Les systèmes agro-sylvo-pastoraux (SASP) d’Afrique de l’Ouest sont des agro-écosystèmes limités en biomasses et en nutriments. Le recyclage des nutriments et les transferts de fertilité sont traditionnellement rythmés par la mobilité des troupeaux de ruminants conduits en extensif. Les agro-éleveurs pratiquent le parcage nocturne de leurs troupeaux pour concentrer la matière organique, dans les champs à proximité des habitations afin de sécuriser une production vivrière suffisante à leurs besoins. Dans un contexte de croissance démographique et de réduction des parcours naturels au profit des zones cultivées, le système d’élevage « traditionnel », basé sur une forte mobilité intra-terroir villageois, est remis en cause. Les stratégies adoptées par les agro-éleveurs sont, soit (i) l’éloignement des troupeaux du terroir villageois pendant des périodes plus ou moins longues par des pratiques de transhumance saisonnière vers des régions moins peuplées et disposant de davantage de ressources fourragères ; soit (ii) plus récemment, des pratiques d’intensification avec des animaux gardés à l’étable au sein du terroir villageois et nourris avec des aliments concentrés, achetés sur le marché local. Ces changements de systèmes d’élevage ont possiblement des conséquences importantes sur les flux de biomasses et les cycles des nutriments au niveau du ménage et du territoire. Il convenait de les évaluer en termes d’impacts sur le fonctionnement et la durabilité des SASP. A cet effet, le modèle multi-agents TERROIR a été développé et implémenté sur la plateforme de modélisation GAMA. Il simule l’effet de changements dans l’organisation du paysage et des systèmes d’élevage sur les flux de biomasse et d’azote aux différents niveaux d’organisation du territoire : la parcelle, le troupeau, le ménage et le terroir villageois. Le modèle simule les échanges de biomasses entre une centaine de ménages comportant des stratégies et des pratiques différentes. Cela inclut les transferts spatiaux de biomasses orchestrés par plusieurs centaines de troupeaux se déplaçant de façon indépendante sur un millier de parcelles. Le modèle synthétise ces flux par un ensemble d’indicateurs issus de deux méthodes d’analyse (« Ecological Network Analysis » et « System Gate Balance ») pour décrire la structure, le fonctionnement et la durabilité de l’agroécosystème, en termes de productivité, d’efficience, d’autonomie, de recyclage, de transferts spatiaux et de bilan de nutriments. Le modèle a été conçu et paramétré à partir des données disponibles sur les agroécosystèmes de savane en Afrique de l’Ouest et il a été évalué à partir des données observées dans deux terroirs villageois du bassin Arachidier au Sénégal où les pratiques des agro-éleveurs sont particulièrement contrastées.Le modèle TERROIR a été utilisé pour explorer les impacts des dynamiques territoriales observées sur la période 1920-2015 dans le bassin Arachidier au Sénégal, une zone agricole à transition agraire rapide et avancée. Les résultats soulignent une réorganisation du cycle de l’azote et une tendance générale à l’intensification des flux et à l’augmentation de la dépendance des agroécosystèmes vis-à-vis de sources extérieures de nutriments. Cependant, le recyclage et les transferts spatiaux de nutriments internes aux agrosystèmes restent à des niveaux élevés. L’intégration sol-plantes-animaux-hommes et l’hétérogénéité spatiale de la répartition des ressources fertilisantes apparaissent comme deux propriétés persistantes des agro-écosystèmes étudiés. Consolider cette intégration et cette organisation spatiale seraient ainsi un gage pour la durabilité des futurs systèmes agricoles qui émergeront dans un contexte de poursuite de la forte croissance démographique et de changement climatique. / Agro-sylvo-pastoral systems (systèmes agro-sylvo-pastoraux - SASP) of West Africa are agroecosystems limited in biomass and nutrients. Nutrient recycling and fertility transfer are traditionally driven by the mobility of ruminant herds led in extensive practices. Agro-pastoralists practice night corralling of their herds to concentrate the organic matter in the fields near the houses, in order to secure a sufficient food production for their needs. In a context of demographic growth and the reduction of natural rangelands in favor of cultivated areas, the "traditional" mobile livestock system, based on high mobility within the village is being called into question. The strategies adopted by the agro-pastoralists are: (i) keeping the herds away from the village for periods of varying lengths, by seasonal transhumance in less populated regions where forage resources are more important, or (ii) more recently, intensified practices with animals kept in the barn within the village and fed with concentrate feeds, bought on the local markets. These changes in livestock systems may have important consequences for biomass flows and nutrient cycling at the household and village landscape level. There was a need to assess their impact on the functioning and sustainability of SASP.To this end, the TERROIR multi-agent model has been developed and implemented on the GAMA modeling platform. It simulates the effect of changes in the organization of the landscape and livestock systems on biomass and nitrogen flows at different levels of organization in the village: plot, herd, household, village landscape. The model simulates the exchanges of biomasses between dozens of households with different strategies and practices. It includes the spatial transfers of biomasses between several hundred plots orchestrated by dozens of herds moving independently. The model synthesizes these flows with a set of indicators from two methods of analysis (Ecological Network Analysis and System Gate Balance) to describe the structure, functioning and sustainability of the agroecosystem, in terms of productivity, efficiency, autonomy, recycling, spatial transfers and nutrient balance. The model was designed and configured with available data on savannah agroecosystems in West Africa. It was evaluated from data observed in two villages of the Groundnut Basin in Senegal where the practices of agro-pastoralists are particularly contrasted. The TERROIR model was developed and implemented to explore the impacts of the village dynamics observed over the period 1920-2015 in the Groundnut Basin in Senegal, an agricultural zone in fast and advanced agrarian transition. The results highlight a reorganization of the nitrogen cycle and a general trend towards increased flows and increased dependence of agroecosystems on external sources of nutrients. However, the recycling and spatial transfers of nutrients internal to agroecosystems remain at high levels. The soil-plant-animal-human integration and the spatial heterogeneity of the distribution of fertilizing resources appear as two persistent properties of the studied agro-ecosystems. Consolidating this integration and spatial organization could guarantee for the sustainability of future farming systems that will emerge in a context of continued high-population growth and climate change.

