L'objectif principal de ce travail a été de faire le diagnostic de la variabilité du système de mousson lors de son installation sur l'Afrique de l'Ouest et d'en mesurer la prévisibilité. Nous avons tout d'abord cherché si les fluctuations pluviométriques d'une année pouvaient être partiellement sous le contrôle d'une mémoire à long terme via des interactions entre surface continentale et atmosphère. Les résultats sont dépendants des jeux de données. Alors que l'humidité des sols des réanalyses ERA40 montre peu de sensibilité à l'excès pluviométrique automnal les données du SWI et les réanalyses NCEP-DOE AMIP-II révèlent que des anomalies positives automnales peuvent avoir des répercussions sur l'humidité des sols superficiels jusqu'en mai en zone soudanienne. Ces anomalies changent drastiquement les gradients horizontaux d'énergie dans les basses couches. La fin de la saison des pluies semble donc cruciale, aussi bien pour les conditions initiales de surface de la mousson suivante que pour les paramètres dynamiques de la mousson et les précipitations associées. Lors de son installation sur le continent le système de mousson enregistre des fluctuations caractérisées par une alternance entre les phases actives (pendant lesquelles les précipitations augmentent) et les pauses (pendant lesquelles les pluies stagnent, voire décroissent). Deux méthodes différentes de caractérisation et datation de ces fluctuations ont été mises au point sur deux jeux de données (CMAP et GPCP) apportant des résultats concordants. Les pauses significatives sont généralement au nombre de quatre. En moyenne, la 1ère est comprise entre le 19 mars et le 8 avril, la 2ème entre le 28 avril et le 13 mai, la 3ème entre le 2 juin et le 27 juin et, enfin, la 4ème entre le 22 juillet et le 11 août. La synchronisation entre les zones soudano-sahéliennes et guinéenne (pauses n°1 et n°2) permet de réviser la vision classique de la modulation intrasaisonnière de la mousson ouest-africaine et suggère que les événements détectés localement s'inscrivent dans une dynamique de plus large échelle. L'existence de ce type de modulation a également été prouvée au Sénégal où il a été démontré d'autre part que la péjoration pluviométrique (à partir de la fin des 60's) n'a ni modifié le schéma d'alternance « pauses/phases actives », ni son organisation annuelle (calendrier). Suite à la mise au point d'une méthode de détection du démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne une étude de prévisibilité a été effectuée. La détection s'est appuyée sur un indice décrivant la migration latitudinale de la ZCIT. En moyenne, la date de démarrage intervient entre les 22 et 23 juin. Le démarrage de la saison des pluies soudano-sahélienne est particulièrement sensible aux modulations de l'intensité des gradients de pression, de précipitations et d'énergie statique humide à 1 000 hPa. La meilleure modélisation statistique, basée sur les précipitations, permet d'expliquer 73 % de variance. Enfin, l'impact des paramètres climatiques sur la présence et l'abondance saisonnière des principaux vecteurs du paludisme a été recherché à Ndiop (Siné Saloum, Sénégal). Dans ce village, le complexe An. gambiae s.l. prédomine sur An. funestus. Le trait commun de la variabilité interannuelle de ces deux espèces est l'importante augmentation du nombre d'attaques lors de l'année 1999. Pour An. funestus, il s'agit, à cette latitude, du retour en nombre car il avait presque totalement disparu depuis la sécheresse. L'analyse de la relation entre précipitations et premières attaques vectorielles annuelles montre des résultats peu stables s'expliquant par : la non-prise en compte de paramètres primordiaux non mesurés localement (température et hygrométrie in situ, hauteur des mares, etc.) et la représentativité insuffisante de l'indice de précipitations utilisé par rapport à l'environnement pluviométrique réellement observé à plus petite échelle. Le phénomène de recrudescence vectorielle de 1999 trouve son origine dans les importantes précipitations des mois d'août, septembre et octobre ayant entraîné les plus grands cumuls pluviométriques annuels de la période 1993-1998. Dès septembre, l'humidité des sols associée a certainement joué un rôle important dans l'augmentation des densités agressives. La cartographie des anomalies de ces paramètres a suggéré que cet événement a pu potentiellement intervenir dans de nombreuses zones de la frange soudano-sahélienne. En termes de prévisibilité, il a été montré qu'aux pas de temps interannuel et intrasaisonnier, les densités d'An. gambiae s.l. peuvent être correctement reproduites. Au contraire, les densités d'An. funestus, vu ses préférences écologiques, ne sont pas très bien simulées par les modèles statistiques en raison de la mauvaise prise en compte des précipitations sur le long terme.

