Delattre, Marie-Odile

Fritsch, Jean-Marie

Lubès, Hélène

Paturel, Jean-Emmanuel

Servat, Eric

Horizon / Pleins textes

FRIEND '97 — Regional Hydrology: Concepts and Models for Sustainable Water Resource Management 
(Proceedings of the Postojna, Slovenia, Conference, September-October 1997). IAHS Publ. no. 246, 1997. 249 
Etude de séries pluviométriques de longue durée en 
Afrique de l'ouest et centrale non sahélienne 
J. E. PATUREL, E. SERVAT, M. O. DELATTRE 
ORSTOM, Programme FRIEND AOC, 06 BP 1203 Cidex 1, Abidjan 06, Côte d'Ivoire 
H. LUBES & J. M. FRITSCH 
ORSTOM, Programme FRIEND AOC, BP 5045, F-34032 Montpellier Cedex, France 
Résumé Dans les zones arides et semi-arides d'Afrique de l'ouest et 
centrale, la notion de précarité de la ressource en eau n'est pas récente. 
Cependant, la sécheresse qui affecte les régions tropicales africaines depuis 
les deux dernières décennies présente tout à la fois une sévérité, une 
persistance et une extension remarquables. Les séries pluviométriques 
annuelles enregistrées sur de longues durées sur un ensemble de stations 
couvrant l'Afrique de l'ouest et centrale non sahélienne (du Sénégal à la 
Centrafrique) ont permis d'étudier l'évolution spatio-temporelle de la 
pluviométrie dans cette région. Les résultats montrent l'alternance de 
périodes sèches et humides depuis le début du XXème siècle. La sécheresse 
actuelle n'a pas connu d'équivalent, ni en durée, ni en intensité, sur 
l'ensemble de la période étudiée. Une étude statistique, confirmée par des 
représentations cartographiques de ces différentes périodes, met, cependant, 
en évidence le caractère fortement hétérogène du phénomène dans l'espace. 
INTRODUCTION 
Le programme ICC ARE (Identification et Conséquences d'une variabilité du Climat 
en AfRique de l'ouest non sahElienne) s'inscrit dans le thème "Variabilité climatique 
et des ressources en eau", du projet FRIEND-AOC du PHI de l'UNESCO (Servat, 
1994). Il a permis d'identifier une éventuelle fluctuation climatique en Afrique non 
sahélienne vers la fin des années 1960 et le début des années 1970. Cette évolution 
du climat se traduit par des changements notables au sein des séries chronologiques 
pluviométriques. 
Il est cependant intéressant de chercher à situer la diminution de la pluviométrie 
observée depuis 25 ans dans la chronologie pluviométrique de ce siècle (Delattre, 
1996). 
La zone étudiée couvre 16 pays qui sont, de l'Afrique de l'ouest vers l'Afrique 
centrale, le Sénégal, la Gambie, la Guinée Bissau, la Guinée Conakry, la Sierra 
Leone, le Liberia, le Mali, le Burkina Faso, la Côte d'Ivoire, le Ghana, le Togo, le 
Bénin, le Nigeria, le Cameroun, le Tchad et la Centrafrique. Nous n'avons, 
cependant, considéré que la partie non sahélienne de cette zone, et notre étude s'est 
donc limitée au sud du 14ème parallèle. 
L'analyse de longues séries chronologiques de pluviométries annuelles 
disponibles dans cette région a permis de resituer la sécheresse actuelle dans une 
perspective historique. 
250 /. E. Paturel et al. 
DONNEES ET METHODES 
Données 
Un grand nombre de postes pluviométriques ont été retenus afin de constituer une 
base de données annuelles pluviométriques la plus complète et la plus représentative 
possible de la zone d'étude du programme ICCARE. Les postes retenus, relevant de 
la gestion des différents services nationaux des pays concernés, obéissent à des 
critères de durée de l'information et de qualité des données. Le choix des postes s'est 
également effectué de manière à permettre une bonne couverture de la zone d'étude. 
Ont ainsi été retenus une centaine de postes avec des séries chronologiques qui 
remontent à plus de 60 ans de mesures annuelles. L'information la plus longue 
concerne les pays anglophones et remonte, parfois, au siècle dernier. 
