MINISTERE DE L’EDUCATION

NATIONALE

DIRECTION NATIONALE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR

ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS

( E.N.I – A.B.T. )

DER de GENIE CIVIL

MEMOIRE

Pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Concepti on en Génie Civil

Option : HYDRAULIQUE

TRAITEMENT ET ANALYSE DES DONNEES HYDROLOGIQUES ET PLUVIOMETRIQUES POUR LA GESTION DES RESSOURCES EN E AU

APPLICATION AU BASSIN VERSANT DU BANI

Présenté et soutenu le 03 octobre 2007 par :

Camille Hervé Dagbémabou AIZO

Sous la Direction de :

Dr Luc FERRY Dr Fatogoma BAMBA Directeur de Recherche à IRD Professeur à l’E.N.I

Dr Jean-Emmanuel PATUREL Dr Alain DEZETTER Chargé de recherche à IRD Chargé de recherche à IRD

2006-2007

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Devant :

Dr Adama Tiémoko DIARRA Maître de conférence à ENI Bamako

Dr Luc FERRY

Directeur de Recherche à IRD

Dr Fatogoma BAMBA Professeur à l’E.N.I

Dr Jean-Emmanuel PATUREL Chargé de recherche à IRD

Dr Alain DEZETTER

Chargé de recherche à IRD

Photographie de couverture : Le Baoulé à Bougouni (Source C. AÏZO)

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REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier très sincèrement toute l’équipe hydrologique de l’IRD. J’adresse ma plus sincère reconnaissance à Luc Ferry, Alain Dezetter, Nadine Muther, Jean Emmanuel Paturel, Didier Martin et Marc Berthelot ; pour m’avoir accueilli, m’avoir offert un cadre propice au déroulement de ce stage, pour leur disponibilité, leurs conseils et remarques avisées, leur patience et pour la bonne humeur quotidienne, au sein d’une ambiance toutefois très studieuse. Je tiens également à exprimer toute ma gratitude à Fatogoma BAMBA. J’adresse une pensée particulière au Chef du Département de Génie-Civil, à tous les professeurs du Département pour leurs conseils, leur présence, leur attention et leur persévérance tout au long de mon parcours de trois ans ou ils ont su me donner le maximum Que tous ceux ou toutes celles, qui m'ont aidé et soutenu, d'une manière ou d'une autre, de loin ou de près, trouvent ici l'expression de ma profonde et sincère gratitude. Avant de partir pour une toute nouvelle aventure, merci encore à tous ceux qui ont contribué à ces bons moments de travail Je voudrais aussi remercier profondément ma famille qui a su, même éloignée par la distance, être à mes côtés et me soutenir. Un merci tout particulier à toi, ma Manon,

Enfin, merci à toi, Judith.

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RESUMÉ

La transformation de la pluie en débit à l’échelle du bassin versant est simulée depuis le début des années soixante. Malgré cela à notre connaissance il n’y a pas de modèle au pas de temps décadaires. Nous avons tenté dans ce travail de mémoire de modifier deux modèles globaux conceptuels pluie-débit au pas de temps mensuel (GR2M HSM et le GR2M CEMAGREF) pour une utilisation au pas de temps décadaire. Trois modèles globaux de relation pluie-débit au pas de temps journalier (GR4J, GR3 et CREC) sont utilisés ; une agrégation des résultats est fait au pas de temps décadaire. Une comparaison sera faite avec les résultats obtenus avec les versions de GR au pas de temps décadaire afin de voir l’impact que peut avoir ou non la prise en compte de la dynamique journalière des pluies sur les sorties des modèles. Ces modèles sont utilisés sur cinq sous bassins versants de BANI de superficie variant entre 261 Km2 à 101.300 Km2 présentant différente zone climatique. Cette étude est faite dans le but de la prévision, de la gestion des apports, et du dimensionnement des ouvrages de retenue. Après avoir fait l’inventaire, l’analyse et la critique des données pluviométriques et hydrométriques nous avons calé et validé ces modèles sur des périodes allant de 5 à 9 ans.

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SOMMAIRE

I. INTRODUCTION............................................................................................................. 10

I.1. Organisation des travaux .......................... ............................................................................................ 10

II. PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE ................... .................................................. 11

II.1. Situation géographique ............................ ............................................................................................. 11

II.2. Caractéristiques Physiques du bassin versant de BAN I.................................................................... 12 II.2.a Relief .................................................................................................................................................. 12 II.2.b Caractéristiques géologiques ............................................................................................................. 13 II.2.c Réseau Hydrographique .................................................................................................................... 14 II.2.d Climatologie du Bassin versant de BANI ........................................................................................... 15

II.3. Autres caractéristiques du bassin versant du Bani . ........................................................................... 17

II.4. Les ouvrages sur le BANI .......................... ............................................................................................ 20

II.5. Agriculture et couverture végétale ................ ....................................................................................... 21

III. PRESENTATION DU LOGICIEL HYDRACCESS ............... ........................................... 22

IV. MESURE DES DEBITS SUR QUELQUES STATIONS HYDROMETRIQ UE DU BANI ........................................... .............................................................................. 23

IV.1. Les principales méthodes de jaugeage............... ................................................................................. 23

IV.2. Jaugeage au moulinet .............................. .............................................................................................. 24 IV.2.a Les matériels que j’ai utilisés pour le jaugeage au moulinet : ............................................................ 24 IV.2.b Matérialisation de la section et déplacement pour les jaugeages « en bottes » ............................... 24

IV.3. Jaugeages au courantomètre acoustique profileur : A DCP .............................................................. 25 IV.3.a Principe de fonctionnement................................................................................................................ 25 IV.3.b Le Matériel que j’ai utilisé pour le jaugeage à l’ADCP ....................................................................... 26 IV.3.c Mise en œuvre d’un jaugeage à l’ADCP ............................................................................................ 26

IV.4. Dépouillement des jaugeages au moulinet sur Hydracc ess ............................................... ............... 27

IV.5. V Dépouillement du jaugeage fait à ADCP avec le log iciel WIN RIVER ................................... ......... 33

V. ANALYSE ET CRITIQUES DES DONNEES HYDROMETRIQUES ET PLUVIOMETRIQUES DU BASSIN VERSANT DU BANI ......... ...................................... 35

V.1. Le réseau D'OBSERVATION hydrométrique DU Bani en am ont de DOUNA .................................... 3 5

V.2. Méthodologie de critique et d’analyse des données h ydrométriques ..................................... ......... 37 V.2.a Les hauteurs d’eau ............................................................................................................................. 37 V.2.b Les jaugeages et les courbes d'étalonnage ....................................................................................... 38 V.2.c Les débits : ......................................................................................................................................... 38

V.3. STATIONS PLUVIOMETRIQUES ET CLIMATOLOGIQUES UTILISE ES POUR LA MODELISATION DU BASSIN VERSANT DU BANI EN AMONT DE DOUNA ....... ...................................................... 38

V.4. Méthodologie de critique et d’analyse des données p luviométriques .................................... ......... 42 V.4.a Analyse des séries chronologiques et des hyétogrammes ................................................................ 42 V.4.b Méthode des simples cumuls ............................................................................................................. 46 V.4.c Présentation de quelques graphiques des simples cumuls ............................................................... 47 V.4.d Méthode des doubles cumuls ............................................................................................................ 47 V.4.e Présentation de quelques graphiques des doubles cumuls .............................................................. 48

VI. RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES SUR LES MODELES PLUIE-DEBI T ....................... 49

VI.1. Définition ........................................ ......................................................................................................... 49

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VI.2. Classification des modèles ........................ ........................................................................................... 49 VI.2.a Classification selon la représentation de l’espace ............................................................................. 49 VI.2.b Classification selon la nature de la variable ....................................................................................... 49 VI.2.c Classification selon le fondement théorique et l’approche de développement .................................. 50

VI.3. Les variables d’un modèle ......................... ............................................................................................ 51

VI.4. Paramètre ......................................... ....................................................................................................... 51

VI.5. La période de mise en route ....................... ........................................................................................... 51

VI.6. L’étape de calage ................................. ................................................................................................... 52

VI.7. La validation ..................................... ....................................................................................................... 52

VI.8. Critères numériques de calage ..................... ........................................................................................ 53

VII. ADAPTATION D’UN MODELE PLUIE DEBIT A PAS DE TEMPS M ENSUEL POUR UNE UTILISATION AU PAS DE TEMPS DECADAIRE - APPLICATION AUX DONNEES DU BASSIN VERSANT DU BANI . ............................. 54

VII.1. Critère de choix des bassins et des périodes d’étud e .................................................................. 54

VII.2. Analyse et critique des données des bassins pour la modélisation ..................................... ...... 56 VII.2.a Le bassin versant de Bowara (261.3 Km2) .................................................................................. 56 VII.2.b Le bassin versant de Loulouni (799.2 Km2)................................................................................. 58 VII.2.c Le bassin versant de Kléla (3745.2 Km2) .................................................................................... 60 VII.2.d Le bassin versant de Pankourou (31120 Km2) ............................................................................ 62 VII.2.e Le bassin versant de Douna (101300Km2) .................................................................................. 64

VII.3. Les variables ..................................... ................................................................................................. 66 VII.3.a La pluie (P) .................................................................................................................................. 66 VII.3.b L’évapotranspiration potentielle (ETP) ........................................................................................ 71 VII.3.c Le débit (Q) .................................................................................................................................. 71

VII.4. Description des modèles ........................... ....................................................................................... 72 VII.4.a GR2D HSM .................................................................................................................................. 72 VII.4.b GR2M Cemagref.......................................................................................................................... 74 VII.4.c Comparaison des architectures de GR2D HSM et de GR2D CEMAGREF ................................ 76

VII.5. Mise en œuvre des modèles ......................... ................................................................................... 77

VII.6. Présentation des résultats ........................ ....................................................................................... 77

VII.7. Conclusion ........................................ ................................................................................................. 88

VIII. COMPARAISON AVEC LES DONNEES ISSUES DES RESULTATS AGREGES AU PAS DE TEMPS DECADAIRE DE 3 MODELES PLU IE-DEBIT AU PAS DE TEMPS JOURNALIER : GR4J, GR3 ET CRE C ............................. 89

VIII.1. Présentation des modèles .......................... ...................................................................................... 89

VIII.2. EMILE ................................................................................................................................................. 89 VIII.2.a Le modèle CREC. ........................................................................................................................ 89 VIII.2.b Le modèle GR3............................................................................................................................ 91 VIII.2.c Le modèle GR4J .......................................................................................................................... 93

VIII.3. Méthode automatique d’optimisation des paramètres.. ................................................................ 98

VIII.4. Phase d’initialisation des modèles................. ................................................................................. 98

VIII.5. Présentation des résultats ........................ ....................................................................................... 98

VIII.6. Conclusion ........................................ ............................................................................................... 107

IX. COMPARAISON DES RESULTATS OBTENUS PAR LES MODELES A U PAS TEMPS JOURNALIER AVEC AGREGATION DES SORTIES AU PAS DE TEMPS DECADAIRE ET LES MODELES GR2D HSM, GR4D ET GR2D CEMAGREF ................................................................................................................. 108

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IX.1. Conclusion ........................................ .................................................................................................... 109

X. CONCLUSION GENERALE ............................... .......................................................... 110

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant de Kobi en amont de Bowara ................................................................................................................................... 19 Tableau 2 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant de Kobafini en amont de Loulouni ............................................................................................................................ 19 Tableau 3 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant du Lotio en amont de Kléla ....................................................................................................................................... 19 Tableau 4 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant de Bagoé en amont de Pankourou ............................................................................................................................. 20 Tableau 5 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant du Bani en amont de Douna .................................................................................................................................... 20 Tableau 6 : Grille de saisie des relevés de terrain ................................................................. 27 Tableau 7 : Fiche des résultats .............................................................................................. 29 Tableau 8 : Fiche des résultats de Bougouni ......................................................................... 32 Tableau 9 : Valeurs des jaugeages à l’ADCP ........................................................................ 33 Tableau 10 : Présentation des résultats du jaugeage à l’ADCP ............................................ 33 Tableau 11 : Fiche des résultats Pankourou .......................................................................... 34 Tableau 12 : Stations limnimétriques et de jaugeages sur le Bani dans le Mali ..................... 35 Tableau 13 Liste des stations pluviométriques, climatologiques et synoptiques .................... 39 Tableau 14 : Liste des stations pluviométriques avec les lacunes en pourcentage et en nombre de jours ..................................................................................................................... 43 Tableau 15 : Exemple de classification des modèles pluie-débit ........................................... 50 Tableau 16 : Influence de l’ETP sur les résultats des modèles – exemple de Pankourou ..... 54 Tableau 17 : Inventaire des données pour le choix des périodes de modélisation et des bassins retenus ...................................................................................................................... 55 Tableau 18 : Implantation des bassins de Bowara et Loulouni et polygones et coefficients de Thiessen du bassin versant de Loulouni ................................................................................ 67 Tableau 19 : Implantation et polygones et coefficients de Thiessen du bassin versant de Klela ....................................................................................................................................... 68 Tableau 20 : Implantation et polygones et coefficients de Thiessen du bassin versant de Pankourou ............................................................................................................................. 69 Tableau 21 : Implantation et polygones et coefficients de Thiessen du bassin versant de Douna .................................................................................................................................... 71 Tableau 22 : Comparaison des modèles ............................................................................... 76 Tableau 23 : Différence entre les paramètres X1 et X2 de GR2D HSM et GR2D Cemagref . 76 Tableau 24 : Période de calage et de validation des modèles sur les cinq bassins versants étudiés ................................................................................................................................... 77 Tableau 25 : calage-validation des modèles HSM et Cemagref - valeurs des critères de Nash et des paramètres pour le bassin versant de Kobi à BOWARA ............................................. 79 Tableau 26 : Calage-Validation des modèles GR2D HSM et GR2D Cemagref : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Kobafini à LOULOUNI ............ 81 Tableau 27 : Calage-Validation des modèles GR2D HSM et GR2D CEMAGREF : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de LOTIO à Kléla ......................... 83 Tableau 28 : Calage-Validation des modèles GR2D HSM et GR2D CEMAGREF : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Bagoé à Pankourou ................ 85 Tableau 29 : Calage-Validation des modèles GR2D HSM et GR2D CEMAGREF : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Bani à DOUNA ....................... 87 Tableau 30 Transformation des paramètres pour l’optimisation ............................................ 98

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Tableau 31 : Calage-Validation des modèles GR3, CREC et GR4J : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de kobi à BOWARA .................................... 100 Tableau 32 : Calage-Validation des modèles GR3, CREC et GR4J : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Kobafini à Loulouni ................................ 102 Tableau 33 : Calage-Validation des modèles GR3, CREC et GR4J : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Lotio à KLELA ........................................ 104 Tableau 34 : Calage-Validation des modèles GR3, CREC et GR4J : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Bagoé à PANKOUROU.......................... 106 Tableau 35 : Les modèles qui ont donné les meilleurs critères de Nash pour chaque bassin versant ................................................................................................................................. 108 Tableau 36 : Présentation des critères de Nash maximal et minimal des cinq modèles utilisés .................................................................................................................................. 108

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Carte de localisation du bassin versant du Bani en amont de Douna .................... 12 Figure 2 : Carte géologique du Niger supérieur et du Bani .................................................... 14 Figure 3 : Carte hydrographique et du relief du Bani en amont de Douna ............................. 15 Figure 4 : Croquis illustrant les différentes zones climatiques du Mali (source : DNEF (Mali), MFC (France), SYSAME, BDPA, SCET-AGRI, CTFT, 1991) ................................................ 16 Figure 5 : Extrait de la carte des précipitations moyennes annuelles (1951-1989) de l’Afrique de l’Ouest et Centrale (source L'Hôte Y., Mahé. G, 1995, IRD) ............................................ 17 Figure 6 : Carte de synthèse des formations végétales et de l’occupation agricole du Mali (source DNEF (Mali), MFC (France), SYSAME, BDPA, SCET-AGRI, CTFT, 1991) .............. 21 Figure 7 : Schéma illustrant le fonctionnement de l’ADCP ..................................................... 25 Figure 8 :La parabole des vitesses pour le jaugeage de Zantiébougou ................................. 28 Figure 9 : Courbe des vitesses et profil en travers de la rivière au droit du jaugeage ............ 28 Figure 10 : La parabole des vitesses jaugeage de Bougouni ................................................ 31 Figure 11 : La courbe des vitesses et la section mouillée ...................................................... 32 Figure 12 : Parabole des vitesses .......................................................................................... 33 Figure 13 : Courbe de tarage avec jaugeage dépouillé ......................................................... 34 Figure 14 : Localisation des stations hydrométrique sur le Bani en amont de Douna au Mali36 Figure 15 : Limnigramme ....................................................................................................... 37 Figure 16 : Localisation des stations pluviométriques sur le bassin versant du Bani en amont de Douna ............................................................................................................................... 42 Figure 17 : Hyétogramme de Sikasso (1950-1990) ............................................................... 46 Figure 18. Simple cumul - station de Madinani 1090013900 (1966-1990) ............................. 47 Figure 19 : Simple cumul - station de kadiolo 127001840 (1965-1994) ................................. 47 Figure 20 : Double cumuls ..................................................................................................... 48 Figure 21 : Double cumuls (1980- 1995)................................................................................ 48 Figure 22 : Présentation schématique d’un modèle pluie-débit ............................................. 51 Figure 23 : Carte de localisation des bassins retenus pour la modélisation .......................... 56 Figure 24 : Comparaison des « hyétogrammes » décadaires de Lobougoula et Sikasso ..... 57 Figure 25 : Courbe de tarage Bowara .................................................................................... 57 Figure 26 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés pour la période d’étude ........ 58 Figure 27 : Courbe de tarage de Loulouni ............................................................................. 59 Figure 28 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés sur Loulouni sur la période d’étude ................................................................................................................................... 59 Figure 29 : Pointage des cotes jaugées sur le limnigramme de LoulouniI sur la période d’étude ................................................................................................................................... 60 Figure 30 : Courbe de tarage de Klela ................................................................................... 61 Figure 31 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés sur Klela ............................... 61 Figure 32 : Pointage des cotes jaugées sur le limnigramme de Klela .................................... 62

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Figure 33 : Courbe de tarage de Pankourou .......................................................................... 63 Figure 34 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés sur PANKOUROU sur la

période d’étude ................................................................................................... 63 Figure 35 : Pointage des cotes jaugées sur le limnigramme de PANKOUROU sur la période

d’étude ................................................................................................................ 64 Figure 36 : Courbe de tarage de Douna ................................................................................ 65 Figure 37 : Pointage des cotes jaugées sur le limnigramme de Douna sur la période d’étude ............................................................................................................................................... 65 Figure 38 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés sur Douna sur la période

d’étude ................................................................................................................ 66 Figure 39 : Architecture du modèle GR2M HSM .................................................................... 73 Figure 40 : Architecture du modèle GR2M CEMAGREF ....................................................... 75 Figure 41 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la

station de BOWARA (calage sur 1982-1986 et validation sur 1987-1990) .......... 78 Figure 42 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la

station de Loulouni (calage sur 1983-1987 et validation sur 1988-1990) ............ 80 Figure 43 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la

station de Klela (calage sur 1989-1991 et validation sur 1992-1993) ................. 82 Figure 44 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la

station de Pankourou (calage sur 1972-1975 et validation sur 1976-1978) ........ 84 Figure 45 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la

station de Douna (calage sur 1972-1975 et validation sur 1976-1978) ............... 86 Figure 46 : Architecture du modèle CREC ............................................................................. 91 Figure 47 : Architecture du modèle GR3................................................................................ 93 Figure 48 : Architecture du modèle GR4J .............................................................................. 97 Figure 49 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la

station de Bowara (calage sur 1982-1986 et validation sur 1987-1990) ............. 99 Figure 50 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la

station de Loulouni (calage sur 1983-1987 et validation sur 1988-1990) .......... 101 Figure 51 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la

station de Klela (calage sur 1989-1991 et validation sur 1992-1993) ............... 103 Figure 52 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la

station de Pankourou (calage sur 1972-1975 et validation sur 1976-1978) ...... 105

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I. INTRODUCTION L’eau est un élément indispensable à la vie et à la santé humaine qui revêt de l’importance pour d’innombrables activités, dont l’alimentation, la production hydroélectrique et diverses activités socio-économiques et récréatives. Pourtant, par ignorance, mais aussi souvent par négligence, sa valeur intrinsèque n’est pas prise en compte. Elle est gaspillée, polluée et altérée de façon parfois irréversible. Parmi les outils disponibles pour tenter d’utiliser au mieux cette ressource et suivre son évolution dans le temps et l’espace, les modèles pluie-débit, ont pour objectif de reproduire à l’échelle du bassin versant les débits des fleuves et rivières (dont la connaissance peut être nécessaire pour la construction d’un ouvrage hydraulique, l’approvisionnement en eau potable d’une ville, l’industrie, l’agriculture…) à partir de la mesure ou de la simulation des pluies. La quantité et la qualité des ressources en eau disponibles posent des problèmes de plus en plus complexes et difficiles à résoudre vis-à-vis d’une forte demande qui résulte de la croissance démographique, du développement des différentes industries, de l’extension de l’irrigation et du changement climatique. La modélisation au pas de temps décadaire qui est un pas intermédiaire entre le pas de temps journalier et mensuel sera plus adapté à notre avis aux bassins dont le pas mensuel sera trop grand et le pas de temps journalier trop petit pour prendre en compte la dynamique des l’écoulements. Ce pas temps pourrait être aussi utile au gestionnaire car la prévision hydrologique à court terme est une tâche nécessaire pour une gestion efficace des ressources en eaux de surface et pour permettre une réaction adéquate et rapide dans les situations de crise.

La modélisation pluie-débit est pratiquement incontournable pour toute étude hydrologique surtout en ce qui concerne le dimensionnement des ouvrages ; car les méthodes employées jusqu'à présent pour évaluer des débits extrêmes reposent essentiellement sur des bases statistiques. Elles se répartissent en deux catégories. Il s'agit d'une part d'extrapolations effectuées à partir de lois de probabilité calées sur des séries de débits mesurés. Seuls les débits de période de retour du même ordre de grandeur que la durée de la série mesurée peuvent être estimés de manière fiable par cette approche. Ce qui veut dire qu’en réalité on ne peut estimer les débits sur quelques décennies avec cette méthode.

I.1. ORGANISATION DES TRAVAUX Les travaux effectués durant ce stage s'articulent en deux parties :

- La première partie est consacrée à la présentation du bassin versant du Bani (chapitre II) ainsi qu'à l'inventaire et la critique des données hydrométriques et pluviométriques (chapitre V) . Dans cette première partie figure également les observations effectuées sur quelques stations hydrométriques du Bani (chapitre IV).

- La deuxième partie concerne la modélisation pluie-débit au pas de temps décadaire. Deux modèles GR pluie-débit mensuel ont été adaptés pour une utilisation au pas de temps décadaire. Les résultats obtenus à partir de trois modèles journaliers ont été agrégés et comparés aux résultats obtenus avec les modèles mensuels adaptés au pas de temps décadaire.

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II. PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE Ce premier chapitre est consacré à une description générale du bassin versant étudié afin de donner les indications sur la localisation géographique à l’échelle sous régionale, les caractéristiques physiques, géologiques, climatologiques et le couvert végétal ; bases indispensables à la compréhension future des mécanismes hydrologiques du bassin versant et du choix du modèle pluie-débit.

II.1. SITUATION GEOGRAPHIQUE Le Bani est le plus grand affluent du fleuve Niger au Mali. Il est formé par la réunion des rivières Baoulé et Bagoé.

La rivière Baoulé et la rivière Bagoé prennent naissance dans la série des collines séparant le bassin du Niger des bassins côtiers de la Côte d’Ivoire, le Bani se jette dans le Niger à Mopti après un parcours total de près de 1300 Km environ. Au Sud, la limite avec les bassins de Sassandra et de Banadama en Côte d’Ivoire est un peu moins franche ; les limites se situent prés d’Odienne et Boundiali. Cette zone reçoit une pluviométrie annuelle de 1500 mm, il est soumis à un climat tropical pur. A l’Ouest, se situe le Niger supérieur avec le bassin de la Sankarani. A l’Est, elle est moins marquée avec le bassin de la Volta Noire.

Cet ensemble s’étend entre 9°13’ 15’’ à 14° 02’ 43’’ de latitude Nord et de 3°58’ 40’’ à 8° 05’ 33’ ’ de longitude Ouest. Les cours d’eau du bassin ont une très faible pente et forment d’innombrables méandres au milieu des plaines. Le bassin versant du Bani est réparti sur 4 pays : le Mali, la Côte d'Ivoire, le Burkina Faso et la Guinée. Il couvre presque la totalité de la région de Sikasso et une partie de la région de Koulikoro, Ségou et de Mopti au Mali. Sa superficie totale est d'environ 129 400 km2 à Sofara. Les principaux affluents du Bani sont : le Baoulé, le Bagoé, les Banifings, Banfini, Kankélaba, Lotio, Kobi, Kobafini, Niénié, Dégou.

Cette étude ne prend en compte que le bassin versant du Bani en amont de Douna d'une superficie de 101.300 Km2 dont 74 % se situe au Mali, 20 % en Côte d'Ivoire, 5.8 % au Burkina Faso et 237.78 Km2 soit 0.2% en Guinée.

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Le Baoulé à Bougouni

Le Bagoé à Pankourou

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Figure 1 : Carte de localisation du bassin versant du Bani en amont de Douna

(Source, L. Ferry, IRD Bamako, 2007)

II.2. CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT DE BANI Le comportement hydrologique d’un bassin versant peut être régi par l’ensemble de ses caractéristiques physiques. La pente, la géologie, la pédologie, le couvert végétal, sont autant de facteurs physiques pouvant avoir un impact, par exemple sur la vitesse d’écoulement, sur le taux de ruissellement, sur la capacité d’infiltration, sur l’écrêtement de crue.

II.2.a Relief

Le relief du bassin est peu accidenté avec une altitude qui varie entre 280 et 500 m mais toutefois, on note par endroit quelques rares chaînes qui culminent jusqu’à 850 m d’altitude

un plateau gréseux souvent recouvert de cuirasses ferrugineuses allonge le Bani à la frontière avec le Burkina Faso.

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II.2.b Caractéristiques géologiques

Dans le bassin versant du Bani affleurent différentes formations géologiques dont l’âge s’étend du précambrien au quaternaire ; le plus dominant est le précambrien on distingue :

• Le précambrien ou dahoméen (granite gneiss)

Couvre une partie très importante du bassin versant surtout au niveau du Baoulé et du Bagoé. Ce granite domine dans ces formations et a été soumis à une dynamo métamorphisme intense, il est écrasé en général et souvent cristallisé de sorte qu’il se présente comme un gneiss dans de très nombreux cas. Ces granites lorsqu’ils sont apparents se présentent sous forme de boule. Les coulées de doloristes beaucoup plus récentes recoupent ces terrains vers l’Est.

Les dahoméens présentent peu d’affleurement sur le bassin ; ils sont recouverts d’une couche épaisse de produit d’altération.

• Le micaschistes et schistes birrimiens (précambrie n moyen)

Recouvre une petite partie du bassin versant sur une des branches de Banifing à l’Ouest et presque tout le cours du Bagoé et une bonne partie de la limite du bassin de Bani avec celui du Niger supérieur. Les schistes sont à l’Est sur une branche du Bagoé, ne sont pas visible et sont recouverts de couche épaisse de produit d’altération.

• Grès horizontaux (cambriens et siluriens)

Ces formations subhorizontales bordent le bassin au Nord-Ouest et au Nord-Est, ils recouvrent les parties les plus septentrionales des bassins du Baoulé et du Bagoé. Les grès sont assez visibles au Nord.

