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THESE DE DOCTORAT
Université Pierre et Marie Curie (UPMC) - Institut International
d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement (2iE)
Ecoles Doctorales : Sciences de l’Environnement d’Ile-de-France (UPMC) - Sciences
et Technologie de l’Eau, de l’Energie et de l’Environnement (2iE)
Spécialité : Sciences de l’eau
Réalisée par :
Boubacar IBRAHIM
pour obtenir le grade de
Docteur de l’UPMC et de 2iE
Caractérisation des saisons de pluies au Burkina Faso dans un
contexte de changement climatique et évaluation des impacts
hydrologiques sur le bassin du Nakanbé.
soutenue le 18 avril 2012 devant le jury composé de :
M. Pierre RIBSTEIN Président UPMC-Paris
M. Bernard FONTAINE Rapporteur CNRS-Dijon
M. Gil MAHE Rapporteur IRD-Montpellier
M.
A
madou Thierno GAYE Examinateur UCAD-Dakar
M. Pierre BARIL Examinateur OURANOS-Montréal
M. Jan POLCHER Directeur de thèse LMD-Paris
M. Harouna KARAMBIRI co-Directeur de thèse 2iE-Ouagadougou
Laboratoire de Météorologie Dynamique de Paris (UPMC)
Laboratoire Hydrologie et Ressources en Eau (2iE)

Remerciements
Ce travail est le fruit d’une contribution de plusieurs personnes envers qui j’aimerais
exprimer ma reconnaissance et ma gratitude. Je dois reconnaître que la rédaction de cette
partie n’est pas aisée, car vouloir citer des noms, c’est accepter d’en oublier. Je voudrais
donc m’excuser d’avance auprès de ceux ou celles que j’aurai oubliés.
Je tiens tout d’abord à exprimer ma gratitude envers la Direction générale de l’Institut
International d’ingénierie de l’Eau et de l’Environnement qui m’a octroyée une allocation
de recherche sur toute la durée de mes travaux de thèse. D’autre part, la réalisation de ce
travail a été possible grâce à la disponibilité et à la patience de mes deux encadreurs qui ont
eu confiance en moi en m’accordant la possibilité de faire ce travail qui allie le climat aux
processus l’hydrologique de surface. J’exprime ainsi ma gratitude envers : Jan POLCHER,
mon Directeur de thèse, qui m’a apporté toute son expertise de méthodologie, tracé les
grandes lignes du projet de thèse, et qui a su m’orienter de part sa rigueur scientifique, tout
au long de ma thèse ; Harouna KARAMBIRI, le Co-Directeur de thèse qui m’a apporté
son expertise d’hydrologie et qui est un grand frère dont les conseils m’ont guidé dans
le choix de ce sujet de recherche et qui m’a donné le courage de surmonter les obstacles
ayant jalonné ce parcours. Je vous remercie tous deux pour avoir su m’accorder la liberté
d’exprimer et de défendre mes idées avec souvent des discussions tendues. Heureusement,
que la lumière ayant jailli de ces discussions a permis d’éclairer les zones d’ombre de ce
travail.
Je remercie le Professeur Pierre RIBSTEIN de l’Université Pierre et Marie Curie (UPMC)
de m’avoir accordé la possibilité de faire la formation en Master Hydrologie, Hydrogéologie
Géologie et Géochimie en renouvelant à quatre reprise mon admission, de participer aux
différentes réunions du comité de thèse et de présider mon jury de thèse. Je lui exprime
ma reconnaissance pour m’avoir accompagné tout au long de mon parcours à l’UPMC.
Je remercie Gil MAHE de l’IRD Montpellier et Bernard FONTAINE du d’avoir accepté
d’être les rapporteurs de cette thèse. Vos remarques et suggestions, m’ont permis d’amé-
liorer les résultats de mes travaux et la rédaction du présent document.
Je remercie également Pierre Baril, Directeur du consortium OURANOS (Québec) et
Amadou Thierno GAYE Directeur du Laboratoire de Physique de l’Atmosphère de l’Uni-
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versité Cheik Anta Diop de Dakar pour avoir accepté de consacrer une partie de leur
temps à l’examen de mon rapport et à leurs contributions dans son amélioration.
Mes remerciements vont à l’endroit de Hamma YACOUBA, chef du laboratoire hydro-
logie et ressources en eau (LEAH) et de Vincent CASSE Directeur du Laboratoire de
Météorologie Dynamique de Paris, pour m’avoir accueilli dans leur laboratoire et soutenu
tout le long de la thèse.
Mention spéciale à Emmanuel PATUREL qui a su guider mes premiers pas dans la re-
cherche dans le cadre de mon mémoire de fin d’étude de ma formation d’ingénieur de
l’équipement rural à l’Ecole Inter-Etat d’ingénieur de l’Equipement Rural (EIER) de mars
à juin 2002. Ce sont surtout ses remarques pertinentes et son suivi rapproché qui m’ont
donné goût à la recherche sur le climat et les ressources en eau en Afrique de l’Ouest. Je
remercie par la même occasion tous les membres de l’équipe IRD de l’EIER de la période
2002-2003 pour leur appui durant ce mémoire et durant mes travaux de recherches en
tant qu’ingénieur d’appui à la recherche.
Mes remerciements vont à l’endroit de Luc DESCROIX du Laboratoire d’étude des Trans-
ferts en Hydrologie et Environnement (LTHE-Grenoble) pour m’avoir accueilli sans me
connaître au sein de son équipe de l’IRD de Niamey en 2006 pour la supervision des tra-
vaux de mesures hydrométriques et pluviométriques sur le site de Wankama. Je remercie
également le Directeur du LTHE, Thierry LEBEL pour m’avoir accueilli au sein de son
laboratoire pour mon stage de Master et pour la supervision des travaux du dit stage.
Je remercie également Serge JANICOT et Benjamin SULTAN du laboratoire LOCEAN
à l’UPMC pour leur multiple aides dans mes mes travaux y compris dans la recherche de
logement à Paris.
J’aimerais aussi exprimer ma gratitude envers mes collègues doctorants avec qui j’ai eu à
partager pendant quarante mois, mes angoisses et mes doutes, mes trois premiers collègues
de bureau à 2iE à savoir : Guelaih Pascal BIEUPOUDE, Malick ZOROME et Adjadji
Lawani MOUNIROU ; à ceux qui ont rejoint le groupe notamment Stéphane MAIGA,
Kouawa TADJOUA, Fowé TAZEN, Daniel YAMAGEU et Noëllie KPODA. La mobilité
effectuée au cours de cette thèse m’a permis de travailler dans deux laboratoires diffé-
rents. Je remercie également mes collègues de mon deuxième laboratoire, le Laboratoire
de Météorologie Dynamique de Paris, pour leur accueil et leur convivialité. Je remercie
Natalie BERTRAND et Anais BARELLA-ORTIZ qui ont mis une partie de leur temps
pour la mise en oeuvre du modèle ORCHIDEE. Je n’oublie pas mes voisins de bureau :
Youssouph SANE, Jean Baptiste MADELEINE, Alberto CASADO LOPEZ, Mohamed
LY, Moussa GUEYE et Marine TORT.
Ma pensée va à l’endroit de ma famille et de mes amis qui m’ont toujours soutenu, un
grand merci à vous tous.

