Memoire Online - Modélisation des crues de juillet et aoà»t 2012 dans le bassin versant du Logone, extrême-nord Cameroun

Le chapitre intitulé résultats analyses et discussions présente les caractéristiques physiques du bassin versant du Logone issue de la modélisation hydrologique, les paramètres hydrologiques et météorologiques du dit bassin, et les résultats statistiques de l'analyse des inondations de 2012 et enfin faire une discussion des résultats obtenus.

III.1 RESULTATS ET ANALYSES

Les résultats obtenus sont l'ensemble des paramètres qui entre dans le bilan hydrologique sur une période de 30 années hydrologiques (octobre 1983 à octobre 2013).

III.1.1 CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT DU LOGONE

La modélisation hydrologique du bassin versant du Logone le délimite en 15 sous bassins, donnant leurs superficies en km² et les proportions occupées par rapport au bassin versant. Il en ressort que Pendé est le plus grand sous bassin avec une superficie de 18533,791 km² et occupe les 20.25% du bassin. La figure 4 et le tableau 3 nous montre respectivement la délimitation du bassin versant du Logone et la table des superficies par sous bassin.

La modélisation a généré 35 unités de réponses hydrologiques dominants répartie dans chaque sous bassin. Les HRU sont créés en fonction de la pente, du type de sol et la qualité de la couverture végétale le tableau 4 répartie le nombre de HRU par sous bassin. La figure 66 (annexe 1) montre une couverture terrestre dominée par la savane avec la pente dominante qui varie de 0% à 4% .Les sols dominants sont les gleysols eutriques (Ge), les fluvisols eutriques (Je), régosols eutriques (Re), le vertisols pelliques (Vp), les nytosols dystriques (Nd), les luvisols gleyiques (Lg) et les lithosols (I) selon la classification de la carte des sols mondiale fait par FAO-UNESCO.

III.1.3 LES PARAMETRES HYDROLOGIQUES ET METEOROLOGIQUES

Les paramètres varient sur une période de 30 ans allant de 1984 à 2013. Les sous bassins ayant vécus les inondations de 2012 sont le bassin du Logone à Yagoua, le bassin du Logone à Logone Birni le bassin du Logone à Kousséri et le bassin du Mayo Tsanaga. Ces sous bassins du Logone sont respectivement les bassins 13, 14, 15 et 1 sur la figure 4. Les inondations ont touché la partie aval du bassin versant. Pour avoir une vision nette sur les causes, il est judicieux d'étudier les parties amont, qui alimentent essentiellement celle-ci. C'est dans cette logique nous avons étudiés les paramètres de tout le bassin versant. Les paramètres présentés sont ceux qui entre dans l'étude statistiques des causes des inondations. Le choix est porté sur les paramètres qui entrent dans la recharge (débit entrant, débit sortant, précipitations, recharge par la nappe et ruissellement) et la perte (percolations, évapotranspirations) des réservoirs de surface. Les données sont présentées par sous bassin et sur 30 années hydrologiques pour voir la variation de chaque paramètre de chaque section du bassin.

Le modèle hydrologique des variations débits du Logone et ses affluents est représenté par la figure 4. En effet, le bassin versant du Logone à Kousséri et à Yagoua se limite au lit majeur du cours d'eau.

Le débit entrant du Logone à Kousséri est presque stable sur les 30 années hydrologiques simulées. On observe (figure 5) les pic en 1991, 1998, 2001, 2002, 2003. Le débit maximum est celui de 1998 avec 14361,2295 m³/s.

Les débits sortants du bassin du Logone à Kousséri sont fonctions des débits entrant figure 6. Les pics sont observés à des mêmes années (1911 ; 1998, 2001, 2002 et 2003) qui peuvent être considérer comme les crues exceptionnelles. Les débits journaliers de 2012 ont la même fréquence journalière des débits, soit 600 m³/s.

Les débits entrants du sous bassin du Logone à Logone Birni semblent avoir les mêmes fréquences d'apparition que ceux du bassin du Logone à Kousséri (figure7). Les crues exceptionnelles sont dans les mêmes années (1991, 1998, 2001, 2002 et 2003). Le maximum du débit journalier est de 13429,2607 m³/s. toute fois l'année hydrologique 2012 restes dans la marge classique des débits entrants de cette zone.