Dans le milieu professionnel artisanal et semi-industriel, la conception des objets techniques dans et pour les pays en développement d'Afrique de l'Ouest et notamment au Burkina Faso constitue un enjeu majeur. Cependant dans leur grande majorité, les technologies introduites n'ont pas répondu aux attentes des populations cibles. De nombreux échecs jalonnent l'histoire récente de ces tentatives. La problématique de cette impasse technologique est le plus souvent posée par les concepteurs et les développeurs en termes d'élaboration d'une méthode spécifique de conception destinée à ces pays en développement. Cette thèse attire plutôt l'attention sur le fait que la conception d'artefacts techniques dans cette région du monde ne peut faire l'économie d'une réflexion critique sur les modalités de mise en œuvre des processus de conception. Il ne s'agit plus uniquement d'aider à la conception de systèmes techniques par l'élaboration d'une méthode adaptée de conception mais d'aller au-delà, dans la mesure du possible, pour étendre le champ de connaissance et analyser l'ensemble des acteurs des réseaux sociotechniques impliqués, pour in fine, aider à la conception d'un nouveau système technique qui prenne en compte, dès l'amont, des questions comme celles des conditions de la collaboration, de la construction de la confiance et de la reconnaissance des concepteurs. / Within the handicraft and the semi-industrial environment, technical artifacts design in West African developing countries and particularly in Burkina Faso is a major challenge. However, the vast majority of technologies transferred have not met the target populations' expectations. For many failures mark the recent history of these attempts. This technological impasse is more often raised by designers and developers in terms of developing a specific design method for these developing countries. This thesis draws attention to the fact that technical artifacts design in this region cannot be done without a critical reflection on the design process implementation modalities. It is no longer only assisting the technical systems design by developing a suitable design method, but going beyond, as possible as, to extend the knowledge scope and to analyze all of the actors linked to the socio-technical networks involved, in order finally, to help designing a new technical system taking into account, as soon as the upstream, issues such as collaboration conditions, trust building and designers' acknowledgment and recognition.

En Afrique de l'Ouest, la diminution brutale de la pluviométrie depuis les années 1970 s'est produite en concomitance avec une augmentation des dommages liés aux inondations. Si une accentuation de la vulnérabilité des populations est indéniable, la question d'une évolution de l'aléa pluviométrique en particulier des pluies les plus intenses reste posée - notamment dans un contexte où le réchauffement climatique devrait s'accompagner d'une intensification du cycle hydrologique globale. Cette thèse s'attache améliorer nos connaissances sur le régime de pluies extrêmes en Afrique de l'Ouest sous-documenté à l'heure actuelle dans les sciences du climat et de l'hydrologie opérationnelle. Le travail s'articule autour des trois objectifs: (i) fournir une vision régionale intégrée de l'organisation spatiale des extrêmes, (ii) étudier l'évolution du régime de précipitations extrêmes en lien avec la variabilité décennale des cumuls pluviométriques annuels, (iii) caractériser les extrêmes pluviométriques en produisant des cartes d'aléa pluviométrique et en étudiant les liens d'échelles entre les extrêmes de pluie à différents résolutions spatio-temporelles. On se base ici sur les données journalières des réseaux nationaux disponibles depuis les années 1950 sur l'Afrique de l'Ouest et actualisées sur le Sahel Central jusqu'en 2010; les données de précipitation à haute résolution disponibles depuis 1990 sur l'observatoire AMMA-CATCH Niger. Les modèles statistiques classiques issus de la théorie des valeurs extrêmes, ont été adaptés pour incorporer des covariables représentant des non-stationnarités spatiales et temporelles dans les pluies extrêmes. On montre la grande robustesse de ces modèles pour estimer les quantiles rares et détecter les tendances régionales dans les séries d'extrêmes. Le cadre théorique des fractales a été utilisé pour modéliser les relations d'échelles spatio-temporelles. On montre ainsi qu'une représentation de type "simple scaling" permet de décrire de manière très satisfaisante ces relations sur la gamme des pas de temps allant de 1 à 24 heures. Les résultats climatologiques confirment que la sécheresse de la fin du XXeme siècle a été avant tout associée à une baisse de l'occurrence des précipitations, leur intensité demeurant relativement inchangée. On note en revanche un comportement singulier sur la dernière décennie durant laquelle un déficit persistant d'occurrence est compensé par une intensification des précipitations qui explique un retour vers une meilleure pluviométrie annuelle, associée cependant à des extrêmes plus marqués et donc porteurs de risque hydrologique. / In West Africa, the sharp decrease of rainfall since the 70s has occurred concurrently with an increase of flood damage. If it is certain that the vulnerability of the population has increased, the question of the evolution of extreme rainfall remains unanswered - especially in a context where global warming should be accompanied by an intensification of the global water cycle. This thesis aims to improve our understanding of the extreme rainfall regime in West Africa. The work is based on three objectives: (i) provide an integrated regional vision of the spatial organization of extremes, (ii) study the evolution of extreme precipitation regime in connection with the decadal variability of annual rainfall (iii) characterize the extreme rainfall by producing rainfall hazard maps and IDAF (Intensity-Duration-Area-Frequency) curves. In this work, two datasets are used: (i) daily data from national networks, available since 1950 on West Africa, have been updated on the Central Sahel until 2010; (ii) precipitation data with high resolution available since 1990 from the AMMA-CATCH Niger observatory. Conventional statistical models from the extreme value theory has been adapted to incorporate covariates in order to represent spatial and temporal non-stationarity in extreme rainfall. These models show a high robustness to estimate the high quantiles and detect regional trends in the extreme series. The theoretical framework of fractals has been used to model the relationships of spatial and temporal scales. Climatological results confirm that the drought of the late 20th century was primarily associated with a decrease in the occurrence of rainfall, intensity remained relatively unchanged. We note, however, a singular behavior in the last decade: a persistent deficit of occurrence of rainfall is compensated by higher intensities which explains a return to better annual rainfall associated with more extreme rainfall.

