La variabilité inter-annuelle et inter-décennale de la Mousson Africaine de l'Ouest (MAO) est bien documentée et a motivé beaucoup d'efforts de recherches dans les décennies récentes. Le passage -aux conséquences dramatiques- de conditions humides (dans les années 50 et 60) à des conditions beaucoup plus sèches (dans les années 70 à 90) sur tout le Sahel représente un des signaux inter-décennaux les plus forts observés sur la planète au 20ème siècle. Superposé à ce signal, les variations inter-annuelles marquées des décennies récentes ont eu comme conséquence des années extrêmement sèches, aggravant l'impact environnemental et socio-économique du déficit d'ensemble. Une telle variabilité soulève des questions importantes pour le développement durable de toute la région, notamment pour ce qui concerne la dégradation des terres et la sécurité alimentaire et en eau.
Dans un tel contexte, il serait à l'évidence bénéfique de disposer de prévisions saisonnière à inter-annuelle de la Mousson et de ses impacts sur l'agriculture, l'eau et la santé. Malheureusement il reste des lacunes fondamentales dans notre connaissance du système couplé atmosphère-terre-océan. Ces lacunes résultent du manque d'observations appropriées pour bien comprendre les interactions complexes entre l'atmosphère, la biosphère et l'hydrosphère qui gouvernent la dynamique et la variabilité de la MAO. Le suivi actuel de la MAO n'est pas satisfaisant du fait de nombreux manques dans le réseau opérationnel standard et de l'absence d'une surveillance continue de certains paramètres clefs. On peut compter sur la prochaine génération de satellites pour pallier une partie de ces déficiences. Néanmoins cela ne sera possible qu'au prix d'un effort de recherche important permettant d'interpréter au mieux ces données dans le contexte particulier de la MAO. La nécessité d'une telle recherche est bien illustrée par les erreurs systématiques actuelles des modèles numériques utilisés en prévision. Ces modèles reproduisent mal les caractéristiques fondamentales -telles que les cycles journalier, saisonnier et annuel- des précipitations sur l'Afrique de l'Ouest et l'Atlantique Tropical. Parallèlement il est absolument nécessaire d'intégrer les travaux scientifiques sur la variabilité de la MAO et ceux axés sur les applications concernant les secteurs de l'alimentation, de l'eau et de la santé. Des efforts sont à faire pour rassembler les scientifiques travaillant dans ces différents secteurs.
La MAO joue par ailleurs un rôle important dans le système climatique de notre planète, l'Afrique étant une de ses principales sources de chaleur d'origine continentale. La migration méridienne de cette source et les circulations régionales associées ont un impact direct sur les régions avoisinantes. Ceci est illustré par exemple par la corrélation connue entre les précipitations au Sahel et la fréquence des cyclones sur l'Atlantique. Ceci peut également avoir des conséquences indirectes pour le climat de régions plus éloignées.
L'Afrique de l'Ouest est par ailleurs une région importante de source d'émissions des précurseurs de gaz à effet de serre (par exemple l'ozone et les aérosols). Un exemple concerne la biomasse brûlant dans les écosystèmes Africains de savane et de forêt qui contribue à environ 20% de la combustion totale de biomasse sur le globe. Le transport sur de longues distances des gaz trace hors de l'Afrique de l'Ouest a également des implications très significatives pour la capacité d'oxydation globale de l'atmosphère (capacité qui contrôle la masse de beaucoup de gaz à effet de serre), le changement global du climat et le transport vers la stratosphère de certains gaz essentiels tels que la vapeur d'eau et les espèces chimiques entrant dans le cycle de l'ozone.
L’espace Ouest africain relève climatiquement de grandes régions : Sahel, région soudano sahélienne et région de la Basse Côte du Golfe de Guinée. Les régimes pluviométriques que l’on y observe vont de la ligne de grains (système convectif mobile, caractéristique de régions sahéliennes), aux phénomènes de convection locale (plus fréquents au vent de la mousson).
Ces systèmes convectifs se sont manifestés par une importante variabilité inter annuelle des pluies, principalement durant les vingt dernières années.