La plus grande crue du sous bassin du Logone à Logone Birni est celle de 1998 avec un débit journalier de 14359,5781 m³/s (figure 8). Depuis cette période, cette partie du bassin versant du Logone n'a plus jamais connus ce genre de flux d'eau. On remarque que la fréquence des crues exceptionnelle n'est pas régulière elle peut être de plusieurs années successifs (2001, 2002, 2003) ou 3 à 7 années après une apparition (1991, 1998, 2001). 2012 restes toujours dans tranche des débits classiques du bassin versant.

Les débits entrants du fleuve Logone à Yagoua suivent les mêmes variations que ceux du Logone à Kousséri et à Logone Birni. La plus grande crue est celle de 2001 avec un maximum de 15286,7139 m³/s. les années exceptionnelles sont presque les mêmes figure 9.

Les débits sortants dans le bassin du Logone à Yagoua sont inférieurs aux débits entrants. Mais les variations sont fonctions des variations des débits entrants. Dans ce bassin, la moyenne annuelle des débits sortant est de 347995,6287 m³/s. les années exceptionnelles sont les mêmes que ceux des bassins sus cités (figure 10).

Pendé (7) un affluent du Logone ne présente pas les mêmes fréquences que celles du Logone proprement dit. C'est un bassin dont les débits varient constamment. Les années ne se ressembles presque pas. Malgré que les débits journaliers ne sont pas important, ce bassin mérite plus d'attention en terme des observations météorologiques et hydrologiques. Les pics de volume d'eaux sont récurrents dans cette partie du bassin. En plus des années de crues sus cité, l'année hydrologique 2012 fait partir des exceptions avec un débit de 2500 m³/s. (figure 11).

Les débits sortants simulés (graphe en rouge) et les débits sortants observés (graphe en vert) sont présentés par la figure 12. Le manque des données des années 2011 à 2013 est observé par la droite rectiligne horizontale du graphe. Entre 1984 et 1990, on a les mêmes variations des

débits simulés et observés. La fréquence des débits sortants suit la même fréquence que les débits entrants de cette même zone.

Le bassin de la M'Béré (8), l'un des affluents majeur du Logone, peut être considérer comme bassin à haut débit. Les petits volumes ici sont considérés comme des exceptions alors que les hauts débits constituent sont volume naturelle (figure 13). Le débit journalier maximal sur les 30 années hydrologiques simulées est de 3391,0020 m³/s avec une moyenne annuelle de 68447,5189 m³/s.

Les mêmes quantités de débits qui entrent dans ce bassin de M'Béré sont celles qui sortent. Ce bassin constitue la recharge essentielle du fleuve Logone

Le bassin versant de la VINA (5) présente une fréquence constante des débits entrants et sortants sur les 30 années hydrologiques simulées. Les débits entrants classiques varient de 0.00 m³/s à environs 4000 m³/s. de 1984 à 2013, ce bassin a connu une seule crue exceptionnelle en 2001 dont le maximum journalier est de 6035,1621 m³/s.

Les quantités de débit qui entrent sont les mêmes qui sortent. Ce bassin constitue l'un des moteurs de la recharge du fleuve Logone.

Le reste des sous bassins tels que Lim, Nya, Tandjilé suivent les mêmes variations de débits entrant respectivement figure 17, 18,19 et sortant figure 20, 21,22.

La moyenne annuelle des débits sortant sur les 30 années hydrologiques simulées est de 40320,5923 m³/s. le maximum journalier est 4650,3628 m³/s en 2004.

Les débits entrants comme sortants classiques de Nya varient de 0,00 à 3000 m³/s sur cette période des 30 années hydrologiques. Mais il a connu une crue exceptionnelle en 2001 où le débit habituel a doublé soit 7020,0242 m³/s (figure 19 et 20).

Le bassin de Tandjilé (figure 21) est un bassin instable qui mérite plus d'attentions en termes d'observations des débits. La fréquence est variable et l'écart entre année est significatif. Dans le même bassin, on a le débit entrant de 500 m³/s et l'année suivant, 4000 m³/s. ici la quasi-totalité de débit entrant est converti en débit sortant (figure 21).

Le bassin versant du Mayo Tsanaga (figure 22) est un bassin spécial qui ne varie pas au même rythme que les autres bassins. C'est un bassin à priori stable dont les mêmes fréquences de débits entrants comme sortants reviennes toujours c'est peut `être une raison pour laquelle les inondations sont chaque années dans cette partie du bassin du Logone. Depuis 1984, le basin du Mayo Tsanaga a connu un pic exceptionnel, celui de 2012. Le débit maximal fessant 2036,6204 m³/s.

