologiques. L’évolution régressive des surfaces de mangrove, entre 1954 et 1989, est le résultat de l’effet conjugué de ces périodes de comblements, de la sécheresse et des usages traditionnels de la mangrove. La restauration de la mangrove est essentiellement due aux politiques de reboisement administrées dans les années 2000. L’évolution annuelle et saisonnière montre que le remaniement interne est le processus hydro-sédimentaire dominant. Le taux de sédimentation moyen des vasières est de 2 à 3 mm. An-1. La dynamique de la flèche sableuse { l’embouchure de la Somone joue un rôle fondamental sur l’évolution et la qualité des faciès internes, notamment la mangrove. L’ouverture permanente de l’embouchure permet un renouvellement biquotidien des eaux dans le système laguno-estuarien, essentiel pour réguler les fortes teneurs en sels. Les faibles teneurs des sédiments en carbone organique total, témoignent de la faible production de la mangrove en matière organique car il s’agit d’une mangrove jeune et de forme rabougrie. Les processus diagénétiques se font en anaérobiose et essentiellement dans les 10 premiers cm du sédiment, sur du dépôt récent. La contribution des mangroves jeunes, comme celles de la Somone, au processus de stockage du carbone organique est faible. L’écosystème laguno-estuarien de la Somone est un système fragile et très réactif dont l’évolution, { l’échelle humaine, est rapide et liée à des effets cumulés de facteurs naturels et anthropiques
Located at the Petite Côte of Senegal, Somone is a small coastal river that flows into the Atlantic Ocean by a microtidal lagoonal-estuarine ecosystem. Today, the contribution of the watershed is absent due to a combination of several factors including the dam of Bandia. The only freshwater inputs are from precipitation and groundwater. Somone is a lagoonal-estuarine system characterized by an inverse hydrological functioning where marine influences predominate. Mangrove, dominated by Rhizophora, is the main characteristic unit of this coastal system. The diachronic evolution of 60 years shows a significant change for all the morphological units of the ecosystem. The mobility of the sandy spit, which caused the closures of the mouth in 1967-1969 and in 1987, is related to meteorological variations. The regressive surface of mangroves between 1954 and 1989 is the result of the combined effect of these closures of the mouth, drought and traditional uses of mangroves. The restoration of the mangrove is mainly due to reforestation policies administered in the 2000s. The annual and seasonal trend shows that the internal reworking is the main hydro-sedimentary processes. Sedimentation rate of the mud flats is 2 to 3 mm. Year-1. The dynamics of the sandy spit of the Somone plays an important role in the development and quality of internal units, the mangroves in particular. The permanent opening of the mouth allows a twice-daily renewal of water in the lagoon, which is essential for regulating the high salt content. The low content of sediment in total organic carbon, reflect the low organic matter production of the mangrove because it is a young and stunted mangrove. Diagenetic processes are anaerobic and mostly in the top 10 cm of the sediment, on the recent deposit. The contribution of young mangroves, like Somone, in the carbon storage process, is low. The lagoonal-estuarine ecosystem of the Somone is fragile and highly reactive and his evolution is fast and linked to the cumulative effects of natural and anthropogenic factors

L'objectif de cette thèse est d'analyser les interactions entre phénomènes migratoires et clima-tiques en Afrique de l’ouest et en particulier dans les pays caractérisés par un climat sahélien. Nous concentrons notre recherche sur le rôle prépondérant joué par les transferts de fonds issus de la migration face aux risques liés à la variabilité des précipitations en Afrique de l'ouest. Au niveau microéconomique, nous montrons que les envois de fonds sont guidés par des motifs d’assurance et qu’ils améliorent la capacité des ménages à faire face aux risques d’insécurité alimentaire causés notamment par les fluctuations inter en intra-annuelles des précipitations. Nos résultats montrent toutefois qu’une partie importante de ces transferts de fonds sont dé-pensés en consommation courante et qu'ils n’ont aucun impact sur la pauvreté lorsque celle-ci est mesurée par les actifs détenus par les ménages. D’un point de vue macroéconomique, une dépendance trop forte des ménages aux transferts de fonds afin d’assurer un niveau minimal de consommation conduit sur une augmentation des importations de biens de premières né-cessités agissant alors comme une véritable contrainte extérieure à moyen-long terme. Nos résultats montrent à ce titre, que les transferts de fonds conduisent à une augmentation des importations agricoles en l’absence d’effet d’entrainement suffisant des transferts de fonds sur la capacité de production des pays d’Afrique de l’ouest caractérisés par un climat de type sahélien
The aim of this PhD thesis is to analyze the links between migration process and climate variability in West Africa and especially in those countries characterized by a Sahelian climate. Our estimations highlight the important role of remittances toward precipitation variability in West Africa. At the microeconomic level, we show that migrant remittances enhance households coping capacities to deal with the negative impact of drought on vulnerability to food insecurity. However, remittances are mostly spent to maintain consumption over time and our results show that they have non significant impacts on poverty when mesured by households productive assets. In a macroeconomic perspective, an increased dependency to remittances may be exerted if remittances are spent in basic consumer goods. They can encourage an increase in the demand exceeding the production capacity of the economy. In return, remittances have no or not enough spillover effects. Our results indicate that any positive shock on remittances leads to a small increase in agricultural value added, without significant impact on GDP. Thus, spillover effects of remittances are low in the short term. Remittances positive shocks lead in return to a rise in agricultural imports by in sahelian countries while a rainfall shock leads to an immediate decline in agricultural production

Cette thèse cherche à étudier les relations climat/agriculture en Afrique de l'Ouest. Dans un premier temps, nous passons en revue plusieurs études qui donnent une estimation de l'impact du climat futur sur les rendements agricoles. La valeur médiane d'évolution des rendements futurs se situe ainsi vers -11%. Il semble de plus nécessaire de travailler plus en détail sur les scénarii futurs, parfois trop limités et sur les différences entre variétés. Nous nous fondons sur ces constatations pour réaliser une étude d'impact originale utilisant des données observées sur 35 stations météorologiques en Afrique de l'Ouest. Les résultats montrent entre autre une évolution négative du rendement moyen principalement due à l'augmentation de température que la pluie peut seulement atténuer ou aggraver. On note également un impact plus négatif pour les variétés à cycle court et constant. Cela nous pousse donc à étudier l'intérêt des prévisions climatiques saisonnières qui permettent de minimiser l'impact de l'aléa pluviométrique. Nous calculons leur valeur pour les cultivateurs de mil nigériens en utilisant un modèle économique. Les résultats montrent un impact sur le revenu globalement positif (+6. 9%), même en années sèches et avec une précision d'une précision proche de l'existant. Enfin, afin d'étudier des points que l'évaluation théorique laissait en suspens nous élaborons au Sénégal des ateliers participatifs qui visent à étudier avec les acteurs locaux les changements de stratégies culturales en réaction à des prévisions climatiques, ainsi que le gain engendré par ces prévisions sur les rendements. L'impact sur les rendements est évalué avec l'aide d'un expert et montre que les prévisions ont certes un effet nul dans 62% des cas, mais qu'il est positif dans 31%
In this thesis, we first aim at reviewing all the studies assessing the impact of future climate changes on agricultural yields. The median value of all relative changes of yield is -11%. We also underline the relevance for future studies to define a large range of climatic scenarios. Based on these conclusions, we next intend to evaluate the impact of future climate change on West African yields using 35 meteorological stations. Results reveal a negative evolution of average yield, mainly driven by temperature rise. Rainfall anomalies can only compensate (positive anomaly) or aggravate (negative) this tendency. We also find that potential impacts are more pessimistic for cultivars with a constant cycle length. Given these previous findings about high year-to-year variability of rainfall (thus entailing a variability of yields) and given the uncertain future climate, we are led to study next what interest the farmers would have in having climatic information such as seasonal forecasts. These forecasts can be used to minimize the impacts of rainfall variability. We compute the value of such forecasts for millet growers in Niger, using a simple economic model. Results reveal a positive impact of such forecasts on average income, even for dry years and with a forecast accuracy close to a real one. This increase reaches +34% if other information such as the onset and the offset of the rainy season are given. Finally, we develop participatory workshops in Senegal (i) to study precisely how farmers change their cropping strategies with seasonal and decadal forecasts and (ii) to quantify the impact of such forecasts on yields. This study reveals that forecasts have mainly no impact on yields (62%). However, it is positive in 31% of cases

La mobilisation et la gestion de l’eau de surface constitue la clé de voûte du bien-être social et économique des populations des zones arides d’Afrique de l’Ouest. Cependant l’utilisation des outils de gestion et de prédétermination hydrologique est entravée par les changements climatiques et environnementaux que connait l’Afrique de l’Ouest depuis les années 1970. Les impacts de ces changements sont assez bien documentés sur les caractéristiques moyennes des régimes hydrologiques mais le sont moins lorsqu’on s’intéresse aux caractéristiques des extrêmes. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une contribution à un projet d’actualisation des normes hydrologiques en Afrique de l’Ouest, et constitue le premier pas essentiel pour ce projet. Son objectif général est de caractériser les régimes de crues dans la région en répondant aux questions suivantes : Quelles sont les évolutions observées sur les régimes des crues en Afrique de l’Ouest ? Ces évolutions sont-elles en rapport avec les changements climatiques et/ou les modifications environnementales ? Quels sont les scénarii possibles de l’évolution des crues au regard des simulations climatiques futures ? La difficulté majeure de ce travail est liée à la disponibilité des données hydro climatiques et environnementales dans la région, aussi, l’analyse s’est basée sur des outils reconnus robustes dans la littérature. Dans un premier temps, l’utilisation des données de 14 stations hydrométriques de la région
Water resources plays a key role in the social progress and economic development of west african countries. But the mobilization of water is hampered by climate and environmental changes that undergoes the region since 1970. Extremes parts of hydrological regimes are also impacted, but less studies have focus on their evolution, in relation with climate and environmental changes. The main objective of this thesis is to characterize hydrological extreme events in West Africa, we tried to answer the following questions:- What are the trends of maximum discharge in west Africa?- Are these trends due to climate changes or enviromental changes?- Which speculations can be made from these evolutions, according to future climate simulations?In the first part of the work, we analyzed the trends of floods over 14 watersheds of the region. This analysis allowed us to highlight a clustering behavior of flood according to the climatic region the catchments belong to. Increasing trends have been found on flood magnitude and flood frequency of the 3 sahelian catchments used, and decreasing trends of flood magnitude were found on three sudanian catchments. Finally, the remaining catchments did not showed significant trend in their flood regime

Dans la zone soudano sahélienne d'Afrique de l'Ouest, la productivité agricole est fortement affectée par la variabilité et les changements climatiques. La production agricole est dominée par la production pluviale de céréales telles que le maïs, le mil et le sorgho, pour la consommation alimentaire. Les agriculteurs ont des rendements faibles et variables, ce qui entraîne une incertitude croissante quant à leur capacité à produire davantage pour nourrir une population en forte croissance. L'objectif général de cette thèse était de concevoir des systèmes de culture plus productifs et stables, adaptés au changement climatique, en explorant les bénéfices de l'association sorgho-niébé, combiné a des choix contrastés de variété de sorgho, de fertilisation minérale et de date de semis. L'approche était basée sur un travail d'enquête, d'expérimentation au champ et de simulation à l'aide d'un modèle de culture, pour un cas d'étude au centre du Mali en Afrique de l'Ouest. Une première étape a porté sur l'identification de la perception du changement climatique par les agriculteurs et les stratégies d'adaptation agricole qu'ils considèrent pertinentes pour faire face à la variabilité et au changement climatique. En second lieu, le modèle de culture STICS a été calibré sur la base de deux années d'expérimentation (2017, 2018) de la culture associée sorgho-niébé à la station agronomique de N'Tarla. Dans ce dispositif expérimental, deux variétés de sorgho (locale et améliorée) avec une sensibilité contrastée à la photopériode ont été étudiées en culture pure et en culture associée avec le niébé. Deux dates de semis et deux niveaux de fertilisation minérale ont également été étudiés
In the Sudano-Sahelian zone of West Africa, agricultural productivity is strongly affected by climate variability and change. Agricultural production is dominated by rainfed cereal production such as maize, millet and sorghum for food consumption. Farmers have small and variable yields, leading to increasing uncertainty about their ability to produce more to feed a rapidly growing population. The aim of this thesis was to design more productive and stable cropping systems, adapted to climate change, by exploring the benefits of sorghum-cowpea intercropping, combined with contrasting choices of sorghum variety, mineral fertilisation and sowing date. The approach was based on a survey, field experimentation and simulation using a crop model, for a case study in central Mali in West Africa. The first step was to identify farmers' perceptions of climate change and the agricultural adaptation strategies they consider relevant to cope with climate variability and change. Secondly, the STICS crop model was calibrated on the basis of two years of experimentation (2017, 2018) of the sorghum-cowpea intercrop at the N'Tarla agronomic station. In this experimental set-up, two sorghum varieties (local and improved) with contrasting sensitivity to photoperiod were studied in sole crops and in intercropping with cowpea. Two sowing dates and two levels of mineral fertilisation were also studied. The relevance of the model to represent competition and complementarities between sorghum and cowpea fo water and nitrogen use was evaluated. Finally, the performance (average productivity and productivity stability of a range of technical options for integrated soil fertility management