• Les quaternaires

Sont constituées essentiellement par les alluvions des vallées dont la largeur ne dépasse guère quelques kilomètres, le lit majeur des cours d’eau importants comporte surtout des argiles, des limons de sables et de graviers le tout offrant des faibles possibilités de rétention.

14

Figure 2 : Carte géologique du Niger supérieur et du Bani (Extrait de la Monographie du Niger supérieur, IRD 1986)

II.2.c Réseau Hydrographique

Le Bani est constitué par la réunion du Bagoé et du Baoulé ; ces deux grands cours d’eau dont la direction générale est le Sud-Nord prennent toute naissance en Côte d’Ivoire

La source du Baoulé est à la cote 450 environ, donc presque à l’altitude de la plaine qui descend en pente douce. Il reçoit son premier affluent sur sa rive droite le premier Banifing. La forte diminution de la pente entraîne des méandres plus accentués. Cette pente est de 20cm/Km, un peu plus loin il reçoit encore le Dégou sur sa rive droite ; puis ; il passe à Bougouni à 500 Km de sa source, peu après il reçoit un autre Banifing, sur sa rive droite et un autre sur sa rive gauche après un court parcours relativement encaissé, il prend alors la direction Ouest-Est et conflue avec le Bagoé à 650km après sa source.

Le Bagoé prend sa source au Sud de Boundiali vers les cotes 650. Il descend en plaine encore plus rapidement que le Baoulé et présente très vite de large plaine d’inondation et un cours sinueux. Il reçoit le Bafini en rive droite et sur sa rive gauche le Kankelaba, un autre Banifing. La pente diminue encore et les méandres s’atténuent et rejoignent le Baoulé après un parcours de 700 Km environ

15

A 20 Km à peine de ce confluent, le Bani reçoit le plus important de tous les Banifing ; sur sa rive gauche, au Nord-Est de Sikasso, le Lotio, seul cours d’eau qui présente une forte pente. Après ce dernier affluent le Bani s’élargit de plus en plus jusqu’à Douna. Il entre dans la cuvette lacustre du Niger et enfin se jette dans le Niger à Mopti.

Figure 3 : Carte hydrographique et du relief du Bani en amont de Douna (Source L. Ferry, C. AÏZO, IRD Bamako, 2007)

II.2.d Climatologie du Bassin versant de BANI

La très grande étendue et la diversité des reliefs du bassin versant du Bani font que le climat est très varié d’une zone à une autre. Néanmoins, on peut distinguer trois zones climatiques bien distinctes :

• Le climat Soudano-guinéen : il est centré sur Sikasso, Bougouni, Siguiri ; les précipitations annuelles sont comprises entre 1000 et 1500 mm. La saison pluvieuse commence en mars-avril et prend fin en octobre-novembre.

16

• Le climat Soudanien qui constitue une variante plus sèche avec des précipitations comprises entre 750 et 1100 mm avec 60 à 80 jours d’occurrence de pluie en moyenne répartie entre juin et septembre. Elle est localisée entre les 12ème et 14ème parallèle N et couvre 14% du territoire national

• Le climat Soudano-sahélien , avec des précipitations comprises entre 400 et 750 mm et réparties sur 3 à 4 mois, qui intéresse les régions de Ségou, Mopti.

Ces trois climats correspondent à la zone soudanaise et à la répartition de (Jaeger 1968) .La température moyenne varie entre 25°à 29° et la vite sse du vent varie de 2 à 4 m/s.

Figure 4 : Croquis illustrant les différentes zones climatiques du Mali (Source DNEF (Mali), MFC (France),

SYSAME, BDPA, SCET-AGRI, CTFT, 1991)

17

Figure 5 : Extrait de la carte des précipitations moyennes annuelles (1951-1989) de l’Afrique de l’Ouest et Centrale (Source L'Hôte.Y, Mahé. G, IRD, 1995)

II.3. AUTRES CARACTERISTIQUES DU BASSIN VERSANT DU BANI

• Surface

Le bassin versant étant l’aire de réception des précipitations et d’alimentation des cours d’eau; les débits vont être en partie reliés à sa superficie .Celle-ci correspond à l’aire délimitée par l’ensemble des points les plus hauts qui constituent la ligne de partage des eaux. La surface (A) du bassin est exprimée en km2, elle est déterminée par le logiciel Mapinfo sur un modèle numérique de terrain d’une précision de 90 m

• Le Périmètre

Le périmètre représente toutes les irrégularités du contour ou de la limite du bassin versant, il est exprimé en Km. Le contour du bassin est constitué par une ligne joignant tous les points les plus élevés. Il n’influence pas l’état d’écoulement du cours d’eau au niveau du bassin versant. Le périmètre peut être mesuré automatiquement par des logiciels de cartographie.

• Indice de compacité de Gravelius

L’indice de compacité KG renseigne sur la forme du bassin versant qui a une grande influence sur l’écoulement global du cours d’eau et surtout sur l’allure de l’hydrogramme à l’exutoire du bassin, résultat d’une pluie donnée. Il est établi en comparant le périmètre du bassin à celui d’un cercle qui aurait la même surface. Il s’exprime par la formule suivante

A

P

A

PKG 28.0

2=

××=

π KG : Indice de compacité de Gravelius

P : Périmètre stylisé en Km du bassin versant

A : Surface du bassin versant en km2

18

• Rectangle équivalent

Le rectangle équivalent ou rectangle de Gravelius correspond à une transformation purement géométrique du bassin versant. Il prend alors la forme rectangulaire tout en gardant la même superficie le même périmètre ; le même indice de compacité et donc par conséquent la même répartition hypsométrique. Dans ce cas, les courbes de niveau deviennent parallèles aux côtés du rectangle équivalent. La climatologie la répartition des sols la couverture végétale et la densité de drainage restent inchangées entre les courbes de niveau

Plus le rectangle équivalent est allongé moins il sera drainé .Les dimensions du rectangle équivalent sont déterminées par la formule suivante :

−+=

212.1

1112.1 G

G

K

AKL

KG : Indice de compacité de Gravelius

A : superficie du bassin versant en km2

L : Longueur du rectangle équivalent en Km

l : largeur du rectangle équivalent

L

A

K

AKl

G

G =

−−=

212.1

1112.1

Le tracé des droites de niveau du rectangle équivalent découle directement de la répartition hypsométrique cumulée.

• Longueur du cours d’eau principal

La longueur du cours d’eau principal est la distance curviligne depuis l’exutoire jusqu'à la ligne de partage des eaux, en suivant toujours le segment d’ordre supérieur le plus élevé lorsqu’il y a un embranchement, jusqu'à la limite topographique du bassin versant. Cette distance parcourue est exprimée en Km. Si les deux segments à l’embranchement sont de même ordre on suit celui qui draine la plus grande surface. Autrement dit, c’est la distance mesurée le long du cours d’eau principal jusqu'à la ligne de partage des eaux.

• Pente moyenne

C’est une caractéristique importante des bassins versants qui renseigne sur la topographie du bassin. La pente moyenne du cours d’eau détermine la vitesse avec laquelle l’eau se rend à l’exutoire du bassin donc le temps de concentration. Elle influence sur l’état d’écoulement du cours d’eau au niveau du bassin versant. En effet, plus elle est forte plus la durée de concentration des eaux de ruissellement dans les affluents et le cours principal est faible, par conséquent le bassin réagira d’une façon rapide aux averses.

La pente moyenne du bassin versant est donnée par ROCHE comme étant la moyenne pondérée des pentes de toutes les surfaces élémentaires pour lesquelles on peut considérer que la ligne de plus grande pente est constante .Une valeur approchée de la pente moyenne est alors donnée par la relation suivante :

∑= DiA

lS

S : Pente moyenne du bassin

l : largeur du rectangle équivalent

D : Différence de niveau entre deux courbe consécutives

A : surface élémentaire en km2

19

Pour le calcul de cette pente moyenne on ne tient pas compte de la forme de la courbe hypsométrique. Cette dernière correspond à la superficie entre les courbes de niveau en fonction des altitudes correspondantes. Elle donne une idée sur la pente et l’allure du relief.

• Densité de drainage

La densité de drainage est la longueur totale du réseau hydrologique par unité de surface du bassin versant. Elle correspond pour un bassin donné de superficie A comme étant la longueur totale des cours d’eau d’ordre quelconque sur la superficie totale A du bassin versant. La densité de drainage est exprimée en km/km2 ou en km-1

A

LD i

d∑=

Li : longueur des cours d’eau en km

A : superficie du bassin versant en km2

Tableau 1 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant de Kobi en amont de Bowara

Paramètres Unités Valeurs Commentaires

Superficie km2

261.3

Valeur issue de la nouvelle délimitation sur MNT par L. Ferry, C. AÏZO

Périmètre Km 94 Longueur du rectangle équivalent (L) Km 40.56 Largeur du rectangle équivalent (l) Km 6.43 Indice de compacité de Gravelius (KG) 1.63 Pente moyenne m/Km 8,6

Tableau 2 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant de Kobafini en amont de Loulouni

Paramètres Unités Valeurs Commentaires

Superficie km2

799.2

Valeur issue de la nouvelle délimitation sur MNT par L. Ferry, C. AÏZO

Périmètre Km 152 Longueur du rectangle équivalent (L) Km 63.4 Largeur du rectangle équivalent (l) Km 12.6 Indice de compacité de Gravelius (KG) 1.5 Pente moyenne m/Km 6,1

Tableau 3 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant du Lotio en amont de Kléla

Paramètres Unités Valeurs Commentaires

Superficie km2

3745

Valeur issue de la nouvelle délimitation sur MNT par L. Ferry, C. AÏZO

Périmètre Km 352 Longueur du rectangle équivalent (L) Km 151.24 Largeur du rectangle équivalent (l) Km 24.76 Indice de compacité de Gravelius (KG) 1.61 Pente moyenne m/Km 2,9

20

Tableau 4 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant de Bagoé en amont de Pankourou

Paramètres Unités Valeurs Commentaires

Superficie km2

31120

Valeur issue de la nouvelle délimitation sur MNT par L. Ferry, C. AÏZO

Périmètre Km 1175 Longueur du rectangle équivalent (L) Km 528.63 Largeur du rectangle équivalent (l) Km 58.87 Indice de compacité de Gravelius (KG) 1.86 Pente moyenne m/Km 1,05

Tableau 5 : Valeurs des caractéristiques physiques du bassin versant du Bani en amont de Douna

Paramètres Unités Valeurs Commentaires

Superficie km2

101300

Valeur issue de la nouvelle délimitation sur MNT par L. Ferry, C. AÏZO

Périmètre Km 2271 Longueur du rectangle équivalent (L) Km 1037.90 Largeur du rectangle équivalent (l) Km 97.60 Indice de compacité de Gravelius (KG) 1.998 Pente moyenne m/Km 0.54

II.4. LES OUVRAGES SUR LE BANI Les ouvrages sur le bassin versant sont relativement nombreux avec notamment :

- Les ouvrages de franchissement de RN6 et de la RN7 ceux de Douna sur le Bani, de Pankourou sur la Bagoé, de Bougouni sur la Baoulé et la Mono, de Zantiébougou sur la Banifing, de Kolondiéba sur la Banifing etc.

- Le seuil de dérivation de Talo a une capacité de 0.17km3 qui peut irriguer 20.320 ha

- Le seuil de dérivation de Djenné qui peut irriguer 50.000 ha

- Le seuil de Bougouni pour l’alimentation en eau potable de la ville

- Et d’autres petits ouvrages de retenue mis en place pour l’agriculture ou pour l’exploitation de l’or.

Pont de Kolondieba sur Baoulé Pont de Bougouni sur Baoulé Seuil de Talo sur Bani

Sou

rce

L. F

erry

Sou

rce

L. F

erry

Sou

rce

D. M

artin

21

II.5. AGRICULTURE ET COUVERTURE VEGETALE Le Mali a une superficie totale de terre cultivable de17,39 millions ha dont 22.9% se trouve dans la région de Sikasso soit 3.979.923 ha ,14.8% à Ségou et 9.2% à Mopti. La production agricole de la presque totalité du coton malien est dans la région de Sikasso

La région de Sikasso compte 26 forêts d’une superficie 359.11 ha celles de Ségou et Mopti respectivement 15 et 7 d’une superficie de 63.17 ha environ.

• Le secteur soudano-sahélien est caractérisé par deux types de groupements végétaux : le groupement à Acacia seyal sur sol argileux et le groupement à Combretum glutinosum sur sol plus léger varie d’une savane arbustive à une savane arborée

• Le secteur soudanien, proprement dit, est caractérisé par la savane arborée comprenant une strate supérieure et une strate moyenne composée de petits arbres et arbustes.

• Le secteur soudano-guinéen est occupé par les savanes arborées dans lesquelles on trouve les karités et de petites galeries forestières se développent le long des cours d’eau.

Figure 6 : Carte de synthèse des formations végétales et de l’occupation agricole du Mali (Source DNEF (Mali),

MFC (France), SYSAME, BDPA, SCET-AGRI, CTFT, 1991)

22

III. Présentation du logiciel Hydraccess

Le logiciel de base de données hydraccess a été utilisé dans le cadre de cette étude pour l’analyse des données.

Hydraccess est un logiciel complet, homogène et convivial, permettant d'importer et de stocker divers types de données hydrologiques dans une base au format Access et de réaliser les traitements de base dont un hydrologue peut avoir besoin.

Il a été développé par un hydrologue pour des hydrologues. Son développement a commencé en 2000 et s'est poursuivi régulièrement depuis. Son auteur est Philippe Vauchel, hydrologue de l'IRD, et le logiciel appartient à l'IRD. Hydraccess existe en Français, en Espagnol et en Anglais. Il est disponible gratuitement sous réserve de dégager la responsabilité de l’auteur. Hydraccess est destiné aux chercheurs, ingénieurs, techniciens, étudiants, souhaitant archiver, visualiser et traiter des données hydrologiques, pluviométriques. Hydraccess utilise l’environnement ACCESS et le tableur EXCEL bien connus en bureautique, Hydraccess fournit de nombreuses possibilités de visualisation des données, en graphe simple ou comparatif, que l'on peut dérouler librement sous Excel grâce à une petite macro incluse dans le logiciel.

On peut ainsi visualiser les données au pas de temps qui convient à la variabilité de ces données. Hydraccess convient au traitement des données depuis les micro-bassins jusqu'aux grands fleuves. Pour les petits bassins, il possède des fonctions permettant une analyse des événements Pluie-Débit, ainsi qu'une étude des intensités des pluies.

Hydraccess peut gérer les données suivantes :

• Séries chronologiques : cotes, débits, données de qualité des eaux, pluies, données météo.

• Jaugeages : débit en fonction des cotes, et MES (matière en suspension) sur une section en fonction de la MES superficielle.

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• Etalonnages : débits en fonction des cotes, MES section en fonction des MES superficielle, débits solides et MES section en fonction des débits liquides.

• Dossiers d'historique de station. • Zéros NG des échelles.

Hydraccess possède aussi des fonctions avancées :

• Analyse des intensités des pluies, comme les pluies utiles et excédentaires pour certains seuils d'intensité, les pluies maximales par intervalle de temps, les indices d'érosivité de Wischmeier, les indices de Köhler.

• Etudes fréquentielles : ajustement de lois de probabilité à des échantillons de valeurs annuelles ou de valeurs supérieures à un certain seuil.

• Reconstitution de crues entrant dans un petit barrage, connaissant les variations de cotes de la retenue, les débits déversés, et la pluviométrie sur la retenue.

• Séparation interactive des événements de pluie et de débit, analyse des averses, des crues et des tarissements, et production de graphes Excel d'événements Pluie – Débit.

• Fonctions avancées pour le calcul des débits solides à partir de plusieurs méthodes. • Calcul des valeurs classées et caractéristiques. • Méthode du vecteur régional d'indices pluviométriques, adaptée à la critique des

données de pluies mensuelles ou annuelles. • Calcul de pluie moyenne sur un bassin (méthode de Thiessen ou inverse du carré de

la distance, qui produit des cartes de couleurs). • Changement de système d'identification des stations, permettant de passer d'un

système à l'autre.

IV. MESURE DES DEBITS SUR QUELQUES STATIONS HYDROMETRIQUE DU BANI

Ce chapitre est consacré essentiellement aux mesures de débits au moulinet et à l’ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) de quelques stations hydrométriques du Bani : le Banifing à Mpiéla, le Baoulé à Bougouni, le Banifing à Zantiébougou, le Bagoé à Pankourou et le Banifing à Kolondiéba.

IV.1. LES PRINCIPALES METHODES DE JAUGEAGE Pour la mesure du débit d'un cours d'eau, différentes méthodes peuvent être utilisées (on distingue 4 grandes catégories) :

• Les méthodes «volumétriques» Qui permettent de déterminer le débit d’après le temps écoulé et le volume de liquide qui a pénétré dans un réservoir jaugé. Compte tenu d'aspects pratiques inhérents à la méthode de mesure (taille du récipient nécessaire, incertitude sur le temps de début et de fin, aménagement spécifique éventuel) cette méthode n'est généralement pratiquée que pour des débits très faibles, quelques l/s au plus. Citons toutefois l’utilisation des volumes d’écluse ou de bief pour certaines mesures spécifiques.

• Les méthodes «d'exploration du champ de vitesse» Elles consistent à déterminer la vitesse de l'écoulement en différents points de la section (verticales) avec un moulinet, tout en mesurant la surface de la section mouillée. Depuis une quinzaine d’année d'autres techniques ont été mises au point (entre autre l’ADCP).

• Les méthodes «hydrauliques»,

24

S’appuyant sur les relations entre les forces qui régissent l’écoulement (pesanteur, inertie, viscosité...).

• Les méthodes «physiques» , Qui prennent en compte les variations, lors de l’écoulement, de certaines propriétés physiques du liquide (concentration en certains éléments dissous). Généralement cette méthode consiste à injecter dans le cours d’eau un corps en solution, et à suivre l’évolution de sa concentration au cours du temps. C’est la méthode dite «par dilution» ou encore «chimique»

IV.2. JAUGEAGE AU MOULINET

IV.2.a Les matériels utilisés pour le jaugeage au moulinet : Un moulinet équipé d’une hélice de pas nominal 0.12 qui possède un code unique d’identification Un compteur digital qui à pour rôle de totaliser les tours qu’effectue l’hélice durant le temps de mesure que l’on a définit. Une perche cylindrique de 2 m (graduée en cm) avec un coulisseau sur lequel est fixé le moulinet et qui est déplacé verticalement permettant la lecture de la profondeur de mesure sur la verticale. N° de l’hélice : A-137632 et formule de calcul des vitesses : V=an+b avec a=0.1295 et b=0.02 V : vitesse du courant en mètre par seconde ; n : nombre de tours d'hélice par seconde; a : pas réel de I'hélice en mètre b : vitesse dite de frottement ou vitesse de démarrage en mètre par seconde.

a et b ont une valeur différente pour chaque hélice elles sont déterminées par tarage. Le pas nominal est une valeur caractéristique du constructeur et proche de a.

IV.2.b Matérialisation de la section et déplacement pour les jaugeages « en bottes »

L’emplacement idéal d'une section est tel que les filets liquides doivent être bien parallèles entre eux, que les vitesses soient suffisantes pour une bonne utilisation du moulinet et constantes dans le temps pour une même hauteur à l'échelle. La section est matérialisée par un double décamètre tendu perpendiculaire si possible à l’écoulement général.

L’opérateur place la perche verticalement à la hauteur du décamètre, ce qui permet de repérer l’abscisse de la verticale. Dans la mesure du possible, il se tient le plus en aval et jambes écartées de façons à ne pas perturber l’écoulement au niveau du moulinet. La perche est tenue de manière que le moulinet soit bien dans le sens du courant (les mesures de vitesses sont alors effectuées point par point) Le moulinet hydrométrique permet de mesurer la vitesse ponctuelle de l'écoulement. Le nombre de mesures sur une verticale est choisi de façon à obtenir une bonne description de la répartition des vitesses sur cette verticale.

Station de Mpiéla

Sou

rce

L. F

erry

25

Jaugeage au moulinet à Mpiéla Jaugeage au moulinet à Zantiébougou De manière générale, on fait entre 2, 3 ou 5 mesures suivant la profondeur de l’eau, une mesure de fond et une mesure à la surface est obligatoire les autres appelées mesures intermédiaires varie en fonction de la profondeur. Un jaugeage en botte est limité au cours d’eau peu profond environ 1 m et à faible courant. Pour des cours d’eau dont la profondeur avoisine les 1.7 m on peu faire le jaugeage au moulinet à partir d’un zodiac c’est le cas à Zantiébougou

IV.3. JAUGEAGES AU COURANTOMETRE ACOUSTIQUE PROFILE UR : ADCP

IV.3.a Principe de fonctionnement

L'ADCP utilise l'écho des particules en suspension pour mesurer la vitesse du courant. Nous supposons que les particules se déplacent avec le courant ce sont elles qui sont utilisées comme réflecteurs. L'ADCP ne fonctionne pas dans une eau très propre (filtrée). Une partie de l’onde est réfléchie et revient vers le transducteur, une partie est aléatoirement dispersée, une partie continue sur sa trajectoire et rencontre d’autres particules. Le phénomène continue alors sur toute la trajectoire de l’impulsion sonore.

.

Figure 7 : Schéma illustrant le fonctionnement de l’ADCP

Sou

rce

L. F

erry

Sou

rce

L. F

erry

Station hydrométrique de Mpiéla

26

Lorsque les particules s’éloignent de la source, elles reçoivent le son avec une fréquence diminuée. Si les particules se rapprochent de la source, elles reçoivent le son avec une

fréquence augmentée. Les particules réfléchissent l’onde sonore et se comportent alors comme des émetteurs. L’effet Doppler est appliqué deux fois. Le décalage Doppler, Fd obéit à l’équation suivante : Fd = 2 Fs(V/C) Où Fs est la fréquence d'émission, C la célérité du son et V la vitesse des particules perpendiculairement à la face du transducteur. Mesure de la vitesse de déplacement des particules, L'ADCP émet un son, puis "écoute". La différence de fréquence entre l'onde émise et l'écho réfléchi, il peut déduire la vitesse de déplacement de la particule, suivant l'axe émission / réception.

IV.3.b Le Matériel utilisé pour le jaugeage à l’AD CP • Un zodiac sur lequel on fixe l’ADCP pour la traversée de la rivière • Des batteries 12Volts pour l’alimentation de l’ADCP • Accessoires de fixation de l’ADCP sur le zodiac • Un ordinateur portable pour l’enregistrement des informations qui est équipé du

logiciel d’exploitation WinRiver et qui permet de visualiser la trajectoire de l’ADCP. • ADCP (BROAD-BAND 600)

IV.3.c Mise en œuvre d’un jaugeage à l’ADCP Un jaugeage est constitué de plusieurs passages de l’ADCP en moyenne 6 traversées. Ce principe est communément admis dans les différents services utilisateurs. Pour un jaugeage à l’ADCP 600 la profondeur minimum est de 80 cm et la maximale 50 m. Pour chaque passage de l’ADCP, on obtient une vitesse moyenne, un débit et la longueur de la section. L’ADCP 600 moins sensible au transport des matières suspension permet un balayage jusqu’au fond réel du lit. Pour obtenir le débit, on effectue la moyenne des débits mesurés. Tout en prenant soin d’éliminer les valeurs qui sont trop écartées. Pour obtenir la section, on peut effectuer la moyenne des sections mesurées. En ce qui concerne les vitesses, on prend la moyenne des vitesses.

27

IV.4. DEPOUILLEMENT DES JAUGEAGES AU MOULINET SUR HYDRACCESS

Le dépouillement est fait sur le logiciel Hydraccess qui est déjà présenté dans le chapitre III

Tableau 6 : Grille de saisie des relevés de terrain

28

Figure 8 : La parabole des vitesses pour le jaugeage de Zantiébougou

Figure 9 : Courbe des vitesses et la section mouillée

29

Tableau 7 : Fiche des résultats

30

Tableau N° 3.3 Grille de saisie des relevés de terr ain

31

Figure 10 : La parabole des vitesses jaugeage de Bougouni

32

Figure 11 : La courbe des vitesses et la section mouillée

Tableau 8 : Fiche des résultats de Bougouni

33

IV.5. V DEPOUILLEMENT DU JAUGEAGE FAIT A ADCP AVEC LE LOGICIEL WIN RIVER

Toutes les mesures

Heure de début

Heure de fin

Débit brut [m³/s] section mouillée [m²] vitesse moy [m/s]

16:34:37 16:35:29 18.784 86.13 0.947 16:39:46 16:40:28 6.595 76.19 1.000 16:49:01 16:49:42 6.538 73.56 0.866 16:50:33 16:51:27 6.657 82.76 0.909 16:52:02 16:52:58 6.768 86.53 0.883

16:53:40 16:54:40 5.799 85.09 0.807

Tableau 9 : Valeurs des jaugeages à l’ADCP

Après suppression des mesures extrêmes

Heure de début Heure de fin Débit brut [m³/s] section mouillée [m²]

vitesse moy [m/s]

16:39:46 16:40:28 6.595 76.19 1.000 16:49:01 16:49:42 6.538 73.56 0.866 16:50:33 16:51:27 6.657 82.76 0.909 16:52:02 16:52:58 6.768 86.53 0.883

MOYENNE 16:47:50 16:48:39 6.6395 79.76 0.914

Ecart type 0.07629024

Erreur relative 1.14903585 < 3% le jaugeage est accepté

Tableau 10 : Présentation des résultats du jaugeage à l’ADCP

Figure 12 : Parabole des vitesses

34

Tableau 11 : Fiche des résultats Pankourou

Station : Pankourou à Bagoé

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100 120 140

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Figure 13 : Courbe de tarage avec jaugeage dépouillé

35

V. ANALYSE ET CRITIQUES DES DONNEES HYDROMETRIQUES ET PLUVIOMETRIQUES DU BASSIN VERSANT DU BANI

Après avoir défini le contexte géographique, géologique, climatologique et visiter quelques stations hydrologiques du Bani nous allons aborder le domaine d’analyse et des critiques des données hydrométriques et pluviométriques.

Au préalable de tous travaux de modélisation pluie-débit de projet d’ingénierie d’analyse d’impacts environnementaux ou encore de dimensionnement d’un ouvrage (ponts, barrages agricoles, barrages hydro électrique, prises d’eau potable, digues ….), il convient de recenser les données disponibles, de les organiser (base de données) et de les critiquer. Tout au long de l’analyse, la critique est intervenue pour corriger les anomalies de lecture de la chaîne d’acquisition de terrain ; un certain nombre de contrôles de vraisemblance s’impose pour détecter les valeurs aberrantes tout en identifiant les valeurs exceptionnelles. Ces données sont souvent discontinues et chaotique.

Notons que l’ensemble des traitements informatiques possible aujourd’hui, permet la facilité de mise en œuvre, mais ne doit en aucun cas faire disparaître les contrôles par l’opérateur.

V.1. LE RESEAU D'OBSERVATION HYDROMETRIQUE DU BANI EN AMONT DE DOUNA

Le réseau hydrographique du bassin en amont de Douna dans sa partie malienne est composé de 30 stations hydrométriques. La base de donnée utilisée pour cette étude ne comporte que 26 stations suivies et que nous avons utilisé dans le cadre de cette étude. Toutes ces stations sont équipées de batteries d’échelles limnimétriques

Les fréquences de mesure sont adaptées à chaque rivière en fonction du régime des rivières. Elles sont, journalières ou bi-journalières sur la grande majorité des stations.

