Atelier SIG – MED Algérie 7 au 9 juin 2011 Analyse des ruptures dans les séries pluviométriques dans le bassin de l’oued Mina (Nord Ouest d’Algérie) Juin 2011 Présenté par : FAIZA HALLOUZ, MOHAMED MEDDI & GIL MAHE

P L A N D E P R E S E N T A T I O N INTRODUCTION DONNEES ET METHODES RESULTATS ET DISCUSSIONS CONCLUSION

INTRODUCTION En Afrique du Nord, les changements climatiques ont été mis en évidence par la dernière période de sécheresse (depuis le début des années 1974). L’Algérie, pays méditerranéen majoritairement situé en zone semi-aride et aride, a toujours été confrontée à des phénomènes extrêmes: (a) Des sécheresses périodiques parfois sévères et persistantes. (b) Des crues avec des inondations qui se manifestent, le plus souvent, de façon catastrophique. L’objectif de cette étude est de faire une régionalisation à partir des données pluviométriques dans le bassin de l’oued Mina, cette régionalisation a pour but d’étudier les variations climatiques à une échelle régionale en considérant deux régions, en appliquant la méthode du vecteur régional avec plusieurs objectifs : constituer des unités climatiques homogènes avec des critères automatiques, et, reconstituer les données manquantes au pas de temps annuel. Enfin, une reconstitution permet d’obtenir des séries plus longues et les plus homogènes possibles. Il est alors possible d’effectuer des tests statistiques de détection des ruptures sur les pluies annuels avec le logiciel Khronostat de l’IRD (Institut de recherche pour le Développement), puis de comparer les séries de données comblées et observées.

Fig. 1 : Carte MNT du bassin de la MINA (Source : www.cgiar.org/)

DONNEES ET METHODES Présentation de la zone d’étude Le bassin versant de l’Oued Mina, qui s'étend sur 4900 km² dans la partie occidentale de l'Atlas Tellien, fait partie du plus grand bassin versant de l’Algérie du nord à savoir l’Oued Cheliff (fig. 1). Il se trouve à environ 300 km à l’Ouest d’Alger, entre 0° 20’ et 1° 10’ de longitude Est et entre 34° 40’ et 35° 40’ de latitude Nord. II s'allonge sur 90 km sur les monts de Frenda au sud et ceux de la Mina au nord et sur 50 km de l'Ouest à l'Est entre les monts des Béni-Chougrane et le massif de l'Ouarsenis . L'oued Mina, principal et dernier affluent de la rive gauche du Cheliff, prend sa source dans les monts de Frenda pour confluer avec l'Oued Chélif après un parcours de 125 km. Il parcourt une distance de 135km environ entre les barrages de Bekhadda et de Sidi M’Hamed Ben Aouda, avec une orientation Sud-est, Nord-Ouest. Origine des données La banque de données pluviométriques provient essentiellement de l’Agence Nationale des Ressources Hydriques Algérie (ANRH). Afin de décrire plus finement la variabilité du climat et aussi de permettre une reconstitution des données manquantes dans des régions homogènes, on a exclu toutes les stations ayant moins de 10 ans d’observations. On a pris en compte le réseau pluviométrique disponible sur le bassin de l’oued Mina ainsi que les stations frontalières, soit au total 26 postes, environ 13 000 totaux annuels possédant peu ou aucune lacune sur une période de 77 ans (de 1930/31 à 2006/07), ce qui permet d’arriver à un total de presque 2000 stations/années

Tab. 1 Inventaire des stations pluviométriques utilisées dans l’étude Ordre Id Station Id Secondaire Nom Zone Latitude Longitude Altitude Période   1 012507 S1 Oued Lili MINA NORD 35.50417 1.288056 588 1969-2007 2 012703 S2 Djdiouia amont 35.6525 0.8277778 562 1930-2003 3 012901 S3 Bekhadda Bge 35.35444 1.035 572 1972-2007 4 012909 S4 Sidi Ali Benamar 35.32444 1.129722 630 1971-1994 5 012917 S5 Tiaret-ANRH 35.38528 1.306944 1106 1990-2007 6 013302 S6 Ain Amara 35.38028 0.6797222 288 1968-2007 7 013306 S7 Oued El-Abtal 35.46056 0.6972222 354 195-1968 8 013401 S8 Sidi AEK Djillali 35.48555 0.5877778 236 9 013410 S9 SMBA 35.58528 0.5944445 195 10 013505 S10 Relizane DEMRH 35.76278 0.5347222 58 1966-2005 11 013506 S11 El Matmar 35.72333 0.4847222 70 12 013507 S12 L' Hillil 35.72556 0.3480555 120 1968-2006 13 013511 S13 Relizane aval 35.73695 0.5336111 69 1938-1969 14 111401 S14 Mascara 35.38278 0.2408333 487 1930-1961 15 111404 S15 Aouf 35.18639 0.3688889 968 1930-1959 16 111405 S16 Motmor 35.33333 0.2 470 17 111407 S17 Tighenif 35.42417 0.3252778 540

