Climate Agriculture and Vegetation Impacts on Aeolian eRosion in the Sahel

Les partenaires et participants LISA, UMR CNRS 7583, UPEC, UPD, Créteil, France B. Marticorena, G. Bergametti, A. Campos, C. Pennanech, G. Siour GET UMR CNRS 5563; UPS; UR IRD 254; Toulouse, France C. Dardel, M. Grippa, P. Hiernaux, L. Kergoat, E. Mougin, C. Pierre CIRAD, UMR TETIS, MESR – MAE; Montpellier, France C. Baron CNRM-GAME URA CNRS – MétéoFrance 1357; Toulouse, France D. Bouniol, F. Couvreux, F. Guichard Bioemco UMR CNRS 7618, UMR IRD 221; Bondy, France C. Bouet, J.L. Rajot, C. Valentin JEAI ADE; IRD; Université Abdou Moumouni; Niamey, Niger. A. Abdourhamade Touré, D. Tidjani

Position du problème Climat Forte variabilité : Conditions favorables : Sècheresse sévère (Lebel et Ali., 2009) Gradient Nord-Sud très marqué Sahel Précipitations : mm /an Transition climat aride/semiaride (Lebel et al., 2009)

Position du problème (Olsson et al., 2005) Vegetation - Faible couvert, Steppe + ligneux; - Forte dynamique saisonnière Gourma, Mali Juillet AoûtOctobre Vegetation and Climate Tendances NDVI en zone Sahélienne ( , saison de croissance) Variabilité à long-terme liée à la variabilité des précipitations : diminution drastique en période de sécheresse, puis … … un “reverdissement” récent, confirmé par les données de terrain (C. Dardel, thèse en cours)

Climat and Aeolian eRosion - Des augmentations importantes des processus d’érosion éolienne au Sahel en phase avec les variations de précipitations - Le niveau d’activité éolienne récent reste supérieur à ce qu’il était avant la sécheresse Contexte D’après Dumay et al. (2002) Nouakchott (Mauritanie)

Position du problème Agriculture and Aeolian eRosion  l’érosion éolienne est observée uniquement sur les champs mis à nu avant la saison des pluies soumis à la convection

Agriculture and Aeolian eRosion En réponse à la croissance démographique, les surfaces mises en culture augmentent au détriment des surfaces naturelles pâturées Position du problème - La tendance à l’augmentation des surface cultivées se poursuit à raison de + 1% à 3% par an sur 17 ans (malgré une légère baisse en 2011) (Hiernaux & Turner 2002) (Mali)

Objectif et stratégie C A V I A R S Objectif Décrire l’évolution de l’érosion éolienne au Sahel en liaison avec les modifications climatiques et d’usage des sols au cours du passé récent (50 dernières années) Stratégie -développer un outil de modélisation régionale intégré quantifiant les différents termes (usage des sols, évolution de l’aridité…) responsables des changements de l’intensité de l’érosion éolienne -Validation sur la période actuelle à partir des jeux de données acquis sur l’Afrique de l’Ouest -Tester la capacité de cet outil à reproduire des événements marquants (i.e. sécheresse) du passé récent (environ les 50 dernières années).

Organisation C A V I A R S WP1 (PI : G. Bergametti, LISA) Développement, optimisation et couplage des outils numériques WP2 (PI : L. Kergoat, GET) Données d’entrée des différents modèles WP3 (PI: B. Marticorena, LISA) Simulations de la dynamique de la végétation et de l’érosion éolienne WP4 (PI: E. Mougin, GET) Validation de la dynamique de la végétation et de l’érosion éolienne WP5 (PI: B. Marticorena, LISA) Exploitation des résultats

C A V I A R S WP1 Développement, optimisation et couplage des outils numériques Outils existants -Modèle d’érosion du LISA -Modèle de steppe du GET -Modèle de culture du CIRAD Processus d’érosion : Améliorer la paramétrisation de l’influence de la végétation verte et sèche (naturelle ou culture) sur les seuils et les flux d’érosion selon sa répartition (LISA; Bioemco, JEAI ADE) Végétation : Dynamique de la végétation sèche (naturelle ou culture) et de sa dégradation par les pratiques culturales (GET, CIRAD) Couplage : Combiner les entrées/sorties des modèles de végétation et de culture et le modèle d’érosion de façon cohérente (LISA; GET, CIRAD) Méthodologie

T18M : d1.1 Nouvelle paramétrisation de STEP pour la saison sèche (gestion de la végétation sèche, de la litière, paramétrisation du pâturage) T18M : d1.2 Extension de SARRA-H à la saison sèche; gestion des résidus de culture T18M : d1.3Paramétrisation de la force de friction sur une surface à végétation hétérogène T18M : d1.4Paramétrisation des surfaces encroûtées T22M : 1.5 Analyse des cohérences STEP, SARRA-H, DPM et adaptations nécessaires C A V I A R S DELIVERABLES WP1 Méthodologie