Tableau 12 : Stations limnimétriques et de jaugeages sur le Bani dans le Mali

Ordre Numéro Nom Rivière Altitude Superficie en

Km2 Latitude Longitude

1 1271600108 Douna Bani 281 101300 13.21725 -5.89974

2 1271601202 Fourou Bagoé 320 10.41667 -6.21667

3 1271601205 Pankourou Bagoé 292 32150 11.44886 -6.57652

4 1271601210 Tienkongo Bagoé 302 24775 11.17661 -6.42754

5 1271601215 Tyo Bagoé 291 12.44175 -6.54953

6 1271601220 Banantou Bagoé 288 12.49931 -6.55477

7 1271601505 Kouoro 1 Banifing 298 14300 12.01667 -5.70000

8 1271601506 Kouoro 2 Banifing 298 12.01670 -5.70000

9 1271601510 Kolondiéba - Tiénaga

Banifing 310 11.06017 -6.84946

10 1271601515 Korodougou Marka Banifing 287 18325 12.43333 -6.28333

11 1271601517 Mpiéla Banifing 325 2987 12.11781 -7.51835

12 1271601520 Zantiébougou Banifing 327 11.37438 -7.27699

13 1271602002 Manankoro Dégou 359 10.44615 -7.45626

14 1271602005 Bougouni Baoulé 323 15700 11.39821 -7.44970

15 1271602010 Dioila Baoulé 292 32500 12.51667 -6.83333

16 1271602015 Kokala Baoulé 309 12.06519 -7.16140

17 1271602020 Madina Diassa Baoulé 346 7875 10.79548 -7.67371

36

18 1271603005 Bowara Kobi 341 261 11.13087 -6.02532

19 1271603205 Zaniéna Dékorobougou 309 736 11.25854 -6.42422

20 1271603305 Kléla Lotio 310 3745 11.68102 -5.58731

21 1271603350 Sikasso Lotio 350 11.31374 -5.66356

22 1271603505 Bananso Banifin 309 10.88379 -6.03149

23 1271603510 Kankéla Kankélaba 311 10.81997 -6.66555

24 1271604810 Bougouni Mono 330 930 11.45197 -7.50794

25 1271606005 Loulouni Banifin 359 799 10.88980 -5.60563

26 1271606508 Finkolo Farako 373 745 11.27500 -5.51667

27 1271699041 Banankoro Affluent RD de la Banifin

364 68 10.92008 -5.58363

28 1271699150 Kambo-aval Affluent RG de la Kado

320 9.8 10.63056 -5.79444

29 1271699151 Kambo-amont Affluent RG de la Kado

326 4.7 10.60556 -5.78750

30 1271699250 Bélékoni (BVR) Kolimbiné 333 11.35800 -7.18592

Figure 14 : Localisation des stations hydrométrique sur le Bani en amont de Douna au Mali (Source L. Ferry, IRD Bamako,2007)

37

V.2. METHODOLOGIE DE CRITIQUE ET D’ANALYSE DES DONN EES HYDROMETRIQUES

V.2.a Les hauteurs d’eau

La critique visuelle des données est une première approche que nous jugeons suffisante pour le calcul des débits .La connaissance de l’historique des stations hydrométriques est capitale pour analyser toutes les anomalies lors de la visualisation graphique

Ces anomalies peuvent être détectées au niveau d’une chronique ou par comparaison de plusieurs chroniques.

La visite des stations est aussi un grand atout cela permet de voir l’état des échelles limnimétriques, de rencontrer les lecteurs d’observations, de voir la qualité de leur travail par le biais des cahiers de relevés

Une comparaison est faite entre les données de la base et les relevés originaux de terrain afin de déceler d’éventuelles erreurs de saisie ou de lecture des échelles limnimétriques. Vérifier s’il a une corrélation parfaite entre les stations se trouvant sur la même branche d’une rivière.

Station : Korodougou Marka (Niger-Bani)Graphe des Cotes

-100

0

100

200

300

400

500

Cot

es

valeurs sont douteuses

LacunesPériodes à vérifier sur les fiches de relevées du terrain et à faire une critique

Figure 15 : Limnigramme

38

V.2.b Les jaugeages et les courbes d'étalonnage

Vérifier si les jaugeages se suivent dans le temps c'est-à-dire s’ils sont effectués régulièrement en basses, moyennes et hautes-eaux. Ils sont souvent mal renseignés, voir pas renseignés du tout.

La série des jaugeages doit être bien répartie dans le temps et dans l’espace, ce qui permet de déterminer une ou plusieurs courbes d’étalonnage et d’en déterminer les dates de validité.

V.2.c Les débits :

Pour obtenir de bonnes valeurs de débits il faut avoir des séries chronologiques de hauteurs d’eau les plus complètes possible, de bons jaugeages bien répartis dans le temps (ce qui permet de tracer une courbe d’étalonnage correcte).

V.3. STATIONS PLUVIOMETRIQUES ET CLIMATOLOGIQUES UT ILISEES POUR LA MODELISATION DU BASSIN VERSANT DU BANI EN AMONT DE DOUNA

Dans un premier temps 112 stations ont été sélectionnées en vue de la modélisation pluie-débit du Bani en amont de Douna (78 au Mali, 21 en Côte d’Ivoire, 13 au Burkina Faso). Ces stations sont assez biens répartis spatialement avec des concentrations plus importante le long du fleuve Niger (régions de Bamako, de Ségou et de Mopti) et sur la bordure Nord-Est du bassin versant. Sur le bassin versant la densité du réseau, environ une station pluviométrique pour 780 km2 et une station synoptique pour environ 20000 km2.

Le pas de temps de mesure est journalier.

Malheureusement, on note une discontinuité des données. Rares sont les stations qui peuvent présenter 20 années de données sans lacune.

Plusieurs types de station sont présentent :

• Stations synoptiques

Une station synoptique est une station équipée d’un pluviomètre ou pluviographe, d’un thermomètre d’un anémomètre d’enregistreurs de vitesses instantanées doublés d’une girouette donnant la direction du vent d’un baromètre, d’un psychomètre pour mesurer l’humidité de l’air, d’un héliographe pour mesurer la durée d’insolation ou d’un pyranomètre

Elles sont très bien suivies et présentent peu de lacune fonction dans un système international.

• Stations climatologiques

Une station climatologique est une station équipée : d’un pluviomètre ou pluviographe, d’un thermomètre, d’un anémomètre, d’enregistreurs des vitesses instantanées doublés d’une girouette donnant la direction du vent.

• Stations pluviométriques

Une station pluviométrique est une station équipée d’un pluviomètre ou d'un pluviographe.

Un pluviomètre est un appareil très simple qui comporte une surface réceptrice limitée par une collerette cylindrique ; l’eau traversant cette surface est dirigée par un entonnoir vers un seau récepteur.

39

Un pluviographe c’est un appareil destiné à l’enregistrement de la hauteur de pluie cumulée en fonction du temps. Deux types principaux, les pluviographes à augets basculeurs et ceux à siphons.

Tableau 13 Liste des stations pluviométriques, climatologiques et synoptiques

Ordre Identification Nom Zone Longitude Latitude Types

de station

1 1200001000 BAGUERA Burkina Faso

10.53330 -5.41667 St P

2 1270002200 BAGUINEDA Mali 12.61670 -7.78333 St P

3 1090003300 BAKO Cote d'ivoire

9.13333 -7.60000 St P

4 1270002900 BAMAKO - BAMAKO (VILLE) Mali 12.63330 -8.03333 St P 5 1270002700 BAMAKO IFAC-CNRF Mali 12.63330 -8.01667 St P 6 1270003000 BAMAKO - SENOU (AERO) Mali 12.53330 -7.95000 St P 7 1270002800 BAMAKO ZOO IFAN Mali 12.66670 -7.98333 St P 8 1270004900 BANKOUMANA Mali 12.20000 -8.26667 St P 9 1270005200 BAROUELI Mali 13.06670 -6.83333 St P 10 1270006100 BELEKO Mali 12.48330 -6.41667 St P 11 1270006700 BLA Mali 12.95000 -5.76667 St P 12 1270007000 BOBOLA-ZANGASSO Mali 12.53330 -4.98333 St P

13 1200004600 BOMBOROKUY Burkina Faso

13.05000 -3.98333 St P

14 1270007600 BOUGOUNI Mali 11.41670 -7.50000 St Synop

15 1090005800 BOUGOUSSO Cote d'ivoire

9.25000 -7.81667 St P

16 1270007300 BOUKOURA Mali 12.63330 -5.08333 St P

17 1090006400 BOUNDIALI Cote d'ivoire

9.51667 -6.46667 St P

18 1270008200 CINZANA Mali 13.28330 -5.95000 St P 19 1270008400 DANDRESSO Mali 11.53330 -5.48333 St P

20 1090008800 DEMBASSO Cote d'ivoire

9.68333 -6.40000 St P

21 1270008500 DEMBELA Mali 11.73330 -6.36667 St P 22 1270270000 DIALAKOROBA Mali 12.26670 -7.93333 St P 23 1270009700 DIOILA Mali 12.48330 -6.80000 St P

24 1200009100 DIONKELE - N'DOROLA Burkina Faso

11.75000 -4.81667 St P

25 1270010900 DOGO BOUGOUNI Mali 11.88330 -7.33333 St P 26 1270011900 DOUSSOUDIAGUA Mali 11.16670 -7.83333 St P 27 1270012100 FAKOLA Mali 10.53330 -6.90000 St P 28 1270013000 FANA Mali 12.78330 -6.95000 St P 29 1270013100 FARAKO Mali 11.21670 -5.48333 St Clima 30 1270013300 FERENTOUMOU Mali 12.50000 -8.16667 St P 31 1270013600 FILAMANA Mali 10.50000 -7.95000 St P 32 1270330000 FINKOLO ( SIKASSO ) Mali 11.21670 -5.48333 St P 33 1270013900 FOUROU Mali 10.73330 -6.13333 St P 34 1270014800 GARALO Mali 10.98330 -7.43333 St P 35 1270015100 GOUALALA Mali 11.21670 -8.23333 St P

36 1090011100 GOULIA Cote d'ivoire

10.01670 -7.20000 St P

37 1200012600 GUENA Burkina Faso

11.06670 -4.73333 St P

38 1270018100 KADIANA Mali 10.75000 -6.50000 St P 39 1270018400 KADIOLO Mali 10.55000 -5.76667 St P 40 1270018700 KALANA Mali 10.78330 -8.20000 St P 41 1270019300 KANGABA Mali 11.93330 -8.41667 St P 42 1270019900 KARANGASSO Mali 12.28330 -5.26667 St P

40

43 1090011900 KASSERE Cote d'ivoire

9.83333 -6.21667 St P

44 1270020200 KATIBOUGOU Mali 12.93330 -7.53333 St P

45 1090012500 KEBI Cote d'ivoire

9.30000 -6.61667 St P

46 1270022300 KIGNAN Mali 11.85000 -6.01667 St P 47 1270023200 KLELA Mali 11.70000 -5.66667 St P 48 1270024000 KOLOMBADA Mali 12.68330 -7.03333 St P 49 1270024100 KOLONDIEBA Mali 11.10000 -6.90000 St P 50 1270024400 KOLONI Mali 12.78330 -5.33333 St P 51 1270025000 KONOBOUGOU Mali 12.91670 -6.76667 St P 52 1270025600 KONODIMINI Mali 13.33330 -6.41667 St P 53 1270025900 KONSEGUELA Mali 12.40000 -5.88333 St P

54 1200017000 KOTOURA Burkina Faso

10.96670 -5.28333 St Clima

55 1200017300 KOUKA Burkina Faso

11.90000 -4.33333 St P

56 1270027000 KOULIKORO Mali 12.96670 -7.36667 St P 57 1270027100 KOULOUBA Mali 12.66670 -8.01667 St P 58 1270027400 KOUMANTOU Mali 11.41670 -6.85000 St P

59 1200018100 KOUROUMA Burkina Faso

11.61670 -4.80000 St P

60 1270028300 KOUTIALA Mali 12.38330 -5.46667 St Synop

61 1270028900 LOBOUGOULA Mali 11.03330 -5.99167 St P 62 1270029000 LONGOROLA Mali 11.35000 -5.68333 St Clima 63 1270029200 LOULOUNI Mali 10.90000 -5.60000 St P

64 1200019300 LOUMANA Burkina Faso

10.58330 -5.35000 St P

65 1090013900 MADINANI Cote d'ivoire

9.61667 -6.95000 St P

66 1270029800 MAHOU Mali 12.13330 -4.63333 St P 67 1270030100 MANANKORO Mali 10.45000 -7.45000 St P

68 1090014500 MANIGNAN Cote d'ivoire

10.00000 -7.83333 St P

69 1270031000 MASSIGUI Mali 11.86670 -6.76667 St P

70 1090015200 M'BENGUE Cote d'ivoire

10.01670 -5.90000 St P

71 1270031600 MISSENI Mali 10.31670 -6.08333 St P 72 1270032500 M'PESOBA Mali 12.61670 -5.70000 St Clima 73 1270033400 NANGUILA Mali 12.11670 -8.26667 St P 74 1270033800 NEGUENA Mali 13.08330 -5.81667 St P

75 1090015800 NIELLE Cote d'ivoire

10.20000 -5.61667 St P

76 1270034600 NIENA Mali 11.41670 -6.35000 St P 77 1270034900 NIENEBALE Mali 12.91670 -7.50000 St P 78 1270035200 NIENTJILA Mali 11.80000 -6.55000 St P

79 1090015900 NIOFOIN Cote d'ivoire

9.61667 -6.08333 St P

80 1200023200 NOUNA Burkina Faso

12.73330 -3.86667 St P

81 1270036100 N'TARLA I.R.C.T. Mali 12.75000 -5.75000 St Clima

82 1090016000 ODIENNE Cote d'ivoire

9.50000 -7.56667 St Synop

83 1200023500 ORODARA Burkina Faso

10.98330 -4.91667 St Clima

84 1270037300 OUELESSEBOUGOU Mali 11.98330 -7.91667 St P

85 1090017400 SAMATIGUILA Cote d'ivoire 9.81667 -7.56667 St P

86 1200027700 SAMOROGOUAN Burkina Faso

11.40000 -4.93333 St P

87 1270039700 SANANDO Mali 12.96670 -6.40000 St P

41

88 1270039800 SANANKOROBA Mali 12.40000 -7.96667 St P

89 1090017900 SANHALA Cote d'ivoire

10.03330 -6.85000 St P

90 1270040600 SANTIGUILA Mali 12.71670 -7.45000 St P

91 1270041500 SEGOU Mali 13.40000 -6.15000 St Synop

92 1090017600 SEGUELON Cote d'ivoire

9.40000 -7.13333 St P

93 1270042100 SIKASSO Mali 11.35000 -5.68333 St Synop

94 1200029600 SINDOU Burkina Faso

10.66670 -5.16667 St P

95 1090018300 SIRANA Cote d'ivoire 9.41667 -7.83333 St P

96 1090774000 SIRASSO Cote d'ivoire

9.26667 -6.10000 St P

97 1200029800 SOLENZO Burkina Faso

12.18330 -4.08333 St P

98 1270043300 SONINKOURA Mali 13.45000 -6.25000 St P 99 1270043600 SOTUBA Mali 12.65000 -7.93333 St P

100 1200030700 TANSILLA Burkina Faso

12.41670 -4.38333 St P

101 1090019300 TENGRELA Cote d'ivoire

10.48330 -6.40000 St P

102 1090020100 TIEME Cote d'ivoire

9.55000 -7.31667 St P

103 1090020300 TIENKO Cote d'ivoire

10.23330 -7.46667 St P

104 1270044700 TIENKOUKOBA Mali 11.16670 -6.45000 St P

105 1090021200 TOUMOUKORO Cote d'ivoire

10.38330 -5.75000 St P

106 1270046600 YANFOLILA Mali 11.18330 -8.15000 St P 107 1270046900 YANGASSO Mali 13.06670 -5.31667 St P 108 1270047400 YOROBOUGOULA Mali 10.90000 -8.13333 St P 109 1270047500 YOROSSO Mali 12.36670 -4.78333 St P 110 1270047800 ZANGASSO Mali 12.15000 -5.61667 St P 111 1270048100 ZANTIEBOUGOU Mali 11.40000 -7.25000 St P 112 1270048400 ZETA Mali 12.55000 -6.76667 St P

Stations utilisées pour la modélisation

St P station pluviométrique

St Clima station climatologique

St Synop Station synoptique

42

Figure 16 : Localisation des stations pluviométriques sur le bassin versant du Bani en amont de Douna (Source L. Ferry, IRD Bamako,2007)

V.4. METHODOLOGIE DE CRITIQUE ET D’ANALYSE DES DONN EES PLUVIOMETRIQUES

V.4.a Analyse des séries chronologiques et des hyét ogrammes

Le calcul des lacunes au niveau de chaque station permet d’éliminer les stations ayant un pourcentage très élevé de lacune, car il ne sert à rien d’étudier une station qui a des relevés sur quelques années ou presque toutes les années sont incomplètes. Une quarantaine de station sont éliminées après ce calcul.

La visualisation des hyétogrammes nous aide à identifier les valeurs rares et douteuses à retrouver les valeurs exceptionnelles et/ou aberrantes.

43

Tableau 14 : Liste des stations pluviométriques avec les lacunes en pourcentage et en nombre de jours

Nom Nb de jours

d'observation Date Début Date Fin

Lacunes en Nb de

jours % lacunes

BAKO 4659 01/05/1976 30/11/1990 667.00 12.52

BOUGOUSSO 8096 01/06/1965 30/11/1990 1217.00 13.07

BOUNDIALI 23833 01/06/1922 30/11/1990 1186.00 4.74

DEMBASSO 9433 01/01/1963 30/11/1990 762.00 7.47

GOULIA 5056 01/05/1976 30/11/1990 270.00 5.07

KASSERE 3498 01/05/1976 30/09/1990 1767.00 33.56

KEBI 3192 01/06/1977 30/11/1990 1738.00 35.25

MADINANI 10229 01/02/1962 30/11/1990 300.00 2.85

MANIGNAN 10839 01/03/1960 30/11/1990 392.00 3.49

M'BENGUE 4875 01/05/1976 30/11/1990 451.00 8.47

NIELLE 5206 01/05/1976 30/11/1990 120.00 2.25

NIOFOIN 5267 01/05/1976 30/11/1990 59.00 1.11

ODIENNE 24988 01/05/1921 30/11/1990 427.00 1.68

SAMATIGUILA 3961 01/08/1976 30/11/1990 1273.00 24.32

SEGUELON 4017 01/10/1977 30/11/1990 791.00 16.45

SANHALA 9590 01/05/1962 30/11/1990 850.00 8.14

SIRANA 4534 01/05/1976 30/11/1990 792.00 14.87

TENGRELA 12209 01/07/1953 30/11/1990 1457.00 10.66

TIEME 8947 01/01/1965 30/11/1990 517.00 5.46

TIENKO 4781 01/05/1976 31/10/1990 515.00 9.72

TOUMOUKORO 3868 01/07/1977 30/11/1990 1032.00 21.06

SIRASSO 5266 01/05/1976 30/11/1990 60.00 1.13

BAGUERA 7214 01/04/1961 31/12/1980 0.00 0.00

BOMBOROKUY 7062 01/08/1961 31/12/1980 30.00 0.42

DIONKELE - N'DOROLA 10901 01/05/1953 31/12/1983 300.00 2.68

GUENA 1095 01/01/1969 31/12/1971 -1.00 0.00

KOTOURA 1095 01/01/1967 31/12/1969 0.00 0.00

KOUKA 3106 01/06/1972 31/12/1980 29.00 0.93

KOUROUMA 7579 01/04/1960 31/12/1980 0.00 0.00

LOUMANA 7397 01/08/1960 31/12/1980 60.00 0.80

NOUNA 14975 01/01/1940 31/12/1980 0.00 0.00

ORODARA 9711 01/05/1954 31/12/1980 30.00 0.31

SAMOROGOUAN 6179 01/01/1964 31/12/1980 30.00 0.48

44

SINDOU 4322 01/01/1969 31/12/1980 60.00 1.37

SOLENZO 7367 01/10/1960 31/12/1980 29.00 0.39

TANSILLA 6424 01/05/1963 31/12/1980 30.00 0.46

BAGUINEDA 15647 01/04/1952 31/12/2000 2159.00 12.13

BAMAKO IFAC-CNRF 6576 01/01/1964 31/12/1988 2555.00 27.98

BAMAKO ZOO IFAN 9347 01/04/1951 31/01/1987 3742.00 28.59

BAMAKO - BAMAKO (VILLE) 16317 01/05/1954 31/12/2005 2555.00 13.54

BAMAKO - SENOU (AERO) 13838 01/01/1968 31/12/2006 406.00 2.85

BANKOUMANA 13364 01/06/1960 31/12/2000 1459.00 9.84

BAROUELI 24654 01/06/1932 31/12/2001 761.00 2.99

BELEKO 19324 01/01/1946 31/12/2000 764.00 3.80

BLA 14244 01/06/1960 31/12/2001 944.00 6.22

BOBOLA-ZANGASSO 10743 01/09/1951 31/12/1987 2527.00 19.04

BOUKOURA 5271 01/05/1959 31/01/1987 4866.00 48.00

BOUGOUNI 30925 01/04/1921 31/12/2005 30.00 0.10

CINZANA 13393 01/07/1961 31/12/2000 1035.00 7.17

DANDRESSO 4903 01/01/1975 31/12/1989 575.00 10.50

DEMBELA 9134 01/04/1960 31/12/1988 1367.00 13.02

DIOILA 24200 01/04/1939 31/12/2005 181.00 0.74

DOGO BOUGOUNI 12815 01/05/1962 31/07/2000 1156.00 8.27

DOUSSOUDIAGUA 3652 01/01/1973 31/12/1989 2556.00 41.17

FAKOLA 6237 01/01/1966 31/12/1989 2528.00 28.84

FANA 14004 01/06/1960 31/12/2000 819.00 5.53

FARAKO 7246 01/03/1968 31/12/1988 364.00 4.78

FERENTOUMOU 8981 01/01/1954 31/12/1988 3802.00 29.74

FILAMANA 8766 01/04/1960 31/12/1989 2100.00 19.33

FOUROU 10169 01/03/1960 31/12/1988 363.00 3.45

GARALO 9041 01/03/1960 31/12/1988 1491.00 14.16

GOUALALA 19996 01/01/1945 31/12/2000 457.00 2.23

KADIANA 5575 01/10/1962 31/01/1987 3313.00 37.27

KADIOLO 17443 01/03/1953 31/12/2003 1124.00 6.05

KALANA 17441 01/01/1951 31/12/2000 821.00 4.50

KANGABA 23317 01/07/1939 31/12/2003 242.00 1.03

KARANGASSO 13635 01/09/1951 31/12/1989 366.00 2.61

KATIBOUGOU 21821 01/06/1937 30/09/2000 1311.00 5.67

KIGNAN 17656 01/03/1953 31/12/2003 911.00 4.91

KLELA 14489 01/05/1961 31/12/2001 365.00 2.46

45

KOLOMBADA 2922 01/01/1975 31/12/1988 2191.00 42.85

KOLONDIEBA 14762 01/04/1960 31/12/2000 122.00 0.82

KOLONI 7407 01/04/1962 31/12/1989 2729.00 26.92

KONOBOUGOU 13880 01/06/1960 31/12/2000 943.00 6.36

KONODIMINI 7976 01/05/1961 31/12/1988 2130.00 21.08

KONSEGUELA 11660 01/01/1952 31/12/1988 1854.00 13.72

KOULIKORO 6452 01/01/1910 31/12/2002 27515.00 81.01

KOULOUBA 11080 01/01/1948 31/01/1987 3195.00 22.38

KOUMANTOU 9533 01/04/1960 31/12/1989 1333.00 12.27

KOUTIALA 30834 01/07/1921 31/12/2005 30.00 0.10

LOBOUGOULA 7825 01/06/1960 31/12/1988 2615.00 25.05

LONGOROLA 5661 01/01/1973 31/12/1988 182.00 3.11

LOULOUNI 8013 01/05/1959 31/12/1988 2824.00 26.06

MAHOU 17500 01/09/1951 31/12/1999 153.00 0.87

MANANKORO 14033 01/07/1960 31/12/2000 760.00 5.14

MASSIGUI 9771 01/04/1960 31/01/1987 30.00 0.31

MISSENI 13576 01/03/1960 31/12/2000 1339.00 8.98

M'PESOBA 8922 01/01/1950 31/01/1987 4622.00 34.13

NANGUILA 8466 01/04/1960 31/01/1987 1335.00 13.62

NEGUENA 5632 01/09/1951 31/01/1987 7304.00 56.46

NIENA 11296 01/03/1953 31/12/1988 1793.00 13.70

NIENEBALE 19299 01/01/1923 31/12/1988 4807.00 19.94

NIENTJILA 9167 01/04/1960 31/01/1987 634.00 6.47

N'TARLA I.R.C.T. 11235 01/01/1967 31/12/2000 1183.00 9.53

OUELESSEBOUGOU 11653 01/01/1954 31/12/1987 764.00 6.15

SANANDO 9192 01/07/1960 31/12/1989 1583.00 14.69

SANANKOROBA 4568 01/07/1971 31/01/1987 1125.00 19.76

SANTIGUILA 11874 01/04/1954 31/12/1988 819.00 6.45

SEGOU 32115 01/01/1907 30/11/2006 4378.00 12.00

SIKASSO 33478 01/02/1907 30/11/2006 2984.00 8.18

SONINKOURA 13426 01/01/1952 31/12/1989 453.00 3.26

SOTUBA 13698 01/01/1950 31/12/1988 546.00 3.83

TIENKOUKOBA 4081 01/10/1976 31/12/1988 393.00 8.78

YANFOLILA 15860 01/05/1958 31/12/2002 455.00 2.79

YANGASSO 11717 01/01/1954 31/12/1988 1066.00 8.34

YOROBOUGOULA 6544 01/02/1969 31/12/1988 729.00 10.02

YOROSSO 9832 01/05/1961 31/12/1988 274.00 2.71

46

ZANGASSO 9860 01/01/1961 31/12/1988 366.00 3.58

ZANTIEBOUGOU 9285 01/06/1962 31/12/1988 425.00 4.38

ZETA 11992 01/05/1960 31/12/1998 2131.00 15.09

DIALAKOROBA ( KOULIKORO ) 1826 01/01/1984 31/12/1988 0.00 0.00

FINKOLO ( SIKASSO ) 1826 01/01/1984 31/12/1988 0.00 0.00

Station : 1270042100 = SIKASSO Capteur : J-1 = Pluies

Graphe des Pluies

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

31/12/1949 23/06/1955 13/12/1960 05/06/1966 26/11/1971 18/05/1977 08/11/1982 30/04/1988

Plu

ies

Code-' '

Figure 17 : Hyétogramme de Sikasso (1950-1990)

V.4.b Méthode des simples cumuls

La détection des erreurs au niveau d’une seule série peut être effectuée par la méthode dite simples cumuls. Il s’agit d’une méthode graphique qui consiste à reporter en abscisse le numéro de l’année d’une suite chronologique croissante ou décroissante de pluies annuelles, en ordonnée les pluies annuelles cumulées

Le but de ces simples cumuls est de faire apparaître les cassures de tracé. Notons que ces cassures ne correspondent pas nécessairement à des années défectueuses, mais peuvent être dû à des séries de totaux annuels déficitaires ou excédentaires.

47

V.4.c Présentation de quelques graphiques des simpl es cumuls

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1965 1970 1975 1980 1985 1990

Figure 18. Simple cumul - station de Madinani 1090013900 (1966-1990)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995

Années

Plu

ies

cum

ulée

s

Figure 19 : Simple cumul - station de kadiolo 127001840 (1965-1994)

On constate des cassures aux niveaux des années 1971 et 1983-1984 elles sont dues à des totaux annuels déficitaires. Les résultats sont assez satisfaisants, donc ces stations peuvent être retenues pour la modélisation pluie-débit

V.4.d Méthode des doubles cumuls

La méthode dite des doubles cumuls, proche de la précédente, consiste à comparer les séries deux à deux. Cette méthode facile à mettre en œuvre est très performante. Cependant, lorsque les séries sont nombreuses, le nombre de graphiques devient rapidement important.

