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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Exploration of Non-Linear and Non-Stationary Approaches to Statistical Seasonal Forecasting in the Sahel / Abdouramane GADO DJIBO
Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Exploration of Non-Linear and Non-Stationary Approaches to Statistical Seasonal Forecasting in the Sahel Type de document : texte imprimé Auteurs : Abdouramane GADO DJIBO Année de publication : 2016 Importance : 303p. Langues : Français (fre) Résumé : La gestion des ressources en eau dans la région du Sahel, en Afrique de l'Ouest, est extrêmement difficile en raison de la forte variabilité interannuelle des précipitations ainsi que de la dégradation générale de la disponibilité de l'eau dans la région. Les changements observés dans les débits perturbent directement les activités socio-économiques clés telles que l'agriculture, une des principales sources de subsistance pour la population ouest-africaine. La prévision saisonnière des précipitations offre la possibilité d'accroître la résilience à la variabilité climatique en fournissant des informations à l'avance sur la quantité de pluie qu'on peut espérer pour la saison des pluies à venir. De plus, la disponibilité d'informations fiables sur la quantité des écoulements quelques mois avant la saison des pluies serait immensément bénéfiques pour les utilisateurs de l'eau qui pourront ainsi planifier leurs activités. Depuis les années 90, plusieurs études ont tenté d'évaluer la prévisibilité des caractéristiques de la pluviométrie sahélienne, et de développer des modèles de prévision saisonnière de précipitations et de débits pour aider les parties prenantes à prendre de meilleures décisions. Malheureusement, deux décennies plus tard, les méthodes de prévision saisonnière sont encore peu fiables et les prévisions ont une valeur pratique limitée pour la prise de décision. La faible performance dans la prévision saisonnière serait partiellement due aux limitations des prédicteurs et des approches de prévisions couramment utilisées pour cette région. Dans cette thèse, des nouvelles approches de prévision saisonnière ont été développées et des nouveaux prédicteurs sont testés avec pour objectif de prédire la quantité de précipitations saisonnières sur le bassin versant de la Sirba, un cours d'eau situé à cheval entre le Niger et le Burkina Faso, en Afrique occidentale. Un groupe de 84 prédicteurs ayant des liens physiques avec la mousson ouest-africaine et avec sa dynamique ont été sélectionnés. Le chopix de ces prédicteurs est aussi basé sur le temps de latence optimal entre leur observation et la saison des pluies estimé en utilisant une combinaison de méthodes statistiques. La dimension des vecteurs de prédicteurs a d'abord été réduite grâce à une analyse de corrélation linéaire avec des précipitations estimées par satellite sur la région ouest-africaine. L'analyse de corrélation et l‘analyse en composantes principales ont été utilisées pour ne retenir que les composantes principales prédictives élevées. Un modèle de régression linéaire a été utilisé pour obtenir des prévisions saisonnières et le modèle a été évalué afin de classer les prédicteurs par ordre de performance. Les trois meilleurs prédicteurs, soient la température de l'air (du Pacifique tropical Nord), la pression du niveau de la mer (de l'Atlantique tropical sud) et l'humidité relative (à partir de la Méditerranée orientale) ont été retenus et utilisés ensemble comme entrées pour les modèles de prévision des précipitations saisonnières.
Dans cette thèse, des hypothèses de stationnarité et de linéarité ne sont pas émises comme c'est le cas dans la plupart des méthodes de prévision saisonnière:
1. Deux méthodes probabilistes non stationnaires basées sur la détection de ruptures ont été développées et ensuite testées. Chaque méthode utilise un des trois prédicteurs sélectionnés. Le modèle M1 permet un changement de valeur des paramètres du modèle linéaire en fonction de l'amplitude des précipitations annuelles, tandis que M2 permet des changements de valeurs des paramètres du modèle linéaire avec le temps. M1 et M2 ont été comparés au modèle linéaire classique avec paramètres constants (M3) et à la climatologie (M4). Le modèle qui permet un changement dans la relation pluie-prédicteur selon l‘amplitude des précipitations (M1), et utilisant AirTemp comme prédicteur a obtenu le meilleur score pour la prévision saisonnière des précipitations dans la zone d'étude.
2. Des modèles non-linéaires, y compris les arbres de régression, le réseau de neurones, et l‘analyse en composantes principales non-linéaire ont été mises en oeuvre et testées pour prévoir les précipitations saisonnières en utilisant les mêmes prédicteurs. Les performances en prévision ont été comparées en utilisant le coefficient de détermination, le coefficient de Nash-Sutcliffe et le score de taux de succès. L'analyse en composantes principales non-linéaire était le meilleur modèle non-linéaire (R2: 0,46; Nash: 0,45; HIT: 60,7), tandis que le réseau de neurones et les modèles d'arbres de régression ont de résultats médiocres.
Toutes les méthodes de prévision des précipitations développées ont ensuite été utilisées pour la prévision des débits annuels moyens saisonniers et des débits maximum mensuels en introduisant les précipitations prédites dans un modèle SWAT du bassin versant de la Sirba. Les résultats sont résumés comme suit:
1. Modèles non stationnaires: Les modèles M1 et M2 ont été comparés aux modèles M3 et M4. Les résultats obtenus ont révélé que le modèle M3 en utilisant RHUM comme prédicteur avec un temps de latence de 8 mois a obtenu le meilleur score pour les prévisions des débits annuels moyens saisonniers. Le modèle M1 en utilisant AirTemp comme prédicteur à un temps de latence de 4 mois est le meilleur modèle pour prédire les débits mensuels maximaux dans le bassin versant de la Sirba. En outre, le modèle SWAT calibré atteint une valeur NASH de 0,83.
2. Modèles non-linéaires: Les précipitations saisonnières obtenues à partir du modèle d'analyse en composantes principales non-linéaire ont été désagrégées au pas de temps journalier en utilisant la méthode du fragment, puis introduites dans le modèle hydrologique SWAT pour générer des débits. Cette prévision était assez acceptable avec une valeur Nash de 0,58.
L'évaluation du niveau de risque associé à chaque prévision saisonnière a été réalisée en utilisant une mesure simple de risque: la probabilité de débordement des digues de protection contre les inondations à Niamey, au Niger. Un modèle hydro-dynamique HEC-RAS du fleuve Niger de part et d'autre de Niamey a été développé en utilisant les données de débit de la période 1980-2014; une analyse de copules a été utilisée pour modéliser la structure de dépendance entre les débits et de prédire la répartition des débits à Niamey compte tenu de l'écoulement prévu sur le bassin versant de la Sirba. Finalement, les probabilités de déversement au-dessus des digues ont été estimées pour chaque année de la période 1980-2014. Les résultats de cette étude peuvent être utilisés comme un moyen d'évaluer et d'améliorer la performance de la prévision saisonnière au Sahel. Les travaux ont confirmé clairement la possibilité d‘améliorer la prévision des précipitations et débits dans le bassin versant de la Sirba à l'échelle de temps saisonnière en utilisant des prédicteurs autres que les températures à la surface des mers.
Abstract : Water resources management in the Sahel region, West Africa, is extremely difficult because of high inter-annual rainfall variability as well as a general degradation of water availability in the region. Observed changes in streamflow directly disturb key socioeconomic activities such as agriculture sector which constitutes one of the main survival pillars of West African population. Seasonal rainfall forecasting is considered as one possible way to increase resilience to climate variability by providing information in advance about the amount of rainfall expected in each upcoming rainy season. Moreover, availability of reliable information about streamflow magnitude a few months before a rainy season will immensely benefit water users who want to plan their activities. However, since the 90s, several studies attempted to evaluate the predictability of Sahelian characteristics and develop seasonal rainfall and streamflow forecasts models to help stakeholders take better decisions. Unfortunately, two decades later, forecasting skills are still low and forecasts have a limited value for decision making. It is believed that the low performance in seasonal forecasting is due to the limit of commonly used predictors and forecast approaches for this region. In this study, new seasonal forecasting approaches were developed and new predictors tested in an attempt to predict the upcoming seasonal rainfall amount over the Sirba watershed located in between Niger and Burkina Faso, West Africa. A pool of 84 predictors having physical link with the West African monsoon and its dynamics were selected with their optimal lag time using combined statistical methods. They were first reduced through a screening using linear correlation with satellite rainfall over the West African region. Correlation analysis, principal component analysis were used to keep the high predictive principal components. A linear regression was used to get synthetic forecasts and the model was assessed to rank the tested predictors. The three best predictors, air temperature (from Pacific Tropical North), sea level pressure (from Atlantic Tropical South) and relative humidity (from Mediterranean East) were retained and tested as inputs for seasonal rainfall forecasting models. In this thesis it is chosen to depart from the stationarity and linearity assumptions used in most seasonal forecasting methods:
1. Two probabilistic non stationary methods based on change point detection were then developed and tested. Each method uses one of the three best predictors. Model M1 allows for change in model parameters according to annual rainfall magnitude, while M2 allows for changes in model parameters with time. M1 and M2 were compared to the classical linear model with constant parameters (M3) and to the climatology (M4). The model that allows a change in the predictand-predictor relationship according to rainfall amplitude (M1) and using AirTemp as predictor was the best model for seasonal rainfall forecasting in the study area.
