REPUBLIQUE DU BENIN
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI
ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI DEPARTEMENT : GENIE CIVIL
OPTION : Sciences et Techniques de L’Eau
THEME :
Devant le Jury Composé de : Président : Professeur Abel AFOUDA
Maitre de Mémoire : Professeur François de Paule CODO Membre de Jury : Docteur Taofic BACHAROU
Membre de Jury : Docteur Arnaud ZANNOU
CONTRIBUTION A L’ETUDE DU TRANSPORT SOLIDE (EN SUSPENSION) A LA STATION HYDROMETRIQUE DE
BONOU.
MEMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION EN GENIE CIVIL
Novembre, 2014 7ième Promotion Présenté et soutenu par : ALOHOUTADE Ofiki Lucien
D édicaces
Je dédie cette œuvre
A Dieu le Père Tout Puissant, Maître de l’univers et à Jésus – Christ, son fils Unique.
Lucien O. ALOHOUTADE
R emerciements
Le succès fut toujours l’enfant de l’audace, A travers cette citation, je tiens à dire que ce sont tout d’abord les bonnes grâces de Dieu qui ont permis l’aboutissement de ce travail modeste. Au terme de ce mémoire, je suis fier d’exprimer mes remerciements à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l’élaboration de ce mémoire.
† En premier lieu, Je tiens à remercier très vivement mon Maître de Mémoire, le Professeur François de Paule CODO, Ing. MSc. PhD ; Maître de conférences des Universités CAMES et Chef d’Option Sciences et Techniques de l’Eau (STE) du département de Génie civil pour sa générosité, ses conseils, ses commentaires efficaces, son aide incessante et sa rigueur scientifique à mon égard. Je lui adresse un grand merci de m'avoir donné la chance de réaliser ce travail. Pour moi vous êtes plus qu’un Professeur.
† Je suis reconnaissant envers l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC), pour la qualité de la formation qui m’y a été donnée. Mes remerciements vont à l’endroit des enseignants :
Professeur Félicien AVLESSI, Professeur Titulaire des Universités CAMES, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;
Professeur Clément BONOU, Maître de Conférences des Universités CAMES, Directeur Adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;
Professeur Martin Pépin AINA, Maître de conférences des Universités CAMES et Chef du département de Génie civil.
† Mes remerciements vont également à l’endroit de tous les professeurs du département de Génie civil :
Professeur Edmond ADJOVI, Professeur Titulaire des Universités CAMES ;
Professeur Gérard GBAGUIDI AÏSSE, Maître de Conférences des Universités CAMES ;
Professeur Victor GBAGUIDI, Maître de Conférences des Universités CAMES ;
Professeur Mohamed GIBIGAYE, Maître de Conférences des Universités CAMES ;
Docteur Crépin ZEVOUNOU, Maître Assistant des Universités CAMES;
Docteur Ezéchiel ALLOBA, Maître Assistant des Universités CAMES ;
Docteur Taofic BACHAROU, Maître Assistant des Universités CAMES ;
Docteur Léopold DEGBEGNON, Maître Assistant des Universités CAMES ;
Docteur Gossou Jean HOUINOU, Maître Assistant des Universités CAMES ;
Docteur Mathias SAVY, Maître Assistant des Universités CAMES ;
Docteur Adolphe TCHEHOUALI, Maître Assistant des Universités CAMES ;
Docteur Noël DIOGO, Enseignant à l’EPAC ;
Docteur Fidèle TONON, Enseignant à l’EPAC ;
Docteur Luc ZINSOU, Enseignant à l’EPAC ;
Docteur Agathe HOUINOU, Enseignant à l’EPAC ;
Ingénieur Eléna AHONONGA, Enseignante à l’EPAC ;
Ingénieur Maxime ASSOGBA, Enseignant à l’EPAC ;
Ingénieur Paul LANMADJEKPOGNI, Enseignant à l’EPAC ;
Je voudrais porter une mention toute spéciale sur toute ma famille. Ainsi je pense particulièrement :
A ma mère, Afi GOUDJO, pour la sollicitude constante et sans faille dont je suis le bénéficiaire ; pour tous les sacrifices consentis et les peines encourues à mon égard dans l’accomplissement de sa noble mission d’éducation.
A mon père, Jean Y. ALOHOUTADE, roi de l’efficience pour les efforts incommensurables et l’assistance constante et répétée dont il a fait montre tout au long de mon cursus scolaire et universitaire.
Je suis très admiratif de mon tuteur Paul HEDOKINGBE et de son épouse, Un couple d’Ingéniosité particulière. Que Dieu vous couvre de sa miséricorde et vous prête longue vie.
A mes frères Ignace, Pierre, Samuel et mes sœurs Rosalie, Viviane en témoignage de ma reconnaissance ineffable pour la générosité adorable et la marque d’affection qu’ils ont entretenues à mon endroit.
A Prudence KOTOUNOU, une amie toute particulière.
† Toute ma reconnaissance :
A mes camarades de la 7ème avec qui j’ai passé cinq(5) mémorables années de ma vie et pour les nostalgiques moments d’entraide, de solidarité et de joie.
A mes ainés Marcellin WANVO, Louis KOUKPEMEDJI.
A l’Ingénieur Moudachirou ADJIBOICHA, toute ma considération Grand frère.
Au personnel du Bureau d’Ingénieurs Conseils en Génie – Civil ACEP
« Afrique Conception et Etude de Projets » et en Particulier à son directeur Monsieur Jean – Marie Servais DOVONON.
A Fréjus H., Dieudonné F., Samuel D., Nelly F., Adelphe M., Josué D., Rebecca C., Barnabé A., Agnès N., Benoite K, Michèle C.
Résumé
L’étude de l'activité hydro-sédimentaire à travers l'analyse des paramètres hydrologiques et du transport solide présente un grand intérêt pour le bassin de l’Ouémé vu son évolution morphologique ces dix dernières années suite à l'exploitation du sable fluvial par les riverains. L’objectif de cette étude est de contribuer à la maitrise du phénomène hydro-sédimentaire dans le bassin.
L’approche adoptée dans cette étude est analytique et a été entamée par une analyse détaillée de série de débits liquides à la station hydrométrique de Bonou sur une durée de 44ans qui s'étale de 1965 à 2010. Dans un but de la quantification spatio – temporelle des apports solides en suspension qui transitent par cette station hydrométrique, on s'est intéressé à établir un modèle mathématique basé sur l'analyse de la variabilité de la charge en suspension par rapport aux fluctuations des débits d’écoulement suivant des échelles de temps différentes en particulier lors des événements de crues. Le modèle retenu est fonction de la profondeur du cours d'eau « z » et des dimensions des grains « d65 ». Il est défini pour chaque période de retour T de crue et présente des résultats bien satisfaisants. Ce modèle permettra d’appréhender les facteurs explicatifs des processus de l'activité hydro-sédimentaire dans cette zone du bassin de l'Ouémé.
Mots clés : Activité hydro-sédimentaire, transport solide, crue, bassin, période de retour, modèle mathématique, débits liquides, apport solide.