18 111418 S18 Mesmoth MINA NORD 35.25945 0.3913889 906 1990-2007 19 111609 S19 Bouguirat 35.76472 0.2291667 65 1930-2003 20 080504 S20 Bled Bel Hammar MINA SUD 34.73583 0.22 1170 1970-2006 21 080606 S21 Maamora 34.68389 0.5269445 1148 1974-2007 22 080701 S22 Medrissa 34.89611 1.233333 1110 1930-2006 23 111216 S23 Med El Habib 34.8 0.2541667 1106 1930-2007 24 13201 S24 Ain Kermès 34.90861 1.1025 1112 1976-2007 25 13204 S25 Sidi Yousef 34.80056 0.5944445 1091 26 13304 S26 Takhmert 35.115 0.6913889 663

Fig. 2 : Emplacement des stations pluviométriques du bassin de l’oued MINA

VECTEUR REGIONAL La méthode du vecteur régional est une méthode originale développée à l’IRD (Institut de recherche pour le développement) dans les années 1977 par deux hydrologues, à savoir Hiez et Brunet- Moret, dans le but de réaliser des études d’homogénéité des précipitations et de valider les régions climatiques ainsi créées, elle a été utilisée par Wotling et al(1995)., à la Mousson Africaine et Hiez et al., (1992) dans le bassin Amazonien. Elle peut aussi s’appliquer à d’autres types de données, pourvu que celles-ci soient indépendantes entre elles et pseudo-proportionnelles. Elle est très supérieure à la méthode classique des doubles cumuls et corrélations entre stations prises deux à deux. Tests statistiques de détection de ruptures sur les séries chronologiques L’approche statistique par l’application de tests de détection de rupture a été utilisée pour analyser les séries chronologiques des précipitations. Une rupture dans une série chronologique peut être assimilée à un changement dans la loi de probabilité de la série à un instant donné, le plus souvent inconnu. Khronostat (1998) est un logiciel d’analyses statistiques de séries chronologiques développé par l’IRD. Il propose plusieurs tests statistiques de détection de ruptures. Nous avons choisi ceux permettant de déterminer les dates de ruptures : méthode non paramétrique de Pettit, méthode Bayésienne de Lee et Heghinian et la segmentation de Hubert.

RESULTATS ET DISCUSSIONS a/ Analyse des précipitations Fig. 3 Fluctuations annuelles de pluies pour les 2 régions : Pluies annuelles ( ) , Nombre de stations par an ( ), Moyenne ( ) de 1930/31 à 2006/07, en valeurs centrées réduites.

b/ Application des tests de rupture La région sud du bassin versant donne de bons résultats puisque la valeur des coefficients de corrélation avec le vecteur est égale ou supérieure à 0.86. On notera aussi la très bonne homogénéité de la région nord du bassin versant de l’oued Mina dont les stations sont plus nombreuses qu’ailleurs, assez regroupées et mieux observées puisque la plupart d’entre elles ont une note de qualité supérieure à 9.5. Donc, les résultats obtenus indiquent une bonne homogénéité spatio-temporelle des séries pluviométriques où les coefficients de variations sont compris entre 0.17 et 0.34 pour l’ensemble du bassin de l’oued Mina. La figure 2 montre les fluctuations interannuelles sur les 2 régions avec une diminution continue des précipitations à partir de 1976, cette constatation a été faite par Meddi, 2001, Meddi et Hubert, 2003 et Talia et Meddi 2004 pour l’ouest de l’Algérie. b/ Application des tests de rupture Les tests de rupture sont appliqués aux séries chronologiques pour toutes les stations du bassin versant de l’oued Mina. La reconstitution signifie que les valeurs manquantes sont comblées en fonction de la valeur du vecteur de chaque région. Il est indispensable pour le test de rupture que les lacunes dans les séries soient comblées. Les tests de rupture sont aussi appliqués aux séries chronologiques observées. Une rupture faible signifie qu’elle est détectée par un seul test, ce qui indique donc une probabilité plus faible de rupture ou un événement de moindre amplitude. Une rupture probable signifie que la rupture est détectée par au moins 2 tests statistiques. Une rupture avérée signifie que la rupture est détectée par les trois tests, ce qui indique donc une probabilité importante de rupture ou un événement de grande amplitude.