L’impact économique induit par cette variabilité a conduit des équipes de recherche en Afrique de l’Ouest à se spécialiser plus particulièrement à l’études de ces systèmes convectifs, en réponse à des demandes nationales (prévision à moyenne ou courte échéance, estimation des pluies, prévision de rendements agricoles, modélisation régionale, prévision saisonnière,…).
Le programme « Mousson Africaine » peut offrir aux équipes de Recherche et Développement en Afrique de l’Ouest l’opportunité :
- d’élargir le cadre des études qu’elles ont déjà entreprises.
- d’améliorer la distribution et l’échange de données existantes.
- d’acquérir de façon concertée de nouvelles données.
- de développer la modélisation régionale.
- d’améliorer la prévision saisonnière.
Principaux domaines de compétences en Afrique de l’Ouest :
Un rapide bilan des compétences développées nous a semblé utile.
Etudes des MCS (Systèmes Convectifs à Méso- échelle.
a) Echelle régionale :
- Evolution des lignes de grains du Niger aux Côtes sénégalaises ;
- Evolution en zone côtière et cyclogenèse ;
- Relation entre dimension fractale des systèmes convectifs et pluviométrie ;
- Effets orographiques.
b) Echelle locale :
- Estimation des pluies par satellite et radar ;
- Evolution en zone côtière.
Thème 3:
Utilisation et adaptation statistique des modèles de Prévision Numérique
Modélisation régionale atmosphérique
Le projet s’inscrit dans l’introduction de modèles climatiques régionaux en Afrique. Le but est l’étude des phénomènes atmosphériques de basse et haute fréquences caractéristiques de l’Afrique de l’Ouest durant la mousson Africaine.
Prévision saisonnière statistique et numérique :
La DMN du Sénégal, en coopération avec le centre ACMAD s’est investie dans l’étude des prévisions saisonnières des pluies en relation avec la variabilité de le SST du globe (Folland et al., 1991) et plus particulièrement de celles du golfe de Guinée (Ward, 1998). La relation SST du golfe de Guinée et pluie au Sahel passe nécessairement par la mousson (Eltahir and Gong, 1996). Il s’agit de vérifier cette relation avec un modèle statique plus élaboré incluant d’autres indices liés à la variabilité de la mousson (Ndiaye et al , 1999 ; Ndiaye, 2001).
Etude climatique
- Etude de séries temporelles : phénomènes à longue mémoire dont la dynamique peut être modélisée (cf. WB/ partie 1 : « … tho sequences of a few extremely dry years were part of a longer drought that lasted continuously from the end… »).
- Occurrence de phénomènes rares ou extrémaux (catastrophes naturelles).
- Analyse statistique des performances des prévisions.
- Caractéristiques moyennes de la « mousson sénégalaise ».
Ce programma devra aussi permettre:
- au niveau national, la constitution d’un jeu complet d’observations intéressant la pluie au Sénégal (observation du réseau synoptique, pluviographes, disdromètre, données radar et satellite,…), de radiosondages,…
- au niveau régional de facilité les procédures d’échange (ex. d’application : suivi de l’évolution des MCS sur leur trajet d’Est en Ouest avec un jeu de données simultanées radar, satellite, réseau synoptique,…).
Thème 4:
Aérosol et Ozone
AEROSOL
La gestion et la protection de l’environnement sont deux sujets qui préoccupent de plus en plus tout le monde. Régulièrement, nous avons la possibilité de disposer d’images satellitaires pouvant servir à la gestion d’un site terrestre. Afin que ces données puissent être interprétées, il s’avère nécessaire de trouver des méthodes d’analyse automatique ou semi-automatique d’assistance à leur interprétation.
Dans la zone sahélienne, les activités socio-économiques sont tributaires de la pluviométrie et l’érosion des sols y constitue un problème économique majeur. La quasi absence des stations de mesure rend difficile la prise en compte des phénomènes « brume sèche » et « convection profonde ».
La problématique de ce projet est la détection des bandes de « brume sèche », des positions limites de leurs sources et la configuration de la zone de convergence Inter Tropicale.