En Afrique de l’Ouest, les précipitations durant la période d’été ont connu, au cours du XXe siècle, de fortes modulations aux échelles de temps décennales. On note en particulier une période très humide vers les années 60 suivie d'un épisode de sécheresse durant les années 80 et une reprise des pluies au cours des années 2000. Ces modulations ont des conséquences socio-économiques régionales majeures. Considérées comme l’un des plus grands signaux du changement climatique en Afrique, elles ont fait l'objet de nombreuses études afin de comprendre leur(s) origine(s) et d’anticiper les prochains changements. Ces modulations ont longtemps été associées à la variabilité interne du système climatique et notamment à un rôle de la température de surface de l’océan Atlantique. De récentes études montrent cependant une contribution notable des forçages externes notamment les gaz à effet de serre et les aérosols anthropiques en particulier au cours de la seconde moitié du XXe siècle, soit via les températures de surface de l’océan Atlantique soit via un forçage radiatif direct. Dans tous les cas, le lien avec les températures de surface de l’océan offrent des perspectives de prévisibilité de ces modulations des précipitations. Les prévisions climatiques décennales ont été développées afin d’exploiter cette source de prévisibilité. Elles sont potentiellement très importantes pour la planification économique et structurelle en Afrique de l’Ouest. Dans cette thèse, nous proposons d’attribuer, en premier lieu, les modulations décennales des précipitations au Sahel sur la période temporelle de 1901-2014. En second lieu, nous proposons d’évaluer la prévision des précipitations en Afrique de l’Ouest à l’échelle de temps décennale sur la période 1968-2012. Toute cette étude est réalisée par le diagnostic de simulations climatiques réalisées à partir de modèles contribuant à la phase 6 du projet d’intercomparaison des modèles couplés. Étant donné que les modèles couplés sous-estiment communément le maximum de précipitation au Sahel durant la période d’été, nous avons commencé par proposer un domaine adaptatif des pluies au Sahel. Nos résultats de la première partie de cette thèse montrent que les forçages externes en particulier les aérosols anthropiques contribuent significativement à la chronologie des modulations décennales des précipitations sahéliennes. Ces aérosols modulent en effet la température de surface de l'océan qui se traduit en modulations de précipitation au Sahel par les déplacements de la zone de convergence intertropicale et de la dépression thermique saharienne. La seconde partie de cette thèse s'intéresse à la prévisibilité des précipitations à l’échelle de temps décennale en Afrique de l’Ouest et en particulier au Sahel. Nos résultats montrent que les précipitations sont prévisibles au Sahel dans 5⁄8 des modèles étudiés à une échéance temporelle entre 1 et 10 ans. Cependant, seuls 3 de ces 5 modèles simulent un signal décennal combiné à une variance totale réaliste à ces échéances. La moyenne multi-modèle est généralement plus prévisible que la majorité des modèles individuels. L’initialisation des variables climatiques permet d’améliorer les scores de prévision des précipitations au Sahel pour la moyenne multimodèle et 3⁄5 des modèles montrant une prévisibilité et la fiabilité des prévisions pour un seul modèle. Cet impact de l’initialisation relativement réduit corrobore l’importance des forçages externes déduits de la première étude. En conclusion, nos résultats suggèrent que les effets anthropiques sur le climat deviennent des facteurs majeurs pour expliquer les modulations décennales des précipitations moyennes de mousson au Sahel. En perspective, ces modulations sont associées, au cours du XXe siècle, à des pluies extrêmes qui sont devenues fréquentes de nos jours. Il serait intéressant de se demander si ces pluies extrêmes sont prévisibles en Afrique de l’Ouest aux échelles de temps décennales
In West Africa, rainfall during the summer period (July, August and September) has shown strong modulations on decadal time scales during the 20th century. In particular, there was a very wet period in the 1960s followed by a drought in the 1980s and a recovery of rainfall in the 2000s. These modulations have major regional socio-economic consequences. Considered as one of the most important signals of climate change in Africa, they have been the subject of numerous studies in order to understand their origin(s) and to anticipate future changes. These modulations have long been associated with the internal variability of the climate system and in particular with the role of the surface temperature of the Atlantic Ocean. However, recent studies show a significant contribution of external forcings, notably greenhouse gases and anthropogenic aerosols, in particular during the second half of the 20th century, either via Atlantic Ocean surface temperatures or via direct radiative forcing. In all cases, the link with ocean surface temperatures offers prospects for predicting these precipitation modulations. Decadal climate forecasts, i.e. with a 5-30 year time horizon, have been developed to exploit this source of predictability. They are potentially very important for economic and structural planning in West Africa. In this thesis, we propose to attribute, first, the decadal modulations of Sahel rainfall over the time period of 1901-2014. Secondly, we propose to evaluate the prediction of rainfall in West Africa on the decadal time scale over the period 1968-2012. All this study is carried out through the diagnosis of climate simulations carried out from models contributing to the phase 6 of the coupled models intercomparison project. Since coupled models commonly underestimate the maximum rainfall in the Sahel region during the summer period, we first proposed an adaptive rainfall domain for the Sahel. Our results from the first part of this thesis show that external forcings, in particular anthropogenic aerosols, contribute significantly to the timing of decadal modulations of Sahel rainfall. These aerosols indeed modulate the ocean surface temperature which is translated into precipitation modulations in the Sahel by the displacement of the intertropical convergence zone and the Saharan Heat Low. The second part of this thesis focuses on the predictability of precipitation on decadal time scales in West Africa and in particular in the Sahel. Our results show that rainfall is predictable in the Sahel in 5⁄8 of the models studied at lead times between 1 and 10 years. However, only 3 of these 5 models simulate a decadal signal combined with a realistic total variance (signal-to-noise ratio close to 1) at these lead times. The multi-model mean is generally more predictable than the majority of individual models. Initialization of climate variables improves Sahel rainfall prediction skills for the multi-model mean and 3⁄5 of the models showing predictability and forecast reliability for a single model. This relatively small impact corroborates the importance of external forcings inferred from the first part of this thesis. In conclusion, our results suggest that anthropogenic effects on climate become major factors in explaining decadal modulations of mean monsoon rainfall in the Sahel. In perspective, these modulations are associated, during the 20th century, with extreme rainfall events that have become frequent nowadays. It would be interesting to ask whether these extreme events are predictable in West Africa on decadal time scales

Ces travaux de thèse présentent l'étude du forçage radiatif direct et semi-direct ainsi que les impacts climatiques associés, qu'exercent les particules d'aérosols désertiques et de feux de biomasse sur le climat régional ouest Africain pendant la saison sèche. Dans ce cadre, le modèle de climat régional RegCM3 a été utilisé en lien avec les observations in-situ des campagnes DABEX/AMMA-SOP0, les mesures photométriques (AERONET/PHOTONS) et satellitaires (PARASOL, MODIS, OMI et MISR). Le modèle RegCM3 configuré spécifiquement pour représenter les aérosols d'Afrique de l'ouest a été évalué au cours d'une simulation de la saison sèche 2006. Dans cette configuration, le modèle s'est montré capable d'estimer raisonnablement les quantités d'aérosols pour des applications climatiques et les variations d'albédo de simple diffusion. Pendant les mois de décembre et janvier, l'albédo de simple diffusion simulé au-dessus du Sahel se situe entre 0.81 et 0.83 (à 440 nm) quand les aérosols de feux de biomasse dominent le mélange atmosphérique. Pendant les mois de mars et avril, pour lesquels les aérosols désertiques dominent, l'albédo de simple diffusion simulé se situe entre 0.90 et 0.92 (à 440 nm). Le forçage radiatif direct au sommet de l'atmosphère (visible + infrarouge) est majoritairement négatif sur l'ensemble du domaine et compris entre -5.0 W/m² et -4.0 W/m². Sur le Sahara, le forçage radiatif direct TOA est proche de zéro (-0.15 W/m²). La grande divergence entre le forçage radiatif direct au sommet de l'atmosphère et en surface indique que l'absorption est importante au sein de l'atmosphère (forçage radiatif direct atmosphérique de +11.47 et +24.40 W/m² au-dessus du Sahara et du Sahel, respectivement). Du fait de leur albédo de simple diffusion relativement bas, les aérosols de feux de biomasse contribuent principalement à ce réchauffement atmosphérique. Ceci se traduit à l'échelle régionale par un taux d'échauffement radiatif atmosphérique (dans le visible) compris entre +0.2 et +0.6 K/jour en moyenne journalière dans la couche d'aérosol de feux de biomasse localisée entre 2 et 5 km. Deux simulations à plus longue échéance sur la période 2001-2006 ont été menées pour étudier les conséquences de ce forçage radiatif sur le climat régional pendant la saison sèche. Une simulation DUST (aérosols désertiques) et BBDUST (aérosols désertiques + aérosols de feux) sont réalisées en prenant en compte les rétroactions liées au forçage radiatif direct. L'important forçage radiatif en surface réduit l'énergie radiative disponible au sol. Ceci conduit à des perturbations significatives du bilan énergétique en surface. Au-dessus du Sahara, les réductions de flux de chaleur sensible sont proches dans les expériences DUST et BBDUST (respectivement -5.52 W/m² et -6.65 W/m²). Au niveau du Sahel en revanche, l'inclusion des aérosols de feux de biomasse diminue plus fortement le flux de chaleur sensible (-16.59 W/m² dans l'expérience BBDUST et -5.37 W/m² dans l'expérience DUST). La réponse du flux de chaleur latente est plus complexe et dépend à la fois de la localisation des sources d'aérosols et des espèces considérées. Ainsi, la réponse des champs de précipitations simulés due aux effets radiatifs direct et semi-direct des aérosols diffère fortement entre les deux expériences. Dans l'expérience DUST, les précipitations sont réduites sur la majorité du domaine avec une diminution maximum au centre du continent. Dans l'expérience BBDUST, les aérosols de feux de biomasse augmentent les précipitations pour cette sous-région. L'augmentation des précipitations semble reliée à une augmentation locale de l'activité convective au-dessus de 500 hPa sous l'effet d'un mécanisme de pompe thermique.

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.

Cette thèse aborde une caractérisation d'évènements qui stucturent et modulent le cycle saisonnier des pluies en Afrique de l'Ouest. La mise en place de la mousson est étudiée à partir du déplacement méridien de la Zone de Convergence Intertropicale qui montre une transition rapide entre deux positions d'équilibre marquée par une amplification de la dynamique des basses pressions sahariennes. On s'attache également à décrire les fluctuations intra-saisonnières de la convection en Afrique de l'Ouest qui s'expriment dans deux bandes de fréquences à 15 jours et à 40 jours en cohérence avec la dynamique atmosphérique des basses couches et l'échelle des systèmes convectifs. Les applications agronomiques sont abordées en utilisant le modèle SARRA-H du CIRAD. Il est montré que la prise en compte de la mise en place de la mousson comme date de semis améliore le rendement et qu'il existe un impact fort des séquences sèches intra-saisonnières selon le degré de développement de la culture
By using daily rainfall data and wind reanalyses over the period 1968-1990 we document two main aspects of the West African monsoon dynamics : the onset of the monsoon and the intraseasonal modulation of convention. It is shown that the onset stage is linked to an abrupt latitudinal shift of the Inter-Tropical Convergence Zone associated to the heat low dynamics. We also show the evidence of coherent fluctuations in the rainfall and wind fields in two spectral windows : around 15 days, and between 30 and 40 days. These fluctuations are characterized by a westward propagation of large cyclonic and anticyclonic anomalies with a modulation of Mesoscale Convective System characteristics. By using a crop model SARRA-H (CIRAD), we study the agricultural impacts. It is shown that our definition of the onset can improve the yield through a better choice of the showing date. It is also shown a strong impact of extra-seasonal dry sequences during the flowering and the grain ripening phases

Le système fluvial est façonné par des flux hydrologiques et de matières dont la dynamique dépend essentiellement des conditions environnementales au sein du bassin versant. Les enregistrements sédimentaires du fond de vallée représentent alors un indicateur clé de l’évolution des relations Nature/Société. Pourtant, en Afrique de l’Ouest, la recherche s’est souvent concentrée sur d’autres milieux, en particulier lacustres. Dans ce contexte, nous proposons un modèle d’évolution sur le temps long d'un système fluvial afin de s’interroger sur les variables de contrôle (naturelles et/ou anthropiques) ayant pu intervenir. Cette recherche s’appuie sur l’étude du bassin versant du Yamé, un affluent de rive droite du Niger (Pays Dogon, Mali). Deux approches ont été développées : (1) une approche géomorphologique qui permet de reconstituer les dynamiques hydro-sédimentaires de la vallée du Yamé et (2) une approche biogéographique qui, au travers de l’analyse des phytolithes contenus dans les dépôts, nous renseigne sur l’évolution de la végétation au cours de l’Holocène. Ce travail de thèse permet de mieux comprendre les transformations du système fluvial en réponse aux crises climatiques. Enfin, il questionne aussi les conséquences environnementales des transitions économiques, sociétales et techniques des derniers millénaires, telles que l’émergence de l'agriculture, de l’élevage, de la métallurgie et plus récemment l’accroissement de la population. Nous proposons ainsi d’apporter de nouvelles connaissances sur l’évolution climatique et anthropique de l’Afrique de l’Ouest et plus généralement sur l’impact de l’anthropisation sur les systèmes fluviaux soudano-sahéliens
The fluvial system is shaped by water discharge and sediment supply which dynamics are depending on the watershed environmental conditions. Valley bottom sedimentary records are also a crucial indicator of the relationships between nature and societies. However, in West Africa, researches were mostly focused on other environments, principally lacustrine environments. In this context, a long term evolution model of the fluvial system is proposed in order to question the acting controlling factors (natural and/or anthropogenic). This research is focused on the study of the Yamé watershed, a right bank tributary of the Niger River (Pays Dogon, Mali). Two approaches were developed to answer the research questions: (1) a geomorphological approach permitting reconstructing the hydro-sedimentary dynamics of the valley and (2) a biogeographical approach informing on the Holocene vegetation dynamics, by means of phytoliths analysis. This work permits better understanding the transformations of the fluvial system as a response to climatic crises. Finally, it questions the environmental consequences of the economic, societal and technical transitions which marked the last centuries such as the emergence of agro-pastoral activities and metal industry or more recently the population growth. This work finally proposes to highlight new knowledge about the climatic and anthropogenic evolution of western Africa, and more globally on the human impact on sudano-sahelian environments

La CEDEAO est une organisation économique communautaire sous-régionale de l’Afrique de l’Ouest qui a été créée en 1975 dans un but purement économique. Lors de sa création, elle a observé le principe de la non-ingérence dans les affaires intérieures des Etats. Cependant, en 1993, lors de la révision de son traité, elle observe un changement radical de doctrine. En effet, indifférente des régimes politiques de ses Etats membres, elle s’ingère et cela de façon significative dans les affaires intérieures des Etats notamment dans la désignation des gouvernants, le fonctionnement des institutions internes et la protection des droits de l’homme. Ce qui a conduit l’organisation à se doter de moyens contre le changement anticonstitutionnel. L'organisation s’implique contre ce fléau dans le cadre de la sécurité collective sous-régionale. En effet, depuis la révision de son traité en 1993, elle observe avec une attention particulière, le fonctionnement des institutions internes de ses Etats, la dévolution du pouvoir et la protection des droits de l’homme. Cette thèse traite les moyens mis en place par l’organisation contre les changements anticonstitutionnels de pouvoir. Elle relève les avancées et les écueils, elle fait aussi des propositions d’amélioration
The Economic Community of West-African States is a sub-regional organization that was created in 1975, initially with a purely economic purpose. Since its inception, the organization has observed a clear principle of non-interference in its member-states” internal affairs. But since then, the recrudescence of coups that affected political stability in various member-states and economic development for the sub-region, have led the organization to operate a change in its doctrine and missions. Indifferent to the political regimes of its member-states, and their effect on Human rights protection, ECOWAS has been increasingly involved in conflict prevention and anti- constitutional changes in power. For ECOWAS, coups fall under its mission to promote and preserve sub-regional collective security. Since the 1993 revision of the Lagos Treaty that saw its creation, ECOWAS pays close attention to the inner working of its member-states” institutions, the legality and constitutionality of power transfers as well as the protection of Human rights. This dissertation deals with the instruments developed by the sub-regional organization to prevent and counter anti- constitutional power transfers. It pays attention to the progresses made as well the tools missing from ECOWAS’ legal arsenal. At last, this dissertation offers a set of proposals designed to improve the organization’s capacity to prevent and respond to coups threatening its member- states political stability and the region’s security

Ce travail de doctorat a pour objectif de comprendre les mécanismes et les réponses régionales de la variabilité climatique pendant la dernière déglaciation et l’Holocène en Méditerranée occidentale. Les environnements méditerranéens sont particulièrement vulnérables face aux aléas climatiques et à la pression anthropique. Il s'agit ainsi de discuter les forçages naturels et anthropiques à partir de signaux paléoenvironnementaux marins et continentaux couvrant les derniers 14 000 ans. Pour ce faire, deux séquences sédimentaires (Marge Algérienne et Golfe du Lion) ont fait l'objet d’études multiproxies principalement basées sur les études palynologiques (pollen, kystes de dinoflagellés et palynomorphes non-pollmiques), associées à des études sédimentologiques (MSCL, XRF, XRD), isotopiques, biomarqueurs moléculaires (alcénones et n-alcanes) ainsi que sur des quantifications climatiques et hydrologiques. L'analyse croisée de ces signaux, acquis avec une résolution moyenne de 150 ans sur l'Holocène et 30 ans sur l'évènement extrême du 4.2 ka BP, a permis de discuter des interactions océan-atmosphère-surfaces continentales, en questionnant l’évolution des biosphères marine et continentale au cours de l'Holocène. Ces études paléoenvironnementales s’appuient en amont sur l'étude des assemblages dinokystes et pollen reconstruits dans les sédiments modernes des deux zones d'étude. En synthèse, ce travail a permis de mettre en évidence de fortes disparités régionalisées à l’échelle orbitale et infra-orbitale selon des transects ouest-est et nord-sud. L’impact croissant des sociétés humaines, lié à une ouverture de plus en plus marquée des paysages, est discuté sur la marge algérienne depuis 5 000 ans BP, et dans le Golfe du Lion sur les derniers 1000 ans BP, avec une plus forte transmission des marqueurs d'anthropisation sur le plateau à partir de la mise en place des conditions hydrographiques modernes à partir d’environ 3 000 ans BP
The aim of this PhD work is to understand the mechanisms and regional responses of climate variability during the last deglaciation and the Holocene in the western Mediterranean Basin. Mediterranean environments are particularly vulnerable to climate hazards and anthropogenic pressure. The aim is to discuss natural and anthropogenic forcing from marine and continental palaeoenvironmental signals covering the last 14,000 years. To this end, two sedimentary sequences (Algerian Margin and Gulf of Lion) were the subject of multiproxy studies mainly based on palynological studies (pollen, dinoflagellate cysts and non-pollen palynomorphs), associated with sedimentological studies (MSCL, XRF, XRD), isotopic studies, molecular biomarkers (alkenones and n-alkanes) as well as climatic and hydrological quantifications. The cross-analysis of these signals, acquired with an average resolution of 150 years over the Holocene and 30 years over the extreme event of the 4.2 ka BP, has allowed us to discuss ocean-atmosphere-continental surface interactions, questioning the evolution of the marine and continental biospheres during the Holocene These palaeoenvironmental studies are based on the study of dinocyst and pollen assemblages reconstructed in the modem sediments of the two study areas. In summary, this work has revealed strong regional disparities at the orbital and infra-orbital scales along west-east and north-south transects. The growing impact of human societies, linked to an increasingly marked opening of the landscape, is discussed on the Algerian margin since 5000 years BP, and in the Gulf of Lion over the last 1000 years BP, with a stronger transmission of anthropisation markers on the shelf from the establishment of modem hydrographic conditions at around 3000 years BP

