Analyse du cycle hydrologique en climat soudanien au Bénin: Vers une modélisation couplée des processus latéraux et verticaux

In a evolving environment - unpredictable regional projections of the climate change, important population growth associated with considerable land use changes - hydrological cycle and water resources are critical issues. This work aims to deepen our knowledge of the Upper Oueme hydrological functioning (Sudanian climate, Benin) taking into account all the terms and processes of the continental hydrological cycle. First, the hydrological functioning is analysed at the hillslope scale using the Hydrus 2D software. Field measurements from the hydrometeorologic observing system AMMA-CATCH are used. The results show that the riparian forest and the deep groundwater form an interactive transpiration system. The river streamflow is simulated by seepage of subsurface lateral flows from the entire hillslope. Then, at mesoscale, the nTopAMMA hydrological model - derived from TopMODEL - is used. Thanks to field measurements, the correlation between the spatial variability of the hydraulic conductivity and the spatial variability of the land use is evidenced. Taking into account this heterogeneity - the spatial variability of hydraulic conductivity - our results show that the evapotranspiration and water storage simulated at the local scale (pixel) depend on the topography in the first place (3/4) ; on the hydraulic conductivity in the second place (1/4). Finally, an upward approach is adopted to analyse the vertical processes and fluxes in the nTopAMMA model. The improvement of the modelling of the hydrological cycle of the Upper Oueme watershed with nTopAMMA require : (i) the consideration of watershed heterogeneities, (ii) the modification of the evapotranspiration modelling, (iii) the diversification of the evapotranspirationsources and (iv) the integration of the deep groundwater reservoir.Dans un contexte de changement climatique dont les projections régionales sont incertaines, de forte variabilité inter-annuelle du cycle hydrologique, de forte croissance démographique et de changement d’occupation des sols, les questions relatives au cycle hydrologique et à la ressource en eau en Afrique de l’Ouest sont cruciales. Dans un tel contexte, ce travail de thèse approfondit la connaissance du fonctionnement hydrologique du bassin versant de l’Ouémé supérieur (situé en climat soudanien au Bénin), en considérant l’ensemble des termes et des processus du cycle hydrologique. Dans un premier temps, le fonctionnement hydrologique de l’Ouémé supérieur est analysé à l’échelle d’un versant grâce au modèle Hydrus 2D. Cette analyse de processus s’appuie sur un ensemble completde mesures (précipitations, évapotranspiration, humidité du sol, niveau piézométrique, débit en rivière) obtenues dans le cadre de l’observatoire hydrométéorologique AMMA-CATCH. Les simulations montrent que la ripisylve vidange la nappe profonde et la déconnecte ainsi du réseau hydrographique. L’apport d’eau de la nappe profonde permet une transpiration de la ripisylve toute l’année, y compris en saison sèche. Les écoulements en rivière ne sont pas produits uniquement par exfiltration d’écoulements latéraux de subsurface, les bas-fonds jouent probablement un rôle. A méso-échelle, nous cherchons à quantifier l’impact de la variabilité spatiale de la conductivité hydraulique à saturation sur le bilan hydrologique et l’évapotranspiration. Le modèle numérique utilisé est nTopAMMA, formalisme dérivé de TopMODEL. A partir de mesures de terrain, nous avons mis en évidence que la variabilité spatiale de la conductivité hydraulique à saturation est corrélée à l’occupation du sol du bassin d’étude. La prise en compte de cette variabilité spatiale dans le modèle nTopAMMA montre que l’état hydrique et l’évapotranspiration simulés localement par le modèle dépendent aux trois-quarts de la topographie et pour un quart de la conductivité hydraulique à saturation. Adoptant une approche ascendante, nous confrontons la représentation élaborée à l’échelle du versant à la modélisation hydrologique à méso-échelle. Nous analysons les processus et flux verticaux du modèle nTopAMMA. L’amélioration de la modélisation du cycle hydrologique de l’Ouémé supérieur par le modèle nTopAMMA nécessite (i) la prise en compte des hétérogénéités du bassin versant, (ii) la modification du formalisme de l’évapotranspiration, (iii) la diversification des sources de prélèvements évapotranspiratoires et (iv) l’intégration de la nappe d’altérites