Modéliser les futures inondations et les ressources en eau en Afrique de l’Ouest

Contexte

La quantité et la qualité des ressources en eau douce de la planète subissent de plus en plus les pressions exercées par la croissance démographique, l’activité économique et l’intensification de la concurrence entre les utilisateurs d’eau. Dans de nombreux pays, les niveaux actuels d’utilisation de l’eau sont déjà insoutenables et les carences périodiques et chroniques d’eau pourraient être exacerbées par les futurs changements climatiques, les changements d’utilisation des sols et le développement des ressources en eau.

L’Afrique de l’Ouest connaît depuis longtemps des sécheresses prolongées et graves, notamment dans sa région sahélienne semi-aride. La sécheresse qui a débuté à la fin des années 1960 est reconnue comme le signal climatique le plus fort depuis le début des mesures météorologiques.

Il est de plus en plus évident que le climat à long terme de l’Afrique de l’Ouest est en train de changer, mais des changements climatiques peuvent entraîner des inondations et des sécheresses (extrêmes hydrologiques). Ces dernières années, le Sahel a connu des inondations dévastatrices, souvent liées à des précipitations extrêmement abondantes. Par exemple, une tempête d’août 2014 enregistrée près de Niamey au Niger était si extrême que les scientifiques ont estimé qu’elle ne devrait normalement se produire qu’une fois tous les 4000 ans.

D’autres villes d’Afrique de l’Ouest, notamment Ouagadougou (en 2009), Niamey (2012) et Dakar (2012), ont connu des inondations graves et dévastatrices. L’impact potentiel des futurs risques d’inondation sur les zones urbaines à croissance rapide reste une question ouverte, qui appelle des réponses urgentes pour informer le développement urbain durable.

Des progrès considérables ont été réalisés pour comprendre pourquoi les précipitations sont si variables en Afrique de l’Ouest et comment elles pourraient changer à l’avenir.

Cependant, il est également important de comprendre comment et où ces changements pourraient se produire, car les inondations ou les sécheresses qui en résultent peuvent affecter directement la vie des personnes, leurs foyers et leurs entreprises.

Quel est le défi ?

En ce qui concerne le climat futur, un manque de compréhension et de consensus empêche les décideurs en Afrique de l’Ouest d’agir. La plupart des impacts du changement climatique sur l’agriculture, l’hydrologie et la planification du développement se feront sentir par des changements par des conditions météorologiques extrêmes telles que les fortes pluies ou les températures élevées entraînant des coûts humains ou économiques.

Nous savons que la grande sécheresse sahélienne des années 70 et 80 a été associée à une diminution de l’étendue spatiale et du nombre de systèmes convectifs. Cependant, il est très difficile de comprendre les variations de l’intensité de la pluviométrie dans les épisodes de crue les plus importants en raison du réseau de pluviomètres africain peu dense et des variations extrêmes de la pluie à des échelles de quelques kilomètres.

Cette situation est aggravée par un développement et une gestion non coordonnés, en particulier dans les bassins fluviaux transfrontaliers (rivières et bassins versants traversant plus d’un pays) où les priorités locales et nationales peuvent entrer en conflit avec les préoccupations à l’échelle du bassin versant. Les évaluations scientifiques des impacts futurs de divers scénarios de changements environnementaux et socio-économiques sur les inondations et les ressources en eau nécessitent le développement d’approches scientifiques harmonisées autant que possible entre les régions.

L’absence de données détaillées et de recherches connexes est l’un des facteurs limitant l’établissement des causes et des effets de tels événements dans cette région et pour une prise en compte et une gestion rigoureuses des impacts du changement climatique et de la croissance démographique.

Les données hydrométéorologiques existantes (telles que les données pluviométriques) sont limitées et souvent à faible résolution temporelle, à faible couverture spatiale et présentent des lacunes, en particulier lors d’événements extrêmes. Cela limite notre capacité à quantifier l’impact d’un événement extrême tel que l’intensité des tempêtes et la profondeur des inondations.

Ce qui limite notre capacité à comprendre la rareté de tels événements et à utiliser ces connaissances pour guider la conception technique résiliente. Ainsi, si les impacts humains et économiques sont généralement bien pris en compte, le manque de données quantitatives entrave le lien entre la science et les impacts.

De plus, il y a un manque associé de recherche détaillée sur le climat à l’échelle de la ville considérée ou d’outils pour aider à créer cette information. Sans cela, il est difficile pour les décideurs d’envisager de tels événements dans la planification urbaine future.

Que mesurons-nous, que modélisons-nous et quels outils allons-nous fournir ?