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 actuels et à venir 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 complet de 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 forêt 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 forêt 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 non saturés, les bas-fonds jouent probablement un rôle.À 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. À 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. / Understanding how the hydrological cycle and water resources availability evolve in the current context of global change (which encompass climate, environmental and population changes) is a critical issue, particularly in West Africa, where at regional scale, strong interannual and seasonal variabilities overlap with highly uncertain climate predictions. Within this framework, this work aims at improving our knowledge of the behavior of the Upper Oueme catchment in Benin (Sudanian climate), with an analysis of all the hydrological processes and terms of the terrestrial hydrological cycle.First, the hillslope scale is considered by using the Hydrus 2D software and field observations from the hydrometeorological observing system AMMA-CATCH: rainfall, actual evapotranspiration, soil moisture, groundwater level and river runoff. The principal result of this analysis is that the riparian forest transpiration depletes the deep groundwater and disconnects it from the river network. Water supply by the deep groundwater enables the riparian forest transpiration all year long and particularly during the dry season. Seepage of unsaturated subsurface lateral flows contributes to river runoff, but the "bas-fonds" seem to be other important contributors.Then, at mesoscale, we quantify the impact of the spatial variability of hydraulic conductivity on the simulated water balance, with focus on the evapotranspiration term. The numerical model nTopAMMA, especially derived from the TopMODEL hydrological model for the Upper Oueme catchment, is used here. Measurements from a specific field mission evidence the correlation between the hydraulic conductivity spatial variability and the land use one. By taking into account this variability, the simulation results show that evapotranspiration and water storage simulated on the Upper Oueme catchment at local (pixel) scale depend essentially on the topography (75 %) and to a lesser extent on the hydraulic conductivity (25 %).Finally, a bottom-up approach is adopted to analyse the hydrological modelling results at mesoscale, taking advantage of the modelling results at the hillslope scale. Vertical processes and fluxes simulated by nTopAMMA are analyzed. It is shown that an improvement of the Upper Oueme hydrological cycle modelling, with nTopAMMA, requires: (i) the consideration of the catchment heterogeneities, (ii) the modification of the evapotranspiration module, (iii) the diversification of the evapotranspiration sources and (iv) the integration of the deep groundwater reservoir.

L'impact des modifications climatiques et de l'augmentation de la démographie sur le cycle de l'eau et de l'énergie dans la région ouest africaine passe par la quantification des échanges entre les différents couverts de la surface continentale et l'atmosphère. Toutefois, la compréhension du rôle des interactions entre la surface et l'atmosphère dans la dynamique de la mousson ouest africaine est limitée par le manque d'observations dans cette région. Cette thèse porte sur l'étude des flux turbulents, en particulier l'évapotranspiration réelle, en climat soudanien. Les deux couverts étudiés sont une forêt claire (site de Bellefoungou) et une mosaïque de culture/jachère (site de Nalohou), situés dans la région du Nord – Bénin. On dispose de quatre années de mesures (2007 à 2010). Les sites d'étude font partie de l'observatoire hydro – météorologique AMMA – CATCH.Les données de flux turbulents de l'atmosphère ont été mesurées avec la technique d'eddy covariance. La partition énergétique des flux a été examinée à travers la fraction évaporative (EF) et le rapport de Bowen (β) aux échelles diurne, saisonnière et inter-annuelle. Des caractéristiques de surface (conductance de surface et aérodynamique) et le coefficient de découplage ont été calculés pour interpréter la dynamique de l'évapotranspiration réelle.L'analyse des résultats est basée sur un découpage du cycle saisonnier suivant quatre phases du cycle de la mousson : la saison sèche, la saison humide, les phases d'humidification et d'assèchement de l'atmosphère. Aux échelles diurne et saisonnière, on montre que le taux d'évapotranspiration réelle de la forêt est toujours supérieur à celui de la mosaïque de culture/jachère quelle que soit la saison. L'évapotranspiration réelle demeure non nulle en saison sèche sur le site de Nalohou malgré les conditions de surface peu favorables à ce processus. En saison humide, après le saut de mousson, la partition énergétique des flux atteint un régime stationnaire avec une moyenne égale à 0,75 à Bellefoungou et 0,70 à Nalohou pour les 4 années étudiées. Le rapport de Bowen pris dans le même ordre est environ de 0,4 et 0,6 traduisant ainsi, en dépit des conditions humides, la part non négligeable du flux de chaleur sensible sur les deux couverts végétaux. La différence de rugosité entre les deux couverts végétaux entraîne une conductance aérodynamique nettement supérieure à Bellefoungou par rapport à Nalohou. On montre également que la végétation du site de Nalohou est plus efficace en transpiration pendant la saison humide que celle du site de Bellefoungou. A l'échelle inter-annuelle, on n'a pas pu mettre en évidence une relation entre flux de chaleur latente et pluviométrie pour les quatre années étudiées qui sont toutes des années excédentaires. Cependant nous avons observé que le rayonnement net explique la majeure partie de la variabilité inter-annuelle des flux turbulents.Enfin, nous avons également montré avec le coefficient de découplage que la surface soudanienne et l'atmosphère restent couplées toute l'année. Ce fonctionnement de l'interface surface – atmosphère reflète le rôle majeur que jouent les conditions de surface dans la