ARTICLE
Auteur(s) : Abderrahmane
Nekkache Ghenim1, Abdessalem
Megnounif1, Abdelali Seddini1, Abdelali
Terfous2
1Université Aboubekr Belkaid Faculté de technologie
Département d'hydraulique BP 230 Tlemcen 13000 Algérie
2Institut national des sciences appliquées
de Strasbourg 24, boulevard de la victoire67084Strasbourg
France
Très affectée par les modifications du climat qui touchent
plusieurs régions dans le monde depuis déjà plusieurs décennies
[1-5], l'Algérie dont les ressources hydriques sont limitées
connaît une sécheresse hydro-pluviométrique sans cesse
grandissante. Du fait du caractère aride à semi-aride du climat,
ces ressources en eau sont dépendantes de la pluviométrie. En
étudiant les données de 120 postes pluviométriques du nord de
l'Algérie, Laborde [6] a mis en évidence quatre phases
pluviométriques, dont une longue phase sèche qui s'est affirmée dès
la décennie 1970. Le déficit pluviométrique enregistré est
plus accentué à l'ouest du pays [7-9]. Aït Mouhoub l'estime à 30 %
à l'est et à plus de 50 % au centre et à l'ouest [7]. Quant à Meddi
et Meddi, ils l'évaluent à 20 % dans le Centre et à plus de 36 %
dans le Nord-Ouest [8]. Le manque en pluviométrie a engendré
une réduction dramatique dans les écoulements de surface. Meddi et
Hubert estiment cette réduction à près de 55 % pour les bassins du
Centre, entre 37 et 44 % pour la région est du pays alors
qu'elle oscille de 61 à 71 % pour les bassins de l'Extrême
Ouest [9]. Cette dernière fourchette est confirmée par Ghenim
et al. pour les écoulements drainés par le bassin-versant du
Meffrouche [10].
Afin d'illustrer ces mécanismes complexes d'occurrence des
précipitations et d'apprécier la réponse fluviale des cours d'eau
aux événements pluvieux dans une région du nord ouest de l'Algérie,
on s'est intéressé à l'étude de ces phénomènes dans la partie du
bassin-versant de la Tafna drainée par le barrage Béni Bahdel.
Ce dernier est en service à l'aval des stations d'études
depuis 1944.
Données et méthode
Région d'étude
Appartenant au bassin-versant de la Tafna d'une superficie de
7 245 km2, la partie régularisée par le
barrage Béni Bahdel s'étend sur 1 016 km2.
Elle est occupée principalement par des montagnes dont les sommets
culminent à 1 465 m d'altitude (monts de Tlemcen). Elle
se caractérise par un relief abrupt où 49 % de son étendue accuse
une pente supérieure à 25 %. Le bassin est sensiblement étiré
latéralement, générant des crues très brusques avec un temps de
montée très court [11, 12]. Sa lithologie dominée par des terrains
calcaires essentiellement karstiques, comporte aussi des sols
alluvionnaires au niveau de la cuvette de Sebdou d'où émergent de
nombreuses sources, et des croûtes marno-gréseuses et
calcairo-gréseuses sur les hauteurs des monts de Tlemcen [13].
D'une capacité de stockage de 63 millions de mètres cubes,
le barrage Béni Bahdel est situé au confluent des oueds Sebdou et
Khemis (qui forment l'oued Tafna), à 28 km au sud-ouest de la
ville de Tlemcen (figure 1).
Collecte des données
L'étude se base sur les données de mesures collectées par les
services de l'Agence nationale des ressources hydrauliques (ANRH)
durant 66 années hydrologiques allant de septembre 1939 à
août 2005. Ces données sont relatives à la série des
précipitations mensuelles relevées à la station climatique de
coordonnées (X = 01° 29’ 48” ; Y =
34° 42’ 33” ; Z = 660 m), et des débits annuels
mesurés à la station hydrométrique de coordonnées (X =
01° 27’ 41” ; Y = 34° 41’ 41” ; Z =
669 m). Les deux stations sont situées à l'exutoire du
bassin-versant.
Les débits sont calculés à l'aide d'une courbe de tarage
(régulièrement contrôlée et actualisée). Les hauteurs d'eau
sont enregistrées de façon continue au moyen d'un limnigraphe à
flotteur. Elles sont aussi lues ponctuellement dans le temps sur
une échelle limnimétrique. La cadence de lecture des hauteurs
varie selon l'ampleur de l'événement. En période de crue, ces
lectures se font à des intervalles de temps d'une heure voire même
de 30 minutes en fonction de la vitesse de l'augmentation des
débits. En période d'écoulement normal ou en période d'étiage, on
se contente d'une lecture un jour sur deux, effectuée généralement
à midi.
