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Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou

Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : 2ie@2ie-edu.org - www.2ie-edu.org MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME D’INGENIEUR 2iE AVEC GRADE DE MASTER EN INGENIERIE DE L’EAU ET DE L’ENVIRONNEMENT SPECIALITE : INFRASTRUCTURE ET RESEAUX HYDRAULIQUES / RESEAUX HYDRAULIQUES Présenté et soutenu publiquement le 05 Juillet 2019 par Emma Chapline Grâce KOUAME (20150017) Travaux effectués Sous la direction de Dr Dial NIANG Maître Assistant Et sous l’encadrement Dr Bouraïma KOUANDA Laboratoire Eaux Hydro-Systèmes et Agriculture (LEHSA) Jury d’évaluation du stage : Président : Dr. Malicki ZOROM Membres et correcteurs : Dr. Babacar LEYE Dr Vivien DOTO Promotion 2018-2019 APPLICATION DU MODÈLE SWAT POUR LA MODÉLISATION DE L’ECOULEMENT DANS UN BASSIN VERSANT PEU JAUGE EN ZONE SOUDANO- SAHÉLIENNE (BURKINA FASO) Emma Chapline Grâce KOUAME Promotion 2018-2019 Juillet 2019 1 DÉDICACES À mon Père, Maître et Roi du ciel, celui par qui tout est. À ma tendre, douce, et aimante maman d’amour, Mme KOUAME Angeline ; À mon premier héros, mon tendre et aimant papa, M. KOUAME Maurice ; À mes frères, mes premiers fans, avec qui nous formons le clan KOUAME ; À ma merveilleuse famille spirituelle du Burkina Faso ; Avec amour et profonde gratitude. Emma Chapline Grâce KOUAME Promotion 2018-2019 Juillet 2019 II REMERCIEMENTS Au terme de mon parcours au sein de ce prestigieux Institut, je tiens à exprimer ma profonde gratitude à tous ceux qui de prêt comme de loin ont permis le bon déroulement de ces années de formation par les conseils, les encouragements, et les enseignements. Je voudrais exprimer toute ma reconnaissance à l’endroit du corps professoral et administratif de 2iE qui ne ménagent aucun effort au quotidien pour nous assurer un enseignement et un suivi académique de qualité. Je remercie le Laboratoire Eaux Hydro-Systèmes et Agriculture (LEHSA) et le Directeur de l’école doctoral, Professeur Harouna KARAMBIRI qui m’ont accueilli dans leurs locaux. Aussi j’exprime ma profonde gratitude aux doctorants du laboratoire qui m’ont facilité l’insertion au sein du laboratoire, ainsi que pour leur encouragement et leur disponibilité. Je cite notamment Docteur ZOURE, M. COULIBALY. Je tiens également à remercier profondément Docteur Dial NIANG, mon directeur de mémoire, pour avoir accepté suivre et diriger ces travaux, pour sa disponibilité, ses précieux conseils et remarques constructives, tout au long de ce stage. Un énorme merci également à Docteur Bouraïma KOUANDA, mon maître de stage, pour sa patience, ses conseils, ses remarques, et sa promptitude à m’aider et me guider durant ce stage malgré le fait qu’il était lui-même submergé par ses travaux de fin de thèse. Mention spéciale de remerciement à celui que j’appelle mon deuxième maître de stage et mentor SWAT, M. Roland YONABA. Merci infiniment à vous pour vos conseils, votre disponibilité, et votre aide inestimable à chaque étape de ce travail. Merci à mes amies et sœurs Tatiana LAMODY, Anissa KABORE, Ruth BAMBARA ; Rosine KABORE, Louise KABORE, à tous mes camarades de classe. Merci à la famille ESSE, la famille TIADE, la famille NEHOUPHANG, à ma famille spirituelle à Ouagadougou, à Bobo-Dioulasso, et en Côte d’Ivoire. Et enfin ; merci à mes parents biologiques, mes frères et sœurs ; Yves, Marlène, et Emmanuela KOUAME. Merci pour votre soutien inestimable, pour vos encouragements, vos prières, votre amour, et toutes choses que vous avez investis. Merci à tous pour tout. Emma Chapline Grâce KOUAME Promotion 2018-2019 Juillet 2019 III RÉSUMÉ La présente étude vise à analyser la réponse hydrologique et à réaliser le bilan hydrologique du bassin versant rattaché à la station hydrométrique de Badara de superficie 935,53 Km², situé à l’ouest du Burkina dans la région des Haut-Bassins. Pour une meilleure compréhension des écoulements du Mouhoun Supérieur-Sourou à Badara, une modélisation du ruissellement a été effectuée à partir du modèle hydrologique SWAT (Soil and Water Assessment Tool) sur la période de 1986 à 2000 au pas de temps mensuel. Il s’agit d’un cours d’eau difficile à caractériser hydrologiquement en ce sens qu’il existe une forte interaction entre les eaux de surface et les eaux souterraines. En effet, la zone dispose d’un grand nombre de sources apportant une grande contribution aux écoulements. En vue d’une meilleure prise en compte des différents processus intervenant dans le fonctionnement hydrologique de ce bassin versant, la démarche adoptée a été orientée vers une modélisation hydrologique. Cette transformation Pluie-Débit a été effectuée à travers 3 scénarii : Le scénario S0 tient compte uniquement des écoulements de surface ; quant au scénario S1 les écoulements de surface sont associés aux apports des sources, enfin le scénario S2 combine à la fois les écoulements de surface plus les sources et les prélèvements. Pour le scénario S2, les simulations montrent une meilleure reproduction des hydrogrammes En effet, il n’y existe pas de décalage entre les hydrogrammes simulés et observés. Le débit de pointe est légèrement sous-estimé avec des coefficients de Nash respectivement de 0,70 et 0,42 pour le calage et la validation. Nous remarquons également lors de l’étude du bilan hydrologique une évapotranspiration réelle journalière d’environ 2 mm témoignant de très pertes vu que la moyenne nationale tourne autour de 5 mm/j. L’étude révèle aussi une contribution de l’ordre de 4,9% par an de la pluie sous forme d’écoulement de surface et d’une recharge annuelle de 28,7%. Les 2 autres scénarios présentent aussi des simulations acceptables avec des coefficients de l’ordre 0,69 pour le calage. Mots clés 1 –Bassin versant