Ce nombre peut être limité en prenant une station de référence dont on est sûr N2n=n! /2!(n-2)!

48

V.4.e Présentation de quelques graphiques des doubl es cumuls

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Kadiolo 1270018400 (1965-1989)

Sik

asso

127

0042

100

(196

5-19

89)

Figure 20 : Double cumuls

0

5000

10000

15000

20000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Kléla 1270023200

Sik

asso

127

0042

100

Figure 21 : Double cumuls (1980- 1995)

49

VI. Rappels bibliographiques sur les modèles pluie- débit

VI.1. DEFINITION Un modèle hydrologique est un moyen de représenter sous une forme simplifiée le cycle de l’eau en phase terrestre. La modélisation hydrologique des bassins versants est incontournable dès lors que l’on s’intéresse à des problématiques relatives à la gestion des ressources en eau, à l’aménagement du territoire ou aux risques hydrologiques. Elle doit fournir des informations exploitables pour le dimensionnement des ouvrages hydrauliques, de protection contre les crues ou pour la gestion hydrologique et écologique du bassin versant. Il existe dans la littérature de nombreux modèles hydrologiques de bassin versant ayant chacun leur spécificité et leur domaine d’application. Plusieurs auteurs ont proposé une classification des modèles hydrologiques (Singh, 1995 ; Ambroise, 1999 ; Refsgaard, 1997).

VI.2. CLASSIFICATION DES MODELES Plusieurs classifications existent. Je ne reprendrai que les plus classiques.

VI.2.a Classification selon la représentation de l ’espace

VI.2.a.1 Les modèles globaux Avec une approche globale, le bassin versant est considéré comme une unité homogène sur laquelle les processus de transformation de la pluie en débit sont décrits à l’échelle macroscopique, avec des valeurs moyennes de variables d’entrée telles que les précipitations, les évapotranspirations potentielles…, un jeu de paramètres et une variable de sortie, généralement un débit.

VI.2.a.2 Les modèles semi distribués Avec une approche semi-distribuée, le bassin versant est divisé en zones géographiques (pas nécessairement des sous-bassins versants). Cela peut se faire pour des raisons de disponibilité de données (par exemple, des grilles régulières de pluie et d’ETP) ou pour faire apparaître des zones homogènes au sein du bassin (type de végétation, imperméabilité du sol, pente…). On peut ainsi tenir compte de façon explicite des hétérogénéités spatiales, qu’elles soient climatiques ou autres, à l’échelle de ces zones. Cependant, la seule sortie du modèle par rapport à laquelle le modèle se cale reste l’exutoire du bassin versant dans sa globalité.

VI.2.a.3 Les modèles distribués Le concept est le même que pour les modèles semi-distribués mais les sorties sont également distribuées : sur chaque unité de découpage du bassin, on peut caler le modèle. Le débit à l’exutoire du bassin versant sera la résultante de la combinaison des débits mesurés à l’exutoire de chacune de ces unités de zones géographiques qui constituent le bassin.

VI.2.b Classification selon la nature de la variabl e

VI.2.b.1 Modèles déterministes Modèle qui associe aux variables d’entrée et de sortie et aux paramètres une valeur de réalisation unique.

50

VI.2.b.2 Modèles stochastiques Au moins une des variables d’entrée ou des paramètres est une variable aléatoire. Par voie de conséquence, la ou les variables de sortie sont des variables aléatoires. La reconstitution de la distribution des variables de sortie nécessite bien souvent des simulations répétées en tirant aléatoirement la valeur de la variable d'entrée. On parle de simulation de Monte Carlo.

VI.2.c Classification selon le fondement théorique et l’approche de développement

VI.2.c.1 .1 Les modèles « boîte noire » Ils ne cherchent qu’à reproduire la dynamique des variables de sortie en fonction des variables d’entrée sans tenter de décrire les processus élémentaires. Le calage consiste alors à déterminer la combinaison de paramètres s’ajustant le mieux aux données mesurées. Les réseaux de neurones sont un autre exemple de ce type de modèle hydrologique. Ils sont souvent utilisés avec prudence en dehors de la gamme des valeurs pour laquelle ils ont été calés.

VI.2.c.2 Les modèles conceptuels Il s’agit de modèles au sein desquels le fonctionnement du bassin versant est représenté par des analogies ou concepts. L’analogie la plus souvent utilisée pour représenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du réservoir dont le débit de vidange dépend du taux de remplissage. Ces modèles présentent divers inconvénients : les paramètres de calage n’ont pas une signification physique évidente. Ils ne peuvent pas intégrer de façon immédiate les changements d’occupation des sols du bassin et ne fournissent pas d’informations concernant le fonctionnement interne du bassin. Cependant ils présentent de nombreux atouts : ils sont robustes, performants et leur mise en œuvre est facilitée par le fait qu’ils ne nécessitent que peu de données. Les modèles de type GR du Cemagref en sont un exemple bien connu de la communauté hydrologique française.

VI.2.c.3 Les modèles à base physique Ces modèles tentent de reproduire la réalité par une représentation dynamique faisant intervenir différentes équations de la physique et nécessitent une discrétisation spatiale. Ils ont l’avantage de pouvoir tenir compte des changements d’occupation du sol et devraient pouvoir, en théorie, être appliqués à des bassins versants non jaugés puisque les paramètres doivent avoir une signification physique et être mesurables. Ils permettent de fournir des résultats sur le fonctionnement interne du bassin. Cependant, leur application est encore limitée : ils nécessitent de très nombreuses données ; ils se basent sur des équations dont la représentativité n’est pas vraie aux échelles employées (Beven 1989) ; bien souvent ils contiennent finalement des paramètres qu’il faut calibrer.

Tableau 15 : Exemple de classification des modèles pluie-débit

Caractéristiques Type de modèle

Selon la nature de la variable Modèle déterministe (variable non aléatoire) Modèle stochastique (variable aléatoire)

Traitement selon la représentation de l’espace (homogénéité du bassin)

Modèle global Modèle semi global ou semi distribué Modèle distribué

Fondement théorique et approche de développement

Modèle empirique Modèle conceptuel Modèle à base physique

51

VI.3. LES VARIABLES D’UN MODELE

VI.3.a.1 Variable indépendante ou variable d’entré e ou fonction de forçage Ce sont les données d’entrée du modèle. Dans le cas des modèles hydrologiques, il s’agit essentiellement des mesures de pluies et d’ETP. Les modèles hydrologiques sont des modèles dynamiques où les données d’entrées fluctuent en fonction du temps.

Figure 22 : Présentation schématique d’un modèle pluie-débit

VI.3.a.2 Variables d’état Variables permettant de caractériser l'état du système modélisé, qui peuvent évoluer en fonction du temps dans un modèle dynamique. Il s'agit, par exemple, du niveau de remplissage des différents réservoirs d'eau du modèle qui représente le bassin versant, du taux de saturation des sols, mais aussi de la profondeur des sols, des pentes. Certaines variables d'état sont mesurables.

VI.3.a.3 Variable dépendante ou variable de sortie Il s’agit des débits

VI.4. PARAMETRE La notion de paramètre est bien souvent liée à celle des modèles conceptuels ou empiriques mais l’expérience montre qu’elle s’applique aussi à d’autres types de modèles hydrologiques. Dans de nombreux cas, il n’est pas possible de représenter dans un modèle le processus physique parce que l’échelle de ce processus est trop petit et que les variables d’état ne sont pas accessibles à la mesure. Un modèle simplifiant ou intégrant dans l’espace les hypothèses du processus est alors utilisé pour le décrire, mais certaines de ces variables d’état n’ont plus de sens physique et ne peuvent plus être reliées à des variables mesurables. Ces variables dont la valeur doit être déterminé par calage, sont appelées « paramètres ».

VI.5. LA PERIODE DE MISE EN ROUTE La mise en oeuvre d’un modèle pluie-débit, l’évaluation de sa performance ainsi que l’optimisation des paramètres oblige à partir d’un état initial. Elle consiste à prédéfinir des valeurs initiales pour les variables d’état du modèle. Dans le cas où le modèle comporte des réservoirs, cette phase d’initialisation consiste à prédéfinir les nivaux initiaux de ceux-ci. Généralement, cet état initial est défini de façon arbitraire par le modélisateur. Cependant, le choix d’un état initial peut influencer le jeu optimal de paramètres du modèle ainsi que sa performance. Pour remédier à cela, certains auteurs recommandent de choisir une période de mise en route qui peut aller d’une année à plusieurs années.

52

VI.6. L’ETAPE DE CALAGE Comme écrit auparavant, certains paramètres sont impossibles à mesurer ou à évaluer. Cette identification incomplète oblige à estimer ces paramètres par une opération de calage : il s’agit de rechercher la valeur du paramètre, ou du jeu de paramètres, permettant d’ajuster au mieux la série de variable de sortie du modèle à la série de référence de cette variable de sortie (données observées par exemple), au vu d’un critère déterminé (Cosandey, Robinson, 2000). Pour les modèles pluie-débit, les paramètres sont ajustés de manière à ce que la série de débits simulée corresponde le plus étroitement possible avec la série de débits mesurés sur la période de calage. L’étape de calage, encore appelée calibration, joue plusieurs rôles (Cosandey, Robinson, 2000) :

• Un premier, explicite, d’estimation de paramètres non connus. • Un second, implicite, de compensation sur ces paramètres de toutes les erreurs liées

au modèle ou aux données. • un dernier, d’évaluation de la sensibilité du modèle aux différents paramètres.

Ce processus peut être manuel mais il peut être très pénible, très long (car dépendant du nombre de paramètres libres du modèle et de leur degré d’interaction (Madsen et al., 2002)), et n’est souvent parfaitement maitrisé que par le concepteur même du modèle. C’est pourquoi on préfère appliquer des procédures automatiques de calage, plus objectives. Le choix de la période de calage est cruciale pour la qualité du calage : plus les observations faites au sein de cette période est contrastée, plus la gamme de fonctionnement du modèle sera représentative et plus sont nombreuses les combinaisons de processus et facteurs qu’elle permettra d’activer dans le modèle (Cosandey, Robinson, 2000).

VI.7. LA VALIDATION Cette phase vise à valider les résultats, à vérifier que le modèle calé approche bien les séries de données de référence non utilisées lors de la période de calage. La performance du modèle est jugée sur une période différente de celle ayant servi à ajuster ses paramètres. Klemes (1986) recommande les étapes itératives suivantes pour une modélisation:

• calage sur une période et pour un bassin de référence, si possible pour plusieurs variables d’intérêt

• validation sur d’autres périodes pour le même bassin, sans modifier le jeu de paramètres estimés ou calés.

La qualité d’un modèle se mesure autant par la valeur du critère d’ajustement que par la différence entre les valeurs du critère d’ajustement obtenues sur la période de calage et sur la période de contrôle. D’une manière générale, l’objectif des modélisateurs est de chercher à améliorer les valeurs des critères d’ajustement, traduisant les performances de leurs simulations.

53

VI.8. CRITERES NUMERIQUES DE CALAGE C’est une mesure de l’écart entre les valeurs simulées à l’aide du modèle et les valeurs mesurées. Le critère le plus souvent employé en hydrologie est celui de Nash-Sutcliffe qui est une reformulation de l'écart quadratique qui représente le pourcentage de la variance pour la série mesurée expliquée par le modèle. Ce critère estime la qualité des simulations sur les périodes de hauts débits

( )

( )

−

−−×=∑

∑

=

=N

i

obsobs

N

i

obscal

QQ

QQNash

1

2

1

2

1100

:obsQ débit journalier observé

:calQ débit journalier calculé

:obsQ débit moyen observé au cours de la période N : nombre de pas de temps

Il existe des variantes à ce critère comme le NashLogQ ou NashRacineQ qui utilise des valeurs logarithmiques. Les racines carrées, des débits. Par ces transformations, on estime que la qualité des simulations donne moins de poids aux valeurs fortes de débits comme dans la formulation simple du Nash. Les formules sont les suivantes :

( )

( )

−

−−×=∑

∑

=

=N

i

obsobs

N

i

obscal

QQ

QQNashLogQ

1

2

1

2

)log()log(

)log()log(1100

( )

−

−−×=

∑

∑

=

=N

i

obsobs

N

i

obscal

QQ

QQQNashRacine

1

21

2

1 1100

Les valeurs de tous ces critères sont bornées entre −∞ et 1. Un critère de 1 signifie un ajustement parfait entre données simulées et observées. Un critère négatif indique que le modèle donne de moins bons résultats que l'utilisation de la moyenne de l'échantillon comme estimateur du débit. On considère généralement qu'un modèle hydrologique donne des résultats acceptables si la valeur du critère de Nash est supérieure à 0.7. Il existe, dans la littérature, bien d’autres fonctions critères comme le critère de CREC, le critère de Fortin toutes basées sur un écart entre la valeur simulée et la valeur observée. 1 Dans ce cas on ajoute au débit le quarantième du module, estimé sur les données observées, pour éviter une impossibilité en cas de débit nul

54

VII. ADAPTATION D’UN MODELE PLUIE DEBIT A PAS DE TEMPS MENSUEL POUR UNE UTILISATION AU PAS DE TEMPS DECADAIRE - APPLICATION AUX DONNEES DU BASSIN VERSANT DU BANI

A notre connaissance, il n’existe pas de modèles hydrologiques fonctionnant au pas de temps décadaire. Or en matière de gestion intégrée des ressources en eau, c’est le pas de temps qui donnerait le plus de satisfaction aux gestionnaires. Pour remédier à ce problème et profiter des multiples avantages qu’offre la modélisation hydrologique, nous avons adapté 2 versions du modèle GR (GR2M HSM et GR2M Cemagref) écrites au pas de temps mensuel, appelées, pour une utilisation au pas de temps décadaire. Ces adaptations ont été faites sous le logiciel Excel. Les modèles GR ont été élaborés au Cemagref pour un ensemble de bassins en France. HSM a adapté une des différentes versions de ce modèle et l’a utilisé sur de nombreux bassins versants d’Afrique de l’Ouest et Centrale : les résultats obtenus sont dans l’ensemble plutôt satisfaisants (thèse Sandra ARDOIN-BARDIN 2004). Je reviendrai plus loin sur la description de ces modèles.

VII.1. CRITERE DE CHOIX DES BASSINS ET DES PERIODES D’ETUDE Sur les 26 bassins versants d’étude potentielle, d’après l'inventaire des données (pluies, ETP et débit), seuls 5 présentent une période de concomitance suffisante entre les pluies et les débits.

• Les données de pluie sont calculées par la méthode des polygones de Thiessen. • Les ETP disponibles ne couvrent que la période de 1980 à 1994. Or pour certains de

ces bassins, nous avons besoin de données sur d’autres périodes. Cependant Les modèles utilisés sont peu sensibles à cette donnée d’entrée. En cas de lacune de celle-ci, nous avons choisi de les remplacer en répétant le nombre de fois qu’il faut une année observée. Par exemple pour le bassin de Pankourou, nous avons répété 8 fois l’année 1980 et comparé les résultats avec ceux obtenus avec les ETP observées sur 1980-1987 ; les résultats sont très proches (Cf. tableau N°4.1)

Bagoé à Pankourou (31120 Km2) GR2D HSM

Années de calage 1972-1975 1972-1978

Années de validation 1976-1978

Paramètres de calage

X1 0.37167446 0.36782063 X2 0.34181695 0.31128231

Réservoir 199.214611 184.155073 Partition 0 0

Critère d'efficacité avec ETP année 1980 répétée

"n" fois

Nash Calage 92 86.7

Nash Validation 72.9

Paramètres de calage

X1 0.36306545 0.36400467 X2 0.34404565 0.31491045

Réservoir 198.969838 192.184439 Partition 0 0

Critère d'efficacité avec ETP des années 1980 à

1987

Nash Calage 90.1 85.9

Nash Validation 72.2

Tableau 16 : Influence de l’ETP sur les résultats des modèles – exemple de Pankourou

55

Les 5 bassins retenus, ainsi que les périodes de travail sont donnés dans le tableau ci-dessous. Nous avons des périodes d’étude possible qui varient entre 5 et 9 ans et la plage de variation des superficies est importante, de petites superficies (Bowara : 261.3 km2) à de plus grandes superficies (Douna : 101.300 km2).

DOUNA PANKOUROU KLELA LOULOUNI BOWARA

Cote IRD 1271600108 1271601205 1271603305 1271606005 1271603005

Rivière Bani Bagoé Lotio Kobafini Kobi

Latitude 13.183333 11.45 11.68333 11.116666 11.116666

Longitude -5.95 -6.55 -5.58333 -5.58333 -6.06

Superficie en km 2 101300 31120 3745.2 799.2 261.3

données pluviométriques

disponibles 1972-1978 1972-1978 1989-1993 1983-2004 1982-1998

données débimétriques

disponibles 1952-1990 1968-1978

1989-1993 et 1995-2005

1983-1990 1982-1990

Période retenue 1972-1978 1972-1978 1989-1993 1983-1990 1982-1990

Tableau 17 : Inventaire des données pour le choix des périodes de modélisation et des bassins retenus

Après cette étape un complément d'analyse des données s'avère nécessaire pour une meilleure compréhension des résultats des modèles. Cette analyse est plus accentuée sur des données d'hydrométrie.

56

Figure 23 : Carte de localisation des bassins retenus pour la modélisation (Source L. Ferry, IRD Bamako,2007)

VII.2. ANALYSE ET CRITIQUE DES DONNEES DES BASSINS POUR LA MODELISATION

VII.2.a Le bassin versant de Bowara (261.3 Km 2) • La précipitation moyenne utilisée en entrée des modèles est obtenue à partir des

seules observations de la station de Sikasso (station sypnotique). La vérification par la méthode de simples et doubles cumuls ne présente pas de cassure. Cette station ne présente aucune lacune à partir de 1953, mais elle est à 25 Km environ du bassin versant. Elle a été la seule retenue parce que les stations se trouvant sur le bassin et son voisinage immédiat présentaient trop de lacunes. La figure 24 nous donne un

57

aperçu pour une année donnée des écarts qu’il peut y avoir entre les pluies réellement tombées sur le bassin (station de Lobougoula) et les pluies que nous avons pris en entrée des modèles (station de Sikasso).

0

20

40

60

80

100

120

140

01/04/83 01/05/83 31/05/83 30/06/83 30/07/83 29/08/83

Lobougoula Sikasso

Figure 24 : Comparaison des « hyétogrammes » décadaires de Lobougoula et Sikasso

• la station de Lobougoula se trouve sur le bassin versant mais n’a que 2 ans de donnée sans lacune

• La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits ne présente que 5 jaugeages en moyennes et hautes eaux (> 4-5 m3/s) (Cf. Figure N°25 et 26) qui ont été effectués en 1976 et 1977 ; cette courbe peut ne plus être valable en moyennes et hautes eaux sur notre période d’étude 1982-1990, même si toutefois le seul jaugeage effectué en 1984 est pris en compte par la courbe de tarage

• Les données d’ETP ont été calculées à la station de Sikasso par la formule de Penman.

Station : Bowara Courbe de tarage du 01/01/1976 jusqu'à nos jours

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Figure 25 : Courbe de tarage Bowara

58

Station : Bowara

Pointage des Débits Jaugés

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

01/01/1982 16/05/1983 27/09/1984 09/02/1986 24/06/1987 05/11/1988 20/03/1990

Déb

its (

m3/

s)

Débits calculés

Débits Jaugés

Figure 26 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés pour la période d’étude

VII.2.b Le bassin versant de Loulouni (799.2 Km 2) • La pluie moyenne utilisée en entrée des modèles provient des stations de Sikasso

(station sypnotique) et Kadiolo. La vérification par la méthode des simples et doubles cumuls ne présente pas de cassure. Ces stations ne présentent aucune lacune de 1953 à 1998 (Sikasso) et de 1965 à 1996 (Kadiolo) mais elles sont respectivement à environs 35 Km et 40 Km du bassin versant. Elles ont été retenues parce que les stations se trouvant sur le bassin et son voisinage immédiat présentaient trop de lacunes

• La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits présente des dispersions de jaugeages en moyennes eaux qui ont été effectués en 1982 et 1983 et pas de jaugeage à partir de la cote 2.3m (Cf. Figures 27 à 29) ; une fois encore, cette courbe peut ne plus être valable en moyennes eaux dans les années qui ont suivi 1983, période de notre travail ; et peut ne pas l’être durant toute la période d’étude pour une cote > 2.3 m. Les débits jaugés durant la période de 1982 -1990 ne dépassent pas 3m3/s or les débits calculés par la courbe de tarage vont jusqu'à 10 m3/s (Cf. Figure N°28)

• Les données d’ETP ont été calculées à la station de Sikasso par la formule de Penman

59

Station : Loulouni

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Figure 27 : Courbe de tarage de Loulouni

Station : Loulouni

Pointage des Débits Jaugés

0

2

4

6

8

10

12

04/05/1982 16/09/1983 28/01/1985 12/06/1986 25/10/1987 08/03/1989 21/07/1990

Déb

its (

m3/

s)

Débits calculés

Débits Jaugés

Figure 28 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés sur Loulouni sur la période d’étude

60

Station : Loulouni

Pointage des Cotes Jaugées

0

50

100

150

200

250

300

04/05/1982 16/09/1983 28/01/1985 12/06/1986 25/10/1987 08/03/1989 21/07/1990

Cot

es (

cm)

Cotes observées

Cotes jaugées

Figure 29 : Pointage des cotes jaugées sur le limnigramme de LoulouniI sur la période d’étude

VII.2.c Le bassin versant de Kléla (3745.2 Km 2) • La Précipitation moyenne utilisée en entrée des modèles provient des stations de

Sikasso (station sypnotique) et Kléla. La vérification par la méthode de simples et doubles cumuls ne présente pas de cassure. Ces stations ne présentent aucune lacune à partir de 1953 pour Sikasso et entre 1983 et 1993 (Kléla). Ces 2 stations sont situées sur le bassin versant.

• La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits présente peu de dispersions des jaugeages en moyennes eaux mais on constate un manque de jaugeage en étiage et en période de crue. Depuis 1977, il n’y a plus eu de jaugeages effectués (Cf. Figure 30 à 32) ; donc cette courbe peut ne plus être valable sur notre période d’étude : 1989-1993.

• Les données d’ETP ont été calculées à la station de Sikasso par la formule de Penman

61

Station : 1271603305 = Kléla (Niger-Bani)Etalonnage du 01/01/1976 jusqu'à nos jours

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800 1000 1200

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Figure 30 : Courbe de tarage de Klela

Station : 1271603305 = Kléla (Niger-Bani)Capteur : I-1 = Cotes

Pointage des Débits Jaugés

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

29/07/1976 19/01/1982 12/07/1987 01/01/1993 24/06/1998 15/12/2003

Déb

its (

m3/

s)

Débits calculésDébits Jaugés

Figure 31 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés sur Klela

62

Station : Kléla Pointage des Cotes Jaugées

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

29/07/1976 25/04/1979 19/01/1982 15/10/1984 12/07/1987 07/04/1990 01/01/1993 28/09/1995

Cot

es (

cm)

Cotes observées

Cotes jaugées

Figure 32 : Pointage des cotes jaugées sur le limnigramme de Kléla

VII.2.d Le bassin versant de Pankourou (31120 Km 2)

• La précipitation moyenne en entrée des modèles provient de 11 stations dont 6 se trouvent sur le bassin et 5 en dehors du bassin. La vérification par la méthode de simples et doubles cumuls ne présente pas de cassure. Ces stations ne présentent aucune lacune entre 1972 et 1978.

• La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits présente peu de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser qu’elle est valide jusqu’en 1995, même si on peut quand même observer un manque de jaugeage en moyennes et hautes eaux (Cf. Figure N°33) ; mais toutefois il n’y a que 2 jaugea ges entre 1972-1978 (Cf. Figure N°34)

• Les données d’ETP ont été calculées à la station de Sikasso par la formule de Penman

63

Station : 1271601205 = Pankourou (Niger-Bani)Capteur : I-1 = Cotes Capteur de Sortie : I-1Etalonnage du 01/01/1956 jusqu'à nos jours

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Figure 33 : Courbe de tarage de Pankourou

Station : Pankourou

Pointage des Débits Jaugés

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

01/01/1972 15/05/1973 27/09/1974 09/02/1976 23/06/1977 05/11/1978

Déb

its (

m3/

s)

Débits calculés

Débits Jaugés

Figure 34 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés sur Pankourou sur la période d’étude

64

Station : Pankourou Pointage des Cotes Jaugées

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

01/01/1972 15/05/1973 27/09/1974 09/02/1976 23/06/1977 05/11/1978

Cot

es (

cm)

Cotes observées

Cotes jaugées

Figure 35 :Pointage des cotes jaugées sur le limnigramme de Pankourou sur la période d’étude

VII.2.e Le bassin versant de Douna (101300Km 2) • La précipitation moyenne utilisée en entrée des modèles provient de 30 stations dont

15 se trouvent sur le bassin et 15 en dehors du bassin (Cf. polygone de Thiessen Douna). La vérification par la méthode de simples et doubles cumuls ne présente pas de cassure. Ces stations ne présentent aucune lacune entre 1972 et 1978.

• La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits présente peu de dispersion des jaugeages en moyennes eaux et un manque de jaugeage en hautes eaux (Cf. Figure 36 à 38) ce qui amène à penser qu’elle est validé jusqu’en 1995 même si on peut observer un manque de jaugeage en moyennes et hautes eaux ; mais toutefois il n’y a que 5 jaugeages entre 1972 et 1978 (Figure N°36)

• Les données d’ETP ont été calculées à la station de Sikasso par la formule de Penman

65

Station : Douna

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

-200 0 200 400 600 800 1000 1200

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Figure 36 : Courbe de tarage de Douna

Station : Douna

Pointage des Débits Jaugés

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01/01/1972 15/05/1973 27/09/1974 09/02/1976 23/06/1977 05/11/1978

Déb

its (

m3/

s)

Débits calculés

Débits Jaugés

Figure 37 : Pointage des cotes jaugées sur le limnigramme de Douna sur la période d’étude

66

Station : 1271600108 = Douna (Niger)Capteur : I-1 = Cotes

Pointage des Cotes Jaugées

0

100

200

300

400

500

600

700

800

01/01/1972 15/05/1973 27/09/1974 09/02/1976 23/06/1977 05/11/1978

Cot

es (

cm)

Cotes observées

Cotes jaugées

Figure 38 : Pointage des débits jaugés sur les débits calculés sur Douna sur la période d’étude

VII.3. LES VARIABLES

VII.3.a La pluie (P) En tant qu'activité météorologique, la pluviométrie consiste presque toujours à mesurer une hauteur de précipitations pendant un intervalle de temps, c'est-à-dire qu'elle n’est que le cumul des précipitations au cours de l'intervalle de temps considéré. On a coutume d'exprimer les précipitations journalières, mensuelles ou annuelles en millimètre. Dans notre cas, l’intervalle de temps considéré est la décade. Elle représente une hauteur d’eau tombée sur le bassin versant considéré et intégrant la distribution spatio-temporelle.

VII.3.a.1 Méthode de calcul de la pluie moyenne sur les bassins versants Le calcul d’une moyenne pluviométrique sur une surface donnée nécessite d’avoir un nombre suffisant de stations pour se rapprocher le plus possible de la valeur vraie, qui reste inconnue, mais ce nombre de stations ne peut être étendu indéfiniment et doit tenir compte des contraintes économiques. Méthode de Thiessen La méthode de Thiessen est une méthode arithmétique dans laquelle on attribue à chaque pluviomètre un poids proportionnel à une zone d'influence présumée, tel qu'un point situé dans cette zone soit plus près, en distance horizontale, du pluviomètre correspondant que de tout autre pluviomètre. La méthode ne tient donc compte que de la distribution spatiale en plan des stations déterminées par le réseau des médiatrices des segments joignant les postes 2 à 2.