Méthodes 
Nous avons traité la totalité de l'information contenue dans les séries chronologiques 
retenues. L'étude a été menée par l'application de tests statistiques de détection de 
"rupture" en moyenne des séries chronologiques de pluviométrie annuelle. 
"Rupture" doit être compris, ici, comme un changement dans la loi de probabilité de 
la série chronologique à un instant donné (Lubès et al., 1994). Seuls les résultats du 
test de Pettitt (Pettitt, 1979) seront présentés dans cette étude. 
Test de Pettitt Le test de Pettitt est non-paramétrique et dérive du test de Mann-
Whitney. L'absence d'une rupture dans la série (x,) de taille N constitue l'hypothèse 
nulle. Pettitt définit la variable UtN: 
I N 
U,.N = S E Di, 
où Dy = sgn(x, - Xj) avec sgn(Z) = 1 si Z > 0, 0 si Z = 0 et -1 si Z < 0. 
Il propose de tester l'Hypothèse nulle en utilisant la statistique KN définie par le 
maximum en valeur absolue de U,
 N pour t variant de 1 à JV - 1. 
A partir de la théorie des rangs, Pettitt montre que si k désigne la valeur de KN 
prise sur la série étudiée, sous l'hypothèse nulle, la probabilité de dépassement de la 
valeur k est donnée approximativement par: 
f - 6 k 2 ) pmb(KN >k) » 2 e x p ^ - ^ ^ J 
Pour un risque a de première espèce donné, si la probabilité de dépassement estimée 
est inférieure à a, l'hypothèse nulle est rejetée. La série comporte alors une rupture 
localisée au moment x où est observé K . 
N 
RESULTATS 
Analyse statistique 
Les résultats du test montrent qu'une rupture (équivalente à une diminution de la 
Etude de séries pluviométriques de longue durée en Afrique 251 
pluviométrie annuelle dans le cas présent) au sein de la série chronologique s'observe 
majoritairement entre 1960 et 1979 avec un niveau de signification qui varie d'un 
poste à un autre. Le niveau de signification traduit ici l'importance réelle ou non 
d'un changement de la moyenne au sein de la série pluviométrique. On constate que, 
dans cinq cas uniquement, la rupture n'a pas été signalée durant cette période mais 
autour des années 1940. Il faut noter, également, que, pour six postes 
pluviométriques, le test révèle une augmentation de la pluviométrie annuelle. Ces six 
postes sont, cependant, isolés les uns des autres et leurs résultats ne traduisent donc 
en rien un comportement régional. Ils ne sont probablement que l'expression de sites 
dont les mesures sont peu fiables et qui ont été sélectionnés malgré les tests de 
qualité des données effectués. 
Le Tableau 1 présente la probabilité associée à la statistique du test calculé pour 
chacun des postes. Un classement qualitatif a été effectué en tenant compte des 
valeurs de cette probabilité. Celles-ci ont été reportées sur une carte de la région 
étudiée (Fig. 1): le phénomène de déficit pluviométrique y apparaît plus marqué à 
l'ouest du cinquième méridien ouest et au nord des 8-10èmes parallèles nord. 
Ailleurs, ce phénomène est moins accentué. 
Tableau 1 Probabilité associée au test de Pettitt—Rupture entre 1960 et 1979. 
Probabilité associée Classe Dénombrement 
< 1 % Rupture très significative 32 
entre 1 et 5 % Rupture significative 10 
entre 5 et 20% Rupture peu significative 11 
>20% Série homogène 32 
< 5 % Excédent pluviométrique 6 
< 1 % Rupture très significative en dehors de la période 1960-1979 5 
Représentations graphiques et analyse cartographique 
Sur la période 1925 (±5 ans)-1990, retenue comme période de référence car 
commune à tous les postes étudiés et présentant une forte densité d'information, nous 
avons, en outre, procédé à une étude cartographique. Pour chacun des postes 
pluviométriques, un indice pluviométrique a été calculé, défini comme une variable 
centrée réduite (Lamb, 1982): 
(Xi -X)IS 
avec Xf. pluviométrie de l'année i; X : pluviométrie moyenne interannuelle sur la 
période de référence; S: écart-type de la pluviométrie interannuelle sur la période de 
référence. Cet indice traduit un excédent ou un déficit pluviométrique pour l'année 
considérée par rapport à la période de référence choisie. 