C A V I A R S WP2 Données d’entrée des différents modèles Selon les périodes étudiées Précipitations: -Actuel : produits satellites évalués sur le Sahel (TRMM) - Passé : produits krigés basés sur les mesures des réseaux locaux (GET; sous-contractant: LTHE) Vents de surface - Evaluation des produits d’analyse/observations - Paramétrisation des vents de surface associés à l’activité convective (CNRM, LISA; coll. U Leeds, UK) Types et usage des sols - Evaluation des cartes de type de sols et d’usage des sols disponibles par référence à des cartes régionales et à des vérités- terrain (GET; CIRAD) Méthodologie

C A V I A R S Simulation de la végétation - Dynamique de la végétation naturelle selon les conditions climatiques et les types de sol - Dynamique des cultures selon les conditions climatiques, les pratiques culturales et la pression anthropique (GET, CIRAD) Simulation de l’érosion éolienne - Calcul des seuils et des flux d’érosion selon les conditions d’humidité des sols, de couvert végétal; avec et sans culture (LISA, GET; CIRAD) WP3 Simulations de la dynamique de la végétation et de l’érosion éolienne Domaine : 10°N - 18°N et 20°W - 20°E Résolution : 25x25 km Période : 5 x 5 ans de 2005 à 2010 Méthodologie (Pierre et al., 2012)

C A V I A R S Période récente - Données in-situ acquises au cours des 10 dernières années (AMMA) à l’échelle locale (sites Catch; Sahelian Dust Transect, etc. ) - Produits satellite de végétation et d’aérosols (GET, LISA, Bioemco; JEAI ADE) Période passée - Données in-situ - Images Landsat - Photographies aériennes - Données synoptiques (visibilité) (LISA, GET; CIRAD) WP4 Validation de la dynamique de la végétation et de l’érosion éolienne Méthodologie

C A V I A R S Analyse comparative -Simulations avec et sans culture pour les différentes périodes/conditions ciblées Résultats attendus WP5 Exploitation des résultats Impact du Climat -Direct : via l’humidité des sols et les vents de surface - Indirect : via le couvert végétal naturel Impact des cultures -Effet de l’augmentation des surfaces cultivées/pâturées et des pratiques agricoles Effets combinés -Impact des pratiques agricoles en périodes de sécheresse (aggravant ?) et pour les périodes « favorables »

Perspectives C A V I A R S -Outil de gestion de l’usage des sols ; limitation ou mitigation de l’érosion éolienne = Communication à destination des chercheurs locaux et des organismes et agences impliqués dans la gestion des ressources -Outil de prévision de l’évolution future de l’érosion éolienne au Sahel = Définition de scénarii d’évolution de l’usage des sols; simulations climatiques

Merci de votre attention..

Plan de travail C A V I A R S OBJECTIF: - Revoir le contenu (scientifique) des WPs - Répartir les taches (post-doc et permanents) - Affiner le calendrier = Mise en place des moyens (Rapport à 6 mois) = Démarrage des travaux

Tâche / sous- tâche/Li vrables PartenairesChronogramme / chemin critique Responsable de la tâche et des délivrables associés LISA 2 GET 3 CIRAD 4 CNRM 5 LTHE WP1.1 RR WP1.2 RRR WP1.3 RR WP1.4 RR WP1.5 R WP2.1 RR WP2.2 RR WP2.3 RR WP2.4 RR WP3.1 R WP3.2 RRR WP4.1RR WP4.2R WP5.1R WP5.2R WP 0 Coordination du projet Rapports d’avancement / états des dépenses  : Rapport d’avancement semestriel : Rapport d’avancement semestriel + état des dépenses R : Responsabilité de la tâche et de la rédaction des délivrables

C A V I A R S WP1 Développement, optimisation et couplage des outils numériques Outils existants -Modèle d’érosion du LISA -Modèle de steppe du GET -Modèle de culture du CIRAD Processus d’érosion : Améliorer la paramétrisation de l’influence de la végétation verte et sèche (naturelle ou culture) sur les seuils et les flux d’érosion selon sa répartition (LISA; Bioemco, JEAI ADE) Végétation : Dynamique de la végétation sèche (naturelle ou culture) et de sa dégradation par les pratiques culturales (GET, CIRAD) Couplage : Combiner les entrées/sorties des modèles de végétation et de culture et le modèle d’érosion de façon cohérente (LISA; GET, CIRAD) Méthodologie

