Le paradoxe sahélien, des causes incertaines

1. Définition du paradoxe hydrologique

Les réponses hydrologiques induites par le déficit pluviométrique des dernières décennies, se traduisent par des effets contrastés suivant la zone considérée. Si dans la zone soudano-Guinéenne, une baisse des écoulements de surface a été observée, la zone Sahélienne, paradoxalement, a connu une augmentation du ruissellement de surface durant la même période. Cette situation paradoxale, pouvant se résumer par "moins de pluie mais plus d’eau en surface", a été pour la première fois mise en évidence par Albergel (1987) sur un bassin au nord du Burkina Faso. Par la suite, la même constatation a été faite sur différents bassins d’Afrique de l’ouest (Mahé & Olivry 1999), au Niger (Mahé et al. 2003; Descroix, Moussa, et al. 2012; Mahé et al. 2005; Leduc et al. 2001), en Mauritanie (Mahé & Paturel 2009; Mahé et al. 2011) ou encore au Mali (Gardelle et al. 2010), donnant ainsi une dimension régionale à ce phénomène, couramment appelé "le Paradoxe Sahélien".

Plusieurs auteurs ont ainsi mis en évidence que l’hydrologie sahélienne a profondément évolué suite à la période de sécheresse des années 1970-80 (Haas et al. 2011; Leblanc et al. 2008; Mahé et al. 2003; Leduc et al. 2001; Descroix, Moussa, et al. 2012). Les études hydrologiques menées par Mahé et Paturel (2009) et Mahé et al. (2010; 2003; 2005; 2013) depuis une 20aine d’années en Afrique de l’ouest, et par la suite par différents auteurs (Descroix et al. 2009; Mahé & Paturel 2009; Sighomnou et al. 2013), montrent que le coefficient d’écoulement a nettement augmenté sur certains hydro-systèmes du Sahel, en dépit de la diminution marquée de la pluviométrie. Mahé et Paturel (2009) par exemple (Figure 10) ont mis en évidence une augmentation du coefficient de ruissellement de l’ordre de 38 % sur le bassin du Dargol et de 108 % sur le bassin du Nakambe. Ces résultats sont en ligne avec des études antérieures qui avaient déjà remarqué qu’un accroissement important de l’écoulement été lié à la perte de la capacité d’infiltration des sols, due essentiellement au colmatage de surfaces initialement poreuses (Albergel 1987; Collinet 1988; Casenave & Valentin 1989; Casenave & Valentin 1992). L'augmentation du ruissellement de surface a eu comme conséquence un accroissement généralisé de la surface des points d’eau dans les zones pastorales du centre et du nord du Sahel (Gardelle et al. 2010), une augmentation des niveaux de la nappe phréatique dans le sud-ouest Niger (Favreau et al. 2009; Descroix, Diedhiou, et al. 2012), liée directement à l’augmentation de l'alimentation des points d’eau (lieu d’infiltration privilégié) et des ravines, ainsi que des valeurs plus élevées de la crue sahélienne du fleuve Niger (Sighomnou et al. 2013).

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Figure 10: Variabilité des précipitations (points blancs) et du coefficient de ruissellement (points noirs) pour des bassins a) du Sahel central (Burkina-Faso et du Niger) et b) du Sahel de l’ouest (Mauritanie) entre les années 1955-58 et 1986-98. Les barres représentent le nombre de stations disponibles par an (Figure tirée des travaux de Mahé et Paturel (2009).

Mais quelles sont les causes de l’augmentation du coefficient de ruissellement observé sur les dernières décennies dans la région? Différentes hypothèses ont été avancées dans les études qui ont porté sur ces sujets depuis plus de 25 ans. Les principaux facteurs qui pourraient jouer un rôle dans cette évolution sont exposés ci après.

2. Des explications diverses

L’étude pionnière d’Albergel (1987) sur le paradoxe du Sahel a permis de montrer que

"l'affaiblissement du régime pluviométrique pendant la période 1969- 1983 semble être largement compensé par la modification des états de surfaces dans le fonctionnement des petits bassins

versants". D’après son étude, il semblerait que pour les bassins situés au nord de l'isohyète 800 mm,

ces modifications soient dues à l'action conjuguée de l'homme et des conditions climatiques. D'après lui, la diminution du couvert herbacé et l'extension des zones cultivées ont favorisé les tassements de la surface du sol et le développement de pellicules imperméables ainsi que l'extension de régions très érodées. Depuis lors, d’autres études ont tenté d’expliquer ce phénomène en mettant en évidence l'évolution de certains facteurs clés de l'hydrologie sahélienne exposée ci-après.