Le secteur agricole africain a été le parent pauvre des politiques de développement du siècle dernier, ne favorisant pas l'émergence d'une révolution verte comme en Asie du Sud ou, dans une moindre mesure, en Amérique Latine. Le continent détient pourtant une capacité de production importante mais les rendements observés restent très faibles. De nombreux défis menacent par ailleurs le développement du secteur agricole et la sécurité alimentaire en Afrique Subsaharienne : croissance démographique élevée, augmentation du prix des énergies fossiles nécessaire à l'intensification telle que l'ont connue les pays occidentaux, réchauffement climatique. Dans ce contexte, il est nécessaire de repenser certains choix organisationnels afin de permettre un développement du secteur agricole à même de faire face à ces défis. La sécurité alimentaire en Afrique est intrinsèquement liée aux revenus des ménages ruraux, pour lesquels la production agricole joue un rôle majeur. L'approvisionnement futur du continent semble dépendre de l’adoption d'innovations autorisant une intensification agricole qui permettrait une gestion durable des ressources rares. Nous étudions deux formes de changements organisationnels que sont la structure de marché des filières coton en Afrique Subsaharienne et les assurances fondées sur des indices météorologiques ou d'imagerie satellite. Dans les deux cas il s'agit de limiter les effets de pièges à pauvreté afin d'augmenter l'investissement agricole et donc le rendement moyen de long terme, en dépit de contraintes latentes de crédit et des risques qui pèsent sur le processus productif et la commercialisation
The PhD dissertation dealt with two kinds of organisational changes that aim at defining paths for future agricultural development in sub-Saharan African countries. Both were related to market, the first concerned cash crop market structure and reforms, the access to second financial markets and more particularly insurances. The two first chapters were dedicated to institutional changes. We looked empirically for supply responses of market reforms in the cotton sector of 16 sub-Saharan African countries. We controlled for the availability of environmental factors on yield and area cultivated with cotton using the average of available precipitations and temperatures during the crop cycle, weighted by density of cotton cultivation over national cotton production zones. We found that reforms leading to regulation and strong competition had a significant impact, both on area and yield (but no significant impact of reforms leading to low competition). In a nutshell, reforms have generally led to higher yields but that introducing strong competition significantly lowered the area cultivated with cotton. The three last chapters concerned a relatively recent organisational innovation designed for fostering investments and technology adoption: weather index-based insurance mechanisms. I studied the potential of index-based insurances in developing countries, using detailed agronomic data on cotton cultivation in Northern Cameroon and millet cultivation in South-West Niger, matched, in both cases, with observations from high density networks of rainfall stations. Those papers compare the performance of various meteorological indices based on daily rainfall data

La phase organique sedimentaire du lac de cratere massoko (9\2000 s, 33\4520 e, tanzanie du sud) a ete etudiee pour reconstruire les paleoenvironnements depuis 40000 ans bp. Outre la distribution du carbone organique de l'azote total et de la silice biogenique ont ete extraites et mesurees deux fractions organiques : les pigments, marqueurs de la productivite phytoplantonique et les phenols des lignines, traceurs des apports par ruissellement. L'evolution de ces parametres conduit aux variations climatiques suivantes : de 40000 a 30000 ans bp, la couverture arboree dicotyledone du bassin versant et la forte production lacustre revelent une periode de precipitations importantes. De 30000 a 14500 ans bp, l'etat trophique se deteriore et les produits organiques allochtones refletent une couverture arboree tres ouverte marquant un climat plus sec. A partir de 13500 ans bp et pendant toute la periode qui semble synchrone au blling-allerd, les conditions de pluviosite se retablissent, la couverture arboree se developpe de nouveau et la productivite du lac s'ameliore. La transition pleistocene superieur-holocene est immediatement suivie par une courte periode de secheresse relative entre 11500 et 10500 ans bp, ou l'oligotrophie est accompagnee par un developpement d'un tapis graminneen. Pendant l'holocene inferieur, jusqu'a 5500 ans bp, les arbres se reinstallent et la productivite lacustre s'accroit de nouveau, signe de conditions plus humides. Durant les derniers 4000 ans bp, la chute progressive de productivite et l'eclaircissement de la vegetation temoignent d'un faible ruissellement lie a une diminution des precipitations. Le changement majeur de l'holocene superieur, a 1500 ans bp est d'origine climatique mais serait aussi lie a l'activite humaine : la productivite et la vegetation sont affectees et les conditions actuelles plus seches s'etablissent a partir de cet evenement.

La mousson d'Afrique de l'Ouest (MAO) est un système complexe dans lequel interagissent de nombreux processus et mécanismes, rendant difficile son étude à partir des modèles atmosphériques tradionnels. Dans le cadre du projet AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) la dynamique de la MAO est analysée ici à partir d'un modèle idéalisé à deux dimensions (méridien-vertical). Le but de l'approche est alors de considérer un système plus simple que la réalité afin mieux comprendre les mécanismes pilotant la MAO. Des simulations d'un régime permanent de juillet et du cycle saisonnier de la MAO permettent d'établir l'importance du désert saharien et de la mer Médirerranée sur la pénétration de la mousson vers le nord. Le cycle diurne et saisonnier de la mousson sont analysés en terme de bilans de température et d'humidité, aboutissant à des schémas conceptuels de d'équilibre et de propagation de la mousson. En particulier, l'interaction entre couche de mousson et flux d'Harmattan est un des points clé du mécanisme de propagation de la mousson, aussi bien à l' échelle saisonnère que diurne
The West African Monsoon (WAM) is a complex system involving numerous processes and mechanisms interactions, that makes difficult its study using traditional atmospheric models. Within the scope of the AMMA project (African Monsoon Multidisciplinary Analysis), the WAM dynamics is analyzed here using an idealized two dimensional numerical model. The goal of this approach is to consider a system more simple than the observed one in order to better understand the basic driving mechanisms of the WAM. Simulations performed for a permanent July regime and a complete seasonal cycle highlight the importance of the Saharan desert and the Mediterranean Sea on the inland penetration of the monsoon. The diurnal and seasonal cycle of the West African monsoon are analyzed using temperature and humidity budgets and lead to conceptual schemes of the eauilibrium and propagation of the monsoon. In particular, the interaction between the monsoon layer and the Harmattan is central to the mechanism of propagation for both the diurnal and seasonal scales

Nous effectuons un traitement automatique, avec un étiqueteur morphosyntaxique, d'un corpus diachronique de 400 000 mots constitué de journaux en langue yorùbá (Nigeria) publiés entre les années 1930 et les années 2000, saisi et standardisé manuellement. Les résultats de cet étiquetage servent dans un deuxième temps de données à une analyse des changements syntaxiques intervenus au cours de cette période. L'accent est mis sur les phénomènes de grammaticalisation et les constructions verbales sérielles. Le chapitre 1 présente le yorùbá dans le cadre théorique de la Grammaire Lexicale Fonctionnelle (Lexical Functional Grammar, LFG) et décrit l'outil d'étiquetage. Le chapitre 2 présente la presse yorùbá d'un point de vue historique, décrit le corpus et sa standardisation et se clôt sur une étude succinte du vocabulaire de la presse. Le chapitre 3 présente les changements syntaxiques découverts
We use a part-of-speech tagger for an automatic processing of a 400. 000 words diachronic corpus of newspapers in Yoruba language (Nigeria) published between the 1930's and the 2000's, typed and standardized manually. The results of this tagging are then used as data for an analysis of syntactic changes having occured during that period. The focus is on grammaticalisation phenomena and serial verb constructions. Chapter 1 presents the yoruba language in the Lexical Functional Grammar framework and describes the tagger. Chapter 2 introduces the Yoruba press from a historical perspective, describes the corpus and its standardization, and ends on a brief study of the press vocabulary. Chapter 3 presents the syntactic changes that have been discovered

L'érosion mécanique des surfaces continentales, ou "détritisme", résulte du forçage climatique mais peut être amplifiée par le forçage anthropique. Cette érosion des sols, et sa compréhension, représentent aujourd'hui un questionnement sociétal majeur. Le présent travail s'est donc intéresse aux relations étroites liant climat, Homme et détritisme, dans les environnements continentaux holocènes. Associée à une démarche analytique multiparamètres, couplant quantification et modélisation de l'érosion des sols, l'étude intégrée et la comparaison de différents systèmes lacustres d'Europe occidentale, d'altitude et de piedmont, alpins et pyrénéens, a permis d'obtenir les informations suivantes. A long terme, la bipartition climatique Holocène (Optimum Climatique/Néoglaciaire) s'illustre par une augmentation de l'humidité, généralisée en Europe occidentale, et de l'ordre de 800 mm/an dans les Alpes françaises. Cette transition résulterait d'un relais entre le forçage solaire et le couplage océan/atmosphère. A court terme, l'Holocène est ponctué de périodes plus humides ou plus sèches, synchrones a l'échelle de l'Europe occidentale, et culminant avec le Petit Age Glaciaire. La présence humaine est d'abord mise en évidence dans les systèmes de piedmont et est synchrone a l'échelle des Alpes (Néolithique). Elle parait plus tardive dans les sites de haute altitude (Age du Bronze). L'implantation humaine en altitude et en piedmont est régulée par l'accessibilité aux sites, mais également par des rétroactions climatiques négatives. En piedmont, ces rétroactions négatives ne sont effectives que jusqu'à l'Age du Fer. Si le détritisme est dans un premier temps principalement controlé par le climat, il subit les conséquences de l'anthropisation des le Néolithique dans les Préalpes. Cette anthropisation est limitée aux systèmes de piedmont, ou elle explique jusqu'à 50% de l'érosion des sols, notamment pendant l'Age du Bronze, l'Age du Fer et le dernier siècle.

Malgré l'insistance mise par la communauté internationale sur la nécessité de promouvoir la sécurité alimentaire partout et pour tous, 795 millions de personnes souffrent toujours de la faim à travers le monde, dont les deux tiers vivent en zone rurale. Cette thèse vise à offrir une meilleure appréhension des déterminants de l'insécurité alimentaire des ménages ruraux, dans le contexte de l'Afrique Sub-Saharienne. Dans un premier temps, ce travail souligne les limites des mesures actuelles de la sécurité alimentaire et évalue la validité statistique d'une mesure innovante basée sur une échelle multidimensionnelle. S'appuyant sur les apports d'une telle mesure, ce travail développe dans un second temps une approche micro-économétrique afin d'analyser le rôle joué par le nombre d'enfants et les comportements de fécondité des ménages sur leur condition de sécurité alimentaire. Enfin, cette thèse interroge dans quelle mesure des motifs liés au bien-être du ménage, et en premier lieu d'une meilleure sécurité alimentaire, peut expliquer l'existence paradoxale de profits négatifs observés au sein de nombreuses exploitations agricoles
Despite the emphasis put by the international community on the need to achieve food security, still today 795 million of people suffer from hunger, two thirds of whom live in rural areas. This thesis aims at shedding light on the determinants that cause households food insecurity in the Sub-Saharan context. The first part of this work illustrates the shortcomings of existing measures of food security and assesses the statistical validity of a multidimensional food security scale. Based on such statistical analysis, I, then, turn to a micro-econometric approach for investigating the role played by the number of children in granting household food security. Lastly, I explore whether household welfare related priorities, among which achieving food security, might explain the puzzling existence of negative profits in agricultural activities

Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue. Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDex 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain. De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite. Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA)

Idéalement située à la confluence entre climat tropical et climat tempéré, l'Afrique australe est une zone très sensible aux variations des conditions climatiques. Cette région fait cependant preuve d'un manque de données paléoclimatiques important, et les méthodes de reconstruction traditionnelles trouvent rapidement leurs limites face aux conditions particulières qui y sévissent. Les méthodes de reconstruction quantitatives communément employées se révèlent inutilisables face aux conditions d'aridité extrêmes qui ne permettent que très rarement l'accumulation et la préservation de pollen moderne et fossile et se confrontent également aux particularités de la végétation abritée par cette région. L'objectif de ces travaux de thèse vise à développer une méthode de reconstruction quantitative basée sur des données polliniques fossiles, à partir de la relation entre la distribution actuelle des taxons polliniques et le climat en Afrique australe. Nous avons développé une fonction de transfert utilisant les propriétés des fonctions de densité de probabilité (pdfs), permettant de transformer l'information contenue dans un assemblage pollinique en estimation quantitative du climat. En parallèle, cette étude a permis de développer une méthode permettant de sélectionner les espèces les plus probables à inclure dans chaque type pollinique qui compose un assemblage. Cette méthode de sélection des espèces (SSM) a permis de pallier la faible résolution taxonomique des données polliniques de cette région caractérisée par une biodiversité élevée et d'affiner la méthode des espèces indicatrices, afin de la rendre utilisable en Afrique australe. Cette méthodologie a été appliquée aux données polliniques du site de Wonderkrater (Afrique du Sud). Les résultats observés et leur comparaison avec ceux provenant de sites régionaux ont permis de déterminer que les températures estivales et hivernales étaient 6±2°C inférieure au cours du LGM et du Younger Dryas et que les précipitations au cours de la saison humide étaient 50% moins importantes qu'actuellement. Ces résultats montrent que les SST enregistrées dans le canal du Mozambique régissent les conditions hydrologiques du continent adjacent, en opposition avec la possible implication de l'ITCZ sous ces latitudes. Les résultats indiquent également que les deux tropiques montrent des tendances climatiques similaires au cours des derniers 20 000 ans. La méthode a ensuite été appliquée à un enregistrement pollinique provenant de la région du fynbos (Afrique du Sud). Les résultats ont montré les limites de la méthode au vu de la faible amplitude de reconstruction obtenue pour les températures entre le LGM et l'Holocène (~2°C). Les résultats ont néanmoins permis de mettre en évidence que les températures montraient un pattern similaire à celui observé en Antarctique. Nous avons également pu montrer que les périodes glaciaires coïncidaient avec les périodes les plus humides, en accord avec le modèle de Cockroft (1987). Ce modèle dérive du mécanisme de migration des « westerlies » vers l'équateur au cours des périodes glaciaires, en réponse au déplacement du vortex circcum polaire. Les travaux issus de cette thèse ont montré qu'il était possible d'utiliser la distribution actuelle des plantes pour estimer les variations quantitatives des changements climatiques passés, dans la plupart des configurations botaniques et climatiques rencontrées en Afrique australe. La méthode de sélection des espèces se révèle être un outil indispensable dans cette région de haute biodiversité. Ces travaux offrent des perspectives intéressantes dans cette zone actuellement dépourvue de reconstructions climatiques quantitatives. Cependant, les résultats émanant des deux cas d'études ont mis en évidence des faiblesses et des limites méthodologiques qui devront faire l'objet d'études supplémentaires afin d'en améliorer les performances
Located at the interface between tropical and temperate climate systems, southern Africa is a particularly sensitive region in terms of long-term climate change. However, few reliable paleoclimatic records exist from the region – largely as a result of the arid climate with precludes the preservation of wetland sequences - , and virtually no quantitative reconstructions are available.The aim of this thesis is to develop quantitative palaeoclimate reconstruction method based the relation between modern plant distributions and climate in southern Africa. We develop botanical-climatological transfer functions derived from probability density functions (pdfs), allowing for quantitative estimates of the palaeoclimatic variables to be calculated from fossil pollen assemblages. In addition, a species-selection method (SSM) based on Bayesian statistics is outlined, which provides a parsimonious choice of most likely plant species from what are otherwise taxonomically broad pollen-types. This method addresses limitations imposed by the low taxonomic resolution of pollen identification, which is particularly problematic in areas of high biodiversity such as many regions of southern Africa.This methodology has been applied to pollen record from Wonderkrater (South Africa). Results indicate that temperatures during both the warm and cold season were 6±2°C colder during the Last Glacial Maximum and Younger Dryas, and that rainy season precipitation during the Last Glacial Maximum was ~50% of that during the mid-Holocene. Our results also imply that changes in precipitation at Wonderkrater generally track changes in Mozambique Channel sea-surface temperatures, with a steady increase following the Younger Dryas to a period of maximum water availability at Wonderkrater ~3-7 ka. These findings indicate that the northern and southern tropics experienced similar climatic trends during the last 20 kyr, and highlight the role of variations in sea-surface temperatures over the more popularly perceived role of a shifting Intertropical Convergence Zone in determining long-term environmental trends.This method has also been applied to a pollen record from Pakhuis Pass, in the Fynbos Biome (South Africa). Results show the limitations of quantitative methods, with only unrealistically low amplitude being reconstructed between the Last Glacial Maximum and Holocene (~2°C). However, results indicate that the reconstructed temperature trends, if not amplitudes, are similar to trends observed in Antarctic ice core records. Further, in reconstructing past humidity, we show that over the last 18 kyr, cooler conditions appear to be generally wetter at the site. These results are consistent with Cockcroft model (1987), derived from equatorward shift of the westerlies resulting from expansions of the circum-polar vortex.This study shows the potential of using modern plant distributions to estimates past climate parameters in southern Africa, and the species selection method proves to be a useful tool in region with high biodiversity. This work provides a novel perspective in the region, where no quantitative paleoclimatic reconstructions have been available. However, results from Pakhuis Pass highlight some of the limitations of this methodology, which will be subject of future work in this promising field of inquiry