T0 à T18M : GET : d1.1. Nouvelle paramétrisation de STEP pour la saison sèche (gestion de la végétation sèche, de la litière, paramétrisation du pâturage) T0 à T18M CIRAD : d1.2. Extension de SARRA-H à la saison sèche; gestion des résidus de culture T0 à T18M LISA : d1.3. Paramétrisation de la force de friction sur une surface à végétation hétérogène T0 à T18M BIOEMCO : d1.4. Paramétrisation des surfaces encroûtées T14M à T20M LISA : 1.5. Analyse des cohérences STEP, SARRA-H, DPM et adaptations nécessaires C A V I A R S DELIVERABLES WP1 (G. Bergametti) Méthodologie

C A V I A R S WP2 Données d’entrée des différents modèles Selon les périodes étudiées Précipitations: -Actuel : produits satellites évalués sur le Sahel (TRMM) - Passé : produits krigés basés sur les mesures des réseaux locaux (GET; sous-contractant: LTHE) Vents de surface - Evaluation des produits d’analyse/observations - Paramétrisation des vents de surface associés à l’activité convective (CNRM, LISA; coll. U Leeds, UK) Types et usage des sols - Evaluation des cartes de type de sols et d’usage des sols disponibles par référence à des cartes régionales et à des vérités- terrain (GET; CIRAD) Méthodologie

C A V I A R S DELIVERABLES WP2 (L. Kergoat) Méthodologie T0 à T16M : LTHE : d2.1. Données météorologiques : précipitation (champs satellitaires, données de réseau krigées), température, rayonnement T0 à T18M : CNRM : d2.2. Données météorologiques : amélioration des champs de vent de surface T6M à T18M : LISA : d2.3. Bases de données de sol (texture, granulométrie sèche, composition…) T4M à T18M : GET : d2.4. Cartographie d’usage des sols, zones de pâture, estimation spatialisé du cheptel

C A V I A R S Simulation de la végétation - Dynamique de la végétation naturelle selon les conditions climatiques et les types de sol - Dynamique des cultures selon les conditions climatiques, les pratiques culturales et la pression anthropique (GET, CIRAD) Simulation de l’érosion éolienne - Calcul des seuils et des flux d’érosion selon les conditions d’humidité des sols, de couvert végétal; avec et sans culture (LISA, GET; CIRAD) WP3 Simulations de la dynamique de la végétation et de l’érosion éolienne Domaine : 10°N - 18°N et 20°W - 20°E Résolution : 25x25 km Période : 5 x 5 ans de 2005 à 2010 Méthodologie (Pierre et al., 2012)

C A V I A R S DELIVERABLES WP3 (B. Marticorena) Méthodologie T14M à T26M : GET, d3.1. Simulations de végétation naturelle et de culture T18M à T26M : LISA, d3.2. Simulations de l’érosion éolienne pour un Sahel« non perturbé » et « perturbé »

C A V I A R S Période récente - Données in-situ acquises au cours des 10 dernières années (AMMA) à l’échelle locale (sites Catch; Sahelian Dust Transect, etc. ) - Produits satellite de végétation et d’aérosols (GET, LISA, Bioemco; JEAI ADE) Période passée - Données in-situ - Images Landsat - Photographies aériennes - Données synoptiques (visibilité) (LISA, GET; CIRAD) WP4 Validation de la dynamique de la végétation et de l’érosion éolienne Méthodologie

C A V I A R S DELIVERABLES WP4 (E. Mougin) Méthodologie TM6 à TM36, GET, d4.1. Préparation des données de validation et évaluation des simulations actuelles et passées de végétation naturelle et cultivée TM6 à TM36, LISA, d4.2. Préparation des données de validation et évaluation des simulations actuelles et passées d’érosion éolienne

C A V I A R S Analyse comparative -Simulations avec et sans culture pour les différentes périodes/conditions ciblées Résultats attendus WP5 Exploitation des résultats Impact du Climat -Direct : via l’humidité des sols et les vents de surface - Indirect : via le couvert végétal naturel Impact des cultures -Effet de l’augmentation des surfaces cultivées/pâturées et des pratiques agricoles Effets combinés -Impact des pratiques agricoles en périodes de sécheresse (aggravant ?) et pour les périodes « favorables »

C A V I A R S DELIVERABLES WP5 (B. Marticorena) Méthodologie T34M à T44M, LISA, d5.1. Quantification des différents facteurs naturels et anthropiques contrôlant l’érosion éolienne au Sahel pour la période actuelle T40M à T48M, LISA, d5.2 Evolution au cours des dernières décennies de l’importance relative de climat et de l’usage des sols sur l’érosion éolienne au Sahel