UNIVERSITÉ MOHAMMED V
FACULTÉ DES SCIENCES
Rabat
N° d’ordre 2742
THÈSE DE DOCTORAT
Présentée par
Kenza KHOMSI
Discipline : Sciences de la Terre
Spécialité : Climatologie
VARIABILITE HYDROCLIMATIQUE DANS LES
BASSINS VERSANTS DU BOUREGREG ET DU
TENSIFT AU MAROC : MOYENNES, EXTREMES ET
PROJECTIONS CLIMATIQUES
Soutenue le : 06/12/2014
Devant le jury
Président :
Mr El Bachir JAAIDI, Professeur à la Faculté des Sciences, Rabat
Examinateurs :
- Mme Maria SNOUSSI, Professeur à la Faculté des Sciences, Rabat
- Mr Mohamed SINAN, Professeur à l’Ecole Hassania des Travaux
Publics (EHTP), Casablanca
- Mr Gil MAHE, Directeur de recherche, IRD/Hydrosciences,
Montpellier
- Mr Ilias KACIMI, Professeur à la Faculté des Sciences, Rabat
- Mr Mohammed-Said KARROUK, Professeur à l’Université Hassan II,
FLSH Ben M’sick, Casablanca
Invité :
Mr Abdellah MOKSSIT, Directeur de la Météorologie Nationale
(DMN), Casablanca
3
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4
AVANT PROPOS
Les travaux, dont les résultats sont présentés dans ce mémoire ont été effectués au Laboratoire d’Océanologie, Géodynamique et Génie Géologique (LOG3), Equipe de Recherche « Environnement Côtier et Changement Climatique » du département de Géologie de la Faculté des Sciences de Rabat sous la direction de Madame Maria
SNOUSSI, Professeur à la Faculté des Sciences de Rabat. Ils ont été réalisés en
collaboration avec le département Hydraulique, Environnement et Climat (HEC) de l’Ecole Hassania des Travaux Publics (EHTP), sous la co-direction de Monsieur
Mohamed SINAN, Professeur à l’EHTP, et l’Institut de Recherche pour le
Développement (IRD), sous l’encadrement de Monsieur Gil MAHE, Directeur de recherche à Hydrosciences Montpellier (IRD).
J’exprime en premier lieu ma profonde gratitude à Madame Maria SNOUSSI, directrice de thèse, pour son encadrement et ses conseils. Merci pour votre temps, vos questions et vos critiques qui m’ont fait progresser. Vous étiez toujours attentif et disponible malgré vos nombreuses charges. Votre compétence, rigueur scientifique et clairvoyance m’ont beaucoup appris.
Je souhaiterais également exprimer ma gratitude à Monsieur Mohamed
SINAN, co-directeur de thèse pour m’avoir donné envie de réaliser une thèse sur le
thème des changements climatiques. Je le remercie pour son accueil chaleureux à chaque fois que j'ai sollicité son aide, ainsi que pour ses multiples encouragements, notamment au cours des jours stressants d’avant soutenance.
Je remercie particulièrement Monsieur Gil MAHE, encadrant de l’IRD et rapporteur de cette thèse, qui sait écouter, comprendre et tempérer, qui a pu me laisser la liberté nécessaire à l’accomplissement de mes travaux, tout en y gardant un œil critique et avisé et qui a toujours montré de l’intérêt pour mes travaux et répondu à mes sollicitations lorsque le besoin s’en faisait sentir. J’espère que cette thèse sera un remerciement suffisant au soutien et à la confiance sans cesse renouvelée dont il a fait preuve à mon égard. Plus qu’un encadrant ou collègue, je crois avoir trouvé en lui un ami qui m’a aidé à prendre les bonnes décisions aux moments opportuns.
Je témoigne ma gratitude à Monsieur El Bachir JAAIDI, Professeur en Océanologie et Chef de Département de Géologie à la Faculté des Sciences de Rabat, de m’avoir fait l’honneur d’être le président du jury de cette thèse.
Mes vifs remerciements s’adressent à Monsieur Ilias KACIMI, Professeur à la Faculté des Sciences de Rabat, pour m’avoir fait l’honneur d’être membre de jury et rapporteur de cette thèse.
Mes sincères reconnaissances et remerciements vont tout particulièrement à
5 Ben M’sick, d’avoir accepté d’être rapporteur de cette thèse et de m’avoir honoré en acceptant de siéger dans son Jury.
Je dois une vive reconnaissance à Monsieur Abdallah MOKSSIT, Directeur de la DMN, de m’avoir autorisé à me lancer dans cette thèse et de l’intérêt qu’il a accordé à ce travail en acceptant de siéger à mon jury de thèse.
Ma gratitude s’adresse à ceux qui, au fil de ma thèse, ont apporté leur contribution scientifique voire leur secours. Je tiens ainsi à remercier Messieurs Yves
TRAMBLAY et Benjamin SULTAN pour leur aide en statistiques et modèles
climatiques.
Je tiens à remercier Monsieur Boujemaa BOURHIM, mon chef hiérarchique, de m’avoir autorisé à me lancer dans cette thèse.
Je remercie également la Direction de la Météorologie Nationale (DMN) et l’IRD qui ont financé cette étude dans le cadre du projet SIGMED.
Je remercie évidemment ma famille pour son irremplaçable et inconditionnel soutien. Ils ont été présents pour écarter les doutes, soigner les blessures et partager les joies. Cette thèse est un peu la leur, aussi. Merci Papa, Maman, cher époux, cher frère et mes trois petits beaux princes. Merci pour avoir fait de moi ce que je suis aujourd’hui.
Je remercie tous ceux dont le nom n’apparaît pas dans ces pages ; ceux qui ont contribué de près ou de loin à l’achèvement de ces travaux de thèse.
6
RESUME COURT
Variabilité hydroclimatique dans les bassins versants du Bouregreg et du Tensift au Maroc : moyennes, extrêmes et projections climatiques
L’objectif principal de cette étude est de contribuer à une meilleure compréhension des climats régionaux et de leur variabilité saisonnière et interannuelle, au cours de la deuxième moitié du 20ème
siècle, dans deux grandes régions du Maroc, très importantes en termes de ressources en eau et d’activités socio-économiques : les bassins versants du Bouregreg et du Tensift.
Les caractéristiques spatio-temporelles des pluies et des températures (moyennes et extrêmes) et des débits dans les bassins versants d’étude, ainsi que leurs relations avec la circulation générale, sont examinées à l'aide des observations journalières et annuelles. Quatre stations d’observation en dehors des bassins ont été également étudiées afin d’aider à élargir l’application des conclusions générales sur la variabilité des régimes des pluies et des températures à de plus grands ensembles géographiques.
L’étude de l’évolution hydroclimatique moyenne intra-annuelle et de l’évolution des événements de températures extrêmes de la saison estivale, montre que les bassins versants du Bouregreg et du Tensift ont des climats sensiblement différents qui peuvent provenir des écarts entre les climats du nord et du sud du Maroc. Des tendances générales à la hausse des températures extrêmes et à la baisse des événements froids au cours des saisons chaude et froide sont observées alors qu’aucune tendance significative n’est remarquée pour l’évolution saisonnière des totaux de pluies et des événements pluvieux forts. Les indices climatiques ont montré des liaisons statistiquement significatives avec l’évolution des régimes hydroclimatiques au sein des zones d’étude. Les projections des modèles climatiques régionaux RegCM et RM tendent vers des hivers plus humides avec plus d’événements pluvieux alors qu’ils restent partagés sur l’évolution du régime pluviométrique moyen et extrême au cours des saisons estivales.