Abstract
The study of the hydro sedimentary activity through the analysis of hydrological parameters and solid transport has a big interest for the basin of Ouémé seing its morphological evolution during the last ten years due to the use of the fluvial sand by the residents. this study aims at contributing to the mastery of the hydro sedimentary phenomenon in the basin. in this study, the analytic approach has been adopted and started by a detailed analysis of a set of liquid debits at the hydrométric station of Bonou withing a 44year periode lasting from 1965 to 2010. for a spatio - temporal quantification of flotting solid passing through that hydrometric station purpose, a mathematical model based on the analysis of the variability of the load in suspension in relation to the fluctuations of the out-flow debits following differents scales of time in particular at the time of the events of rises in the water level was established. The retained model is function of the depth of the river "z" and of the grains dimensions" d65 ". It is defined for every back period T of rise in the water level and shows satisfactory results. This model will permit to apprehend the explanatory factors of the processes of the hydro sedimentary activity in that zone of the basin of Ouémé.
Key words: hydro sedimentary activity, solid transport, rise in the water level, basin, back period, mathematical model, liquid debits, solid contribution.
S ommaire
Dédicaces ... i
Remerciements ... ii
Résumé ... vi
Abstract ... vii
Liste des tableaux ... xi
Liste des figures ... xii
Liste des cartes ... xiv
Sigles et Acronymes ... xv
INTRODUCTION ... 1
PARTIE I : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE ... 3
CHAPITRE I : PRESENTATION DU BASSIN DE L’OUEME ... 4
I. SITUATION DE LA ZONE D’EUDE ... 4
I.1. Ensembles Géologiques ... 5
I.2. Formations végétales ... 6
I.3- Morphologie ... 7
I.4- Hydrogéologie du bassin ... 7
II. ETUDE HYDROLOGIQUE DU BASSIN ... 8
II.1- Indice pluviométrique... 8
II.2- Variabilité Interannuelle de la pluie. ... 10
III. HYDROGRAPHIE DU BASSIN ... 13
PARTIE II : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ET DEMARCHE METHODOLOGIQUE 15 CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE. ... 16
I. QUELQUES CONCEPTS ... 16
I.1- Concept de l’activité hydro – sédimentaire. ... 16
I.2- système fluvial ... 22
I.3- Transport des sédiments. ... 24
II- LES TRAVAUX ANTERIEURS DANS LE BASSIN. ... 26
III- PROBLEMATIQUE DU SUJET ... 27
CHAPITRE II : DEMARCHE METHODOLOGIQUE ... 29
I. COLLECTE ET TRAITEMENT DES DONNEES ... 29
I.1- Contrôle et Validité des séries pluviométrique et hydrométrique. ... 30
I.2- Traitement des données ... 30
II. ETUDE DE L’ACTIVITE HYDRO – SEDIMENTAIRE. ... 35
II.1- Analyse des pluies ... 35
II.2- Analyse de l’écoulement ... 35
II.3- Les facteurs d’études de variabilité. ... 38
III. FORMULATION D’EQUATION DU TRANSPORT SOLIDE. ... 39
PARTIE III : RESULTATS ET DISCUSSIONS ... 45
CHAPITRE I : ANALYSE DES PARAMETRES HYDROLOGIQUES ... 46
I. CARACTERISTIQUES PLUVIOMETRIQUE DES STATIONS ... 46
I.1- Homogénéisation des pluies ... 47
I.2- Evolution Interannuelle de la pluie. ... 49
I.3- Evolution Interannuelle des débits moyens. ... 50
III. AJUSTEMENT DES CRUES A UNE LOI DE PROBABILITE. ... 54
CHAPITRE II : ANALYSE DES FLUX SEDIMENTAIRES ... 57
I. INTERPRETATION DES COURBES ... 57
II. ESTIMATION DU TRASPORT SOLIDE ... 59
CONCLUSION GENERALE ... 61 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 63 ANNEXES ... 66
L iste des tableaux
Tableau 1 : Caractéristiques des stations de mesure pluviométrique. ... 29
Tableau 2 : Caractéristiques de la station hydrométrique de Bonou. ... 29
Tableau 3 : Caractéristiques des pluies annuelles des stations pluviométriques du bassin versant. ... 46
Tableau 4 : Coefficient de variation et d’immodération à la station de Bonou... 51
Tableau 5 : Répartition des débits mensuels à la station hydrométrique de Bonou. ... 53
Tableau 6 : Tests d’indépendance et de stationnarité sur les données de débits journaliers maximaux annuels. ... 54
Tableau 7 : Paramètres des lois d’ajustement des débits maximaux journaliers annuels ... 54
Tableau 8 : Estimation des quantiles de débits pour différentes périodes de retour ... 55
Tableau 9 : détermination des différents paramètres d’entrée du modèle ... 57
Tableau 10 : Différents paramètres pour la détermination de V* ... 57
Tableau 11 : Estimation du débit solide pour différentes périodes de retour à une profondeur z=2m ... 59
L iste des figures
Figure 1 : Variation de l’indice pluviométrique à la station hydrologique de Bonou ... 8
Figure 2 : Variabilité interannuelle de la pluviométrie annuelle maximale à la station pluviométrique de Zangnanado durant la période (1971/2010). ... 10
Figure 3 : Variabilité interannuelle de la pluviométrie annuelle maximale à la station pluviométrique de Bohicon durant la période (1971/2010). ... 11
Figure 4 : Variabilité interannuelle de la pluviométrie annuelle maximale à la station pluviométrique de Bonou durant la période (1971/2010). ... 11
Figure 5 : Variabilité interannuelle de la pluviométrie annuelle maximale à la station pluviométrique de Pobè durant la période (1971/2010). ... 12
Figure 6 : balance de Lane, 1955. ... 16
Figure 7 : les deux principales variables ... 16
Figure 8 : Représentation schématique d’une section d’écoulement. (Alain Recking, 2008). 20 Figure 9 : Exemple de transport solide en suspension. ... 20
Figure 10 : Représentation du système fluvial et de l’Hydrosystème. ... 23
Figure 11 : les modifications du style fluvial au cours du temps d’après (Sear, 1996) ... 24
Figure 12 : schématisation des étapes de calcul du transport solide. ... 24
Figure 13 : Organigramme du Test de Kendall ... 33
Figure 14 : Organigramme du test de Wald – Wolfowitz. ... 34
Figure 15 : courbe de tarage de la station de Bonou. ... 43
Figure 16 : la courbe de w en fonction des dimensions des particules (d65). ... 43
Figure 17 : Caractéristique Pluviométrique des quatre Stations de Mesure... 46
Figure 18 : Homogénéisation entre la station de Zangnanado et la station de Bohicon ... 47
Figure 19 : Homogénéisation entre la station de Bonou et la station de Bohicon ... 48
Figure 20 : Homogénéisation entre la station de Pobè et la station de Bohicon. ... 48
Figure 22 : Régime mensuel du nombre de jour de Pluie dans le bassin à l’Ouémé (Kodja et al, 2010) ... 49
Figure 21 : Evolution journalière du régime pluviométrique (Kodja et al, 2010) ... 49
Figure 23 : évolution de l’hydraulicité sur la période 1965 - 2010 ... 50
Figure 24 : Variation de l’indice hydrométrique à la station de Bonou. ... 50
Figure 25 : Variation interannuelle des modules à la station hydrométrique de Bonou ... 52
Figure 26 : Variation des débits mensuels à la station hydrométrique de Bonou. ... 52
Figure 27 : Ajustement graphique de la série des débits maximums instantanés du bassin de l’Ouémé à la station de Bonou. ... 55
Figure 28 : Intervalle de confiance de la loi GEV à Bonou. ... 56
Figure 29 : courbe traduisant la variation de la vitesse en fonction du diamètre d65 ... 57
Figure 30 : Courbes qs= f (d65 ;z) pour différentes périodes de retour T. ... 59
Figure 31 : courbe traduisant la variation du débit solide en fonction de la période de retour T. ... 60
Figure 32 : principe de la méthode d’ajustement graphique. ... 76
L iste des cartes
Carte 1: situation du bassin de l’Ouémé. (ORSTOM, 1973) ... 5
Carte 2: Géologie du bassin versant de l’Ouémé (Tossa A., Tonouhewa A.2009)... 6
Carte 3 : hauteurs de pluie moyenne sur le bassin versant de l’Ouémé (1971 - 2009). ... 10
Carte 4 : hydrographie et sous bassin versant de l’Ouémé. (Adjiboicha M, 2010)... 14
S igles et A cronymes
ASECNA : Agence pour la Sécurité de la Navigation Aérienne en Afrique et à Madagascar.