L’objectif de ce projet est de réaliser l’étude d’écologie moléculaire, non pas d’une espèce isolée, mais d’un groupe fonctionnel. Dans l’écosystème forestier africain, certaines espèces sont caractéristiques de la forêt, d’autres de la savane, et ont connu des phases d’expansion et de régression au cours des changements climatiques du quaternaire. Leur génome a-t-il enregistré un signal commun de l’histoire démographique qui en a résulté ? J’ai travaillé sur 9 espèces du genre Zaprionus (Drosophilidae). J’ai obtenu pour six d’entre elles un jeu de données complet comprenant deux échantillonnages populationnels N=20 (15 dans un cas) pour 10 gènes nucléaires et un gène mitochondrial. J’ai cherché la trace d’expansions démographiques en utilisant le DT de Tajima, le FS de Fu, la distribution mismatch. Avec les horloges moléculaires disponibles, l’histoire démographique de chaque espèce a été explorée par des méthodes bayésiennes sous BEAST (ADN mitochondrial) ou dans un modèle avec recombinaison utilisant FastSimCoal (ADN nucléaire). Cinq espèces d’affinités forestières présentent la signature d’une expansion de population. C’est le cas de Z. aff. proximus, Z. davidi, Z. sepsoides, Z. taronus et Z. vittiger. Une sixième espèce, Z. indianus, semble avoir une histoire démographique plus complexe ce qui serait compatible avec son écologie savanicole. Les délais imposés par la lourdeur des outils numériques disponibles ont limité à ce stade l’exploitation complète de ces données. En conclusion, le génome de toutes les espèces, de savane ou de forêt, porte la signature des changements climatiques passés. Ceci valide les prémisses de notre approche d’une "génomique des écosystèmes"
The aim of this project was to carry out a molecular ecology study, not only on a single species, but on a whole functional group. In the africain forest ecosystem, some species are typical of the forest while others are typical of the savanna, and have undergone stages of expansion and regression during Quaternary climate changes. Do their genomes share a common signature of the ensuing demographic history? I worked on nine species from the Zaprionus genus (Drosophilidae). For six species, I was able to gather a complete dataset including two population samples of N=20 (15 in one case) for 10 nuclear genes and one mitochondrial gene. I investigated the signature of population expansion by using Tajima’s DT, Fu’s FS, and the mismatch distribution. The demographic history of each species was investigated using Bayesian methods including BEAST (for mtDNA) and a recombination model using FastSimCoal (for nuclear DNA), with available molecular clocks. Five forest-dwelling species show the signature of a population expansion: Z. aff. proximus, Z. davidi, Z. sepsoides, Z. taronus et Z. vittiger. A sixth species, Z. indianus, shows a more complex history in agreement with its dependence on savanna. The completion of the analysis of the whole dataset was precluded by the time-consuming numerical procedures involved. To conclude, the genome of all of these species – either form savanna of from the forest – shows the signature of past climatic changes, thus validating an "ecosystem genomics" approach

Cette étude utilise une approche multidisciplinaire à dominante géochimique, avec plusieurs objectifs 1) mieux comprendre les processus géochimiques au cours du cycle de genèse des formations sédimentaires (érosion-transport-accumulation) pour des stades précoces de l’évolution d’un bassin de rift 2) reconsuuire les environnements caractérisant ces deux régions du Rift Est-africain au cours du Pléistocène et de Holocène et 3) défini des critères sédimentologiques et géochimiques permettant de discriminer l’activité tectonique et les changements climatiques au cours de l’évolution de ces deux bassins du rift. Les deux bassins considérés comme illustrant deux stades précoces successifs de l’ouverture d’un bassin de rift, sont 1) le Bassin de Makgadikgadi-Okavango-Zambeze (MOZ), situé dans la region nord-ouest du Botswana et 2) te Bassin de Mpulungu, qui constitue l’extrémité sud-est du Bassin du lac Tanganyika (Tanzmie et Zambie). L’étude géochimique des sédiments et des eaux du Bassin de l’Okavango a révélé la présence anormale d’arsenic dans les eaux souterraines du delta résultant de la dissolution sous conditions reductrices dans les sédiments. La présence de l’arsenic dans les sédiments est liée aux argiles riches en matière organique déposés dans les conditions lacustres résultant de périodes à pluviomètrie plus importante qu’aujourd’hui et du bairage des écoulements de la rivière de t’Okavango parla faille de Thamalakane. Les données géochimiques ont été utilisées comme marqueur des changements du climat dans le bassin de Mpulungu. Les sédiments révèlent une excursion remarquable qui coïncide avec le Younger Dryas. Cet événement environnemental apparait comme le plus important dans la région sud du lac Tanganyika pour la période 23 —3 ka, caracterisée par un apport de matériel altéré dans le bassin, suite à une modification importante du couvert végétal
This thesis presents the results of a multidisciplinary study of sediments, with an emphasis on geochemistry, with the following objectives: I) improve our understanding of geochemical processes occurring as a result of erosion, transport and deposition in two rift basin in their early stage of development; 2) reconstruct environments in these two regions of the rift during the Late Pleistocene and Holocene and 3) define sedimentary and geochemical criteria to allow us to discriminate tectonic setting and climate change in nascent and early stage rift basins. 11e two basins chosen to represent early stage rift development were I) the Makgadikgadi-Okavango-Zambezi basin located in NW Botswana md 2) the Mpulungu Basin, located at the south-western extremity of Lake Tanganyika. The geochemicat study of sediments and water of the Okavango Delta revealed the presence of elevated arsenic in the groundwater occurring as n result of the dissolution of oxides under reducing conditions. The presence of elevated arsenic in the sediments is linked to organic rich clays, deposited under lacustrine conditions during periods of higher rainfall et possible impoundment of the river by die Thamalakane Fault. The geochemical results were used as n proxy for climate change in the Mpulungu basin. The results indicate n remarkable excursion winch coincides with the Younder Dryas event, Tins environmental event appears to be the most important event in southem Lai Tanganyika during the period 23 —3 ka, winch is characterized by the transport of weathered material into die basin due ton change in vegetation cove in the catchment area

Les modèles de niche écologique (ENM) sont largement utilisés pour prédire la distribution actuelle et future des espèces. Ils peuvent être des outils complémentaires pour évaluer la qualité de niche des potentielles aires de lâchers, un facteur clé pour le succès des translocations. Pourtant, les ENM sont encore rarement appliqués dans les translocations et on a encore peu de preuves de leur intérêt pour les translocations. Nous avons centré nos recherches sur des programmes bien établis de renforcement des populations de deux espèces d'Outarde houbara, l'espèce nord-africaine (Chlamydotis undulata) et l'espèce migratrice asiatique (C. macqueenii). Grâce à un suivi intensif de populations sauvages relictuelles et d'individus élevés en captivité et lâchés sur une large partie de leur aire de répartition, ces programmes fournissent un cadre d'étude idéal pour envisager des questions complexes sur la pertinence des ENM dans la translocation. Nous avons relié la survie individuelle, une composante essentielle de la dynamique des populations, à la qualité de niche, en réalisant notamment un lâcher expérimental de 180 individus le long du gradient de qualité de la niche. Nous avons ensuite testé si les outardes lâchées utilisent la même niche écologique que les sauvages pour valider l'utilisation ultérieure des projections des modèles. Enfin, nous discutons de l'implication des changements globaux pour les translocations d'Outarde houbara. Ces approches empiriques reliant la qualité de niche aux processus démographiques constituent un pas en avant pour une meilleure compréhension de la pertinence des ENM pour les translocations d'espèces dans un environnement changeant
Ecological niche models (ENM) are widely used to predict the current and future distribution of species. They could be used as complementary tools to assess the niche suitability of potential release areas, a key parameter for improving success in conservation translocation. Yet, ENM are still rarely applied and general evidence about the benefit of these models in translocation is still lacking. We focused our research on reinforcement programs of two species of Houbara Bustard, the sedentary North African species (Chlamydotis undulata undulata) and the migratory Asian species (C. macqueenii). Through the extensive monitoring of remnant wild populations and captive-born released individuals over a large proportion of their distribution range, these programs provide an ideal study framework to address complex questions regarding the relevancy of ENM in translocation conservation. First, we linked individual survival, a crucial component of population dynamics, to niche suitability. Then, we performed an experimental release and monitoring of 180 individuals along a gradient of habitat suitability as predicted by ENM to test the effect of release site suitability on survival of captive-born individuals. We then tested if released houbaras use the same ecological niche than wild houbaras, as a validation step to support the subsequent use of niche modelling. Finally, we discussed the implications of global change for ongoing translocation programs of Houbara Bustard. Empirical approaches linking habitat suitability with demographic processes provide a step towards a better understanding of the relevance of ENM for conservation translocations in changing environments

La biodiversité des forêts tropicales humides (FTH) est inégalement répartie dans les trois principales régions des tropiques : les Néotropiques, l’Asie du sud-est et l’Afrique tropical. Même si les forêts africaines contiennent une diversité en espèces végétales et un endémisme importants, leur richesse spécifique reste faible par rapport aux autres massifs forestiers tropicaux. Cette disparité serait liée à l’impact négatif d’événements d’extinction durant le Cénozoïque plus intenses dans les forêts africaines. A l’échelle du bassin du Congo, les niveaux de diversité important et l’endémisme des forêts africaines seraient liés à l’hypothèse d’existence de forêts refuges du passé. Cette hypothèse suggère une contraction des forêts en ‘refuges’ durant les événements climatiques du Dernier Maximum Glacier (DMG, entre 24’000 et 12’000 Ans).L’objectif principal de cette thèse est d’étudier l’évolution des forêts africaines en réponse aux changements climatiques sur des pas de temps anciens (millions d’années) et plus récent (milliers d’années). Pour cela nous étudions deux groupes de palmiers Africains : les rotins de la sous-tribu des Ancistrophyllinae et le genre de sous-bois des FTH d’Afrique Centrale Podococcus composé de deux espèces P. barteri et P. acaulis. Le premier groupe nous renseigne sur les événements d’extinctions anciens durant le Cénozoïque, alors que le second permet d’étudier la réponse des FTH face aux changements climatiques du Pléistocène. L’approche utilisée dans cette thèse consiste à 1) reconstruire l’histoire évolutive des rotins, et 2) inférer la dynamique évolutive des deux espèces de Podococcus dans le temps. Cinq objectifs spécifiques structurant deux grandes parties de la thèse ont été retenus. Première partie : (i) reconstruire les relations phylogénétiques chez les Ancistrophyllinae à l’aide de marqueurs chloroplastiques et nucléaires, (ii) estimer les âges de divergences puis tester l’impact des événements d’extinction chez les Ancistrophyllinae. Seconde partie : (iii) construire les modèles de niches écologiques et inférer les zones de stabilité écologique des deux espèces de Podococcus depuis le DMG, (iv) reconstruire les relations phylogéographiques chez Podococcus à partir de plastomes entier obtenus avec du Séquençage Nouvelle Génération ‘NGS’ et (v) évaluer la concordance entre la diversité génétique et la stabilité écologique des populations de Podococcus.Les résultats suggèrent que les espèces d’Ancistrophyllinae se sont probablement diversifiées de manière constante mais avec un taux d’extinction assez élevé ponctué par un ou plusieurs événements d'extinction sévères au cours du Cénozoïque. Les Ancistrophyllinae ont divergé durant l’Eocène et la plupart des espèces sont apparues après 10 Ma durant la fin du Miocène et du début du Pliocène. Chez le genre Podococcus, une corrélation significative entre la diversité génétique unique et la stabilité écologique a été démontré appuyant l’hypothèse des forêts refuges. Les populations écologiquement stables et diversifiées sont principalement localisées dans les zones montagneuses comme les Monts de Cristal et les Monts Doudou au Gabon, mais aussi dans les forêts littorales atlantiques au Gabon et au Cameroun. Par contre la plupart des populations datent d’avant le DMG ce qui traduit une réponse des espèces sur plusieurs cycles glaciers. Les résultats de cette thèse montrent que les changements climatiques anciens et plus récents ont fortement influencé l’évolution et la dynamique des espèces forestières d’Afrique Centrale. De plus, nos résultats ont permis d’identifiés les forêts côtières comme prioritaires pour la conservation de la diversité en Afrique Centrale
Tropical rain forests (TRF) biodiversity is not equally distributed between the three main tropical regions: Neotropics, South East Asia and tropical Africa. Even though African rain forests display high levels of diversity and endemism, this diversity is low compared to that of the other tropical regions. One of the main hypotheses advanced to explain this lower species diversity is that the African flora has undergone higher extinction rates during the Cenozoic. Across the Congo basin, high levels of species diversity and endemism is thought to be linked to the hypothesis of forest refugia. This hypothesis suggests a contraction of rain forests in 'refugia' during the Last Glacial Maximum (LGM, between 24’000 and 12’000 Years).The aim of this thesis is to study the evolution of African rain forests in response to climate change on ancient (million years) and more recent (thousands of years) time scales. For this we study two groups of African palms: the rattans of the sub-tribe Ancistrophyllinae and the understory genus of Central African TRF Podococcus with two species P. barteri and P. acaulis. The first group provides information about ancient extinctions events during the Cenozoic, while the second is used to study the response of TRF during Pleistocene climate change in Central Africa. The approach used in this thesis is to 1) reconstruct the evolutionary history of African rattans, and 2) to infer the evolutionary dynamics of the two species of Podococcus through time. The five specific objectives structuring two main parts of the thesis are: First part: (i) reconstruct phylogenetic relationships among Ancistrophyllinae using plastid and nuclear markers, (ii) estimate divergence times and test the impact of extinction events on Ancistrophyllinae. Second part: (iii) build ecological niche models and infer the areas of habitat stability of the two species of Podococcus from the LGM, (iv) reconstruct phylogeographic relationships of populations of Podococcus from whole plastomes obtained using Next Generation Sequencing and (v) assess the correlation between genetic diversity and ecological niche stability of all populations of Podococcus.Results suggest that Ancistrophyllinae has possibly undergone a constant diversification with a relatively high extinction rate punctuated by one or more severe extinction events during the Cenozoic. Ancistrophyllinae diverged during the Eocene with most species originating to the Late Miocene after 10 Ma. In the genus Podococcus, a significant correlation between the unique genetic diversity and habitat stability was demonstrated supporting the hypothesis of forests refugia in Central Africa. Ecologically stable and diverse populations are mainly located in mountainous areas such as Monts de Cristal and Monts Doudou in Gabon, but also in the Atlantic coastal forests in Gabon and Cameroon. In contrast, most of the populations predate the LGM reflecting that species respond over several glacial cycles. Results of this thesis highlight that ancient and recent climate changes have strongly influenced the evolution and dynamics of Central African forests. In addition, our results allowed the identification of African Atlantic coastal forests as an important conservation priority

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.