67

Comme les termes αi appelés coefficients de Thiessen ne dépendent que de la répartition spatiale des postes par rapport au bassin versant, la construction géométrique est à faire une fois pour toute et on appliquera αi à toutes les averses ou séries chronologiques à étudier. Application au bassin de Loulouni

Stations pluviométriques Code IRD Superficie en km2 Coefficient deThiessen

KADIOLO 127001840 422.2 0.528 SIKASSO 1270042100 377 0.472

TOTAL 799.2 1

1270013900 - Fourou

261,3 km2

BV de Bowara

Superficie = 261 km2

Périmètre = 94 km

1271603005 - STH Bowara

1270018400 - Kadiolo

1271606005 - STH Loulouni

1270042100 - Sikasso

377,0 km2

BV de Loulouni

0

422,2 km2

15

km

30

Superficie = 799 km2

Périmètre = 152 km

Tableau 18 : Implantation des bassins de Bowara et Loulouni et polygones et coefficients de Thiessen du bassin versant de Loulouni

68

Application au bassin de Klela

Stations pluviométriques Code IRD Superficie en km2 Coefficient deThiessen

KLELA 1270023200 612.2 0.163

SIKASSO 1270042100 3133 0.837

TOTAL 3745.2 1

1270023200 - Kléla

1270042100 - Sikasso

612,2 km2

3133 km2

0

Superficie = 3745 km2

Périmètre = 352 km

10 20

km

1271603305 - STH Kléla

Tableau 19 : Implantation et polygones et coefficients de Thiessen du bassin versant de Kléla

69

Application au bassin de Pankourou Station s

pluviométriques Code IRD Superficie en km2 Coefficient deThiessen

GARALO 1270014800 3643.36 0.1171

TENGRELA 1090019300 8051.39 0.2587

MADINANI 1090013900 4384.75 0.1409

BOUDIALI 1090006400 3492.15 0.1122

MISSENI 1270031600 2514.88 0.0808

KADIOLO 1270018400 2173.78 0.0699

BAGUERA 1200001000 109.24 0.0035

LOUMANA 1200019300 740.4 0.0238

SIKASSO 1270042100 224.81 0.0072

LOBOUGOULA 1270028900 5710.77 0.1835 KIGNAN 1270022300 74.47 0.0024 TOTAL 31120 1.0000

0

km

50 100

Superficie = 31120 km2

Périmètre = 1175 km

1271601205 - STH Pankourou

109.2382173.78

2514.88

74.4674

3492.94

1270042100 - SIKASSO

1200019300 - LOUMANA

1200001000 - BAGUERA

1270018400 - KADIOLO

1270031600 - MISSENI

1270028900 - LOBOUGOULA

1270022300 - KIGNAN

1090013900 - MADINANI1090006400 - BOUDIALI

1270014800 - GARALO

1090019300 - TENGRELA

5875.79

4384.75

224.813

7945.24

740.404

3579.29

Tableau 20 : Implantation et polygones et coefficients de Thiessen du bassin versant de Pankourou

70

Application au bassin de Douna

Stations pluviométriques Code IRD Superficie en km2 Coefficient deThiessen

SEGOU 1270041500 1062.43 0.01049

BLA 1270006700 838.669 0.00828

N'TARALA I.R.C.T 1270036100 1351.33 0.01333

BELEKO 1270006100 7001.51 0.06912

KOUTIALA 1270028300 2684.59 0.00265

YOROSSO 1270047500 820.559 0.00810

MAHOU 1270029800 4035.24 0.03983

KIGNAN 1270022300 7042.24 0.06952

SIKASSO 1270042100 4033.56 0.03982

KLELA 1270023200 4415.23 0.04358

LOBOUGOULA 1270028900 6259.41 0.06179

ORODARA 1200023500 1051.79 0.01038

LOUMANA 1200019300 754.861 0.00745

BAGUERA 1200001000 109.238 0.00108

KADIOLO 1270031600 2173.78 0.02146

MISSENI 1270031600 2514.88 0.02483

TENGRELA 1090019300 7945.24 0.07843

BOUDIALI 1090006400 3492.94 0.03448

MADINANI 1090013900 5618.23 0.05546

ODIENNE 1090016000 4984.04 0.04920

KALANA 1270018700 2732.39 0.02697

GARALO 1270014800 10145.82 0.10017

BOUGOUNI 1270007600 5638.75 0.05566

KANGABA 1270019300 77.896 0.00077

BANKOUMANA 1270004900 590.354 0.00583

DOGO BOUGOUNI 1270010900 9716.42 0.09592

SOTUBA 127004360 417.237 0.00412

KONOBOUGOU 1270025000 3570.44 0.03525

BARUELI 1270005200 28.772 0.00028

SONINKOURA 1270043300 179.814 0.00177

71

1271600108 - STH Douna

Superficie = 101300 km2

50

Périmètre = 2271 km

0 100

km

1062.43

838.669

590.354

77.8958

5638.75

417.237

9716.42

1351.33

820.5597001.51

2514.88

2732.39

4984.04

10145.82

3570.44

179.814

28.772

2684.59

4035.24

7042.24 4415.23

1051.79

754.861

6259.41

109.238

2173.78

3492.94

7945.24

5618.23

1270006700 - BLA

1270043300 - SONINKOURA

1270041500 - SEGOU

1270019300 - KANGABA

1270010900 - DOGO BOUGOUNI

1270004900 - BANKOUMANA

1270007600 - BOUGOUNI

1270018700 - KALANA

1270014800 - GARALO

1270043600 - SOTUBA

1270025000 - KONOBOUGOU

1270006100 - BELEKO

1270036100 - N'TARLA I.R.C.T.

1270028300 - KOUTIALA1270047500 - YOROSSO

1090019300 - TENGRELA

1270031600 - MISSENI

1090016000 - ODIENNE

1090013900 - MADINANI

1270005200 - BAROUELI

1270029800 - MAHOU

1270022300 - KIGNAN

1270023200 - KLELA

1270042100 - SIKASSO

1270028900 - LOBOUGOULA

1200023500 - ORODARA

1200019300 - LOUMANA

1270018400 - KADIOLO

1200001000 - BAGUERA

1090006400 - BOUDIALI

4033.56

Tableau 21 : Implantation et polygones et coefficients de Thiessen du bassin versant de Douna

VII.3.b L’évapotranspiration potentielle (ETP) L’Evapotranspiration Potentielle (ETP) est la quantité d'eau susceptible d'être évaporée par une surface d'eau libre ou par un couvert végétal dont l'alimentation en eau n'est pas le facteur limitant. La valeur de l'évapotranspiration potentielle est fonction de l'énergie disponible (Margat, 1997). Elle est estimée par une mesure par un évaporomètre ou déduite par des formules empiriques telles que celles de Penman (1946), Morton (1983), Turc, Thornthwaite … L’unité de l’évapotranspiration est le millimètre sur le pas de temps désiré (jour, décade, mois, an…). Les stations synoptiques qui sont sur le bassin versant ne fournissent que des valeurs décadaires pour l’ETP et ne couvrent que la période 1980 -1995 avec moins de 1% de lacune pour Sikasso.

VII.3.c Le débit (Q) Suite à une pluie tombée sur le bassin versant, tout un mécanisme complexe d’interaction de phénomènes hydrologiques et climatologiques se met en oeuvre. Il se traduit par une circulation, directe ou indirecte, de l’eau à travers le sol ou le sous-sol en passant par les cours d’eau secondaires puis principaux et finissant par l’exutoire du bassin versant. A

72

l’échelle globale du bassin versant, le débit à l’exutoire traduit la réaction de tout le bassin suite à une pluie. Il est mesuré par différentes techniques hydrométriques, par exemple : au moulinet ou à l’ADCP. Ce débit est exprimé en mètre cube par seconde (m3/s). Pour répondre aux objectifs de la présente étude, il convient d’uniformiser les dimensions des différentes variables {(Q, m3/s ou en mm/j) ; (P, mm/pas de temps) et (E, mm/pas de temps)}.

VII.4. DESCRIPTION DES MODELES

VII.4.a GR2D HSM Ajustement des entrées : Les données de précipitations (P) et d'évapotranspiration (ETP) sont ajustées par un paramètre multiplicateur Param1 afin d'obtenir P' et ETP'.

P’ = Parm1*P ETP’ = Parm1*ETP

Ce paramètre agit comme un coefficient correcteur des entrées et correspond à un des paramètres à estimer dans la phase de calage sa valeur est comprise entre 0 et 1 Neutralisation : Elle se traduit par la soustraction d'une quantité (U) aux valeurs de P' et ETP'. On aboutit ainsi aux quantités de pluie nette (Pn) et d'évapotranspiration nette (ETPn), participant de manière effective à l'écoulement.

Pn = P’-U

ETPn =ETP’-U avec

+

×=2

21

21

''

'';0max

ETPP

ETPPU

Action du réservoir production : Soit H le stock d'humidité du réservoir sol en début de la décade considéré (qui est égale à H2 du pas de temps précédent) ; sous l’action de la pluie nette (Pn) le niveau H du réservoir devient H1

avec

A

VHAVH

H++

×+=1

1 V= tanh

Le réservoir sol est caractérisé par sa capacité maximale A=160mm (cette valeur est le plus souvent fixée mais peut aussi être optimisée). Le niveau du réservoir sol permet de définir la fraction de pluie qui accédera au réservoir eau gravitaire. Il permet aussi de définir l'évapotranspiration réelle (ETR) qui pourra être fournie ; celle-ci est une fraction de l'ETP ayant des caractéristiques symétriques à la fraction de pluie entrant dans le réservoir eau La valeur d'excès de pluie Pe est déterminée ici par : Pe = Pn – (H1 –H ) Puis, sous l'effet de ETPn, le niveau H1 du réservoir devient H2 qui correspond au niveau du réservoir sol au début de chaque décade suivante.

( )

−×+

−×=

A

HW

WHH

1

12

11

1 Avec W = tanh A

73

Action du réservoir de routage ou de transfert ou d ’eau gravitaire : Soit S le niveau du réservoir de transfert au début du pas de temps (qui est égale à S2 du pas de temps précédent) il reçoit une partie de Pe et son niveau au début de chaque décade, augmente pour devenir S1. L’autre partie s’écoule directement ( Partition*Pe ). Des essais ont montré qu’en Afrique de l’Ouest et Centrale, cette valeur de partition pouvait être fixée à 0 car elle n’avait qu’une influence minime sur les résultats finaux (ce paramètre peut donc être fixé ou optimisé).

( ) PePartitionSS ×−+= 11 Le débit Qg libéré par le réservoir linéaire au cours de la vidange est alors de la forme :

12 SParamQg ×= avec 0<Param2<1 [ ]112 2;0max SParamSS ×−=

L'écoulement total s'écrit alors : PePartitionQgQ ×+=

Figure 39 : Architecture du modèle GR2M HSM

74

Le modèle à deux paramètres optimisables :

X1 : ajustement des données d’entrée

X2 : coefficient de vidange linéaire Deux autres paramètres peuvent être fixés ou optimisés : « A », capacité maximale du réservoir sol et la « partition ».

Dans la suite de ce document, le modèle GR2M HSM modifié au pas de temps décadaire sera appelé « GR2D HSM » si la partition et la capacité maximale du réservoir sol sont fixés et « GR4D » s’ils sont à caler.

VII.4.b GR2M Cemagref

Cette version de GR2M a été mise au point par Mouelhi (2003). La fonction de production du modèle repose sur un réservoir de suivi d'humidité du sol. Du fait de la pluie P, le niveau S dans le réservoir devient S1 défini par :

1

11

1X

SXS

Sϕ

ϕ

+

+=

où

=

1

tanhX

Pϕ

Le paramètre X1, capacité du réservoir, est positif et exprimé en mm. La pluie P1 en excès est donnée par :

11 SSPP −+= Du fait de l'évapotranspiration, le niveau S1 devient S2 :

( )

−+

−=

1

1

12

11

1

X

S

SS

ψ

ψ

où

=

1

tanhX

Eψ

E est l'évapotranspiration potentielle. Le réservoir se vidange ensuite en une percolation P2 et son niveau S, prêt pour les calculs du mois suivant, est alors donné par :

3/13

1

2

2

1

+

=

X

S

SS

et SSP −= 22

La pluie totale P3 qui atteint le réservoir de routage est donnée par :

213 PPP +=

Le niveau R dans le réservoir devient alors R1 :

31 PRR +=

Un terme d'échange en eau est alors calculé par :

F = (X2 - 1).R1

Le paramètre X2 est positif et adimensionnel. Le niveau dans le réservoir devient :

R2 = X2.R1

75

Le réservoir, de capacité fixe égale à 60 mm, se vidange suivant une fonction quadratique. Le débit est donné par :

602

22

+=

R

RQ

Le modèle à deux paramètres optimisables :

X1 : capacité du réservoir de production (mm)

X2 : coefficient d’échanges souterrains

P

Evaporat ion

P1

X 1

60 m m

Q

S

R

P2

Réservoir de produ ction

Réservoir de rou tage

P3

X 2 Extérieur du bassin

E

(1) (2) (3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

Figure 40 : Architecture du modèle GR2M CEMAGREF Dans la suite de ce document, le modèle GR2M Cemagref modifié au pas de temps

décadaire sera appelé « GR2D Cemagref ».

76

VII.4.c Comparaison des architectures de GR2D HSM e t de GR2D CEMAGREF

GR2D HSM GR2D Cemagref

Les entrées, (la pluie et ETP)

Corrige la pluie et l’ETP et on obtient la pluie nette et ETP nette qui participe efficacement à l'écoulement

Aucune correction aux entrées

Réservoir de production

sous l'effet de la pluie Pn son niveau devient H1

sous l'effet de la pluie P son niveau devient S1

La pluie en essai est : Pe=Pn+H-H1 La pluie en essai est : P1=P+S-S1

Sous effet de l'ETP son niveau devient H2

Sous effet de l'ETP son niveau devient S2

H2 le niveau du réservoir au début de la décade qui suit

Le réservoir se vidange ensuite en une percolation P2 et son niveau devient S prêt pour les calculs de la décade qui suit

Réservoir de transfert

la pluie qui attend le réservoir de routage est une partie de : Pe

la pluie qui atteint le réservoir de routage est : P3=P1+P2

L'autre partie de Pe participe directement à l'écoulement

Le niveau S devient S1 Le niveau S devient S1

Le réservoir se vidange suivant une fonction linéaire

le réservoir se vidange suivant une fonction quadratique

Tableau 22 : Comparaison des modèles

Paramètre X1 X2

GR2D HSM coefficient correcteur des entrées 0 < x1 < 1

coefficient de vidange linéaire 0 < x2 < 1

GR2D Cemagref capacité du réservoir de production (mm) x1 >=0

Paramètre d'échange souterrain (mm)

X2 >=0

Tableau 23 : Différence entre les paramètres X1 et X2 de GR2D HSM et GR2D Cemagref

Comme on le voit, les paramètres des 2 modèles, même si ils sont appelés par la suite de la même façon, ils ne sont en aucune manière comparables.

77

VII.5. MISE EN ŒUVRE DES MODELES L’une des techniques les plus utilisées pour évaluer la robustesse d’un modèle dans des situations les plus proches possible de celles dans lesquelles il est censé fonctionner, est la technique du double échantillon. Cette technique consiste à subdiviser la période d’observation de chaque bassin versant en sous-périodes avec calage sur une période et contrôle sur le reste des observations, tout en veillant à réserver une période de mise en route d’un an. En nous basant sur cette technique, nous avons appliqué la méthodologie suivante décrite dans le tableau 24.

DOUNA Calage 1972-1975 Validation 1976-1978

Validation 1972-1975 Calage 1976-1978

PANKOUROU Calage 1972-1975 Validation 1976-1978

Validation 1972-1975 Calage 1976-1978

BOWARA Calage 1982-1986 Validation 1987-1990

Validation 1982-1986 Calage 1987-1990

LOULOUNI Calage 1983-1987 Validation 1988-1990

Validation 1983-1990 Calage 1988-1990

KLELA Calage 1989-1991 Validation 1992-1993

Validation 1989-1991 Calage 1992-1993

Tableau 24 : Période de calage et de validation des modèles sur les cinq bassins versants étudiés

VII.6. PRESENTATION DES RESULTATS Dans cette section, nous présentons les résultats obtenus en calage et en validation des 5 bassins versants étudiés et cela pour chaque modèle pluie-débit. Nous examinerons les valeurs des paramètres calés ainsi que les valeurs prises par la fonction critère. Cependant le seul examen de ces valeurs ne peut suffire à juger de la qualité des modèles en terme hydrologique. Pour cela il faut également examiner les tracés des hydrogrammes observés et calculés. Nous avons donc tracé les graphiques des séries observées et calculées pour l’ensemble des calages et validations effectués avec chaque modèle.

78

Station de Bowara

0

40

80

120

160

200

01/0

1/19

82

01/0

1/19

83

01/0

1/19

84

01/0

1/19

85

01/0

1/19

86

01/0

1/19

87

01/0

1/19

88

01/0

1/19

89

01/0

1/19

90

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

01/01

/198

2

01/01

/198

3

01/01

/198

4

01/01

/198

5

01/01

/198

6

01/01

/198

7

01/01

/198

8

01/01

/198

9

01/01

/199

0

Débit observé Débit GR2D HSM Débit GR4D HSM Débit GR2D CEMAGEF

Figure 41 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la station de BOWARA

(calage sur 1982-1986 et validation sur 1987-1990)

79

Tableau 25 : calage-validation des modèles HSM et Cemagref - valeurs des critères de Nash et des paramètres pour le bassin versant de Kobi à BOWARA

Kobi à BOWARA (261.3 Km2) GR HSM GR2D Cemagref

Années de calage 1982-1986 1987-1990 1982-1990 1982-1986 1987-1990 1982-1990 Années de validation 1987-1990 1982-1986 1987-1990 1982-1986

GR2D HSM

X1 0.3038 0.3017 0.3013 3187.04565 772.105196 874.2856331 X2 0.6184 0.6530 0.6558 0.60928655 0.47875098 0.477844506 Réservoir 160.0000 160.0000 160.0000 160 160 160 Partition 0.0000 0.0000 0.0000 Nash Calage 49.70 49.60 50.00 42.1 42.5 41.3

Nash validation 49.00 49.00 31.7 39.1

GR4D

X1 0.2468 0.2163 0.1280

X2 0.5127 0.5535 0.3278 Réservoir 95.7770 69.2098 1.9131 Partition 0.19 0.18 0.13 Nash Calage 50.80 50.50 54.50

Nash validation 49.10 49.30

Analyse des hydrogrammes

• Les modèles HSM reproduisent mieux les décrues et les basses-eaux. • Les 2 modèles HSM donnent des hydrogrammes sensiblement différents. • La dynamique est plus lissée avec le modèle GR2D Cemagref qu’elle ne l’est en

réalité et que ne la modélise les modèles HSM. • Chacun des modèles a tendance à surestimer les étiages et sous-estimer les crues

comme le montre la figure 41. Analyse du tableau

• Quelque soit le modèle, les valeurs de Nash sont faibles. Plusieurs raisons que l’on peut invoquer ont été données au Chapitre VII.2 (critique des données du bassin versant) : les données de pluie d’entrée ne sont pas celles mesurées effectivement sur le bassin mais celles mesurées à une station voisine du bassin ; sur notre période d’étude, il y a eu trop peu de jaugeages de moyennes-eaux et de hautes-eaux pour être bien sûr des débits de crue mesurés.

• Le modèle GR4D donne les meilleures valeurs de Nash. Suivent ensuite GR2D HSM puis GR2D Cemagref

• quelque soit la période de calage, les paramètres de GR2D HSM restent proches : le modèle GR2D HSM est plus stable que le 2 autres

• Les paramètres de GR4D sont sensiblement différents de ceux de GR2D HSM mais les Nash sont du même ordre de grandeur

• Si on mesure la robustesse des modèles par l’écart obtenu entre le Nash de validation et le Nash de calage, GR2D HSM est le plus robuste des modèles. Suivent ensuite GR4D et GR2D Cemagref

80

Station de Loulouni

Figure 42 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la station de Loulouni

(calage sur 1983-1987 et validation sur 1988-1990)

0.00

4.00

8.00

12.00

01/ 11/ 82 01/ 11/ 84 01/ 11/ 86 01/ 11/ 88 01/ 11/ 90

Débi t obser vé Débi t GR2D HSM

Débi t GR4D HSM Débi t GR2D CEMAGREF

0.00

40.00

80.00

120.00

160.00

200.00

01/11/1982 01/11/1983 01/11/1984 01/11/1985 01/11/1986 01/11/1987 01/11/1988 01/11/1989 01/11/1990

81

Tableau 26 : Calage-Validation des modèles GR2D HSM et GR2D Cemagref : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Kobafini à LOULOUNI

Kobafini à Loulouni

(799.2 km2) GR2D HSM GR2D Cemagref

Années de calage 1983-1987 1988-1990 1983-1990 1983-1987 1988-1990 1983-1990

Années de validation

1988-1990 1983-1987 1988-1990 1983-1987

X1, X2 calé et le réservoir sol, partition fixe

X1 0.26994169 0.28854113 0.28272384 2842.46 5477.06 3848.10 X2 0.39644849 0.37747431 0.32931788 0.56 0.67 0.61 Réservoir 160 160 160 160 160 160 Partition 0.00 0.00 0.00 Nash Calage 77.2 75.2 78 70.5 74.9 66.3

Nash Validation 72.1 74.3 53.4 45

X1, X2, le réservoir sol et la partition sont calés

X1 0.12400623 0.127744 0.13055088

X2 0.22063367 0.18044412 0.20856347 Réservoir 4.06893653 3.13469255 4.04144059 Partition 0.15 0.15 0.02 Nash Calage 57.7 88.6 88.8

Nash Validation 88.8 79.4

Analyse des hydrogrammes

• Les modèles ne reproduisent pas correctement les basses-eaux • Les modèles HSM donnent des hydrogrammes sensiblement différents. • La dynamique est mieux respectée avec le modèle GR4D • Chacun des modèles a tendance à sous estimer les étiages. Les crues sont sur

estimées en phase de calage et sous estimée en phase de validation comme le montre la figure 42.

Analyse du tableau • Les valeurs de Nash sont acceptables pour les modèles HSM et faibles en validation

pour GR2D Cemagref par contre GR4D présente une instabilité en phase d’optimisation des paramètres par le Solveur d’Excel. Plusieurs raisons que l’on peut invoquer ont été données au Chapitre VII.2 (critique des données du bassin versant) : les données de pluie d’entrée ne sont pas celles mesurées effectivement sur le bassin mais celles mesurées à des stations voisines du bassin ; sur notre période d’étude, il y a eu de dispersions des jaugeages en moyennes-eaux et pas de jaugeage de hautes-eaux pour être bien sûr des débits de crue

• Le modèle GR2D HSM donne les meilleures valeurs de Nash. Suivent ensuite GR4D puis GR2D Cemagref

• quelque soit la période de calage, les paramètres de GR2D HSM restent proches : le modèle GR2D HSM est plus stable que le 2 autres

• Les paramètres de GR4D et ses valeurs de Nash sont différents de ceux de GR2D HSM

• Si on mesure la robustesse des modèles par l’écart obtenu entre le Nash de validation et le Nash de calage, GR2D HSM est le plus robuste des modèles. Suivent ensuite GR4D et GR2D CEMAG

82

Station de Klela

0

4

8

12

16

20

01/01/1989 01/01/1990 01/01/1991 01/01/1992 01/01/1993

Débit obs Débit GR2D HSM Débit GR4D HSM Débit GR2D CEMAGREF

Figure 43 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la station de Klela (calage sur 1989-1991 et validation sur 1992-1993)

0

50

100

150

200

250

01/01/1989 01/01/1990 01/01/1991 01/01/1992 01/01/1993

83

Tableau 27 : Calage-Validation des modèles GR2D HSM et GR2D CEMAGREF : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de LOTIO à Kléla

Lotio à Klela (3745.2 Km2) GR HSM GR2D Cemagref

Années de calage 1989-1991 1992-1993 1989-1993 1989-1991 1992-1993 1989-1993

Années de validation 1992-1993 1989-1991 1992-1993 1989-1991

GR2D HSM

X1 0.2614 0.24768884 0.2539 1006.89077 2647.53317 2285.358789

X2 0.3330 0.34614572 0.3394 0.40781601 0.51270005 0.510397713

Réservoir 160.0000 160 160.0000 160 160 160

Partition 0.1000 0.10 0.1000 Nash Calage 48.90 67.50 58.60 40.7 66.6 52.2

Nash validation 66.50 48.00 44.7 9.3

GR4D

X1 0.1427 0.22328297 0.151912065

X2 0.2254 0.38122708 0.290170614

Réservoir 10.6089 126.916835 32.26807481

Partition 0.00 0.00 0.00

Nash Calage 59.90 68.80 62.30

Nash validation 61.80 49.60

Analyse des hydrogrammes

• Les modèles n’arrivent pas à reproduire les décrues et les basses-eaux. • Les 2 modèles HSM donnent des hydrogrammes sensiblement différents. • La dynamique n’est respectée par les modèles • Chacun des modèles a tendance à sous estimer les étiages et les crues comme le

montre la figure N° 43. • On observe un décalage entre l’hydrogramme observé et les hydrogrammes calculés

en1990 Analyse du tableau

• Quelque soit le modèle, les valeurs de Nash sont faibles. Plusieurs raisons que l’on peut invoquer ont été données au Chapitre VII.2 (critique des données du bassin versant) : la courbe de tarage est tracée avec des jaugeages de 1976 et 1977 et rien qu’en moyennes-eaux. Les données débimétriques de 1990 sont apparemment fausses.