DG Eau : Direction Générale de l’Eau.
GEV : Generalized Extreme Value.
JEA: Jet d'Est Africain.
JET: Jet d'Est Tropical
JOST: Jet d'Ouest Subtropical MA: Mousson Africaine
ORSTOM : Office de la recherche Scientifique et Technique d’Outre – Mer
INTRODUCTION
Le bassin de l’Ouémé est le plus grand bassin du Benin et depuis l’interdiction du sable marin, le sable fluvial est perçu comme le sable de remplacement pour la construction des bâtiments, routes, ouvrage d’art etc….Ceci met en évidence une activité hydro – sédimentaire intense dans le bassin. Cette pratique de prélèvement sans norme, du sable fluvial par la population n’est pas sans conséquence sur la dynamique fluviale. Elle se fait remarquer par l’expansion des crues, l’érosion des terres de compensation par le fleuve engendrant ainsi des impacts négatifs sur l’environnement. Si le dragage à priori devrait renforcer la dynamique fluviale, il peut aussi constituer un facteur déterminant dans l’érosion des berges du fleuve, d’où la disparition des terres cultivables, des habitations, le déplacement de la population et l’apparition des zones inondables.
Dans des conditions naturelles, le cours d’eau tente à établir une combinaison « dynamiquement stable » entre ses variables de contrôles (c’est-à- dire celles qui s’imposent au cours d’eau et contrôlent son évolution physique) et ses variables de réponse qui permettent à la rivière de s’ajuster aux mutations des variables de contrôle. (Schumm, 1977 ; Bravard et Petit, 2000 ; Malavoi et Bravard, 2010). Le processus par lequel le fleuve s’ajuste à cette mutation est l’érosion – dépôt. Une bonne connaissance du comportement du fleuve Ouémé permettrait à la population de savoir les conditions dans lesquelles le prélèvement du sable fluvial est possible sans préjudice sur l’hydrosystème.
Il est donc impératif de se pencher sur le comportement du fleuve après les crues et d’étudier l’activité sédimentaire du bassin ; ce qui justifie le choix de notre thème intitulé « Contribution à l’étude du transport solide (en suspension) à la station hydrométrique de Bonou. »
Il vise à analyser la situation actuelle du bassin de l’Ouémé, afin de comprendre les mécanismes du fonctionnement de ce fleuve. Le présent mémoire est structuré en trois grandes parties ; La première partie consacrée à la présentation du cadre d’étude. La deuxième à la revue bibliographique et la démarche méthodologique, enfin une troisième partie consacrée aux résultats issus de notre étude.
PARTIE I : PRESENTATION DE LA ZONE
D’ETUDE
CHAPITRE I : PRESENTATION DU BASSIN DE L’OUEME
I. SITUATION DE LA ZONE D’EUDE
Le bassin de l’Ouémé occupe le Sud et le Centre du Bénin (carte 1). Le fleuve Ouémé (long de 510 km) est situé entre 10° et 6°30 de latitude nord ; il prend sa source dans la forêt classée des Tanéka dans la commune de Copargo et coule jusqu'au sud où il alimente le système lagunaire du lac Nokoué et la lagune de Porto-Novo. Il s’étend depuis la zone côtière jusqu'à la latitude de Bembèrèkè.
Sa superficie est de 51 630 km² dont 46 360 km² soit les 90 % sont situés sur le territoire du Bénin, plus de 9% au Nigéria et moins de 1% au Togo (Tossa, A., Tonouhewa, A., 2009).
Le territoire délimité par le bassin de l’Ouémé abrite entièrement ou partiellement huit (08) départements sur les douze (12) que compte le Bénin à savoir : la Donga, le Borgou, les Collines, le Zou, l’Atlantique, l’Ouémé, le Plateau et le Littoral ; et quarante-sept (47) communes sur les soixante-dix-sept (77) que compte le Bénin .
Le bassin de l’Ouémé de par sa position géographique représente un enjeu territorial important pour les activités économiques du Bénin. Les activités économiques exercées par les populations résidentes restent une préoccupation qui influence les réflexions dans le cadre de la gestion de l’environnement. Dans le bassin de l’Ouémé, les principales activités économiques menées sont l’agriculture, la pêche, le commerce, le transport fluvial, l’élevage et l’exploitation forestière.
Carte 1: situation du bassin de l’Ouémé. (ORSTOM, 1973)
I.1. Ensembles Géologiques
Les grands traits de la Géologie du bassin de l’Ouémé s’appuient sur les travaux réalisés par l’Office Béninois des Mines et mentionnés dans les notices explicatives des feuilles géologiques de Lokossa-Porto Novo, Abomey- Zangnanado, Pira-Savè ; Parakou-Djougou; Bembèrèkè.
Trois types de roches constituent l’architecture géologique du bassin de l’Ouémé, il s’agit des roches sédimentaires, des roches métamorphiques et des roches éruptives. Les roches sédimentaires occupent la partie méridionale du
supérieur), des argiles du Paléocène et de l’Éocène et des sables argileux du Continental terminal. La carte n°2 présente les grands ensembles de roches localisées sur le bassin de l’Ouémé.
La majeure partie du bassin repose sur le socle cristallin du précambrien encore appelé dahoméen ou bouclier bénino-nigérian et qui est constitué essentiellement de granite, de gneiss et de gneiss granitoïde.
Carte 2: Géologie du bassin versant de l’Ouémé (Tossa A., Tonouhewa A.2009).
I.2. Formations végétales
Le bassin de l’Ouémé est caractérisé en matière de végétation par des formations naturelles dégradées, constituées de savanes arborées et arbustives, de galeries forestières, de plantations et surtout de Forêts classées. Ces formations observées résultent des caractéristiques hydro pluviométriques et édaphiques.
Actuellement le couvert végétal du bassin est sous une forte emprise humaine. La végétation naturelle est en voie de disparition et en lieu et place, on note les champs, les jachères et les agglomérations. Cette situation s’explique par les besoins à satisfaire pour une population en augmentation, une demande très forte en bois pour la fabrication du charbon. A cela, il faut ajouter les demandes en bois de feu et bois de service et de bois d’œuvre des centres urbains.