Ce travail de recherche, réalisé dans le cadre du programme IDAF, est une contribution à l'étude des dépôts des constituants majeurs atmosphériques à la surface de la terre, en Afrique tropicale. Il concerne l'étude des concentrations atmosphériques des gaz azotés (ammoniac, dioxyde d'azote, acide nitrique), du dioxyde de soufre (SO2) et de l'ozone (O3) et leur dépôt sec en Afrique de l'Ouest et Centrale. Les gaz ont été mesurés sur une base mensuelle par la technique des capteurs passifs sur une période de dix ans (1998-2007) dans sept sites IDAF représentatifs d'un transect d'écosystèmes : savanes sèches - savanes humides - forêts. La validation et l'analyse de la base de données décennales des " gaz IDAF " a permis d'établir les niveaux de concentrations caractéristiques de chaque écosystème et d'étudier leurs évolutions moyennes mensuelles, saisonnières, annuelles et interannuelles sur le transect d'écosystèmes. Les flux de dépôt sec ont été estimés par la méthode inférentielle à partir des vitesses de dépôt sec calculées en utilisant le modèle " big-leaf " de Zhang et al. (2003b). Dans le modèle de dépôt, les conditions de surface et météorologiques spécifiques aux sites IDAF ont été adaptées puis validées pour être représentatives de ces sites et ont ainsi permis de simuler les vitesses de dépôt sec représentatives des grands écosystèmes. Les variations moyennes mensuelles, saisonnières et annuelles des flux de dépôt sec des gaz (NO2, HNO3, NH3, O3, et SO2) sont analysées dans l'objectif de réaliser un bilan de dépôt atmosphérique total (sec + humide) d'azote à l'échelle des écosystèmes africains. Le dépôt total d'azote est estimé respectivement à 6-9 kgN.ha-1.an-1, 7-10 kgN.ha-1.an-1 et 13 kgN.ha-1.an-1 en savanes sèches, en savane humides et en forêts, avec une contribution relative du dépôt sec sous forme gazeuse au dépôt total d'azote comprise entre 46 et 71% sur l'ensemble des écosystèmes. Un bilan émission-dépôt des composés azotés oxydés et réduits à l'échelle de chaque écosystème a été réalisé et a montré un flux d'émission totale de même ordre de grandeur que le dépôt moyen annuel d'azote pour les écosystèmes de savanes mais plus faible dans l'écosystème forestier. Enfin une analyse comparative entre les mesures IDAF de dépôt d'azote et, d'une part, le dépôt d'azote simulé par une analyse multi-modèle à l'échelle globale et d'autre part, avec les charges critiques d'eutrophisation existantes dans la littérature a permis une première évaluation de l'impact potentiel du dépôt total d'azote sur les écosystèmes tropicaux africains.

Dans les paysages soudaniens, embrasés lors de la saison sèche, les importantes mutations engendrées par l'intensification agricole recomposent les espaces et les modes de gestion associés. Dans ce contexte, le feu, symbole passé de la dégradation des forêts devient un outil d'ingénierie écologique aux services des savanes désormais menacées. Afin d'analyser ces bouleversements complexes des paysages-objets et des représentations associées aux enjeux modernes qui se tissent, une caractérisation spatiale fine du feu a été entreprise. Ce travail, central dans la recherche menée, permet alors d'appréhender l'évolution des modes de gestion et les trajectoires paysagères. Contrairement aux observations reléguant les pratiques du feu comme anecdotiques ou anarchiques en saison sèche, nous montrons que la dynamique complexe des feux de brousse est principalement structurée par la combinaison locale d'une pratique régulière et de facteurs pédoclimatiques. L'interaction locale entre le moment de la mise à feu et la combustibilité de la végétation est le critère déterminant des régimes de feux observés à l'échelle régionale. Les dernières pluies correspondent ainsi à l'éclosion des premiers feux sur les sols squelettiques, puis petit à petit, les feux parcourent des milieux aux sols plus profonds où la végétation reste humide plus longtemps. Le recours à l'analyse et à la simulation spatiale a permis de faciliter les échanges entre observations de terrain et cartes régionales, pour ainsi explorer les interactions locales entre mise à feu et dynamique saisonnière des espaces. Cependant si cette dynamique saisonnière est confirmée, elle dévoile au-delà-des variables biophysiques, la place nouvelle des territoires dédiés à la protection de la nature et l'hétérogénéité des regards portés sur la gestion des espaces ruraux.