Ainsi, l’identification des zones limites et des sources des bandes de brume sèche et la connaissance de la zone de convergence inter tropicale fournira, entre autres, une aide pour une meilleure gestion des ressources pédagogiques, de faire de la prévision à court et moyen terme nécessaire aux paysans ou à la sécurité de la navigation aérienne.
Dans cette étude, nous nous intéressons aux méthodes de fusion d’images en vue de la détection et l’identification des structures. Les données d’entrée seront les images de METEOSAT qui fournira 3 canaux (Visible, Infrarouge thermique et absorption vapeur d’eau) et/ou NOAA-AVHRR qui en fournit 6 (visible, proche infrarouge, infrarouge moyen, infrarouge thermique).
De par leur bande spectrale, ces données sont soit redondantes ou soit complémentaires puisqu’un canal ne permet pas à lui seul d’interpréter efficacement les données disponibles. Il est envisager de combiner les différents canaux dans un processus de fusion ou d’explosion-fusion afin d’extraire l’information existante.
Cette étude a donc pour but de déterminer et de proposer des solutions permettant de détecter et d’interpréter les phénomènes (brume sèche, convection profonde,…) influant sur l’évolution climatique. Le but final est de créer un outil logiciel d’aide l’identification et à la prévision de certains phénomènes climatiques au Sénégal et éventuellement aux autres pays ayant un climat identique, notamment dans les pays de l’Afrique de l’Ouest. Cet outil logiciel devra être opérationnel dans un ordinateur de type PC. Il pourra proposer des options permettants des manipulations à travers le réseau (local et / ou internet).
OZONE
La Destruction de la couche d’ozone : état des lieux, impact environnemental et modélisation régionale.
La problématique de la destruction de la couche d’ozone est un volet important du Plan National d’Actions Environnementales (PNAE) du Sénégal.
En effet, à travers des études menées conjointement par le CRDI (Centre de Recherches & de Développement International) du Canada et le CES (Centre de Suivi Ecologique) du Sénégal, beaucoup d’arguments sont dégagés en faveur d’une économie de l’environnement et des ressources naturelles. De ce fait, le Sénégal a ratifié la charte de Rio (portant sur la biodiversité) la charte de Montréal et la charte de Kyoto (relatives à la destruction de la couche d’ozone) et leurs différents amendements.
Pour une modélisation régionale, il reste important de connaître l’état des lieux de la destruction de la couche d’ozone en milieu sahélien et leur impact environnemental.
I°- Historique :
Selon la revue scientifique « Pour la Science » n° 300, le trou observé dans la couche d’ozone de 1910 à 1945 est du aux ions naturels. Par contre celui observé de 1945
à nos jour est du aux gaz à effet de serre ( CO2 , CH4, N2O,O3, CFC , vapeur d’eau )
(DELMAS, 1992). La conséquence immédiate serait l’augmentation moyenne de l’ordre
de 0,6 ° C / s de la température.
II ° - Généralités:
Dans la stratosphère, l’oxygène est dissocié en partie par les radiations de l’ultra – violet moyen (2000 °A). On obtient de l’ oxygène atomique ( O2 ) qui s’associe à l’oxygène moléculaire ( O ) pour donner de l’ozone ( O3 ) . L’ozone absorbe les radiations ultra – violet proches (2000 – 3000 °A) qui n’atteignent pas les couches inférieures. Cette absorption conduit à un réchauffement de la stratosphère dont le maximum se situe au niveau de la stratopause.
L’ozone est présent dans l’atmosphère depuis la formation de la Terre. Il est continuellement créé par le soleil puis est détruit par certaines émissions de gaz d’origine terrestre. La couche d’ozone est restée stable pendant des millions d’années ne connaissant des variations sensibles qu’en fonction des grandes cycles solaires ou des éruptions volcaniques.
Cet équilibre a cependant été modifié au cours des années 60 lorsque les composés chlorés tels que les CF C (utilisés comme gaz réfrigérants, gaz de propulseurs dans les bombes aérosols) ont commencé à être libérés en grande quantité dans l’atmosphère.
III° - Conditions de formation de la couche d'ozone:
L’ozone se forme en grande partie au dessus des tropiques car les rayonnements ultra-violets (UV) du soleil pénètrent plus profondément l’atmosphère. Ensuite, les vents stratosphériques redistribuent l’ozone sur le reste de la planète.