Le ruissellement varie de manière décroissante de l'amont du bassin vers l'aval du bassin. Allons représenter quelques sous bassins de l'amont et ceux de l'aval sous forme de figures pour illustrer nos propos.

Les ruissellements dans le bassin versant de la VINA sont élevés (figure 24) par rapport aux ruissellements dans le bassin du Logone à Kousséri (figure 25). Ceci se justifierai par le paramètre pente qui est fort dans le bassin de la vina (plus de 30%) et faible dans le bassin du Logone à Kousséri (moins de 2%).

Le paramètre ruissellement dans le bassin du Logone à kousséri en générale est faible (figure 25). Il oscille dans les conditions normales de 0.00 mm à moins de 10 mm. Depuis 1984, la plus grande valeur est celle de 1996 avec 21,3030 mm. 2012 n'a presque pas eu de ruissellement moins de 5 mm.

Dans le bassin du Mayo Tsanaga, la plus grande hauteur que celui-ci est connu est celle de 2012 avec 33, 5455 mm Très souvent, les hauteurs journalières oscillent entre 0,00 mm à 15 mm avec une moyenne annuelle de 90,1666mm (figure 26).

Le ruissellement (figure 27) dans le bassin versant du Logone à Logone Birni est presque nul avec une moyenne de 0.1815 mm Le maximum de 21,1355 mm est survenu en 2005. La moyenne annuelle est de 66.2954mm. Le temps de retour est court, 1 à 3ans.

Le bassin versant du Logone à Yagoua est presque stagnant. Les épisodes de ruissellement varient entre 0,00 mm et 14,1610 mm (figure 28). Le pic de ruissellement significatif depuis 1984 est de 14, 1610 mm survenu en 2004.

L'évapotranspiration est un paramètre constant dans ce bassin versant du Logone. Tous les sous bassins entre 0 et 6 mm par jour. Il est à relever que la fréquence d'évaporation des plantes dans le haut Logone (amont) est la même dans le bas Logone (aval) figure 29 et 30.

Les précipitations dans chaque sous bassin sont obtenues par l'application de la formule de Thiessen. Le modèle de la répartition des précipitations (figure 31), indique leurs fréquences dans chaque sous bassin.

Figure 31: Modèle Répartition des précipitations dans le bassin du Logone

Les pluies dans le bassin versant du Logone à Kousséri varient de 0,00 mm à 176, 7233 mm par jour. Ce pic est survenu en 1998. La moyenne annuelle des pluies dans ce bassin est de 544,0881 mm

Les précipitations de 2012 dans le Mayo Tsanaga ont été particulières. Sur les 30 années simulées, juillet 2012, est le mois ayant connu le maximum des hauteurs de précipitations, 163.3715 mm par jour. Soit le double des précipitations classiques (figure 33). Ce qui causerait

les inondations de cette année-là dans cette partie du bassin versant du Logone.

La recharge des cours d'eau par la nappe est presque stable (figure 43, 44,45) au cours des

années dans chaque sous bassin. La moyenne annuelle des recharge varie entre 70 et 540 mm

Dans le sous bassin 7 (Pendé) par exemple, l'exfiltration est visible à partir de septembre jusqu'en Janvier de l'année suivante (la courbe décroit).

Figure 35: Recharge par la nappe du bassin de la Pendé: année hydrologique 2011-2012

Figure 36: Recharge par la nappe du bassin de la M'Béré sur 30 années hydrologiques

La percolation pour ce modèle est mêlée à l'infiltration. Les figures 38 et 39 montrent les percolations des sous bassins 3 et 11 sur une période de 30 années hydrologiques. Pour le sous bassin 3, la moyenne annuelle pour les 30 années est de 157,6 mm alors que celle du sous bassin 11 est de 162.23 mm.

Figure 38: Percolation du bassin de Tandjilé sur 30 années hydrologiques

Figure 39: percolation dans le bassin du Logone occidental sur 30 années hydrologique

L'analyse statistique ici est une analyse comparative des paramètres hydrologiques et météorologiques d'une année de crue sans inondation et l'année 2012. L'année hydrologique 2008 est l'année hydrologique choisie du projet. Le choix est basé sur la similitude des précipitations de 2008 et 2012 de chaque sous bassin. Le test de khi² confirme ce choix

H0 : Les précipitations de 2012 et celles de 2008 par sous bassins sont indépendantes.

Ha : Il existe un lien entre les précipitations de 2012 et celles de 2008 par sous bassin.