Méthode d'étude
L'apport liquide (transformé en lame d'eau écoulée) acheminé vers
l'exutoire du bassin-versant est calculé en supposant une variation
linéaire des débits entre les instants de mesure des hauteurs.
L'appréciation des variations interannuelles des précipitations
et des lames d'eau écoulées est faite au moyen d'un test
d'homogénéité fondé sur les variations des cumuls partiels
(SKP) des cumuls des valeurs centrées réduites des
apports et des précipitations.
où :
Pi représente les valeurs des précipitations
interannuelles, , la moyenne interannuelle, sp, l'écart
type et K, le nombre des années d'observation. Pour les lames d'eau
écoulées, ces notations sont respectivement SKL,
Li, et sL.
Pour conforter les résultats d'une analyse subjective du
graphique, on utilise la procédure de segmentation proposée par
Hubert et al. [14-16]. Elle permet de déterminer si une série
est ou non homogène (stationnaire), et si elle ne l'est pas, la
découpe en autant de sous-séries homogènes que nécessaire. Pour un
ordre donné, la segmentation retenue est celle qui minimise l'écart
quadratique entre la moyenne du segment et celle de la série.
Pour retracer les fluctuations hydropluviométriques, on calcule
pour la période 1939-1940 à 2004-2005, les variations
interannuelles des précipitations Pi et des lames d'eau
écoulées Li, centrées et réduites par rapport à leurs
moyennes interannuelles respectives comme suit :
et
Enfin, le taux d'évaporation annuel est défini comme le rapport
de la différence entre lames d'eau précipitée et écoulée, à la lame
précipitée :
Résultats et discussion
Durant la période d'étude (1939-1940 à 2004-2005), le
bassin-versant de la Tafna à Béni Bahdel enregistre un déficit
pluviométrique conjugué à une baisse en apport en eau. L'ampleur de
la baisse des apports hydropluviométriques est observée sur la
figure 2.
La droite de régression entre les précipitations et le temps
indique une baisse moyenne de la pluviométrie de 2,6 mm/an.
Cette valeur représente une baisse annuelle de 0,5 % par rapport à
la moyenne interannuelle (469 mm). Quant aux lames d'eau
écoulées, le déficit est nettement plus important que celui des
apports pluviométriques. Il est estimé à 0,95 mm, soit
1,8 % par rapport à la moyenne interannuelle évaluée à
52,56 mm.
L'évolution des variables SKP et SKL
(figure 3)
permet d'identifier deux périodes sèches et une période humide.
Les milieux des années 1940 et 1970, marquent un
changement dans la tendance des apports pluviométriques et des
lames d'eau écoulées. La période humide correspond à la courbe
croissante (zone II, figure 3) alors que
les courbes décroissantes représentent la période sèche (zones I et
III, figure 3).
Sur le graphe de la figure 3,
l'année 1943-1944 marque le début de la période humide
pour les précipitations, alors que l'accroissement des apports
hydriques n'est observé que trois ans après. L'année hydrologique
1973-1974 marque la fin de la période humide et le début d'une
période sèche. Au cours de la période humide, le coefficient
angulaire de la régression linéaire des variations de la série
SKP en fonction du temps à l'échelle annuelle est estimé
à +0,47. Pour la période sèche, ce coefficient vaut - 0,74.
La valeur fortement négative indique la sévérité de la
sécheresse qui règne sur larégion, confirmant ainsi la tendance
globale à la baisse observée à travers lafigure 2.
La procédure de segmentation appliquée à la série des
précipitations annuelles donne le même résultat à l'ordre
3 que le test des cumuls partiels ; néanmoins la séquence de
4 ans (1939-1940 à 1943-1944) est jugée trop courte pour être
représentative. Une segmentation d'ordre 2 est alors adoptée
(figure 4).
Elle met en évidence deux séquences, l'une humide s'étalant entre
1939-1940 et 1974-1975 avec une moyenne de 535 mm et l'autre
sèche, comprise entre 1975-1976 et 2004-2005 où la moyenne est de
389 mm, soit 27 % de moins que pendant la séquence humide.
Pour les lames d'eau écoulées, la segmentation donne des résultats
légèrement différents de ceux de la méthode des cumuls partiels.
Une segmentation jusqu'à l'ordre 4 est possible, sauf que les
séquences sont trop courtes pour être considérées. On opte pour la
segmentation d'ordre 2 (figure 4) qui définit
une séquence humide entre 1939-1940 et 1979-1980 avec une lame
d'eau moyenne de 70,0 mm [9] et une séquence sèche durant la
période qui l'a suivie où l'on enregistre 21,7 mm de lame
d'eau, soit 69 % de diminution par rapport à la séquence
humide.