Nouvelles mesures : Nous surveillons actuellement une série de variables météorologiques telles que la température, les précipitations et l’évaporation, ainsi que le niveau des cours d’eau, les débits des cours d’eau et les niveaux des lacs, sur plusieurs sites urbains du Sénégal et du Burkina Faso.
• A Dakar, nous nous concentrons sur la capture de la variabilité des précipitations dans la ville et sur le rôle fréquemment joué par les zones humides restantes dans les inondations.
• A Ouagadougou, nous surveillons l’hydrologie complexe de la ville afin de mieux comprendre son fonctionnement afin de faciliter la modélisation et le développement d’outils pour les décideurs dans le cadre de notre étude pilote dédié.
Nouvelle modélisation : notre capacité de modélisation s’est développée rapidement au cours du projet, ce qui nous permet de fournir des estimations de modèles hydrologiques (débits des rivières, niveaux ou disponibilité de l’eau) à l’échelle locale ou régionale pour l’Afrique de l’Ouest.

À l’échelle régionale, nous modélisons les débits des rivières (Figure 1) et l’utilisation / la disponibilité de l’eau (Figure 3) dans l’ensemble de l’Afrique de l’Ouest afin d’estimer les impacts futurs prévus du changement climatique à travers l’élaboration de scénarios. Nos deux modèles hydrologiques régionaux à échelle physique (HMF et GWAVA) peuvent inclure des estimations de l’utilisation de l’eau, de la croissance démographique actuelle et future et de l’inondation des zones humides afin de créer des modèles cohérents du débit des rivières dans toute la région.

En utilisant de nouvelles projections de modèles climatiques jusqu’à la fin du siècle (2100), nous menons actuellement des recherches sur l’impact du climat à l’échelle régionale pour quantifier les changements prévus en termes de fréquence, de gravité, de calendrier et d’ampleur des événements extrêmes en Afrique de l’Ouest (Figure 2). Cela mettra en évidence les régions et les pays vulnérables et fournira des informations précieuses aux planificateurs du développement et des infrastructures.

Nous pouvons également intégrer des composants supplémentaires de l’infrastructure fluviale et des demandes sectorielles en eau (agriculture ou industrie), permettant au système naturel, avec son importance cruciale pour la quantité et la qualité des ressources, d’être intégré au système humain, déterminant l’utilisation des ressources et la production de déchets.

Cette fonctionnalité supplémentaire peut fournir de nouvelles informations sur la pénurie d’eau dans la région en relation avec les changements climatiques et socio-économiques. Cette approche permettra de quantifier l’impact potentiel de ces changements sur les différents secteurs économiques, communautés et environnement de l’Afrique de l’Ouest.

Bien que les modèles à l’échelle régionale permettent de comprendre la réponse du paysage à grande échelle aux phénomènes météorologiques violents, ils sont moins utiles pour fournir des informations à l’échelle d’une ville et ne fournissent donc pas les informations localisées requises pour la planification urbaine.

Pour y remédier, nous avons utilisé un modèle hydrologique à très haute résolution pour simuler le niveau des rivières et le drainage à l’échelle urbaine à Ouagadougou, au Burkina Faso. Le modèle d’hydrologie urbaine (ATHYS) utilise des cartes de drainage à haute résolution, des scénarios d’utilisation du sol et des simulations du climat futur pour développer des données et des outils permettant aux décideurs de planifier le développement futur de la ville changements sur la population et les infrastructures croissantes.

Qu’avons-nous appris et que devons-nous découvrir ?

Au cours des dernières décennies, l’Afrique de l’Ouest a connu certaines des variations de précipitations les plus extrêmes au monde.

A l’heure actuelle, il n’y a pas de consensus sur la manière dont les changements dans les gaz à effet de serre, la couverture terrestre et les aérosols auront un impact sur les régimes de précipitations et de débit dans la région

AMMA-2050 étudie comment la mousson ouest-africaine va changer dans les décennies à venir et étudier les causes des conditions météorologiques à fort impact (HIW) et leur évolution future. L’application du cadre de modélisation hydrologique (HMF) utilisant ces informations peut nous aider à mieux comprendre les changements futurs des inondations et des sécheresses en Afrique de l’Ouest et à identifier les zones ou les régions présentant un risque particulier dans un avenir proche et lointain.