de Badara 2 –Bilan hydrologique 3 – Réponse hydrologique 4- Ruissèlement 5- SWAT Emma Chapline Grâce KOUAME Promotion 2018-2019 Juillet 2019 IV ABSTRACT The purpose of this study is to analyse the hydrological response and carry out the hydrological balance of the catchment area at Badara hydrometric station with a surface area of 935.53 Km², located in the western part of Burkina Faso in the “Haut-Bassins” region. For a better understanding of the runoff response of the “Mouhoun Superieur- Sourou” at Badara, a flow modelling was carried out using the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) hydrological model over the period of 1986 to 2000 with a monthly time step. It is a difficult watercourse to characterize hydrologically because there is a strong interaction between surface water and groundwater. Indeed, the area has a large number of sources that make a significant contribution to flows. In order to better take into account the different processes involved in the hydrological functioning of this watershed, the approach adopted was oriented towards hydrological modelling. This Rainfall- Runoff transformation was carried out through 3 scenarios: Scenario S0 considers only surface flows; Scenario S1, surface flows are associated with source inputs, and Scenario S2 combines both surface flows plus sources and withdrawal. For scenario 2, the simulations show a better reproduction of hydrographs. Indeed, there is no discrepancy between the simulated and observed hydrographs. The peak flow is slightly underestimated with Nash coefficients of 0.70 and 0.42 respectively for calibration and validation. The study also reveals a contribution of about 4.9% per year from rainfall in the form of surface runoff and an annual recharge of 28.7%. The other 2 scenarios also present acceptable simulations with coefficients in the order of 0.69 for calibration. Keywords: 1 - Badara watershed 2 - Runoff 3 - SWAT 4 - Water balance 5- Water response Emma Chapline Grâce KOUAME Promotion 2018-2019 Juillet 2019 V LISTE DES ABRÉVIATIONS ASTER GDEM: Advanced Spacedborne Thermal Emission and Reflexion Global Elevation DANIDA: DANish International Development Agency FAO : Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation GFG : Grès Fin Glauconieux GFR : Grès Fin Rose GGQ : Grès à Granule de Quartz GIRE : Gestion Intégrée des Ressources en Eau GKS : Grès de Kawara- Sindou HRU : Unité de Réponse Hydrologique IGB : Institut Géographique de Burkina Faso MNT : Modèle Numérique de Terrain ONEA : Office National de l’Eau et de l’Assainissement PAGIRE : Plan d’Action de Gestion Intégrée des Ressources en Eau » SAC : Siltsone, Argilite, et Carbonates SCS : Soil Conservation Service SDAGE : Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion de l’Eau SNIEau : Système National d’Information sur l’Eau SWAT: Soil and Water Assessment Tool SWAT-CUP: Soil and Water Assessment Tool- Calibration Uncertainties Program USDA. United States Department of Agriculture Emma Chapline Grâce KOUAME Promotion 2018-2019 Juillet 2019 VI SOMMAIRE DÉDICACES .....................................................................................................................................I REMERCIEMENTS ....................................................................................................................... II RÉSUMÉ ........................................................................................................................................ III ABSTRACT ................................................................................................................................... IV LISTE DES ABRÉVIATIONS ....................................................................................................... V SOMMAIRE .................................................................................................................................. VI LISTE DES GRAPHES ................................................................................................................. IX LISTE DES FIGURES .................................................................................................................... X LISTE DES CARTES .................................................................................................................... XI I. INTRODUCTION .................................................................................................................... 1 II. Objectifs et hypothèses de travail ............................................................................................. 3 II-1. Objectifs du travail ......................................................................................................... 3 II-2. Hypothèses de travail ..................................................................................................... 3 III. Etat de l’art ............................................................................................................................ 4 III-1. Rôle de la modélisation hydrologique pour la compréhension des processus hydrologiques ............................................................................................................................... 4 III-2. Synthèse des études hydrologiques et hydrogéologiques menées dans la zone ............ 7 IV. MATERIEL ET METHODES ............................................................................................ 13 IV-1. Présentation de la zone d’étude .................................................................................... 13 1-1. Cadre physique ............................................................................................................. 13 Emma Chapline Grâce KOUAME Promotion uploads/Geographie/ kouame-emma-chapline-grace.pdf