Deux ensembles de ressources floristiques caractérisent le bassin de l’Ouémé : les forêts classées, la végétation naturelle utilisée par la population.
I.3- Morphologie
Le relief du bassin de l’Ouémé comporte trois parties :
La partie supérieure du bassin située au pied du Mont Tanéka dans la commune de Copargo où se trouve la source du fleuve. C’est une pénéplaine cristalline dont l’altitude moyenne est comprise entre 200 et 300 mètres. Sur cette pénéplaine se dresse par endroits et de façon sporadique des collines en forme de dômes et de chaînons.
Au sud des pénéplaines on observe les plateaux du bas Bénin dont l’altitude est comprise entre 20 et 200 mètres. Les plateaux du bas Bénin sont séparés par la dépression de la Lama. Ils sont recouverts par des sols plus épais et fertiles.
Enfin il y a la plaine côtière, d’une largeur moyenne de quatre kilomètres, son altitude varie entre 10 et 20 mètres. La plaine côtière est formée de plusieurs cordons littoraux séparés par des dépressions marécageuses. Elle est surmontée par des sols bruts et peu évolués.
I.4- Hydrogéologie du bassin
Le territoire du bassin de l’Ouémé est situé sur deux grands ensembles géologiques qui déterminent la nature des différents types d’aquifères où sont captées les eaux souterraines. Il s’agit des aquifères discontinus de la région
majoritaire de socle et les aquifères continus des régions sédimentaires qui couvrent seulement 20% du territoire.
II. ETUDE HYDROLOGIQUE DU BASSIN II.1- Indice pluviométrique.
Le Bénin à l’image des pays de l’Afrique de l’Ouest est soumis à des climats qui font la transition entre les climats équatoriaux humides et les climats tropicaux secs ; et a connu une alternance de périodes sèches et humides depuis le début du XXème siècle (Le Borgne, 1990; Paturel et al. 1995).
Figure 1 : Variation de l’indice pluviométrique à la station hydrologique de Bonou
Il ressort de l’analyse des composites sec et humide du signal pluviométrique ( figure 1) que le déficit pluviométrique des années sèches est marqué après le «saut de mousson». De même, les années sèches se caractérisent par un retrait précoce de la mousson qui semble avoir débuté à partir de 1970. Par ailleurs, les années après 1970 connaissent un décalage des pics de précipitations de 18 jours environs. Ces pics sont atteints précocement (Afouda et al., 2011).
-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Indice pluviometrique
année
La circulation de Mousson Africaine (MA) est associée à quatre champs de vents principaux: le flux de sud-ouest dans les basses couches, le Jet d’ Est Africain (JEA) dans la troposphère moyenne, le Jet d’Est Tropical (JET) dans la haute troposphère entre 5 °N et 10 °N de juin à septembre, et le Jet d ’Ouest Subtropical (JOST) entre 30 °N et 35°N aussi de juin à septembre. Le JEA associé à des contrastes thermiques importants entre le continent et l’océan est en partie une signature des conditions de surface continentales : au mois de mars on le trouve à proximité de la côte Guinéenne où les valeurs de la mousson sont maxima dans les couches moyennes- de mars à août son axe se déplace vers le Nord en suivant les valeurs maximales de la mousson et atteint des vitesses maximales en juin vers 10°N (AMMA, 2002).
De façon plus générale la MA représente un système où les interactions entre l’échelle convective (convection humide dans la Zone de Convergence Inter Tropicale ou ZCIT et convection sèche dans la dépression thermique), les Ondes d ’ Est, le JEA, et la convergence du flux humide dans les basses couches dominent.
Le démarrage des pluies sur le continent Ouest Africain est caractérisé par un déplacement rapide vers le Nord de la ZCIT à la fin de juin (Sultan et Janicot, 2000 ; Le Barbé et al. 2001). Ceci pourrait correspondre au moment de transition entre deux régimes en état d’équilibre : un régime d’équilibre radiatif- convectif et un régime de circulation conservant la quantité de mouvement (Eltahir et Gong, 1996).
Les hauteurs annuelles des précipitations sur le bassin de l’Ouémé varient entre des cumuls annuels des pluies reçues et situées entre 1000 et 1400 mm La carte n°4 présente les isohyètes de pluie annuelle sur le bassin.
Carte 3 : hauteurs de pluie moyenne sur le bassin versant de l’Ouémé (1971 - 2009).
II.2- Variabilité Interannuelle de la pluie.
Les graphes ci – dessous nous montrent la variation temporelle des précipitations dans notre bassin au niveau de nos quatre stations d’étude. Elle montre une forte fluctuation de pluviométrie d'une année à l'autre.
Figure 2 : Variabilité interannuelle de la pluviométrie annuelle maximale à la station pluviométrique de Zangnanado durant la période (1971/2010).
1000
1100 1100
1200
1200
1200
1300
1100
1100
1000 1100
TOGO
NIGERIA 1000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
P LUIE S ( mm)
ANNEE
STATION DE ZANGNANADO
Figure 3 : Variabilité interannuelle de la pluviométrie annuelle maximale à la station pluviométrique de Bohicon durant la période (1971/2010).
Figure 4 : Variabilité interannuelle de la pluviométrie annuelle maximale à la station pluviométrique de Bonou durant la période (1971/2010).
0 20 40 60 80 100 120 140
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
P LUIE S ( mm)
ANNEE
STATION DE BOHICON
0 20 40 60 80 100 120 140 160
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
P LUIE S ( mm)
ANNEE
STATION DE BONOU
Figure 5 : Variabilité interannuelle de la pluviométrie annuelle maximale à la station pluviométrique de Pobè durant la période (1971/2010).
Cette variation nous permet de désigner les périodes sèches et humides dans la variation interannuelle. Pour cela, nous avons établi les diagrammes de variation des pluies annuelles.
En examinant les graphes, on remarque une prédominance d’années déficitaires pour les stations de Bonou, Zangnanado, Pobè (soit 26, 24 et 22 années respectivement) sur une période d’observation de 40 années, alors que la station de Bohicon a connu 19 années déficitaires contre 21 années excédentaires.
On note qu’à partir de l’année hydrologique 72 le nombre d’années déficitaires s’est accentué pour la station de Bonou, Zangnanado et celle de Pobè, ainsi mis à part les années (1993, 1998,1999 et 2008 à 2010) où les excédents pluviométriques ont été appréciables avoisinant ou même dépassant 20 % la moyenne enregistrée de la série pluviométrique retenue (71/10). Ceci témoigne d’une tendance de périodes sèches plus fréquentes dans la variation interannuelle qui s’étendent de 1974 à 1992). La période humide la plus prononcée, n'a été constatée que durant la période de (2008-2010). Ce graphique confirme bien
0 20 40 60 80 100 120 140 160
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
P LUIE S ( mm)
ANNEE
STATION DE POBE
l’apparition et la persistance d’une sécheresse durant les deux premières décennies de la série.