variabilité saisonnière de l'évapotranspiration réelle. Les résultats issus de cette étude donnent une première estimation des flux de chaleur latente et de chaleur sensible sur une forêt claire et une mosaïque de culture/jachère en climat soudanien. Ils sont d'une importance capitale pour la paramétrisation et la validation des modèles de surface ainsi que pour la quantification robuste de la ressource en eau disponible en surface pour l'agriculture, principale activité génératrice de revenus des populations locales. / Assessing the impact of climate and anthropic changes on the water and energy cycles, mainly rely on the quantification of the transfer between the various land covers and the atmosphere. Nevertheless the land – atmosphere interactions in the West African monsoon dynamic is not yet well understood because of the lack of observations in this region. This thesis focuses on the analysis of the sensible and latent heat fluxes under Sudanian climate. The two studied land covers are a clear forest (Bellefoungou) and a cultivated area (Nalohou), located in northern Benin, during four years (2007-2010). The study sites are a part of the hydro – meteorological AMMA – CATCH observatory.Turbulent fluxes were measured with the eddy covariance technique.The flux partitioning was investigated through the evaporative fraction (EF) and the Bowen ratio (β) at diurnal, seasonal and inter-annual scales. Surface characteristics (surface and aerodynamical conductance) and the decoupling factor were calculated to interpret the dynamic of the actual evapotranspiration.The analysis was performed according to four different stages of the monsoon cycle: dry and wet seasons drying and moistening intermediate stages. At diurnal and seasonal scales, actual evapotranspiration was always higher on the forest than on the cultivated area. It remained non zero during the dry season at Nalohou despite surface conditions which were not favorable to this process. During the wet season, after the monsoon onset, EF remained steady with a mean seasonal value of 0.75 at Bellefoungou and 0.70 at Nalohou for the four studied years. The Bowen ratio was 0.4 and 0.6 respectively, thus the sensible heat flux was significant on the two contrasted vegetation covers during the wet season. The contrasted roughness length of the two vegetation covers led to a highest aerodynamic conductance at the clear forest site. The mixed of crop/fallow was shown to be more efficient than the clear forest regarding wet season transpiration. At the inter-annual scale, no relationship can be evidenced between evapotranspiration and annual rainfall for the studied period (2007-2010), which was rather rainy. Nevertheless, the net radiation explains the main part of turbulent fluxes inter-annual variation.Finally, complete surface atmosphere decoupling was never observed. This property of the surface – atmosphere interface underlines the key role of the surface conditions in the actual evapotranspiration. Our results provide a first estimate of the latent and sensible heat fluxes over a clear forest and a mixed crop/fallow under sudanian climate. They are relevant to land surface models parametrisation or evaluation and to a robust quantification of the water resources for agriculture, the main economic activity in this region.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) dont un des objectifs est de mieux connaître les dynamiques régionales des interactions climat-environnement-société. Elle est une contribution à l'étude de la variabilité spatio-temporelle de la végétation, en fonction des différents types d'occupation du sol et sous contrainte des variations saisonnières et interannuelles de la pluviométrie sur la partie supérieure du bassin versant du fleuve Ouémé, au Bénin. Cette espace possède un important réseau de surveillance hydroclimatique au sol, l'observatoire AMMA-Catch, qui fournit de nombreuses données in situ. L'analyse s'appuie aussi sur différentes données issues de la télédétection satellitaire optique (LANDSAT, SPOT-VGT, MODIS, MSG-SEVIRI ou ECOCLIMAP) pour l'étude de l'occupation du sol, de la variabilité photosynthétique de la végétation ou des estimations pluviométriques (RFE – Rainfall Estimate). L'étude porte principalement sur trois questions : 1) les modifications des états de surface récemment observées dans cette zone expérimentale de l'Ouémé supérieur ; 2) la valorisation des différentes données issues de la télédétection satellitaire pour diagnostiquer la variabilité bioclimatique régionale de la végétation ; 3) la compréhension des interactions à l'interface climat/végétation, pour interpréter certaines variations bioclimatiques intra- et interannuelles en fonction des principaux états de surface. Les principaux résultats suggèrent qu'il est possible de discriminer des relations fonctionnelles selon les principaux états de surface forestiers ou très anthropisés. Les analyses diachroniques par classification d'images Landsat (ETM+) montrent que les espaces cultivés enregistrent régionalement une augmentation de 25 % sur la période 2003-2012. Les superficies de jachère diminuent, alors que les savanes arbustives augmentent. Tous les espaces forestiers perdent en superficie sur la décennie observée, en particulier les forêts denses (a priori protégées dans cette région) avec une baisse supérieure à 16 %. La variabilité spatio-temporelle d'un indice de végétation (NDVI) est significativement dépendante des trois principaux modes d'occupation du sol, même si l'artefact dû à la nébulosité complique les analyses et interprétations. Les contrastes entre le domaine de forêt naturelle encore préservée (la forêt classée) et les espaces en mutation agricole (cultures et jachères) sont particulièrement visibles. Sur la décennie 2002-2012, il n'y a pas de tendance des pluies, mais plutôt une succession de phases sèches et humides, qui induisent finalement une stabilité interannuelle du NDVI. Le déphasage moyen entre pluies et activité végétale est en moyenne de quatre décades, mais il semble que la fin de la saison végétative recule ait reculé d'au moins 10 jours sur la période étudiée, traduisant une modification des précipitations de