Les variations du rayonnement solaire en surface (SSR) peuvent avoir un impact significatif sur divers aspects du système climatique, et notamment sur le développement socio-économique d’un pays. Pour identifier les impacts possibles du changement climatique sur le rayonnement solaire en surface à l'échelle régionale (~ 50 km) en Afrique australe jusqu'à la fin du 21ème siècle, on a analysé les données mensuelles produites dans le cadre du projet CORDEX-Afrique sur la période 1979-2099. Ces données sont issues des sorties de 5 modèles régionaux de climat (RCM) forcés par 10 modèles globaux de climat (GCM) CMIP5, pour deux scénarios d’émissions, RCP4.5 et RCP8.5, en Afrique australe (SA) et sur une partie du SWIO (0-40°S ; 0- 60°E). Pour contribuer au projet futur proposé qui vise à approfondir l'étude des changements de SSR à l'échelle locale (~ 1 km de résolution horizontale) à l'île de la Réunion et à l'île Maurice, situées dans le Sud-ouest de l'océan Indien (SWIO), près du bord d’Est du domaine CORDEX-Afrique, des simulations climatiques ont été réalisées sur trois fenêtres temporelles de 10 ans : a) le passé 1996-2005 ; et b) le futur 2046-2055 et 2090-2099, en utilisant la version 4 du RCM RegCM (RegCM4), forcé par : 1) les réanalyses climatiques ERA-Interim (ERAINT) du centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) pour simuler un passé récent seulement ; et 2) deux GCMs (HadGEM2-ES et GFDL-ESM2M) de l’exercice CMIP5 de simulations du climat passé et futur pour le scénario d’émissions RCP8.5 à l’échelle régionale de 50km en Afrique australe et dans le sud-ouest de l’océan Indien (0-40°S ; 0- 100°E). L’analyse de l’impact du changement climatique sur le SSR sur la base de ces simulations reste cependant limitée, à cause de leur couverture temporelle (3 périodes de 10 ans) et du nombre de modèles (2 GCMs, 1 RCM) et de scénarios (1 RCP) utilisés. Il ressort de l’analyse des simulations de l’ensemble CORDEX-Afrique que : 1) sur la période passée récente, les GCMs forceurs surestiment généralement SSR d'environ 1 W/m2 en été austral (DJF : Décembre-Janvier-Février), et de 7,5 W/m2 en hiver austral (JJA : Juin-Juillet-Août), tandis que les RCMs, forcés par ces GCMs, sous-estiment SSR d'environ -32 W/m2 et de -14 W/m2 en été et en hiver, respectivement. 2) Les projections multi-modèles de changement de SSR simulées par les RCMs et leurs GCMs forceurs sont assez cohérentes. Les GCMs prévoient, en moyenne multi-modèles, une augmentation statistiquement significative de SSR d'environ 8 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP4.5 et de 12 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP8.5 sur le Centre de l’Afrique australe (SA-C), et une diminution de SSR, avec un degré de confiance élevé, d'environ -5 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP4.5 et de -10 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP8.5, pendant la saison DJF, en Afrique équatoriale (EA-E). Dans ces deux régions, les RCMs produisent, en moyenne multi-modèles, des tendances similaires (avec un degré de confiance élevé) à celles des GCMs, mais sur des zones d’extension spatiale plus faible que celle des GCMs. Cependant, pour la saison JJA, une augmentation de SSR, d'amplitude similaire dans les simulations GCMs et RCMs (~5 W/m2 en 2099 selon le scénario RCP4.5 et 10 W/m2 selon le scénario RCP8.5), est attendue dans la région EA-E. 3). Une diminution significative de la nébulosité (environ -6% en 2099) est attendue sur le continent sud-africain pour les GCMs comme pour les RCMs. 4) Le scénario RCP8.5 produit des changements d’amplitude supérieure de 2.5W/m2 pour les GCMs forceurs et de 5W/m2 pour les RCMs en 2099 à celle pour le scénario RCP4.5. 5). Comme pour les sorties du modèle RegCM4, les structures des biais ou des changements de SSR issu des RCMs du programme CORDEX-Afrique sont globalement corrélées avec celles de couverture nuageuse totale des RCMs. L’analyse des sorties du modèle RegCM4 indique que :
Changes in Surface Solar Radiation (SSR) have the potential to significantly impact diverse aspects of the climate system, and notably the socio-economic development of any nation. To identify the possible impacts of climate change on SSR at regional scales (~50 km) over Southern Africa and the South West Indian Ocean (SA-SWIO; 0-40°S ; 0- 100°E) up to the end of the 21st century, a slice downscaling experiment consisting of simulations covering three temporal windows: a) the present 1996-2005; b) the future 2046-2055 and 2090-2099 conducted with the Regional Climate Model (RCM) RegCM version 4, driven by the European Center for Medium-range Weather Forecasting (ECMWF) ERA-Interim reanalysis (ERAINT, only present) and 2 Global Climate Model (GCMs: HadGEM2-ES and GFDL-ESM2M) from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) under RCP8.5 scenario, are performed and evaluated. Since the slice simulation is of limited temporal coverage, number of regional and driven global models and climate change forcings, mainly because of the limit of available computational resources, the study towards a comprehensive knowledge of SSR changes in context of climate change is thus extended: an ensemble consisting of outputs from 20 regional climate downscaling realisations based on 5 RCMs that participated in the Coordinated Regional Downscaling Experiment (CORDEX) program (CORDEX-Africa) along with their 10 driving GCMs from CMIP5 covering southern Africa (0-40°S; 0- 100°E) during the period of 1990-2099 is analyzed under RCP4.5 and RCP8.5 up to 2099.The slice experiment indicates that 1) RegCM4 simulates present-day seasonal climatology, (surface air temperature, precipitation and SSR) quite well, but has a negative total cloud cover bias (about -20% in absolute percentage) when forced by the ERAINT and the two GCMs. 2) Internal variability of RegCM4-simulated annual means SSR (about 0.2 W/m2) is of one order smaller than the model bias compared with reference data. 3) RegCM4 simulates SSR changes in opposite signs when driven by the different GCMs under RCP8.5 scenario. 4) Electricity potential calculated using first-order estimation based on the RegCM simulations indicates a change less then 2% to 2099 with respect on present level.It is also found from the ensemble study that: 1) GCMs ensemble generally overestimates SSR by about 1 W/m2 in austral summer (December, January, and February, short as DJF) and 7.5 W/m2 in austral winter (June, July and August, short as JJA), while RCMs ensemble mean shows underestimations of SSR by about -32 W/m2 and -14 W/m2 in summer and winter seasons respectively when driven by GCMs. 2) Multi-model mean projections of SSR change patterns simulated by the GCMs and their embedded RCMs are fairly consistent. 3) GCMs project, in their multi-model means, a statistically significant increase of SSR of about 8 W/m2 in RCP4.5 and 12 W/m2 in RCP8.5 by 2099 over Centre Southern Africa (SA-C) and a highly confident decreasing SSR over Eastern Equatorial Africa (EA-E) of about -5 W/m2 in RCP4.5 and -10 W/m2 in RCP8.5 during the DJF season. RCMs simulate SSR change with statistical confidence over SA-C and EA-E area as well with a little spatial extension compared to GCMs. However, in the JJA season, an increase of SSR is found over EA-E of about 5 W/m2 by 2099 under RCP4.5 and 10 W/m2 under RCP8.5, of similar amplitudes in both the GCMs and RCMs simulations. 4) Significant cloudiness decrease (about -6 % to 2099) is found over continent of SA for GCMs and also shown in RCMs. 5) Larger SSR changes are found in the RCP8.5 scenario than in the RCP4.5 scenario in 2099, with about 2.5 W/m2 enhanced changes in GCMs and about 5 W/m2 in RCMs. 6) Either the biases or the changes pattern of SSR are overall correlated with the patterns of total cloud cover from RCMs in CORDEX-Africa program (for RegCM4 as well). The slice experiment indicates that

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 contribue à la littérature sur l'impact des chocs climatiques sur les migrations et la sécurité alimentaire. Le premier chapitre examine les migrations induites par les chocs climatiques en Tanzanie en employant l'approche de iv provbit. Les résultats suggèrent que pour un ménage moyen, une réduction d'un pour cent du revenu agricole induite par le choc climatique augmente la probabilité de migration de 13 points de pourcentage en moyenne au cours de l'année suivante. Le deuxième chapitre tente d'établir si le climat est un déterminant du choix de la destination en cas de migration rurale-rurale. En utilisant le modèle du logit conditionnel, ce chapitre montre qu'une augmentation d'écarts de revenus entre destination et origine de I 0000 shillings tanzaniens, attribuable au climat, augmente la probabilité du choix de cette destination de 2 points de pourcentage. Le troisième chapitre s'intéresse au lien entre les chocs climatiques et la sécurité alimentaire. En utilisant les données sud-africaines, cette analyse emploie un modèle de variable instrumentale où la diversité alimentaire, une mesure de l'accès à la nourriture, est déterminée par les prix des aliments instrumentés avec un choc climatique. Les résultats suggèrent qu'une augmentation de pourcent des prix alimentaires locaux induite par un choc climatique diminue la diversité alimentaire de 2,5 pourcent
This thesis contributes to the literature on the impact of weather shocks on migration and food security in Sub-Saharan Africa. The first chapter analyses whether Tanzanian rural households engage in internal migration as a response to weather-related shocks using an iv probit model. The findings confirm that for an average household, a 1 per cent reduction in agricultural income induced by weather shock increases the probability of migration by 13 percentage points on average within the following year. The second chapter paper attempts to establish if weather acts as the determinant of destination choice in the case of rural-to-rural migration. Employing the alternative-specific conditional logit model, this paper shows that an increase in the expected income differentials between origin and destination by 10,000 Tanzanian shillings, attributable to differences in weather, increases the probability of choosing a given destination by 2 percentage points. The third chapter analyses the food access dimension of food security, and models the link between weather shocks and food security that acts specifically through food prices. Employing an instrumental variable model where household dietary diversity is determined by food prices instrumented with weather shock, this chapter shows that a 1 per cent increase in local food prices induced by a weather shock decreases the number of food items consumed by households by around 2.5 per cent

"La formation des Cyclones du Cap Vert met en jeu divers processus : les thalwegs, dorsales de l'onde d'Est africaine et l'anticyclone saharien en moyenne troposphère, les thalwegs des moyennes latitudes en moyenne et haute troposphère, le flux de mousson et les alizés au large de la côte Ouest africaine en basse troposphère, les systèmes convectifs. Ces processus sont étudiés à l'aide d'une climatologie sur cinq ans d'analyses du Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme et d'images Meteosat. Deux cas particuliers sont ensuite modélisés avec Méso-NH : celui de la perturbation qui a donné naissance à l'ouragan Helene (2006) et celui de la " Perturbation D ", un cas de non-cyclogénèse observé pendant la campagne AMMA / SOP-3 à Dakar en septembre 2006. Les évolutions des perturbations simulées sont quantifiées à l'aide de bilans d'énergie et de tourbillon. Le résultat principal de cette thèse est que l'ajustement géostrophique du champ de vent à une perturbation de pression d'origine convective dans la région des Îles du Cap Vert ne se produit que lorsqu'il y a un apport d'énergie cinétique tourbillonnaire par une conversion barotrope, ainsi qu'une advection horizontale de tourbillon cyclonique. Ceci confirme l'hypothèse bien connue selon laquelle la cyclogénèse tropicale est le résultat d'une interaction entre systèmes convectifs et un environnement favorable. "
The formation of Cape Verde Cyclones is the result of an interaction between several processes: mid-level African easterly wave's troughs and ridges, low-level monsoon flow and trade winds off the West African coast, convective developements, mid-level Saharan anticyclone, low level Saharan heat low, mid-and upper level troughs of mid-latitude origin. These processes are investigated in a climatologic study of five season of European Center for Medium-range Weather Forcast analyses and Meteosat images. This is complemented with two case studies modelled with Méso-NH: the perturbation which spawn Hurricane Helene (2006) and the so-called "Perturbation D", a non-developing case observed during AMMA / SOP-3 in Dakar in September 2006. The simulated evolutions are quantified with energy and vorticity budgets. The main result of this thesis is that geostrophic adjustment of wind field to a pressure perturbation of convective origin in the Cape Verde Islands area occurs only if there is a production of eddy kinetic energy through barotropic conversion and a horizontal advection of cyclonic vorticity. This confirms the well-known hypothesis that tropical cyclogenesis is the result of an interaction between convective systems and a favourable environement

Cette étude utilise une approche multidisciplinaire à dominante géochimique, avec plusieurs objectifs : 1) mieux comprendre les processus géochimiques au cours du cycle de genèse des formations sédimentaires (érosion-transport-accumulation) pour des stages précoces de l'évolution d'un bassin de rift : 2) reconstruire les environnements caractérisant ces deux régions du Rift Est-africain au cours du Pélistocène et de l'Holocène et 3) définir des critères sédimentologiques et géochimiques permettant de discriminer l'activité tectonique et les changements climatiques au cours de l'évolution de ces deux bassins du rift. Les deux bassins considérés comme illustrant deux stages précoces successifs de l'ouverture d'un bassin de rift, sont : 1) le Bassin de Makgadikgadi-Okavango-Zambeze (MOZ), situé dans la région nord-ouest du Botswana et 2) le Bassin de Mpulungu, qui constitue l'extrémité sud-est du Bassin du Lac Tanganyika (Tanzanie et Zambie). L'étude géochimique des sédiments et des eaux du Bassin de l'Okavango a révélé la présence anormale d'arsenic dans les eaux souterraines du delta résultant de la dissolution sous conditions réductrices dans les sédiments. La présence de l'arsenic dans les sédiments est liée aux argiles riches en matière organique déposés dans les conditions lacustres résultant de périodes à pluviométrie plus importante qu'aujourd'hui et du barrage des écoulements de la rivière de l'Okavango apr la faille de Thamalakane. Les données géochimiques ont été utilisées comme marqueur deschangements du climat dans le bassin de Mpulungu. Les sédiments révèlent une excursion remarquable qui coïncide avec le Younger Dryas. Cet événement environnemental apparaît comme le plus important dans la région sud du lac Tanganyika pour la période 23-3 ka, caractérisée par un apport de matériel altéré dans le bassin, suite à une modification importante du couvert végétal.