2. Non-linear models including regression trees, feedforward neural network and non-linear principal component analysis were implemented and tested to forecast seasonal rainfall using the same predictors. Forecast performances were compared using coefficient of determination, Nash-Sutcliffe coefficient and hit rate score. The non-linear principal component analysis was the best non-linear model (R2: 0.46; Nash: 0.45; HIT: 60.7) while feedforward neural network and the regression tree models performed poorly.
All the developed rainfall forecasting methods were subsequently used to forecast seasonal annual mean streamflow and maximum monthly streamflow by feeding the rainfall forecasted in a SWAT model of the Sirba watershed. The results are summarized as follow:
1. Non-stationary models: Models M1 and M2 were compared to models M3 and M4. The obtained results revealed that model M3 using RHUM as predictor at a lag time of 8 months was the best method for seasonal annual mean streamflow forecast. Whereas, model M1 using air temperature as predictor at a lag time of 4 months is the best model to predict maximum monthly streamflow in the Sirba watershed. Moreover, the calibrated SWAT model achieved a NASH value of 0.83.
2. Non-linear models: The seasonal rainfall obtained from the non-linear principal component analysis model was disaggregated into daily rainfall using the method of fragment, and then fed into the SWAT hydrological model to produce streamflow. This forecast was fairly acceptable with a Nash value of 0.58.
The evaluation of the level of risk associated with each seasonal forecast was carried out using a simple risk measure: the probability of overtopping of the flood protection dykes in Niamey, Niger. A HEC-RAS hydro-dynamical model of the Niger River around Niamey was developed for the 1980-2014 period; a copula analysis was used to model the dependence structure of streamflows and predict the distribution of streamflow in Niamey given the predicted streamflow on the Sirba watershed. Finally, the probabilities of overtopping of the flood protection dykes were estimated for each year in the 1980-2014 period. The finding of this study can be used as a guideline to improve the performance of seasonal forecasting in the Sahel. This research clearly confirmed the possibility of rainfall and streamflows forecasting in the Sirba watershed at seasonal time scale using other potential predictors rather than sea surface temperature.Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Exploration of Non-Linear and Non-Stationary Approaches to Statistical Seasonal Forecasting in the Sahel [texte imprimé] / Abdouramane GADO DJIBO . - 2016 . - 303p.
Langues : Français (fre)
Résumé : La gestion des ressources en eau dans la région du Sahel, en Afrique de l'Ouest, est extrêmement difficile en raison de la forte variabilité interannuelle des précipitations ainsi que de la dégradation générale de la disponibilité de l'eau dans la région. Les changements observés dans les débits perturbent directement les activités socio-économiques clés telles que l'agriculture, une des principales sources de subsistance pour la population ouest-africaine. La prévision saisonnière des précipitations offre la possibilité d'accroître la résilience à la variabilité climatique en fournissant des informations à l'avance sur la quantité de pluie qu'on peut espérer pour la saison des pluies à venir. De plus, la disponibilité d'informations fiables sur la quantité des écoulements quelques mois avant la saison des pluies serait immensément bénéfiques pour les utilisateurs de l'eau qui pourront ainsi planifier leurs activités. Depuis les années 90, plusieurs études ont tenté d'évaluer la prévisibilité des caractéristiques de la pluviométrie sahélienne, et de développer des modèles de prévision saisonnière de précipitations et de débits pour aider les parties prenantes à prendre de meilleures décisions. Malheureusement, deux décennies plus tard, les méthodes de prévision saisonnière sont encore peu fiables et les prévisions ont une valeur pratique limitée pour la prise de décision. La faible performance dans la prévision saisonnière serait partiellement due aux limitations des prédicteurs et des approches de prévisions couramment utilisées pour cette région. Dans cette thèse, des nouvelles approches de prévision saisonnière ont été développées et des nouveaux prédicteurs sont testés avec pour objectif de prédire la quantité de précipitations saisonnières sur le bassin versant de la Sirba, un cours d'eau situé à cheval entre le Niger et le Burkina Faso, en Afrique occidentale. Un groupe de 84 prédicteurs ayant des liens physiques avec la mousson ouest-africaine et avec sa dynamique ont été sélectionnés. Le chopix de ces prédicteurs est aussi basé sur le temps de latence optimal entre leur observation et la saison des pluies estimé en utilisant une combinaison de méthodes statistiques. La dimension des vecteurs de prédicteurs a d'abord été réduite grâce à une analyse de corrélation linéaire avec des précipitations estimées par satellite sur la région ouest-africaine. L'analyse de corrélation et l‘analyse en composantes principales ont été utilisées pour ne retenir que les composantes principales prédictives élevées. Un modèle de régression linéaire a été utilisé pour obtenir des prévisions saisonnières et le modèle a été évalué afin de classer les prédicteurs par ordre de performance. Les trois meilleurs prédicteurs, soient la température de l'air (du Pacifique tropical Nord), la pression du niveau de la mer (de l'Atlantique tropical sud) et l'humidité relative (à partir de la Méditerranée orientale) ont été retenus et utilisés ensemble comme entrées pour les modèles de prévision des précipitations saisonnières.
Dans cette thèse, des hypothèses de stationnarité et de linéarité ne sont pas émises comme c'est le cas dans la plupart des méthodes de prévision saisonnière:
1. Deux méthodes probabilistes non stationnaires basées sur la détection de ruptures ont été développées et ensuite testées. Chaque méthode utilise un des trois prédicteurs sélectionnés. Le modèle M1 permet un changement de valeur des paramètres du modèle linéaire en fonction de l'amplitude des précipitations annuelles, tandis que M2 permet des changements de valeurs des paramètres du modèle linéaire avec le temps. M1 et M2 ont été comparés au modèle linéaire classique avec paramètres constants (M3) et à la climatologie (M4). Le modèle qui permet un changement dans la relation pluie-prédicteur selon l‘amplitude des précipitations (M1), et utilisant AirTemp comme prédicteur a obtenu le meilleur score pour la prévision saisonnière des précipitations dans la zone d'étude.
2. Des modèles non-linéaires, y compris les arbres de régression, le réseau de neurones, et l‘analyse en composantes principales non-linéaire ont été mises en oeuvre et testées pour prévoir les précipitations saisonnières en utilisant les mêmes prédicteurs. Les performances en prévision ont été comparées en utilisant le coefficient de détermination, le coefficient de Nash-Sutcliffe et le score de taux de succès. L'analyse en composantes principales non-linéaire était le meilleur modèle non-linéaire (R2: 0,46; Nash: 0,45; HIT: 60,7), tandis que le réseau de neurones et les modèles d'arbres de régression ont de résultats médiocres.
Toutes les méthodes de prévision des précipitations développées ont ensuite été utilisées pour la prévision des débits annuels moyens saisonniers et des débits maximum mensuels en introduisant les précipitations prédites dans un modèle SWAT du bassin versant de la Sirba. Les résultats sont résumés comme suit:
1. Modèles non stationnaires: Les modèles M1 et M2 ont été comparés aux modèles M3 et M4. Les résultats obtenus ont révélé que le modèle M3 en utilisant RHUM comme prédicteur avec un temps de latence de 8 mois a obtenu le meilleur score pour les prévisions des débits annuels moyens saisonniers. Le modèle M1 en utilisant AirTemp comme prédicteur à un temps de latence de 4 mois est le meilleur modèle pour prédire les débits mensuels maximaux dans le bassin versant de la Sirba. En outre, le modèle SWAT calibré atteint une valeur NASH de 0,83.