fin d'année. / This thesis is part of the international AMMA program (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine - Multidisciplinary Analysis of African Monsoon) whose objective is to better understand the regional dynamics of climate-environment-society interactions. It is a contribution to the study of the spatio-temporal variability of vegetation, according to different land use types and under the constraints of seasonal and interannual variations in rainfall in the upper basin of Ouémé river, Benin. This area has an extensive network of hydro-climatic ground monitoring, observatory AMMA-Catch, which provides many in-situ data. The analysis also relies on data from different optical remote sensing satellites (LANDSAT, SPOT-VGT, MODIS, MSG-SEVIRI or ECOCLIMAP) for the study of land occupation, variability of photosynthetic vegetation or rainfall estimate (RFE). The study focuses mainly on three questions: 1) the changes in surface conditions recently observed in the experimental area of upper Ouémé; 2) the analysis of various data from satellite remote sensing to diagnose regional bioclimatic variability of vegetation; 3) the understanding of climate/vegetation interface interactions, in order to interpret certain intra-and interannual bioclimatic variations depending on the main surface conditions. The main results suggest that it is possible to discriminate the functional relationships from the main conditions of forest or anthropized surface. The diachronic analysis through the classification of Landsat (ETM +) images show that the cultivated areas recorded regionally an increase of 25% over the period of 2003-2012. The areas of set-aside decrease, while shrublands increase. All forests lost in area over the decade observed, particularly dense forest (presumably protected in this region) with a drop of over 16%. The spatio-temporal variability of a vegetation index (NDVI) significantly depends on three main types of land use, even though the noise due to the cloud cover complicates the analysis and interpretation. The contrasts between the preserved natural forest area (the forest reserve) and the agricultural areas (crops and fallow) are particularly visible. Over the decade 2002-2012, there is no trend of rainfall, but rather a succession of wet and dry phases, which ultimately induce an interannual stability of NDVI. The average phase difference between rainfall and vegetation activity is four decades, but it seems that the end of the vegetation growing season has retreated back to at least 10 days during the study period, reflecting a change in rainfall at the end of the year.

Cette recherche porte sur les mutations paysagères et les stratégies foncières locales mises en œuvre par les exploitants agricoles à la périphérie de la ville de Lomé au Togo. Elle s’appuie sur une approche pluridisciplinaire qui intègre des questions sur la démographie, l’occupation des sols, la marchandisation des terres et les perceptions des différents acteurs de ces espaces. Des méthodes à la fois qualitatives et quantitatives sont mises en œuvre ; mobilisant des données démographiques à l’échelle la plus fine, des images satellitaires sub-métriques, une base de données sur les prix des terres, une série d’entretiens auprès d’informateurs-clé impliqués dans le foncier et une enquête quantitative auprès d’un large échantillon d’exploitants agricoles.Les résultats montrent que les périphéries de la ville de Lomé se recomposent aujourd’hui dans leur structure économique, leur organisation spatiale et leur tissu social. Cette recomposition s’inscrit dans un mouvement général de croissance démographique forte, engagé depuis la deuxième moitié du XXème siècle et qui se manifeste à la fois par l’augmentation rapide du nombre de localités peuplées et par la croissance démographique des localités elles-mêmes. Près de 15 nouvelles localités apparaissent chaque année dans cette petite région et le nombre des localités de plus de 1000 habitants a augmenté de 80 à 168 entre 1970 et 2010. Le volume important de la population ainsi que la croissance rapide sont une dimension essentielle du développement. Cette densification du peuplement est à la fois une cause et une conséquence de la course effrénée à la terre qui est observée à la périphérie de Lomé. Les trois-quarts des transferts fonciers sont maintenant monétarisés dans cet espace. Pourtant le marché foncier dynamique demeure encore en grande partie informel et non régulé par les pouvoirs publics. Les acquisitions foncières dans ces espaces périphériques sont en effet destinées en majorité à l’urbanisation (66 %). De fait la diminution rapide des terres agricoles qui en résulte constitue un défi majeur pour l’agriculture, surtout périurbaine. Tous les ans, une grande proportion des terres agricoles est convertie en bâti : 26 % dans les périphéries proches de la ville de Lomé et 7 % dans les périphéries plus éloignées, notamment au-delà de 25 km. La grande majorité des acquéreurs (93 %) réside dans des centres urbains proches et ces urbains sont souvent des cadres de l’administration (24 %). L’offre de terres pour le logement, limitée face à la forte demande, vient essentiellement de deux filières : la filière coutumière informelle, prédominante (77,5 %), et la filière privée formelle (22,5 %). Si la filière coutumière permet aux ménages à faibles ou moyens revenues d’accéder à la propriété foncière, elle ne garantit pas la sécurité de la tenure et les prix restent élevés par rapport au pouvoir d’achat des populations. La structuration de ces filières d’approvisionnement en terre pour le logement sera déterminante pour que l’urbanisation ainsi que le processus de peuplement contribuent à une croissance plus inclusive et à une prospérité partagée et ne constitue pas une opportunité manquée pour l’agriculture.Cette marchandisation des terres permet toutefois aux femmes, longtemps marginalisées par la tenure foncière coutumière, d’accéder à la terre. Contrairement aux hommes, ces femmes perçoivent la croissance urbaine comme une opportunité pour leur exploitation agricole et leurs stratégies foncières visent au maintien de l’agriculture. Les femmes deviennent sans doute