Les vagues de chaleur constituent une réelle menace pour l'Homme et son environnement. Sous l'effet du changement climatique, les vagues de chaleur deviendront plus fréquentes et intenses. Les conditions climatiques en Afrique de l'ouest rendent la région favorable aux vagues de chaleur. La première partie de ce travail a été consacrée au monitoring des vagues de chaleur dans 15 villes ouest-Africaines situées sur les régions côtière et continentale. Trois sources d'incertitude ont été identifiées dans la détection d'une vague de chaleur : la première est liée aux données de réanalyse, la seconde repose sur le choix du seuil utilisé pour la définition de la vague de chaleur, et la dernière est la méthodologie utilisée. Les vagues de chaleur nocturnes associées à Tw sont plus fréquentes que celles détectées avec AT,T2m,UTCI. Ceci montre que l'humidité joue un rôle important dans l'occurrence des vagues de chaleur nocturnes, augmentant ainsi le nombre d'événements concomitants (jour et nuit consécutivement) sur le nord du Sahel. La variabilité inter-annuelle des vagues de chaleur dans les différentes régions a mis en évidence pour les 3 indicateurs (AT,T2m,Tw) des années particulièrement chaudes avec une fréquence élevée d'événements: 1998, 2005, 2010, 2016, 2019 et 2020, correspondant pour la plupart aux années El Nino. La région GU est plus touchée par les vagues de chaleur au cours de la dernière décennie (2012-2020) que les régions CONT et ATL. Toutefois, les vagues de chaleur les plus persistantes et les plus intenses se produisent dans la région CONT. Un renforcement de la fréquence, de la durée et de l'intensité des vagues de chaleur est observé durant la dernière décennie. Dans la deuxième partie de ce travail, nous nous sommes intéressés à l'aspect prédictibilité des vagues de chaleur. Une première étude de la prédictibilité des vagues de chaleur a été conduite en utilisant les modèles de prévision intra-saisonnière à saisonnière du CEPMMT et UKMO. Les modèles de prévision présentent de meilleures performances par rapport à une climatologie de référence, principalement pour les prévisions à court terme (deux semaines à l'avance) dans les trois régions. Les vagues de chaleur nocturnes sont plus prévisibles que les vagues de chaleur diurnes. D'après les valeurs de FAR obtenues, seulement 15 à 30% des jours de vague de chaleur prédits par les modèles sont effectivement observés dans les réanalyses, respectivement pour les semaines 5 et 2. Le modèle du CEPMMT émet moins de fausses alertes que UKMO pour les prévisions à court terme. Bien que les modèles démontrent des performances en matière de détection des vagues de chaleur par rapport à une climatologie de référence, leur capacité à prédire l'intensité des événements reste faible même pour de courtes échéances. La prédictibilité des vagues de chaleur a été effectuée en utilisant des méthodes d'apprentissage automatique. La méthode BRF présente de meilleures performances par rapport aux deux autres. Le modèle BRF présente de meilleures performances pour la détection des vagues de chaleur par rapport aux modèles de prévision intra-saisonnière dans les trois régions.La prédictibilité des vagues de chaleur par méthode de prédicteurs de grande échelle tels que la dépression thermique Saharienne (SHL) a été abordée en utilisant deux modèles de prévision saisonnière du centre européen et Météo-France. Le but de cette étude est d'évaluer la représentation et la prévisibilité de la SHL à l'échelle saisonnière. Les modèles sont capables de représenter le cycle saisonnier moyen de la SHL et de capturer certaines caractéristiques de sa variabilité inter-annuelle comme la tendance au réchauffement observée durant les années 2010. En utilisant les outils de correction de biais, les résultats mettent en évidence la capacité des modèles à représenter la variabilité intra-saisonnière de la SHL,mais les performances des modèles restent faibles pour une échéance supérieure à un mois
Heat waves (HWs) are a real threat to humans and their environment. Due to climate change, heat waves will become more frequent and more intense. Climatic conditions in West Africa make the region more vulnerable to heat waves. West African cities are highly populated centers, and when it comes to the impact of heat waves on human activities, it's important to study these events at these scales. This study aims to monitor heat waves in major West African cities and evaluate their predictability in subseasonal to seasonal forecast models. The first part of this work focuses on monitoring heat waves in fifteen cities over West Africa located in coastal and continental regions. Three sources of uncertainty encountered in the heat wave detection process were identified: the first related to reanalysis data, the second to the choice of threshold used to define a heat wave, and the last to the methodology adopted. The inter-annual variability of heat waves in the different regions highlighted particularly hot years with a high frequency of heat wave events for all the three indicators AT, T2m,Tw: 1998, 2005, 2010, 2016, 2019 and 2020, mostly corresponding to El Nino years. The GU region has been more affected by heat waves over the past decade (2012-2020) than the CONT and ATL regions. However, the most persistent and intense heat waves occurred in the CONT region. An increase in the frequency, duration and intensity of heat waves has been observed over the last decade (2012-2020), probably due to global warming acting on extreme events." In the second part of this study, we focused on the predictability aspect of heat waves. A preliminary study of the predictability of heat waves has been carried out for the period 2001-2020 using subseasonal to seasonal forecast models from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) and the United Kingdom Meteorological Office (UKMO). The forecast models perform better than a reference climatology, particularly for short-term forecasts (up to two weeks) in all the three regions. Nighttime heatwaves are more predictable than daytime heatwaves. According to the FAR values, only 15 to 30% of the predicted heatwave days by the models are actually observed in the reanalyses, respectively for lead weeks 5 and 2. This suggests that the models overestimate the duration of heat waves compared with ERA5 reanalysis. ECMWF issues fewer false alarms than UKMO for short-term forecasts. Although the models show skills to detect heat waves compared to a reference climatology, their ability to forecast the intensity of events remains weak even for a short lead time. The predictability of heat waves was performed using machine learning methods. The BRF model demonstrated better heat wave detection skills than subseasonal forecast models in all the three regions. The BRF model considerably improves heat wave detection in forecast models, but on the other hand it generates a high rate of false alarms. The predictability of heat waves using large-scale predictors such as the Saharan Heat Low (SHL) was investigated using two seasonal forecast models: the fifth version of the European Center Seasonal Forecast Model "SEAS5" and the seventh version of the Météo-France Seasonal Forecast Model "MF7". The models show skills on the representation of the mean seasonal cycle of the SHL and capture some characteristics of its inter-annual variability, such as the warming trend observed during the 2010s. SEAS5 makes a more realistic representation of the climatic trend of the SHL compared to MF7. Using bias correction techniques, the results highlight the capacity of the models to represent the intra-seasonal variability of the SHL. Bias correction helps to improve the Continuous Ranked Probability Score (CRPS), but the skills of the model remain low for lead times beyond one month

La faiblesse des ressources parentales est souvent citée comme le principal déterminant du travail des enfants. Pourtant, la relation entre la pauvreté des géniteurs et la mise au travail des enfants est ambigüe, puisque de nombreuses études théoriques et empiriques aboutissent à des résultats contradictoires. Nous cherchons, à travers cette thèse, à clarifier les relations existant entre la pauvreté et le travail des enfants. Ces liens sont également actualisés, au regard des récents développements dans la mesure de la vulnérabilité et aussi de l’actuel contexte de crises globales et multiples. L’accent est mis sur les pays africains puisqu’une majorité d’enfants travailleurs se trouvent sur ce continent. Ce travail de recherche se décompose en deux parties. Premièrement, nous revisitons les liens entre la pauvreté monétaire et le travail des enfants, à l’aide d’une revue de la littérature et d’une analyse empirique, prenant pour exemple le Mali. Deuxièmement, la participation des enfants aux activités économiques est étudiée comme une stratégie des ménages visant à réduire la variabilité des revenus. La mise au travail des enfants consécutive à la vulnérabilité du ménage est analysée de deux manières différentes : selon le type de chocs encourus et selon le type de vulnérabilité (ex-ante ou ex-post). Le dernier chapitre a pour ambition d’étudier l’effet d’une variation exogène du revenu des ménages, à travers les envois de fonds
The oftmentioned and thus the most controversial cause of child labour is poverty. However, the relationship between poverty and child labour is blurred as numerous theoretical and empirical studies focused on these issues show contradictories results. Besides, increasing attention is being paid to vulnerability as a key dynamic aspect of poverty, making more complex the impact of poverty on child labour. The aims of my thesis work is to clarify the relationship between poverty and child labour and to update it in the light of recent development in poverty and vulnerability measurement and the current context of multiple crises. I choose to focus on African countries as the majority of child labourers are found in these countries. Two main parts compose my PhD dissertation. First, my dissertation research revisits the links between child labour and household poverty. Second, the children participation to labour is part of a household strategy to reduce the income variability. The vulnerability of children to work is thus analysed in two different ways, according the type of shocks and the type of vulnerability (ex-ante or ex-post). The final chapter of my thesis aims to analyse if an exogenous household income increase, through remittances, have a positive impact on children work

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.

L’Afrique de l’Ouest est particulièrement exposée aux changements climatiques et anthropiques qui exercent une pression croissante sur les ressources hydriques et végétales, dont la bonne gestion constitue un enjeu scientifique majeur. Plus particulièrement, il devient indispensable de mieux comprendre les échanges d’énergie et de matière au sein du continuum surface-atmosphère qui régissent une bonne partie du cycle hydrologique et du développement de la végétation. À cet égard, l’évapotranspiration constitue une variable clé à l’interface surface-atmosphère car elle recycle la plus grande partie des précipitations vers l’atmosphère et assure le couplage des cycles de l’eau et de l’énergie. En Afrique de l'Ouest, les connaissances actuelles sur ce processus restent limitées car elles reposent principalement sur des mesures de terrain représentatives de petites échelles spatiales, ou sur des modèles de surface complexes, dont l’importance des jeux de données qu’ils requièrent limite leur application. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à améliorer notre connaissance de la variabilité spatiotemporelle de l'évapotranspiration, en analysant le potentiel de la télédétection pour son estimation en Afrique de l'Ouest. L'approche proposée repose sur une comparaison des produits d'évapotranspiration par télédétection disponibles et la proposition d’une nouvelle méthode permettant la génération de nouveaux produits. L’étude a été menée sur trois sites de méso-échelle (~ 104 km2) fournissant un échantillon des conditions éco-climatiques rencontrées en Afrique de l’Ouest, avec du Nord au Sud : le Nord-Sahel (au centre-est Mali), le Sud-Sahel (au sud-ouest Niger) et la zone soudanienne (au nord Bénin). Une méthode d’estimation de l’évapotranspiration journalière par télédétection et de son incertitude épistémique, nommée EVASPA S-SEBI Sahel (E3S), a été élaborée. E3S a été appliqué sur les trois sites d’étude à partir de données issues des capteurs MODIS à bord des satellites TERRA et AQUA. Les estimations journalières d’évapotranspiration ont été évaluées par rapport aux observations pluriannuelles acquises par l’Observatoire AMMA-CATCH. Cette étude souligne le potentiel d’E3S pour l’estimation de l’évapotranspiration journalière en Afrique de l’Ouest. Toutefois, ces estimations restent soumises aux aléas de la mesure satellite (qualité des images, couvert nuageux, angle de visée trop grand) et sont donc ponctuées de lacunes. Ces travaux de thèse proposent également de nouvelles méthodes de reconstruction de séries d’évapotranspiration journalières via la combinaison d’estimations multi-résolution et multi-source. Cette étude montre la pertinence de ces approches de reconstruction par rapport aux méthodes d’interpolation standards utilisées dans la littérature. Les approches proposées permettent notamment de mieux retranscrire la réponse des surfaces terrestres aux séquences d’assèchement du sol entre deux épisodes pluvieux. Les nouveaux produits générés ont été introduit dans l’exercice d’inter-comparaison incluant huit autres produits disponibles en Afrique de l’Ouest à diverses résolutions spatio-temporelles. Ces produits ont été évalués à différentes échelles spatiales et temporelles par rapport aux mesures locales et aux simulations spatialisées de vingt modèles de surface générées dans le cadre de l’expérience ALMIP2. Cette étude met en évidence la forte variabilité inter-produit, en particulier au Sahel. Elle souligne par ailleurs l’importance de la prise en compte d’une information liée au stress hydrique dans la génération des produits d’évapotranspiration. La résolution kilométrique des produits E3S leur fournit un avantage indéniable concernant la description de la variabilité spatiale des flux d’évapotranspiration par rapport à d’autres produits à faible résolution. Les produits nouvellement générés présentent un potentiel évident pour de futures études à caractère éco-hydrologique et hydrogéologique au Sahel
West Africa is particularly vulnerable to climate and human-induced changes, exerting increasing pressure on water and plant resources. Sound management of the latter requires substantial scientific progress. In particular, it is essential to better understand energy and matter exchanges through the surface-atmosphere continuum, which are a major driver of the hydrological cycle and of vegetation development. In this respect, evapotranspiration is a key variable, as most of precipitation returns to the atmosphere by evapotranspiration and as it couples the water and energy cycles. In West Africa, current knowledge of this process is still limited because it is mainly based on field measurements that are representative of small spatial scales, or on land surface models that would require considerably more data than available in this region. In this context, this thesis work aims at improving our knowledge of the spatiotemporal variability of evapotranspiration, by analyzing the potential of remote sensing to estimate evapotranspiration in West Africa. The proposed approach is based on an inter-comparison of available remote sensing evapotranspiration products and on the proposal of a new method to generate new estimation products. The study was carried out over three mesoscale sites (~ 104 km2) providing a sample of the eco-climatic conditions encountered in West Africa, namely from North to South: the North-Sahel (in East-Central Mali), the South-Sahel (in South-West Niger) and the Sudanian zone (in North Benin). An improved remote sensing method for estimating daily evapotranspiration and its epistemic uncertainty named EVASPA S-SEBI Sahel (E3S) was developed. E3S was applied to the three study sites using data from the MODIS sensors onboard TERRA and AQUA satellites. Daily evapotranspiration estimates were evaluated against pluriannual observations acquired by the AMMA-CATCH Observatory. This study highlights the potential of E3S for estimating daily evapotranspiration in West Africa. However, these estimates are still subject to hazards of satellite measurements (image quality, cloud cover, large satellite view angle) and are therefore discontinuous. This thesis work also proposes new methods for reconstructing continuous daily evapotranspiration series by the combination of multi-resolution and multi-source estimations. The study shows the capabilities of these reconstruction approaches compared to the standard interpolation methods usually found in the literature. In particular, the proposed approaches allow better depicting the response of terrestrial surfaces to soil drying sequences between rainfall events. The newly generated evapotranspiration products were included in the product inter-comparison together with eight other products available in West Africa at various spatial and temporal resolutions. These products were evaluated at different spatial and temporal scales against local measurements and spatially distributed simulations by twenty land surface models from the ALMIP2 experiment. This study highlights the high inter-product variability especially in the Sahel. It also emphasizes the importance of taking into account information related to water stress in the generation of evapotranspiration products. The kilometric resolution of E3S products gives them a clear advantage in terms of description of the spatial variability of evapotranspiration flux compared to other coarse resolution products. The newly generated products show clear potential for future eco-hydrological and hydrogeological studies in the Sahel

Le modèle climatique régional RegCM3 est utilisépour examiner les effets direct et semi-direct des aérosols sur le climat du sud de l'Afrique pendant l'hiver austral (juin-septembre). La sensibilité des effets simulés aux différents inventaires d'émissions de combustion de biomasse et aux différentes conditions aux limites est evaluer, afin d'estimer l'incertitude associée à ces paramètres. La sensibilité aux conditions aux limites derivées de réanalyses est modeste, mais le forçage radiatif des aérosols varie linéairement en réponse au différents inventaires testées jusqu'à un facteur deux. Le forçage radiatif est toujours négatif, alors que le forçage radiatif au sommet de l'atmosphère est negatif sur la plupart du domaine sauf au-dessus les régions de savane ou le contenu atmosphérique d'aérosols est élevée. Même si la magnitude du forçage radiatif varie, les simulations pour la période présente montrent des impacts climatiques comparables. La température de surface diminue sur la plupart de la région, ce signale qui réduit le biais du modèle sur l'ouest du sous-continent. L'échauffement en altitude est lié à la charge d'aérosols absorbants et cela, en combinaison avec la réduction de température en surface, mène à la stabilisation de la basse atmosphère. Toutefois, dans la moyenne troposphère de la zone équatoriale (entre 8°N et 5°S) cet échauffement à pour résultat un effet de 'pompe à chaleur en altitude'. Cet effet augmente la convection, les précipitations et l'humidité du sol, en accélérant le cycle hydrologique dans cette région. Une étude de la variabilité interannuelle des effets climatiques des aérosols montre que les changements des précipitations en moyenne saisonnière sont plus variables d'un an à l'autre que les changements de température de surface. Par contre, malgré des différences significatives entre les conditions synoptiques, la variabilité synoptique des impacts climatiques des aérosols est faible
The regional climate model RegCM3 is used to investigate the direct and semi-direct aerosol effects on the southern African climate during the austral winter season (June-September). The sensitivity of simulated aerosol-climate effects to different biomass burning inventories, boundary conditions and sea surface temperature (SST) feedbacks is tested to assess the range of uncertainty associated with these parameters. Little sensitivity to boundary forcing is found, while the aerosol radiative forcing (RF) varies approximately linearly by up to a factor of two, in response to the factor of two difference between emissions inventories. In all cases the surface RF is negative, while the top-to-atmosphere RF is negative over most of the domain but positive over high-albedo savannah regions where aerosol loading is high. Sensitivity to SST feedbacks is negligible in RegCM3. Although the magnitude of simulated RF varies, all simulations show similar aerosol-climate impacts. Surface temperature decreases over most of the subcontinent, a signal which acts to reduce model bias over the western half of the region. The absorbing nature of the simulated aerosol burden results in heating at altitude, which, in combination with the surface cooling, serves to increase stability in the lower atmosphere over most of the subcontinent. In the middle troposphere, however, this warming induces an elevated heat-pump effect in the equatorial regions between approximately 8°N and 5°S. This enhances convection, precipitation as well as soil moisture, effectively spinning-up the hydrological cycle in the tropics. An investigation of the interannual variability of the simulated aerosol radiative impacts showed that seasonal average precipitation changes varied more from year to year than aerosol-induced surface temperature changes. In contrast, despite significant differences between synoptic conditions, there is little synoptic-scale variability of aerosol-climate impacts