2.1. Les facteurs anthropiques

2.1.1. Surexploitation des terres

L'hypothèse avancée est que la conversion des savanes en terres agricoles a favorisé l’érosion hydrique et éolienne et a ainsi entrainé des perturbations importantes sur les flux hydrologiques en favorisant le processus de ruissellement de surface et le développement de l’exoréisme (Leduc et al. 2001; Taylor et al. 2002; Leblanc et al. 2007). En effet, l’horizon sableux étant décapé, les sols sont encroûtés, compactés et sujets à un fort ruissellement (Roose 1985).

Dans certaines régions, ce changement d'utilisation des terres est la résultante d'un défrichement pour l'extension des cultures et d'un déboisement pour les usages domestiques. Toutefois, cette raison n’explique que partiellement, et uniquement dans les zones de cultures, la baisse significative de la végétation (Leblanc et al. 2008; Favreau et al. 2009; Mahé et al. 2010; Descroix, Moussa, et al. 2012).

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2.1.2. Intensification de la pression de pâture

La pâture contribue à impacter le partitionnement de l'eau entre infiltration et ruissellement en jouant sur le développement de la végétation et sur les propriétés hydrologiques du sol. La pression de pâture pourrait donc jouer un rôle sur l’augmentation du ruissellement en zone pastorale où la mise en culture et quasi nulle.

En effet, d'après Rey et al. (2004), à court terme, un pâturage intensif favorise la dégradation de la végétation et le tassement du sol, contribuant ainsi à réduire l'eau infiltrée dans le sol de plus de 80 % localement et à multiplier le ruissellement par douze par rapport à des terrains similaires non pâturés. Hiernaux et al. (2009) en revanche ont un avis plus nuancé sur l'impact du bétail. Ils montrent d'une part que le piétinement du bétail va favoriser la pousse de certaine plantes annuelles et occuper ainsi une place importante dans le maintien de la fertilité des sols (Hiernaux, Mougin, et al. 2009). D'autre part, ils ont montré au Niger que le pâturage contribue localement à réduire et à fragmenter les surfaces encroutées. Si ces deux effets semblent contribuer à diminuer le ruissellement de surface, cette tendance pourrait être partiellement compensée par une augmentation des croûtes nouvellement formées qui imperméabilisent le sol.

En conséquence, un pâturage modéré contribuerait à légèrement augmenter le taux d'infiltration mais à l'inverse, un pâturage intensif le ferrait diminuer. D'autre part, Valentin (1994) a remarqué dans les régions sableuses du Sahel, que l’impact du bétail sur les propriétés physiques du sol se localise essentiellement autour des points d’eau.

2.2. Les facteurs climatiques

2.2.1. Intensification du régime des pluies

Comme nous l’avons vu précédemment, le Sahel est soumis depuis le débuts du 21ème siècle à une augmentation des événements pluvieux intenses malgré un total annuel toujours plus bas que celui des années 50-60 (Panthou et al. 2014; Frappart et al. 2009). Le ruissellement sahélien étant principalement de type Hortonien, une augmentation du nombre d'événements intenses entraine un accroissement du ruissellement de surface. Cependant, d’après les travaux de Descroix (2012; 2011), il semblerait que l’évolution de la pluie peut difficilement expliquer l’augmentation des ruissellements et des débits. En effet, le nombre croissant d'événements extrêmes (>40mm) observé depuis les années 2000 sur le bassin du Niger ne semble pas assez importante pour expliquer l’augmentation du coefficient de ruissellement qui a près de triplé sur la zone durant cette même période. Plus récemment, les travaux de Cassé et al. (2015), ont montré que si les modifications dans le régime des pluies journalières ont contribué à augmenter les risques d'inondation à Niamey sur les 30 dernières années, elles ne semblent pas suffire à expliquer la tendance sur le long terme (1950-2012).

Toutefois, une éventuelle intensification à une échelle temporelle plus fine (sub-horaire) reste une hypothèse plausible, quoique non avérée, pour expliquer l'augmentation du ruissellement.

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2.2.2. La végétation soumise à la sécheresse

L’évolution spatiale et temporelle de la végétation au sein de la bande sahélienne est un débat qui oppose un Sahel en désertification à un Sahel en reverdissement depuis les travaux de Tucker et al. (1991), Anyamba et al. (2003) et Olsson et al. (2005) principalement. Dardel et al. (2014) ont montré que malgré une tendance générale au reverdissement à l'échelle sahélienne, localement, une dégradation du couvert herbacé pourrait jouer un rôle important sur l'augmentation des écoulements de surface.

