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Eau et environnement

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Paul Arnould
, 
Micheline Hotyat

Régionalisation des pluies annuelles dans l’Algérie nord-occidentale

Abderrahmane Medjerab

Texte intégral

1Outre son importance dans la définition du climat, la pluviométrie présente un intérêt majeur comme signature climatique. Sa régionalisation s’avère très utile dans nombreuses applications où il est nécessaire de minimiser la variabilité spatiale du paramètre analysé : détermination des « stations étalons », contrôle et reconstitution de données manquantes (Champeaux et al., 1996). L’objectif d’une régionalisation (ou zonage) climatique est d’obtenir un découpage d’un territoire en zones homogènes, à l’intérieur desquelles le comportement climatique est similaire au (x) paramètre(s) étudié(s). À cet effet, nous pouvons distinguer, dans la zone d’étude, plusieurs échelles spatiales emboîtées :

  • une échelle macroclimatique pour laquelle l’Algérie nord-occidentale se situe en quasi-totalité dans la zone de climat méditerranéen ;
  • une échelle régionale, de distance caractéristique de l’ordre de 100 à 200 km, pour laquelle interviennent essentiellement la latitude, la distance à la mer, et le positionnement par rapport aux massifs montagneux ;
  • une échelle, appelée topoclimatique, de l’ordre de 10 à 20 kilomètres ;
  • une échelle microclimatique, de distance inférieure au kilomètre, qui représente en fait le parcellaire souvent confondu, par extension, avec l’échelle locale.

2Les recherches entreprises sur le climat de l’Algérie par l’Agence nationale des ressources hydrauliques (ANRH) et l’Office national de la météorologie (ONM) ont mis en évidence les premiers caractères du régime et de la distribution géographique des précipitations par l’analyse en composantes principales (ACP) seulement. Ce travail pose la même problématique, mais en utilisant deux techniques mathématiques complémentaires : l’analyse en composantes principales et l’analyse factorielle discriminante (AFD), en essayant toutefois d’interpréter le régime de la distribution géographique des pluies pour les régions homogènes mises en évidence.

1. Choix et origine des données

3Notre choix s’est porté sur les données mensuelles des précipitations des 220 stations météorologiques dont l’altitude varie entre 20 et 1 250 m, pour une période de 48 ans (1942-1990). Nous considérons que la région d’étude dispose d’un réseau météorologique estimé important par rapport à l’Algérie orientale. Cela s’explique par la mise en valeur des terres agricoles des plaines qui a débuté avec l’arrivée des colons Français. Ce lien étroit entre les observations météorologiques et la mise en valeur des terres agricoles a donc été une contribution essentielle à la création d’un réseau météorologique, plus dense dans les plaines et faible dans les zones montagneuses. Les données choisies ont été obtenues par les archives de l’ANRH et l’ONM, pour lesquelles nous avons effectué une critique systématique à l’échelle mensuelle (Medjerab, 1997). La période retenue dans l’étude, après analyse critique, correspond à une série concordante, sans lacune, suffisamment longue pour être traitée statistiquement. Ce choix et cette critique nous ont permis de constituer enfin une banque de données pluviométriques prête à tout traitement statistique. Elle se présente sous la forme d’un tableau avec deux entrées : l’une en lignes, ce sont les observations des 220 postes pluviométriques (individus) ; l’autre en colonnes, ce sont les variables représentées par les coordonnées géographiques des stations, l’altitude et les moyennes mensuelles.

2. Analyse multidimensionnelle des données

4Deux techniques mathématiques d’analyse multidimensionnelle ont été appliquées dans ce travail, à savoir : l’ACP et l’AFD.

L’analyse en composantes principales (ACP)

5L’ACP sans rotation permet la description des données contenues dans un tableau individus/variables quantitatives ; c’est la méthode de base de l’analyse des données. Elle permet d’étudier les données en termes de corrélation, c’est-à-dire de détecter les stations ayant le même comportement (Maheras et al., 1991). Le principal avantage de cette technique réside dans son aptitude à traiter de façon simultanée un nombre important de données. Elle permet, en outre, de dégager les interrelations complexes qui existent entre les variables. Elle les résume ou les réduit en un petit nombre d’indicateurs appelés facteurs ou composantes principales. Elle est linéaire, car il s’agit d’une combinaison linéaire des variables de départ. L’application de l’algorithme de l’ACP sans rotation a donné les résultats suivants. Le tableau 1 comprend les variances des trois premières composantes par rapport à la variance totale, ainsi que leur pourcentage cumulé :

Tableau 1.
Résultats de l'analyse en composantes principales.

