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Université Gaston Berger de Saint-Louis

Formation doctorale de géographie - Laboratoire Leïdi

Parcours : Écosystèmes et environnement

Option : Climatologie

F-Sénégal (Stations de

Saint-Louis, Podor et Matam) : effets radiatifs, conséquences sur la visibilité horizontale et impacts sanitaires

Thèse pour le Doctorat de Géographie

Présentée par

M. Demba GAYE

Jury - Pr. Mouhamadou Mawloud DIAKHATÉ, UGB, Directeur de Thèse - Pr. Pascal SAGNA, UCAD, Rapporteur - Pr. Boubou Aldiouma SY, UGB, Rapporteur - Encadrant I

Dédicaces

À mes Parents : Hamady Ciré GAYE et Dieynaba Aguibou MBOW À : Aïssata, Maynouma, Dieynaba, Rayhana, Mariame, Houléye et Salamata À mes Frères : Amadou, Abou n° 1 et 2, Ciré, Ousmane, Aly et Oumar

À mes belles s Coumba et Gaʀssiry

À mon Oncle El Hadj Mamoudou MBOW

À ma famille THIAM à Nouakchott

À mon très cher encadrant Dr.

À la famille KANE à Saint-Louis

À mes collègues du Laboratoire Leïdi

Spécialement à Thérèse NDIAYE, à Ngagne FALL et à Abdoulaye GUISSÉ

Puisque "mo limi juuma" à mes amis

Dédicace spéciale

à mes nièce et neveu : Aïssata et Baba

II

Remerciements

Encadrant de tous mes travaux de recherche, Dr.

pleinement contribué à ce . Comment remercier ? voilà la question que je me suis toujours posé. Hasardeusement pour témoigner la reconnaissance : MERCI

Mdonné

la confiance, le soutien et les bases de mon travail, en me poussant à sortir le meilleur de moi-même, pour

Merci pour les qualités hautement humaines et la totale disponibilité que manifestée. Et surtout merci pour e que vous portez à ma personne ! Professeur Mouhamadou Mawloud DIAKHATÉ, Directeur scientifique de cette thèse. Ce fut une grande chance de travailler avec vous D particules de poussières par

RD à travers PATEO et ensuite pour la confiance que vous avez placée en moi en me confiant certaines

de vos taches pédagogiques (cours, animation de séminaires, ...) qui ont constitué pour moi de véritables

et de perfection des acquis. Merci infiniment pour tout !

eu le privilège que Professeur Pascal SAGNA ait accepté de rapporter cette thèse. Quoi de plus

honorable pour un disciple que je suis climatologie est difficile de le remercier. Puisse-t-il ma profonde gratitude !

Mes Professeur Boubou Aldiouma SY

cette thèse et dans la recherche scientifique de façon plus élargie. Je le remercie ensuite pour avoir accepté

volontiers de rapporter cette thèse. Merci pour cet honneur et merci pour Tout !

Ce travail doit beaucoup aux échanges et discussions toujours fructueux avec les collègues du

Laboratoire Leïdi au sein de la salle des doctorants de Géographie que nous avons labélisée

affectueusement "Salon de coiffure" du fait des interventions très critiques lors des séances de partage de

projets de recherche ou de présentation des résultats de thèses, au sortir desquels les présentateurs ont une

orientation plus claire de ce qui les attend. ! III Pr. Aly TANDIAN, alors je me contente juste de lui dire merci et lui exprimer toute ma reconnaissance pour tout le soutien e. Certes Dieu récompense toujours les bienfaits ! Ma thématique obligé à me rapprocher des agences et institutions dans la phase de collecte de données. De ce fait, jMes remerciements à M. Abdoulaye BA ore depuis mes travaux de mémoire de master. À Saint-gestionnaires de données du centre de santé et au bureau des archives du centre hospitalier régional. ma disposition des techniciens lors de sa mise en place et pendant la phase de collecte.

À Podor, Ndioum et Ourossogui je remercie les agents du Service National de l'Information Sanitaire

(SNIS) des données sanitaires utilisées dans cette thèse. Spécial merci à M. BA, agent de la station Météo de Podor de

une de mes stations de captage de particules de poussières et pour y avoir veillez quotidiennement.