2. Modèles non-linéaires: Les précipitations saisonnières obtenues à partir du modèle d'analyse en composantes principales non-linéaire ont été désagrégées au pas de temps journalier en utilisant la méthode du fragment, puis introduites dans le modèle hydrologique SWAT pour générer des débits. Cette prévision était assez acceptable avec une valeur Nash de 0,58.
L'évaluation du niveau de risque associé à chaque prévision saisonnière a été réalisée en utilisant une mesure simple de risque: la probabilité de débordement des digues de protection contre les inondations à Niamey, au Niger. Un modèle hydro-dynamique HEC-RAS du fleuve Niger de part et d'autre de Niamey a été développé en utilisant les données de débit de la période 1980-2014; une analyse de copules a été utilisée pour modéliser la structure de dépendance entre les débits et de prédire la répartition des débits à Niamey compte tenu de l'écoulement prévu sur le bassin versant de la Sirba. Finalement, les probabilités de déversement au-dessus des digues ont été estimées pour chaque année de la période 1980-2014. Les résultats de cette étude peuvent être utilisés comme un moyen d'évaluer et d'améliorer la performance de la prévision saisonnière au Sahel. Les travaux ont confirmé clairement la possibilité d‘améliorer la prévision des précipitations et débits dans le bassin versant de la Sirba à l'échelle de temps saisonnière en utilisant des prédicteurs autres que les températures à la surface des mers.
Abstract : Water resources management in the Sahel region, West Africa, is extremely difficult because of high inter-annual rainfall variability as well as a general degradation of water availability in the region. Observed changes in streamflow directly disturb key socioeconomic activities such as agriculture sector which constitutes one of the main survival pillars of West African population. Seasonal rainfall forecasting is considered as one possible way to increase resilience to climate variability by providing information in advance about the amount of rainfall expected in each upcoming rainy season. Moreover, availability of reliable information about streamflow magnitude a few months before a rainy season will immensely benefit water users who want to plan their activities. However, since the 90s, several studies attempted to evaluate the predictability of Sahelian characteristics and develop seasonal rainfall and streamflow forecasts models to help stakeholders take better decisions. Unfortunately, two decades later, forecasting skills are still low and forecasts have a limited value for decision making. It is believed that the low performance in seasonal forecasting is due to the limit of commonly used predictors and forecast approaches for this region. In this study, new seasonal forecasting approaches were developed and new predictors tested in an attempt to predict the upcoming seasonal rainfall amount over the Sirba watershed located in between Niger and Burkina Faso, West Africa. A pool of 84 predictors having physical link with the West African monsoon and its dynamics were selected with their optimal lag time using combined statistical methods. They were first reduced through a screening using linear correlation with satellite rainfall over the West African region. Correlation analysis, principal component analysis were used to keep the high predictive principal components. A linear regression was used to get synthetic forecasts and the model was assessed to rank the tested predictors. The three best predictors, air temperature (from Pacific Tropical North), sea level pressure (from Atlantic Tropical South) and relative humidity (from Mediterranean East) were retained and tested as inputs for seasonal rainfall forecasting models. In this thesis it is chosen to depart from the stationarity and linearity assumptions used in most seasonal forecasting methods:
1. Two probabilistic non stationary methods based on change point detection were then developed and tested. Each method uses one of the three best predictors. Model M1 allows for change in model parameters according to annual rainfall magnitude, while M2 allows for changes in model parameters with time. M1 and M2 were compared to the classical linear model with constant parameters (M3) and to the climatology (M4). The model that allows a change in the predictand-predictor relationship according to rainfall amplitude (M1) and using AirTemp as predictor was the best model for seasonal rainfall forecasting in the study area.
2. Non-linear models including regression trees, feedforward neural network and non-linear principal component analysis were implemented and tested to forecast seasonal rainfall using the same predictors. Forecast performances were compared using coefficient of determination, Nash-Sutcliffe coefficient and hit rate score. The non-linear principal component analysis was the best non-linear model (R2: 0.46; Nash: 0.45; HIT: 60.7) while feedforward neural network and the regression tree models performed poorly.
All the developed rainfall forecasting methods were subsequently used to forecast seasonal annual mean streamflow and maximum monthly streamflow by feeding the rainfall forecasted in a SWAT model of the Sirba watershed. The results are summarized as follow:
1. Non-stationary models: Models M1 and M2 were compared to models M3 and M4. The obtained results revealed that model M3 using RHUM as predictor at a lag time of 8 months was the best method for seasonal annual mean streamflow forecast. Whereas, model M1 using air temperature as predictor at a lag time of 4 months is the best model to predict maximum monthly streamflow in the Sirba watershed. Moreover, the calibrated SWAT model achieved a NASH value of 0.83.
2. Non-linear models: The seasonal rainfall obtained from the non-linear principal component analysis model was disaggregated into daily rainfall using the method of fragment, and then fed into the SWAT hydrological model to produce streamflow. This forecast was fairly acceptable with a Nash value of 0.58.
The evaluation of the level of risk associated with each seasonal forecast was carried out using a simple risk measure: the probability of overtopping of the flood protection dykes in Niamey, Niger. A HEC-RAS hydro-dynamical model of the Niger River around Niamey was developed for the 1980-2014 period; a copula analysis was used to model the dependence structure of streamflows and predict the distribution of streamflow in Niamey given the predicted streamflow on the Sirba watershed. Finally, the probabilities of overtopping of the flood protection dykes were estimated for each year in the 1980-2014 period. The finding of this study can be used as a guideline to improve the performance of seasonal forecasting in the Sahel. This research clearly confirmed the possibility of rainfall and streamflows forecasting in the Sirba watershed at seasonal time scale using other potential predictors rather than sea surface temperature.Exemplaires(0)
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GadoAdobe Acrobat PDF Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Etude du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso / Justine YOFE - TIROGO
Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Etude du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso Type de document : texte imprimé Auteurs : Justine YOFE - TIROGO Année de publication : 2016 Importance : 261p. Langues : Français (fre) Résumé : L’Afrique de l'Ouest est sujette à une variabilité climatique importante et elle connaît une longue période de sécheresse depuis les années 1970 dont l’impact sur les ressources en eau de surface est bien documenté. Quant aux ressources en eau souterraine, bien qu’elles représentent la principale source d'eau pour les usages domestiques, agricoles et industriels dans la plupart des pays de cette région, l’impact du climat sur ces dernières reste peu étudié.
La présente étude porte sur le bassin versant du Kou au Burkina Faso. Situé dans la zone soudanienne, il abrite une grande ressource en eau souterraine qui est à l’origine des sources exceptionnelles dans la région ouest-africaine (plus de 6000 m3/h en 2011). Cette ressource, essentielle pour les besoins de la population, présente pourtant des signes d'épuisement (diminution du débit des sources et même tarissement de certaines sources, diminution du débit de base des rivières) qui soulèvent une question essentielle, à savoir : quelle est la cause de l'épuisement de cette ressource et son lien avec la variabilité climatique observée dans la région ? Pour répondre à cette question nous avons utilisé des méthodes d’analyse statistique et la modélisation hydrogéologique. Les méthodes statistiques appliquées aux chroniques de données climatiques, hydrométriques et piézométriques ont permis de caractériser la variabilité du climat dans la zone d’étude, de décrire la réponse des eaux souterraines face à cette variabilité et d’identifier les facteurs explicatifs potentiels du comportement de la nappe.