III. HYDROGRAPHIE DU BASSIN
L’Ouémé est le plus long cours d’eau du Bénin. En amont de son bassin versant, l’Ouémé reçoit des affluents permanents ou temporaires dont les plus importants, en rive gauche, en terme de superficie sont : l’Alpouro long de 86 km et d’une superficie de 2010 km2, le Yérou Maro d’une longueur de 120 km dont le bassin versant a une superficie de 2590 km2, la Beffa d’une longueur de 78 km et une superficie de 1990 km2, l’Okpara d’une superficie 10 000 km2 et une longueur de 362 km.
En rive droite l’Ouémé reçoit : la rivière Affon longue de 152 km et dont le bassin versant a une superficie de 4320 km2, la Donga longue de 74 km et d’une superficie de 1285 km2, la rivière Wéwé d’une longueur de 49 km dont le bassin versant a une superficie de 617 Km2, la Térou d’une longueur de 139 km dont le bassin versant à une superficie de 3320 km2, l’Odola a une longueur 74 km et couvre une superficie de 1076 km2, l’Adjiro d’une superficie de 2151 km2 est long de 160 km.
Peu avant la formation sédimentaire côtière, l’Ouémé reçoit un important affluent : le Zou, long de 250 km, le bassin versant du Zou couvre 8440 Km2. Ses principaux affluents sont : le Agbado long de 109 km dont le bassin versant a une superficie de 2703 km2 qui reçoit le Klou long de 49 km et couvrant une superficie de 560 km2 .
Après sa confluence avec le Zou, l’Ouémé aborde les formations du continental Terminal (Zone sédimentaire côtière). La pente de son thalweg est faible (5 m de dénivelée pour 85 Km) et il présente une large zone inondable dite Delta de l’Ouémé (Le barbé et al 1993). Dans le delta, l’Ouémé reçoit de petites rivières (la Sô, la Zounga, l’Agbagbé, le Wovi et la Zouvi). La Sô et l’Ouémé se jettent dans un complexe lagunaire formé par le lac Nokoué et la lagune de Porto
- Novo qui les drainent vers l’Océan Atlantique. Il compte au total 13 station hydrométriques.
Carte 4 : hydrographie et sous bassin versant de l’Ouémé. (Adjiboicha M, 2010)
PARTIE II : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ET
DEMARCHE METHODOLOGIQUE
CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE.
I. QUELQUES CONCEPTS
I.1- Concept de l’activité hydro – sédimentaire.
Dans des conditions naturelles, les cours d’eaux tentent à établir une combinaison « dynamiquement stable » entre ses variables de contrôles (c’est-à- dire celles qui s’imposent au cours d’eaux et contrôlent son évolution physique) et ses variables de réponse qui permettent à la rivière de s’ajuster aux mutations des variables de contrôle. (Schumm, 1977 ; Bravard et Petit, 2000 ; Malavoi et Bravard, 2010).
Lane 1955, montre à travers ses recherches que toute rivière cherche son équilibre entre la charge alluviale imposée (débits solide et granulométrie et le débit liquide qui couplé à la pente fournit l’énergie capable de l’évacuer et que la dynamique fluviale peut donc être présentée comme l’oscillation permanente de l’aiguille d’une balance dont l’un des plateaux serait rempli de sédiments grossiers (variable Qs), et l’autre d’eau (variable Q). Les quantités respectives et les rapports de ces deux éléments étant extrêmement fluctuants (à l’échelle de la journée, de l’année, du millier d’années). Il s’ensuit un ajustement permanent de la morphologie du cours d’eau, autour de conditions moyennes par le biais des processus d’érosion-dépôt.
Figure 6 : balance de Lane, 1955. Figure 7 : les deux principales variables de contrôle de la dynamique fluviale.
L’érosion accrue dans les cours d’eau, qui est souvent observée lorsqu’un bassin versant s’urbanise, est importante à contrôler et à contrer puisqu’elle a souvent un impact non négligeable sur les lits du cours d'eau. Lorsque des débits plus importants se rejettent sans contrôle avec de plus grandes vitesses dans les cours d’eau, les cours d’eau verront typiquement leur forme et leurs dimensions se modifier pour tenter de s’adapter aux nouvelles conditions d’écoulement qui leur sont alors imposées. Les processus par lesquels la morphologie de ces cours d’eau se modifie sont l’érosion et la sédimentation.
Selon Cros-Cayot, 1996, l'érosion des sols se développe lorsque les eaux de pluie, ne pouvant plus s'infiltrer dans le sol, ruissellent sur la parcelle en emportant les particules de terre.
En effet plusieurs auteurs se sont penchés sur la problématique du processus. Nous pouvons citer (Wishemeïr et al, 1978) qui, à travers leur recherche ont prouvé que les processus érosifs dépendent d’une multitude de facteurs interagissant entre eux et sont complexe à modéliser. Ces facteurs regroupent le sol, l’occupation du sol, la topographie et le climat. Selon (FEM et FIDA, 2002), l’érosion hydrique est la principale forme de dégradation dans les zones subhumides.
Les études effectuées par (Shabban et al, 1998) ont montré que la vulnérabilité au changement climatique dans la région méditerranéenne indique une tendance à un accroissement à l’aridité qui accélère l’érosion hydrique, mais il existe d’autre type d’érosion comme l’érosion aratoire et l’érosion éolienne. Ce dernier a pour agent principal « le vent » ; il prend de l’importance en Afrique de l’ouest dans les zones tropicales sèches (Moktari E., 2009). En 1990 ; la FAO affirme dans son rapport que l’érosion des sols par la pluie et le ruissellement est un phénomène largement répandu dans les différents pays de l’Afrique. Il continue à prendre des proportions considérables en particulier sur les pentes à cause de la torrentialité des pluies, de la forte vulnérabilité des
terrains (roches tendre ; sols fragiles ; pentes raides et couvert végétal souvent dégradé). L’élément déclencheur de ce type d’érosion est la pluie, qui provoque le détachement des particules élémentaires du sol. Le volume et l'intensité des précipitations jouent tous deux un rôle important dans les processus d'érosion par suite de leur effet dans la dynamique du détachement des particules des sols sans protection et du maintien en mouvement des particules par l'écoulement.
La pluie est essentiellement à l'origine de l'érosion par son impact sur les particules de sols qu'elle détache ainsi des matériaux de surface. Il s'ensuit par conséquent que l'intensité de la pluie est un facteur clé pour déterminer la quantité de sédiments arrachés au sol. Les particules de sol sont délogées par le choc des gouttes de pluie à la surface du sol avec des vitesses atteignant 9 m/s.
Meyer et al. 1975 affirment qu’une fois la particule détachée, elle est mise en mouvement par le rejaillissement de la goutte de pluie sur la surface du sol et entraînée par l’écoulement le long de la pente.
Selon (Mutcher et Young, 1979), l’impact des gouttes de pluies fournit une intense force hydrodynamique au point d’impact. Quelques années plus tard (Bouanani, 2004) à travers son étude, conclut qu’on assiste au développement quasi simultané de trois processus : la désagrégation de la structure, la formation d’une pellicule de battance et l’érosion par « splash » ou érosion de rejaillissement. Le ruissellement commence dès que l’intensité de la pluie devient supérieure à la vitesse d’infiltration du sol. Son importance dépend en particulier des facteurs suivants : la nature du sol, l’infiltration, la détention superficielle et rugosité du sol, la pente et longueur de pente, le couvert végétal. Le ruissellement ne débute qu’après un cumul pluviométrique journalier de 18 à 20 mm (Laouina, 1998) sur sol sec même si les pluies sont intenses ou après un cumul de 4 mm sur sol humide et compact (Chebbani, et al. 1997). Mais ce sont les épisodes pluvieux durables avec des événements de forte intensité répétitifs qui
occasionnent la dégradation la plus forte, avec en particulier le passage du ruissellement en nappe au ruissellement en griffes et rigoles (Bouanani, 2004).