L’unité pour mesurer la quantité d’ozone est le Dobson. Cent (100) Dobsons équivalent à 1mm d’ozone, dans les conditions de température et de pression normales. La moyenne est de 260 Dobsons aux tropiques et de 380 à 500 Dobsons en Antarctique. La quantité plus élevée en Arctique est due à l’absence de lumière durant l’hiver qui empêche la destruction de l’ozone (Environnement Canada, 1993).
IV°- Quelques remarques sur la couche d'ozone:
Les aspects remarquables de l’ozone dans l’atmosphère sont :
1°- Les molécules d’ozone ou trioxygène (O3) sont peu présentes dans l’atmosphère terrestre.
2° - 10% de l’ozone se situe dans la troposphère et 90% dans la stratosphère.
La troposphère est séparée de la stratosphère par la stratopause. Par contre la limite de la stratosphère est la stratopause. La troposphère se situe à 18 Km d’altitude et la stratosphère
entre 18 et 55 Km. Troposphère, Stratosphère et Mésosphère forment l’Homosphère essentiellement formée d’Azote (80%), d’Oxygène (20%) et d’Hydrogène plus des gaz rares à l’état de trace.
3°- Le rôle important joué par l’ozone, dans la vie, est du au fait que ce gaz nous protége du rayonnement solaire.
4°- L’ozone est un constituant très minoritaire de l’atmosphère, à l’égard duquel, l’intérêt porté par la communauté scientifique, s’est accru au cours des dernières années. Ceci pour plusieurs raisons :
+ La production excessive d’ozone dans les grands centres urbains est à l’origine d’une pollution de la troposphère lors de conditions météorologiques particulières.
+ Les diminutions importantes de la teneur en ozone de la stratosphère sont susceptibles de conséquences néfastes pour la vie sur Terre, car l’ozone
joue le rôle d’un écran protecteur pour les êtres vivants en absorbant les rayonnements ultra
violets.
V°- Mécanismes de la destruction:
L’un des faits marquants de ce siècle commençant est sûrement la destruction de la couche d’ozone. En fait l’humanité primitive s’intégrait harmonieusement à la biosphère sans causer plus de dégâts que n’importe qu’elle autre espèce, en vivant de chasse, de pèche
Et de cueillette. L’action destructrice de l’homme commença avec l’utilisation de l’outil de
fer, du feu et de la civilisation agraire.
A coté de ces mécanismes traditionnels de destruction (feu, fer, tassement du sol), la pollution demeure la plus insidieuse .
La pollution peut être définie comme l’enrichissement exagéré de la biosphère soit en ions naturels soit en ions artificiels créés par le génie de l’homme. Les ions les plus toxiques, pour les êtres vivants, sont les métaux lourds (Hg, Pb, Co) et les ions artificiels. Les déchets radioactifs ont deux origines : explosion atomique et déchets toxiques. Ces dernières peuvent dans certains cas donner des irradiations internes et remplacer localement le calcium
(Ca). Ce sont principalement le Césium (Cs 137) et le Strontium (Sr 90).
VII°) - Conséquences de la destruction:
Les premières remarques de la présence des gaz à effet de serre remontent en 1958. Cependant, ce n’est qu’en 1970 que la corrélation positive entre l’ augmentation de la température et celle du gaz carbonique ( CO2 ) fut établie grâce à l’examen des moraines glaciaires ( Pour la Science, 2002 ) .
Les conséquences qui en découlent à l’échelle humaine et à l’échelle géologique étant :
• Des dermatoses.
• Des cancers de la peau.
• La réapparition d’épidémies, comme le paludisme dans les zones chaudes (Europe, Amérique).
• Une augmentation de la température moyenne de l’ordre de 0,6 ° / s.
• Une fonte glaciaire.
• Une diminution de la surface des terres émergées.
• Une augmentation du niveau de la mer.
• Une diminution du taux de survie des poissons d’eau douce et d’eau de mer suite à une chute de croissance du phytoplancton.
• Une eutrophisation (grande prolifération des végétaux aquatiques) des eaux de surface (mers, rivières, océans …).