Ces analyses ont montré que les précipitations ont connu une rupture significative en 1970 marquée par un déficit pluviométrique de 11-16 % qui a entraîné un déficit trois fois plus élevé sur l’écoulement de surface et sur le débit de base. Une reprise de la pluviométrie semble s’amorcer vers 1990 (augmentation de 4-11 %). Suite à cette reprise, le débit de certaines rivières telles que le Mouhoun à Samendéni a augmenté avec un léger retard par rapport aux précipitations à cause de la lenteur de l'écoulement de base tandis que pour d’autres rivières telles que la rivière Kou à Nasso, le flux a régulièrement diminué. En outre, l'analyse a montré que les eaux souterraines répondent à la pluviométrie avec retard. Le temps de réponse aux fluctuations saisonnières varie de 1 à 4 mois et le temps de réponse aux variations interannuelles dépasse le délai de 1 an. Cette réponse est fortement dépendante des caractéristiques physiques de l'aquifère, ce qui pourrait expliquer l'hétérogénéité spatiale de la réponse des eaux souterraines. La modélisation hydrogéologique a complété les méthodes statistiques et pallié leurs limites par une meilleure prise en compte de l’hétérogénéité spatiale des caractéristiques de l’aquifère et de certains facteurs tels que les pompages qui pourraient influencer le niveau de la nappe. Le modèle réalisé sur Visual Modflow est d’abord calé en régime permanent sur la période 1995-1999 puis évalué avec les données de basses eaux et de hautes eaux de 2014. Grâce au régime permanent calé de manière satisfaisante, les principaux flux qui transitent dans le système ont été estimés. On retient que les flux d’eau entrants proviennent de la recharge de la nappe (49 %) et des frontières du domaine, surtout de l’amont au sud et à l’ouest (42 %), et les flux sortants sont dus aux sources, à la rivière et ses affluents (24 %), et aux pompages qui ne représentent que 2 %. Le reste des flux (74 %) sort via le Mouhoun et la frontière aval du domaine. Les simulations en régime transitoire à un pas de temps mensuel de 1995 à 2014 ont montré qu’au cours de cette période, le niveau de la nappe a connu des variations non seulement et surtout liées à la variation de la recharge mais aussi à l’augmentation des pompages. En effet, même si les pompages ne représentent que moins de 5 % du total des flux, le fonctionnement en régime transitoire indique que ceux-ci ont entraîné une baisse du niveau de la nappe avec pour conséquence une accentuation de la diminution du débit des sources. Entre 1995 et 2014, le débit des sources Guinguette (1,8 m3/s en 1992) et ONEA1 et 2 (0,5 m3/s en 1993) a diminué respectivement de 0,3 m3/s et 0,1 m3/s et les pompages ont causé près de 40 % de cette baisse. Les simulations en régime transitoire de la période 1961 à 2014 ont montré que la succession d’années sèches à partir des années 1970 a causé une baisse du niveau de la nappe entraînant une diminution importante du débit des sources, 1,1 m3/s pour la Guinguette et 0,23 m3/s pour ONEA 1 et 2. En l’absence d’une nette amélioration des conditions climatiques, la tendance à la baisse se poursuit jusqu’à nos jours. Ainsi, les mauvaises conditions climatiques combinées aux pompages qui sont en croissance continue mettent en péril la ressource. La gestion de cette dernière dans une perspective de durabilité devrait donc revêtir une attention particulière.
Abstract : West Africa is prone to climate variability and since the 1970s it has been experiencing a long period of drought whose impact on surface water resources is well documented. As for groundwater resources, although they are the main source of water for domestic, agricultural and industrial uses in most countries in the region, the impact of climate on them remains little studied. This study focuses on the Kou catchment in Burkina Faso. Located in the Sudanian region, the catchment holds a large groundwater resource that lies at the root of exceptional springs, recognized as such across western Africa because of their flow (over 6000 m3/h in 2011). This resource, essential to fulfill the populations’ needs, shows signs of depletion (decrease in springs’ flow and even drying up of some springs, decrease in the rivers’ base flow) which raise a critical question, namely: what is the cause of the depletion of this resource and its nexus with the climate variability observed in the region?
To answer this question, we used statistical analysis methods and hydrogeological modeling.
The statistical methods applied to climatic, hydrometric and groundwater level time series led to characterize the studied area’s climate variability, to describe the groundwater’s response to this variability and to identify the potential factors that explain the groundwater’s behaviour.
The analyses showed that rainfall underwent a significant break in 1970 with an 11-16 % deficit which in turn resulted in a deficit three times greater for both surface runoff and base flow. A recovery in rainfall seems to start around 1990 (increase by 4-11 %). Following this recovery, the flow of some rivers such as the Mouhoun in Samendéni increased with a slight delay compared to rainfall because of the slowness of the base flow while for other rivers such as the Kou river in Nasso, the flow has steadily declined. Typically, the analyses showed that groundwater respond to rainfall albeit with a delay. The response time to seasonal fluctuations ranges from 1 to 4 months and the response time to interannual variations exceeds the timescale of 1 year. This response is highly dependent on the local aquifer’s physical characteristics, which could explain the spatial heterogeneity of the groundwater response. Hydrogeological modeling aimed at complementing the statistical methods and overcoming their limitations by better taking into account the spatial heterogeneity of the aquifer’s characteristics and some factors such as pumping that can influence the level of the groundwater. The model performed on Visual Modflow is first calibrated in steady-state over the period 1995-1999 and assessed with low water and high water data in 2014. With this steady-state model satisfactorily calibrated, the main flows passing through the system were estimated. The inflows come from groundwater recharge (49 %) and from the boundaries of the area, especially from the upstream in the southern and western sides (42 %), and the outflows are due to springs, the river and its tributaries (24 %), and to pumping that account for 2 % only. The rest of the flow (74 %) is drained via the Mouhoun and the downstream boundary of the domain. Monthly timescale simulations in transient state over the period 1995-2014 showed that the fluctuations of the groundwater level are mainly due to changes in recharge and that the increased pumping also contributes to these fluctuations. Even if pumping represent less than 5 % of the total flow, the functioning of the system at transient state indicates that these have lowered the groundwater level which in turn resulted into a reduction of the springs’ flow. Between 1995 and 2014, the flow of the springs Guinguette (1.8 m3/s in 1992) and ONEA 1 and 2 (0.5 m3/s in 1993) decreased respectively by 0.3 m3/s and 0.1 m3/s, and pumping caused 40% of the decrease. Simulations in transient state over the period 1961-2014 showed that the succession of dry years from 1970 onward caused a decline in the groundwater level resulting in a significant decrease in springs’ flow, 1.1 m3/s for Guinguette and 0.23 m3/s for ONEA 1 and 2. For the climatic conditions has not improved, the downward trend continues to date. Thus, adverse weather combined with growing pumping continuously endangers the resource. The sustainability of the resource should therefore be a core issue to pay attention to in the management framework.Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Etude du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso [texte imprimé] / Justine YOFE - TIROGO . - 2016 . - 261p.
Langues : Français (fre)
Résumé : L’Afrique de l'Ouest est sujette à une variabilité climatique importante et elle connaît une longue période de sécheresse depuis les années 1970 dont l’impact sur les ressources en eau de surface est bien documenté. Quant aux ressources en eau souterraine, bien qu’elles représentent la principale source d'eau pour les usages domestiques, agricoles et industriels dans la plupart des pays de cette région, l’impact du climat sur ces dernières reste peu étudié.
La présente étude porte sur le bassin versant du Kou au Burkina Faso. Situé dans la zone soudanienne, il abrite une grande ressource en eau souterraine qui est à l’origine des sources exceptionnelles dans la région ouest-africaine (plus de 6000 m3/h en 2011). Cette ressource, essentielle pour les besoins de la population, présente pourtant des signes d'épuisement (diminution du débit des sources et même tarissement de certaines sources, diminution du débit de base des rivières) qui soulèvent une question essentielle, à savoir : quelle est la cause de l'épuisement de cette ressource et son lien avec la variabilité climatique observée dans la région ? Pour répondre à cette question nous avons utilisé des méthodes d’analyse statistique et la modélisation hydrogéologique. Les méthodes statistiques appliquées aux chroniques de données climatiques, hydrométriques et piézométriques ont permis de caractériser la variabilité du climat dans la zone d’étude, de décrire la réponse des eaux souterraines face à cette variabilité et d’identifier les facteurs explicatifs potentiels du comportement de la nappe.