• Le modèle GR4D donne les meilleures valeurs de Nash. Suivent ensuite GR2D HSM puis GR2D Cemagref

• Quelque soit la période de calage, les paramètres de GR2D HSM restent proches : le modèle GR2D HSM est plus stable que le 2 autres

• Les paramètres de GR4D sont sensiblement différents de ceux de GR2D HSM mais les Nash sont du même ordre de grandeur

• Si on mesure la robustesse des modèles par l’écart obtenu entre le Nash de validation et le Nash de calage, GR4D est le plus robuste des modèles. Suivent ensuite GR2D HSM et GR2D Cemagref

84

Station de Pankourou

Figure 44 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la station de Pankourou (calage sur 1972-1975 et validation sur 1976-1978)

0

40

80

120

160

200

01/01/1972 01/01/1973 01/01/1974 01/01/1975 01/01/1976 01/01/1977 01/01/1978

0.00

10.00

20.00

30.00

01/01/1972 01/01/1973 01/01/1974 01/01/1975 01/01/1976 01/01/1977 01/01/1978

Débit obs Débit GR4D HSM Débit GR2D HSM Débit GR2D CEMAGREF

85

Tableau 28 : Calage-Validation des modèles GR2D HSM et GR2D CEMAGREF : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Bagoé à Pankourou

Analyse des hydrogrammes

• Les modèles reproduisent les décrues et les basses-eaux. • Les modèles donnent des hydrogrammes sensiblement confondus. • La dynamique est respectée par les modèles. • Chacun des modèles a tendance à sous-estimer les crues comme le montre la figure

44. Analyse du tableau

• Quelque soit le modèle, les valeurs de Nash sont acceptables. • Quelque soit la période de calage, les paramètres des modèles restent proches : ils

sont stables. • Les paramètres de GR4D sont sensiblement différents de ceux de GR2D HSM mais

les Nash sont du même ordre de grandeur • Si on mesure la robustesse des modèles par l’écart obtenu entre le Nash de validation

et le Nash de calage, GR2D Cemagref est le plus robuste des modèles. Suivent ensuite GR2D HSM et GR4D

• GR2D Cemagref calé sur la période 1976-1978 et validé sur la période 1972-1975 donne un Nash en validation meilleur que celui obtenu en calage

Bagoé à PANKOUROU (31120 Km2) GR HSM GR2D Cemagref

Années de calage 1972-1975 1976-1978 1972-1978 1972-1975 1976-1978 1972-1978

Années de validation 1976-1978 1972-1975 1976-1978 1972-1975

GR2D HSM

X1 0.3436 0.3721 0.3500 2038.56 2100.64 2079.74

X2 0.3337 0.2360 0.3064 0.58 0.58 0.58

Réservoir 160.0000 160.0000 160.0000 160 160 160

Partition 0.0000 0.0000 0.0000

Nash Calage 90.96 86.62 86.72 87.7 74.4 84.8

Nash validation 73.01 77.30 74.3 87.7

GR4D

X1 0.3717 0.3874 0.3640

X2 0.3418 0.2385 0.3149

Réservoir 199.2146 179.2831 192.1844

Partition 0.00 0.00 0.00

Nash Calage 91.02 77.32 85.81

Nash Validation 72.88 86.56

86

Station de Douna Figure 45 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la station de

Douna (calage sur 1972-1975 et validation sur 1976-1978)

0.00

40.00

80.00

120.00

160.00

01/01/1972 01/01/1973 01/01/1974 01/01/1975 01/01/1976 01/01/1977 01/01/1978

0

4

8

12

16

20

01/01/1972 01/01/1973 01/01/1974 01/01/1975 01/01/1976 01/01/1977 01/01/1978

Débit obs Débit GR2D HSM Débit GR4D HSM Débit GR2D CEMAGREF

87

Tableau 29 : Calage-Validation des modèles GR2D HSM et GR2D CEMAGREF : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Bani à DOUNA

Bani à D ouna (101300 Km2) GR HSM GR2D Cemagref

Années de calage 1972-1975 1976-1978 1972-1978 1972-1975 1976-1978 1972-1978

Années de validation 1976-1978 1972-1975 1976-1978 1972-1975

GR2D HSM

X1 0.37252476 0.37265001 0.37253863 2131.18 2562.63 2219.4951

X2 0.23132319 0.21023737 0.23783012 0.64 0.65 0.697176538

Réservoir 160 160 160 160 160 160

Partition 0.00 0.00 0.00

Nash Calage 91.1 91.8 91.2 91.3 81.7 87.1

Nash validation 81.7 86.6 80.8 90.5

GR4D

X1 0.42546203 0.52595852 0.37253863

X2 0.26052435 0.22373065 0.23783012

Réservoir 226.803182 354.121261 160

Partition 0.00 0.00 0.00

Nash Calage 93.4 92.1 91.2

Nash Validation 85.8 87.8

Analyse des hydrogrammes

• Les modèles reproduisent les décrues et les basses-eaux. • Les modèles HSM donnent des hydrogrammes sensiblement confondus. • La dynamique est mieux respectée par les modèles HSM. • Chacun des modèles a tendance à sous-estimer les crues hormis l’année 1976 ou elle

est sur estimée par GR2D CEMAGREF comme le montre la figure 45. Analyse du tableau

• Quelque soit le modèle, le critère de Nash est bon. • Quelque soit la période de calage, les paramètres des modèles GR2D HSM et

Cemagref restent proches : ils sont stables. • Les paramètres de GR4D sont sensiblement différents de ceux de GR2D HSM mais

les Nash sont du même ordre de grandeur • Si on mesure la robustesse des modèles par l’écart obtenu entre le Nash de validation

et le Nash de calage, GR4D est le plus robuste des modèles. Suivent ensuite GR2D HSM et GR2D Cemagref.

• GR2D Cemagref calé sur la période 1976-1978 et validé sur la période 1972-1975 donne un Nash en validation meilleur que celui obtenu en calage

88

VII.7. CONCLUSION Dans l’ensemble, les résultats obtenus avec les modèles GR2D HSM, GR4D et GR2D Cemagref sont très satisfaisants pour les bassins versants de superficie supérieure à 30 000 Km2. les critères d’efficacité en calage, comme en validation, varie entre 72.88% et 91.6%. Par contre, sur les bassins versants de superficie inférieure à 3 800 Km2 (Bowara, Loulouni et Klela), les 3 modèles sont bien moins performants. En termes de robustesse, mesurée par l’écart entre les valeurs de Nash obtenues en calage et en validation, le modèle GR2D HSM apparaît comme le plus robuste suivi de GR4D puis de GR2D Cemagref : 66.6% en calage mais seulement 9.3% en validation pour ce dernier. Sur les bassins versants de Douna et Pankourou, il arrive que le Nash en validation soit supérieur à celui obtenu en calage On pourrait, en partie, relier les « contre performances » des modèles (critère de Nash) est faible à des erreurs sur les données d’entrées (courbes de tarages anciennes, précipitations non représentatives de celles tombées sur le bassin) mais cela n’est certainement pas la seule raison :

• certains schémas de GR, GR2D Cemagref en particulier, ne semblent pas bien adaptés aux bassins étudiés.

• Pour GR4D (4 paramètres à optimiser), le Solveur d’Excel semble avoir des difficultés à optimiser le problème qui lui est posé car les solutions trouvées sont influencée par les valeurs des paramètres que l’on doit arrêter au départ de l’optimisation. Je ne peux donc pas être certain que les résultats affichés dans les différents tableaux précédents, en ce qui concerne GR4D, sont ceux de la solution optimale. Ce problème ne semble pas concerner les 2 autres modèles qui n’ont que 2 paramètres à caler.

89

VIII. COMPARAISON AVEC LES DONNEES ISSUES DES RESULTATS AGREGES AU PAS DE TEMPS DECADAIRE DE 3 MODELES PLUIE-DEBIT AU PAS DE TEMPS JOURNALIER : GR4J, GR3 et CREC

Après avoir testé des versions des modèles GR2M HSM et GR2M Cemagref que nous avons adaptées au pas de temps décadaire sur 5 bassins versants, nous allons travailler avec des modèles au pas de temps journalier et faire l’agrégation des sorties au pas de temps décadaire. Une comparaison sera faite avec les résultats obtenus avec les versions de GR au pas de temps décadaire afin de voir l’impact que peut avoir ou non la prise en compte de la dynamique journalière des pluies sur les sorties des modèles.

VIII.1. PRESENTATION DES MODELES

VIII.2. EMILE EMILE (Ensemble Modélisateur Intégré pour le calcul des Lames d'Eau) n’est pas un modèle mais une plateforme développée au sein de l'Antenne Hydrologique de l'ORSTOM à Abidjan (Côte d'Ivoire) qui intègre, trois modèles pluie-débit au pas de temps journalier : - CREC élaboré au Laboratoire d'Hydrologie Mathématique de l'Université de Montpellier II, - GR3 élaboré au sein de la Division Hydrologie du Cemagref, - MODGLO élaboré à l'ORSTOM Dans le cadre de ce travail MODGLO n’a pas été utilisé car il présente un très grand nombre de paramètres et le calage est manuel. EMILE permet d’avoir automatiquement les résultats agrégés au pas de temps décadaire.

VIII.2.a Le modèle CREC. CREC a été mis au point au Laboratoire d'Hydrologie Mathématique de l'Université des Sciences et Techniques du Languedoc Montpellier II au début des années 1970. C'est un modèle conceptuel global déterministe (obéissant à un schéma de type réservoir) qui a été appliqué de nombreuses fois dans des conditions de bassins versants très variés, et qui a montré une grande capacité d'adaptation (Guilbot, 1986). Il existe plusieurs versions de CREC qui sont le plus souvent à 5, 7 et 11 paramètres. C’est la version à 10 paramètres qui est utilisée dans EMILE (X1, X2,..., X10). Classiquement, entre le sol recevant la pluie (entrée du schéma) et l'exutoire du bassin, on définit une fonction de production et une fonction de transfert. La fonction de production tient compte de l'humidité du sol par l'intermédiaire du réservoir S qui permet une répartition du volume précipité entre l'évapotranspiration, la fonction de transfert et un écoulement de surface. La fonction de transfert comprend un écoulement rapide et un écoulement lent de type décroissance exponentielle. Fonction de production. Cette fonction de production comprend 5 paramètres : X8 et X9, X3 et X4 et X7. Son fonctionnement est basé sur le remplissage et la vidange du réservoir en "cul de sac"(Combe, 1985) S.

90

Ce réservoir S permet la répartition de la pluie nette entre le réservoir S, assimilé à un réservoir "sol", et la fonction de transfert. Cette répartition dépend des paramètres X3 et X4 qui sont les deux principaux paramètres de production. Elle dépend également du niveau du réservoir S au pas de temps précédent. Elle a pour expression :

( ) 13 1 +××=∆

−SjXAEXPX

EjSj

avec Ej : pluie nette. A Sj : volume d'eau entrant dans le réservoir S au jour j. Sj-1 : hauteur d'eau dans le réservoir S au jour j-1. La détermination de Ej se fait grâce à deux paramètres X8 et X9 qui identifient, en quelque sorte, un seuil au-delà duquel une partie de la pluie est transférée à l'exutoire sous forme d'écoulement de surface très rapide. La fraction de la pluie qui passe en écoulement de surface est la fraction supérieure à Ij avec :

198 −−= SjXXIj Le niveau du réservoir S permet également de satisfaire plus ou moins I'ETP. Le calcul de I'ETR, lié au paramètre X7, a en effet pour expression :

−−=7

1X

SjEXPETPjETRj

Fonction de transfert La fonction de transfert du modèle CREC comprend deux réservoirs le réservoir H et le réservoir G. Le fonctionnement du réservoir H est contrôlé par trois paramètres X1, X5 et X6 ; le fonctionnement du réservoir G par le paramètre X2.

- Réservoir H. Ce réservoir "superficiel" (par opposition au réservoir G dit réservoir profond) a deux sorties. La première est contrôlée par le paramètre X1 sous la forme :

( )21 HjXQ H

j ×=

La deuxième sortie présente un seuil, X6, en deçà duquel rien ne coule par cet orifice. Cette sortie H alimente le réservoir G et ne sert pas directement à la constitution du débit à l'exutoire. L'équation utilisée est :

5

6

X

XHjGj

−=∆

- Réservoir G Ce réservoir est alimente par la deuxième sortie du réservoir H et est appelé réservoir profond. I1 fournit l'écoulement de base sous la forme :

( ) GjXQXQ Gj

Gj ∆−+×= − 212 1

En conclusion, le modèle CREC au pas de temps journalier comporte 5 paramètres de production et 5 paramètres de transfert. Sa principale originalité, qui se révèlera aussi à l'usage comme une de ses principales difficultés, réside dans le fonctionnement du réservoir H qui offre deux sorties.

91

Figure 46 : Architecture du modèle CREC

VIII.2.b Le modèle GR3. Le modèle GR3 appartient à la classe générale des modèles à réservoirs. Il a été mis

au point au Cemagref d'Antony par C. MICHEL et EDIJATNO (1989).

L'architecture du modèle repose sur deux réservoirs et un hydrogramme unitaire :

• Le réservoir sol ayant comme seule sortie le prélèvement occasionné par l'évapotranspiration potentielle. Ce réservoir commande la répartition de la pluie entre lui-même et le sous-modèle de routage.

• Un hydrogramme unitaire décrivant la propagation des débits depuis leur formation à partir des pluies nettes jusqu'au deuxième réservoir qui est :

• Le réservoir eau gravitaire. Ce réservoir reçoit les débits routés selon l'hydrogramme unitaire. Il a comme seule sortie le débit de la rivière et sa loi de vidange est de type quadratique.

92

Neutralisation : La pluie brute subit l’évapotranspiration potentielle ETP. La pluie nette Pn est alors déterminée par :

- si P> E alors Pn = P - E et En = 0 - si P < E alors Pn = 0 et En = E – P

Réservoir de production : Lorsqu’il reste une pluie dPn, la partie allant dans le réservoir sol est dPs et l’autre partie dP transite vers l’exutoire :

dPnA

Sd

2

Pr

=

dPnA

SdPs ×

−=2

1

où S est le niveau dans le réservoir sol et A la capacité maximale de ce réservoir. La variation du niveau du réservoir sol est dS = dPs et le niveau est mis à jour suivant :

×

+

××+=

A

Pn

A

SA

PnAS

S

tanh1

tanh'

Dans le cas où toute la pluie est consommée lors de l’interception, le restant En d’ETP sert à faire l’évaporer l’eau contenue dans le réservoir sol, à un taux commandé par une fonction du niveau dans le réservoir sol. La variation du niveau est : ds=-dEs avec

dEnA

S

A

SdEs ×

−×

= 2

Le niveau du réservoir est mis à jour suivant :

×

−+

−=

A

En

A

SA

En

SS

tanh11

tanh1'''

Hydrogramme unitaire : La composante de l’écoulement subit tout d’abord un retard progressif par action d’un hydrogramme unitaire qui permet de simuler le temps de montée de l’hydrogramme. Cet hydrogramme est caractérisé par un temps de base C. L’écoulement transitant par le réservoir de routage est retardé par une fonction UH de la forme :

( ) 23

3t

Ctq ×=

Pour pouvoir l’appliquer avec des données discrètes, on peut passer par l’intermédiaire de la courbe en S. Si j représente le temps en jours on a pour j allant de 1 à N (valeur entière de C) :

( ) ( )3

2

1

133

C

jjdttqjq

j

j

+−×==−∫

enfin avec N, le plus grand entier inférieur à C :

( )3

11

−=+C

NNq

93

Réservoir eau gravitaire : C'est le réservoir classique de type quadratique dont l'unique sortie est le débit journalier de la rivière. Il est caractérisé par sa "rétention maximale à un jour" B, deuxième paramètre du modèle GR3 Ce réservoir reçoit à chaque pas de temps le débit délivre par I'hydrogramme unitaire. Le niveau R du réservoir règle le débit Q qu'il relâche, selon l'expression :

BR

RQ

+=

2

Cette relation résulte de I'intégration sur le pas de temps ∆t de la relation quadratique :

2Rkdt

dR ×=−

Une vidange quadratique de ce type permet de reproduire correctement les décrues que l'on peut observer sur les hydrogrammes réels. Cependant, ce schéma ne permet pas de reproduire des montées de crues. Cette lacune est comblée par l'ajout, en amont de ce réservoir d'un hydrogramme unitaire qui répartit la pluie nette sur plusieurs jours.

Figure 47 : Architecture du modèle GR3

VIII.2.c Le modèle GR4J

Le modèle GR4J (modèle du Génie Rural à 4 paramètres Journalier) est un modèle pluie-débit global à réservoirs développé par le Cemagref sur la base de GR3.

La version chargée sur le site du Cemagref et utilisée par la suite est celle développée par Perrin (2002) et Perrin et al. (2003).

94

On désigne par P (mm) la hauteur de la pluie et par E (mm) l’évapotranspiration potentielle (ETP).

P est une estimation de la pluie de bassin et E peut être issue d’ETP moyenne décadaire. Les équations suivantes correspondent aux équations intégrées sur un pas de temps.

On désigne par P (mm) la hauteur delà pluie et par E (mm) l’évapotranspiration potentielle (ETP).

P est une estimation de la pluie de bassin et E peut être issue d’une courbe d’ETP moyenne interannuelle. Les équations suivantes correspondent aux équations intégrées sur un pas de temps.

La première opération est la neutralisation de P par E pour déterminer une pluie nette Pn et une évapotranspiration nette En calculée par :

Si P > E, alors Pn = P - E et En = 0

Si P < E, alors Pn = 0 et En = E – P

Dans le cas où Pn est différente de zéro, une partie Ps de Pn alimente le réservoir de production et est calculée par :

×+

×

−

=

1tanh

11

1tanh

111

2

X

Pn

X

S

X

Pn

X

SX

Ps

où X1 (mm) et S sont respectivement la capacité maximum et le niveau du réservoir de production.

Dans le cas contraire, lorsque En est différent de zéro, une quantité d’évaporation Es est retirée du réservoir de production. Elle est donnée par :

×

−+

×

−=

1tanh

111

1tanh

12

X

En

X

SX

En

X

SS

Es

Le contenu du réservoir est mis à jour par :

S = S - Es + Ps

Une percolation Perc issue du réservoir de production est alors calculée :

××+−×=

−4

14

19

411

X

SSPerc

95

Le contenu du réservoir est de nouveau mis à jour par :

S=S-Perc

La quantité d’eau Pr qui atteint finalement la partie routage du modèle est :

Pr = Perc (Pn – Ps)

Pr est divisée en deux composantes d’écoulement, 90 % étant routés par un hydrogramme unitaire HU1 et un réservoir de routage et 10 % par un unique hydrogramme unitaire HU2.

HU1 et HU2 dépendent du même paramètre X4, temps de base de HU1 exprimé en jours.

Les ordonnées des hydrogrammes sont calculées à partir des courbes en S (cumul de la proportion de la pluie unitaire traitée par l'hydrogramme en fonction du temps) notées respectivement SH1 et SH2.

SH1 est définie en fonction du temps par :

Pour t = 0

Pour 0 < t < X4

Pour t > X4

SH2 est définie en fonction du temps par:

Pour t = 0

Pour 0 < t < X4

Pour X4 < t < 2X4

96

Pour t > 2X4

Les ordonnées de HU1 et HU2 sont alors calculées par :

où j est un entier.

A chaque pas de temps i, les sorties Q9 et Q1 des deux hydrogrammes sont calculées par :

∑=

+−=l

k

kikUHiQ1

)1Pr().(1.9,0)(9

∑=

+−=m

k

kikUHiQ1

)1Pr().(2.1,0)(1

où l = int(X4)+1 et m = int(2.X4)+1, avec int(.) désignant la partie entière.

Un échange souterrain en eau (perte ou gain) est calculé par :

où R est le niveau dans le réservoir, X3 la capacité à un jour du réservoir et X2 le coefficient d’échange en eau qui peut être positif dans le cas d’apports, négatif dans le cas de pertes vers des nappes profondes ou nul.

Le niveau dans le réservoir de routage est mis à jour en ajoutant la sortie Q9 de l’hydrogramme HU1 et F :

R = max (0 ; R + Q9 + F)

Il se vidange ensuite en une sortie Qr donnée par :

+−×=

−4

14

311

X

RRQr

Le niveau dans le réservoir devient : R = R – Qr

97

La sortie Q1 de l’hydrogramme HU2 est soumise aux mêmes échanges pour donner la composante d’écoulement Qd :

Qd = max (0 ; Q1+F)

Le débit total Q est alors donné par : Q = Qr + Qd

E P

in te rc e p t io n

E n

P n -P s E s

P n

P s

0 .9 0 .1

H U 1 H U 2

Q

X 1

X 3 F (X 2 )

Q 1 Q 9

Q d Q r

S

R

P e r c

R é se rv o ir d e p ro d u c t io n

R é se rv o ir d e ro u ta g e

2 .X 4X 4

P r

F (X 2 )

Figure 48 : Architecture du modèle GR4J

Le modèle a quatre paramètres optimisables :

• La capacité du réservoir de production, X1 (mm) : ce réservoir contrôle la

production des pluies efficaces à partir des entrées de précipitations. • Le coefficient d’échanges souterrains, X2 (mm) : il peut être soit positif dans le cas

d’apports souterrains, soit négatif s’il y a des pertes d’eau, soit égal à zéro s’il n’y a pas d’échange.

• La capacité à un jour du réservoir de routage, X3 (mm) : ce réservoir contrôle les phases de récession.

• Le temps de base de l’hydrogramme unitaire UH1, X4 (jour) : deux hydrogrammes unitaires (UH1 et UH2, Cf. Figure 4) sont utilisés dans le modèle. Ils répartissent dans le temps les précipitations efficaces et simulent le délai passé entre les pluies et les pics des crues. Les deux hydrogrammes unitaires dépendent du même paramètre de temps X4, exprimé en jour.

98

VIII.3. METHODE AUTOMATIQUE D’OPTIMISATION DES PARA METRES • GR4J

Les valeurs des paramètres du modèle sont optimisées en utilisant la fonction "Solveur" d'Excel. La routine utilise des valeurs transformées (transformations exponentielles) des paramètres pour rééchelonner leurs gammes de variation (Cf. Tableau N°30) entre -9.99 et +9.99. On rappelle que x1, x2 et x3 sont exprimés en mm, et que x4 est en jours.

Paramètre réel Paramètre transformé

x1 = log(X1) X1 = exp(x1)

x2 = asinh(X2) X2 = sinh(x2)

x3 = log(X3) X3 = exp(x3)

x4 = log(X4)-0.5 X4 = exp(x4)+0.5

Tableau 30 Transformation des paramètres pour l’optimisation

• GR3 et CREC

Les valeurs des paramètres des modèles sont optimisées en utilisant la méthode de Rosenbrok (1960) puis la méthode Nelder et Mead (1964).

VIII.4. PHASE D’INITIALISATION DES MODELES

• Afin de limiter l’effet d’une mauvaise initialisation des états internes dans le calcul des critères d’efficacité, on fait tourner « à vide » le modèle GR4J pendant 1 année.

• Les modèles GR3 et CREC nécessitent que l’on rentre manuellement le débit observé la veille.

VIII.5. PRESENTATION DES RESULTATS Dans cette section, nous présentons les résultats obtenus en calage et en validation pour 4 des 5 bassins versants étudiés et cela pour chaque modèle pluie-débit. Le bassin du Bani à Douna est trop grand pour être modélisé par les modèles choisis. Nous examinerons les valeurs des paramètres calés ainsi que les valeurs prises par la fonction critère. Cependant le seul examen de ces valeurs ne peut suffire à juger de la qualité des modèles en terme hydrologique. Pour cela il faut également examiner les tracés des hydrogrammes observés et calculés. Nous avons donc tracés les graphiques des séries observées et calculées pour l’ensemble des calages et validations effectués avec chaque modèle. Nous ne présentons pas ici l’ensemble des graphiques qui dans certains cas n’apporterait rien

99

Station de Bowara

0

40

80

120

160

200

01/01/82 01/01/84 01/01/86 01/01/88 01/01/90

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

01/01/82 01/01/83 01/01/84 01/01/85 01/01/86 01/01/87 01/01/88 01/01/89 01/01/90

Débit observé Débit CREC Débit GR3 DébitGR4J

Figure 49 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la station de Bowara (calage sur 1982-1986 et validation sur 1987-1990)

100

Tableau 31 : Calage-Validation des modèles GR3, CREC et GR4J : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de kobi à BOWARA

Kobi à Bowara (261.3 Km2) GR3

Paramètres de calage

Années de calage 1982-1986 1987-1990 1982-1990

Années validation 1988-1990 1983-1987 A 4322.51 3104 4466.52

B 88.73 141.015 108.6265

C 0.4076 0.58153 0.44336

CET 0.999 0.81622 0.94319

K0 0.3979 0.236 0.37501

DEC 4 4 4

Critère d'efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 67.1 57.4 60 Nash Validation 60.3 41

CREC

Paramètres de calage

X1 0.07757 0.025 0.07873

X2 1 0.7494 1

X3 0.0522 0.04093 0.04034

X4 0.00247 0.00332 0.00247

X5 11.7827 3.80125 13.3133

X6 8.8607 10.29396 9.3553

X7 127.05 10.22 194.35583

X8 320.4589 492.1875 483.129

X9 0.41406 9.9687 0.04688

X10 0.5682 0.99844 0.52344

Critère d'efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 62.7 55.3 60.3 Nash Validation 54.1 56.4

GR4J

Paramètres de calage

X1 3130.47 3309.79 3021.06

X2 -0.24 0.05 -0.12

X3 12.32 10.45 12.34

X4 2.54 2.6 2.53

Critère d'efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 57.76 38.31 49.83

Nash Validation 32.72 51.54 Analyse des hydrogrammes

• Les modèles ne reproduisent pas correctement les décrues et les basses-eaux. • La dynamique est plus lissée avec le modèle GR4J qu’elle ne l’est en réalité et que ne

la modélise les modèles GR3 et CREC • Chacun des modèles a tendance à surestimer les étiages et sous-estimer les crues

comme le montre la figure 49 Analyse du tableau

• Quelque soit le modèle, les valeurs de Nash sont faibles. Plusieurs raisons que l’on peut invoquer ont été données au Chapitre VII2 (critique des données du bassin versant) : les données de pluie d’entrée ne sont pas celles mesurées effectivement sur le bassin mais celles mesurées à une station voisine du bassin ; sur notre période

101

d’étude, il y a eu trop peu de jaugeages de moyennes-eaux et de hautes-eaux pour être bien sûr des débits de crue mesurés.

• Le modèle CREC donne les meilleures valeurs de Nash. Suivent ensuite GR3 puis GR4J

• Les paramètres calés ne sont pas stables. • Si on mesure la robustesse des modèles par l’écart obtenu entre le Nash de validation

et le Nash de calage, CREC est le plus robuste des modèles. Suivent ensuite GR3 et GR4J.

• Station de Loulouni

0.0000

40.0000

80.0000

120.0000

160.0000

200.0000

01/01/1983 01/01/1985 01/01/1987 01/01/1989

0.0000

3.0000

6.0000

9.0000

01/01/83 01/01/85 01/01/87 01/01/89

Débit observé Débit GR4J Débit GR3 Débit CREC

Figure 50 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la station de Loulouni

(calage sur 1983-1987 et validation sur 1988-1990)

102

Tableau 32 : Calage-Validation des modèles GR3, CREC et GR4J : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Kobafini à Loulouni

Kobafini à Loulouni (799.2 Km 2) GR3

Paramètres de calage

Années de calages 1983-1987 1988-1990 1983-1990

Années validations 1988-1990 83-87 A 6982.91 7989.9 6993.216

B 792.174 1144.364 865.236

C 0.04096 0.6449 0.0549

CET 0.8902 0.81809 0.7941 K0 0.288 0.33154 0.23865

DEC 4 4 4

Critère d'efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 89.8 93.3 89.2

Nash Validation 73.5 63.3

CREC

Paramètres de calage

X1 0.04221 0.0357 0.04511

X2 0.99493 0.99465 0.99843

X3 0.03104 0.03787 0.02512

X4 0.00268 0.002 0.00404

X5 199.999 24.5876 24.2875 X6 10.8987 16.66 10.79816

X7 94.9899 200 94.4123

X8 473.48 434.5245 408.496

X9 9.8247 2.8476 2.8125

X10 0.99365 0.9148 0.83125

Critère d'efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 90.6 94.3 93.3

Nash Validation 89.7 83.9

GR4J

Paramètres de calage

X1 3080.67 4833.88 2847.57

X2 -1.19 0.49 -0.32

X3 50.04 32.39 38.1

X4 1.14 1.1 4.46

Critère d'efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 82.2 87.76 68.41

Nash Validation 28.6 -179.25 Analyse des hydrogrammes

• Le modèle CREC reproduisent mieux les décrues et les basses-eaux. • Chacun des modèles a tendance à surestimer les étiages et sous-estimer les crues

comme le montre la figure N°50 Analyse du tableau

• Les valeurs de Nash sont satisfaisantes pour les modèles CREC et GR3 et faibles en validation pour GR4J. Plusieurs raisons que l’on peut invoquer ont été données au Chapitre VII2 (critique des données du bassin versant) : les données de pluie d’entrée ne sont pas celles mesurées effectivement sur le bassin mais celles mesurées à une station voisine du bassin ; sur notre période d’étude, il y a eu trop peu de jaugeages de moyennes-eaux et de hautes-eaux pour être bien sûr des débits de crue mesurés.