Un des principaux débats en Sciences de la Terre Externe concerne l'importance relative de la tectonique et du climat dans l'érosion des reliefs et donc dans les flux sédimentaires terrigènes préservés dans les bassins avals. Dans cette thèse, nous avons développé une méthode basée sur l'intégration de coupes géologiques dans un modèle 3D afin de quantifier ce flux, avec une résolution temporelle de quelques Ma, à l'échelle d'un continent sur une longue période de temps (x100 Ma), et ce en tenant compte des incertitudes. Sur l'ensemble de la marge ouest-africaine, l'évolution de ces volumes, une fois pondérés par le pourcentage de sédiments terrigènes, au cours du temps suggère que le flux sédimentaire terrigène est contrôlé par la tectonique, durant les phases de rift avec l'érosion des épaulements, et lors de surrection du domaine amont des marges durant l'évolution post-rift. Le climat, à la faveur d'augmentation des précipitations, ne semble que forcer les effets de surrection.

Cette thèse s'inscrit dans la perspective d'un diagnostic stratégique du secteur de Transport Routier Interurbain des Voyageurs (TRIV) en Afrique de l'Ouest (Cas du Burkina Faso, du Mali et du Niger).L'organisation du transport et le fonctionnement des entreprises dudit secteur à l'aune de la mondialisation et de la modernisation laissent encore à désirer. Nombreuses sont les difficultés recensées à divers niveaux du système entravant ainsi le développement économique du secteur. Pour l'Afrique de l'Ouest, de nombreuses études et recherches ont déjà été réalisées sur le système de transport urbain et sur le transport des marchandises avec diagnostics et préconisations. Cependant le sous-secteur du TRIV a aussi son importance et il convient de le prendre en compte dans le schéma d'intégration sous régionale en Afrique. Notre recherche démontre que l'analyse du TRIV ne doit pas se limiter à ses aspects réglementaires et institutionnels et qu'elle doit intégrer les entreprises comme éléments clés du développement du secteur. Celles-ci sont désormais confrontées au défi de la concurrence sur les marchés tant intérieurs que sous-régionaux du transport des voyageurs. La modernisation du secteur et son développement ultérieur impliquent des adaptations des entreprises artisanales, des changements dans l'organisation et les conditions de fonctionnement de cette activité. Notre démarche aborde dans un premier temps, la configuration actuelle du marché de TRIV. L'analyse met en évidence l'indispensable complémentarité de l'offre des sociétés de transport et des artisans transporteurs. A partir de ce constat, des modèles de stratégies potentielles sont élaborés pour les entreprises contraintes à la compétitivité. Cependant, compte tenu de l'organisation du marché de TRIV au Niger, de la multiplicité des entreprises et de l'absence des données, nous avons défini des groupes contrastés d'entreprises, le regroupement se faisant à partir des caractéristiques techniques, organisationnelles (types de véhicules utilisés, organisation des services) et géographique (lignes desservies).Cette approche nous a permis de mettre en lumière les spécificités des maillons du marché mais aussi les grands déséquilibres existants en matière de desserte dans les principales zones. A travers les modèles de stratégies développés, notre ambition est de donner un cadre de référence aux entreprises à partir duquel et compte tenu de leurs ressources internes, elles organiseront leur stratégie. Ces entreprises devraient pouvoir y parvenir dans le cadre d'une politique publique des transports prenant en compte les attentes des principaux acteurs.