Cette étude a produit des résultats importants à l’échelle régionale et locale. Elle a affiné nos connaissances et compréhension de la structure spatiotemporelle des régimes hydroclimatiques moyens et extrêmes au Maroc. Ses résultats qui peuvent servir de base pour l'interprétation des résultats des études ultérieures, ont des applications sociétales et environnementales importantes liées aux secteurs socio-économiques vitaux comme l'évaluation et la prévision des ressources en eau et l’amélioration de la production agricole.
Mots-clefs : Variabilité hydroclimatique, événement extrême, NAO, MO, Maroc, Bouregreg, Tensift.
7
ABSTRACT
Hydroclimatic variability in the Bouregreg and the Tensift watersheds
in Morocco: means, extremes and climate projections
The main objective of this study is to contribute to the better understanding of regional climates and their seasonal and interannual variability during the second half of the 20th century, in two large
regions from Morocco, very important in terms of water resources and socio-economic activities: the watersheds of Bouregreg and Tensift.
The spatial and temporal characteristics of rainfall and temperature (mean and extreme) and flows in the watersheds of Bouregreg and Tensift, as well as their relationship with the general circulation, are examined using daily and annual observations. Four observation stations from outside the basins were also studied in order to help broaden the application of general conclusions about the variability of rainfall patterns and temperatures to larger geographical areas.
This study showed that, when analyzing the average intra-annual hydroclimatic evolution and the evolution of extreme temperature events in the summer, the Bouregreg and the Tensift watersheds have substantially different climates that may represent differences between the northern and the southern climates of Morocco. General upward trend in extreme temperatures and downward trend in cold events during the warm and the cold seasons are observed, whereas no significant trend was noticed for the seasonal evolution of cumulative rains and extreme rainy events. Atmospheric teleconnections showed some statistically significant links with the hydroclimatic evolution within the study areas. Projections of regional climate models RegCM and RM tend towards wetter winters while they remain divided on the change in average rainfall and rainy extreme events during summers.
The study has produced significant results at the regional and local levels. It has refined our knowledge and understanding of the spatial and temporal structures of mean and extreme hydroclimatic regimes in Morocco. These findings provide a basis for interpreting the results of subsequent studies and have important societal and environmental applications related to vital socio-economic sectors such as the assessment and prediction of water resources and the improvement of agricultural production.
Key-Words: Hydroclimatic variability, extreme event, NAO, MO, Morocco, Bouregreg, Tensift.
8
RESUME LONG
Dans cette étude, les caractéristiques spatio-temporelles des températures et pluies (moyennes et extrêmes) et des débits dans les bassins versants du Bouregreg et du Tensift, ainsi que leurs relations avec la circulation générale, sont examinées à l'aide des observations journalières et mensuelles au sein des deux bassins. Quatre stations d’observation en dehors des bassins ont été également étudiées afin d’aider à élargir l’application des conclusions générales sur la variabilité des régimes des températures et des pluies.
Les résultats ont permis d'identifier 6 sous régions pluviométriques principales dans chaque bassin versant, la distribution spatiale de ces sous régions est influencée par la continentalité et la topographie. L’évolution des indices pluviométriques régionaux calculés met en relief la période déficitaire qu’a vécu le sud du Maroc au début des années 1980.
Une baisse générale des pluies est remarquée dans le bassin versant du Bouregreg et un changement de régime pluviométrique depuis 1979. Ce changement est marqué également par la pluviométrie des stations de Tanger et Fès. La température annuelle a augmenté d’entre 0.07°C et 0.25°C/décade, et les précipitations ont diminué d’entre -5.37 et -81.1mm/décade. Le changement du régime des températures apparait autour de 1986 et 1994 dans le bassin du Bouregreg et en 1982 dans le bassin du Tensift. Etant confirmée par les stations de Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate, la discontinuité des températures au début des années 1990, peut être générale sur tout le Maroc. Les pluies côtières sont influencées par le NAO, le MO affecte la pluie d’une bonne partie du bassin du Bouregreg, les débits de ce dernier sont influencés par le NAO et le MO alors que les régimes des températures moyennes ne sont pas influencés par la circulation de grande échelle.
Les températures extrêmes ont été définies en utilisant un seuillage par les 99ème, 95ème, 5ème et 1er percentiles. Les résultats montrent des tendances à la hausse des températures maximales et minimales des deux régions. Ces tendances sont plus importantes pour la température minimale (pendant la saison chaude) et sont surtout significatives dans les stations climatiques côtières. Les événements froids évoluent à un taux plus important que celui des événements chauds, et le nombre d'événements très froids diminuent de façon significative dans l'ensemble des zones étudiées. La région du centre-sud (Tensift) est la plus touchée par les changements du régime de température. Les événements extrêmes de la saison chaude sont influencés par le MO tandis que seuls les événements enregistrés à la station de Rabat-Salé sont influencés par la NAO. Les évènements très chauds et très froids résultent,
9 respectivement, des situations synoptiques relatives au « régime d’est de type Chergui » pendant la saison chaude et au « temps perturbé du sud-ouest » pendant la saison froide. L’étude montre que les tendances des cumuls pluviométriques et des événements pluvieux extrêmes observés restent non significatives au sens statistique. Pendant la saison froide, le modèle RegCM (ICTP) montre de bonnes performances en reproduisant les totaux des précipitations et les dates des événements extrêmes du Bassin du Bouregreg, le RM (CNRM) et plus performant dans le bassin du Tensift. L’INM-RCA reprend mieux les cumuls des pluies et la fréquence des événements pluvieux forts de la saison chaude. Les projections futures des deux modèles RegCM et RM tendent vers des saisons froides plus humides avec plus d’événements pluvieux et s’accordent sur la hausse des pluies de la saison chaude dans quelques stations.