Etant donné que la P-Value calculée est inférieure au niveau de signification alpha = 0.05, on doit rejeter l'hypothèse nulle Ho et retenir l'hypothèse alternative Ha.

Figure 40: Histogramme des précipitations 2008 et 2012 dans le bassin versant du Logone

Le premier résultat de cette analyse est la statistique descriptive dans le tableau 6

^Variable

^{nquantdonnées ma}

^{quantesMinimum}

^Maximum

^Moyenne

^Ecart-type

^PRECIP_2012

¹⁴

⁰

¹⁴

^503,236

^1611,330

^1074,540

^366,317

^PRECIP_2008

¹⁴

⁰

¹⁴

^446,222

^1606,103

^967,239

^351,668

^FLOW_OUT_

¹⁴

⁰

¹⁴

^4179,363

^376769,373

^152944,400

^140810,033

^FLOW_OUT_

¹⁴

⁰

¹⁴

^7375,067

^394119,254

^153937,343

^138209,112

^GW_Q_2012

¹⁴

⁰

¹⁴

^46,482

^507,922

^225,303

^190,448

^GW_Q_2008

¹⁴

⁰

¹⁴

^7,041

^550,045

^230,641

^185,787

^ET_2012

¹⁴

⁰

¹⁴

^364,545

^821,775

^650,417

^109,784

^ET_2008

¹⁴

⁰

¹⁴

^375,612

^839,545

^650,620

^113,090

^PERC_2012

¹⁴

⁰

¹⁴

^44,539

^617,513

^254,990

^207,069

^PERC_2008

¹⁴

⁰

¹⁴

^14,298

^600,255

^267,961

^188,668

^SURQ_2012

¹⁴

⁰

¹⁴

^4,922

^293,297

^116,750

^105,350

^SURQ_2008

^{Obs.Observationsavec donnéeObs.
sansma}

¹⁴

⁰

¹⁴

^11,489

^314,042

^116,256

^102,288

La statistique descriptive montre la similitude entre les variables. En effet l'écart-type de chaque paramètre semblerait être similaire entre les variables de mêmes natures.

Le coefficient de corrélation de Pearson permet d'examiner la puissance et la direction de la relation linéaire qui existe entre deux variables continues. Le coefficient de corrélation peut avoir une valeur comprise entre -1 et 1. Plus la valeur absolue du coefficient est importante plus la relation linéaire entre les variables est forte. Pour le coefficient de Pearson, la valeur absolue de 1 indique une relation linéaire parfaite. Pour le coefficient de Pearson, la valeur absolue de 1 indique une relation linéaire parfaite. Une corrélation proche de 0 indique l'absence de Relation linéaire entre les variables. Le signe du coefficient indique la direction de la relation. Si les deux variables ont tendance à augmenter ou diminuer ensemble, alors le coefficient est positif et si une variable a tendance à augmenter lorsque l'autre diminue, le coefficient est négatif.

Les valeurs en gras (tableau 7) sur la matrice de corrélation sont différentes de 0 à un niveau de signification de alpha = 0.05 en effet, en dehors des évapotranspirations de 2012 et 2008 qui ne sont pas significativement corrélés aux ruissellements de 2012 et 2008, tous les paramètres sont corrélés. Les débits varient dans le sens contraire avec les autres paramètres (pluies, évapotranspiration, recharge par la nappe, percolations). Les débits augmentes lorsque les précipitations diminues et vis vers sa. Ce qui caractérise la réponse hydrologique du bassin versant du Logone qui est une réponse lente car l'on observe les pic de débit au mois d'octobre

alors que les précipitations diminuent. Les précipitations de 2008 sont fortement corrélés aux précipitations de 2012 avec un coefficient de corrélation de 0.923 ce qui laisse croire que les années hydrologiques 2008 et 2012 avaient une même quantité de précipitations. Aussi, la matrice de corrélation confirme la similitude entre les écart-types de chaque type de paramètres vue dans la statistique descriptive.

Tableau 7: Récapitulatif de la matrice de corrélation entre les paramètres des sous bassins

Le tableau 8 des valeurs propres montre que 87.089% des informations se trouve sur les bandes F1 et F2. Donc il est possible de voir les 87% des informations de l'analyse à composante principale sur les bandes F1 et F2 (figure 41).