The climate of West Africa is characterised by a monsoonal system that brings rainfall onto the subcontinent during an annual rainy season. From the late 60's to the mid-90's, rainfall levels significantly below average were observed, which brought severe socio-economic implications. The causes of the uncharacteristically long drought period, and indeed the mechanisms underpinning West African climate were poorly understood at the time, but have since attracted growing attention from the scientific community. Amongst the factors identified as critical is the interaction between the Earth surface and the atmosphere. To investigate these interactions over West Africa we have adopted an approach based upon regional climate modelling, an internationally recognised discipline enabling the representation of past and future climates, and the study of specific meteorological mechanisms. Using the regional climate model MAR, we have carried out simulations of the West African climate for the years 1986, 1987, and 1988. To improve the accuracy with which the model represents the biosphere, a new dataset describing the local vegetation was incorporated and a new scheme for the representation of roots implemented. A measure of the internal variability inherent to all results produced with this, and other such models, was determined. Subsequently, the influence of soil moisture anomalies on the model behaviour was investigated. The latest version of the model was validated by comparing it to observational data for selected years. Our results have prooven the ability of the improved MAR to simulate the West African climate, its monsoon and its spatial and temporal behaviour and provide strong evidence of its suitability for further investigation of the surface-atmosphere interactions over West Africa.

The climate of West Africa is characterised by a monsoonal system that brings rainfall onto the subcontinent during an annual rainy season. From the late 60's to the mid-90's, rainfall levels significantly below average were observed, which brought severe socio-economic implications. The causes of the uncharacteristically long drought period, and indeed the mechanisms underpinning West African climate were poorly understood at the time, but have since attracted growing attention from the scientific community. Amongst the factors identified as critical is the interaction between the Earth surface and the atmosphere. To investigate these interactions over West Africa we have adopted an approach based upon regional climate modelling, an internationally recognised discipline enabling the representation of past and future climates, and the study of specific meteorological mechanisms. Using the regional climate model MAR, we have carried out simulations of the West African climate for the years 1986, 1987, and 1988. To improve the accuracy with which the model represents the biosphere, a new dataset describing the local vegetation was incorporated and a new scheme for the representation of roots implemented. A measure of the internal variability inherent to all results produced with this, and other such models, was determined. Subsequently, the influence of soil moisture anomalies on the model behaviour was investigated. The latest version of the model was validated by comparing it to observational data for selected years. Our results have prooven the ability of the improved MAR to simulate the West African climate, its monsoon and its spatial and temporal behaviour and provide strong evidence of its suitability for further investigation of the surface-atmosphere interactions over West Africa.

Les variations climatiques en Afrique de l'Ouest ont un impact parfois catastrophique, particuliérement au Sahel ou les populations sont exposées aux aléas des ressources en eau. Cette thèse s'inscrit dans la recherche des différents modes de variabilités atmosphèrique et de leurs conséquences sur les processus qui générent les pluies, afin de mieux apprehender le climat et ses variabilités dans cette région. <br />Ce travail porte sur la part de la variabilité des précipitations au Sahel qui peut être expliquée par la variabilité atmosphérique. L'objectif principal est de comprendre comment les perturbations du champ de vent à 700 hPa - les ondes d'est africaines (AEWs) - agissent sur la convectionqui est elle meme à l'origine des précipitations. <br />Après avoir exposé les connaissances actuelles de la climatologie en Afrique de l'Ouest, et expliqué la méthodologie développée pour étudier les ondes d'est, la variabilité des précipitations est étudiée à différentes échelles. La modulation de la convection et des précipitations par les ondes est ensuite traitée et permet de distinguer des secteurs propices aux fortes précipitations, ou au contraire inhibiteurs. L'impact des ondes sur la dynamique et la thermodynamique atmosphérique est également abordé, en particulier dans les basses couches atmosphériques. Un autre aspect original de cette thèse est d'étudier comment les ondes d'est s'insèrent dans la variabilité interannuelle et intra saisonnière du flux de mousson. Après avoir mis en évidence des phases actives et inactives du flux de mousson, le comportement des ondes, de la convection et des précipitations est discriminé en fonction des phases de l'onde.

Ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), vise à modéliser le fonctionnement hydrologique de la Haute Vallée de l'Ouémé (14400 km$²$) au Bénin. Il a pour but de réaliser une première estimation des bilans hydrologiques et de contribuer au développement d'outils capables de simuler les impacts climatiques et anthropiques sur la ressource en eau. Dans un premier temps, nous avons cherché à caractériser le fonctionnement hydrologique de la région, et à quantifier les principaux termes du bilan hydrologique à méso-échelle. Pour conceptualiser ces bassins versants, une démarche comparative a été adoptée, et deux modélisations parcimonieuses ont été mises en oeuvre: GR4J, structure empirique et générique, et TOPAMMA, formalisme dérivé de TOPMODEL et développé au cours de ce travail. Un cadre d'évaluation complet a été défini, permettant de juger les modèles en terme: (i) de performances, (ii) d'incertitudes associées à leurs prédictions ; (iii) de réalisme. Ainsi, bien que leurs performances pour simuler la relation pluie-débit soient comparables, ces modèles se distinguent lorsque les incertitudes sur les simulations et les autres composantes du cycle hydrologique sont considérées. La variabilité hydro-climatique observée dans la région au cours de 50 dernières années a également permis d'évaluer le pouvoir d'extrapolation des modèles et leur application dans des conditions non stationnaires. Nous nous sommes en particulier intéressés aux aspects méthodologiques de la détection de changements de la relation pluie-débit à partir des modèles hydrologiques. Enfin, une première estimation de la sensibilité de la réponse hydrologique au régime de mousson a été réalisée, à travers différents scénarios de forçage pluviométrique.

Cette thèse cherche à étudier les relations climat/agriculture en Afrique de l'Ouest dans un contexte de croissance démographique nécessitant une augmentation des rendements agricoles futurs. Nous cherchons à caractériser dans un premier temps les changements climatiques passés et futurs dans la région, puis à passer en revue plusieurs études qui donnent une estimation de l'impact du climat futur sur les rendements agricoles de la sous-région, afin de produire des résultats robustes et de souligner les limites de ces études. La valeur médiane d'évolution des rendements futurs se situe ainsi vers -11%, et cette valeur est robuste au type de modèle agronomique employé. Il semble de plus nécessaire de travailler plus en détail sur les scénarii futurs, parfois trop limités et sur les différences entre variétés qui peuvent être importantes. Nous soulignons également l'hétérogénéité des résultats à l'échelle de la sous-région. Nous nous fondons dans un deuxième temps sur ces constatations pour réaliser une étude d'impact originale utilisant des données observées sur 35 stations météorologiques en Afrique de l'Ouest. Pour cela, nous définissons 35 scénarii possibles fondés sur cinq anomalies de pluie (de -20% à +20%) et sept de température (de +0°C à +6°C) et nous simulons les rendements pour trois variétés contrastées de mil et trois de sorgho. Les résultats montrent entre autre une évolution négative du rendement moyen principalement due à l'augmentation de température que la pluie peut seulement atténuer ou aggraver. On note également un impact plus négatif pour les variétés à cycle court et constant que pour les variétés sensibles à la photopériode. Enfin, pour une même anomalie de température, si on considère comme équiprobables les cinq scénarii de pluie, la probabilité d'avoir une forte baisse des rendements est plus importante dans le Sud de la sous-région. Les constatations sur la forte variabilité interannuelle de la pluie (et donc des rendements) et sur le climat futur incertain nous poussent donc à étudier l'intérêt pour les paysans sahéliens de prévisions climatiques saisonnières qui donnent avant le début de la saison des pluies une information sur la catégorie du cumul pluviométrique (plutôt sec, normal ou humide). Cette prévision permet ainsi de minimiser l'impact de l'aléa pluviométrique et est robuste à l'incertitude du changement climatique. Nous calculons de ce fait la valeur d'une telle information pour les cultivateurs de mil nigériens en utilisant un modèle économique représentant les stratégies des agents considérés (choix culturaux, aversion au risque...). Les résultats montrent un impact sur le revenu globalement positif, même en années sèches et avec une prévision d'une précision proche de l'existant. Ainsi, cette prévision imparfaite donne une augmentation du revenu de +6.9% sur les 18 années. Ce gain est légèrement supérieur avec une prévision parfaite (+11%) et atteint +34% si on fournit des informations supplémentaires sur le début et la fin de la saison: ces informations permettent en effet d'utiliser de nouvelles stratégies culturales. Enfin, afin d'étudier des points que l'évaluation théorique laissait en suspens nous élaborons au Sénégal des ateliers participatifs qui visent à étudier avec les acteurs locaux les changements de stratégies culturales en réaction à des prévisions climatiques (saisonnières et décadaires), ainsi que le gain engendré par ces prévisions sur les rendements. L'impact sur les rendements est évalué avec l'aide d'un expert et montre que les prévisions ont certes un effet nul dans 62% des cas, mais qu'il est positif dans 31%. Ces résultats dépendent cependant des villages étudiés.