De ce qui précède, on estime que les deux séries (précipitations
et débits) ont le même comportement. La cassure illustrée dans
la figure 4
ne peut être considérée comme une rupture instantanée, elle
représente plutôt une modification de régime à la fin des années
1970. Ce genre de cassure peut apparaître plusieurs fois dans
une même série sans que cela signifie une rupture définitive
[17-19].
Par ailleurs, l'utilisation du test statistique non paramétré de
Wilcoxon-Mann-Whitney [20] appuyée par la procédure de segmentation
(figure 4)
montre que l'écart dans les apports pluviométriques entre les
périodes sèche et humide est très important. Néanmoins, la taille
de la série (66 ans) ainsi que la représentativité
insuffisante d'une seule station pluviométrique, ne permet pas
d'attribuer cette rupture aux seules fluctuations du climat ou à un
changement global de celui-ci [21, 22].
Comme démontré dans de nombreux travaux [23-25], la sécheresse
favorise le ruissellement superficiel au détriment des
infiltrations vers les nappes phréatiques. Des ruissellements
superficiels importants peuvent se produire sans que pour autant le
sous-sol retienne de l'eau. Ainsi, la relation liant les lames
d'eau aux précipitations à l'échelle annuelle, révèle que
l'aptitude à l'écoulement exprimée par le coefficient angulaire de
la droite de régression est plus importante en période sèche qu'en
période humide (figure 5).
Le changement de comportement hydrologique observé entre les
deux périodes, n'est probablement pas dû aux prélèvements d'origine
anthropique. En effet, le taux d'évapotranspiration moyen pour les
2 périodes (figure 6) est de même
ordre (0,98 pour la période humide et 0,77 pour la période sèche).
Ces valeurs confirment le résultat de la figure 5.
Les caractéristiques climatiques (pluies agressives) et la
configuration du bassin-versant (pente supérieure à 25 % sur 49 %
de la superficie, sévérité de la pente des profils fluviaux,
couvert végétal discontinu et présence de formations bien
karstifiées) justifient la rapidité des écoulements et les
irrégularités des apports en eau. En effet, pour la période allant
de 1939-1940 à 2004-2005, la lame d'eau moyenne annuelle estimée à
52,5 mm correspond à la hauteur interannuelle moyenne des
précipitations de 469 mm. Le coefficient d'écoulement
interannuel moyen est alors de l'ordre de 11 %. Par ailleurs, on
relève que les lames d'eau écoulées annuelles sont très
contrastées. Elles varient entre 5,8 et 175,6 mm, ce qui
correspond à des apports annuels en eau estimés à 5,9 et
178,4 millions de m3 respectivement
en 1996-1997 et 1973-1974. Au cours de ces années, la
pluviométrie annuelle respective relevée est de 342 et
729 mm.
Par ailleurs, le fonctionnement hydrologique du bassin-versant
de la Tafna à Béni Bahdel est complexe [26, 27]. Les lames
d'eau écoulées dépendent essentiellement de l'intensité des
précipitations et des réserves en eau dans le sol. L'amplitude
relative de leur variation interannuelle est nettement plus
importante que celle des précipitations (figure 7).
La capacité d'infiltration à travers les failles et
microfissures ainsi que la présence de formations karstiques bien
développées provoquent des transferts d'eau vers et à partir des
réservoirs souterrains et induisent une certaine compensation dans
les régimes d'écoulement. Durant la période sèche survenue après
1974-1975, le niveau des nappes aquifères s'est nettement abaissé,
d'où la rétention des eaux par ces dernières. Par ailleurs, durant
la période humide de 1943-1944 à 1974-1975, les réserves
souterraines sont suffisamment importantes et induisent une
certaine compensation dans les régimes d'écoulement. À la
fin de la longue période excédentaire (zone II, figure 3), la
succession des années humides fait que les écoulements sont les
plus importants enregistrés durant la période d'étude.
Conclusion
Les fluctuations interannuelles des précipitations et des débits
liquides durant la période 1939-1940 à 2004-2005 enregistrées au
niveau du bassin-versant de la Tafna à Béni Bahdel ont permis de
mettre en évidence deux périodes principales : une période humide
entre 1943-1944 et 1974-1975 et une autre sèche entre 1975-1976 et
2004-2005. La décroissance pluviométrique débutée
en 1975-1976 et mise en évidence par le test d'homogénéité
fondé sur les variations des cumuls partiels et par la segmentation
de Hubert, a induit une modification du régime hydrologique dès la
fin des années 1970 (1975-1976 pour le test des cumuls partiels et
1979-1980 pour la segmentation). Pendant cette période sèche où
l'on enregistre 27 % de diminution de la pluviosité par rapport à
la période humide, on assiste à une diminution de l'écoulement de
69 %. Cet écoulement se produit dans un espace temporel très réduit
et provient souvent d'orages violents donnant naissance à des crues
brèves et intenses.
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