Climate Agriculture and Vegetation Impacts on Aeolian ERosion in the Sahel

Les partenaires LISA : Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques, UMR CNRS UPEC- UPD; IPSL; Créteil; France GET : Geosystèmes et Environnement Toulouse, UMR CNRS 5563; UPS; UR IRD 254; Toulouse, France CIRAD : Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement; MESR – MAE; Montpellier, France CNRM-GAME : Centre National de Recherche en Météorologie, Groupe d’études de l’Atmosphère Météorologique; URA CNRS – MétéoFrance 1357; Toulouse, France. Bioemco : Biogéochimie et Ecologie des Milieux continentaux; UMR CNRS 7618, UMR IRD 221; Bondy, France JEAI : Jeune Equipe associée à l’IRD “Anthropisation et Dynamique Eolienne”; IRD; Université Abdou Moumouni; Niamey, Niger.

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) Autre figure sur la végétation et le « regreening ?? » Vegetation - Faible couvert, Steppe + ligneux; - Forte dynamique saisonnière Gourma, Mali (Mougin ?) Juillet AoutOctobre Vegetation et Climat -Variabilité décennale liée à la variabilité des précipitations - Un reverdissement récent

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 Dumay et al. (2002) Contexte

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 surface mises en culture augmentent au détriments des surface naturelles pâturées Exemple : le secteur de Boulèl (Sénégal) Source : FAO Position du problème Autre figure sur l’évolution de l’utilisation des sols ??

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) 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 ) 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) 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

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’activités 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, des pratiques culturales et de la pression anthropique (GET, CIRAD) Simulation de l’érosion éolienne - Calcul des seuils et de flux d’érosion selon les condition 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 Domaine: 5 tranches de 5 ans de 2005 à 2010 Méthodologie

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) 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 Exemples d’images ???

C A V I A R S Analyse comparative -Simulations avec et sans culture pour les différentes périodes (conditions) ciblées Méthodologie WP5 (PI: B. Marticorena ) 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 Effet combinés -Impact des pratiques agricoles en périodes de sécheresse (aggravant ?) et pour les périodes climatiquement 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 chercheurs locaux et des organismes et agences impliquées 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..

Organisation C A V I A R S WP1 (PI : G. Bergametti, LISA) Développement, optimisation et couplage des outils numériques (DPM, LISA; STEP, GET; SARRAH, CIRAD) WP2 (PI : L. Kergoat, GET) Données d’entrée (Précipitation, LTHE; Vents/Convection, CNRM; Usage des sols; GET) WP3 (PI: B. Marticorena) Simulations de la dynamique de la végétation (GET,CIRAD) et de l’érosion éolienne (LISA, Bioemco) pour l’actuel et le passé récent WP4 (PI: E. Mougin, GET) Validation de la dynamique de la végétation (GET) et de l’érosion éolienne (Bioemco, JEAI, LISA) WP5 (PI: B. Marticorena ) Exploitation des résultats Rôle des conditions climatiques et d’usage des sols sur l’érosion éolienne

Sahel Précipitations : mm /an (tiré de Lebel et Ali, 2009) Contexte Gradient Nord-Sud très marqué -Distribution annuelle mono-modale - Forte variabilité interannuelle marquée par une période de sécheresse et un retour récent à des conditions plus favorables

Contexte Vegetation Faible couvert, Steppe + ligneux; Gourma, Mali (Mougin) JuilletAout Octobre Dynamique saisonnière pilotée par le régime de précipitations Gradient Nord-Sud lié aux précipitations et aux types de sols (Pierre et al., 2001)) Leaf Area Index Maximum, MODIS, 2004

Contexte Aeolian ERosion Sahara + Sahel = principale source de poussière au monde Cinzana, Mali Sahel : zone de transport d’aérosols sahariens + zone source d’aérosols sahélien

Analyse de données de terrain Détermination des caractéristiques géométrique de la végétation d’intérêt pour l’érosion éolienne Données in-situ de vent, précipitations et type de sol

Simulations préliminaires (ponctuelles) Site d’Agoufou (Mali) Données in-situ de vent, précipitations et type de sol

Simulations préliminaires (ponctuelles) Comparaison Végétation naturelles(STEP)/ Culture (SARRAH) Données in-situ de vent, précipitations et type de sol 1/ Différences de flux liées aux différences de phénologie ; - végétation naturelle plus précoce 2/ Impact de la végétation sèche, des pratiques culturales ( à améliorer)

Paramétrisation des vents de surface Objectif : Représenter les vents de rafale associés aux systèmes convectifs et responsable de l’érosion locale au Sahel Stratégie: - Analyse de simulations haute résolution explicite (AMMA; CASCADE, U. Leeds) -Relations statistiques entre précipitations, courants convectifs descendants et vitesse de vent de surface au cours du cycle de vie des MCSs. -- Paramétrisation en fonction des précipitations et indices convectifs (DCAPE) déterminés à partir des ré-analyses météorologiques

PA PB Monitoring des flux d’érosion Piège à sable - Flux cumulé en masse Saltiphone - Détection du seuil d’érosion - Dynamique des évènements

Monitoring des flux d’érosion First part of dry season Second part of dry season Beginning of rainy season (Abdouramane Touré et al., 2009)

Sahelian Dust Transect Mesures locales depuis janvier 2006 : concentration en PM10; épaisseur optique en aérosols;Paramètres météorologiques; dépôts

June 2006, Cinzana, Mali  Correlation between dust concentration and surface winds = Local dust emissions Monitoring des concentrations (SDT)

 The decrease in the daily concentration is driven by a decrease in the surface wind velocities associated with the MCS’s. Daily concentration and surface wind velocity in Banizoumbou (Niger) during the wet seasons Monitoring des concentrations (SDT)