L'Afrique de l'Ouest connaît une saison sèche de décembre à mars et une saison humide de juillet à septembre. D'autres territoires proches de la ceinture tropicale tels que le continent asiatique, le nord de l'Australie ainsi que l'Amazonie possèdent également une saison humide dite saison de mousson. Ces régions sont caractérisées par une forte variation annuelle de la position de la zone des pluies. Ce terme de mousson ne désigne pas seulement une période de fortes précipitations durant les mois d'été boréal. Défini dans les années 1970 par Ramage (1971), il s'apparente à un système où (i) les vents de basses couches changent de direction d'au moins 120° entre janvier et juillet, (ii) la fréquence moyenne d'occurrence de chaque régime de vent est supérieur à 40 % en janvier et juillet, (iii) le vent moyen est supérieur à 3 m.s-1 pendant au moins un mois. Ces deux saisons sont séparées par deux autres saisons dites de transition : l'une d'avril à juin et l'autre de septembre à novembre. La période
de transition printanière débute dès les premiers jours du mois de mai et est dénommée "pré- onset". Le passage à la saison humide s'appelle "onset" ou "saut de mousson" et survient typiquement entre fin juin et début juillet (Sultan and Janicot 2003).
En Afrique de l'Ouest, la mousson doit son origine à un fort couplage entre l'océan, l'atmosphère et le continent (Giannini et al. 2003). Dès le printemps, les rayons du soleil commencent à réchauffer le continent africain. Un fort gradient thermique, à l'origine de la dynamique de la mousson, entre océan et continent est alors notable à ce moment là de l'année du fait des fortes capacités calorifiques de l'océan comparées aux surfaces continentales. L'air commence donc à se réchauffer et à se charger en humidité par augmentation des flux de chaleur latente et sensible au-dessus de l'océan. Ce gradient méridien de température va renforcer le flux de mousson (cf. section 3.3.1). Durant l'été boréal, cet air très humide va alors arriver sur le continent provoquant au Sahel l'apparition de systèmes orageux.
Les pluies de mousson présentent une forte variabilité intra-saisonnière et inter- annuelle. En effet, la saison de mousson comporte une alternance plus ou moins longue de périodes sèches dite "dry spell" et de périodes humides. Suivant les années, les pluies de mousson peuvent être faibles comme cela a été le cas entre les années 1970 et 1990 dans la région du Sahel. Le réchauffement des eaux de l'Atlantique (Lamb and Peppler 1992), plutôt que la modification des surfaces continentales (Charney 1975), serait la cause principale de ce déficit pluviométrique (Giannini et al. 2003). Les populations africaines ont besoin de ces pluies pour l'agriculture et sont donc vulnérables à de grandes périodes de sécheresse ou à des événements trop violents dévastant les récoltes.
Les zones de pluies de mousson sont caractérisées par une bande zonale d'environ 500 km de large que l’on appelle la Zone de Convergence Inter-Tropicale (ZCIT). Elle se caractérise par de basses pressions et de fortes humidités (repérable avec un maximum de température potentielle équivalente). Elle se situe entre 400 et 500 km au sud du FIT (décrit dans la section suivante) ; sa position latitudinale, illustrée sur la figure 3.3, varie donc en fonction de celui-ci au cours de l'année. Au printemps, au niveau de l’Afrique de l’Ouest, la ZCIT arrive sur le continent et le flux de mousson advecte de l'air humide depuis l'océan vers les terres. Lorsque la ZCIT se positionne sur le continent (en mai - 5°N), cela annonce l'arrivée de la saison humide et donc des pluies sur le Sahel. Durant l'été boréal (juillet-août), elle se positionne au-dessus du continent africain vers 10-12°N c'est-à-dire là où l'énergie est maximale pour former la convection (CAPE - Convection Available Potential Energy). Durant l'hiver boréal, elle se positionne au-dessus de l'Océan Atlantique proche de l’Équateur.
La ZCIT est constituée de nuages convectifs épais de méso-échelle (Mesoscale Convective System, MCS). Ces MCS sont des groupements de cumulonimbus reliés entre eux par une partie stratiforme. Ils ont une durée de vie de 12 à 36h ; toutefois il existe des systèmes convectifs qui ont des durées de vie plus courtes. Ils sont parfois organisés en lignes pouvant atteindre 1000 km de long et des centaines de km de large, que l'on appelle lignes de grains. On les observe principalement sur la région du Sahel se déplaçant d'Est en Ouest. Ces structures sont souvent associées aux Ondes d'Est Africaines. La majorité des pluies dans cette région est due à ces lignes de grains localisées dans la ZCIT (D’Amato and Lebel 1998; Le Barbé et al. 2002; Mathon et al. 2002). Les MCS donnent parfois naissance à des cyclones une fois sur l'Atlantique et les Caraïbes (Avila and Pasch 1992; Thorncroft and Hodges 2001). La ZCIT peut se détecter grâce au flux infra-rouge émis vers l'espace par le sommet des nuages (Outgoing Longwave Radiation ou OLR). Plus la couverture nuageuse est profonde, plus la température d'émission des nuages sera faible ainsi que la valeur de l'OLR. La ZCIT est déterminée par des valeurs inférieures à 240 W.m-2.
Hors de la période de la mousson, en Afrique de l'Ouest, des Plumes Tropicales qui sont des perturbations occasionnelles s'observent au nord principalement durant l'automne, l'hiver et le printemps. Ces Plumes Tropicales, associées au Jet d'Ouest Subtropical (JOS) (Communication personnelle, Florent Beucher, 2017), sont des bandes de plus de 2000 km majoritairement diagonales orientées suivant l'axe sud-ouest nord-est (McGuirk et al. 1987; Knippertz 2005) (cf. Fig. 3.4). Elles sont associées à des dépressions de hautes troposphères provenant des basses latitudes. Elles durent généralement plus de trois heures (Fröhlich et al. 2013). Constituées de nuages hauts et moyens, ces bandes génèrent des précipitations (Knippertz 2005; Fink and Knippertz 2003). En raison de leurs larges extensions, les Plumes Tropicales impactent le bilan énergétique dans cette région (Fröhlich et al. 2013; Knippertz and Fink 2009).
Figure 3.4: Tropical Plume au Nord-Ouest de l'Afrique observé le 31 mars 2002 à 0000 UTC à partir d'une image infra-rouge Meteosat. Les lignes de courant et les isobares du niveau isentropique 345 K (contours en pointillé à 40, 50, 60 et 70 m.s-1) sont représentés à partir de
l'analyse de ECMWF TOGA. Le niveau 345 K est proche de 200 hPa dans les Tropiques. (Knippertz 2007)
Figure 3.3: Diagramme temps-latitude du cycle annuel de la ZCIT en Afrique. Le cycle annuel a été calculé sur les données de fortes réflectivités de nuages. La courbe blanche correspond à la moyenne mensuelle de la position de la ZCIT (Waliser and Gautier 1993)