À Matam, je remercie énormément Dr. SECK

et une salle de travail pour de à Matam où je remercie respectivement la formidable famille MBODJ et ma famille MBOW merci à mon cher oncle EL Hadj MBOW pour aux moments de doutes et quand le vent de la colère souffle sur nos esprits. Si vous savez oh! Combien vous nous éclairez le chemin ! me soit permis de remercier mon guide Le Pole Cassé Cheikhouna Ahmedina TIDJANI par la sous bénédiction de son Grand-père Seydina MOHAMED (que Salut et paix soient sur Lui !), la lumière de Salat-h Sanctifie son précieux secret et nous accorde du bienfait par sa grâce !) mes parents

toujours été là pour écouter nos doutes et pour les estomper. Leurs conseils ont toujours été et restent les

clefs qui nous ouvrent les portes du grand destin. En fait, la vie et la rendent plus légère. Veuille-leur !!! IV

Sommaire

Dédicaces ...................................................................................................................................... I

Remerciements ............................................................................................................................. II

Sommaire ................................................................................................................................... IV

Sigles et Acronymes ................................................................................................................... VI

Liste des illustrations ................................................................................................................ VIII

Liste des figures ....................................................................................................................... VIII

Liste des tableaux ..................................................................................................................... XIV

Avant-propos .......................................................................................................................... XVII

Introduction Générale .................................................................................................................... 1

Chapitre I : Contexte scientifique, Cadre théorique et conceptuel, Méthodologie et ......................................................................................... 5 ................................................................................................ 5

2. Cadre théorique ......................................................................................................................... 8

3. Analyse conceptuelle ............................................................................................................... 13

4. Éléments de Méthodologie ...................................................................................................... 19

...................................................................................... 36

Chapitre II -Sénégal : Stations synoptiques

de Saint-Louis, Podor et Matam .............................................................................................. 76

1. Le vent .................................................................................................................................... 76

2. Température et Humidité relative ........................................................................................... 90

3. Evaporation et Insolation ...................................................................................................... 100

4. La pluviométrie..................................................................................................................... 102

5. Analy -Sénégal (synthèse

climatique) ................................................................................................................................. 122

Chapitre III : Aérosols désertiques : cycle, zones sources et saisonnalité des émissions .. 124

1. Généralité sur les aérosols .................................................................................................... 124

2. Cas spécifique des aérosols désertiques ............................................................................... 139

3. Cycle des aérosols désertiques ; de la formation de la matière érodable au dépôt des particules

................................................................................................................................................... 159

..................... 181 Chapitre IV évolution des fréquences de lithométéores et étude de leurs effets

-Sénégal .................................................................................. 201

V

Nord-Sénégal ............................................................................................................................. 201

-Sénégal ............ 215

3. -Sénégal ............................ 226

Chapitre V -Sénégal : action sur la visibilité

horizontale, conséquences socio-économiques et impacts sanitaires .................................. 245

Nord-Sénégal ............................................................................................................................. 245

2. Conséquences socio-économiques dues à la réduction de la visibilité par les poussières

désertiques ................................................................................................................................. 266

-Nord Sénégal........................ 270

Conclusion générale .................................................................................................................. 315

Références bibliographie ........................................................................................................... 324

Webographie ............................................................................................................................. 348

Annexes ..................................................................................................................................... 349

Table des matières ..................................................................................................................... 360

VI

Sigles et Acronymes

AERONET : AEronet RObotic NETwork

AEW

AFSSET

Al : Aluminium

AMMA : Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine

ANACIM

AOD : Aérosol Optical Depth

AVL : Alvéolaire

BPCO : Broncho-Pneumopathie Chronique Obstructive

Ca : Calcium

CCN : Cloud Condensation Nuclei (Noyaux de condensation nuageuse)

DABEX : Dust And Biomass-Burning EXperiment

DODO : Dust Outflow and Deposition to Ocean

ET : Extra-thoracique

Fe : Fer

FIT : Front Intertropical

GARP : Global Atmospheric Research Program

GATE : GARP Atlantic Tropical Experiment

GERBILS : Geostationary Earth Radiation Budget Intercomparison of Longwave and

Shortwave radiation

GIEC : GExperts IÉvolution du Climat

InVS : Institut français de Veille Sanitaire

IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change

JEA

JOST : -Tropical

LG : Lignes de grains

LLJ : Low Level Jet (courant-jet à basse altitude) LW

MA : Macrophages alvéolaires

VII MAO MCS : Mesoscale Convective System (systèmes convectifs de méso-échelle)

MISR : Multi-angle Imaging Spectroradiometer

MODIS : Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer MPOC : Maladies pulmonaires obstructives chroniques

NP : Nanoparticules

OMM : Organisation Mondiale de la Météorologie

OMS : Organisation Mondiale de la Santé

PM10 : Particules de taille < 10 µm

PST : Particules en Suspension Totale

PUF : Particules ultrafines

RADAGAST : Radiative Atmospheric Divergence using ARM mobile facility, GERB data and

AMMA Stations

SAMUM : SAharan Mineral dUst ExperiMent

SEVIRI-MSG : Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager-Meteosat Second Generation

SHADE : SaHAran Dust Experiment

SHL : Saharan Heat Low (dépression thermique saharienne)

