Caractéristiques hydrologiques

La station principale contrôlant le débit de la Méfou dans la région de Yaoundé est la station de Nsimalen (H1). Cette station draine 421 km², dont 70 km² contrôlés par le barrage Mopfou construit en 1969 (capacité de 5 Mm3) et permettant d’approvisionner une part de l’alimentation en eau potable de la ville de Yaoundé (50 000 m³.j^-1). Cette station a été suivie au pas de temps journalier depuis 1963 avec des lacunes très importantes dans les observations, et notamment une période de lacunes entre 1988 et 2004. La station Etoa (H3) est la seconde station historique du bassin versant, elle n’a été opérationnelle qu’entre 1966 et 1983 avec de nombreuses lacunes. D’autres stations ont été installées pour des projets de courtes durées (Nguemou, 2008; SNEC, 1968; Srang, 1972 ; Apouamoun Yiagnigni, 2006 ; Ngoumdoum, 2013). Parmi ces différentes études, seuls les travaux réalisés par Srang (1972) ont consisté en un suivi à pas de temps fin (horaire) des précipitations et des débits. Srang (1972) a étudié le bassin amont du Mfoundi (40 km²) sur la période 1969-1971, la ville de Yaoundé comptait alors moins de 300 000 habitants (Franqueville, 1979) et était très peu étendue.

Dans cette section, nous allons principalement nous focaliser sur l’analyse des données hydrométriques issues de la station de Nsimalen (H1), dont l’entretien et la collecte des données sont assurés par le Centre de Recherche en Hydrologie (CRH) basé à Yaoundé. Nous caractérisons les régimes hydrologiques de la Méfou à Nsimalen pour différentes échelles temporelles et quantifions les variabilités interannuelles.

4.2.1 Débits annuels

Les données à disposition nous permettent d’analyser 28 années d’observation de lame d’eau écoulée à l’échelle annuelle sur la période 1964-2014 (Figure 3.20). La moyenne annuelle d’écoulement sur l’ensemble du jeu de données est de 530 mm avec un écart type de 161 mm. Le module maximal annuel de 850 mm a été observé pour l’année 2008-2009, et le module minimal de 279 mm pour l’année 1983-1984. L’indice hydrologique (Equation 3.2) a été calculé sur la période disponible et est représenté en Figure 3.21. Ces deux figures permettent de mettre en évidence une augmentation de l’écoulement pour les années récentes (2005-2014) comparativement aux premières années de relevés (1964-1980). On note également des écoulements très importants pour les années 1984-1985 et 1985-1986, il s’agit

d’années particulièrement pluvieuses. Sur la Figure 3.20, nous avons représenté la moyenne d’écoulement annuel pour une période historique couvrant 1964 à 1980 (pointillés rouges), une période récente couvrant 2005 à 2014 (pointillés bleus) ainsi que l’ensemble de la période disponible (pointillés noirs). La moyenne d’écoulement annuelle est 674 mm pour la période récente contre 435 mm pour la période historique, soit une différence de + 54 % par rapport à la valeur moyenne de la période historique. Les indices hydrologiques sont négatifs jusqu’en 1984 (exceptant les années 1966 et 1970) puis systématiquement positifs après 1984, confirmant ainsi les changements importants à l’échelle des écoulements annuels.

Figure 3.20. Lame d’eau écoulée annuelle à la station

Nsimalen (H1) pour les données disponibles entre 1964 et 2014.

Figure 3.21. Indice hydrologique calculé à la station

Nsimalen (H1) pour les données disponibles entre 1964 et 2014.

4.2.2 Débits mensuels

Un hydrogramme mensuel est calculé à partir des données disponibles pour la station H1. Les débits mensuels moyens (Figure 3.22) varient de 20 mm pour le mois de février à 83.5 mm pour le mois d’octobre. On retrouve les quatre saisons déjà définies par l’analyse des précipitations.

Figure 3.22. Hydrogramme mensuel et écart-type calculés à partir des données disponibles à la station H1 sur la période 1964-2014.

Une analyse des coefficients de Pardé, caractérisant le cycle hydrologique à l’échelle mensuelle (Equation 3.4) permet d’apprécier les variabilités saisonnières et d’observer des tendances à longs termes (Figure 3.23). Plus le coefficient de Pardé est grand, plus le mois correspondant à ce coefficient de Pardé a un poids important dans l’écoulement annuel.