Les résultats ont été reportés en Fig. 2, en rangeant les stations par longitude 
croissante. On observe une succession de périodes déficitaires et excédentaires. Les 
dates indiquées ci-dessous ne sont données qu'à titre de repères chronologiques. En 
effet, ces fluctuations climatiques ne sont pas intervenues simultanément à une même 
date sur l'ensemble de la zone d'étude: 
252 /. E. Paturel et al. 
-Ji rupture en dehors de la période 1960-1979 
x rupture avec excédent 
Fig. 1 Niveaux de signification des résultats du test de Pettitt. 
(a) La période 1936-1950 est déficitaire. Ce caractère est plus marqué entre 0° et 4° 
de longitude est (Togo et Bénin) et il s'estompe de part et d'autre, en particulier 
à l'ouest; 
(b) La période 1951-1968 est excédentaire. Ce caractère est plus marqué à l'ouest de 
la zone d'étude (ouest de la Côte d'Ivoire); 
(c) La période 1969-aujourd'hui est déficitaire. Ce caractère s'observe sur 
l'ensemble de la zone, mais plus nettement à l'ouest (ouest de la Côte d'Ivoire). 
Les résultats ont été reportés en Fig. 3 en rangeant les stations par latitude 
croissante. On y observe la même succession de périodes déficitaires et excédentaires 
que précédemment: 
(a) la période 1936-1950 est déficitaire mais son caractère est peu marqué, 
(b) la période 1951-1968 est excédentaire et son caractère est bien marqué, 
(c) la période 1969-aujourd'hui est déficitaire et son caractère est très marqué au 
dessus des 8-10èmes parallèles. 
La densité de l'information étant suffisamment importante, il a été possible de 
cartographier la moyenne par décennie des indices pluviométriques (Fig. 4). On 
observe alors: 
(a) des zones ponctuellement déficitaires durant les décennies 1930 et 1940 (en 
particulier cette dernière); les valeurs des indices sont, cependant, faibles en 
valeur absolue, 
Etude de séries pluviométriques de longue durée en Afrique 253 
Périodes déficitaires et excédentaires 
Classement par longitude croissante 
Périodes déficitaires g] Périodes excédentaires 
Longitude 
-16.0 
-9.3 
-5.2 
-3.0 
0.0 
+2.6 
+5.0 
+10.0 
+22.5 
Année 
1920 1950 1970 1990 
.-m 
Longitude 
-16.0 
-9.3 
-5.2 
-3.0 
0.0 
+2.6 
+5.0 
+10.0 
+22.5 
Fig. 2 Visualisation des périodes déficitaires et excédentaires en fonction de la 
longitude du poste de mesure. 
Périodes déficitaires et excédentaires 
Classement par latitude décroissante 
• Périodes déficitaires m Périodes excédentaires 
Latitude 
14.0 
13.0 
12.0 
10.5 
9.5 
7.5 
6.7 
6.2 
4.0 
1920 
Année 
1950 1970 1990 
Latitude 
14.0 
13.0 
12.0 
10.5 
9.5 
7.5 
6.7 
6.2 
4.0 
Fig. 3 Visualisation des périodes déficitaires et excédentaires en fonction de la 
latitude du poste de mesure. 
254 /. E. Paturel et al. 
1980-1989 
o o 
O CD NJ 
p O - i 
KJ b b 
Fig. 4 Evolution des indices pluviométriques de la décennie 1930 à la décennie 1980. 
Etude de séries pluviométriques de longue durée en Afrique 255 
(b) des zones excédentaires durant les décennies 1950 et 1960; ce caractère 
s'observe d'abord dans le nord puis se généralise à l'ensemble de la zone d'étude 
au cours de la décennie suivante, 
(c) des zones déficitaires durant les décennies 1970 et 1980; ce caractère s'accentue 
au cours de la décennie 1980 et apparaît très marqué au nord du lOème parallèle 
et à l'ouest du cinquième méridien ouest. Les valeurs des indices y sont 
beaucoup plus élevées qu'auparavant, en valeur absolue. 
Ces différentes représentations montrent clairement l'alternance de périodes 
sèches et humides. L'examen des données antérieures à la période de référence 
choisie, et disponibles pour quelques pays seulement, révèle également une période 
déficitaire entre 1910 et 1922 ainsi qu'une période excédentaire entre 1922 et 1936. 