6D’après ce tableau, on constate que les trois premières composantes expliquent près de 80 % de la variance totale, et nous n’avons donc que 20 % de perte d’information.

  • La première composante est bien corrélée avec 28 stations (contribution + 0,70) dont l’altitude varie entre 26 et 1 270 m. Cet axe manifeste un comportement d’ensemble : c’est-à-dire qu’il traduit un effet de taille, car toutes les stations de fortes et de faibles coordonnées s’organisent sur le côté négatif de l’axe. Ce comportement d’ensemble dans le même sens explique la forte corrélation existant entre la plupart des stations.
  • La seconde composante explique 19,8 % de la variance totale, elle est bien corrélée avec 10 stations se trouvant dans l’est et l’ouest de la région (contribution + 0,60) dont l’altitude varie entre 82 et 1 080 m.
  • La troisième composante principale explique 7,2 % de la variance totale. Elle est bien corrélée avec 3 stations (contribution + 0,55) dont l’altitude varie entre 120 et 645 m. Le choix de trois premières composantes a été fait d’une façon empirique.
  • Les stations à forte contribution, situées sur les versants nord de l’Atlas tellien, se trouvent exposées « au vent » par rapport au flux dominant de l’ouest et nord-ouest. Pour une meilleure interprétation des résultats, on a tracé sur la carte géographique de la région les isolignes de contribution des variables avec les quatre composantes principales significatives (figure 1).

Régionalisation des pluies par l’analyse des proximités

7Nous avons utilisé la dispersion des stations sur l’axe 1, pour pouvoir dégager des régions à pluviométrie distincte. Nous rappelons que l’axe 1 explique à lui seul près de 50 % de la variance totale. Il sépare les stations en deux groupes, un du côté positif de l’axe, et l’autre du côté négatif. Le plan principal défini par les deux premiers axes nous a permis d’effectuer une pré-régionalisation des postes en 4 régions pluviométriques (figure 2) dont les limites sont définies d’une façon empirique sur le plan factoriel (1-2). L’optimisation de cette classification empirique sera validée par l’AFD. Les régions définies par l’ACP serviront de groupes de départ pour une optimisation maximum de la régionalisation.

Figure 1a.
Contribution des individus avec la première composante principale.

Figure 1b.
Contribution des individus avec la deuxième composante principale.

Figure 1c.
Contribution des individus avec la troisième composante principale.

Figure 2.
Représentation des individus sur le plan factoriel (1-2).

L’analyse factorielle discriminante (AFD)

8L’AFD est une méthode permettant de comparer des groupes d’individus à l’aide de plusieurs variables. Ces groupes peuvent contenir un nombre différent d’individus, dans un double objectif : d’abord de discrimination, c’est-à-dire de séparation des groupes ; ensuite de classement, c’est-à-dire d’affectation d’individus à l’un des groupes. Cette affectation se fait par la méthode du plus proche voisin. Le but de l’utilisation de l’AFD est de faire apparaître le mieux possible les frontières entre les principales régions pluviométriques (Zahir, 1994).

Régionalisation des pluies annuelles par l’AFD

9Afin de pouvoir confirmer les régions définies par l’ACP, l’AFD est utilisée sur les cinq variables suivantes : les coordonnées géographiques, le total de la période humide (septembre à février) et la période sèche (mars-août). D’après une classification empirique, l’analyse de la variance par variable a donné les résultats figurant dans le tableau suivant :

Tableau 2.
Analyse par variable.

10Il apparaît que la variable la plus significative est le total de la période humide (total hiver), et un degré beaucoup moindre, le total de la période sèche (total été). Pour justifier que la discriminante a été réalisée, nous avons calculé le pseudo-F des différentes variables discriminantes.

Tableau 3.
Variance et pseudo-F des variables discriminantes.

11D’après ce tableau, on constate que le pseudo-F de la première variable discriminante est largement plus grand que le plus grand des F du tableau 2 (185.31 contre 10.51 et 4.3), donc la discrimination semble parfaitement justifiée. D’autre part, on peut constater que la première variable explique plus de 94 % de la variance totale, ce qui implique que le premier axe regroupe presque la totalité de l’information. C’est pour cela que nous n’analyserons que les résultats du premier facteur discriminant. Les résultats ainsi définis sont représentés dans le tableau suivant :

Tableau 4.
Coordonnées et qualité de la représentation des variables sur l’axe 1.