Ces analyses ont montré que les précipitations ont connu une rupture significative en 1970 marquée par un déficit pluviométrique de 11-16 % qui a entraîné un déficit trois fois plus élevé sur l’écoulement de surface et sur le débit de base. Une reprise de la pluviométrie semble s’amorcer vers 1990 (augmentation de 4-11 %). Suite à cette reprise, le débit de certaines rivières telles que le Mouhoun à Samendéni a augmenté avec un léger retard par rapport aux précipitations à cause de la lenteur de l'écoulement de base tandis que pour d’autres rivières telles que la rivière Kou à Nasso, le flux a régulièrement diminué. En outre, l'analyse a montré que les eaux souterraines répondent à la pluviométrie avec retard. Le temps de réponse aux fluctuations saisonnières varie de 1 à 4 mois et le temps de réponse aux variations interannuelles dépasse le délai de 1 an. Cette réponse est fortement dépendante des caractéristiques physiques de l'aquifère, ce qui pourrait expliquer l'hétérogénéité spatiale de la réponse des eaux souterraines. La modélisation hydrogéologique a complété les méthodes statistiques et pallié leurs limites par une meilleure prise en compte de l’hétérogénéité spatiale des caractéristiques de l’aquifère et de certains facteurs tels que les pompages qui pourraient influencer le niveau de la nappe. Le modèle réalisé sur Visual Modflow est d’abord calé en régime permanent sur la période 1995-1999 puis évalué avec les données de basses eaux et de hautes eaux de 2014. Grâce au régime permanent calé de manière satisfaisante, les principaux flux qui transitent dans le système ont été estimés. On retient que les flux d’eau entrants proviennent de la recharge de la nappe (49 %) et des frontières du domaine, surtout de l’amont au sud et à l’ouest (42 %), et les flux sortants sont dus aux sources, à la rivière et ses affluents (24 %), et aux pompages qui ne représentent que 2 %. Le reste des flux (74 %) sort via le Mouhoun et la frontière aval du domaine. Les simulations en régime transitoire à un pas de temps mensuel de 1995 à 2014 ont montré qu’au cours de cette période, le niveau de la nappe a connu des variations non seulement et surtout liées à la variation de la recharge mais aussi à l’augmentation des pompages. En effet, même si les pompages ne représentent que moins de 5 % du total des flux, le fonctionnement en régime transitoire indique que ceux-ci ont entraîné une baisse du niveau de la nappe avec pour conséquence une accentuation de la diminution du débit des sources. Entre 1995 et 2014, le débit des sources Guinguette (1,8 m3/s en 1992) et ONEA1 et 2 (0,5 m3/s en 1993) a diminué respectivement de 0,3 m3/s et 0,1 m3/s et les pompages ont causé près de 40 % de cette baisse. Les simulations en régime transitoire de la période 1961 à 2014 ont montré que la succession d’années sèches à partir des années 1970 a causé une baisse du niveau de la nappe entraînant une diminution importante du débit des sources, 1,1 m3/s pour la Guinguette et 0,23 m3/s pour ONEA 1 et 2. En l’absence d’une nette amélioration des conditions climatiques, la tendance à la baisse se poursuit jusqu’à nos jours. Ainsi, les mauvaises conditions climatiques combinées aux pompages qui sont en croissance continue mettent en péril la ressource. La gestion de cette dernière dans une perspective de durabilité devrait donc revêtir une attention particulière.
Abstract : West Africa is prone to climate variability and since the 1970s it has been experiencing a long period of drought whose impact on surface water resources is well documented. As for groundwater resources, although they are the main source of water for domestic, agricultural and industrial uses in most countries in the region, the impact of climate on them remains little studied. This study focuses on the Kou catchment in Burkina Faso. Located in the Sudanian region, the catchment holds a large groundwater resource that lies at the root of exceptional springs, recognized as such across western Africa because of their flow (over 6000 m3/h in 2011). This resource, essential to fulfill the populations’ needs, shows signs of depletion (decrease in springs’ flow and even drying up of some springs, decrease in the rivers’ base flow) which raise a critical question, namely: what is the cause of the depletion of this resource and its nexus with the climate variability observed in the region?
To answer this question, we used statistical analysis methods and hydrogeological modeling.
The statistical methods applied to climatic, hydrometric and groundwater level time series led to characterize the studied area’s climate variability, to describe the groundwater’s response to this variability and to identify the potential factors that explain the groundwater’s behaviour.
The analyses showed that rainfall underwent a significant break in 1970 with an 11-16 % deficit which in turn resulted in a deficit three times greater for both surface runoff and base flow. A recovery in rainfall seems to start around 1990 (increase by 4-11 %). Following this recovery, the flow of some rivers such as the Mouhoun in Samendéni increased with a slight delay compared to rainfall because of the slowness of the base flow while for other rivers such as the Kou river in Nasso, the flow has steadily declined. Typically, the analyses showed that groundwater respond to rainfall albeit with a delay. The response time to seasonal fluctuations ranges from 1 to 4 months and the response time to interannual variations exceeds the timescale of 1 year. This response is highly dependent on the local aquifer’s physical characteristics, which could explain the spatial heterogeneity of the groundwater response. Hydrogeological modeling aimed at complementing the statistical methods and overcoming their limitations by better taking into account the spatial heterogeneity of the aquifer’s characteristics and some factors such as pumping that can influence the level of the groundwater. The model performed on Visual Modflow is first calibrated in steady-state over the period 1995-1999 and assessed with low water and high water data in 2014. With this steady-state model satisfactorily calibrated, the main flows passing through the system were estimated. The inflows come from groundwater recharge (49 %) and from the boundaries of the area, especially from the upstream in the southern and western sides (42 %), and the outflows are due to springs, the river and its tributaries (24 %), and to pumping that account for 2 % only. The rest of the flow (74 %) is drained via the Mouhoun and the downstream boundary of the domain. Monthly timescale simulations in transient state over the period 1995-2014 showed that the fluctuations of the groundwater level are mainly due to changes in recharge and that the increased pumping also contributes to these fluctuations. Even if pumping represent less than 5 % of the total flow, the functioning of the system at transient state indicates that these have lowered the groundwater level which in turn resulted into a reduction of the springs’ flow. Between 1995 and 2014, the flow of the springs Guinguette (1.8 m3/s in 1992) and ONEA 1 and 2 (0.5 m3/s in 1993) decreased respectively by 0.3 m3/s and 0.1 m3/s, and pumping caused 40% of the decrease. Simulations in transient state over the period 1961-2014 showed that the succession of dry years from 1970 onward caused a decline in the groundwater level resulting in a significant decrease in springs’ flow, 1.1 m3/s for Guinguette and 0.23 m3/s for ONEA 1 and 2. For the climatic conditions has not improved, the downward trend continues to date. Thus, adverse weather combined with growing pumping continuously endangers the resource. The sustainability of the resource should therefore be a core issue to pay attention to in the management framework.Exemplaires(0)
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yofeAdobe Acrobat PDF Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique / Simon EIBNER
Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique : comment catalyser la désoxygénation au cours des mécanismes primaires et secondaires ? Type de document : texte imprimé Auteurs : Simon EIBNER Année de publication : 2015 Importance : 220p. Langues : Français (fre) Résumé : Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique : comment catalyser la désoxygénation au cours des mécanismes primaires et secondaires ?
La pyrolyse flash est un procédé attrayant pour convertir la biomasse lignocellulosique en bio-huiles, intermédiaires énergétiques potentiellement valorisables en biocarburants et/ou intermédiaires chimiques. L’émergence d’une telle filière requiert la mise au point d’une stratégie catalytique efficace et innovante qui permette de diminuer la teneur en oxygène des bio-huiles. Notre démarche a consisté à tester si l’imprégnation d’un précurseur catalytique dans la biomasse permet d’agir sur les mécanismes primaires afin de favoriser la désoxygénation. Puis, nous avons cherché à favoriser le craquage catalytique des vapeurs de pyrolyse en utilisant un catalyseur hétérogène.
Nos travaux montrent que la pyrolyse de biomasse imprégnée avec des sels de nitrates - Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn et Ce - favorise principalement la dépolymérisation de la cellulose aux dépens de sa fragmentation. En outre, la présence d’anions nitrate catalyse la formation d’anhydrosaccharides déshydratés, employés pour synthétiser des molécules complexes. Après pyrolyse, un support carboné contenant des nanoparticules métalliques est obtenu et peut être valorisé pour catalyser la désoxygénation de molécules modèles en phase vapeur. Néanmoins, l’activité catalytique de ces charbons est limitée par leur faible surface spécifique, comme le montre la comparaison avec un charbon actif commercial contenant des nanoparticules métalliques. Parmi les métaux testés, le catalyseur à base de cérine s’avère très efficace pour réduire l’acidité des bio-huiles et catalyser la formation de dérivés phénoliques. De plus, ce catalyseur de craquage catalytique permet de réduire la teneur en oxygène de l’huile de pyrolyse et d’augmenter sa densité énergétique. Ce résultat encourageant suggère que le craquage catalytique pourrait être mis en oeuvre en complément de l’hydrodésoxygénation dans une filière de production de biocarburants. Cette alternative permet de réduire le coût de l’hydrodésoxygénation et notamment la consommation de dihydrogène.