Cette alternance qui semble courante en Afrique de l'ouest et centrale ne constitue 
pas pour autant un cycle du fait de sa forte irrégularité. 
Le test de Pettitt ne peu détecter qu'une seule rupture. Pour la région étudiée, il 
semble privilégier très nettement celle survenue autour de l'année 1970, soulignant 
ainsi l'importance de cette dernière variabilité au regard des séries chronologiques 
historiques disponibles. 
CONCLUSION 
Cette étude montre qu'au cours de ce siècle, l'Afrique de l'ouest et centrale a connu 
une succession de périodes à déficits et de périodes à excédents pluviométriques sans, 
toutefois, pouvoir parler de cycle. La fluctuation la plus brutale et la plus 
significative (au sens statistique du terme) est observée autour des années 1970, au 
cours desquelles on note une diminution généralement assez importante de la 
pluviométrie annuelle. 
Cette période déficitaire se caractérise, depuis lors, par son intensité et sa durée. 
A l'est, ce phénomène ne semble s'inscrire que dans l'histoire des variations 
"normales" des séries chronologiques sans revêtir le caractère d'exception que l'on 
observe plus à l'ouest et au nord. 
Il est probable que les activités humaines ont très certainement contribué à 
accroître ce phénomène de sécheresse. On peut citer l'exemple de la deforestation 
dans de nombreuses régions du Golfe de Guinée durant ces dernières décennies. Elle 
y a pris une ampleur considérable qui, même si elle ne peut être considérée comme la 
principale cause de cette sécheresse, ne peut pas être étrangère à la diminution de la 
pluviométrie annuelle. 
REFERENCES 
Delattre, M. O. (1996) Evolution climatique en Afrique de l'ouest et centrale non sahélienne. Rapport de Stage de fin 
d'Etudes, ISIM-Montpellier, ORSTOM, Abidjan. 
Lamb, P. J. (1982) Persistence of Subsaharan drought. Ato«re299(September), 46-47. 
Lubès, H., Masson, J. M., Servat, E., Paturel, J. E., Kouamé, B., Boyer, J. F. (1994) Caractérisation de fluctuations 
dans une série chronologique par application de tests statistiques—Etude bibliographique. ORSTOM, Montpellier, 
Programme ICCARE, Rapport no. 3. 
Pettitt, A. N. (1979) A non-parametric approach to the change-point problem. Appl. Statistics 28(2), 126-135. 
Servat, E. (1994) ICCARE. Identification et Conséquences d'une variabilité du Climat en AfRique de l'ouest non 
sahélienne—Présentation du programme. ORSTOM, Abidjan, Côte d'Ivoire, Programme ICCARE, Rapport no. 1. 

~ FRIEND'97-Regional Hydrology:
Concepts and Models for Sustainable
Water Resource Management
Edited by
ALAN GUSTARD
Institute of Hydrology, Wallingford, Oxfordshire OXlO 8BB, UK
SARKABLAZKOVA ;
T G Masaryk Water Research Institute, Podbabska 30, 160-62 Prague 6, Czech Republic
JVIITJA BRILLY
FAGG Hydraulics Division, University ofLjubljana, Hajdrihova 28, 6I000 Ljubljana,
Slovenia
SIEGFRIED DEMUTI-I
Department of Hydrology, University ofFreiburg, Werderring 4, D-79085 Freiburg,
Germany
JULIADIXON
Institute of Hydrology, Wallingford, Oxfordshire OXIO 8BB, UK
HENNYVAN LANEN
Department of Water Resources, Agricultural University, Nieuwe Kanaal l l ,
6709 PA Wageningen, The Netherlands
CARMENLLASAT
Department ofAstronomy and Meteorology, University of Barcelona, Avda Diagonal 647,
08028 Barcelona, Spain
SIMONMKHANDI
Department of Civil Engineering, University ofDar es Salaam, PO Box 35131,
Dar es Salaam, Tanzania
ERIC!SERVAT
Antenne Hydrologique, 06 BP 1203, Cidex 1, Abidjan 06, Cote d' Ivoire
Proceedings ofthe Third InternationalConference on FRIEND held at
Postojna, Slovenia, from 30 September to 4 October 1997.The conference
was convened jointly by the steeringcommittee of the AlpineMediterranean
Hydrology(AMHY)FRIENDprojectwith the supportof otherFRIENDgroups:
NorthernEuropean FRIEND, Southern AfricanFRIEND, WestandCentral
AfricanFRIENDandthe National Committeeof Slovenia for the International
Hydrological Programme of the UnitedNationsEducational, Scientific and
CulturalOrganization (UNESCO) andthe Operational Hydrological Programme
of WorldMeteorological Organization (WMO). The conference was sponsored by
UNESCO, WMO,the European Commission, the International Association of
Hydrological Sciences (IAHS)andthe MinistryofScienceand Technology,
RepublicofSlovenia.