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Enfin, j’aimerais exprimer mes sincères remerciements à tout ceux, de près ou de loin, ont
contribué d’une manière ou d’une autre à la réussite de ce travail.

Résume
Cette étude consiste en une description de la variabilité du régime pluviométrique dans la
zone sahélienne de l’Afrique de l’Ouest et à une évaluation des impacts de cette variabilité
sur les ressources en eau de la région à travers une série de modélisations hydrologiques.
En effet, les résultats de plusieurs études sur la variabilité pluviométrique au Sahel au
cours des cinq dernières décennies (1961-2009) montrent une baisse significative de la
pluie annuelle depuis 1970 par rapport à la moyenne annuelle des décennies antérieures.
Ce déficit pluviométrique prolongé a entraîné une situation de stress hydrique sévère dans
la région.
Le Burkina Faso, pays sahélien, n’est pas épargné par cette situation de sécheresse conti-
nue. Ainsi, pour la caractérisation de la situation climatique à l’échelle du pays, nous
avons analysé les données pluviométriques des dix stations synoptiques du pays à travers
une discrétisation de la saison des pluies en plusieurs caractéristiques relatives à la pé-
riode de la saison, à la fréquence et à l’intensité des pluies, et aux séquences sèches. La
détermination de ces caractéristiques dans les données pluviométriques observées et dans
les données pluviométriques simulées par cinq modèles climatiques régionaux (CCLM,
HadRM3P, RACMO, RCA et REMO) mis en œuvre sous le scénario A1B de IPCC, a
permis de faire une évaluation de la représentativité des simulations pluviométriques sur
le territoire burkinabé. Les simulations pluviométriques se caractérisent par une fréquence
élevée de pluies de faibles intensités (comprises entre 0.1 mm/jour et 5 mm/jour), et des
intensités très élevées pour les pluies maximales journalières. Cependant, l’application
d’une méthode de correction (quantile-quantile) à ces simulations a permis de réduire
significativement les différents biais et de produire des données pluviométriques similaires
(moyennes très proches) aux données observées sur la période 1961-2009. Pour l’horizon
futur de 2050, l’analyse des changements dans le régime pluviométrique entre la période
de prédiction 2021-2050 et la période de référence 1971-2000 montre diverses tendances
dans l’évolution de la pluie annuelle : une tendance significative à la baisse pour deux
modèles et une tendance significative à la hausse pour deux autres modèles. Les diffé-
rents changements significatifs de la pluie annuelle corroborent soit avec une baisse de
la fréquence des pluies, soit avec une hausse des intensités des pluies. Cependant, trois
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