Abstract : Flash pyrolysis of lignocellulosic biomass: is it possible to catalyse deoxygenation reactions during primary or secondary mechanisms?
Flash pyrolysis of biomass is seen as a new way to produce bio-oils which can be converted to biofuels and chemicals. However, development of such pyrolysis processes requires implementation of an efficient and innovative catalytic strategy to deoxygenate bio-oils. Pyrolysis mechanisms involve both biomass degradation reactions - primary mechanisms - and gas phase reactions - secondary mechanisms -. As a consequence, our work has been directed along two research lines. First, we tested whether impregnating a catalyst precursor in the biomass can act on the primary pyrolysis mechanisms in order to promote deoxygenation. Then we sought to enhance the catalytic cracking of pyrolysis vapours using a heterogeneous catalyst.
Pyrolysis experiments of impregnated biomass show that metal nitrate salts - Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Ce – mainly enhance cellulose depolymerisation at the expense of its fragmentation. Moreover, nitrate anions inserted in biomass promote the production of dehydrated anhydrosugars which can be used to synthesize value-added molecules. Pyrolysis of impregnated biomass also results in the formation of a catalytically active charcoal containing metal nanoparticles. Those charcoals were successfully employed to catalyse the deoxygenation of model vapour phase compounds. However, it was found that the catalytic activity of these charcoals was limited by their low specific surface area, in comparison with the measured performance measured for commercially available activated charcoal containing metal nanoparticles. Among the tested metals, the ceria-based catalyst was found both to efficiently reduce bio-oil acidity and to enhance phenol yields. Additionally, this catalytic cracking catalyst reduces the oxygen content in the pyrolysis bio-oil and increases its heating value. This encouraging result suggests that catalytic vapour cracking could be integrated in a hydrodeoxygenation-based process to produce biofuels. This option should reduce the cost of hydrodeoxygenation and in particular the hydrogen consumption.Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique : comment catalyser la désoxygénation au cours des mécanismes primaires et secondaires ? [texte imprimé] / Simon EIBNER . - 2015 . - 220p.
Langues : Français (fre)
Résumé : Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique : comment catalyser la désoxygénation au cours des mécanismes primaires et secondaires ?
La pyrolyse flash est un procédé attrayant pour convertir la biomasse lignocellulosique en bio-huiles, intermédiaires énergétiques potentiellement valorisables en biocarburants et/ou intermédiaires chimiques. L’émergence d’une telle filière requiert la mise au point d’une stratégie catalytique efficace et innovante qui permette de diminuer la teneur en oxygène des bio-huiles. Notre démarche a consisté à tester si l’imprégnation d’un précurseur catalytique dans la biomasse permet d’agir sur les mécanismes primaires afin de favoriser la désoxygénation. Puis, nous avons cherché à favoriser le craquage catalytique des vapeurs de pyrolyse en utilisant un catalyseur hétérogène.
Nos travaux montrent que la pyrolyse de biomasse imprégnée avec des sels de nitrates - Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn et Ce - favorise principalement la dépolymérisation de la cellulose aux dépens de sa fragmentation. En outre, la présence d’anions nitrate catalyse la formation d’anhydrosaccharides déshydratés, employés pour synthétiser des molécules complexes. Après pyrolyse, un support carboné contenant des nanoparticules métalliques est obtenu et peut être valorisé pour catalyser la désoxygénation de molécules modèles en phase vapeur. Néanmoins, l’activité catalytique de ces charbons est limitée par leur faible surface spécifique, comme le montre la comparaison avec un charbon actif commercial contenant des nanoparticules métalliques. Parmi les métaux testés, le catalyseur à base de cérine s’avère très efficace pour réduire l’acidité des bio-huiles et catalyser la formation de dérivés phénoliques. De plus, ce catalyseur de craquage catalytique permet de réduire la teneur en oxygène de l’huile de pyrolyse et d’augmenter sa densité énergétique. Ce résultat encourageant suggère que le craquage catalytique pourrait être mis en oeuvre en complément de l’hydrodésoxygénation dans une filière de production de biocarburants. Cette alternative permet de réduire le coût de l’hydrodésoxygénation et notamment la consommation de dihydrogène.
Abstract : Flash pyrolysis of lignocellulosic biomass: is it possible to catalyse deoxygenation reactions during primary or secondary mechanisms?
Flash pyrolysis of biomass is seen as a new way to produce bio-oils which can be converted to biofuels and chemicals. However, development of such pyrolysis processes requires implementation of an efficient and innovative catalytic strategy to deoxygenate bio-oils. Pyrolysis mechanisms involve both biomass degradation reactions - primary mechanisms - and gas phase reactions - secondary mechanisms -. As a consequence, our work has been directed along two research lines. First, we tested whether impregnating a catalyst precursor in the biomass can act on the primary pyrolysis mechanisms in order to promote deoxygenation. Then we sought to enhance the catalytic cracking of pyrolysis vapours using a heterogeneous catalyst.
Pyrolysis experiments of impregnated biomass show that metal nitrate salts - Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Ce – mainly enhance cellulose depolymerisation at the expense of its fragmentation. Moreover, nitrate anions inserted in biomass promote the production of dehydrated anhydrosugars which can be used to synthesize value-added molecules. Pyrolysis of impregnated biomass also results in the formation of a catalytically active charcoal containing metal nanoparticles. Those charcoals were successfully employed to catalyse the deoxygenation of model vapour phase compounds. However, it was found that the catalytic activity of these charcoals was limited by their low specific surface area, in comparison with the measured performance measured for commercially available activated charcoal containing metal nanoparticles. Among the tested metals, the ceria-based catalyst was found both to efficiently reduce bio-oil acidity and to enhance phenol yields. Additionally, this catalytic cracking catalyst reduces the oxygen content in the pyrolysis bio-oil and increases its heating value. This encouraging result suggests that catalytic vapour cracking could be integrated in a hydrodeoxygenation-based process to produce biofuels. This option should reduce the cost of hydrodeoxygenation and in particular the hydrogen consumption.Exemplaires(0)
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EibnerAdobe Acrobat PDF Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Variabilité climatique et gestion des ressources naturelles dans une zone humide tropicale / Aida ZARE
Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Variabilité climatique et gestion des ressources naturelles dans une zone humide tropicale : une approche intégrée appliquée au cas du delta intérieur du fleuve Niger (Mali) Type de document : texte imprimé Auteurs : Aida ZARE Année de publication : 2015 Importance : 213p. Langues : Français (fre) Mots-clés : Delta intérieur du fleuve Niger, variabilité climatique, stratégie de gestion, incitation économique, prévision climatique
Keywords: inland delta of the Niger River, climate variability, management strategy, economic incentives, climate forecastingRésumé : Les sécheresses des années 1970 accentuées dans les années 1980 et les aménagements hydroagricoles ont eu pour conséquence une certaine dégradation des ressources naturelles du delta intérieur du fleuve Niger (DIN). Cette dégradation des ressources naturelles associées à la pression croissante de la population sur le milieu a conduit à une gestion conflictuelle de ces ressources. De plus, le système d’exploitation actuel des ressources et le fonctionnement hydrologique font du DIN un écosystème complexe à gérer.
Dans ces travaux, nous adoptons une approche intégrée et pluridisciplinaire pour aborder la problématique de gestion des ressources du DIN. L’approche mobilise l’hydrologie, la sociologie, l’agronomie et l’économie.
L’analyse des données hydrologiques a permis de mettre en évidence une différence significative entre les dates de passage des maximums des fleuves Niger et Bani qui alimentent le DIN. Cette différence impacte les calendriers des principaux systèmes de production contribuant ainsi à exacerber les conflits. Les stratégies de gestion élaborées avec les parties prenantes, allient des pratiques de sécurisation et de maîtrise de l’eau, d’intensification, de régénération des ressources, de renforcement des capacités et des incitations économiques.
Par ailleurs, dans un contexte de variabilité climatique accrue, nous avons analysé les perceptions d’un échantillon de pêcheurs, d’éleveurs et de cultivateurs sur la prévision du climat et sur l’intérêt des prévisions climatiques et des crues. Il apparaît que les besoins en information climatique des usagers d’une plaine inondable comme le DIN se rapportent surtout aux dates de début de saison, de passage des maximums de crue, de la date d’arrivée des crues et des hauteurs maximales de crue. L’intérêt économique simulé de l’information climatique pour un système agraire de riziculture inondée présente un gain moyen de 10%. Par contre, le coût des éventuelles erreurs de prévision serait particulièrement élevé pour les producteurs avec un déficit moyen sur le revenu de 24%.