lABS Publication no. 246
intheIAHS Series ofProceedings and Reports
P u b l i s h e d b y t h e I n t e r n a t i o n a l A s s o c i a t i o n o f H y d r o l o g i c a l
S c i e n c e s 1 9 9 7
I A H S P r e s s , I n s t i t u t e o f H y d r o l o g y , W a l l i n g f o r d , O x f o r d s h i r e O X 1 0 8 B B ,
U K
I A H S P u b l i c a t i o n n o . 2 4 6
I S B N 1 - 9 0 l 5 0 2 - 3 5 - X
B r i t i s h L i b r a r y C a t a l o g u i n g - i n - P u b l i c a t i o n D a t a .
A c a t a l o g u e r e c o r d f o r t h i s b o o k i s a v a i l a b l e f r o m t h e B r i t i s h L i b r a r y .
I A H S i s i n d e b t e d t o t h e I n s t i t u t e o f H y d r o l o g y ,
W a l l i n g f o r d , U K , f o r t h e s u p p o r t a n d s e r v i c e s p r o v i d e d
t h a t e n a b l e d t h e e d i t o r - i n - c h i e f t o w o r k e f f e c t i v e l y a n d
e f f i c i e n t l y . I A H S i s s i m i l a r l y i n d e b t e d t o t h e e m p l o y e r s o f
t h e c o - e d i t o r s f o r t h e s u p p o r t t h e y p r o v i d e d .
T h e d e s i g n a t i o n s e m p l o y e d a n d t h e p r e s e n t a t i o n o f m a t e r i a l t h r o u g h o u t t h e
p u b l i c a t i o n d o n o t i m p l y t h e e x p r e s s i o n o f a n y o p i n i o n w h a t s o e v e r o n t h e
p a r t o f I A H S c o n c e r n i n g t h e l e g a l s t a t u s o f a n y c o u n t r y , t e r r i t o r y , c i t y o r
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b o u n d a r i e s .
T h e u s e o f t r a d e , f i r m , o r c o r p o r a t e n a m e s i n t h e p u b l i c a t i o n i s f o r t h e
i n f o r m a t i o n a n d c o n v e n i e n c e o f t h e r e a d e r . S u c h u s e d o e s n o t c o n s t i t u t e a n
o f f i c i a l e n d o r s e m e n t o r a p p r o v a l b y I A H S o f a n y p r o d u c t o r s e r v i c e t o t h e
e x c l u s i o n o f o t h e r s t h a t m a y b e s u i t a b l e .
T h e E d i t o r s w i s h t o a c k n o w l e d g e P e n n y K i s b y o f I A H S P r e s s
f o r t h e p r e p a r a t i o n o f t h e c a m e r a - r e a d y c o p y ; t h e e d i t o r i a l
a s s i s t a n c e o f t h e c o r i f e r e n c e c o n v e n o r s ; a n d t h e a u t h o r s o f t h e
p a p e r s f o r t h e i r p a t i e n c e a n d c o o p e r a t i o n d u r i n g t h e e d i t i n g
p r o c e s s .
T h e c a m e r a - r e a d y p a g e s w e r e a s s e m b l e d b y P e n n y K i s b y ( I A H S P r e s s ,
W a l l i n g f o r d , U K ) u s i n g f i l e s o f t h e e d i t e d p a p e r s p r o v i d e d b y t h e E d i t o r .
P r i n t e d i n T h e N e t h e r l a n d s b y K r i p s R e p r o M e p p e l .
•


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