Depuis la deuxième moitié du XXème siècle, l’augmentation de la concentration des trois principaux gaz à effet de serre (GES) : le Dioxyde de Carbone (CO2), le Méthane (CH4) et le Protoxyde d’Azote (N2O) du fait des activités humaines a clairement été identifiée par la communauté scientifique comme la principale cause du récent forçage radiatif affectant l’équilibre des processus énergétiques du système terrestre. Ces perturbations anthropiques ont entre autres conséquences, une augmentation de la température annuelle moyenne globale à la surface de la Terre. Étant donné que les GES sont bien mélangés dans l’atmosphère, et du fait de la complexité des différents processus du transport atmosphérique, les conséquences du forçage radiatif anthropique induit par les principales zones émettrices de GES ne se produisent pas nécessairement directement sur ces territoires. Ainsi, l’Afrique est le continent qui est historiquement le moins responsable des émissions cumulées de GES. Pourtant, le dernier rapport du GIEC (AR6) a mis en évidence que cette région est l’une des zones qui est déjà les plus touchées au monde par les conséquences du changement climatique d’origine anthropique. Des articles pionniers sur les émissions anthropiques et le budget carbone de l’Afrique comme celui de Ciais et al. (2011) avaient aussi souligné que « l’Afrique augmentera probablement sa part d’émissions globales au cours des décennies à venir » (Canadell, 2009). Or ce continent est relativement peu étudié. C’est pourquoi, nous avons choisi de focaliser l’étude au centre de ce manuscrit sur le périmètre Africain, composé de 54 pays pour lesquels nous disposons de données. Notre objectif est d’effectuer une estimation des sources et des puits d’origine anthropique sur ce continent pour les trois principaux GES. Dans ce but, la méthodologie originale utilisée ici s’appuie d’une part, sur des données dites « montantes », c’est-à-dire des rapports nationaux officiels de pays, des inventaires statistiques et des modèles basés sur des processus chimiques et biogéochimiques. D’autre part, le deuxième volet de la méthode consiste en une comparaison de ces données « montantes », avec des inversions de la méthode dite « descendante », c’est-à-dire des données satellite. Nous conduisons cette analyse pour les trois dernières décennies (1990-2018) en vue de dégager des tendances. Le but de cette étude est aussi d’apporter des éléments de réponse à la problématique suivante : comment l’état actuel des outils scientifiques peut contribuer à évaluer le respect des engagements de l’Accord de Paris pour des pays ne faisant pas partie de l’Annexe I, et en particulier dans le cas des pays Africains ? Pour apporter des éléments de réponse à cette question importante du point de vue scientifique mais aussi sociétal, le chapitre 1 présente les principales caractéristiques du CO2, du CH4 et du N2O en ce qui concerne le forçage du budget radiatif de la planète Terre. Ce premier chapitre contextualise le monitoring des sources et des puits de GES d’origine anthropique dans le cadre du dispositif de Monitoring, Reporting et de Vérification de l’Accord de Paris. Le chapitre 2 est une analyse originale des tendances pour les sources et pour les puits de GES au cours des trente dernières années, centrée sur le cas Africain. Le chapitre 3 est une discussion élargie proposant des perspectives plus globales sur le rôle des outils scientifiques pour une évaluation indépendante des pays du respect des engagements de l’Accord de Paris
Since the second part of the 20th century, the role of three main greenhouse gases (GHG) : Carbon Dioxide (CO2), Methane (CH4) and Nitrous Oxide (N2O) has been clearly established by the scientific community as the main cause of the recent forcing of the Earth energetic processes from human-induced activities, resulting among other disturbances in an increase of the annual mean surface temperatures. As GHG are well-mixed in the atmosphere and due to the complexity of atmospheric transport processes, the main emitters do not necessarily face the consequences of the additional radiative forcing that they directly induce. In this study, we restrict the analysis to CO2, CH4 and N2O because they are the most important GHG in the atmosphere. For the following-up of GHG, the Paris Agreement has a device named the “Enhanced Transparency Framework “(ETF). Within the ETF, countries have to report annually or biannually their GHG emissions and removals starting in 2023 within the Global Stocktake (GST). The ETF is based on the Monitoring, Reporting and Verification (MRV) provisions of the PA, aiming at the measurement of GHG for the PA signatory countries, at the centralization of the regularly updated country-reports, and at the verification of the respect of the countries ex ante vs. ex post pledges. This GST will represent a challenge for many Non-Annex I countries, including Africa, where emissions and removals in national inventories have been irregular since the UNFCCC creation in 1992. The literature tends to be scarce about GHG emissions from African countries, usually thought to be small emitters by non-experts. However, the recent Sixth Assessment Report (AR6) of the IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) underlines with high confidence that the speed of surface temperature increase in Africa has already been higher than elsewhere in the world due to anthropogenic emissions (IPCC Working Group I, 2021). Recent analyses also predict a fast increase of African emissions correlated with its demographic growth, which is the fastest in the world. Pioneering papers on anthropogenic emissions and the carbon balance in Africa like the one of Ciais et al. (2011), already underlined that “Africa is likely to increase its share of global emissions over the coming decades” (Canadell, 2009). That is the reason why we chose to strictly restrict to Africa the scope of our central analysis in the original study of the present manuscript. Our aim is to assess African CO2, CH4 and N2O anthropogenic emissions and removals using bottom-up datasets (inventories and process-based models) and to compare them with top-down inversions coming from satellites over three decades (1990-2018) in order to deliver trends’ analyses. The purpose of this analysis is also to discuss the following main question: how can the current state of science help for the evaluation of the Respect of the Paris Agreement (PA) in Non-Annex I countries, and most specifically in Africa? Chapter 1 presents CO2, CH4 and N2O main features and impacts with regards to the Earth Radiative Budget forcing, and contextualizes the scientific monitoring of GHG emissions and removals from anthropogenic origins in the climate policy context of the Monitoring, Reporting and Verification (MRV) provisions of the PA. Chapter 2 delivers an original analysis of GHG emissions and removals trends over the last three decades for the case of Africa. Chapter 3 discusses more broadly the conclusions of the African case analysis and proposes larger perspectives from both a scientific and from a climate policy view for future developments in the evaluation of the respect of the PA

Structurée en trois principaux chapitres, cette étude présente une approche pluridisciplinaire en combinant desanalyses spatiales et temporelles de la variabilité interannuelle des saisons de pluies d’une base de données agroclimatique,des essais phénologiques mensuelles d’une sélection de variétés photopériodiques de mil et de sorgholocales et améliorées, et l’utilisation conjointe d’un modelé de culture calibre pour les effets de la latitude et d’unSystème d’Information Géographique (SIG). Elle permet de tirer des conclusions originales et d’identifier lesenvironnements cibles prometteurs pour la vulgarisation des variétés de mil et de sorgho photopériodiques enAfrique de l’Ouest. Elle met en évidence l’existence de relations significatives entre les réponses phénologiques,le degré de sensibilité à la photopériode des variétés et les facteurs environnementaux, dont les principales sont :‒ La variabilité interannuelle des pluies en Afrique de l’Ouest durant les cinquante dernières années (1950-2000) est marquée par une diminution globale de la pluviométrie annuelle caractérisée par une variabilitéaccrue des dates de début de saison des pluies dans les latitudes basses que dans les latitudes élevées etune variabilité interannuelles des dates de fin de saison plus notable sur les latitudes du Nord plus quedans les basses latitudes au sud.‒ La distribution spatiale des variétés de mil et de sorgho photopériodiques est étroitement liée à larépartition spatiale et temporelle de la variabilité des dates de débuts et de fin de la saison de pluies. Lesvariétés photopériodiques se localisent essentiellement dans les basses latitudes ou la variabilité des datesde début de saison est plus élevée que celle des dates de fin de saison plus stable.‒ La réponse phénologique des variétés de mil et de sorgho photopériodiques est strictement dépendantede la date de semis et de la latitude. Les effets de la latitude sur la phénologie et la réactionphotopériodique des variétés est proportionnelle à la distance entre la zone de culture d’une variété et salatitude d’origine.‒ Le modèle de développement des céréales photopériodiques « Impatience » calibré et corrigé à cet effet(effet de la latitude) prévois et défini avec plus de précision les zones d’adaptation variétale optimale pourles variétés de mil et de sorgho photopériodiques en Afrique de l’Ouest.‒ L’adéquation entre la durée du cycle phénologique calibrée par le modèle de culture corrigé de l’effet dela latitude et celle observée dans les systèmes agraires à base de mil et de sorgho photopériodiques dansles agro-systèmes villageois au Mali valide le modèle les cartes d’adaptation variétale optimale
Structured in three main chapters; this study addresses multidisciplinary approach combining spatial and temporalanalysis of interannual variability of rainfall, multi-locations trials of a large and representative sample of photoperiodicvarieties of sorghum and millet combined with a photoperiod response crop model and Geographic Information System(GIS). It allowed identifying specific target environment to promote the vulgarization of photoperiodic varieties ofsorghum and millet in West Africa. This study depicted significant relationships between phenology, PP sensitivityresponses and environmental factors, where the mains components are listed below:‒ The interannual rainfall variability in West Africa over the past fifty years (1950-2000) was marked by ageneral decrease in annual rainfall characterized by high variability in the onset of growing period at lowerlatitudes and an increase in the interannual variability of the end of growing period in the northern latitudeswith least significant variability through climatic periods.‒ The spatial distribution of PP sensitivity varieties of millet and sorghum is closely related to the spatial andtemporal distribution of the interannual variability of the onset and end dates of growing period. Photoperiodsensitive varieties are located mainly at lower latitudes where the interannual variability in the onset of thegrowing period is much higher than the end of the growing period.‒ Phonological response and expression of photoperiod sensitivity are strictly dependent on sowing date andlatitude. Effects of latitude on the expression of photoperiod sensitivity and phenology are proportional tolatitude.‒ The "impatience" sub-crop model calibrated and corrected for latitudinal effect predicts and identifies moreaccurately optimal varietal adaptation areas for sorghum and millet varieties in West Africa.‒ The adequacy between calibrated duration of the phonological cycle by the crop model adjusted for latitudinaleffect and that observed in farming systems in agro-systems in Mali, allowed to validate the predicted optimalvarietal adaptation maps by defined the model

Les variations multidécennales et saisonnières de la Mousson Ouest-Africaine (MOA) au cours des deux derniers millénaires dans la région sahélienne sont peu documentées en raison du manque d'archives paléoclimatiques. Pour cela, on se propose dans ce travail de thèse d'explorer une nouvelle archive paléoclimatique basée sur l'étude sclérochronologique des coquilles du mollusque bivalve Anadara senilis dans des amas coquilliers fossiles afin de reconstituer les variations hydrologiques multidécennales et saisonnières dans le Delta du Saloum au Sénégal de 460 à 1090 A.D. L'hydrologie de cet estuaire hypersalin est très sensible aux variations de la MOA. Les variations hydrologiques passées sont reconstituées à travers des analyses isotopiques (δ18O, δ13C) des coquilles modernes et des coquilles fossiles dans le delta. Le signal isotopique saisonnier de ces coquilles retrace fidèlement les variations hydrologiques liées au régime de la mousson. Nos résultats montrent que ces variations isotopiques, associées aux stries de croissance dont la périodicité est connue, permettent de reconstituer les durées des saisons avec une précision de 25 jours, une précision jamais atteinte dans les études paléoclimatiques antérieures dans la région sahélienne. Les variations hydrologiques multidécennales sont reconstituées à travers la composition isotopique des coquilles fossiles prélevées dans un amas coquillier massif (Dioron Boumak) dont le taux d'accumulation est très important. Les coquilles fossiles prélevées dans cet amas présentent des valeurs isotopiques moyennes en δ18O plus négatives de 1.4 ‰ par rapport à leurs analogues modernes. Ceci est une indication que les conditions hydrologiques étaient plus douces qu'aujourd'hui dans le Saloum qui n'était pas hypersalin à cette époque. Le bilan Précipitation-Evaporation était par conséquent plus positif en réponse à des pluies plus intenses et/ou plus étalées dans le temps de 460 à 1090 A.D. Il semblerait que les pluies hivernales et printanières, caractéristiques de la frange littorale sénégalo-mauritanienne, plutôt rares et insignifiantes de nos jours se produisaient plus fréquemment pendant cette période. La jonction entre ces pluies et les pluies de mousson aurait favorisé l'établissement de saisons des pluies beaucoup plus longues (~5 mois environ au lieu de 3 aujourd'hui) et une augmentation du bilan Précipitation-Evaporation. Cette étude met en lumière le potentiel considérable d'A. senilis comme archive paléoclimatique à haute résolution de la variabilité des précipitation dans la région sénégalaise. Elle montre également l'importance de la saisonnalité des précipitations dans les cycles hydrologiques passés dans cette région qui doit être prise en compte dans les études paléoclimatiques futures
The multidecadal and seasonal variations of the West African Monsoon (WAM) in the last two millennia remain poorly documented in the Sahel region because paleoclimate archives are lacking. For this, we propose in this PhD thesis a sclerochronological study of the mollusk bivalve Anadara senilis from massive shell middens to reconstruct multidecadal and seasonal variations of hydrological conditions in the Saloum Delta (Senegal) between AD 460 and 1090. Hydrological conditions in this hypersaline estuary are highly sensitive to the WAM variations.Past hydrological variations are reconstructed by using isotopic composition (δ18O, δ13C) of modern and fossil shells in this Delta. The shells' seasonal isotopic signals reflect faithfully hydrological variations, linked to monsoonal regime. Our results show that the variations of these seasonal isotopic signals, associated to shell growth patterns with known periodicities allow the reconstruction of season durations with a precision of 25 days, a precision that has never been achieved in paleoclimate studies in the Sahel region.Multidecadal variations of hydrological conditions are reconstructed by using isotopic composition of fossil shells collected in the massive shell middens (Dioron Boumak), characterized by high accumulation rate. The averaged δ18O value of fossil shells was more negative by 1.4‰ compared to modern shells' isotopic signature. This result indicates fresher mean conditions in the Saloum Delta that was likely not hypersaline as it is today. The precipitation-evaporation budget was thus more positive in response to a more intense and/or longer rainfall season during from AD 460 to 1090. We propose that winter and early spring rainfall events, which are observed very occasionally today, were occurring frequently during this period. These rains restricted to the western Sahelian coast and followed by the monsoon would have increased the total duration of the rainy season (~ 5 months instead of 3 months today) and substantially increased the annual precipitation-evaporation budget.This study shed light on the high potential of A. senilis as a high resolution paleoclimate archive of rainfall variability in the Sahel region. It shows also the importance of rainfall seasonality in past hydrological cycles that should be taken into account in the future paleoclimate studies