12Nous remarquons d’après ce tableau que la coordonnée Y, et la période humide (total hiver) et la période sèche (total été) sont bien représentées (total hiver ayant le plus fort coefficient de corrélation : 0,98). L’analyse des appartenances des stations a été effectuée par la distance de D2 de Mahalanobis, les résultats sont donnés dans le tableau suivant :

Tableau 5.
Distances de D2 de Mahalanobis entre les différents groupes.

13De cette matrice des distances, on peut constater que les groupes les plus éloignés sont les groupes 1 et 4, et les plus proches sont 2 et 3. Le groupe 1 est le plus éloigné de tous les groupes. Les stations qui ont changé de groupes entre l’ACP et l’AFD est de 41 stations ; le plus important changement s’est fait entre le groupe 1 et 2 et le groupe 2 et 3. À partir de ces résultats on peut supposer que ces groupes ont de nombreux traits communs ; les régions définies après l’AFD sont données par la figure 3.

Figure 3.
Régionalisation des pluies annuelles par l’AFD.

3. Analyse et interprétation de la répartition spatiale des pluies par région

Région I

14La région I est localisée à l’est (figure 3), dans les hautes plaines et le plateau du Serssou (région d’Ain Oussera, Ksar el Boughari), alors qu’à l’ouest, elle regroupe la région de Ras-El-Ma. Toutes ces régions sont relativement élevées (580-1194 m) et abritées par rapport aux courants pluvieux intéressant l’Algérie nord-occidentale. La région I se caractérise par l’indigence de la pluviosité. En effet, partout la moyenne est inférieure à 400 mm ; elle tombe à 199 mm à Zoubiria. De même, le nombre de jours de pluie est le plus faible de la zone d’étude : il est partout inférieur à 67 jours en moyenne par an et tombe à moins de 43 jours (station d’Ain Oussera). Le caractère de pluies est très irrégulier. Le coefficient de variation le plus fort est observé dans la région de Rosfa 0,51 où le régime des pluies se distingue par un régime continental ; le maximum se place en automne et au printemps et il constitue 31 à 40 % du total annuel de cette région, où l’été est partout sec. Cette nuance se caractérise par la fréquence de fortes intensités, qui tombent sous forme de pluies torrentielles (75 mm pluies maximales journalières enregistrées pendant l’année 1930-1931 dans la station de Khemisti). Le maximum automnal est lié aux orages qui abordent la région par le sud et le sud-ouest pendant cette période ; le maximum printanier s’explique par la fréquence des perturbations sahariennes pendant cette saison, alors que le minimum est enregistré en hiver, et que les pluies, pendant cette saison, sont données en grande partie par le type de circulation de l’ouest et nord-ouest. Or cette région est protégée contre les influences de ces flux pluvieux.

Région II

15Elle est localisée surtout à l’ouest et au centre et se caractérise par une position d’abri relatif par rapport aux flux pluvieux de l’ouest et du nord-ouest comme par le faible volume du relief. Dans cette région, les moyennes annuelles sont partout inférieures à 500 mm ; en effet, dès qu’on dépasse les monts de l’Atlas tellien vers le sud et le sud-ouest, la pluviométrie diminue : 480 mm à oued Berkeche, 336 mm à El Hacaiba, mais à l’est elle passe de 425 mm à Sidi M’hamed Ben Ouda, à 289 mm à Saline oued Djama. Le coefficient de variation annuel est inférieur à 0,21 dans la plupart des stations cette variabilité est plus faible dans le nord-ouest (0,21-0,41) à moyennement faible à l’est (0,23 et 0,59). Le régime pluviométrique se caractérise à l’échelle mensuelle par un double maximum pluviométrique : l’un se situe en décembre ou janvier, l’autre en février dans l’Atlas tellien, et au printemps dans les hautes plaines. Le maximum hivernal est lié à la fréquence du type de circulation de l’ouest et du nord-ouest (50,4 % et 36,9 %). Dans cette région, l’influence de la continentalité apparaît nettement dans certaines zones, ce qui s’explique par une double opposition :

  • une opposition d’abri relatif par rapport aux influences des flux pluvieux de direction ouest et nord-ouest ;
  • une opposition d’abri relatif par rapport aux influences de la mer.

16Cette nuance continentale apparaît d’avantage à l’ouest, au centre et à un degré moindre à l’est. L’influence de la continentalité dans ces régions se traduit surtout par une faible quantité des pluies annuelles, et par le régime saisonnier. Celui-ci est marqué par une importance relative de pluies de la saison chaude (mars-août) avec 40 % du total annuel tombant au sud (hautes plaines) pendant cette saison, 30 à 32 % au nord-ouest et 27 à 31 % au nord-est.