Si : Silicium

SPSS : Statistical Package on Socials Sciences

SSA : Single Scattering Albedo (Albédo de simple diffusion) SW

TB : Trachéo-bronchique

TCM : Tableaux Climatiques Mensuels

TEJ

TOMS : Total Ozone Mapping Spectrometer

VV : visibilité horizontale minimale

ZCIT : Zone de Convergence Intertropicale

ʅg.m-3 : Microgramme par mètre cube

ʅm : Micromètre

VIII

Liste des illustrations

Liste des figures

Figure 1 : Localisation de la zone étudiée .....................................................................................7

Figure 2 : Stations de captage de particules

Figure 3 : Schéma représentatif de la mousson tiré du site AMMA International ......................38

Figure 4 : Ligne de flux (trait noir continu) à 200 hPa le 25/07/55. ...........................................43

Figure 5 : Coupe horizontale de la Composante U du vent à 200 hPa (m.s-1) sur l'Afrique de

l'Ouest. .........................................................................................................................................44

campagne JET2000. ....................................................................................................................46

Figure 7 : Vitesse et localisation latitudinale de l'AEJ, moyenne journalière, pour une mousson

humide et une mousson sèche .....................................................................................................47

Figure 8 : Schéma conceptuel de la circulation atmosphérique en zone tempérée .....................48

Figure 9 : Schéma conceptuel représentant, en moyenne zonale, les éléments clés de la mousson

mousson .......................................................................................................................................50

Figure 11 : Image Bi-satellite infrarouge du 08 octobre 2007 à 00 UTC ...................................51

Figure 12 : Nébulosité associée aux MCS oust-africains pendant les quatre mois de la mousson

Figure 13 : Au Sahel, dans la région du delta central du Niger, la mousson s'accompagne de

l'arrivée de lignes de grains .........................................................................................................54

(1989). .........................................................................................................................................55

juillet ............................................................................................................................................60

janvier et décembre .....................................................................................................................62

Figure 17 : Pluies journalières (en mm/jour) moyenne entre 10°E et 10°W...............................68

Figure 18 : Direction moyenne des vents à la station de Matam (1984-2013) ...........................84

Figure 19 : Direction moyenne des vents à la station de Saint-Louis (1984-2013) ....................84

Figure 20 : Direction moyenne des vents à la station de Podor (1984-2013) .............................85

IX Figure 21 : courbes de vitesses moyennes pour les stations de Saint-Louis, Podor et Matam ...89 Figure 22 : Fréquence des moyennes des températures aux stations de Saint-Louis, Podor et

Matam ..........................................................................................................................................91

Figure 23 : fréquences des observations par tranches de températures aux stations de Saint-Louis,

Podor et Matam ...........................................................................................................................95

Figure 24 : évolution décennale des températures aux stations de Saint-Louis (1), Podor (2) et

Matam (3) (1984-2013) ...............................................................................................................97

Figure 25 -Louis, Podor et Matam ..................98

Figure 26 -Louis,

Podor et Matam .........................................................................................................................100

Figure 27 -Louis, Podor et

Matam (1984-2013) ...................................................................................................................101

Figure 28 : Pluviométrie moyenne mensuelle aux stations de Saint-Louis, Podor et Matam (1984-

2013) ..........................................................................................................................................106

Figure 29 : Répartition mensuelle des occurrences du maximum pluviométrique aux stations de

Saint-Louis, Podor et Matam (1984-2013) ...............................................................................109

Figure 30 : Variations de la pluviométrie mensuelle au cours des années extrêmes aux stations

de Saint-Louis (1992 et 2010), Podor (1984 et 2001) et Matam (1992 et 2000) de 1984 à 2013.

Figure 31 : Ecarts à la moyenne pluviométrique aux stations du Nord Sénégal (1984-2013) ..113

Figure 32 : Evolution des précipitations de 1954 à 2013 aux stations de Saint-Louis (a), Podor ication du test de PETTITT .......................................................115 Figure 33 : Périodes de rupture et de reprise aux stations de Saint-Louis (a), Podor (b) et Matam

(c) (1954-2013). ........................................................................................................................117

Matam, Podor et Saint-Louis ....................................................................................................121

formation et de dépôt. Adaptée de WHITBY (1978) ................................................................132

(PUTAUD et al., 2003). ............................................................................................................133

2010), mesurée par Multi-angle Imaging Spectroradiometer (MISR). .....................................136

Figure 39 : Image du satellite MODIS représentant les aérosols le 10 juin 2004 .....................137

X Figure 40 : Image SeaWiFS du 26/02/2000 montrant un panache d'aérosol saharien. NASA/GSFC, image SeaWiFS d'un panache d'aérosols désertiques au-dessus de la mer du Japon

Figure 41 : Localisation des zones désertiques et des principaux déserts .................................142

Figure 42 : Localisation de 131 'hot spots' issus des observations spatiales de TOMS ............143