des acteurs importants pour le maintien des activités agricoles dans ces espaces périphériques sous tension autour des villes africaines. / This research focuses on the transformation of suburban areas in the southern part of the republic of Togo, and in particular on the transformation of rural areas around cities. It’s based on multidisciplinary approach that take into consideration all questions on demography, land occupation, land selling and the perceptions of different actors involve in those areas. Qualitative and quantitative methods have been used to collect demographic and satellite data, and to formulate a database on land market. Also, a series of interviews of key individuals involved in land use plan and a quantitative survey of a large sample of farmers have been conducted.The results show that the economic, social and spatial transformations of suburban area of the city of Lomé is part of a general movement of strong population growth under way since the second half of the twentieth century and which is manifested both by the rapidly settlement and population growth of the localities themselves. Nearly 15 new localities appear every year in this small area and the number of localities with more than 1,000 inhabitants arose from 80 to 168 between 1970 and 2010. This intensification of settlement is both a cause and a consequence of the rapid sale of land. Three-quarters of land transfers are now monetized in this region. But this dynamic land market is still largely informal and unregulated by the government. In fact the rapid decrease of agricultural land is the main concern. Land acquisitions are indeed intended mainly to urbanization (66 %). Every year, a large proportion of agricultural land is converted to shelter: 26 % in the suburbs near the city of Lomé and 7 % in more remote peripheries, especially beyond 25 km. The vast majority of buyers (93 %) reside in nearby urban centers and these are often urban administrative managers (24 %). The supply of land for housing limited by the high demand mainly comes from two streams: the customary informal sector (77.5%), and the formal private sector (22.5%). If the customary sector allows households with low or medium incomes to access to land, it does not guarantee security of tenure and prices remain high relative to the purchasing power of the population. The structuring of these supply chains will be important to urbanization and settlement processes in order to contribute to more inclusive economic growth and shared prosperity and not a missed opportunity for agriculture.However, this land market, allows women – long marginalized by customary land tenure – access to land. Unlike men, women perceive urban growth as an opportunity for their farms and their land strategies aimed at maintaining suburban agriculture. Women become undoubtedly important players for the maintenance of agricultural activities in the suburban areas around African cities.

Le but de cette thèse est de documenter la variabilité des teneurs en aérosols minéraux en Afrique de l’Ouest et de comprendre les mécanismes qui la contrôlent. L’analyse des concentrations mesurées au sol au Sahel montre que ce sont les transports d’aérosols sahariens qui sont responsables des maxima de concentration observés en saison sèche Marticorena et al. (2010). Ces évènements présentent une très forte variabilité à l’échelle intra-saisonnière et interannuelle mais une certaine persistance à l’échelle régionale. Quelles sont les conditions météorologiques qui expliquent cette variabilité ? La réponse à cette question ne peut être obtenue qu’au travers d’une analyse systématique et conjointe des conditions météorologiques régionales et des mesures d’aérosol désertiques sur le continent (concentration de surface, épaisseurs optiques en aérosols) et au large de l’Afrique de l’Ouest. Les mesures d’épaisseur optique en aérosols (AOT) permettent la surveillance globale du contenu atmosphérique en particules. Cependant la relation permettant de retrouver les concentrations massiques en (PM10) à partir des mesures d’épaisseur optique n’est pas toujours simple. Ainsi dans un premier temps l’analyse de la variabilité de la concentration en PM10 et des conditions météorologiques locales mesurées au sol, a permis de confirmer un cycle saisonnier régional présenté par Marticorena et al. (2010), caractérisé par un maximum de concentration en saison sèche et un minimum pendant la saison des pluies sur l’ensemble de trois stations. L’analyse du cycle diurne des concentrations a permis de voir qu’il est diffèrent selon les saisons. En saison sèche, le jet de basses couches (NLLJ en anglais) saharien semble moduler le cycle diurne des concentrations en particules mesurées au Sahel, tandis que l’évolution diurne des concentrations de poussière en saison des pluies apparaît être modulé par l’évolution des systèmes convectifs a l’échelle régionale.Dans un deuxième temps, une méthodologie basée sur une classification en types de temps a été proposée. Elle permet de mettre en évidence des situations météorologiques typiques pour lesquelles la relation AOT-PM10 est simplifiée, puis une modélisation de PM10 à partir de l’épaisseur optique. Pour cela deux approches ont été adoptées. D’abord une famille composée de six régimes de temps bruts a été définie décrivant la saisonnalité climatique. La mise en relation AOT-PM10 permet de voir que les régimes de temps caractéristiques du flux d’harmattan présentent une relation meilleure en terme de corrélation par rapport à la relation avant la séparation en type de temps. Ensuite six régimes de temps ayant un impact sur la variabilité interannuelle des aérosols ont été définis. Les régimes de temps obtenus sont caractérisés par une forte variabilité interannuelle et moins persistante que pour les régimes de temps bruts. Les régimes de temps sont caractérisés par des anomalies de circulation atmosphérique, soit cyclonique, soit anticyclonique, d’échelle synoptique et centrée sur le nord du domaine. L’intégration de l’ensemble de cette approche en régimes de temps permet d’obtenir des résultats satisfaisants dans la prévision des valeurs de PM10, ouvrant des perspectives en terme