Région III

17La région III est située dans les zones montagneuses et dans les hautes plaines intérieures. Elle regroupe les monts de Dahra au nord-est (djebel El-Gourine 736 m, au nord de Menaceur et djebel Arbal 1 095 m et djebel Zccar 1576 m à l’Est), les monts de Terraras (1 021 m), les monts de Tessala (1 061 m), les monts de Tlemcen (1 381 m) à l’ouest, les monts de Saida (1 043 m) au sud-ouest et enfin le versant sud du massif de l’Ouarsenis (djebel Amrane 1 520 m, djebel Zerloul 1 075 m) au sud-est. Toutes les zones regroupées dans la région III se caractérisent par l’importance relative des totaux pluviométriques, dont la moyenne annuelle dépasse 500 mm ; elle est de 556 mm à Derrag, 573 mm à Damous, 582 mm à Gouraya, 581 mm à Cherchell, 614 mm à Tlemcen, 819 mm à Sidi-Médjahed. L’importance relative des pluies dans cette région est en étroite relation avec sa position par rapport aux courants pluvieux. Ainsi, le type de temps le plus fréquent qui intéresse la région est ouest-nord-ouest (50,4 %, 36,9 %), nord (4 %) et retour d’est (9,2 %). Cependant, la position en latitude crée des nuances à l’intérieur de cette région avec l’organisation spatiale suivante :

  • à l’ouest, les monts de Tlemcen constituant le premier écran montagneux abordé par les courants de l’ouest et nord-ouest connaissent une moyenne annuelle située entre 575 mm à Ain-Essouk et 627 mm à Tlemcen ;
  • à l’est, les monts du Zaccar, Dahra, Khemis Miliana constituant le premier écran montagneux abordé par les courants du nord-ouest connaissent une moyenne annuelle située entre 573 mm (station de Damous) et 634 mm (station de Sidi-Ghiles) ;
  • au sud, les monts de Saida et Tiaret enregistrent 412 mm à Saida, 454 mm à Mellakou.

18D’une part, cette région III se caractérise par une relative régularité de la pluviosité. En effet, le coefficient de variation annuel ne dépasse pas 0,27 pour la plupart des stations, tombant même à 0,19 à El Khemis, alors qu’il peut atteindre 0,51 à Chelif dans la région II. À l’intérieur de la région III, le coefficient de variation est moins fort à l’ouest (station de Lalla Setti 0,26 ; Ain Essouk 0,23) qu’à l’est (Damous 0,34). Cette relative régularité des pluies est en rapport avec la bonne exposition aux courants pluvieux de l’ouest et nord-ouest, puisqu’il s’agit du type de circulation le plus fréquent et le plus pluvieux. Le régime pluviométrique se caractérise par un maximum qui s’observe pendant la saison froide (hiver), l’automne est plus pluvieux que le printemps, mais l’été est sec. D’autre part, on distingue aussi des nuances entre les hautes plaines et l’Atlas tellien, avec des pluies lors de la saison chaude (printemps-été) qui n’occupent que 31 à 39 % du total annuel dans les hautes plaines ; le pourcentage arrive à 56 % du total annuel dans la partie ouest de l’Atlas tellien (Hafir) et à 47,7 % dans l’est (Teniet El-Had).

Region IV

19Cette région, surtout représentée dans l’est de l’Atlas tellien, regroupe les régions de Ben-Chicao, Médéa, Sidi-Medjahed, et elle s’organise sous forme d’îlots dans la partie ouest de l’Atlas tellien (région de Sebra et Mefrouche). Toutes ces régions se caractérisent par l’importance relative des totaux pluviométriques ; la moyenne annuelle dépasse 488 mm, elle est de 579 mm à Beni-Chicao, 854 mm à Média, 638 mm à Bordj-Bounama. L’importance relative des pluies dans cette région est en étroite relation avec leur position par rapport aux courants pluvieux. En effet, le type de temps le plus fréquent dans cette région est de type nord dans la région de Médea, Bordj-Bounama et nord-ouest dans la région de Bensakrane-Mefrouche. Ces types de temps sont accompagnés de pluies importantes, et sont considérés comme les plus pluvieux. La bonne exposition au nord et nord-ouest est un facteur qui favorise la pluviométrie de la région, se caractérise, par rapport aux autres régions, par une relative régularité de la pluviosité, avec un coefficient de variation annuelle ne dépassant pas 0,31 dans la plupart des stations. Le régime pluviométrique présente un maximum observé pendant la saison froide (automne-hiver) le printemps est relativement moins pluvieux et l’été est très sec. Par ailleurs, des nuances se distinguent dans cette région, car les pluies de la saison chaude (printemps + été) n’occupent que 19 à 20 % du total annuel, dans les régions ouest (Ben sakrane, Mefrouche), dans les régions est (Médea, Ben-Chicao) il occupe 30 à 35 %. Cette région se caractérise également par :