Tab. 2 Détection des ruptures des pluies annuelles observées des 02 régions Nom des régions Code de station Période Rupture DONNES OBSERVEES Mina Nord O. LILI 1969 – 2007 1981*, 1974**, 1974*** SMBA 1968 – 2007 1969** MOTMOR 1930 – 2003 1976*, 1976**, 1976*** BOUGUIRAT A. AMARA 1981*, 1975*** BEKHADDA BARRAGE 1972 – 2007 2006** EL MATMAR 1990 – 2007 2005** HILLIL 1968 – 2006 1980*, 1975**, 1975*** MASCARA 1930 – 1961 1960** O. ABTAL 1952 – 1968 1964** RELIZANE AVAL 1938 – 1969 1965** RELIZANE DEMRH 1966 – 2005 1975**, 1980*** S.A.DJILLALI 1975**, 1975*** MESMOTH 2004**, 2004*** S.A.B.AMAR 1971 – 1994 1981** TIGHENIF 1967** DJDIOUIA AMONT TIARET ANRH 1993** AOUF 1930 – 1959 1932**

Nom des régions Code de station Période Rupture Mina Sud SIDI YOUCEF 1930 – 2007 1976*, 1976**, 1976*** BLED BEL HAMAR 1970 – 2006 1977** MEDRISSA 1930 – 2006 1976*, 1998***, 1998** MED EL HABIB A. KERMES 1976 – 2007 PAS DE RUPTURE MAAMORA 1974 – 2007 1989** TAKHMERT 1930 - 2007 *Test de Pettit, **Procédure Bayésienne de Lee et Heghinian, ***Segmentation de Hubert

DONNEES RECONSTITUEES Tab. 3 Détection des ruptures des pluies annuelles comblées des 02 régions (1930/31-2006/07) Nom des régions Nom de station Rupture DONNEES RECONSTITUEES Mina Nord O. LILI 1976*, 1976**, 1976*** SMBA MOTMOR BOUGUIRAT A. AMARA BEKHADDA BARRAGE EL MATMAR HILLIL MASCARA O. ABTAL RELIZANE AVAL RELIZANE DEMRH S.A.DJILLALI MESMOTH S.A.B.AMAR TIGHENIF DJDIOUIA AMONT TIARET ANRH AOUF 1975*, 1977**, 1977***

Mina Sud SIDI YOUCEF 1976*, 1976**, 1976*** BLED BEL HAMAR MEDRISSA MED EL HABIB A. KERMES MAAMORA TAKHMERT L’analyse et l’interprétation de détection des ruptures a permis de constater, que la constitution des régions est limitée par la quantité du jeu de données, mais aussi par leur répartition spatiale et la durée des séries. Nous avons noté une rupture correspondant à une diminution des précipitations en 1976 au niveau du bassin de l’oued MINA, en fait, il s’agit d'une sécheresse qui frappe le nord ouest d’Algérie. En effet, les pluies diminuent en moyenne sur tout le nord algérien depuis les années 60 et plus significativement depuis les années 70.

CONCLUSION: Une modification du régime pluviométrique, est le constat que l’on pourrait faire au vu de ces premiers résultats. Dans les régions à climat semi-aride et aride, les bassins hydrologiques sont sensibles à de faibles variations des caractéristiques climatiques. Des changements faibles dans les précipitations peuvent avoir des répercussions importantes sur l’écoulement des eaux superficielles. Cette étude a permis de constater que la reconstitution de séries temporelles a un impact important sur la détection de ruptures dans les séries chronologiques. La plupart des ruptures détectées pour les 02 régions du bassin de l’oued Mina (Nord et Sud), pour les séries chronologiques observées, ne sont pas détectés pour les séries chronologiques comblées. Mais l’année principale de ruptures a été bien détectée à la fois par les séries chronologiques reconstituées et observées, 1976, ce qui démontre que le sentiment généralement ressenti localement d'une modification à la baisse du régime pluviométrique dans les pays du nord de l’Afrique est parfaitement fondé.