Bilans annuels

Le Tableau 6.2 présente les termes annuels de précipitation, d’écoulement, de déficit d’écoulement, de coefficient d’écoulement et de part du débit de base (BFI) pour l’ensemble des bassins donneurs issus de l’instrumentation déployée et des données historiques.

Les bassins donneurs étudiés sont généralement caractérisés par une seule année hydrologique définie par une lame d’eau annuelle précipitée (P). Les valeurs de P varient entre 1640 mm et 1930 mm et sont donc plutôt homogènes entre bassins. L’analyse des précipitations historiques sur la région de Yaoundé (Chap.3-Sect.4.1) permet de faire le constat que la base de données des bassins donneurs ne présente pas de conditions pluviométriques sèches mais généralement des conditions pluviométriques moyennes à humides.

Au contraire des précipitations annuelles (P), une première analyse des débits annuels des bassins donneurs permet de noter une disparité importante des lames d’eau écoulées, variant de 392 mm (DH4) à 1340 mm (DI5). Les observations de précipitations annuelles sont homogènes mais les débits annuels sont très contrastés, impliquant une forte variabilité des coefficients d’écoulement annuels (r), variant entre 0.22 (DH4) et 0.77 (DI5), et du déficit d’écoulement (D), variant entre 400 mm (DH3) et 1400 mm (DH4).

149 Tableau 6.2. Résumé des superficies, indices d’ODS (CLC présenté en Chap.5-Sect..2.4.1) et termes du bilan (Précipitation annuelle P, écoulements annuels R, déficits annuels D, et coefficients d’écoulements r). *Les données du bassin de l’Anga’a (DI6) couvrent uniquement la période septembre à décembre 2017. A titre de comparaison, la valeur de r est également présentée pour le bassin DI2 pour cette même période, les deux bassins étant caractérisés par des pourcentages de zone urbaine (URB) similaires.

ID Nom bassin ^Surface

[km²] ^{Periode CLC} P [mm] R [mm] D [mm] ^r DH1 Mfoundi amont 40 1970-71 0.20 1930 772 1158 0.40 DH2 Mfoundi amont 40 1971-72 0.20 1640 540 1100 0.33 DH3 Mfoundi amont 40 2006-07 1.00 1740 1340 400 0.77 DH4 Etoa 235 1968-69 0.00 1790 392 1398 0.22 DH5 Camwater 70 1968-69 0.00 1810 456 1354 0.25 DH6 Ottomo-S3 24 1974-77 0.00 1645 393 1252 0.24 DI1 Camwater 70 ^2017-18 0.00 1650 100 - 0.06 DI2 Nkomassi 47 ^2017-18 0.60 1715 915 800 0.54 (0.53*) DI3 Canabois 120 ^2017-18 0.60 1655 863 792 0.47 DI4 Cana-Nkom 73 ^2017-18 0.40 1620 712 908 0.44 DI5 Ecopark 21 ^2017-18 1.00 1655 1250 405 0.76 DI6 Anga’a^* 54 ^2017-18 0.60 575* 230* - 0.40* DI8 Nsimalen 351 ^2017-18 0.60 1595 640 955 0.40 3.1.1 Impact de l’ODS

La variabilité des coefficients d’écoulement annuel est en lien étroit avec les caractéristiques d’ODS exprimées par les valeurs de CLC présentées en Tableau 6.2 (la construction de l’indice CLC est présentée en Chap.5-Sect.2.4.1). Les bassins non impactés par l’urbanisation (CLC = 0) sont caractérisés par des valeurs de coefficients d’écoulement situés entre 0.22 et 0.25 (DH4, DH5, DH6) alors que des bassins très urbanisés (CLC = 1) sont caractérisés par des coefficients d’écoulement supérieurs à 0.75 (DH3 et DI5). Les bassins aux caractéristiques d’urbanisation intermédiaires (CLC = 0.2 à 0.6) présentent des coefficients d’écoulement intermédiaires (entre 0.33 et 0.54). On note donc que pour des donneurs aux états d’urbanisation extrêmes (CLC = 0 et CLC = 1), des différences de coefficients d’écoulement de l’ordre de Dr = 0.50. Ces relations entre coefficients d’écoulement annuel et état d’urbanisation aboutiront aux éléments clefs du modèle annuel développé.

