MODÈLES CLIMATIQUES RÉGIONAUX POUR LES ÉVÈNEMENTS
PLUVIEUX EXTRÊMES DANS LE BASSIN-VERSANT DE L’OUÉMÉ À
L’EXUTOIRE DE BONOU
Ce chapitre présente l’évolution des débits avec le modèle conceptuel du génie rural à 4 paramètres au pas de temps journaliers. Il a abordé l’utilité du modèle GR4J, la variabilité des pluies/ débits observés et la reproduction des débits de hautes eaux, caractéristiques des indicateurs des évènements hydroclimatiques extrêmes pouvant générer des inondations dans le secteur d’étude. Ce chapitre a mis en évidence les critères d’efficacité qui confèrent au modèle GR4J, la robustesse et la performance à reproduire les débits extrêmes de hautes eaux dans le secteur d’étude. Ce chapitre a par ailleurs abordé l’évaluation de la performance des modèles climatiques régionaux du projet CORDEX Afrique. Les sorties des dits modèles ainsi que les scénarii rcp4.5 et rcp8.5, ont fait l’objet d’analyse des évènements pluvieux extrêmes dans le bassin-versant de l’Ouémé à l’exutoire de Bonou.
5.1. Utilité du modèle conceptuel GR4J dans la détermination des événements hydroclimatiques extrêmes
Le modèle a été largement testé sur un grand nombre de bassins versants en France, en Australie, au Brésil et aux Etats-Unis (Perrin et al., 2001), en Côte d’Ivoire (Servat et Dezetter 1992) ainsi qu’au Bénin (Le Lay, 2006 ; Vissin, 2007 ; Amoussou et al., 2014) et sa relative robustesse a été clairement établie. Des études comparatives ont prise en compte de la neige au sein d’un modèle pluie-débit et montré qu’il pouvait être aussi efficace que des modèles possédant un nombre bien plus important de paramètres ajustables (Perrin et al., 2001).
Le modèle a été utilisé pour la mise en évidence d’effets de changements environnementaux (Nascimento 1995). Il a également été appliqué pour la gestion de barrages-réservoirs (Yang,
et al., 1993) et a servi à la mise au point d’une méthode variationnelle de prévision des débits
de crue (Yang et Michel 2000). Il a aussi été utilisé dans un contexte de variabilité climatique sur le bassin de l’Ouémé supérieur (Le Lay, 2006), sur le bassin béninois du fleuve Niger (Vissin, 2007) et sur le bassin-versant du Mono à Nangbéto (Amoussou et al., 2014). Le modèle GR4J permet d’obtenir la simulation des débits journaliers dans un bassin hydrologique, de réaliser la prévision des crues, des débits moyens et des étiages, de reproduire le fonctionnement du bassin en hautes et basses eaux et d’obtenir l’interpolation et l’extrapolation des conditions climatiques du bassin. Selon Mounirou et al. (2005), un modèle pluie-débit est particulièrement
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intéressant dans les pays en développement puisqu’il peut permettre d’estimer ou de représenter la ressource disponible en vue d’un aménagement, mais aussi prévoir l’évolution de cette ressource dans les années ou décennies à venir dans le contexte des changements climatiques.
5.1.1. Variabilité des pluies/ débits observés et simulés sur les sous-périodes humides et sèches en calage et en validation avec le modèle GR4J
Les figures 5.1 et 5.2, présentent respectivement la variabilité des pluies, des débits observés et simulés ainsi que les probabilités de non-dépassement avec le modèle GR4J dans le bassin-versant de l’Ouémé à l’exutoire de Bonou.
Figure 5. 1:Variabilité des pluies, débits observés et simulés sur les sous-périodes humides en calage (1961-1968) et sèches en validation (1976-1983) avec le modèle GR4J
Calage : 1961-1968
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Figure 5. 2:Variabilité des pluies, débits observés et simulés sur les sous-périodes sèches en calage (1988-1995) et en validation (2005-2012) avec le modèle GR4J
L’analyse des figures 5.1 et 5.2, indique les débits observés et simulés présentent une variabilité au rythme de la pluviométrie dans le bassin. Toutefois, il y a un léger décalage entre les débits observés et simulés, ce qui peut être attribué au temps de réponse du bassin-versant aux évènements pluvieux.
De même, il est constaté que les débits simulés surestiment les débits observés en période de basse eau, soit de novembre à mai avec une probabilité de 0 à 70 % et les sous-estiment entre 70 et 95 % en période de hautes eaux, ce qui est l’effet des cumuls pluviométriques des mois
Validation : 2005-2012
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de juin, juillet, août septembre et octobre dans le secteur d’étude. Il est remarqué que les débits observés et simulés atteignent le maximum dans les mois de septembre ou octobre. Or, les évènements pluviohydrologiques extrêmes qui occasionnent les inondations dans le milieu se manifestent au cours de ces mois selon les saisons dans le secteur d’étude (Le Barbé et al., 1993 ; Totin et al., 2016).
Fort de ces constats, on peut dire que le modèle GR4J, permet de représenter les débits de crues sur le bassin-versant de l’Ouémé à l’exutoire de Bonou. Toutefois, l’analyse des critères d’optimisation du modèle est aussi un indicateur pour mieux apprécier la performance du modèle à simuler les débits de crues dans le secteur d’étude.
5.1.2. Valeurs des critères d’optimisation en calage et en validation dans le bassin-versant de l’Ouémé à l’exutoire de Bonou
La réussite de l'utilisation de modèles informatiques pour simuler des variables et des processus environnementaux nécessite des procédures objectives d'étalonnage et de vérification du modèle. Plusieurs méthodes ont été proposées pour quantifier le bien-fondé des observations par rapport aux valeurs calculées par le modèle, mais aucune d'entre elles n'est exempte de limitations et est souvent ambiguë (Ritter et al., 2013). Ainsi une combinaison de résultats graphiques, de statistiques d'erreur de valeur absolue c'est-à-dire erreur quadratique moyenne (Gupta et al., 2009) et de statistiques de qualité d'ajustement normalisées (c'est-à-dire coefficient d'efficacité Nash-Sutcliffe, NSE) est actuellement recommandée. L'interprétation des valeurs NSE est souvent subjective et peut être biaisée par l'ampleur et le nombre de points de données, de données aberrantes et répétées. La significativité des statistiques de performance est un aspect généralement ignoré qui aide à réduire la subjectivité dans l'interprétation correcte de la performance du modèle (Ritter et al., 2013).
L'erreur quadratique moyenne (RMSE) associée à l'efficacité de Nash-Sutcliffe (NSE) sont utilisées dans cette étude pour l'évaluation de la performance du modèle GR4J à simuler les écoulements journaliers extrêmes dans le bassin-versant de l’Ouémé à l’exutoire de Bonou. Ces deux critères ont déjà fait l’objet d’une étude sur la modélisation hydrologique avec le GR4J (Amoussou et al., 2014).
Dans le même contexte, le critère de KGE (Kling-Gupta Efficiency) est aussi mis en évidence. Cela vise à trouver le critère qui correspond au mieux au modèle GR4J à reproduire les débits de hautes eaux dans le secteur d’étude. Cela s’inscrit également du fait que Gupta et al. (2009),