Jk₀ =%/₀~ /. (3.4)

avec : /₀, le débit du mois considéré ; /., le module annuel ; PKi , le coefficient de Pardé pour le mois i.

Figure 3.23. Evolution des coefficients de Pardé calculés sur les débits mensuels enregistrés à la station H1.

Les mois de la première saison humide semblent connaître une augmentation de la valeur du coefficient de Pardé (du vert foncé vers le bleu-gris), alors que la seconde saison humide tend à connaître une diminution des coefficients de Pardé (du bleu ciel vers le bleu-gris). Pour ce qui est des saisons sèches, la première saison sèche tend à avoir un poids plus important (du vert au vert foncé) alors que la seconde saison sèche semble avoir un poids moindre (du vert au vert clair). En plus de changements importants à l’échelle annuelle, il semble y avoir des modifications dans le cycle intra-annuel des débits. La construction du barrage en 1970 et les interventions s’y effectuant peuvent en être la cause. Les changements observés au niveau de la répartition des précipitations sur l’année peuvent également expliquer en partie ces changements. Une analyse des cycles saisonniers permettra d’approfondir la quantification de ces changements

4.2.3 Variabilité interannuelle du cycle hydrologique saisonnier

Le cycle saisonnier moyen d’écoulement est illustré sur la Figure 3.24 à partir des données sur la période 1964-2014. On note deux maximums annuels correspondant aux deux saisons des pluies, ayant lieu en moyenne le 30 mai et le 27 octobre et correspondant respectivement à des débits moyens journaliers de 10.8 et 14.8 m³.s^-1 soit un maximum journalier pour la deuxième saison humide 37% plus important que pour la première saison humide. Pour les deux saisons sèches on observe deux minimums annuels, ayant lieu en moyenne le 5 août et le 4 février, correspondant respectivement à des débits journaliers de 4.30 et 3.40 m³.s^-1. Les

quantiles 10 % et 90 % (représentés respectivement en pointillés verts) mettent en évidence une très forte variabilité interannuelle des écoulements sur l’ensemble de l’année, d’une valeur moyenne de 8.2 m3.s-1 sur l’année.

La Figure 3.25 représente les débits classés pour les débits moyens et les quantiles 10 % et 90 %. Cette courbe de débits classés permet notamment de calculer entre autres les valeurs de débits caractéristiques de crues (DCC) et débits caractéristiques d’étiage (DCE). Pour l’ensemble de la période d’étude le DCC est de 14.2 m3.s-1 et le DCE de 3.64 m3.s-1.

Figure 3.24. Moyenne et quantiles 10 % et 90 % de la

distribution des débits journaliers sur la période 1964-2013 à la station Nsimalen.

Figure 3.25. Courbes de débits classés journaliers

moyens, quantiles 10 % et 90 % sur la période 1964-2013 à la station Nsimalen.

4.2.4 Débits journaliers maximums et minimims

L’analyse des débits journaliers maximums et minimums sur les 28 années disponibles permet la réalisation d’une analyse fréquentielle par ajustement d’une distribution de Gumbel, loi d’ajustement couramment utilisée pour l’analyse des débits maximums (Figure 3.26,

Tableau 3.6), et minimums annuels (Figure 3.27, Tableau 3.7).

Figure 3.26. Ajustement d’une loi de Gumbel pour l’analyse de fréquence des débits journaliers maximums et

Tableau 3.6. Valeurs des débits de crues journalières correspondant à des périodes de retour 10, 20, 50 et 100 ans. Période de Retour Q [m3.s-1] T = 10 ans 24.2 T = 20 ans 25.9 T = 50 ans 28.5 T = 100 ans 29.8

Figure 3.27. Ajustement d’une loi de Gumbel pour l’analyse de fréquence des débits minimums journaliers à la

station Nsimalen (H1).

Tableau 3.7. Valeurs des débits de basses eaux correspondant à des périodes de retours 10, 20, 50 et 100 ans.

Période de retour Q [m3.s-1] T = 10 ans 1.27 T = 20 ans 1.08 T = 50 ans 0.88 T = 100 ans 0.77

Ces ajustements aboutissent respectivement à des débits maximums journaliers de près de 30 m³.s^-1 et débits minimums journaliers de 0.77 m³.s^-1 pour des périodes de retour T=100 ans. Il s’agit toutefois de prendre avec grande précaution ces résultats d’analyse fréquentielle puisqu’il a été démontré que les débits ont subi des changements importants depuis le début des relevés hydrologiques, du fait des aménagements et des changements d’ODS.