La région océanique située au large des côte sénégalaises et mauritaniennes est l’une des zones le plus productives dans le monde en raison du système d’upwelling qui a lieu en hiver. Cette saisonnalité est très spécifique à cette région. Ce système d’upwelling se distingue donc des autres upwellings classiquement appelés upwelling de bord est (EBUSs: Eastern Boundary Upwelling Systems) tels que le système des Canaries, de la Californie, du Pérou-Chili et du Benguela et qui sont maximum en été. Le devenir de ces upwellings sous l’effet du changement climatique a récemment reçu beaucoup d’attention. Les premières études ont suggéré que leur intensité pourrait augmenter à l’avenir, mais les observations récentes ne permettent pas de dégager des preuves solides. Le système d’upwelling sénégalo-mauritanien est en grande partie exclu de ces études, malgré son rôle crucial pour le développement socio-économique des populations riveraines, dont la nourriture et le revenu dépendent fortement des ressources halieutiques. Dans ce contexte, cette thèse propose une caractérisation de la représentation de ce système dans les modèles de climat de la basse CMIP5 et de sa réponse sous l’effet de l’augmentation des gaz à effet de serre. Notre analyse est basée sur les caractéristiques de l’upwelling en termes de forçage du vent et de signature de la température de surface de la mer. Malgré une certaine diversité dans la capacité des modèles à représenter ce système d’upwelling, les résultats suggèrent que son intensité pourrait au contraire diminuer à l’avenir, principalement en raison de la réduction de la force du vent. D’autre part, cette thèse propose une première analyse de la variabilité inter-annuelle à décennale de l’intensité de ce système à partir de réanalyses. Les indices de caractérisation de l’intensité de l’upwelling ne sont pas toujours cohérents entre eux sur la période historique mais ils suggèrent une variabilité à l’échelle de temps décennale marquée. Le lien avec l’AMV n’est pas robuste, à la différence du lien avec l’intensité de la mousson au cours de la saison opposée. Le mécanisme liant ces deux systèmes est en partie expliqué par les modulations saisonnières de la position hivernale de la zone de convergence intertropicale
The oceanic region located off the Senegalese and Mauritanian coasts is one of the most productive one in the world ocean. This is due to the upwelling system, which occurs during the winter season in this region. This seasonality is very specific. In particular, it differs from the well-known upwelling systems located along the eastern coast of the tropical oceans but further poleward such as along Morocco and the Iberian peninsula, the Californian coast, the Peru-Chili and the Benguela. These upwelling systems are maximum in summer. Several studies have investigated their sensitivity to global warming. Early studies have suggested that their intensity may increase in the future, but recent observations do not clear give robust evidence of this behavior. The winter senegalo-mauritanian upwelling system has been largely excluded from these studies, in spite of its crucial role for the socio-economical development of the populations of the surrounding region, whose food and income strongly depend on the halieutic resources. In this context, this study proposes an evaluation of the representation of this system in the CMIP5 climate models, and its response to climate change. Our analysis is based on characteristics of the upwelling in terms of wind forcing and sea surface temperature signature. In spite of some diversity in the model’s ability to represent the senegalo-mauritanian upwelling system, the results suggest that its intensity may rather decrease in the future, primarily because of a reduction of the wind forcing. In a second hand we propose an analysis of the inter-annual to decadal variability of the intensity of the upwelling based on recent reanalyses. This study focuses on the link with the monsoon and with large scale climate modes such as the North Atlantic Oscillation (NAO), Atlantic Multi- decadal Oscillation (AMO). The link with the decadal variations of the West African Monsoon (WAM) during the opposite season is relatively clear. It is associated with anomalous trajectories of the ITCZ. The indices characterizing the upwelling are not always correlated with each other, showing that they are not yet very robust. They nevertheless indicate a marked variability at the decadal timescale partly associated with the AMO

La saison des pluies en Afrique de l'Ouest est primordiale pour les populations locales. La mise en place de la mousson (MAO) se produit fin juin et correspond à un affaiblissement global de la convection sur la région puis une transition brutale des précipitations de la côte de Guinée vers le Sahel. C'est le mécanisme responsable de ce « saut » qui est étudié ici à partir d'expériences numériques. La capacité du modèle à aire limitée WRF à reproduire la circulation de la MAO en 2006 a d'abord été évaluée. Différentes paramétrisations de la convection et de la couche limite ont été testées et leur impact sur les simulations analysé. Des tests de sensibilité ont ensuite été effectués pour évaluer le rôle de la dépression thermique saharienne et de la SST (mécanismes proposés dans d'autres études) sur la mise en place de la MAO. Les résultats montrent que la phase de transition dépend plus fortement de la dynamique de grande échelle que des éléments régionaux. Plus précisément, la mise en place de la mousson Indienne libère une onde de Rossby qui se propage vers l'ouest, arrive au dessus de l'Afrique du Nord en favorisant les intrusions de masses d'air sec au dessus de l'Afrique de l'Ouest qui inhibent la convection. En parallèle, le gradient méridien de pression de surface est renforcé et la MAO s'intensifie en advectant de l’humidité au dessus du Sahel. Une fois l'onde évacuée, la convection se réorganise au dessus du Sahel où les conditions thermodynamiques sont favorables. L'utilisation de simulations globales avec LMDz a confirmé le rôle de la mousson indienne sur toute la période 1989-2008 avec cependant des années plus ou moins marquées.

Du Protocole de Kyoto est née une série d’objectifs de réduction des émissions de GES. Le respect de ces objectifs peut entraîner des coûts très lourds pour les économies des pays développés engagés dans la lutte contre les changements climatiques. Pour minimiser les coûts imposés par ces objectifs, des instruments économiques ont été développés, avec notamment la création de marchés du carbone. Y participent les trois mécanismes de flexibilité du Protocole de Kyoto parmi lesquels figure le Mécanisme pour un Développement Propre (MDP).

Parmi les problèmes posés par ce mécanisme de compensation, il y a des disparités observées dans la répartition géographique de sa mise en œuvre, alors qu’il est censé contribuer au développement de nombreux pays non-Annexe I. Parmi ceux-ci, les Pays les Moins Avancés (PMA) en général et ceux d’Afrique en particulier restent largement sous-représentés. Pourtant, le MDP a été adopté à la fois comme une contribution innovatrice à l’atténuation des changements climatiques et comme un moteur de promotion du développement durable dans les pays en développement.

Dans ce contexte, l’objectif général de cette thèse est triple. Primo, elle vise à étudier en profondeur cet instrument en dégageant ses principales caractéristiques, y compris les disparités d’implantation d’activités de projets qui lui sont liées. Secundo, elle en examine les causes par une analyse des barrières ou freins à la mise en œuvre d’activités de projets du MDP dans ces PMA d’Afrique en général et au Burundi en particulier. Tertio, elle révèle les opportunités (avantages/bénéfices) potentielles qui restent toujours non valorisées par l’implémentation d’activités de projets éligibles au titre du MDP.

L’analyse menée montre que les disparités susmentionnées jouent essentiellement en faveur des grands pays émergents d’Asie et d’Amérique latine, ce qui va à l’encontre du principe d’équité. En effet, en décembre 2011, le Brésil, la Chine et l’Inde détenaient 72,7 % de toutes les activités de projets du MDP et 75,8 % de crédits-carbone attendus en 2012. A l’opposé, les PMA ne disposaient dans le même temps que de 1,3 % de toutes les activités de projets du MDP et 1,2 % de leurs crédits attendus d’ici 2012. Les PMA d’Afrique ne restent qu’avec des parts de l’ordre de 0,8 % et 0,9 % respectivement. Cette situation reste si drastiquement critique qu’il importe d’en déceler les raisons.

Des caractéristiques de l’instrument, des expériences menées jusqu’ici et de la situation dans des pays hôtes, il ressort que les barrières sont de deux types. D’une part, les barrières endogènes, c'est-à-dire les barrières liées à l’organisation interne des pays. D’autre part, les barrières exogènes qui sont liées essentiellement à l’organisation générale du processus du MDP. L’étude a permis ainsi de montrer que les barrières endogènes constituent le nœud du problème en termes de visibilité des pays hôtes dans le marché du MDP. Celle-ci reste largement limitée dans ce marché international du carbone.

Les barrières identifiées dans ce travail, en particulier les barrières endogènes, risquent de se révéler difficiles à lever, car elles exigent des réformes structurelles au sein de l’organisation politique, institutionnelle, économique, et juridique du pays hôte. En outre, l’intégration de ces barrières dans un système unique d’interrelations constitue un des points originaux du travail. Ces interrelations ne sont pas négligeables et complexifient l’application du mécanisme, car, dans la plupart des cas, une action amorcée pour lever une barrière peut s’avérer inefficace si d’autres barrières associées ne sont pas prises en compte.

L’étude s’est également attachée à évaluer les retombées potentielles liées à la mise en œuvre d’activités de projets du MDP au Burundi. Les principales opportunités perdues jusqu’ici se situent dans quelques secteurs socioéconomiques du pays, essentiellement dans la gestion des déchets et l’énergie. L’étude en a ainsi retenu des options technologiques susceptibles de contribuer à des solutions à la problématique de la gestion des déchets et de l’approvisionnement énergétique au Burundi, tout en favorisant la stabilisation d’émissions de GES. Il s’agit de technologies adaptées de compostage et de bio-méthanisation dans le secteur de la gestion des déchets et les technologies de production d’énergies à partir de sources renouvelables (hydro, solaire, biogaz) et d’amélioration de l’efficacité énergétique de la biomasse (foyers améliorés, carbonisation) dans le secteur de l’énergie.

Ces opportunités ont également été analysées suivant des critères et indicateurs de durabilité (matrice de développement durable du Gold Standard). Les résultats montrent que ces options technologiques peuvent apporter une contribution au développement durable du pays. En effet, les opportunités se rencontrent à la fois dans le développement social (création d’emplois, moyens de subsistance des pauvres, accès aux énergies propres, renforcement des capacités), le développement écologique (réduction des émissions de GES, amélioration de la qualité de l’air, de l’eau et du sol, sauvegarde de la biodiversité), et le développement économique et technologique (rémunération d’emplois créés, augmentation des investissements, transfert et autonomie technologiques).

Afin de faire bénéficier le pays des retombées des activités de projets du MDP, il est proposé des solutions qui peuvent contribuer à une levée/atténuation de ces barrières. Ces propositions forment une combinaison d’actions à mener au niveau international, régional et surtout local/national. Au niveau international, des organes habilités devraient apporter des réformes profondes au MDP. Au niveau régional, le renforcement des capacités par des actions de coopération pourrait favoriser l’échange d’expériences en la matière. Au niveau local/national, l’adoption des réformes profondes aux niveaux institutionnel, législatif et juridique, dans une logique d’améliorer les politiques de planification du développement socioéconomique et environnemental, rendrait le pays naturellement plus attractif. En particulier, la mise en place et la mise en œuvre d’une stratégie nationale du MDP pourrait contribuer à relever le défi.

Les propositions de solutions pour réduire les barrières à la mise en œuvre d’activités de projets du MDP sont susceptibles de stimuler l’investissement en général. Ainsi, toute stratégie adoptée dans cette logique peut contribuer non seulement à la participation du pays au processus du MDP, mais aussi à favoriser la mise en œuvre d’autres projets conventionnels de développement au niveau national. Finalement, la considération de ces différentes opportunités associées à la mise en œuvre d’activités de projets du MDP au niveau du pays par des instances habilitées (décideurs politiques, acteurs institutionnels et économiques) conduirait à faire de ce mécanisme une contribution utile au développement du pays/The Kyoto Protocol has established a series of targets for reducing GHG emissions. The fulfilment of these objectives may result in heavy costs for the economies of developed countries engaged in the fight against climate change. To minimize the costs imposed by these targets, economic instruments were developed, notably with the creation of carbon markets. The three flexible mechanisms of Kyoto Protocol are involved in this, one of which being the Clean Development Mechanism (CDM).

Among the problems posed by this offset mechanism, disparities can be observed in regional distribution after it has been implemented, when it ought to be contributing towards the development of a number of Non-Annex I countries. Among these countries, the least developed ones (LDCs) in general and Africa ones in particular are largely under-represented. However, the CDM was adopted both as an innovative solution to mitigate climate change and as an engine to promote sustainable development in developing countries.

Within this context, the overall objective of this thesis is threefold. First of all, it aims to study this instrument in depth, by picking out its main characteristics, including the disparities in project activities implementation related to it. Secondly, it examines the causes for these disparities by analyzing the barriers or restrictions preventing implementation of CDM project activities in these African LDCs in general and in Burundi in particular. Its third purpose is to reveal the potential opportunities (advantages/benefits) which have yet to be developed by setting up eligible CDM project activities.

The analysis carried out shows that the aforementioned disparities come out in favor of the large emerging countries in Asia and Latin America primarily, which goes against the principle of equity. In fact, in December 2011, Brazil, China and India held 72.7% of all CDM project activities and 75.8% of carbon emission credits expected in 2012. On the contrary, for the same time period, the LDCs had only 1.3% of all CDM project activities and 1.2% of their carbon emission credits expected up until 2012. The African LDCs are left only with shares of 0.8% and 0.9% respectively. This situation is extremely critical. It is crucial to discover the reasons for it.

The instrument’s features, experiments carried out so far and the situation in host countries all reveal that the barriers fall into two categories. On the one hand, there are endogenous barriers, i.e. barriers related to the internal organization of countries. On the other hand, exogenous barriers are related to the general running of the CDM process especially. The study has thus revealed that the endogenous barriers are the crux of the problem where the presence of host countries is concerned in the CDM market. The visibility of host countries is rather limited in this international carbon market.

The barriers identified in this thesis, particularly endogenous ones, may be difficult to remove because they demand structural reforms in the political, institutional, economical and legal organization of the host country. In addition, the integration of these barriers into a single system of interrelationships is one of the original points of this thesis. These interrelationships are not insignificant and complicate the mechanism’s application, because in most cases, initiating an action to remove a barrier may be ineffective if other associated barriers are not taken into account.

The study has also focused on evaluating the potential impacts linked to the implementation of CDM project activities in Burundi. The main opportunities lost up to date are in some socioeconomic sectors in the country, particularly in the waste management and energy sectors. The study has therefore identified technological options that are likely to bring solutions to the question of waste management and energy supply in Burundi, while at the same time contributing to the stabilization of greenhouse gas emissions. These options are notably composting and anaerobic digestion technologies in the area of waste management, and energy generation technologies from renewable sources (hydro, solar, biogas) and improved energy efficiency of biomass (better households, carbonization) in the energy sector.

These opportunities were also analyzed in accordance with sustainability criteria and indicators (Gold Standard sustainable development matrix). The results show that these technological options may contribute to sustainable development in the country. Indeed, the opportunities can be seen at the same time in social development (job creation, means of subsistence for the poor, clean energy access, capacity building); ecological development (reducing GHG emissions, improvement in quality of air, water and soil, preservation of biodiversity) and economic & technological development (better pay for jobs created, increased investment, technology transfer and technological autonomy).

In order to allow the country to take advantage of these opportunities through CDM project activities, it has been proposed solutions that can help raise/mitigate these barriers. These proposals are a combination of actions to be taken at international and regional levels and above all at a local/ national level. In the international arena, authorized bodies should make major reforms to the CDM. At a regional level, capacity building through joint actions could encourage the exchange of expertise in the field. Locally/nationally, adopting major reforms at institutional, legislative and legal levels, with a view to improving planning policies in socioeconomic and environmental development, would make the country naturally more attractive. In particular, establishing and implementing a national CDM strategy could also contribute towards taking up the challenge.

Proposals of solutions for mitigating barriers to implement CDM project activities are likely to stimulate investment in general. Thus, any strategy adopted along these lines can contribute not only to the country’s participation in the CDM process, but also to favoring implementation of other conventional projects for development at national level. Finally, considering these different opportunities associated with implementing CDM project activities in the country via authorized bodies (policymakers, institutional and economic actors) would lead to this mechanism being a useful contribution towards national development.

Doctorat en Sciences
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