de système d’alerte précoce. / The aim of this thesis is to document the variability of the atmospheric dust content in West Africa and to understand the mechanisms that control it. The analysis of the concentrations measured ground in the Sahel shows that it is the transport of Saharan aerosols that are responsible for the maximum concentration observed in the dry season. These events have a very high variability at intra-seasonal and interannual scale with some persistence on a regional scale. What are the weather conditions that explain this variability? The answer to this question can be obtained only through a systematic analysis of regional weather and desert aerosol measurements on the continent (surface concentration, aerosol optical thickness) and of the West Africa. The aerosol optical thickness measurements (AOT) allow global monitoring of atmospheric particulate content. However the relationship allowing to find the concentrations (PM10) from the optical thickness measurement is not always simple. So at first the analysis of the variability of the PM10 concentration and local meteorological conditions measured on the ground, confirmed a regional seasonal cycle presented by Marticorena et al. (2010), characterized by a maximum concentration during the dry season and a minimum during the rainy season on all three stations. The analysis of the diurnal cycle concentrations allowed seeing that it differ depending on the season. In the dry season, the Saharian low level jet (NLLJ) appears to modulate the diurnal cycle of particulate concentrations in the Sahel, while the diurnal evolution of concentrations of the rainy season appears to be modulated by changes in convective systems has regionally. Secondly, a methodology based on a classification into weather types was proposed. It allows to highlight typical meteorological situations in which the AOT- PM10 relationship is simplified and modeling PM10 from the Aerosol Optical Thickness. For this, two approaches have been adopted. At first a family of six weather types has been defined describing the climate seasonality. The link between AOT and PM10 can allowed to see that the weather types characterise to harmattan flow have a better relationship in terms of correlation to the relationship before separating in weather type. Then six weather types affecting the interannual variability of aerosols were defined. The resulting weather patterns are characterized by high interannual variability and less persistent than for rough weather regimes. The weather patterns are characterized by atmospheric circulation anomalies, either cyclonic or anticyclonic at synoptic scale and centered on the northern area. The integration of all of this approach in weather types provides satisfactory results in forecasting PM10 values, opening perspectives in terms of early warning system.

Cette thèse vise à identifier et évaluer les impacts biogéophysiques des changements d'usage des sols depuis les 150 dernières années jusqu'à la fin du XXIe siècle sur le climat en Afrique de l’Ouest à partir des modèles LUCID et des scénarios CMIP5 utilisés dans le contexte LUCID-CMIP5. Les analyses menées dans cette thèse se sont d'abord basées dans le Sahel et dans le Golfe de Guinée où les changements passés de la couverture terrestre sont supérieurs à 5%. Les simulations LUCID ont été d'abord évaluées dans cette thèse en comparant les précipitations et la température de l'air simulées par les modèles aux données d'observation. Les analyses ont montré que la moyenne et la variabilité inter-annuelle observées des précipitations et de la température sont respectivement sous-estimées et surestimées par la plupart des modèles de climat LUCID même si la température semble mieux simulée que les précipitations. Dans cette étude, les deux simulations actuelles forcées respectivement par une distribution actuelle et pré-industrielle de la couverture terrestre ont été comparées. Les résultats montrent qu'il n'y a pas de différence évidente entre ces deux simulations par rapport aux valeurs moyennes climatiques des précipitations et de la température dans les modèles comme si les changements de la couverture terrestre n'ont pas vraiment d'importance sur la représentation de ces variables. Dans le Golfe de Guinée, les analyses montrent que l'expansion des surfaces cultivées et des pâturages s'est effectuée au détriment d'une déforestation entraînant une diminution du LAI, une augmentation d'albédo et une diminution de la rugosité de surface. Les analyses montrent que les impacts historiques des changements d'occupation des sols sur le climat dans ces régions restent très petits par rapport aux changements induits par l'augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Le LAI simulé par les modèles de surface LUCID et leur relation avec le climat en Afrique de l'Ouest ont été évalués, les résultats montrent que les précipitations sont fortement et positivement corrélées à la densité de feuillage avec des valeurs supérieures ou égales à 0.8 dans les deux régions. La plupart des modèles de climat montrent que la corrélation entre le LAI et la température de l'air est positive dans le Sahel et négative dans le Golfe de Guinée et suggèrent que plus de LAI dans le golfe de Guinée conduit plus d'évapotranspiration et donc une surface plus froide, alors que dans le Sahel l'effet d'albédo de l'augmentation du LAI peut dominer et augmenter la température de surface.Dans un second temps, l'impact biophysique des changements futurs de la couverture terrestre sur le climat de surface du XXIe siècle a été évalué à l'aide des simulations spécifiques similaires aux scénarios RCP8.5 mais avec une végétation fixe en 2006. Les analyses révèlent qu'à l’échelle régionale, les impacts biophysiques des changements d'occupation des sols dans les scénarios ont été globalement faibles mais statistiquement significatifs au Sahel et en Afrique centrale où la déforestation est prescrite dans le futur (>10%), mais avec une large dispersion sur la réponse du climat résultant aux différentes paramétrisations de la surface terrestre dans les modèles de climat. / By climate models developed in the LUCID project and CMIP5 models