Le transport solide dans un cours d'eau constitue la seconde phase de l'érosion. La dynamique des matériaux arrachés au sol et transportés par le réseau d'écoulement dépend essentiellement de la vitesse d'écoulement et de la granulométrie. En tout point d'une rivière, l'alimentation en débit solide est définie par les caractéristiques hydrologiques de son bassin versant. L'eau met en jeu deux types de mécanisme : le charriage et la suspension qui sont les principaux types de transport solide.
Le transport par charriage est l'un des principaux types de transport solide dans un cours d'eau, il concerne les plus gros matériaux qui contribuent à la formation et l'équilibre du lit, principalement la pente. Ces éléments sont transportés par le fond par roulement, glissement ou saltation. La direction du mouvement est en gros parallèle au fond et les accélérations verticales sont faibles. Le charriage dit transport de fond, constitue un sérieux problème en régularisation des débits de cours d'eau et dans la construction des ouvrages hydrotechniques.
Sur le lit des matériaux sans cohésion, les grains isolés sont soumis aux forces de pesanteur et aux forces hydrauliques.
Les forces de pesanteur sont des forces stabilisatrices;
Les forces hydrauliques sont des forces déstabilisatrices dues à l'écoulement (traînée et portance).
La grandeur physique explicative de ce mode de transport (charriage) est la contrainte hydrodynamique critique "
τ
c". Les grains constituants l'interface solide – liquide, ayant un poids et un coefficient de frottement fini, ne peuvent être mis en mouvement par l'action du fluide que si la contrainte sur le fond " τ"τ
traduit donc par un transport de fond dans le sens de l’écoulement. La contrainte sur le fond de la rivière est exprimée par :
𝝉𝒄 = 𝝆𝒈. 𝑹𝒉. 𝑱 ( 1) J : Perte de charge régulière de l'écoulement, 𝑅ℎ : Rayon hydraulique.
Figure 8 : Représentation schématique d’une section d’écoulement. (Alain Recking, 2008).
Le transport par suspension est le deuxième type de transport solide dans un cours d'eau. Il concerne les éléments fins qui progressent dans le sens du courant au sein même du liquide. Ces éléments fins sont maintenus en suspension par la turbulence et la quantité de ces matériaux dépend essentiellement des éléments fins, qui proviennent de l'érosion du bassin, suite au ruissellement des eaux de pluie.
Figure 9 : Exemple de transport solide en suspension.
La vitesse du courant s'accroît dans le cours d'eau au fur et à mesure que l’intensité s’accroit jusqu'au stade où les particules en saltation atteignent une hauteur au-dessus du fond où les forces extensionnelles fluctuantes dues à la turbulence dépassent le poids des particules. A partir de ce moment, les particules ne suivent plus une trajectoire définie, mais elles suivent des trajectoires aléatoires dans l'épaisseur du fluide.
W.Kresser, de par ses recherches prouve par la mise au point d’une formule qu’il existe un critère d'apparition des phénomènes de suspension et permet de définir la vitesse d’écoulement du liquide qui exerce une poussée sur les grains de diamètre "D".
𝑼𝟐 = 𝟑𝟔𝟎. 𝒈. 𝑫 (2)
En posant 𝑈 = 𝐶√ℎ𝐽 ; il en ressort que :
𝝉 = 𝟑𝟔𝟎 (𝜸𝒈
𝑪𝟐) 𝑫 ( 3)
Avec
τ
: Tension tangentielle de l'écoulement; g : Poids volumique du liquide;C : Coefficient de Chézy; h : Hauteur du liquide; J : Perte de charge régulière.
C’est la vitesse qui permet la mise en suspension des grains quartzeux de 0,2 à 0,85 millimètres de diamètre dans des écoulements naturels de rivières.
Mais Selon Roose (1987), la présence d’élément solide en suspension dans un cours d’eau est due à la turbulence de l’écoulement. Les particules solides subissent l’action des composantes transversales des vitesses de turbulence qui s’opposent à la pesanteur pour maintenir les particules en suspension.
( 𝒗 = 𝒗̅ + 𝒗′) (4)
I.2- système fluvial
Le système fluvial est un concept géomorphologique apparu au début des années 1960 (Hack, 1960 ; Chorley, 1962) qui formalise les interrelations entre le cours d’eau et son bassin-versant.
Ce système se définit comme l’arrangement significatif d’entités morphologiques que sont les pentes, les lits et les plaines d’inondation au sein d’un bassin-versant (Schumm, 1977). Il se caractérise par des flux entrants et sortants que sont l’eau, les sédiments, mais aussi les flux de matières organiques et les solutés (Bravard et Petit, 2000). Ce système possède donc une dimension principalement longitudinale (amont-aval) dictée par le système de pentes, qui formalise un découpage en trois secteurs :
Une zone de production, constituée par les secteurs de plus fortes pentes (têtes de bassins versants). Elle est marquée par l’importance des processus d’érosion. Les sédiments sont progressivement évacués par le réseau hydrographique, principalement composé de cours d’eau (Strahler, 1957).
Une zone de transfert marquée par une pente décroissante. Sa fonction est d’assurer les transferts de sédiments vers l’aval.
Une zone de dépôt (ou de stockage) caractérisée par les plus faibles valeurs de pente. L’énergie disponible pour le transport des sédiments est aussi plus réduite, entraînant un dépôt des particules. Cette zone est donc dominée par les formes d’accumulation sédimentaire.
La dimension globale et majoritairement longitudinale du concept de système fluvial est complétée par le concept d’hydrosystème. Celui-ci appréhende les échanges de matières et d’énergie à l’échelle d’un tronçon de cours d’eau géomorphologiquement homogène, entre les différentes unités fonctionnelles qui le composent (Amoros et Petts, 1993). Cette approche insiste ainsi sur la bidirectionnalité des flux et permet de détailler la dimension multivariée de la mosaïque fluviale (Liébault, 2003).
L’hydrosystème constitue un sous-ensemble complémentaire du système fluvial, comprenant quatre dimensions : trois dimensions spatiales (longitudinale, transversale et verticale) et une dimension temporelle capitale. Il permet notamment de mettre l’accent non seulement sur les échanges latéraux entre les différentes unités de la plaine alluviale et la bande active des cours d’eau, mais aussi sur les échanges verticaux entre le chenal et les nappes sous-jacentes.
Figure 10 : Représentation du système fluvial et de l’Hydrosystème.
L’état de fonctionnement moyen d’un tronçon de cours d’eau peut-être caractérisé par un débit liquide par unité de largeur q, un débit solide Qs, une pente J et un diamètre caractéristique de sédiment D. Si un de ces paramètres est modifié durablement (comme par exemple lors de la création de digues), la simple utilisation de la balance de Lane permet de prévoir, et ce en dehors de tout calcul dans quel sens évoluera le système. Son style fluvial peut donc varier dans l’espace mais aussi dans le temps en fonction des modifications de Q et Qs.