10
Table des matières
Table des matières ... 10
Liste des figures ... 13
Liste des tableaux ... 16
Liste des acronymes ... 18
Chapitre I – Introduction générale ... 20
I.1. Problématique : Variabilité et changements climatiques en Méditerranée et leurs impacts sociétaux ... 20
I.2. Objectifs de la thèse : Variabilité hydroclimatique et climatologie des valeurs extrêmes récentes et futures dans deux grands bassins versants du Maroc ... 27
I.3. Structure de la thèse ... 30
Chapitre II – Généralités sur l’évolution des régimes climatiques : moyennes, extrêmes et projections climatiques ... 34
II.1. Introduction ... 34
II.2. Tendances des températures moyennes ... 36
II.3. Variabilité des températures maximale et minimale ... 39
II.4. Variabilité des pluies ... 42
II.5. Evolution des extrêmes climatiques ... 46
II.6. Climat et circulation atmosphérique ... 48
II.6.1. L’Oscillation Nord Atlantique (NAO) ... 50
II.6.2. L’Oscillation Méditerranéenne (MO) ... 51
Chapitre III – Conception de la recherche, zone d'étude, données et méthodes ... 54
III.1 Conception de la recherche ... 54
III.2 Zone d'étude ... 54
III.2.1 Le bassin versant du Bouregreg ... 55
III.2.2 Le bassin versant du Tensift ... 58
III.3 Données observées, simulées et projetées ... 62
III.3.1 Données annuelles des pluies, températures et débits observés ... 62
III.3.2 Données journalières de températures et pluies observées... 68
III.3.3 Indices climatiques de large échelle ... 70
III.3.4 Données de la pression moyenne en surface de la mer (SLP) ... 70
III.3.5 Données de pluies simulées et projetées ... 70
III.3.6 Homogénéité et qualité des données observées ... 73
III.4 Méthodes ... 75
11
III.4.2 Méthodes de régionalisation ... 75
III.4.3 Choix des évènements extrêmes ... 79
III.4.4 Calcul des tendances ... 83
III.4.5 Etude des ruptures ... 84
III.4.6 Calcul des corrélations ... 86
III.4.7 Evaluation des modèles climatiques régionaux (MCR) ... 87
III.4.8 Cartographie ... 88
Chapitre IV – Régions pluviométriques dans les bassins versants du Bouregreg et du Tensift 90 IV.1 Introduction ... 90
IV.2 Données et méthodes ... 94
IV.2.1 Données de précipitations ... 94
IV.2.2 Méthode du Vecteur Régional (MVR)... 94
IV.3 Résultats ... 95
IV.4 Conclusion ... 99
Chapitre V – Régimes hydroclimatiques dans les bassins versants du Bouregreg et du Tensift : variabilité temporelle et liaison avec NAO et MO ... 102
V.1. Introduction ... 102
V.2. Données et méthodes ... 105
V.2.1. Données hydroclimatiques observées ... 105
V.2.2. Données des vecteurs régionaux ... 108
V.2.3. Données des indices climatiques de large échelle ... 108
V.2.4. Méthodes ... 108
V.3. Tendances et ruptures dans les régions pluviométriques des bassins du Bouregreg et du Tensift et relation avec la circulation de grande échelle ... 109
V.4. Tendances et ruptures dans les séries hydroclimatiques des bassins du Bouregreg et du Tensift et relation avec la circulation de grande échelle ... 112
V.4.1. Evolution des températures ... 112
V.4.2. Evolution des pluies ... 114
V.4.3. Evolution des débits ... 117
V.4.4. Evolution des températures et des pluies des stations de Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate ... 120
V.5. Conclusion ... 123
Chapitre VI – Tendances et fréquences des températures extrêmes dans les bassins versants du Bouregreg et du Tensift et relation avec la circulation de grande échelle 128 VI.1. Introduction ... 128
VI.2. Données et méthodes ... 131
VI.2.1. Données des températures observées ... 131
VI.2.2. Indices climatiques de large échelle et données atmosphériques ... 131
VI.2.3. Méthodes ... 132
VI.3. Identification des saisons chaudes et froides ... 132
VI.4. Tendances des températures maximales et minimales observées ... 133
139 VI.5. Fréquence des événements des températures maximales ... 140
146 VI.6. Fréquence des événements des températures minimales ... 147
VI.7. Fréquence des vagues de chaleur et de froid ... 153
12
VI.9. Régimes synoptiques associées aux événements très chauds et très froids ... 155
VI.10. Conclusion ... 156
Chapitre VII – Evénements extrêmes des pluies et évaluation des modèles climatiques régionaux dans les bassins versants du Bouregreg et du Tensift ... 160
VII.1. Introduction ... 160
VII.2. Données et méthodes ... 163
VII.2.1. Données des pluies observées ... 163
VII.2.2. Données de pluies simulées et projetées ... 164
VII.2.3. Méthodologie ... 164
VII.3. Tendances saisonnières des cumuls de pluies observées ... 164
VII.4. Fréquence des événements extrêmes de pluie ... 166
VII.5. Evaluation des modèles climatiques régionaux ... 167
VII.6. Evaluation des signaux des changements climatiques dans les modèles Ensembles ... 174
VII.7. Conclusions ... 176
Chapitre VIII – Conclusion générale et perspectives ... 180
VIII.1. Rappel du contexte ... 180
VIII.2. Revue des hypothèses et conclusions majeures ... 181
VIII.3. Implications des résultats dans le secteur des ressources en eau et agricole ... 188
VIII.3.1. Secteur des ressources en eau : vulnérabilité et adaptation ... 189
VIII.3.2. Secteur agricole : vulnérabilité et adaptation ... 194
VIII.4. Perspectives de recherches ... 197
Références 201
13
Liste des figures
Figure I. 1 : Répartition géographique de la proportion (%) des cumuls des précipitations moyennes saisonnières au total moyen annuel sur la zone méditerranéenne, de 1950 à 1999 (Xoplaki, 2002). ... 21 Figure I. 2 : Population éxistante et prévue en région méditerranéene pour la période 1950-2050
(Tsiourtis, 2001) ... 22 Figure I. 3 : Orographie et profondeur de la mer en méditérrannée (Lionello et al., 2006) ... 23 Figure I. 4 : Carte des climats de Köppen-Geiger. Cercle bleu : zone méditerranéenne. (Af : climat
équatorial, Aw : climat de savane avec hiver sec, As : climat de savane avec été sec, Am : climat de mousson, BS : climat de steppe (semi-aride), BW : climat désertique, Cf : climat tempéré chaud sans saison sèche, Cw : climat tempéré chaud avec hiver sec, Cs : climat tempéré chaud avec été sec, Df : climat continental froid sans saison sèche, Dw : climat continental froid avec hiver sec, Ds : climat continental froid avec été sec, ET : climat de toundra, EF : climat d'inlandsis, EM : climat subpolaire océanique. a : été chaud, b : été tempéré, c : été court et frais, d : hiver très froid, h : hiver sec et chaud, k : hiver sec et froid) (Peel et al., 2007). ... 24 Figure I. 5 : Pluviométrie moyenne annuelle au Maroc entre 1940 et 1999 (Mahe et al., 2012) ... 26 Figure I. 6 : Climats du Maroc sur la période 1961-2005, l’indice utilisé est celui de Martonne
(DMN, http://www.marocmeteo.ma/?q=fr/climat_maroc) ... 26 Figure II. 1 : Anomalies des températures globales annuelles de l’air au niveau du sol, 1880-2012
(Hansen et al., 2013) ... 37 Figure II. 2 : Tendances linéaires des températures de l'air en surface (° C / 50ans) pour les étés
(JJAS) de la période 1950-1999. Les stations avec une tendance significative (niveau de
confiance de 90%, sur la base du test de Mann-Kendall) sont encerclés (Xoplaki, 2002). ... 37 Figure II. 3 : Variation des températures saisonnières moyennes dans la région méditerranéenne
suite à un doublement de CO2, comme prédit par le MCG du GISS (Goddard Institute for
Space Studies) durant la décennie 2020. Hiver : Décembre, Janvier, Février ; Eté : Juin, Juillet, Août (Rosenzweig et Tubiello, 1997). ... 38 Figure II. 4 : Séries chronologiques des températures globales moyennes annuelles maximale et
minimale( Easterling et al., 1997). ... 41 Figure II. 5 : Tendances des cumuls annuels des précipitations en surface entre 1901 et 2005 (%
par siècle) et 1979 et 2005(% par décade). Les données utilisées sont issues du GHCN (Global Historical Climatology Network) du NCDC (National Climatic Data Center). Le pourcentage est basé sur les moyennes de la période 1961-1990. Les zones avec insuffisance de données sont en gris. Les tendances significatives à 5% sont indiquées par des signes + noirs et gras (Trenberth et al., 2007). ... 43 Figure II. 6 : Changement projeté des précipitations annuelles (haut), hivernales (centre) et