Les débits fluviaux estimés par le HMF sont spatialement cohérents dans l’ensemble de l’Afrique de l’Ouest et tiennent compte des projections de la population et de l’utilisation de l’eau, permettant de comprendre où et quand les populations sont particulièrement exposées aux inondations ou aux sécheresses. La situation des ressources en eau en Afrique de l’Ouest est assez complexe, avec plusieurs bassins hydrographiques internationaux et un nombre croissant de projets de développement tels que les grands réservoirs, les transferts entre les bassins et les captages.

Les résultats de scénario du modèle de ressources en eau de GWAVA peuvent capturer l’impact de ces développements et être utilisés pour informer les planificateurs de l’eau, les gestionnaires et les décideurs de l’ampleur potentielle des déficits ou excédents en eau et identifier les domaines de préoccupation spécifiques. Par exemple, les résultats du modèle peuvent être utilisés pour examiner l’effet de certaines stratégies d’atténuation, telles que l’amélioration de l’efficacité de l’irrigation, et peuvent aider toutes les parties prenantes du secteur de l’eau à mieux comprendre les conséquences de certains changements climatiques ou de la demande en eau.

L’analyse de scénario a pour objectif principal d’estimer les effets du changement climatique futur, du changement d’utilisation des sols et de la mise en valeur des ressources en eau sur le régime hydrologique et la disponibilité de l’eau, ainsi que ses conséquences sociétales et économiques. L’approche à l’échelle du sous-continent signifie qu’une méthodologie cohérente peut être appliquée à la fois aux bassins internationaux et aux zones intermédiaires, afin de fournir un contexte régional plus large pour certains des problèmes rencontrés.

Les résultats de modèles à l’échelle mondiale ou régionale tels que GWAVA et HMF sont en général trop grossiers pour permettre des évaluations détaillées à l’échelle du bassin ou en milieu urbain : ils révèlent plutôt des tendances régionales et permettent donc de faire le lien entre les effets à grande échelle de changement et la ressource en eau disponible.

Par conséquent, cette approche complète les systèmes de gestion de l’eau nationaux et des bassins hydrographiques existants, en identifiant les régions sur lesquelles une attention locale est susceptible de s’attaquer afin de traiter des questions importantes par le biais d’une approche interdisciplinaire associant scientifiques, gestionnaires de ressources et parties prenantes.

La modélisation urbaine haute résolution des inondations à Ouagadougou à l’aide d’ATHYS peut fournir des scénarios localisés et les outils nécessaires aux urbanistes pour prendre des décisions clés sur les futures zones de logements et d’infrastructures susceptibles de réduire les risques d’inondation pour les populations vulnérables.

Prochaines étapes

• Nous recueillons toujours des données d’observation de nos réseaux hydrologiques pour nous aider à évaluer et à améliorer les compétences de nos modèles hydrologiques.

• Nos modèles à l’échelle régionale sont maintenant utilisés pour simuler les risques d’inondation et de sécheresse et le stress hydrique dans divers scénarios climatiques à l’aide de données climatiques actuelles et futures. Les résultats du modèle permettront de quantifier les changements projetés dans les risques futurs et d’identifier les zones vulnérables afin de fournir des informations précieuses aux planificateurs pour le développement futur des infrastructures.

• Le modèle de ressources en eau de GWAVA sera associé à des modèles de culture afin de fournir des informations sur l’élaboration de scénarios d’irrigation permettant d’évaluer l’impact potentiel du changement climatique sur les rendements des cultures futures. Des cartes de risque personnalisées et d’autres résultats de pénurie d’eau seront générés pour les futurs scénarios climatiques et socio-économiques, en fonction des besoins des parties prenantes et des besoins en matière de planification future de la demande en eau et des cultures.
Le couplage des modèles de cultures hydro-agricoles fournira aux parties prenantes des informations spatiales précieuses sur la disponibilité future en eau et les rendements des cultures en Afrique de l’Ouest. Les meilleures pratiques en matière d’utilisation de l’eau peuvent être évaluées, ce qui contribue à ouvrir des discussions sur les politiques et la gestion de l’eau dans la région.

• Nous avons rencontré les maires des villes et les organismes de planification pour discuter de notre projet et nous poursuivons notre engagement avec les décideurs de la ville et de l’ensemble de l’Afrique de l’Ouest . Nous leur demandons de guider notre travail et de travailler avec nous afin que nous puissions fournir quelque chose d’utile qui leur permettra de planifier ces pressions.

Bell VA
Houghton-Carr HA
Miller J
P Rameshwaran
N. Rickards
T. Warnaars
Centre for Ecology and Hydrology
Maclean Building, Benson Lane, Wallingford, OX10 8BB ; United Kingdom

contact : twarnaars@ceh.ac.uk

Photo d’ouverture : F. Casenave IRD)