Plusieurs auteurs ont ainsi mis en évidence une tendance à la dégradation locale de la végétation ligneuse dense. Typiquement, Sighomou et al. (2013) ont pu constater une forte progression des sols nus au détriment du couvert ligneux sur le bassin du Niger suite aux sécheresses sévères des années 1970-1980. Dans la région du Gourma (Mali), où l’action de l’homme sur son environnement est particulièrement faible, l'analyse de l’évolution du couvert ligneux depuis 1984 a conclu à un déclin important de la densité et de la couverture de cette végétation sur les sols peu profonds, accompagné d'un changement d'espèces et de structure spatiale (Hiernaux, Diarra, et al. 2009; Gardelle et al. 2010). L’évolution de la brousse tigrée a subi des changements similaires. De fait, il apparait que sa densité depuis les années 1950 a fortement diminué jusqu’à disparition par endroits. Sur le site de Saga Gorou (Niamey, Niger) par exemple, la brousse tigrée occupait 69 % de la surface des plateaux avant les années 70 contre 18 % en 1975 et a totalement disparu dans les années 2000 (Touré et al. 2010). La même constatation a été faite dans différentes régions du Mali (Trichon et al. 2012; Ruelland et al. 2010) et dans la région du Fakara, au Niger (Leblanc et al. 2007), où elle a diminué du quart sur la même période.

La baisse importante de la végétation fournie de type "brousse tigrée" semble être une hypothèse solide quant à l’augmentation locale du ruissellement de surface.

2.2.3. La connectivité du bassin

L’érosion des ravines est une conséquence de l'augmentation du ruissellement de surface, induite aussi bien par la dégradation des sols que par les événements pluviométriques extrêmes (Valentin et al. 2005).

Leblanc et al. (2008) ont analysé une série temporelle de photographies aériennes sur une zone du nord-ouest Niger et mettent en évidence le développement spectaculaire du réseau de drainage sur l’ensemble du site (Figure 11). Il résulte de cette étude que les ravines ont augmenté en nombre et en longueur tout au long de la période 1950-1992, induisant un accroissement de la densité de drainage d'un facteur de 2.5.La même constatation a été faite par Massuel (2005) sur le degré carré de Niamey ou encore par Kergoat et al. (In prep) sur le bassin de Tin Adjar (Sahel central) où la longueur de réseau de drainage est passée de 37 km en 1956 à 102 km en 2007, correspondant à une augmentation de la densité de drainage d'un facteur de 2.8.

Ce développement du réseau de drainage accompagne le passage d’un ruissellement en nappe à un ruissellement concentré et entraine un changement de connectivité au sein du bassin hydrologique. Ce

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dernier peut parfois conduire à la connexion entre plusieurs bassins, voir à une connexion directe aux grands fleuves sahéliens. Le passage d’un système endoréique à un système exoréique, généralement connu sous le nom de "rupture d’endoréisme" (Mamadou et al. 2015; Descroix, Moussa, et al. 2012), pourrait contribuer de manière significative à l'augmentation du ruissellement.

Figure 11: Développement du système de drainage en 1950 et 1992. Figure extraite des travaux de Leblanc et al. (2008) réalisés sur un site localisé près de la ville de Niamey (Niger).

A retenir

Le Sahel est généralement désigné comme une zone de transition bioclimatique entre le domaine saharien au nord et le domaine soudano-guinéen au sud. Région semi-aride soumise à la mousson ouest-africaine, le climat sahélien est caractérisé par la succession d'une saison des pluies centrée sur le mois d’Août variant de 2 à 5 mois, et d’une longue période sèche. La végétation sahélienne est globalement constituée d’une strate herbacée dominante, majoritairement de graminées à croissance rapide et à forte adaptation aux conditions arides, et d’un faible couvert ligneux. L’activité économique est dominée par les activités agricoles et pastorales qui sont réparties en fonction du gradient bioclimatique et de la demande. D'un point de vu hydrologique, le ruissellement se fait principalement par dépassement de la capacité d’infiltration (écoulement Hortonien) et les processus hydrologiques sahéliens dépendent des caractéristiques des pluies (intensité et cumul) mais également des états de surface (propriété du sol, encroutement, topographie) et de la couverture végétale.

Depuis la moitié du 20ème siècle, le Sahel est sujet à un déficit général des pluies annuelles accentué par des années de sécheresse sévère en 1972-73 et de nouveau en 1983-84 qui ont eu des conséquences dramatiques sur les populations et les ressources. Malgré la baisse des précipitations, la région sahélienne est soumise paradoxalement à un accroissement des eaux de surface associée à une augmentation du coefficient de ruissellement. Les causes de ce phénomène, communément appelé "le paradoxe sahélien", ne sont pas encore bien comprises et constituent une problématiques importante. Si dans les zones de cultures la surexploitation des terres suite à l’augmentation démographique peut expliquer cette situation paradoxale, en zone pastorale où les zones de cultures sont limitées, cette explication n’est pas valable. L’augmentation de la pression de pâture, l’intensification journalière des pluies, la dégradation de la végétation suite aux sècheresses, la modification des propriétés hydrodynamiques du sol ou encore l’augmentation de la densité de drainage sont autant de facteurs qui pourraient jouer un rôle dans cette évolution paradoxale.

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