estivales (bas) (%) simulé par la moyenne de 21 modèles climatiques (scénario A1B) sur l’Europe et la Méditerranée (Christensen et al., 2007a). ... 44 Figure II. 7 : Les deux phases de la NAO (Snowfall Forecast Contest,
http://www.newx-forecasts.com/nao.html). ... 51 Figure III. 1 : Position géographique des bassins versants du Bouregreg et du Tensift sur la carte
du Maroc. ... 55 Figure III. 2 : Principaux Oueds du bassin versant du Bouregreg (Bounouira, 2007). ... 56 Figure III. 3 : Unités géomorphologiques du bassin versant du Bouregreg (Beaudet, 1969). ... 56 Figure III. 4 : Variation spatiale de la pluviométrie moyenne annuelle dans le bassin du Bouregreg
(moyenne de 1980 à 1999) (Trabi, 2013). ... 56 Figure III. 5 : Principaux Oueds du bassin versant du Tensift (Pascon, 1986). ... 59 Figure III. 6 : Formations géologiques du bassin versant de Tensift (Boudhar, 2009). ... 60 Figure III. 7 : Carte de répartition des précipitations moyennes annuelles dans le bassin versant du
Tensift, enregistrées entre 1972 et 2002 (Boudhar, 2009). ... 61 Figure III. 8 : Cartes présentant les stations de mesures pluviométriques annuelles dans les bassins
14
versants du Bouregreg (haut) et du Tensift (bas). ... 63
Figure III. 9: Position des stations de mesures des températures et débits dans le bassin du Bouregreg et du Tensift. ... 67
Figure III. 10 : Position géographique des stations météorologiques de mesure journalière à l’intérieur et à l’extérieur des bassins versants du Bouregreg et du Tensift. ... 69
Figure III. 11 : Grille des modèles climatiques régionaux (points noirs). ... 73
Figure IV.1 : Classification du climat après application du schéma réduit de Köppen aux données du CRU TS2.1 de la zone méditerranéenne (Born et al., 2008). ... 91
Figure IV. 2 : Carte des régions climatiques homogènes à partir des analyses en composantes principales selon Ward et al. (1999)(haut) et Benassi (2008) (bas) ... 92
Figure IV.3 : Carte représentant les unités climatiques homogènes au Maroc effectuées par la méthode des nuées dynamiques (El Guelai, 2008). ... 93
Figure IV. 4 : Carte représentant les 23 unités climatiques homogènes au Maroc effectuées par la Méthode du Vecteur Régional (Singla, 2009). ... 93
Figure IV. 5 : Cartes des régions obtenues après application de la MVR aux séries pluviométriques des bassins du Bouregreg (haut) et du Tensift (bas). ... 98
Figure IV. 6 : Indices des vecteurs régionaux obtenus pour les bassins versants du Bouregreg et du Tensift. ... 99
Figure V. 1 : Stations de mesures hydroclimatiques dans les bassins du Bouregreg et du Tensift 106 Figure V. 2 : Evolution des totaux pluviométriques dans les régions des bassins versants du Bouregreg et du Tensift. ... 110
Figure V. 3 : Evolution des températures moyennes dans les stations de Rabat-Salé et Kasba Tadla (Bouregreg) et Marrakech et Safi (Tensift), en °C. ... 113
Figure V. 4 : Evolution des séries pluviométriques dans les bassins versants du Bouregreg et du Tensift (en mm). ... 115
Figure V. 5 : Evolution des séries des débits dans les bassins versants du Bouregreg et du Tensift (m3.s-1). ... 118
Figure V. 6 : Evolution des températures moyenne et pluies annuelles aux stations de Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate. ... 121
Figure V. 7 : Tendance des températures dans la zone d’étude ... 122
Figure V. 8 : Tendance des pluies dans la zone d’étude ... 123
Figure V. 9 : Tendance des débits dans la zone d’étude ... 123
Figure VI. 1 : Eté et hiver dans les stations de Rabat-Salé, Kasba-Tadla, Marrakech, Safi, Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate ... 133
Figure VI.2 : Températures maximale et minimale aux stations de Rabat-Salé, Kasba-Tadla, Marrakech, Safi, Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate en été (°C) ... 136
Figure VI.3 : Températures maximale et minimale dans les stations de Rabat-Salé, Kasba-Tadla, Marrakech, Safi, Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate en hiver (°C). ... 138
Figure VI.4 : Tendance des températures maximales dans les sites d’étude en été (gauche) et en hiver (droite) ... 139
Figure VI.5 : Tendance des températures minimales dans les sites d’étude en été (gauche) et en hiver (droite) ... 139
Figure VI.6: Evolution des événements chauds et très chauds (paramètre étudié : température maximale) dans les stations de Rabat-Salé, Kasba-Tadla, Marrakech, Safi, Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate en été... 143
Figure VI.7: Evolution des événements chauds et très chauds (paramètre étudié : température maximale) dans les stations de Rabat-Salé, Kasba-Tadla, Marrakech, Safi, Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate en hiver. ... 145
Figure VI.8 : Tendance des événements chauds dans les sites d’étude en été (gauche) et en hiver (droite) ... 146
Figure VI.9 : Tendance des événements très chauds dans les sites d’étude en été (gauche) et en hiver (droite) ... 146
15 Figure VI.10 : Evolution des événements froids et très froids (paramètre étudié : température
minimale) dans les stations de Rabat-Salé, Kasba-Tadla, Marrakech, Safi, Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate en été. ... 149 Figure VI.11 : Evolution des événements froids et très froids (paramètre étudié : température
minimale) dans les stations de Rabat-Salé, Kasba-Tadla, Marrakech, Safi, Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate en hiver. ... 151 Figure VI.12 : Tendance des événements froids dans les sites d’étude en été (haut) et en hiver (bas)
... 152 Figure VI.13 : Tendance des événements très froids dans les sites d’étude en été (gauche) et en
hiver (droite) ... 152 Figure VI.14 : Cartes des régimes synoptiques à grande échelle enregistrés pour les événements du
04/02/2005 (Haut : Temps perturbé de nord-est) et du 27/06/2008 (Bas : Régime d’est de type Chergui). ... 156 Figure VII. 1 : Evolution des totaux pluviométriques dans la zone d’étude en hiver et en été. ... 166 Figure VII. 2 : Tendances de cumuls pluviométriques annuels dans les zones d’étude en hiver
16
Liste des tableaux
Tableau III. 1 : Caractéristiques techniques du barrage Sidi Mohamed Ben Abdellah (ONEP, http://www.onep.ma/directions/drc/vue_drc.htm). ... 58 Tableau III. 2 : Caractéristiques techniques du barrage Lalla Takerkoust (Agence du Bassin
Hydraulique du Tensift, 2005). ... 61 Tableau III. 3 : Métadonnées des stations de mesure de pluie annuelle dans les bassins versants du
Bouregreg et du Tensift. ... 64 Tableau III. 4 : Métadonnées des stations de mesure des températures et débits annuels par bassin
versant. ... 67 Tableau III. 5 : Longueur des séries chronologiques et position des stations, hors bassins, de
mesure annuelle des températures et des pluies. ... 68 Tableau III. 6 : Longueur des séries chronologiques et position des stations de mesure journalière
des températures et des pluies. ... 69 Tableau III. 7 : Caractéristiques des modèles climatiques régionaux. ... 72 Tableau III. 8 : Distance entre chaque station de mesure et le point le plus proche de la grille du
MCR (km). ... 73 Tableau III. 9 : Les indices de caractérisation des événements climatiques extrêmes, comme définis
par le projet STARDEX et l’ETCCDI. ... 81
Tableau IV. 1 : Sous-régions pluviométriques des bassins versants du Bouregreg et du Tensift. .... 95
Tableau V. 1 : Métadonnées des stations de mesure des pluies, températures et débit par bassin versant, après application des critères de Kuglitsch ... 107 Tableau V. 2 : Tendances et ruptures dans les séries des totaux pluviométriques régionaux des
bassins du Bouregreg et du Tensift ... 111 Tableau V. 3 : Les corrélations entre les totaux pluviométriques calculés et les indices NAO et MO.