Projets :
Fusion et Interprétation d’Images Satellitaires pour la Gestion de l’Environnement dans la Zone Sahélienne
La gestion et la protection de l’environnement sont deux sujets qui préoccupent de plus en plus tout le monde [2, 5, 6]. Régulièrement, nous avons la possibilité de disposer d’images satellitaires pouvant servir à la gestion d’un site terrestre. Afin que ces données puissent être interprétées, il s’avère nécessaire de trouver des méthodes d’analyse automatique ou semi-automatique d’assistance à leur interprétation.
Dans la zone sahélienne, les activités socio-économiques sont tributaires de la pluviométrie et l’érosion des sols y constitue un problème économique majeur. La quasi absence des stations de mesure rend difficile la prise en compte des phénomènes « brume sèche » et « convection profonde ».
La problématique de ce projet est la détection des bandes de « brume sèche », des positions limites de leurs sources et la configuration de la zone de convergence Inter Tropicale.
Ainsi, l’identification des zones limites et des sources des bandes de brume sèche et la connaissance de la zone de convergence inter tropicale fournira, entre autres, une aide pour une meilleure gestion des ressources pédagogiques [7,8], de faire de la prévision à court et moyen terme nécessaire aux paysans ou à la sécurité de la navigation aérienne [9,10].
Dans cette étude, nous nous intéressons aux méthodes de fusion d’images en vue de la détection et l’identification des structures. Les données d’entrée seront les images de METEOSAT qui fournira 3 canaux (Visible, Infrarouge thermique et absorption vapeur d’eau) et/ou NOAA-AVHRR qui en fournit 6 (visible, proche infrarouge, infrarouge moyen, infrarouge thermique).
De par leur bande spectrale, ces données sont soit redondantes ou soit complémentaires puisqu’un canal ne permet pas à lui seul d’interpréter efficacement les données disponibles. Il est envisager de combiner les différents canaux dans un processus de fusion [1,4] ou d’explosion-fusion [4] afin d’extraire l’information existante.
Cette étude a donc pour but de déterminer et de proposer des solutions permettant de détecter et d’interpréter les phénomènes (brume sèche, convection profonde,…) influant sur l’évolution climatique. Le but final est de créer un outil logiciel d’aide l’identification et à la prévision de certains phénomènes climatiques au Sénégal et éventuellement aux autres pays ayant un climat identique, notamment dans les pays de l’Afrique de l’Ouest. Cet outil logiciel devra être opérationnel dans un ordinateur de type PC. Il pourra proposer des options permettant des manipulations à travers le réseau (local et / ou internet).
Quelques références:
[1] Olivier THEPAUT, Kidiyo KPALMA et Joseph RONSIN, Automatic registration of ERS and SPOT multisensor images in a data fusion context, Elsevier’s Forest Ecology and Management, Vol. 128, pp 93-100, 2000.
[2] Benoît OGOR, Etude comparative de méthodes de filtrage de speckle et de segmentation en imagerie radar à synthèse d’ouverture : application à la région des polders du Mont-Saint-Michel, Thèse de doctorat, INSA de Rennes, décembre 1997.
[3] I. Bloch, Information Combination operators for data fusion: a comparative review with classification, IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics – Part A: Systems and Humans, vol. 26, pp. 52-67, January 1996.
[4] Descombes, X., A fusion and fusion Markovian approach for multi-channel segmentation, IEEE international Geoscience and Remote Sensing Symposium Proceedings, pp. 124-127, July 1995.
[5] Hochchild, V. and Herlin, I. and Moretti, S. Ranchin, T. and Staudenraush, H. Application of Remote Sensing to the Development of an Integrated Water Ressources Management System (IWRMS), 28th International Symposium on remote sensing of environment, Cape Town, South Africa, March 2000.
[6] Berroir, J.-P and Béréziat, D., Cloud Cover Estimation for Air Quality Models using meteorological Sensors, Systems, Analysis Modeling Simulation, 1998.
[7] JANKOVIAK I. and TOURE D., Les climats subtropicaux et leur évolution: de l’observation spatiale à la modélisation , Aérosols désertiques : Sources, transports, impacts par télédétection La-Londe-Les-Maures, septembre 1992.