used in the LUCID-CMIP5 projet, this thesis aims to identify and evaluate biogeophysical impacts of LULCC of the past 150 years and the end of XXIst century on surface climate in West Africa. Focusing analysis in two contrasted regions of West Africa: Sahel and Guinea where land cover change is above 5% since pre-industrial times, results reveal expansion of crops and pasture and deforestation in Guinea in all LUCID models. In this work, simulations of present-day rainfall and surface air temperature have been compared with observed datasets. Results show that the observed mean and inter-annual variability of rainfall are respectively underestimated and overestimated by most of the seven climate models. Overall surface air temperature is better simulated than precipitation.Two simulations of rainfall and surface air temperature, forced respectively with present-day and pre-industrial land cover distribution are also compared. Results show that there is no obvious/visible difference between the two simulations with respect to mean climatic values of both rainfall and temperature as if the changes in land cover did not really matter for the good representation of those variables. Finally, this thesis evaluates leaf area index (LAI) in the LUCID models and its relationships with surface climate. Observations reveal that precipitation is highly and positively correlated to foliage density with values larger or equal to 0.8 in both the Sahel and Guinea. Five out of seven models show positive correlations, but not as large as in the observations. However none of the models is able to capture a larger correlation between precipitation and LAI in Guinea than in the Sahel. Most of climate models show that correlation between LAI and surface air temperature is positive in the Sahel and negative in Guinea. It suggests that more LAI in Guinea will lead to more evapotranspiration and therefore cooler surface, while in the Sahel the albedo effect of increased LAI may dominate and increase surface temperature. Finally, analysis reveals that historical effects of land-use changes are not regionally significant among the seven climate models due to a small land-cover change prescribed in these regions compared to the changes induced by large scale forcing such as sea surface temperatures changes and CO2 concentration increase.Furthermore, biogeophysical impact of land-use change in the XXIst Century climate were evaluated using specific simulations similar to RCP8.5 scenarios but with a prescribed fixed land cover map on 2006. The analysis reveals, that in contrast of last 150 years, deforestation continues in the coming years in tropical region in scenarios resulting from the extension of the cultivated area reaching 15 million km2 in 2100 over tropical Africa. Regionally, the biogeophysical impacts of projected changes in land cover in RCP8.5 scenarios were generally small but statistically significant in the Sahel and Central Africa regions where deforestation is more than 10% with a wide dispersion of climate response due to differents parameterizations of land surface in climate models.

Le ratio de mortalité maternelle en Afrique de l’Ouest est le plus élevé au monde et l’hémorragie du post-partum (HPP) y est la principale cause directe de mortalité maternelle. L’objectif général de ce travail était d’apporter des connaissances pour améliorer la prise en charge des HPP dans les structures hospitalières en Afrique de l’Ouest. Tout d’abord, nous avons montré que les facteurs de risques maternels de morbi-mortalité liée à l’HPP retrouvés dans les pays à ressources élevées étaient généralisables au contexte de l’Afrique de l’Ouest. Par ailleurs, nos analyses suggèrent que la qualification du médecin en charge du service de maternité (médecin généraliste versus gynécologue-obstétricien) a un impact déterminant sur la survie des femmes présentant une HPP dans ce contexte. Ensuite, nous avons montré que l'injection d'ocytocine dans les dix minutes qui suivent le diagnostic d’HPP était un facteur déterminant pour améliorer la santé maternelle au Bénin et au Mali. Le diagnostic rapide de l’HPP et une meilleure surveillance du post-partum immédiat étaient également importants. Enfin, nous avons mis en place une étude pilote pour évaluer la faisabilité d’un essai contrôlé randomisé (ECR) dont l’objectif est de tester l’efficacité du tamponnement utérin par condom catheter dans la prise en charge des hémorragies du post-partum dans cette région. Les résultats ont montré que la mise en place d’un ECR était faisable et ont apporté des connaissances supplémentaires pour optimiser le protocole de recherche. Ainsi, nous avons identifié un certain nombre de facteurs sur lesquels des actions doivent être menées pour améliorer la qualité de la prise en charge de l’HPP. / The maternal mortality ratio in West Africa is the highest in the world and postpartum hemorrhage (PPH) is the leading direct cause of maternal mortality. The general objective of this work was to provide knowledge to improve the management of PPH in hospitals in West Africa. Firstly, we have highlighted that maternal risk factors for morbidity and mortality related to the PPH found in high-resource countries were generalizable to the context of West Africa. Furthermore, our analysis suggests that the qualification of the doctor in charge of the maternity unit (general practitioner versus obstetrician) has a decisive impact on the maternal issue in this context. Then, we showed that injection of oxytocin within ten minutes after the diagnosis of PPH was a key factor for improving maternal health in Benin and Mali. Rapid diagnosis of PPH and better monitoring of the immediate postpartum period were also important. Finally, we set up a pilot study to assess the feasibility of a randomized controlled trial (RCT), which aims to test the effectiveness of uterine tamponade with condom catheter in the postpartum hemorrhage management in this region. The results showed that f a RCT was feasible and provided additional knowledge to optimize the research protocol. Thus, we have identified a number of factors on which action should be taken to improve the quality of PPH management.