Gras : résultat statistiquement significatif, niveau de signification = 0.05. ... 111 Tableau V. 4 : Tendances et ruptures dans les séries annuelles des températures moyennes des
bassins du Bouregreg et du Tensift ... 113 Tableau V. 5 : Les corrélations entre les températures et les indices NAO et MO. Gras : résultat
statistiquement significatif, niveau de signification = 0.05. ... 114 Tableau V. 6 : Tendances et ruptures dans les cumuls des pluies annuelles des bassins versants du
Bouregreg et du Tensift. ... 116 Tableau V. 7 : Les corrélations entre les pluies et les indices NAO et MO. Gras: résultat
statistiquement significatif, niveau de signification = 0.05. ... 116 Tableau V. 8 : Tendances et ruptures dans les débits annuels des bassins versants du Bouregreg et
du Tensift. Gras : résultat statistiquement significatif, niveau de signification = 0.05. ... 119 Tableau V. 9 : Les corrélations entre les débits et les indices NAO et MO. Gras: résultat
statistiquement significatif, niveau de signification = 0.05. ... 119 Tableau V. 10 : Tendances et ruptures dans les séries de températures et pluies des stations de
Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate. ... 121 Tableau V. 11 : Les corrélations des températures et pluies de Tanger, Fès, Agadir et Ouarzazate
avec les indices climatiques (NAO et MO). Gras: résultat statistiquement significatif, niveau de signification = 0.05. ... 122
Tableau VI. 1 : Longueur des données quotidiennes des températures maximales (Tmax) et
minimales (Tmin) sur les deux bassins étudiés. ... 131 Tableau VI. 2 : Tendances linéaires des températures maximales et minimales moyennes
saisonnières au cours des périodes de disponibilité des données. Gras: résultat statistiquement significatif, niveau de signification=0.05. ... 134 Tableau VI. 3 : Tendances linéaires des événements chauds et très chauds (paramètre étudié :
17 température maximale) au cours des périodes de disponibilité des données. Gras : résultat statistiquement significatif, niveau de signification=0.05... 141 Tableau VI. 4 : Tendances linéaires des événements froids et très froids (paramètre étudié :
température minimale). Gras : résultat statistiquement significatif, niveau de
signification=0.05. ... 147 Tableau VI. 5 : Tendances linéaires des événements chauds et très chauds (paramètre étudié :
température maximale) de 3 jours ou plus au cours des périodes de disponibilité des données. Gras : résultat statistiquement significatif, niveau de signification=0.05. ... 153 Tableau VI. 6 : Tendances linéaires des événements froids et très froids (paramètre étudié :
température minimale) de 3 jours ou plus au cours des périodes de disponibilité des données. Gras : résultat statistiquement significatif, niveau de signification=0.05. ... 154 Tableau VI. 7 : Corrélations saisonnières entre les indices NAO et MO et les événements extrêmes
de température entre les années 1983 et 2005. Gras : résultat statistiquement significatif, niveau de signification=0.05. ... 155 Tableau VI. 8 : Caractéristiques des régimes synoptiques identifiées. ... 155
Tableau VII. 1 : Longueur des données quotidiennes des pluies observées et pourcentage des données manquantes. ... 163 Tableau VII. 2: Tendances linéaires des totaux pluviométriques (mm/décade), Gras: résultat
statistiquement significatif, niveau de signification=0.05 ... 166 Tableau VII. 3 : Tendances linéaires des événements pluvieux forts, intenses et exceptionnels. Gras
: résultat statistiquement significatif, niveau de signification=0.05. ... 167 Tableau VII. 4 : Observation et simulation des cumuls pluviométriques annuels et des extrêmes
entre les années 1962 et 2000. ... 169 Tableau VII. 5 : Biais des MCR évalués par rapport aux cumuls pluviométriques saisonniers, aux
percentiles et aux événements pluvieux forts. Valeur rouge : le plus petit biais ... 170 Tableau VII. 6 : Tendances des totaux pluviométriques observés et des événements extrêmes. Gras :
résultat statistiquement significatif, niveau de signification=0.05. ... 172 Tableau VII. 7 : Nombres des événements pluvieux forts dont les dates d’occurrence sont reprises
par les 5 modèles évalués... 173 Tableau VII. 8 : Cumuls pluviométriques récents et projetés en été et en hiver (période de
référence : 1962-2000, période de projection : 2022-2060). ... 175 Tableau VII. 9 : Fréquence des événements pluvieux forts récents et projetés en été et en hiver
(période de référence : 1962-2000, période de projection : 2022-2060). ... 175 Tableau VII. 10 : Signaux saisonniers des changements climatiques dans les totaux
pluviométriques et les événements pluvieux forts de chaque modèle (période de référence : 1962-2000, période de projection : 2022-2060), valeur rouge : signal négatif, valeur bleue : signal positif. ... 176
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Liste des acronymes
- ABHBC : Agence du Bassin Hydraulique du Bouregreg et de la Chaouia
- ABHT : Agence du Bassin Hydraulique du Tensift
- ACP : Analyse en Composantes Principales
- C4I: Community Climate Change Consortium for Ireland
- CEPMMT : Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme
- CH : Classification Hiérarchique (CH)
- CHA : Classification Hiérarchique Ascendante
- CLM : Community Land Model
- CNRM : Centre Nationale des Etudes Météorologiques
- CRU : Unité de Recherche Climatique (Climatic Research Unit)
- CSEC : Conseil Supérieur de l'Eau et du Climat
- DMN : Direction de la Météorologie Nationale
- ECMWF : European Centre for Medium-range Weather Forecasts
- EHTP : Ecole Hassania des Travaux Publics
- ERA : ECMWF Re-Analysis
- ETCCDMI : Expert Team of Climate Change Detection Monitoring and Index
- ETHZ:Swiss Federal Institute of Technology
- ENSO : El Niño Southern Oscillation (l’Oscillation Australe El Niño) - GIEC : Groupe Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat
- GISS : Goddard Institute for Space Studies
- HEC: Hydraulique, Environnement et Climat
- IAHS: International Association of Hydrological Sciences
- ICTP:International Center for Theoretical Physics - INM: Instituto Nacional de Meteorologial