  • Des intensités pluviométriques relativement fortes ; les pourcentages les plus forts sont observés dans les stations montagneuses, et particulièrement celles de l’est de l’Atlas tellien où elle est matérialisée par la faiblesse relative du nombre de jours de pluies, ainsi 854 mm d’eau tombent à Médea pendant 91 jours, à l’ouest 735 mm à Hafir, pendant 61 jours.
  • L’importance des totaux pluviométriques, une certaine régularité de la pluviosité, et un régime méditerranéen à maximum hivernal avec néanmoins des nuances entre l’est et l’ouest.

Conclusion

20Un des avantages les plus significatif de la méthode de l’ACP et de l’AFD est la possibilité de faire le groupement des stations météorologiques d’une région sans aucune hypothèse a priori, dans le cas où le pourcentage de la variance totale exprimée par les composantes principales significatives est très élevé (dans notre cas il est de 80 %). Les méthodes de l’analyse multidimensionnelle, à savoir l’ACP et l’AFD, sont un puissant outil pour la mise en évidence de régions pluviométriques homogènes. Ces méthodes deviennent plus efficaces lorsqu’elles sont utilisées de façon complémentaires. C’est ainsi que quatre régions sont déterminées :

  • la première région pluviométrique est la moins arrosée que les autres à cause de l’effet d’abri et de l’influence modérée de l’altitude et de la continentalité. Le rythme des pluies est très irrégulier. Le régime est continental, les maxima se placent pendant l’automne et le printemps ;
  • la seconde région est plus arrosée que la première. Les moyennes annuelles sont partout supérieures à 400 mm, le coefficient de variation est inférieur à 0,21 et, le régime pluviométrique se singularise à l’échelle mensuelle par un double maximum : décembre ou janvier ;
  • la troisième région se définit par l’importance relative des totaux pluviométriques, – la moyenne dépasse 500 mm –, et par une relative régularité de la pluviosité. Le coefficient de variation est de 0,19, le régime pluviométrique se caractérise par un maximum qui se situe pendant la saison froide ;
  • la quatrième région est la plus arrosée. Elle exprime l’influence simultanée de l’orographie et de la circulation atmosphérique régionale durant toute l’année. La moyenne annuelle atteint 800 mm ; le régime pluviométrique se caractérise par un maximum pendant la saison froide, et par des intensités pluviométriques relativement fortes.

21L’influence de l’altitude sur la distribution géographique des précipitations est variée. Il y a une hausse des précipitations en fonction de l’altitude dans les stations exposées aux flux pluvieux, avec une variation du gradient de l’ouest vers l’est. Quoi qu’il en soit, l’altitude n’est pas toujours le facteur le plus important dans la distribution géographique des précipitations. D’autres facteurs tels que la distance de la station par rapport au sommet, la position du relief par rapport à la mer, la morphologie de l’orographie jouent aussi un rôle important.

Table des illustrations

Légende Tableau 1.Résultats de l'analyse en composantes principales.
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Fichier image/, 37k
Légende Figure 1a.Contribution des individus avec la première composante principale.
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Fichier image/, 147k
Légende Figure 1b.Contribution des individus avec la deuxième composante principale.
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Fichier image/, 149k
Légende Figure 1c.Contribution des individus avec la troisième composante principale.
URL http://books.openedition.org/enseditions/docannexe/image/871/img-4.jpg
Fichier image/, 166k
Légende Figure 2.Représentation des individus sur le plan factoriel (1-2).
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Fichier image/, 93k
Légende Tableau 2.Analyse par variable.
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Fichier image/, 42k
Légende Tableau 3.Variance et pseudo-F des variables discriminantes.
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Fichier image/, 54k
Légende Tableau 4.Coordonnées et qualité de la représentation des variables sur l’axe 1.
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Fichier image/, 48k
Légende Tableau 5.Distances de D2 de Mahalanobis entre les différents groupes.
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Fichier image/, 39k
Légende Figure 3.Régionalisation des pluies annuelles par l’AFD.
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Fichier image/, 217k

Auteur

Laboratoire de bioclimatologie, Institut des sciences de la Terre, Université des sciences et de la technologie Houari Boumedienne, Algérie

© ENS Éditions, 2003

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