[8] BERTRAND J.J, Action des poussières sub-sahériennes sur le pouvoir glaçogéne de l’air en Afrique de l’Ouest, Thèse de Doctorat d’Etat, Université de Clermond- Ferrand, 230 pp, 1977.
[9] GARBA A., Approche des modifications des lignes de grain en zone côtière Ouest-Africaine , Thèse de Doctorat Ingénieur, UCAD de Dakar, 163 pp, 1992.
[10] DHONNEUR G., Nouvelle approche des réalités météorologiques de l’Afrique Accidentale et Centrale, Thèse de Doctorant Ingénieur, UCAD de Dakar, Tome1 358 pp, Tome2 472 pp, 1974.
Etude de la convection profonde en zone sahélienne à partir du bilan énergétique radiatif à l’aide des données NOAA – TOVS – ATOVS.
L’espace ouest africain relève de deux grandes régions : La région soudano-sahélienne et la région de la Basse Côte du Golfe de Guinée. Les régimes pluviométriques qu’on y observe vont de la ligne de grains aux phénomènes de convection locale.
Ces systèmes convectifs se sont manifestés par une importante variabilité interannuelle des pluies, principalement durant les 20 dernières années.
L’impact économique induit par cette variabilité va nous conduire à l’étude de ces systèmes convectifs, en réponse à des demandes nationales (Prévisions à moyenne ou courte échéance, estimation des pluies, prévisions des rendements agricoles, modélisation régionale, prévision saisonnière etc.).
La modélisation du bilan énergétique de l’atmosphère soumise à cette convection passe nécessairement par la prise en compte des transferts radiatifs.
Le travail envisagé permet une mise au point de modèles radiatifs, couplé à l’observation satellitaire en vue d’une étude approfondie des modifications des systèmes convectifs. En effet, la dimension satellitale est indispensable dans toute étude de la troposphère dans cette zone climatique.
En pratique, l’étude portera sur les données NOAA-TOVS-ATOVS, les radiosondages disponibles (déjà identifiés) sur la zone, les analyses du CEPMMT et les ré analyses NCEP /NCAR.
Une analyse composite suivie d’un traitement statistique, servira à comparer les champs dynamiques calculés aux radiances mesurées.
Si les résultats sont encourageants, on cherchera à caractériser de façon énergique les systèmes convectifs types lignes de grains.
Personnel
- Bouya DIOP Docteur en Physique. Enseigant chercheur à l' Unité de Formation et de Recherche à l'Université Gaston Berger de Saint-Louis. Route de Ngalelle B.P. 234.
Tel: OO221 542 85 78/ 00221 961 53 38.
- Oumar DIOP Doctorant en Informatique. Enseignant Chercheur à l'Université Gaston Berger, section Informatique. Route de Ngalelle B.P. 234. Tel: OO221 658 78 69.
Fax: 00221 961 53 38.
- Cheikh Tidiane SAMB Doctorant en Maths.
- Moustapha DIENE Doctorant en Sciences Naturelles.
- Fadel KEBE Docteur en Physique de l'atmosphère.
- Seydou Moustapha SALL Docteur en Physique de l'atmosphère.
- Sidy Mambaye LO Docteur en Physique et Chimie. Enseignant chercheur en Génie électrique de l'Ecole Supérieure Polytechnique.
- Abdou Karim FAROTA Doctorant en Informatique.
-Mame Ngoné FALL. Etudiante diplômée du DURIG (Diplôme Universitaire en Réseau et Informatique de Gestion). Stagiaire au LSAO.
Thème: Mise au point d'outil informatique d'un laboratoire; Réalisation d'un site web pour le LSAO.
Tel: 00221 961 69 84/00221 535 21 55. e-mail: ngonefe@yahoo.fr
- Mame Aminata FALL.Etudiante diplômée du DURIG (Diplôme Universitaire en Réseau et Informatique de Gestion). Stagiaire au LSAO.
Thème: Mise au point d'outil informatique d'un laboratoire; Réalisation d'un site web pour le LSAO.
Tel: 00221 961 69 84/00221 535 21 54. e-mail: minafia@yahoo.fr