_{F1 F2 F3}

_{F4 F5 F6 F7 F8}

_{F9 F10 F11 F12}

_{Valeur propr}

_9,027

_1,424

_0,899

_0,413

_0,164

_0,036

_0,023

_0,007

_0,004

_0,002

_0,001

_0,000

_Variabilité (%

_75,225

_11,865

_7,495

_3,441

_1,369

_0,299

_0,194

_0,054

_0,035

_0,017

_0,006

_0,001

% _cumulé

_75,225

_87,089

_94,584

_98,025

_99,394

_99,693

_99,887

_99,941

_99,976

_99,993

_99,999

_100,000

Les vecteurs propres montrent le degré de représentativité de chaque paramètre sur chaque bande. Le tableau 9 nous montre la forte représentativité des paramètres sur la bande F1.

Le cercle de corrélation expose 87.09% des informations dont 75.22% sur la bande F1 et 11.86% sur la bande F2. En effet, tout paramètre qui se rapproche de 1 dans le cercle est fortement représenté alors que celui qui se rapproche de zéro est faiblement représenté sur ce plan. Les paramètres qui forment entre eux un angle aigue sont fortement corrélés, ceux qui forment un angle droit sont indépendants alors que ceux qui forment entre eux un angle obtus sont corrélés négativement. Le paramètre pluie 2012 est fortement rattaché à la bande F1 donc la bande F1 serait les précipitations de 2012 et la bande F2 l'évapotranspiration. Débit 2012 est lié au débit 2008 ; la recharge par la nappe 2012 est liée à la recharge par nappe 2008 ; l'évaporation de 2012 est liée à l'évaporation de 2008 ; le ruissellement de 2012 est lié au ruissellement de 2008 ; l'infiltration de 2012 est liée à l'infiltration de 2008. Ce qui prétend dire que les paramètres hydrologiques et météorologique de 2012 étaient de mêmes proportions que ceux de 2008.

Le cosinus carré des variables montre le degré de représentativité de chaque paramètre sur chaque bande dans la figure. Toutes les valeurs étant en gras sur la bande F1, ce qui correspond pour chaque variable au facteur pour lequel le cosinus carré est le plus grand. Ce qui signifie que la quasi-totalité des informations ont été traités.

Les observations supplémentaires (figure 43) montrent les informations de corrélations de chaque sous bassin en fonction de chaque paramètre étudié. D'après le graphe le sous bassin15 par exemple qui est le sous bassin du Logone à Kousseri est situé dans une zone peut arrosée et à fort débit. Les sous bassin L1, L4, L6, L8, L9 sont situés dans une zone ou les précipitations sont élevées mais à faible débit. Les bassins L3, L11, L12, L13, L14 se trouvent dans les zones où le pourcentage de ruissellement est faible. Le graphe nous montre un fort pourcentage de la recharge des cours d'eaux par les nappes de la partie amont du bassin c'est le cas du sous bassin L8 par exemple qui est le bassin de la vina située sur le côté de la recharge par la nappe. Cette information montre la complémentarité qui excite entre les sous bassin du bassin versant du Logone. La réponse hydrologique tient compte des variabilités climatique et topographique. En effet les bassins les plus arrosés en amont (Vina, M'béré, Lin, Pende etc.. .) alimentent essentiellement les bassins les moins arrosés en aval (Logone à Yagoua, Logone à Logone Birnie, Logone à Kousseri etc.. .). La recharge des cours d'eaux par la nappe varie de manière

décroissante des zones les plus arrisés en amont du bassin vert les zones les moins arrosées en aval. Le pourcentage de ruissellement est élevé dans les zones en amont du bassin qui sont les zones à forte pente et presque nulle en naval ou la pente varie de zéro à un.

Dans l'ensemble les sous bassin du bassin versant du Logone sont corrélés entre eux ils forment une synergie où les paramètres météorologique et hydrologique sont compensés en fonction des caractéristiques physiques de chaque sous bassin.

Au vue de ce qui précède, nous constatons que les paramètres hydrologiques de 2012 sont similaires à ceux de 2008 dans le plan global (année hydrologique). En effet, il existe au jour du mois de juillet 2012 où la hauteur des précipitations à double soit 164mm environ. Ce qui causerait les inondations de 2012 dans cette zone.

Modélisation des crues de juillet et aoà»t 2012 dans le bassin versant du Logone, extrême-nord Cameroun

CHAPITRE III : RESULTATS ANALYSES ET DISCUSSIONS

III.1 RESULTATS ET ANALYSES

III.1.1 CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT DU LOGONE

III.1.3 LES PARAMETRES HYDROLOGIQUES ET METEOROLOGIQUES