Figure 11 : les modifications du style fluvial au cours du temps d’après (Sear, 1996)
Le principe de modélisation des paramètres du transport solide est régi par la somme de deux lois fondamentales qui sont : la loi de frottement et la loi de transport dont la somme donne la loi unique qui gouverne le transport solide dans une rivière.
Figure 12 : schématisation des étapes de calcul du transport solide.
I.3- Transport des sédiments.
Le transport solide se fait en deux modes, suspension et charriage. Dans le souci de mieux quantifier ce transport, plusieurs formules ont été proposées que certaines soient à utiliser avec précaution vu que les conditions de leur élaboration et conditions d’application sont différentes.
Du Boys (1879) a été l'un des pionniers de cette recherche sur le charriage.
Ce n'est que vers 1930 que cette recherche s'intensifie avec Meyer- Peter, Einstein
Ils ont basé leurs travaux sur l'équilibre d'une particule au sein d'un liquide en mouvement en régime fluvial, pour un canal de forme régulière.
Mais ces études ne peuvent pas s'appliquer directement à des transports de particules non homogènes pour des formes de lits de cours d’eau non régulières.
Einstein, 1930 a dressé une liste de caractéristiques qui y sont généralement associées:
Il y a échange de particules, permanent et intense entre la charge du fond en mouvement et le lit.
La charge du fond se déplace lentement vers l'aval et le mouvement de chaque particule, individuellement, se fait à coups rapides séparés par des intervalles de repos relativement longs.
Le saut moyen d'une particule est à peu près indépendant des conditions d'écoulement, de l'intensité du transport solide et de la composition des sédiments.
Les vitesses de déplacement des différentes particules varient selon qu'elles se déplacent plus ou moins souvent.
Alain Recking, 2008 a porté ses études sur l’évaluation des formules de transport solide en rivière, à travers son étude il ressort de son travail que le transport solide en rivière est très fluctuant et la qualité d’un échantillonnage sera étroitement dépendante de la durée sur laquelle ce dernier est intégré et que l’utilisation de ces formules est limitée. Tous ces auteurs se sont basés sur la loi unique. Le phénomène du transport solide est un phénomène aléatoire.
Milliman et Meade, 1983, d’après ses travaux de recherches sur le transport solide affirme que la quantité totale des sédiments évacués en suspension correspond à un transport spécifique de 152 tonnes / km2. Cependant la distribution est très variable d’un point à l’autre.
Les études scientifiques sur l’érosion n’ont commencé qu’au début du 20ième siècle. Ellison, 1944 découvre que l’énergie cinétique développée par la chute des gouttes de pluie est à l’origine de la dégradation de la surface du sol, et qu’après la saturation du sol, le ruissellement causé par le surplus des gouttes d’eau érode les terres cultivées (effet splash). Plus tard Hudson, 1957 et Fournier, 1960 s’intéressent aux méthodes de quantification du ruissellement et de l’érosion en Afrique.
II- LES TRAVAUX ANTERIEURS DANS LE BASSIN.
Le bassin de l’Ouémé a fait l’objet de plusieurs travaux de recherches, depuis que l’observation et l’étude du fleuve et son delta ont commencé (1951).
Les toutes premières études ont été réalisées par ORSTOM, 1963 sur la qualité des eaux et débits solides. Vers les sources de l’Ouémé, la tendance tropicale à deux saisons s’affirme, les pluies se répartissent de mai à octobre et la saison sèche, plus longue de novembre à mai (Adam et boko, 1993). Selon (Vincke et Philippart, 1984), les températures sont plus élevées avec des minima en août et des maxima en mars. Les écarts de températures sont fort élevés. A Kandi les températures moyennes varient de 10°C à 45°C. Le climat et les précipitations sont les principaux facteurs qui influencent l'hydrologie de l'Ouémé. Son régime, de type tropical (Adam et Boko, 1993), se caractérise par une seule période de basses eaux, qui dure en général sept mois, de décembre à juin, et par une seule période de crue, de trois à quatre mois environ. La crue commence habituellement vers fin juillet et finit avant novembre (Lalèyè et al., 2004). Le débit de l’Ouémé pendant les périodes de grandes crues peut dépasser 2000 m3. s-1 (Lang et Paradis, 1977) et il déplace chaque année 5,2 milliards de m3 d’eau. Dans la région d’Adjohoun, il roule en période de crue un débit de 950 m3. s-1. En période de basses eaux, ce débit est réduit à environ 10 m3s-1 (Balarin, 1984).
Les études liées au transport des sédiments ne font pas encore l’objet de grandes études, mais nous pouvons citer les études de modélisation du bilan
hydrologique réalisée dans le bassin de l’Ouémé à l’exutoire de Savè menée par (Ahouansou M. en 2008), qui a permis d’estimer le transport des particules arrachées par le modèle agro hydrologique SWAT ( Soil and Water Assessment Tool),depuis plus d’un an la direction Générale de l’eau chargée du suivi et de la gestion des plans d’eaux a entrepris de réaliser la bathymétrie du fleuve qui permettra des années à venir de suivre le fond du cours d’eau.
III- PROBLEMATIQUE DU SUJET
Les enjeux du développement impliquent la conservation des terres cultivables, une bonne gestion des ressources en eaux et l’aménagement des plans d’eaux.
Le Bénin, comme la plupart des pays de l’Afrique de l’ouest est sujet à une variabilité pluviométrique de plus en plus marquée par la rareté des pluies et la perturbation des saisons pluviales. Cette variabilité se manifeste donc par une tendance générale à la baisse de totaux pluviométriques annuels et la survenance des années pluviométriques extrêmement sèches ou pluvieuses (Ogouwalé, 2004).
Selon les données de l’ASECNA (2006), il se révèle la survenance des années excédentaires extrêmes sur toute l’étendue du territoire national. Au cours de ces années, la hauteur pluviométrique annuelle tend à doubler de valeur moyenne notamment dans les stations du sud.
Il en résulte des inondations subites qui emportent sur leur passage les champs, des habitations, des infrastructures sociocommunautaires faisant ainsi de nombreux réfugiés climatiques sans oublier les crises alimentaires et l’apparition des maladies hydriques invalidantes et meurtrières. Les localités situées dans les plaines d’inondation des cours et plans d’eau. Pallier le problème d’inondation implique une bonne connaissance des paramètres hydrologique et hydro morphologique.
Il est à noter aussi que depuis l’interdiction d’usage du sable marin au Benin , le fleuve Ouémé est devenu l’une des carrières d’extraction du sable fluvial, ce prélèvement sans aucune norme perturbe d’une manière ou d’une autre la dynamique fluviale alors que le système fluvial obéit au principe d’équilibre dynamique en apportant des terre (transport solide) de compensation en cas de déficit, ce qui cause donc la disparition des terres cultivable et l’apparition des zones inondées.
Notre étude portant sur l’étude de l’activité hydrosédimentaire vise à renchérir les connaissances sur l’équilibre hydrodynamique du système fluvial et sur les mécanismes qui engendrent la disparition des terres (érosion) et l’inondation.
Objectif général du travail
Globalement, la présente étude vise à contribuer à la maitrise du phénomène hydro-sédimentaire dans le bassin.