• Le modèle CREC donne les meilleures valeurs de Nash. Suivent ensuite GR3 puis GR4J

103

• Les paramètres calés ne sont pas stables. • Si on mesure la robustesse des modèles par l’écart obtenu entre le Nash de validation

et le Nash de calage, CREC est le plus robuste des modèles. Suivent ensuite GR3 et GR4J

Station de Klela

0.0000

50.0000

100.0000

150.0000

200.0000

250.0000

01/01/1989 01/01/1990 01/01/1991 01/01/1992 01/01/1993

0.0000

10.0000

20.0000

30.0000

40.0000

01/01/1989 01/01/1990 01/01/1991 01/01/1992 01/01/1993

Débit observé Débit GR3 Débit CREC Débit GR4J

Figure 51 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la station de Klela

(calage sur 1989-1991 et validation sur 1992-1993)

104

Tableau 33 : Calage-Validation des modèles GR3, CREC et GR4J : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Lotio à KLELA

Lotio à Kléla (3745.2 Km 2) GR3

Paramètres de calage

Années de calages 1989-1991 1992-1993 1989-1993

Années validations 1992-1993 1989-1991 A 3059.328 2544.735 5000 B 313.045 844.58 759.261 C 0.11596 0.3209 0.02331

CET 1.0243 1.2108 1.137 K0 0.3058 0.27612 0.3579

DEC 5 5 5

Critère d’efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 69.4 76.7 64.7 Nash Validation 14.8 20.5

CREC

Paramètres de calage

X1 0.01173 0.03752 0.04494 X2 0.99987 1 1 X3 0.0394 0.00912 0.0216 X4 0.0438 0.00627 0.00254 X5 15.4559 23.06889 107.502 X6 0 10.9779 50.6925 X7 1.00006 20.81414 135.8388 X8 128.87 204.1866 460.2487 X9 4.624 1.87 9.7465 X10 0.7625 0.75536 0.50365

Critère d’efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 83.7 73.2 67 Nash Validation -1.025 36

GR4J

Paramètres de calage

X1 4254.34 6456.21 4367.56 X2 -11.71 -5.60 -9.19 X3 128.65 90.17 106.85 X4 9.63 8.99 9.42

Critère d’efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 54.2 21.71 31.04

Nash Validation 6.7 -29.92

Analyse des hydrogrammes

• Les modèles n’arrivent pas à reproduire les décrues et les basses-eaux. • La dynamique n’est respectée par les modèles • Le modèle GR4J a tendance à sur estime les étiages et sous estimes les crues, il n’a

pas pu reproduire l’hydrogramme en 1993. CREC et GR3 a tendance à sous estimer les étiages et sur estimer les crues comme le montre la figure N° 51

Analyse du tableau • Quelque soit le modèle, les valeurs de Nash sont faibles. Plusieurs raisons que l’on

peut invoquer ont été données au Chapitre VII2 (critique des données du bassin versant) : la courbe de tarage est tracée avec des jaugeages de 1976 et 1977 et rien qu’en moyennes-eaux il y a eu trop peu de jaugeages de moyennes-eaux et pas de jaugeage de hautes-eaux pour être bien sûr des débits de crue mesurés.

105

• Le modèle GR3 donne les meilleures valeurs de Nash. Suivent ensuite CREC puis GR4J

• Les paramètres calés ne sont pas stables • Si on mesure la robustesse des modèles par l’écart obtenu entre le Nash de validation

et le Nash de calage, GR3 est le plus robuste des modèles. Suivent ensuite CREC HSM et GR4J

Station de Pankourou

0

40

80

120

160

01/01/1972 01/01/1973 01/01/1974 01/01/1975 01/01/1976 01/01/1977 01/01/1978

0.0000

10.0000

20.0000

30.0000

40.0000

01/01/1972 01/01/1973 01/01/1974 01/01/1975 01/01/1976 01/01/1977 01/01/1978

Débit observé Débit CREC Débit GR3 Débit GR4J

Figure 52 : Hyétogramme (mm/décade) et lames d’eau (mm/décade) correspondantes à la station de Pankourou (calage sur 1972-1975 et validation sur 1976-1978)

106

Tableau 34 : Calage-Validation des modèles GR3, CREC et GR4J : valeurs des critères de Nash et des paramètres sur le bassin versant de Bagoé à Pankourou

Bagoé à Pankourou (31120 Km 2) GR3

Paramètres de calage

Années de calages 1972-1975 1976-1978 1972-1978 Années validations 1976-1978 1972-1975

A 1825.487 1034.498 2234.115

B 1541.607 1071.688 1615.6307

C 0.02463 0.00681 0.00016

CET 0.92658 0.80591 0.92075

K0 0.38748 0.111 0.39183 DEC 4 4 4

Critère d'efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 81.2 89.47 74.4 Nash Validation 64.1 -0.23

CREC

Paramètres de calage

X1 0.02546 0.01785 0.02303

X2 0.90506 0.92023 0.90697 X3 0.01603 0.01295 0.0182

X4 0.00507 0.00784 0.00521

X5 7.91706 10.18656 9.98749

X6 12.412 12.82445 13.9668

X7 127.28675 55.92 103.23252

X8 263.1469 462.109 317.54608 X9 6.8125 4.40625 0.92188

X10 0.79063 0.99687 0.5336

Critère d'efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 91.4 90.1 89.8 Nash Validation 83.5 73.3

GR4J

X1 1856.66 911.83 1777.50 X2 -0.08 0.11 0.15

X3 51.88 53.16 46.14

X4 9.78 9.83 10.00

Critère d'efficacité au pas de temps agrégé (%)

Nash Calage 84.3 82.54 79.03

Nash Validation 59.71 43.89

Analyse des hydrogrammes

• Les modèles CREC et GR3 reproduisent mieux les décrues et les basses-eaux.. • La dynamique est plus lissée avec le modèle GR4J qu’elle ne l’est en réalité et que ne

la modélise les modèles GR3 et CREC • Chacun des modèles a tendance à surestimer les étiages et sous-estimer les crues

comme le montre la figure 52. Analyse du tableau

• Les valeurs de Nash sont satisfaisantes pour le modèle CREC et faibles en validation pour GR4J et GR3. Plusieurs raisons que l’on peut invoquer ont été données au chapitre VII2 (critique des données du bassin versant) :

• Le modèle CREC donne les meilleures valeurs de Nash. Suivent ensuite GR4J puis GR3

• Les paramètres calés ne sont pas stables.

107

• Si on mesure la robustesse des modèles par l’écart obtenu entre le Nash de validation et le Nash de calage, CREC est le plus robuste des modèles. Suivent ensuite GR3 et GR4J

VIII.6. CONCLUSION Ce travail n’a pas concerné le bassin de Douna que nous avons jugé comme trop grand pour appliquer les versions journalières de GR (GR3 et GR4J) sans que le modèle prenne en compte les phénomènes de transfert à l’intérieur du bassin. Ces modèles ont d’ailleurs généralement des limites d’utilisation qui n’excède pas quelques milliers de km². Le modèle GR4J donne des résultats très contrastés en calage et en validation : Nash important puis Nash négatif. Cela peut être dû aux données ou, plutôt, au schéma du modèle qui n’est pas adapté aux bassins traités. En effet, les 2 autres modèles donnent de bons résultats qui apparaissent comme bien plus stables en calage et en validation. Lorsque l’on agrège les débits journaliers au pas de temps décadaire et que l’on évalue à nouveau le critère de Nash, on observe une amélioration de celui-ci.

108

IX. Comparaison des résultats obtenus par les modèl es au pas temps journalier avec agrégation des sorties au pas de temps décadaire et les modèles GR2D HSM, GR4D et GR 2D Cemagref

Bassin Versant Superficie en Km 2 Modèles

Critère d'efficacité

Nash calage % Nash validation %

BOWARA 261 GR3 67.1 60.3

CREC 62.7 54.1

LOULOUNI 799 GR3 89.8 73.5

CREC 90.6 89.7

KLELA 3745 GR3 76.7 20.5

GR2D HSM 67.5 48

PANKOUROU 31120 CREC 91.4 83.4

GR2D Cemagref 74.4 87.7

DOUNA 101300 GR2D HSM 91 86.6

GR2D Cemagref 81.7 90.5

Tableau 35 : Les modèles qui ont donné les meilleurs critères de Nash pour chaque bassin versant

GR2D HSM

GR2D Cemagref GR4J GR3 CREC

Critère d'efficacité

(%) MAX

Calage 91 91.3 84.45 93.3 94.3

Validation 86.7 90.5 59.76 73.5 89.7

Critère d'efficacité

(%) MINI

Calage 48.9 40.7 21 57.4 55.3

Validation 48 9.3 -189.6 -0.23 -0.441

Tableau 36 : Présentation des critères de Nash maximal et minimal des cinq modèles utilisés

109

IX.1. CONCLUSION Les six modèles (GR2D HSM, GR4D, GR2D Cemagref, CREC, GR3 et GRAJ) ont tendance à sous estimer les crues et surestimer les étiages. Nous avons mis en place une méthodologie pour classer ces différents modèles : elle consiste à attribuer des points aux différents modèles, points qui sont fonction de la place qu’ils obtiennent par inter comparaison des résultats en ne s’intéressant qu’au critère d’efficacité (en calage et en validation) et à la robustesse (différence entre le Nash de validation et le Nash de calage). Les points obtenus sont alors additionnés et le résultat donne :

• Le meilleur modèle journalier en tenant compte du critère de Nash et de la robustesse est : le modèle CREC (10 paramètres) suivi de GR3 puis GR4J.

• Le meilleur modèle décadaire en tenant compte du critère de Nash et de la robustesse est : le modèle GR2D HSM suivi de GR4D puis GR2D CEMAGREF.

A notre connaissance, il n’existe pas de modèles hydrologiques au pas de temps décadaire. De toutes les façons, les données décadaires sont rarement disponibles : il existe des ETP, voire des pluies (mais cela est très rare) mais jamais des débits décadaires ; donc pour les construire il faut partir de données journalières ! En effet, même si il arrive que l’on désagrège une information mensuelle à un pas de temps décadaire, les tentatives effectuées jusqu’à maintenant n’ont abouti qu’à des résultats très mitigés. Les résultats de nos travaux portant sur une modélisation à un pas de temps décadaire ont abouti aux résultats suivants :

• Les modèles journaliers avec des résultats agrégés au pas de temps décadaire sont à utiliser pour les bassins versants dans une gamme de surface inférieure à 30 000 km²

• Les modèles mensuels adaptés au pas de temps décadaire peuvent être utilisés dans une gamme de surface supérieure à 30 000 km².

J’attire, toutefois l’attention que ce travail n’a été mené que sur cinq bassins versants, dans un contexte climatique particulier (soudano-sahélien) et que la conclusion faite ci-dessus n’est certainement pas généralisable. La méthodologie de travail et l’analyse des résultats peuvent par contre servir pour une étude beaucoup plus globale, afin de corroborer ou infirmer ces résultats.

110

X. Conclusion générale L'étude qui a été réalisée, a pour but d'apporter une réflexion sur l'utilisation des modèles globaux au pas de temps décadaire appliquée à des sous-bassins versants du Bani de quelques dizaines de km2, à quelques milliers de km2. Ce travail nous a amené à faire l’inventaire des données hydrométriques, pluviométriques et d’Evapotranspiration (ETP) qui peut avoir une influence sur le bassin en amont de Douna. Les jaugeages et les cotes à l’échelle qui étaient à notre disposition ont été introduits dans la base de données afin d’avoir le maximum d’information pour tracer les courbes de tarage. Des fiches où figurent, des informations telles que les coordonnées géographiques, altitude, superficie, cote des plus hautes eaux, débit maximum et minimum connu, l’historique de la station, la courbe de tarage et l’hydrogramme mensuel des dix dernières années ont été établis pour chaque station. Tout ceci, dans le but d’avoir une idée sur le régime hydrique des cours d’eau et une meilleure compréhension des résultats des modèles. La visite de quelques stations nous a permis de voir l’état des stations et d’effectuer quelques jaugeages à l’ADCP ou au moulinet hydrométrique. C’était l’occasion pour moi d’être formé à l’utilisation de ces instruments de mesure. L’analyse des données hydrologiques et pluviométriques que nous avons faites est assez suffisante dans le cadre de cette étude car le temps ne nous permet pas d’en faire plus. Après avoir capitalisé toutes ces informations, nous avons abordé le domaine de la modélisation pluie-débit par une formation sur ce qu’est la modélisation pluie-débit et l’utilisation des modèles GR sous Excel. Deux versions de GR mensuel (GR2M HSM et GR2M Cemagref) ont été modifiés pour une utilisation au pas de temps décadaire. Pour tenir compte de la dynamique journalière des pluies sur les sorties des modèles, trois modèles journaliers GR4J, GR3 et CREC ont été utilisés et leurs sorties ont été agrégées au pas de temps décadaire. Ces deux étapes ont permis de mettre en évidence les résultats suivants :

• Sur les petits bassins versants (inférieur à 30 000 Km2) les modèles journaliers avec agrégation des sorties donnent les meilleurs résultats

• Le critère d’efficacité obtenu par agrégation des résultats surclasse toujours la fonction critère au pas de temps journalier.

• Sur les grands bassins versants (supérieur à 30 000 Km2) les modèles GR décadaire donnent les meilleurs résultats

Enfin, ce projet de fin d’études m’a permis, non seulement de bien assimiler ce que j’ai déjà étudié à l’ENI, mais également de mieux connaître certains outils informatiques et surtout d’acquérir une certaine connaissance en modélisation hydrologique et analyse des données hydrologiques et pluviométriques qui me servira plus tard dans ma vie professionnelle.

111

Bibliographie Ardoin. (S), 2004, Validation hydro-climatique et impacts sur les ressources en eau de grands bassins hydrographiques en zone Soudano Sahélienne Thèse Université de Montpellier II 440 p. Brunet-Moret.(Y), Chaperon. (P), Lamagat. (J.P), Molinier. (M). 1986 Monographie Hydrologique du fleuve NIGER tome N°1 NIGER SUPER IEUR, ORSTOM 396 p. Bulletin FAO N° 54, 1996, Manuel pour l’estimation des crues décennales et apports annuel pour les petits bassins versant non jaugés de l’Afrique Sahélienne et Tropicale sèche CIEH, ORSTOM, LCT-CEMAGREF- Engref 224 p. Lamagat. (J.P). 1975 Convention pour les études hydrologiques sur le bassin du Bani et du haut Niger, 31 p. Dezetter, (A)., 1991, Modélisation globale de la relation pluie-débit. Application en zone de savanes soudanaises (Nord-Ouest de la Côte d'Ivoire). Thèse de Université de Montpellier II, 422 p. Dieulin. C, 2004, Le livret Carte de bassins hydrographiques d'Afrique de l'Ouest et Centrale UMR HSM, IRD (ou ORSTOM) 97 p. DNEF (Mali), MFC (France), SYSAME, BDPA, SCET-AGRI, CTFT, Carte de synthèse des formations végétales et de l'occupation agricole au Mali. Elsevier, Taupin (J. D), 2003, Précision de l'estimation des précipitations au Sahel selon la densité du réseau d'observation pluviométrique Comptes Rendus Géosciences, n° 335, 215-225 p. Emma. (H), 2003, Modélisation mensuel pluie-débit, apports de la spatialisation - cas des données de sols DEA Université de Montpellier II Fofana (A), Silva .(R), Triboulet .(P), 1997, Base de données hydrométriques du bassin versant du Bani (Mali), AGRHYMET, 78 p. Gaume. (E), 2006, Hydrologie de versant et bassins versant et modélisation pluie-débit cours ENPC de Paris 90p. L'Hôte (Y), Mahé. (G), 1995, Précipitations moyennes annuelles de l'Afrique de l'ouest et centrale (période 1951-1989) Carte de l'IRD et Coll. Cartes et notices de l'IRD (ou ORSTOM), IRD (ou ORSTOM). IGN Paris, 1983, Répertoire des altitudes d’échelles de crues implantées dans la vallée du fleuve Niger en république du Mali Mouelhi. (S), 2003 Vers une chaîne cohérente de modèles pluie-débit conceptuels globaux aux pas de temps pluriannuel, annuel, mensuel et journalier Thèse l’ENGREF. Olivry, (J.C), Bricquet. (J.P), Bamba. (F), Diarra. (M). Le régime hydrologique du Niger supérieur et le déficit des deux dernières décennies.

112

Organisation Météorologique Mondiale, 1996, Guide des pratiques hydrologiques : Acquisition et traitement des données, analyses, prévision et autres applications, 839 p. Ouedraogo (V. L. C), 2005, Modélisation hydrologique du bassin du Bani par le modèle GéoSFM pour la prévision et l'évaluation des impacts du changement climatique Mémoire, ENI, AGRHYMET 86 p. UNESCO, 2006, Rapport national sur la mise en valeur des ressources en eau, 2ème rapport des nation unies sur la mise en valeur des ressources en eau, l’eau une responsabilité partagée, 212p. SITES WEB www.313.139.159.34/servlet/is/407 www.hydram.epfl.ch www.mpl.ird.fr./hybam www.fao.org www.univ-ubs.fr www.cemagref.fr www.ulg.ac.be./ciefen/inforef/swi

113

ANNEXES

114

Nom station : Bananso

Cours d’eau : Bafini Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271603505 Données géographiques : Latitude : 10.883789 Longitude : -6.03149 Altitude du zéro de l’échelle : 309 Superficie du bassin versant : 7175 km2 Historique de la station :

• La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 24 mai 1976 et se compose de 5 tronçons métriques 0 à 5 m sur IPN 80.

• Elle est située en rive gauche juste à l’amont du pont de la route SIKASSO-FOUROU. Quatre autres tronçons métriques de 5 à 9 m ont été ajoutés à l’étiage de 1977.

• L’altitude du zéro la batterie d’échelle est inconnue. • Le 15/02/1989, la batterie d’échelles limnimétriques a été entièrement reprise sur

IPN 180. seul l’élément 0-1 m est resté sur IPN 80. Le zéro de la batterie d’échelles limnimétriques est à 12,05 m sous la borne SH.

Analyses des données : Lacunes cotes : 3.495 % à la date de 31/10/2006 Nombre de jaugeage : 56 entre le 29/04/1976 et le 27/09/1996 Cote de la plus haute eau connue : 1147 le 24/09/1998 Le débit maximal connu : 101 m3/s en 1998

• Entre 1976 et 1996 peut de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1996 en basses eaux. Car il n’y a pas de mesures en hautes et moyennes eaux.

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 32.88 m3/s en 1999 à 1.81 m3/s en 1983

• On observe un arrêt des écoulements tous les ans pour les mois de mars, avril, mai depuis 1983.

115

COURBE de TARAGE

Station : Bananso (Niger-Bani)Etalonnage du 01/01/1976 jusqu'à nos jours

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Bananso (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

01/ 07/ 1995

01/ 07/ 1996

01/ 07/ 1997

01/ 07/ 1998

01/ 07/ 1999

01/ 07/ 2000

01/ 07/ 2001

01/ 07/ 2002

01/ 07/ 2003

01/ 07/ 2004

01/ 07/ 2005

01/ 07/ 2006

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis 1996. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1996 n’est certainement plus valable.

116

Nom station : Banantou Cours d’eau : Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271601220 Données géographiques : Latitude : 1249931 Longitude : -6.55477 Altitude du zéro de l’échelle : 288 Superficie du bassin versant : 41520 km2 Historique de la station : Analyses des données : Lacunes cotes : 38.57 % à la date de 05/10/2005

Nombre de jaugeage : 3 entre le 19/10/1995 et le 26/10/1996

Cote de la plus haute eau connue : 597 cm le 22/09/1999

• Il n’y a que 3 jaugeages depuis la création de la station en 1989 et uniquement en

moyennes eaux ce qui ne permet pas de tracer une courbe d’étalonnage valable

Remarque :

Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station. Les données sont très chaotiques.

117

Nom station : Bougouni Cours d’eau : Baoulé

Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271602005 Données géographiques : Latitude : 11.39821 Longitude : -7.44970 Altitude du zéro de l’échelle : 323 Superficie du bassin versant : 15 700 km2 Historique de la station :

� La batterie d’échelles limnimétriques a été installée en étiage en mars 1956 et se compose de 8 tronçons sur IPN 80 en rive gauche : 0-1 m, 1-2 m, 2-4 m, 4-5 m, 5-7 m, 7-9 m, 9-11 m, et 11-13 m.

� Elle se trouve juste en amont du pont de la route Bougouni-Sikasso. Les éléments 1-2 m, 4-5 m, et 5-6 m ont été changés en Mai 1969.

� Le 03/03/1989 , la station a été reprise, les éléments 11-13 m, 9-11 m, 7-9 m, et 5-7 m ont été installés sur IPN 240, les autres éléments sur IPN 180. Une PCD a été installée.

� Altitude du zéro la batterie d’échelles est à 311,72 m IGN.

Analyses des données :

Lacunes cotes : 7.47 % à la date de 17/05/2007

Nombre de jaugeage : 77 entre le 09/03/1956 et le 03/09/1993

Cote de la plus haute eau connue : 1113 cm le 12/10/1957

Le débit maximal connu est de : 1014 m3/s en 1957

• Entre 1956 et 1993 peu de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1993. Malgré un manque de mesure en hautes et moyennes eaux.

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 253 m3/s en 1964 à 24.01 m3/s en 1983

• On observe un arrêt des écoulements tous les ans pour les mois de mars, avril, mai depuis 1983.

118

COURBE de TARAGE

Station : Bougouni (Niger-Bani)Courbe d'étalonnage du 01/01/1956 jusqu'à nos jours

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Bougouni (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

100

200

300

400

500

600

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/ 07/1995

01/ 07/1996

01/ 07/1997

01/ 07/1998

01/ 07/2000

01/ 07/2001

01/ 07/2002

01/ 07/2003

01/ 07/2004

01/ 07/2005

01/ 07/2006

Recommandation Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis 1993. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1993 n’est certainement plus valable.

119

Nom station : Bowara Cours d’eau : Kobi Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271603005 Données géographiques : Latitude : 11.13087 Longitude : -6.02532 Altitude du zéro de l’échelle : 341 Superficie du bassin versant : 261.3 km2 Historique de la station :

� La station a été créée le 13 juin 1976 avec 3 éléments sur IPN 80. � Le 30/03/1990 la batterie d’échelles limnimétriques a été entièrement reprise sur support

IPN 180. � Le zéro de la batterie d’échelles limnimétriques est à 3,79 m sous la borne SH.

Analyses des données : Lacunes cotes : 3.078 % à la date de 30/09/2006

Nombre de jaugeage : 34 entre le 12/08/1976 et 1997

Cote de la plus haute eau connue : 409 cm le 25/09/1991

Le débit maximal connu est de : 23.21 m3/s en 1991

• Entre 1976 et 1997 peu de dispersion des jaugeages en basse et moyenne eau ce

qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1997 en basses et moyennes eaux. Il faut des mesures en hautes eaux pour confirmer ou infirmer l’allure de la courbe d’étalonnage en haute eau

• Les relevés de cote que je possède, date de1979 or, la station a été créée en 1976 • On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 1.42

m3/s en 1979 à 0.245 m3/s en 1989. • On observe un arrêt des écoulements tous les ans pour les mois de janvier en juin

depuis l’installation de la station c’est un cours d’eau non pérenne

120

COURBE de TARAGE

Station : Bowara (Niger-Bani)Etalonnage du 01/01/1976 jusqu'à nos jours

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Bowara (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/07/1995

01/07/1996

01/07/1997

01/07/1998

01/07/1999

01/07/2000

01/07/2001

01/07/2002

01/07/2003

01/07/2004

01/07/2005

01/07/2006

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis 1997. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1997 n’est certainement plus valable.

121

Nom station : Dioila Cours d’eau : Baoulé Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271602010 Données géographiques : Latitude : 12.51667 Longitude : -6.83333 Altitude du zéro de l’échelle : 292 Superficie du bassin versant : Historique de la station :

� Une première batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 10 mai 1953, en rive droite, elle se composait de 8 tronçons : 0-1 m, 1-2 m, 2-3 m, 3-4 m, 4-6 m, 6-8 m, 8-9 m et 9-10 m.

� La batterie d’échelles limnimétriques a été déplacée le 11 juin 1957 à l’aval de la chaussée sans changement de la cote du zéro. Altitude du zéro 278, 42 m IGN. La batterie d’échelles a été dénoyée tous les ans de 1960 à 1975, et à nouveau en 1978.

� Le 31/05/1989 la station a été entièrement reprise sur IPN 180 et 240. � Le zéro de la batterie d’échelles limnimétriques est à 10,73 m sous la borne IGN. � La cote 5,60 du négatif correspond au zéro de l’échelle. � Une PCD a été installée.

Analyses des données : Lacunes cotes: 8.758 % à la date de 31/12/2006

Nombre de jaugeage : 95 entre le 12/08/1954 et 1997

Cote de la plus haute eau connue : 988 cm le 06/09/1964

Cote de la plus haute de ces 25 dernières années : 755 cm le 05/09/1999

Le débit maximal connu est de : 1229 m3/s en 1964

• Entre 1957 et 1996 peu de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1996, malgré un manque de mesure en hautes et moyennes eaux

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 235.5 m3/s en 1958 à 41.12 m3/s en 1986

• Depuis 1985 on observe un arrêt d’écoulement courant les mois de mars en juin

122

COURBE de TARAGE

Station : Dioila (Niger-Bani)Etalonnage du 12/06/1957 jusqu'à nos jours

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

-200 0 200 400 600 800 1000 1200

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006

Station : Dioila (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

100

200

300

400

500

600

700

800

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/07/1995

01/07/1996

01/07/1997

01/07/1998

01/07/1999

01/07/2000

01/07/2001

01/07/2002

01/07/2003

01/07/2004

01/07/2005

01/07/2006

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis 1996. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1996 n’est certainement plus valable

123

Nom station : Douna Cours d’eau : Bani Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271600108 Données géographiques : Latitude : 13.21725 Longitude : -5.89974 Altitude du zéro de l’échelle : 281 Superficie du bassin versant : 101300 km2 Historique de la station :

� Le 09/05/1989 la station a été réparée. � Le zéro de la batterie d’échelles est à 10,75 m sous la borne repérée (hameau) et

7,90 m sous la borne repérée (pylône). � Les anciennes échelles sont 52 cm plus hautes que les nouvelles. � L’élément négatif est installé sur IPN 80, les autres sur IPN 140. � Une PCD a été installée. � L’altitude du zéro de la batterie d’échelles limnimétriques est à 270,72 m IGN.

Analyses des données : Lacunes cotes : 19.56 % à la date de 05/10/2005

Nombre de jaugeage : 112 entre le 21/11/1951 et le 05/12/1996

Cote de la plus haute eau connue : 1148 le 03/10/1929

Cote de la plus haute de ces 25 dernières années : 776 cm le 11/09/1999

Le débit maximal connu est de : 4948 m3/s en 1929

• On observe deux courbes de tarage :

- La première est valable de 1934 au 16/04/1954 et dont les jaugeages ne sont pas dispersés ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1954 .Malgré un manque de mesure - La deuxième est valable de 1954 à 1995 et ne présente pas de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser qu’elle est validée jusqu’en 1995

• Depuis 1984 un arrêt d’écoulement presque tous les ans, courant des mois de mars

à mai. • On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 930.9

m3/s en 1928 à 71.72 m3/s en 1983

124

COURBE de TARAGE

Station : Douna (Niger Bani)Capteur : I-1 = Cotes

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

courbe valable de 01/01/1934 au 16/04/1954

courbe valable du 16/04/1954 à nos jours

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Douna (Niger Bani)

Débits Mensuels

0

500

1000

1500

2000

2500

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/07/1995

01/07/1996

01/07/1997

01/07/1998

01/07/1999

01/07/2000

01/07/2001

01/07/2002

01/07/2003

01/07/2004

01/07/2005

01/07/2006

Remarque : Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesures de débits depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1996 n’est certainement plus valable.