- INRA : Institut National de la Recherche Agronomique
- IRD : Institut de Recherche pour le Développement
- LOG3 : Laboratoire d’Océanologie, Géodynamique et Génie Géologique
- MCG : Modèles Climatiques Globaux
- MCR : Modèles Climatiques Régionaux
- MO : Mediterranean Oscillation (Oscillation Méditerranéenne)
- MVR : Méthode du Vecteur Régional
- NAO : North Atlantic Oscillation (Oscillation Nord Atlantique)
- NGM : Nivellement Général du Maroc
- NHESS : Natural Hazards and Earth System Sciences
- OLS : Ordinary Least Squares (Méthode des moindres carrées ordinaires)
- RegCM : Regional Climate Model
- RCA : Rossby Centre regional Atmospheric model
- RM : Regional Model
- RMC : Rhône-Méditerranée et Corse
- SIGMED : Approche Spatialisée de l’Impact des activités aGricoles au Maghreb sur les transports solides et les ressources en Eau De grands bassins versants
- SLP : Sea Level Pressure (Pression en Surface de la Mer)
19
20
Chapitre I – Introduction générale
Pendant longtemps les effets des changements climatiques ont été ressentis plutôt à l'échelle locale (Sagan et al., 1979 ; Foley et al., 2005). Avec le début de l'industrialisation, vers le milieu du 18ème siècle, l'impact de la pollution atmosphérique et l'augmentation des gaz à effet de serre ont conduit progressivement à des changements, à grande échelle, du forçage radiatif sur le système climatique mondial (Crutzen, 2002). Au cours des dernières décennies, ces changements ont provoqué un réchauffement global, sans équivoque, de l’atmosphère et des océans, la fonte généralisée de la neige et de la glace et l'élévation du niveau moyen mondial des mers. Aux échelles continentale et régionale, de nombreux changements dans le climat ont été observés : tels que l’augmentation généralisée de la température moyenne, des changements dans les précipitations totales et saisonnières, la structure des vents et les aspects des événements météorologiques extrêmes comme les vagues de chaleur, les sécheresses, les fortes précipitations ou les cyclones tropicaux (IPCC, 2007 ; IPCC, 2013).
I.1. Problématique : Variabilité et changements climatiques en
Méditerranée et leurs impacts sociétaux
La variabilité des précipitations dans la région méditerranéenne influence essentiellement les ressources en eau, la gestion de l'agriculture régionale, les écosystèmes, l'environnement, l'économie et le développement social. Par exemple, de nombreux pays du bassin méditerranéen ont souffert de la sécheresse au cours des dernières décennies (la Turquie en 1973 et 1984, le Maroc de 1980 à 1985, la Grèce, l’Espagne, la Tunisie et le sud de l'Italie de 1988 à 1990, la France méditerranéenne en 1991 et 1992, l’Espagne et le Maroc de 1991 à 1995, et la Tunisie de 1993 à 1995) (Tsiourtis, 2001). Suite à ces sécheresses, ces pays ont souffert économiquement, socialement et écologiquement. Les systèmes naturels et les activités humaines sont les plus à risque en raison du manque d’approvisionnement régulier en eau au cours de l'année. Ceci est principalement dû à la forte variabilité interannuelle et à l’importante saisonnalité des précipitations. Dans les régions méditerranéennes, la plupart des précipitations annuelles se produisent en hiver et la proportion reçue en cette saison se situe entre 30% et 50% au nord, au centre et à l'ouest, mais peut atteindre jusqu'à 80% sur le sud-est du bassin (Figure I.1 ; Xoplaki, 2002). Mais des déficits hydriques graves peuvent se produire au cours de la saison de croissance, même quand les précipitations sont suffisantes en termes de totaux annuels. L'importance des précipitations hivernales et leurs tendances sont donc d'une grande pertinence et ont des
21 implications sur les saisons subséquentes de l'ensemble de la Méditerranée. En outre, les tendances actuelles dans l'agriculture méditerranéenne révèlent des différences entre les pays du nord et du sud, liées surtout à la croissance de la population, l’utilisation du sol et des ressources en eau, et l’offre et la demande alimentaires.
Figure I. 1 : Répartition géographique de la proportion (%) des cumuls des précipitations
moyennes saisonnières au total moyen annuel sur la zone méditerranéenne, de 1950 à 1999 (Xoplaki, 2002).
Les températures en région méditerranéenne restent une préoccupation majeure, car leur variabilité et celle de leurs extrêmes ont des implications sociales et économiques fortes. Par exemple, des vagues de chaleur étendues qui semblent devenir plus fréquentes en Méditerranée peuvent provoquer la hausse du taux de mortalité, en particulier dans les zones urbaines (Giles et Balafoutis, 1990 ; Giles et al., 1990 ; Matzarakis et Mayer, 1991 ; 1997 ; Kovats et al., 1999 ; Perry, 2001). Une plus grande fréquence des vagues de chaleur a aussi
Hiver (DJF) Eté (JJA)
Automne (SON) DJF
22 des conséquences désastreuses sur la santé humaine et la végétation, et en particulier les forêts. Elles sont, en outre, associées à l'exacerbation de la pollution de l'air, l'extension des maladies à transmission vectorielle (Albritton et al., 2001), ainsi qu’aux problèmes de pénurie d'eau qui ont causé la réduction de la saison de croissance pour différentes cultures (Albritton et al., 2001). L’occurrence de plusieurs vagues de chaleur dans la même saison peut réduire la demande touristique estivale traditionnelle vers des destinations de vacances méditerranéennes (White et al., 2001 ; Albritton et al., 2001). En effet, le tourisme de juin à septembre est un facteur très important pour l’économie méditerranéenne et la Méditerranée est actuellement parmi les destinations touristiques les plus populaires au monde avec environ 200 millions visiteurs chaque année et des taux croissants de 2 à 3% par an (Tsiourtis, 2001).
Par ailleurs, les pays méditerranéens subissent des changements démographiques, sociaux, culturels, économiques et environnementaux intensifs. L’augmentation de la population exerce une charge démographique avec une estimation d’augmentation de 420 millions en 2000 à 530 millions en 2025 (Figure I.2 ; Tsiourtis, 2001).