Objectifs spécifiques
- Faire une analyse des paramètres hydrologiques (précipitation et écoulement) qui interviennent dans le processus érosion – dépôt.
- Quantifier et analyser le transport solide dans le fleuve par la mise au point d’un modèle.
CHAPITRE II : DEMARCHE METHODOLOGIQUE
I. COLLECTE ET TRAITEMENT DES DONNEES
Pour l’étude de l’activité hydro – sédimentaire dans le bassin de l’Ouémé, nous avions limité notre étude à la station hydrométrique de Bonou afin d’étudier le comportement des flux sédimentaire qui transitent à travers cette station par la mise en place d’un modèle. Pour ce faire, les données relatives aux débits liquides ont été collectées sur une période de 1965 -2010 auprès de la direction Générale de l’eau (DG-Eau)
Nous nous sommes intéressées aussi à la variation pluviométrique autour de cette station hydrométrique en collectant les données pluviométriques des stations les plus proches de la station auprès du service météorologique de l’ASECNA- BENIN.
Tableau 1 : Caractéristiques des stations de mesure pluviométrique.
Station Coordonnées géoréférencées Coordonnées Lambert Période d’observation
Lat,N Long,E X(km) Y(km)
Bonou 06°56’ 02°30’ 622.872 -3 930.294
1971 - 2010
Zangnanado 07°15’ 02°20’ 599.455 -3885.872
Pobè 06°56’ 02°40’ 646.292 -3930.217
Bohicon 07°10’ 02°01’ 555.095 -3897.458
Tableau 2 : Caractéristiques de la station hydrométrique de Bonou.
Bassin Station Code Latitude Longitude Alt Zéro échelle
Superficie
Km² Période
Ouémé Bonou 1114500107 06°54’35’’ 02°26’59’’ 0,67 m IGN 46 990 1965-2010
I.1- Contrôle et Validité des séries pluviométrique et hydrométrique.
La constitution d'une série de valeurs, constituant un échantillon au sens statistique du terme, est un processus long, parsemé d'embûches, et au cours duquel de nombreuses erreurs, de nature fort différentes, sont susceptibles d'être commises.
Des erreurs peuvent en effet être perpétrées lors de l'une ou de l'autre des quatre phases du déroulement classique des opérations, à savoir : la mesure ; la transmission de l'information ; le stockage de l'information ; le traitement de l'information (prétraitement et analyse). Il est donc indispensable, avant d'utiliser des séries de données, de se préoccuper de leur qualité et de leur représentativité en utilisant diverses techniques en général de types statistiques ou graphiques.
Deux types d'erreurs sont généralement commis : les erreurs aléatoires et les erreurs systématiques.
Dans le cadre de notre étude, seules les données relatives aux débits liquides sont soumises aux tests.
I.2- Traitement des données
Le traitement des données a été réalisé à l’aide des logiciels Microsoft Excel, Matlab, Maple12. Le traitement des données est basé sur certaines hypothèses à savoir :
Les mesures doivent refléter les vraies valeurs - Cette hypothèse n'est malheureusement jamais réalisée en pratique, du fait des erreurs systématiques ou aléatoires ;
La série de données est stationnaire - Les propriétés de la loi statistique qui régit le phénomène (moyenne, variance ou moments d'ordre supérieur) sont invariantes au cours du temps.
Les données sont homogènes. ceci implique qu’aucun facteur extérieur n’influe sur les données relevées ;
La série de données est aléatoire et simple – c'est-à-dire que toutes les observations doivent être indépendantes et identiquement distribuées.
La série doit être suffisamment longue - La longueur de la série influe sur les erreurs d'échantillonnage, notamment sur le calcul des moments d'ordre supérieurs donc sur les tests inhérents à leur fiabilité.
L’analyse séquentielle des données vise à détecter les erreurs évidentes commises dans le processus d’échantillonnage et au niveau de leur présentation.
La phase suivante a consisté à étudier les caractéristiques statistiques de la série et à vérifier si elle possède les qualités requises pour la détermination de leur fonction de distribution. Ainsi, le test de stationnarité de Kendall (Aka et al., 1996 cités par Lubès-Niel et al., 1998) et celui d’indépendance de Wald- Wolfowitz (Haché & al., 1999) ont été utilisés. Ces tests statistiques permettent essentiellement d’évaluer la représentativité des répartitions observées par rapport aux valeurs connues de la population et servent à évaluer la significativité des observations. Ils fonctionnent tous sur le même principe qui consiste à énoncer une hypothèse sur la population mère et à vérifier sur les observations constatées si celles-ci sont vraisemblables dans le cadre de cette hypothèse Le test de stationnarité de Kendall (1975 cité par Manohar et al. 2005), qui est un test de corrélation sur le rang, sert à détecter les tendances dans les séries (Yue
& Pilon, 2004). Celui d’indépendance de Wald-Wolfowitz est utile pour vérifier dans les observations, l’existence d’une dépendance séquentielle qui conduirait, lorsque celle-ci est avérée, à définir le type et le niveau de celle-ci avant de continuer l’étude du processus des fréquences.
Les résultats de ces tests d'hypothèses sont généralement présentés sous forme de couple (statistique des tests, p -value). La p-value étant la probabilité au
dépassement de la valeur calculée de la statistique du test que l'on compare ensuite avec le niveau de signification.
Les algorithmes de déroulement de ces deux tests sont présentés ci- dessous :
Figure 13 : Organigramme du Test de Kendall
Figure 14 : Organigramme du test de Wald – Wolfowitz.
II. ETUDE DE L’ACTIVITE HYDRO – SEDIMENTAIRE.
II.1- Analyse des pluies
L’étude d'homogénéité par la méthode des doubles cumuls nous a permis d'avoir une idée sur la relation mathématique entre les stations pluviométriques choisies et en prenant comme station de référence la station synoptique de Bohicon.
méthode de doubles cumuls
Elle est appliquée entre deux stations de mesure et consiste à cumuler les valeurs obtenues en commençant par la dernière valeur de l'observation c’est-à-dire en remontant le temps à partir de la dernière observation, on reporte donc après les valeurs cumulées sur un graphe. Lorsque les observations sont bonnes nous obtenons l'allure d'une droite avec une forte corrélation.
Le graphe des pluies en fonction du temps nous a permis d'avoir une idée sur l'évolution journalière de la pluie, de même que le graphe (nombre de jour en fonction des mois) qui permet de connaitre le régime de la pluie.
II.2- Analyse de l’écoulement
Il existe fondamentalement deux variables qui contrôlent l’équilibre dynamique d’un fleuve qui sont le débit liquide et le débit solide, nous avions procédé dans cette rubrique à l’analyse de l’écoulement dans le bassin en faisant une analyse fréquentielle des crues qui permet la mise en évidence de la réaction du bassin pendant un pas de temps réduit à une averse ou séquence pluvieuse donnée. Elles constituent avec les étiages une situation extrême dans le comportement des cours d’eau. Il s’agit de gonflement fluviaux exceptionnels et irréguliers, tant en saison froide, période de hautes eaux qu’en saison chaude, période de basses eaux (Frécaut, 1971).
L’activité hydro – sédimentaire dans un cours d’eau est intimement liée aux crues, c’est le moment du plus grand dépôt sédimentaire dans un cours d’eau,