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Abstract : The droughts of the 1970s intensified in the 1980s and the development of irrigation schemes upstream of the Inner Niger Delta in Mali (IND) have resulted in the degradation of natural resources. This degradation of natural resources associated with the increasing population pressure on the environment has led to a more conflictive management of these resources. In addition, the current operating system of resources and the hydrological functioning of the IND make the management of the ecosystem more complex.
In this work, we adopt an integrated and multidisciplinary approach to address the IND resource management issues. The approach mobilizes hydrology, sociology, agronomy and economy.
The analysis of hydrological data has highlighted a significant difference between the maximum passing dates of the two rivers that supply the IND. This difference impacts the schedules of the main production systems thus contributing to exacerbate conflict. The management strategies developed with stakeholders combine the practices of security and water control, intensification, resource regeneration, capacity building and economic incentives.
Moreover, in a context of increased climate variability, we analyzed the perceptions of a sample of fishermen, herders and farmers on climate prediction and their interest of climate and flood forecasts. It appears that the need for climate information of floodplain users as IND relate mainly to the onset date of rainy season, flood maximum passaging date, the arrival of floods and flood peak heights.
The simulated economic value of climate information for an agrarian system of flooded rice obtains an average gain of 10%. As against the cost of possible prediction errors is particularly high for producers with an average deficit on income of 24%.Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Variabilité climatique et gestion des ressources naturelles dans une zone humide tropicale : une approche intégrée appliquée au cas du delta intérieur du fleuve Niger (Mali) [texte imprimé] / Aida ZARE . - 2015 . - 213p.
Langues : Français (fre)
Mots-clés : Delta intérieur du fleuve Niger, variabilité climatique, stratégie de gestion, incitation économique, prévision climatique
Keywords: inland delta of the Niger River, climate variability, management strategy, economic incentives, climate forecastingRésumé : Les sécheresses des années 1970 accentuées dans les années 1980 et les aménagements hydroagricoles ont eu pour conséquence une certaine dégradation des ressources naturelles du delta intérieur du fleuve Niger (DIN). Cette dégradation des ressources naturelles associées à la pression croissante de la population sur le milieu a conduit à une gestion conflictuelle de ces ressources. De plus, le système d’exploitation actuel des ressources et le fonctionnement hydrologique font du DIN un écosystème complexe à gérer.
Dans ces travaux, nous adoptons une approche intégrée et pluridisciplinaire pour aborder la problématique de gestion des ressources du DIN. L’approche mobilise l’hydrologie, la sociologie, l’agronomie et l’économie.
L’analyse des données hydrologiques a permis de mettre en évidence une différence significative entre les dates de passage des maximums des fleuves Niger et Bani qui alimentent le DIN. Cette différence impacte les calendriers des principaux systèmes de production contribuant ainsi à exacerber les conflits. Les stratégies de gestion élaborées avec les parties prenantes, allient des pratiques de sécurisation et de maîtrise de l’eau, d’intensification, de régénération des ressources, de renforcement des capacités et des incitations économiques.
Par ailleurs, dans un contexte de variabilité climatique accrue, nous avons analysé les perceptions d’un échantillon de pêcheurs, d’éleveurs et de cultivateurs sur la prévision du climat et sur l’intérêt des prévisions climatiques et des crues. Il apparaît que les besoins en information climatique des usagers d’une plaine inondable comme le DIN se rapportent surtout aux dates de début de saison, de passage des maximums de crue, de la date d’arrivée des crues et des hauteurs maximales de crue. L’intérêt économique simulé de l’information climatique pour un système agraire de riziculture inondée présente un gain moyen de 10%. Par contre, le coût des éventuelles erreurs de prévision serait particulièrement élevé pour les producteurs avec un déficit moyen sur le revenu de 24%.
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Abstract : The droughts of the 1970s intensified in the 1980s and the development of irrigation schemes upstream of the Inner Niger Delta in Mali (IND) have resulted in the degradation of natural resources. This degradation of natural resources associated with the increasing population pressure on the environment has led to a more conflictive management of these resources. In addition, the current operating system of resources and the hydrological functioning of the IND make the management of the ecosystem more complex.
In this work, we adopt an integrated and multidisciplinary approach to address the IND resource management issues. The approach mobilizes hydrology, sociology, agronomy and economy.
The analysis of hydrological data has highlighted a significant difference between the maximum passing dates of the two rivers that supply the IND. This difference impacts the schedules of the main production systems thus contributing to exacerbate conflict. The management strategies developed with stakeholders combine the practices of security and water control, intensification, resource regeneration, capacity building and economic incentives.
Moreover, in a context of increased climate variability, we analyzed the perceptions of a sample of fishermen, herders and farmers on climate prediction and their interest of climate and flood forecasts. It appears that the need for climate information of floodplain users as IND relate mainly to the onset date of rainy season, flood maximum passaging date, the arrival of floods and flood peak heights.
The simulated economic value of climate information for an agrarian system of flooded rice obtains an average gain of 10%. As against the cost of possible prediction errors is particularly high for producers with an average deficit on income of 24%.Exemplaires(0)
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ZareAdobe Acrobat PDF Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Optimisation paramétrique de la pyrolyse en vue d’améliorer la réactivité des charbons végétaux comme agents réducteurs / Eric Serges NOUMI
Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Optimisation paramétrique de la pyrolyse en vue d’améliorer la réactivité des charbons végétaux comme agents réducteurs : applications aux biomasses tropicales Type de document : texte imprimé Auteurs : Eric Serges NOUMI Année de publication : 2016 Importance : 194p. Langues : Français (fre) Mots-clés : charbon végétal, agent réducteur, propriétés physico-mécanique, réactivité au CO2, haut fourneau.
Palavras-chave: Carvão, Agente redutor, Propriedades físico-mecânicas, Reatividade ao CO2, Alto-forno.Résumé : Les principaux obstacles à la substitution du coke utilisé comme réducteur dans les hauts fourneaux conventionnels par le charbon végétal sont ses faibles propriétés physico-mécaniques et sa réactivité très élevée. Cependant, cette substitution est la meilleure alternative dans le court terme qui contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
L’étude a consisté à déterminer l’influence de la pression (2-10 bars), de la température de consigne (350 -800 °C) et de la vitesse de chauffe (1-10 °C/min) sur le rendement et la qualité du charbon de bois, en particulier sur sa teneur en carbone fixe, sa densité, sa friabilité, sa résistance à la compression et sa réactivité de CO2. La nature de la matière première à travers l'utilisation de quatre espèces de bois tropical différent a été aussi prise en compte dans cette étude. Les espèces qui ont été utilisées pour cette étude sont l’Acacia, le Cailcédrat, l’Eucalyptus urophylla et l’Eucalyptus camaldulensis.
Les résultats obtenus confirment l’effet de la pression sur le rendement en charbon de bois. La teneur en carbone dépend exclusivement de la température de pyrolyse malgré que l'effet de la pression soit positif sur le rendement. Les propriétés physico-mécaniques (densité, friabilité et résistance à l’écrasement) sont influencées exclusivement par la vitesse de chauffe. La réactivité au CO2 des charbons quant à elle est influencée par la température, la pression et la nature de bois. L'augmentation de la pression conduit à l'augmentation de la réactivité tandis que celle de la température conduit à la baisse. Une teneur en cendre élevée dans la biomasse conduit à la production d'un charbon très réactif. L'application de l'optimisation multi critères a permis de déterminer les conditions de pyrolyse optimisant les propriétés thermoréductrices des charbons et le rendement du procédé. Les conditions optimales retenues sont les suivantes : une pression de 6 bars, température de consigne de 600 °C et une vitesse de chauffe de 1 °C/min.
Parallèlement à cela, une étude de la relation entre la réactivité au CO2 des charbons végétaux et leurs caractéristiques a été réalisée. Les caractéristiques étudiées sont la teneur en hétéroatomes (ratios atomiques H/C et O/C), la surface spécifique BET, la teneur en cendre et sa composition, la perméabilité, la structure cristalline et la surface réactive. Parmi toutes ces caractéristiques, la surface réactive est celle qui a présenté une corrélation forte avec la réactivité au CO2 des charbons. Par ailleurs, nous avons également confirmé que les métaux alcalins tels que K et Ca ont un effet statistiquement significatif sur la réactivité au CO2 des charbons préparés.