125

Nom station : Finkolo 2 Cours d’eau : Farako Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271606508 Données géographiques : Latitude : 11.27500 Longitude : - 5.51667 Altitude du zéro de l’échelle : 373 Superficie du bassin versant : 745 km2 Historique de la station : Une batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 7 février 1976 sur IPN 80, elle se compose de 5 tronçons : 0-1 m, 1-2 m, 2-3 m, 3-4 m, 4-5 m,. Altitude du zéro inconnue. Elle était située en rive gauche prés du village de Finkolo sur la route Sikasso-Bobo. . Analyses des données :

Lacunes cotes : 9.09 % à la date de 01/11/2006

Nombre de jaugeage : 4 entre le 26/01/1995 et le 24/06/1997

Cote de la plus haute eau connue : 856 cm le 18/10/1991

• Les jaugeages sont très dispersés et en très basses eaux . On ne peut pas tracer cette courbe d’étalonnage

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station.

126

Nom station : Fourou Cours d’eau : Bagoé Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271601202 Données géographiques : Latitude : 10.41667 Longitude : - 6.21667 Altitude du zéro de l’échelle : 320 Superficie du bassin versant : 9800 km2 Historique de la station :

� La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 23 octobre 1975 avec 7 éléments sur UPN 80.

� Le16/02/1989 la station a été entièrement reprise sur IPN 180. Deux éléments (8-9 et 9-10 m) ont été rajouté à l’ancienne batterie d’échelles limnimétriques.

� Le zéro de la batterie d’échelles limnimétriques est à 7,11 m sous l’ancienne borne et 10,78 m sous la nouvelle borne La cote 5,60 du négatif correspond au zéro de l’échelle.

� Une PCD a été installée. . Analyses des données : Lacunes cotes : 7.374 % à la date de 30/11/2006

Nombre de jaugeage : 44 entre le 23/10/1975 et le 18/03/1993

Cote de la plus haute eau connue : 1095 cm le 20/09/2003

Le débit maximal connu est de : 854 m3/s en 2003

• Entre 1975 et 1993 peu de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1993 en basses eaux.

• Depuis l’installation de la station des valeurs « à sec » ont été observés de 1985 à 1993 au courant des mois de mars, avril et mai

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 154.3 m3/s en 2003 à 8.91 m3/s en 1983

127

COURBE de TARAGE

Station : Fourou (Niger)Etalonnage du 01/01/1978 jusqu'à nos jours

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Fourou (Niger)Débits Mensuels

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/ 07/1995

01/ 07/1996

01/ 07/1997

01/ 07/1998

01/ 07/1999

01/ 07/2000

01/ 07/2001

01/ 07/2002

01/ 07/2003

01/ 07/2004

01/ 07/2005

01/ 07/2006

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1993 n’est certainement plus valable.

128

Nom station : Kankela Cours d’eau : Baoulé Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271602010 Données géographiques : Latitude : 10.81997 Longitude : -6.66555 Altitude du zéro de l’échelle : 311 Superficie du bassin versant : 930 km2 Historique de la station :

� La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 13 décembre 1971 et se compose de 9 tronçons sur IPN 140 : 0 à 9 m.

� Elle est située en rive gauche juste en amont du pont de bois de la route Kolondiéba-Tingrela.

� L’altitude du zéro la batterie d’échelle inconnue � Le 04/05/1989 la batterie d’échelles limnimétriques a été entièrement reprise sur support

IPN 180. � Le zéro de la batterie d’échelles limnimétriques est à 10,53 m sous l’ancienne borne et

0,86 m sous l’ancien zéro et 9,32 m sous la nouvelle borne.

Analyses des données :

Lacunes cotes: 3.493 % à la date de 27/7/2006

Nombre de jaugeage : 7 entre le 27/05/1972 et le 16/01/1995

Cote de la plus haute eau connue : 999 cm le 13/10/2003

Cote de la plus haute de ces 25 dernières années : 999 cm le 13/10/2003

Le dédit maximal connu : 1118 m3/s en 1999

• Le nombre de jaugeage étant très petit (7 en 23 ans) et uniquement en très basses eaux ce qui amène à penser que la courbe d’étalonnage n’est certainement plus valide.

• Depuis l’installation de la station ; on n’a jamais observé un arrêt d’écoulement même si la plus basse cote est de 6 cm.

• Le débit calculé avec cette courbe peut être très loin de la réalité.

129

COURBE de TARAGE

Station : Kankela (Niger-Bani) Courbe d'étalonnage du 01/01/1972 jusqu'à nos jours

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006 )

Station : Kankela (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

200

400

600

800

1000

1200

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/07/1995

01/07/1996

01/07/1997

01/07/1998

01/07/1999

01/07/2000

01/07/2001

01/07/2002

01/07/2003

01/07/2004

01/07/2005

01/07/2006

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits n’est certainement plus valable.

130

Nom station : Kléla Cours d’eau : Lotio Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271603305 Données géographiques : Latitude : 11.68102 Longitude : -5.58731 Altitude du zéro de l’échelle : 310 Superficie du bassin versant : 3745.2 km2 Historique de la station :

� La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 19 juin 1976 et se compose de 8 tronçons métriques de 0 à 8 m. Altitude du zéro inconnue

� Le zéro de la batterie d’échelles limnimétriques est à 8,08 m sous la borne SH. Analyses des données :

Lacunes cotes : 8.885 % à la date de 31/10/2006

Nombre de jaugeage : 22 entre le 29/07/1976 et le 23/01/1995

Cote de la plus haute eau connue : 850 cm le 18/09/2006

Le débit maximal connu : 81.3 m3/s en 2006

• Entre 1976 et 1995 peut de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1995. Malgré un manque de mesure en basses et hautes eaux. Le seul jaugeage de 1995 n’est pas du tout pris en compte par la courbe de jaugeage ce qui nous laisse croire que la courbe de tarage peut ne plus être valable depuis 1995

• Depuis l’installation de la station on n’a jamais observé un arrêt d’écoulement même si la plus basse cote est de 7 cm

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 18.75 m3/s en 2003 à 4.656 m3/s en 1990

131

COURBE de TARAGE

Station : Kléla (Niger-Bani)Courbe d'étalonnage du 01/01/1976 jusqu'à nos jours

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800 1000 1200

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Kléla (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

10

20

30

40

50

60

70

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/07/1995

01/07/1996

01/07/1997

01/07/1998

01/07/1999

01/07/2000

01/07/2001

01/07/2002

01/07/2003

01/07/2004

01/07/2005

01/07/2006

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1995 n’est certainement plus valable.

132

Nom station : Kokala Cours d’eau : Baoulé Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271602015 Données géographiques : Latitude : 12.06519 Longitude : -7.16140 Altitude du zéro de l’échelle : 309 Superficie du bassin versant : 7875 km2 Historique de la station :

� La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 10 juin 1971 sur IPN 140, elle se compose de 8 tronçons : 0 à 8 m. Altitude du zéro inconnue. Le zéro de la batterie d’échelles est à -9,375 m par rapport à la borne SH.

� Elle était située en rive gauche, juste à l’amont d’un passage à gué. � Le 21/05/1985 la station a été remise en état, un élément négatif a été installé sur IPN

180 ainsi que les éléments 0-1 m, 1-2 m, 2-3 m, 3-4 m et 4-5 m. Les éléments 5-6 m, 6-7 m, et 7-8 m sont installés sur IPN 120.

� Le 04/05/1990 tous les éléments sont installés sur IPN 180. Le zéro de la batterie d’échelles est à -9,44 m par rapport à la borne SH.

Analyses des données : Lacunes cotes : 38.849 % à la date de 30/11/2006

Nombre de jaugeage : 1 entre le 10/06/1971 et le 26/05/1997

Cote de la plus haute eau connue : 798 cm le 20/09/1999

• Il y a un seul jaugeage le 08/05/1997 • Depuis l’installation 1971 à 1983, les cotes contiennent beaucoup de lacunes, tous

les mois étaient incomplets, voir des années entières sans données. Mais à partir de 1984, le suivi est plus correct.

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station.

133

Nom station : Kolondiéba- Tiénaga Cours d’eau : Banifing Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271601510 Données géographiques : Latitude : 11.06667 Longitude : -6.86667 Altitude du zéro de l’échelle : 310 Superficie du bassin versant : 3050 km2 Historique de la station :

� La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 11 décembre 1971 et se compose de 10 tronçons métriques de 0 à 10 m sur fer UPN 140 et 80. Elle est située en rive droite. Elle se trouve juste à l’aval du pont en bois de la route Kolondiéba-Kankela.

� Altitude du zéro est à 10,318 m sous la borne SH (le 18/05/1977) � La station a été entièrement reprise le 02/02/1989 avec des IPN 180. � Altitude du zéro est à 11,30 m sous la borne SH. � Un affluent d’une certaine importance, le Kobani (bassin d’environ 400 Km²) se jette

dans le Banifing à 6 Km en aval de la station. Analyses des données : Lacunes cotes : 17.76 % à la date de 01/12/2003

Nombre de jaugeage : 42 entre le 26/05/1972 et le 19/10/1991

Cote de la plus haute eau connue : 969 cm le 31/08/1989

Le débit maximal connu : 122 m3/s en 1989

• Entre 1972 et 1986 on constate un manque de jaugeage en basses, moyennes et hautes eaux et de 1986 à 1991, il n’y a pas de jaugeage en moyennes eaux. Ces jaugeages présentent peu de dispersion . A mon avis cela n’empêche pas la validation de la courbe d’étalonnage jusqu’en 1991.

• Depuis l’installation de la station on n’a jamais observé un arrêt d’écoulement même si la plus basse cote est de 1 cm, trop de lacunes dans les cotes depuis 1992.

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 18.54 m3/s en 1989 à 2.90 m3/s en 1990

134

COURBE de TARAGE

Station : Kolondieba (Niger-Bani)Courbe d'étalonnage

0

20

40

60

80

100

120

140

0 200 400 600 800 1000 1200

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Courbe valable du 01/01/1972 au 01/01/1986

Courbe valable de 01/01/1986 à Courbe valable du 01/01/1986 à nos jours

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Kolondieba (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

20

40

60

80

100

120

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s) 01/07/1995

01/07/1996

01/07/1997

01/07/1998

01/07/1999

01/07/2000

01/07/2001

01/07/2002

01/07/2003

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1991 n’est certainement plus valable.

135

Nom station : Korodougou Marka Court d’eau : Dégou Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271601510 Données géographiques : Latitude : 12.43333 Longitude : -6.28333 Altitude du zéro de l’échelle : 287 Superficie du bassin versant : 18325 km2 Historique de la station : � La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 26 mai 1971 sur IPN 140, elle se

compose de 8 tronçons : 0 à 8 m. Altitude du zéro inconnue. � Elle était située en rive gauche le long de la piste Korodougou –Koutiala (bac). � Le 04/03/1990 la station a été remise en état et installée sur IPN 180. Le zéro de la batterie d’échelles correspond à 10,80 m sur l’élément négatif. Analyses des données : Lacunes cotes : 21.36% à la date de 30/11/2006

Nombre de jaugeage : 5 entre 1975 et 1976

Cote de la plus haute eau connue : 776 cm le 02/09/1999

Le débit maximal connu : 273 m3/s en 1999

• Entre 1975 et 1976 peut de dispersion des jaugeages mais le nombre étant très

faible ( 5) il est difficile de confirmer l’allure • Il a été observé des à sec en fin avril 1984 jusqu’au début juillet et aussi en 1985,

1990

136

COURBE de TARAGE

Station : Korodougou Marka (Niger-Bani)Courbe d'étalonnage du 01/01/1975 jusqu'à nos jours

0

50

100

150

200

250

300

350

-200 0 200 400 600 800 1000

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Korodougou Marka (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

50

100

150

200

250

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

01/ 07/1995

01/ 07/1996

01/ 07/1997

01/ 07/1998

01/ 07/1999

01/ 07/2000

01/ 07/2001

01/ 07/2002

01/ 07/2003

01/ 07/2004

01/ 07/2005

01/ 07/2006

Remarque : Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station.

137

Nom station : Kouro 1 Cours d’eau : Banifing Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271601505 Données géographiques : Latitude : 12.01667 Longitude : -5.70000 Altitude du zéro de l’échelle : 298 Superficie du bassin versant : 14300 km2

Historique de la station : � Une première batterie d’échelles limnimétriques sur IPN 120 a été installée à l’étiage de

1957 en rive gauche, les tronçons de 0 à 4 m juste en aval d’un pont submersible et les tronçons 4 à 14 m juste en amont de ce pont.

� Une deuxième batterie d’échelles « Kouoro II ou Kouoro 1975 » a été mise en place en rive droite juste à l’amont du pont (récent) de la route Koutiala-Sikasso . Ce pont qui remplace le pont submersible se trouve 3 km en amont.

� Elle est composée de 9 tronçons : 0-1 m, 1-2 m, 2-4 m, 4-5 m, 5-6 m, 6-7 m, 7-8 m, 8-9 m et 9-10 m,

� Altitude du zéro inconnue � En 1977 tous les tronçons (sauf 2-4 m, 8-9 m et 9-10 m bien numéroté) portaient des

éléments numérotés 0-1 m. La remise en ordre, au dessus de 4 m, a été effectuée en août 1978. Elle a été remise en état en août 1978 pour les 8 tronçons métriques de 2 à 10 m.

� Le 17/02/1989, la station a été entièrement reprise en IPN de 180. Le zéro de la batterie d’échelles est à 13,01 m sous la borne SH, une PCD a été installée.

Analyses des données : Lacunes cotes : 38.09 % à la date de 28/02/2006 Nombre de jaugeage : 96 entre le 05/07/1957 et le 23/10/1995 Cote de la plus haute eau connue : 1340 cm le 17/09/1958 Cote de la plus haute de ces 25 dernières années : 856 cm le 27/09/1999 Le dédit maximal est de : 297.4 m3/s 1958 On observe deux courbes de tarage :

- La première valable de 1957à 1976 dont les jaugeages ne sont pas dispersés ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1976 .Malgré un manque de mesure en hautes eaux -La deuxième valable de 1977 à 1995 à mon avis est aussi valable en basses et en moyennes eaux

• On observe un arrêt d’écoulement en 1985 et 2003 courant les mois de mai et juin

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 86.86 m3/s en 1958 à3.32 m3/s en 1984

138

COURBE de TARAGE

Station : Kouoro 1 (Niger-Bani)

0

50

100

150

200

250

300

350

-200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Kouoro 1 (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/ 07/1995

01/ 07/1996

01/ 07/1997

01/ 07/1998

01/ 07/1999

01/ 07/2000

01/ 07/2001

01/ 07/2002

01/ 07/2003

01/ 07/2004

01/ 07/2005

01/ 07/2006

Remarque :

Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1995 n’est certainement plus valable.

Valable de 1957 à 1975

Valable de 1975 à nos jours

139

Nom station : Loulouni Cours d’eau : Kobafini Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271606005 Données géographiques : Latitude : 10.88980 Longitude : -5.60563 Altitude du zéro de l’échelle : 359 Superficie du bassin versant : 799.2 km2

Historique de la station : � La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 16 juin 1976 et se compose de 4

tronçons sur IPN 80 � Elle est située en rive droite au abord d’un pont de la route Sikasso-Zegoua. � L’altitude du zéro la batterie d’échelle est inconnue. Un limnigraphe est installé. � Cette station avait été étudiée en 1959 par l’ORSTOM pour le compte du Génie Rural :

chacun des ponts avait été taré. � Le 31/03/1990, la batterie d’échelles limnimétriques a été reprise sur des IPN 180. Le zéro

de la batterie d’échelles limnimétriques est à 3,40 m sous la borne SH. Analyses des données : Lacunes cotes : 10.72 % à la date de 30/11/2006

Nombre de jaugeage : 49 entre le 22/07/1976 et le 21/01/1995

Cote de la plus haute eau connue : 299 cm le 02/09/2006

Cote de la plus basse eau connue : 33 cm le 01/06/1976

Le débit maximal est de : 15.72 m3/s en 2006

• La station a deux courbes de tarage : • Entre 1976 et 1977 peu de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser que

cette courbe de tarage est validée jusqu’en 1977 malgré un manque de mesure en hautes eaux.

• Entre 1977 et 1995 on constate une dispersion des jaugeages ce qui amène à penser que la courbe d’étalonnage ne peut pas être validée jusqu’en 1995 .De plus il y a un manque de jaugeages en hautes eaux

• On n’a jamais observé un arrêt d’écoulement depuis l’installation de la station • On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 3.96

m3/s en 2006 à 0.668 m3/s en 1984

140

COURBE de TARAGE

Station : Loulouni (Niger-Bani)Courbe d'étalonnage

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

courbe valable du 01/01/1976 au 01/01/1978

courbe valable du 01/01/1978 à nos jours

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Loulouni (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/07/1995

01/07/1996

01/07/1997

01/07/1998

01/07/1999

01/07/2000

01/07/2001

01/07/2002

01/07/2003

01/07/2004

01/07/2005

01/07/2006

Remarque : Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesures de débits depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1995 n’est certainement plus valable

141

Nom station : Madina Diassa Cours d’eau : Baoulé Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271602020 Données géographiques : Latitude : 10.79548 Longitude : -7.67371 Altitude du zéro de l’échelle : 346 Superficie du bassin versant : 7875 km2 Historique de la station : � La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 17 juin 1971 (remanier en 1975) et

se compose de 6 tronçons : 0-1 m, 1-3 m, 3-5 m, 5-7 m, 7-9 m, 9-10 m, en rive gauche. � Altitude du zéro inconnue. � La batterie d’échelles à subit des dégâts pendant la crue de 1972, puis celle de 1973, et

encore pendant la crue de 1974. � Le 01/05/1989 la batterie d’échelles limnimétriques a été reprise (IPN 180) sauf l’élément 9-

10 m et l’élément double 3-5 m � Le zéro de la batterie d’échelles limnimétriques est à 9,54 m sous la borne. � Le 23/02/1990 l’élément 3-4 m a été re-fixé sur un IPN 140. Analyses des données : Lacunes cotes : 11.37% à la date de 30/11/2006 Nombre de jaugeage : 33 entre le 26/03/1973 et le 23/02/1990 Cote de la plus haute eau connue : 964 cm le 15/09/1981 Le débit maximal est de : 698.2 m3/s en 1998

• Entre 1973 et 1990 peut de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1990 en basses eaux. Malgré un manque de mesures en hautes eaux

• On observe un arrêt d’écoulements en 1985 et 1994 courant les mois de mai à juin. • On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 62.78

m3/s en 1975 à 22.44 m3/s en 1983

142

COURBE de TARAGE

Station : Madina Diassa (Niger-Bani)Etalonnage du 01/01/1971 jusqu'à nos jours

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station Madina Diassa (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

50

100

150

200

250

300

350

400

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/ 07/1995

01/ 07/1996

01/ 07/1997

01/ 07/1998

01/ 07/1999

01/ 07/2000

01/ 07/2001

01/ 07/2002

01/ 07/2003

01/ 07/2004

01/ 07/2005

01/ 07/2006

Remarque : Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesures de débits depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1990 n’est certainement plus valable.

143

Nom station : Manankoro Cours d’eau : Dégou Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271602002 Données géographiques : Latitude : 10.44615 Longitude : -7.45626 Altitude du zéro de l’échelle : 359 Superficie du bassin versant : 1640 km2 Historique de la station : � La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 24 juin 1975 et se compose de 8

tronçons métriques de 1 à 9 m sur IPN 100, elle est située en rive gauche donc en Cote d’Ivoire juste à l’aval du pont frontière avec le Mali.

� Altitude du zéro inconnue. � En mai-juin 1977 des travaux ont été effectués au pont. � Un limnigraphe a été installé en juin1976. � La station a été entièrement reprise le 02/03/1989 avec des IPN 80 Analyses des données : Lacunes cotes : 4.56% à la date de 30/11/2006

Nombre de jaugeage : 46 entre le 24/07/1975 et le 11/11/1984

Cote de la plus haute eau connue : 895 cm le 14/08/1998

Le débit maximal connu est de: 47.4 m3/s en 1998

• Entre 1975 et 1984 peu de dispersion des jaugeages en basses eaux, ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1984 en basses eaux.

• Depuis l’installation de la station des « A secs » sont observés tous les ans pour les mois de mars à juin

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 10.08 m3/s en 1994 à 0.733 m3/s en 1987

144

COURBE de TARAGE

Station : Manankoro (Niger-Bani)Courbe d'étalonnage du 01/01/1975 jusqu'à nos jours

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Manankoro (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/ 07/ 1995

01/ 07/ 1996

01/ 07/ 1997

01/ 07/ 1998

01/ 07/ 1999

01/ 07/ 2000

01/ 07/ 2001

01/ 07/ 2002

01/ 07/ 2003

01/ 07/ 2004

01/ 07/ 2005

01/ 07/ 2006

Remarque : Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station.

145

Nom station : Mpiéla Cours d’eau : Banifing Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271601517 Données géographiques : Latitude : 12.11781 Longitude : -7.51835 Altitude du zéro de l’échelle : 325 Superficie du bassin versant : 2950 km2 Historique de la station : Analyses des données : Lacunes cotes : 19.56 % à la date de 05/10/2005 Nombre de jaugeage : 8 entre le 28/07/1951 le 12/01/1977 Cote de la plus haute eau connue : 896 cm le 22/07/2003

• Les jaugeages se trouvent qu’en hautes eaux et sont effectués entre 1976 et 1977 alors que les cotes que nous avons commencent à partir de 1995

• Depuis 1999 un arrêt d’écoulements presque tous les ans pour les mois de mars, avril et mai.

Remarque : Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station.

146

Nom station : Pankourou Cours d’eau : Bagoué Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271601520 Données géographiques : Latitude : 11.44886 Longitude : -6.57652 Altitude du zéro de l’échelle : 292 Superficie du bassin versant : 31120 km2 Historique de la station : � La batterie d’échelles limnimétriques a été installée en étiage en 1956 et se compose de

9 tronçons sur IPN 240 : 0-1 m, 1-2 m, 2-3 m, 3-5 m, 5-7 m, 7-9 m, 9-11 m, 11-13 m et 13-14m.. Elle a été submergée du 20 au 25 septembre 1964.

� Elle est située en rive gauche au abord du pont de la route Bougouni-Sikasso. � L’altitude du zéro la batterie d’échelle est à 285,34 m IGN. � Le 20/05/1977 le zéro de la batterie d’échelles limnimétriques est à 15,249 m sous le rivet

IGN. � Le 03/02/1989 les éléments (1-2 m et 2-3 m) ont été remplacés par des IPN 180. Le zéro de

la batterie d’échelles limnimétriques est à 14,94 m sous le rivet IGN. Analyses des données : Lacunes cotes : 1.217 % à la date de 31/10/2006

Nombre de jaugeage : 98 entre le 08/03/1956 et le 17/01/1995

Cote de la plus haute eau connue : 1420 cm le 22/09/1964

Cote de la plus haute de ces 25 dernières années : 1067 cm le 06/10/2003

Le débit maximal connu est de : 2109 m3/s en 1964

• Entre 1956 et 1995 peut de dispersion des jaugeages ce qui amène à penser que la courbe de tarage est validée jusqu’en 1995. Malgré un manque de mesures en hautes eau

• Depuis 1984 on observe des « A sec » presque tous les ans pour les mois de mars, avril et mai.

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 372 m3/s en 1964 à 26.84 m3/s en 1983

147

COURBE de TARAGE

Station : Pankourou (Niger-Bani)Courbe d'étalonnage du 01/01/1956 jusqu'à nos jours

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Hydrogramme des débits mensuels (1995 à 2006)

Station : Pankourou (Niger-Bani)Débits Mensuels

0

200

400

600

800

1000

1200

déc janv févr mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Déb

its M

ensu

els

(m3/

s)

01/07/1995

01/07/1996

01/07/1997

01/07/1998

01/07/1999

01/07/2000

01/07/2001

01/07/2002

01/07/2003

01/07/2004

01/07/2005

01/07/2006

Remarque : Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station en moyennes et hautes eaux. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1995 n’est certainement plus valable

148

Nom station : Sikasso Cours d’eau : Lotio Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271603350 Données géographiques : Latitude : 11.31374 Longitude : -5.66356 Altitude du zéro de l’échelle : 350 Superficie du bassin versant : Historique de la station :

. Analyses des données : Lacunes cotes : 27.18 % à la date de 31/12/2004

Nombre de jaugeage : 3 entre le 22/01/1995 et le 28/06/1997

Cote de la plus haute eau connue : 388 cm le 08/07/2000

• Il n’y que 3 jaugeages et uniquement en basses eaux ce qui ne permet pas de tracer

une courbe d’étalonnage valable • Depuis 1998 un arrêt d’écoulement presque tous les ans pour les mois de janvier à

juin. Remarque : Les informations que nous avons pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station. Il y a trop de lacunes

149

Nom station : Zaniéna Cours d’eau : Dékorobougou Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271601520 Données géographiques : Latitude : 11.25854 Longitude : -6.42422 Altitude du zéro de l’échelle : 309 Superficie du bassin versant : 736 km2 Historique de la station :

� La batterie d’échelles limnimétriques a été installée le 11 juin 1976 et se compose de 8 tronçons de 0 à 8 m.

� Elle se trouve en rive droite, à l’aval, d’un gué. Elle est doublée par un limnigraphe. � Le 23/03/1990 , la station a été reprise sur IPN 180.

Analyses des données : Lacunes cotes : 11.394 % à la date de 30/06/2006

Nombre de jaugeage : 18 entre le 30/07/1976 et le 26/05/1991

Cote de la plus haute eau connue : 799 cm le 28/08/1989

Le débit maximal connu est de :

• La courbe de tarage ne peut pas être validée jusqu’en 1991 car 13 jaugeages ont été effectués en basses eaux, même s’il y a peu de dispersion

• Depuis l’installation de la station on n’a jamais observé de « A sec » même si la plus basse cote est de 0 cm.

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 18.54 m3/s en 1989 à 2.90 m3/s en 1990

150

COURBE de TARAGE

Station : Zaniéna (Niger-Bani)Courbe d'etalonnage du 01/01/1976 jusqu'à nos jours

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesures de débits depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits n’est certainement plus valable.

151

Nom station : Zantiébougou Cours d’eau : Banifing Bassin versant : Bani Identification IRD : 1271601520 Données géographiques : Latitude : 11.37438 Longitude : -7.27699 Altitude du zéro de l’échelle : 327 Superficie du bassin versant : 1665 km2 Historique de la station : .La station a été créée en 1975 avec 9 éléments sur IPN 80. Le zéro de la batterie d’échelles est à 9,568 m sous la borne SH.

� Le 22/02/1990, la station a été reprise. Les éléments 2-4 sont fixés sur un pylône du pont. Un élément 9-10 a été rajouté du fait que, durant la crue de 1989, l’élément 8-9 m a été dépassé.

� Le zéro de la batterie d’échelles est à 9,60 m sous la borne SH. Analyses des données :

Lacunes cotes : 8.810 % à la date de 30/11/2006

Nombre de jaugeage : 44 entre le 18/09/1975 et le 18/08/1992

Cote de la plus haute eau connue : 1000 cm le 28/08/1989

Le débit maximal connu :

• Sur les 45 jaugeages que nous avons utilisé pour tracer la courbe de tarage, 42 se trouvent en basses eaux, donc il sera à mon avis très difficile de valider la courbe d’étalonnage en moyennes et hautes eaux jusqu’en 1992.

• Depuis l’installation de la station, on n’a jamais observé un arrêt d’écoulement même si la plus basse cote est de 0 cm.

• On observe une diminution des débits et le débit moyen annuel varie entre 18.54 m3/s en 1989 à 2.90 m3/s en 1990

152

COURBE de TARAGE

Station : Zantiebougou (Niger-Bani )Courbe d'étalonnage du 01/01/1975 jusqu'à nos jours

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000 1200

Cote à l'échelle (cm)

Déb

it (m

3/s)

Jaugeages

Table d'étalonnage

Recommandation : Les informations que j’ai pu recueillir indiquent un manque de mesure de débit depuis la création de la station. La courbe de tarage utilisée pour le calcul des débits depuis 1992 n’est certainement plus valable.