Figure I. 2 : Population éxistante et prévue en région méditerranéene pour la période
1950-2050 (Tsiourtis, 2001)
Enfin, les migrations causées par la dégradation du sol, voire la désertification représentent un problème très important en région méditerranéenne (Tsiourtis, 2001). Sa partie sud, surtout, est le plus souvent sèche et plus vulnérable au changement climatique. La désertification n'est pas seulement causée par le climat mais aussi par les décisions des acteurs sociaux relatives à l'utilisation des terres.
La Méditerranée est également l'une des principales régions où les impacts du changement climatique sont estimés être importants (Hulme et al., 1999). C’est une région où
23 la topographie et la distribution des terres et de la mer jouent un rôle important dans le pilotage des flux d'air (Figure I.3). La dynamique de la circulation des moyennes latitudes et celle des tropiques sont intimement liées et le gradient des flux entre les régions chaudes et arides et les montagnes humides est un élément clé affectant la circulation atmosphérique Méditerranéenne (Lionello et al., 2006). La classification de Köppen (1936) définit la partie nord de la région méditerranéenne comme ayant un climat océanique maritime ouest, tandis que sa partie sud comme un désert climatique subtropical (Figure I.4). La Méditerranée est identifiée comme un «hot spot» du changement climatique (Giorgi, 2006) qui doit recevoir plus d'attention en termes de recherche sur le changement climatique et une collaboration étroite entre les sciences naturelles et les sciences sociales. Les changements des températures et des précipitations projetés par les modèles de circulation générale (MCG) dans la région (Parry, 2000 ; Goodess et al., 2000), affecteront la disponibilité et la gestion des ressources en eau ainsi que les modes de production agricole futurs. En raison des caractéristiques des précipitations locales et de l'évaporation, les domaines au sud du bassin méditerranéen ont tendance à être plutôt secs la plupart de l'année, en particulier pendant la saison estivale. Cela implique que tout changement dans l'équilibre hydrologique, ainsi que la manière dont les précipitations se produisent, peuvent avoir un impact important sur la qualité de vie dans ces régions. L’équilibre entre les précipitations et l'évaporation influe également sur la qualité des eaux dans la mer Méditerranée et toute modification de ce budget peut avoir un impact sur l’agriculture, la pêche, le tourisme et des conséquences sur les secteurs socio-économiques.
24
Figure I. 4 : Carte des climats de Köppen-Geiger. Cercle bleu : zone méditerranéenne. (Af :
climat équatorial, Aw : climat de savane avec hiver sec, As : climat de savane avec été sec, Am : climat de mousson, BS : climat de steppe (semi-aride), BW : climat désertique, Cf : climat tempéré chaud sans saison sèche, Cw : climat tempéré chaud avec hiver sec, Cs : climat tempéré chaud avec été sec, Df : climat continental froid sans saison sèche, Dw : climat continental froid avec hiver sec, Ds : climat continental froid avec été sec, ET : climat de toundra, EF : climat d'inlandsis, EM : climat subpolaire océanique. a : été chaud, b : été tempéré, c : été court et frais, d : hiver très froid, h : hiver sec et chaud, k : hiver sec et froid) (Peel et al., 2007).
Le Maroc est l'un des pays sud-méditerranéens appartenant au continent africain qui reste particulièrement vulnérable aux changements climatiques (Boko et al., 2007). Au Maroc, plusieurs secteurs sont menacés dont notamment celui de l’eau (accentuation du stress hydrique) et de l’agriculture (baisse des rendements et augmentation de la superficie des terres arides et semi-arides) (Bouazza et al., 2002 ; Sinan et al., 2004 ; Sinan et al., 2009). Contrairement à la région sud, la région nord du pays se caractérise par des précipitations totales relativement élevées (Figure I.5), elle abrite des zones montagneuses à haute valeur écologique (Bellichi, 2004 ; El Ouedghiri, 1985 ; Jebbari, 1990 ; Karrouk, 1987 ; Saloui, 1986 ; Saloui, 2000). Ces zones présentent divers types de climat (Figure I.6) et hébergent ainsi différents écosystèmes (Karrouk, 2003 ; 2011). Au Maroc, la pluviométrie est une donnée à valeur socio-économique très importante et différents secteurs en dépendent. En année sèche comme 1994-95, réputée pour être l’une des sécheresses les plus générales ayant touché le pays au cours du 20ème siècle, les réserves en eau dans les barrages se sont trouvées
25 diminuées au point de menacer non seulement l’agriculture irriguée mais aussi l’approvisionnement en eau potable et la production électrique. Durant les périodes humides (comme celle de novembre 2009 à février 2010), les stocks d’eau dans les barrages et les nappes phréatiques sont convenablement alimentés, mais des vies et des infrastructures peuvent être détruites par les inondations (Driouech, 2010a).
26
Figure I. 5 : Pluviométrie moyenne annuelle au Maroc entre 1940 et 1999 (Mahe et al.,
2012)
Figure I. 6 : Climats du Maroc sur la période 1961-2005, l’indice utilisé est celui de
Martonne (DMN, http://www.marocmeteo.ma/?q=fr/climat_maroc)
Récemment, le nombre d’études concernant la climatologie et l'hydrologie du Maroc a augmenté ; toutefois ces études ont généralement porté sur l’hydroclimatologie du pays à l'échelle nationale (Knippertz et al., 2003 ; Driouech et al., 2009 ; Sinan et al., 2009 ; Driouech et al., 2010b ; Singla et al., 2010 ; Sebbar et al., 2011 ; Tramblay et al., 2012). En règle générale, ces études ont utilisé des techniques statistiques et de modélisation pour analyser la nature et l'ampleur des tendances dans les séries chronologiques. Certaines de ces études ont également abordé les relations possibles avec différents indices climatiques et ont tenté d'expliquer les liens importants avec les modes de circulation de grande échelle.
Cependant, plusieurs lacunes existent encore dans les connaissances et la compréhension actuelles de la variabilité annuelle et intra-annuelle des climats régionaux et locaux et des régimes fluviaux du pays, de la variabilité spatiotemporelle des extrêmes hydroclimatiques, de l’impact des indices de la circulation atmosphérique générale sur les températures, les précipitations et les débits dans des zones à échelle réduite telles que les bassins versants.
Il apparaît donc important d'améliorer les connaissances et la compréhension des complexités climatiques relatives aux échelles régionales. Les recherches sur
27 l’hydroclimatologie régionale doivent aider à identifier les principaux facteurs de variabilité du climat à travers la détection des similitudes et différences entre les réponses des stations de mesure, et contribueront ainsi au développement de la gestion durable des ressources en eau dans les bassins versants dans le cadre du changement climatique. Cette connaissance doit servir de base à l’analyse des changements climatiques régionaux issus des projections climatiques.