3.1.2 Impact des types de sols et de la topographie

Le bassin DI6 ne présente que trois mois de données (septembre à décembre) mais présente des caractéristiques pédologiques et topographiques particulières justifiant l’analyse de son comportement hydrologique sur ces trois mois disponibles. Tout comme le bassin donneur DI2, le bassin DI6 est caractérisé par un indice CLC de 0.6. Ces deux bassins versants sont donc plutôt urbanisés mais toujours en pleine mutation, avec des pourcentages de zones urbaines de 36 % (DI2) et 40 % (DI6). Ces bassins présentent cependant des coefficients d’écoulement significativement contrastés sur la période de disponibilité commune (0.40 pour DI6 contre 0.53 pour DI2). Les différences de débits observées sont assez nettes pour les trois mois disponibles

150 avec par exemple une lame d’eau de plus de 160 mm enregistrée pour DI2 en octobre 2016 contre 95 mm pour DI6. Ces valeurs contrastées de coefficients d’écoulement pourraient être

expliquées par le fait que ces deux bassins présentent les valeurs extrêmes des caractéristiques pédologiques et topographiques de l’ensemble des bassins donneurs. Le bassin DI6 est situé au sud du bassin de la Méfou et présente d’importantes zones de bas-fonds avec des faibles pentes (IP = 6.7 %) et une forte proportion de sols hydromorphiques (HS = 24 %). Au contraire, le bassin DI2 est localisé dans la partie nord du bassin de la Méfou et présente un relief plus accidenté (IP = 13.6 %) avec des proportions de sols hydromorphiques beaucoup plus faibles

(HS = 3 %).

3.1.3 Impact des précipitations

Parmi les bassins donneurs, les bassins DH1 et DH2 sont caractérisés par le même bassin physique (Mfoundi amont) et les mêmes caractéristiques d’ODS puisqu’il s’agit de deux années hydrologiques consécutives (CLC = 0.2). Ces deux bassins présentent cependant des précipitations annuelles contrastées avec une précipitation annuelle de 1930 mm pour DH1 (année très humide) et de 1640 mm pour DH2 (année à pluviosité moyenne). Les coefficients d’écoulement annuels associés à ces deux bassins sont de 0.40 pour DH1 et de 0.33 pour DH2. Il

semble donc que la hauteur d’eau précipitée annuelle influence le coefficient d’écoulement annuel même si nous ne disposons pas de suffisamment de données pour confirmer cette hypothèse. On peut cependant étudier la relation entre la précipitation et le coefficient d’écoulement annuel pour les données des stations historiques de Nsimalen (1964-1984) et d’Etoa (1967-1983) caractérisées par des modifications d’ODS limitées. La Figure 6.10 met en avant l’impact des valeurs de précipitations sur les coefficients d’écoulement annuel pour le bassin du Mfoundi amont (DH1 et DH2), de la Méfou à Nsimalen et de la Méfou à Etoa.

Figure 6.10. Relation entre le coefficient d’écoulement annuel et les précipitations annuelles pour trois bassins

(Mfoundi amont, Méfou à Nsimalen et Méfou à Etoa) pour la période précédant 1985 avec un impact limité de l’urbanisation.

151 L’augmentation du coefficient d’écoulement avec la précipitation annuelle est relativement nette malgré la dispersion importante autour des droites de régression (pouvant être due aux incertitudes liées aux valeurs de précipitations et/ou de débits). La lame d’eau précipitée à l’échelle annuelle semble donc contrôler en partie le coefficient d’écoulement annuel. On note cependant que les différences de coefficients d’écoulement annuel pour des précipitations annuelles extrêmes sont de l’ordre de Dr = 0.15 contre Dr = 0.50 pour des états d’urbanisation extrêmes à précipitations annuelles constantes. La composante de précipitation semble donc être un facteur secondaire comparativement à l’ODS avec néanmoins un impact sur la relation pluie-débit annuelle.

3.1.4 Variabilité de déficits d’écoulement

Les déficits d’écoulement, que l’on peut majoritairement attribuer à l’évapotranspiration réelle sont donc bien plus faibles pour les bassins urbanisés. Le fort recul des zones végétalisées limiterait de façon importante l’évapotranspiration réelle sur ces sous-bassins étudiés, avec pour les deux bassins très urbanisés des déficits annuels de l’ordre de 400 mm contre plus de 1400 mm pour les bassins naturels (valeur proche de PET).

Une analyse des termes du bilan par le modèle de Budyko (1974), considérant le déficit d’écoulement comme la valeur de l’évapotranspiration réelle permet de mettre en avant des comportements très variés des bassins donneurs aux caractéristiques d’ODS différentes (Figure

6.11). La composante AET/P est de l’ordre de 0.80 pour les bassins versants classés comme

naturels, ceux-ci sont situés sur la ligne d’énergie limite alors que les bassins très urbanisés sont caractérisés par des valeurs AET/P de l’ordre de 0.20. Ce déplacement vertical très net sur le diagramme de Budyko est caractéristique d’un impact des activités anthropiques sur les composantes du bilan hydrologique (Dey et Mishra, 2017).

Figure 6.11. Modèle de Budyko appliqué au basin de la Méfou pour l’ensemble des bassins donneurs caractérisés

par des classes ODS variées. (PET: évapotranspiration potentielle; P: précipitation annuelle; AET: évapotranspiration réelle; avec l’hypothèse d’une variation de stock nulle).

152