Resumo : Os principais obstáculos para a substituição de coque usado como redutor dentro aos altos-fornos convencionais pelo carvão vegetal são as suas propriedades físico-mecânicas baixas e sua reactividade ao CO2 muito elevada. No entanto, esta substituição é a melhor alternativa no curto prazo que contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa.
Este estudo consistiu no determinaçaõ a influência da pressão (2-10 bars), a temperatura do conjunto (350 - 800 °C) e a taxa de aquecimento (1-10 °C/min) sobre o rendimento e da qualidade do carvão, em particular sobre o sua teor de carbono fixo, sua densidade, sua friabilidade, sua resistência no compressão e a sua reactividade ao CO2. A natureza da matéria-prima através utilização de quatro madeira tropicais diferentes, também foi considerado em neste estudo. As espécies que têm sido utilizados são o Acacia, o Caïlcédrat, o Eucalyptus urophylla e o Eucalyptus camaldulensis.
Os resultados confirmam o efeito da pressão sobre a produção de carvão. O teor de carbono depende exclusivamente da temperatura de pirólise, apesar do efeito positivo da pressão sobre rendimento. As propriedades físico-mecânicas (densidade, friabilidade e resistência ao esmagamento) são exclusivamente influenciados por a taixa de aquecimento. Por sua vez, a reactividade de CO2 do carvão é influenciada pela temperatura, a pressão e a natureza da madeira. O aumentaçaõ da pressão durante pirolisa leva ao aumento da reactividade do carvaõ, enquanto a da temperatura leva a uma diminuição. A biomassa com o teor de cinza elevado produzindo os carvão muito reactif. A aplicação de técnicas de optimização de multi-critérios foi utilizado para determinar as condições de pirólise, que permitem a optimização das propriedades do carvão e o rendimento do processo. Este condições são as seguintes: uma pressão de 6 bars, definido temperatura de 600 °C e uma velocidade de aquecimento de 1 °C/min.
Em paralelo com isto, um estudo da relação entre a reactividade ao CO2 do carvão e algumas de suas características foi realizado. As caracteristicas estudados são : o teor do heteroátomo (rátios atómica H/C e O/C), a área superficial específica BET, o teor de cinzas e sua composição, a permeabilidade, a estrutura cristalina e a superfície reactiva. Entre estas caracteristicas, a superfície reactivo é aquele que apresentou uma forte correlação com reactividade ao CO2 do carvão. Além disso, também confirmaram que os metais alcalinos, tais como potássio e cálcio têm um efeito estatisticamente significativo sobre a reactividade.Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Optimisation paramétrique de la pyrolyse en vue d’améliorer la réactivité des charbons végétaux comme agents réducteurs : applications aux biomasses tropicales [texte imprimé] / Eric Serges NOUMI . - 2016 . - 194p.
Langues : Français (fre)
Mots-clés : charbon végétal, agent réducteur, propriétés physico-mécanique, réactivité au CO2, haut fourneau.
Palavras-chave: Carvão, Agente redutor, Propriedades físico-mecânicas, Reatividade ao CO2, Alto-forno.Résumé : Les principaux obstacles à la substitution du coke utilisé comme réducteur dans les hauts fourneaux conventionnels par le charbon végétal sont ses faibles propriétés physico-mécaniques et sa réactivité très élevée. Cependant, cette substitution est la meilleure alternative dans le court terme qui contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
L’étude a consisté à déterminer l’influence de la pression (2-10 bars), de la température de consigne (350 -800 °C) et de la vitesse de chauffe (1-10 °C/min) sur le rendement et la qualité du charbon de bois, en particulier sur sa teneur en carbone fixe, sa densité, sa friabilité, sa résistance à la compression et sa réactivité de CO2. La nature de la matière première à travers l'utilisation de quatre espèces de bois tropical différent a été aussi prise en compte dans cette étude. Les espèces qui ont été utilisées pour cette étude sont l’Acacia, le Cailcédrat, l’Eucalyptus urophylla et l’Eucalyptus camaldulensis.
Les résultats obtenus confirment l’effet de la pression sur le rendement en charbon de bois. La teneur en carbone dépend exclusivement de la température de pyrolyse malgré que l'effet de la pression soit positif sur le rendement. Les propriétés physico-mécaniques (densité, friabilité et résistance à l’écrasement) sont influencées exclusivement par la vitesse de chauffe. La réactivité au CO2 des charbons quant à elle est influencée par la température, la pression et la nature de bois. L'augmentation de la pression conduit à l'augmentation de la réactivité tandis que celle de la température conduit à la baisse. Une teneur en cendre élevée dans la biomasse conduit à la production d'un charbon très réactif. L'application de l'optimisation multi critères a permis de déterminer les conditions de pyrolyse optimisant les propriétés thermoréductrices des charbons et le rendement du procédé. Les conditions optimales retenues sont les suivantes : une pression de 6 bars, température de consigne de 600 °C et une vitesse de chauffe de 1 °C/min.
Parallèlement à cela, une étude de la relation entre la réactivité au CO2 des charbons végétaux et leurs caractéristiques a été réalisée. Les caractéristiques étudiées sont la teneur en hétéroatomes (ratios atomiques H/C et O/C), la surface spécifique BET, la teneur en cendre et sa composition, la perméabilité, la structure cristalline et la surface réactive. Parmi toutes ces caractéristiques, la surface réactive est celle qui a présenté une corrélation forte avec la réactivité au CO2 des charbons. Par ailleurs, nous avons également confirmé que les métaux alcalins tels que K et Ca ont un effet statistiquement significatif sur la réactivité au CO2 des charbons préparés.
Resumo : Os principais obstáculos para a substituição de coque usado como redutor dentro aos altos-fornos convencionais pelo carvão vegetal são as suas propriedades físico-mecânicas baixas e sua reactividade ao CO2 muito elevada. No entanto, esta substituição é a melhor alternativa no curto prazo que contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa.
Este estudo consistiu no determinaçaõ a influência da pressão (2-10 bars), a temperatura do conjunto (350 - 800 °C) e a taxa de aquecimento (1-10 °C/min) sobre o rendimento e da qualidade do carvão, em particular sobre o sua teor de carbono fixo, sua densidade, sua friabilidade, sua resistência no compressão e a sua reactividade ao CO2. A natureza da matéria-prima através utilização de quatro madeira tropicais diferentes, também foi considerado em neste estudo. As espécies que têm sido utilizados são o Acacia, o Caïlcédrat, o Eucalyptus urophylla e o Eucalyptus camaldulensis.
Os resultados confirmam o efeito da pressão sobre a produção de carvão. O teor de carbono depende exclusivamente da temperatura de pirólise, apesar do efeito positivo da pressão sobre rendimento. As propriedades físico-mecânicas (densidade, friabilidade e resistência ao esmagamento) são exclusivamente influenciados por a taixa de aquecimento. Por sua vez, a reactividade de CO2 do carvão é influenciada pela temperatura, a pressão e a natureza da madeira. O aumentaçaõ da pressão durante pirolisa leva ao aumento da reactividade do carvaõ, enquanto a da temperatura leva a uma diminuição. A biomassa com o teor de cinza elevado produzindo os carvão muito reactif. A aplicação de técnicas de optimização de multi-critérios foi utilizado para determinar as condições de pirólise, que permitem a optimização das propriedades do carvão e o rendimento do processo. Este condições são as seguintes: uma pressão de 6 bars, definido temperatura de 600 °C e uma velocidade de aquecimento de 1 °C/min.
Em paralelo com isto, um estudo da relação entre a reactividade ao CO2 do carvão e algumas de suas características foi realizado. As caracteristicas estudados são : o teor do heteroátomo (rátios atómica H/C e O/C), a área superficial específica BET, o teor de cinzas e sua composição, a permeabilidade, a estrutura cristalina e a superfície reactiva. Entre estas caracteristicas, a superfície reactivo é aquele que apresentou uma forte correlação com reactividade ao CO2 do carvão. Além disso, também confirmaram que os metais alcalinos, tais como potássio e cálcio têm um efeito estatisticamente significativo sobre a reactividade.Exemplaires(0)
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