En effet, l’étude et la détection du changement climatique se focalisent sur deux axes principaux, d’abord la documentation des variations des moyennes et aussi l'analyse des évènements extrêmes tels que les vagues de chaleur et les épisodes de pluies intenses (Katz et Brown, 1992 ; Frich et al., 2002 ; Stott et al., 2004 ; Alexander et al., 2006 ; Hegerl et al., 2006 ; Della-Marta et al., 2007). Ces évènements extrêmes ont un impact plus important sur les êtres humains et les écosystèmes que les changements de valeurs moyennes. De plus, des variations relativement peu importantes des moyennes climatiques peuvent être associés à des changements considérables dans la sévérité des évènements extrêmes (Katz et Brown, 1992 ; Hennessy et Pittock, 1995 ; Colombo et al., 1999) pouvant affecter négativement la société et les écosystèmes (Houghton et al., 1996 ; Watson et al., 1996). Pour ces raisons, il ya une demande croissante des acteurs et décideurs (les planificateurs régionaux et les gestionnaires des ressources naturelles) pour une meilleure compréhension des phénomènes extrêmes au cours des dernières années. En raison de la forte incidence de ces événements, à la fois physiquement et économiquement, les décideurs reconnaissent la nécessité d'être en mesure de mieux prendre en compte et de prévoir de tels événements.
L'amélioration de la capacité à prévoir les évènements extrêmes est basée sur une meilleure étude des événements passés, dont la connaissance est utilisée pour définir les normes de construction des bâtiments, la conception et l'exploitation des ouvrages (Paturel et al. 2003), le zonage et la planification de l'utilisation des terres, les tarifs d'assurance, et les plans d’intervention d’urgence.
Dans ce contexte, la perspective d'un changement climatique majeur causé par les activités humaines reste une source de préoccupation croissante soulevant des questions importantes sur la durabilité des ressources et des activités dans les régions vulnérables.
I.2. Objectifs de la thèse : Variabilité hydroclimatique et
climatologie des valeurs extrêmes récentes et futures dans
deux grands bassins versants du Maroc
28 Le principal objectif de cette étude est de contribuer à une meilleure compréhension des climats régionaux et de leur variabilité saisonnière et interannuelle, dans deux grandes régions du Maroc, très importantes en termes de ressources en eau et d’activités socio-économiques : la région de Marrakech dans la plaine du Haouz et celle de Rabat-Salé et l’arrière pays Zemmour-Zaer jusqu’au Moyen Atlas. Dans le cas de la région de Marrakech, à l’augmentation très rapide de la population, s’ajoute une surexploitation des ressources en eau souterraine pour le développement de l’agriculture irriguée dans la plaine du Haouz ; pour la région de Rabat, le bassin du Bouregreg concentre les écoulements vers le barrage Sidi Mohammed Ben Abdellah, d’une capacité de plus d’un milliard de m3, pour l’alimentation en eau potable de la plus grande agglomération de population au Maroc : 7 millions d’abonnés à l’eau entre Kénitra et Casablanca. Pour comparer l’impact de la variabilité des pluies et des températures sur les ressources en eau, cette étude s’intéresse à des régions hydrologiques appelées bassin-versants, dont les écoulements, ou débits, sont mesurés à des stations hydrologiques gérées par les agences de bassin. Le bassin versant, est l’entité intégratrice des relations qui existent entre les pluies et les écoulements dans le périmètre du bassin ; l’analyse des pluies à l’échelle d’un bassin peut être comparée aux écoulements produits à son exutoire, et donc renseigner sur l’état de la relation pluie/débit et donner des pistes d’interprétation sur les origines des modifications de cette relation.
Cette recherche examine l’évolution temporelle d’observations des précipitations, températures et débits : dans les deux régions d’étude. Dans les deux bassins versants, les précipitations, la variabilité des températures, l’évolution des débits, et les valeurs extrêmes seront analysées vis-à-vis de l'influence de la circulation atmosphérique de grande échelle, à travers des indices climatiques, au cours des dernières décennies.
Nous analyserons l’évolution climatique moyenne et extrême, en utilisant les données quotidiennes observées, simulées et projetées par les modèles climatiques du projet EU-Ensembles (http://ensemblesrt3.dmi.dk/). Les tendances observées et simulées seront comparées afin de déterminer les modèles qui simulent le mieux le climat des dernières décennies. Nous discuterons également la relation entre les évènements extrêmes identifiés et les indices de la circulation atmosphérique de grande échelle (Oscillation Nord Atlantique (NAO) et Oscillation Méditerranéenne (MO)) et finalement, pour conclure, nous aborderons les implications potentielles de nos résultats sur les secteurs des ressources en eau et de l’agriculture, du fait de l’importance des bassins du Bouregreg et du Tensift pour l’approvisionnement en eau potable et la production agricole nationale. Le bassin du Bouregreg bénéficie en effet d’un climat subhumide sur une bonne partie de sa surface, alors
29 que le bassin du Tensift est situé en zone semi-aride bordée de zones montagneuses aux pluies plus importantes. Les caractéristiques des bassins versants d’étude créeront un contexte fertile à l’inter-comparaison des différents résultats obtenus.
Cette étude est également intégrée au projet SIGMED («Approche Spatialisée de l’Impact des activités aGricoles au Maghreb sur les transports solides et les ressources en Eau De grands bassins versants) (http://armspark.msem.univ-montp2.fr/sigmed/) qui vise à
renforcer la collaboration entre des chercheurs, sud-sud et nord-sud, de disciplines complémentaires pour élaborer des stratégies de recherche communes sur la problématique des relations homme/climat/environnement à l’échelle du bassin versant. Le projet s’intéresse à deux bassins versants, le Bouregreg au Maroc et l’Oued Mina en Algérie, et l’analyse des conditions climatiques, observées ou simulées, représente l'un des objectifs du projet.
Plusieurs méthodes sont employées pour analyser la variabilité et les tendances hydroclimatiques, comprendre les facteurs à l’origine de cette variabilité et obtenir une explication robuste régionale et intra-régionale de la variabilité hydroclimatique au Maroc.
Ainsi, nos travaux ont été développés autour de 4 objectifs décrits dans les paragraphes qui suivent :
1) L'importance socio-économique des ressources en eau exploitées sur les bassins versants du Bouregreg et du Tensift, mérite que l'on y améliore nos connaissances sur la variabilité spatiale des pluies, source des écoulements qui seront par la suite stockés dans les barrages et exploités pour l'irrigation et l'alimentation en eau potable. Dans la littérature, les régimes de pluies sont décrits pour le Maroc dans son ensemble, mais n'ont pas fait l'objet de monographies régionales ou locales, entre autre du fait d'un accès limité aux données. Ainsi, la subdivision des bassins versants en zones pluviométriquement homogènes est importante car, malgré l’étendue limitée de ces bassins par rapport à la surface du Maroc, plusieurs facteurs influencent de façon considérable la variabilité spatiale des pluies : distance à la mer, topographie et altitude. Le premier objectif est donc de décrire finement la variabilité spatiale des précipitations régionales au cours de la deuxième moitié du 20ème siècle (Chapitre 4). 2) La variabilité climatique a déjà fait l’objet d’études au Maroc, toutefois la plupart des
études réalisées se sont limitées à l’analyse des données hydroclimatiques à l’échelle régionale et se sont intéressées le plus souvent à la seule variable pluie. Des variables telles que les températures et les débits ont été beaucoup moins étudiées, en particulier dans leur rapport avec le changement climatique. Cela pourrait se comprendre par la difficulté d’acquérir des données, et de pouvoir juger de leur qualité. Pour combler