Figure 43

Figure 44 : Bilan des forces auxquelles est soumis un grain de diamètre Dp sous la contrainte de

Figure 46 : Illustrations du processus de sandblasting dans le cas où la particule entraînée dans

un mouvement de saltation et de reptation ................................................................................164

Figure 47 : Localisation des principaux processus météorologiques entraînant le soulèvement

(Haboob). ...................................................................................................................................169

km) vers les Barbade (4500 km) ...............................................................................................172

Figure 51 : Vitesse de dépôt sec calculée en fonction de la taille de particules (courbe bleue)

selon le modèle de Slinn et Slinn (1981) comparée à la vitesse de sédimentation (courbe noire)

Figure 52 : Schéma des processus de dépôt humide : " RainǦout » et " WashǦout » ................175

Figure 53 : Moyenne annuelle du flux de dépôt (g/m2/an) pour la période 1987-1990 ............176

Figure 54 : Dépôt sec annuel des poussières désertiques simulé par ALADIN (g.m-2.an-1)

moyenné sur la période 2006- .................................177

Figure 55 : Dépôt sec saisonnier des poussières désertiques simulé par ALADIN (g.m-2.an-1)

moyenné sur la période 2006-r ..................................178

Figure 56 : Dépôt humide des poussières désertiques, pour le mois de janvier, simulé par

ALADIN (en g.m-2.an-1) moyenné sur la période 2006-

Figure 57 : Dépôt humide saisonnier des poussières désertiques simulé par ALADIN (en g.m-

2.an-1) moyenné sur la période 2006- .......................180

XI Figure 58 : Moyenne -IR sur la période 1984-1993 indiquant Figure 59 : Moyenne mensuelle sur la période 1980- période 2006-

2010 ...........................................................................................................................................184

Figure 61 : Tempêtes de sable saharien-phénomènes de différentes intensités, soulevant des

quantités variables de sable à des hauteurs différentes .............................................................185

Figure 62 : les reliefs et la position géographie de la dépression de Bodélé au Tchad .............186

Figure 63 : Une image satellite et une photo prise durant la campagne BoDex 2005 montrant e Bodélé au Tchad .............................................................187

Figure 64 : Fréquence moyenne (%) tri-horaire de la visibilité réduite par les lithométéores à

moins de 500 dam durant la saison sèche (novembre à mars) ..................................................190

ces nord

africaines obtenu à partir des valeurs de AI de TOMS (x10) sur la période de 1980 à 1992 ...192

Figure 66 : Concentrations saisonnières des aérosols en Afrique et en océan Atlantique entre

Mars 2000 et Novembre 2005-MISR (Multi-angle Imaging SpectroRadiomètre) de la NASA.

images SEVIRI- ...................................................................................194

Figure 68 : Principales trajectoires du transport des aérosols désertiques émis depuis les sources

MIDDLETON (1986) ...............................................................................................................196

18/7/2000. NASA/GSFC ..........................................................................................................199

Figure 72 : Evolution des fréquences journalières suivant le type de lithométéore aux stations de

Saint-Louis, Podor et Matam de 1965 à 2014 ...........................................................................202

Figure 73 : Répartition moyenne journalière des fréquences suivant le type de lithométéore aux

stations de Saint-Louis, Podor et Matam de 1965 à 2014 .........................................................203

XII

Figure 74 : Répartition mensuelle et saisonnière des deux types de lithométéores les plus

fréquents aux niveaux des stations de Saint-Louis, Podor et Matam (1965-2014) ...................205

Figure 75 : fréquence des types de lithométéor suivant en saisons sèche et humide aux stations

de Saint-Louis, Podor et Matam (1965-2014) ...........................................................................206

Figure 76 : Evolution annuelle (juin-mai) du nombre de jours de lithométéores aux stations de

Saint-Louis, Podor et Matam de 1965 à 2014 ...........................................................................210

Figure 77 : Evolution de la fréquence annuelle (juin- évidence des points de rupture aux stations de Saint-Louis, Podor et Matam (1965-2014) .....212

Figure 78 : Evolution du nombre de jours de lithométéores (saison sèche) au cours des années

saisonnières aux stations de Saint-Louis, Podor et Matam de 1965 à 2014 ..............................213

Figure 79 : Distribution de la fréquence des concentrations journalières en PST aux stations de

-Sénégal (1965-2014) .......................................................................................218

Figure 80 : Distribution de la fréquence des concentrations journalières en PM10 aux stations de

-Sénégal (1965-2014) .......................................................................................219

Figure 81 : Distribution de la fréquence des concentrations mensuelles en PST et PM10 aux

stations du Nord-Sénégal (1965-2014) .....................................................................................221

Figure 82 : Concentration annuelle en PST et en PM10 (à gauche) et différence de niveaux de

concentration entre les périodes 1972-1992 et 1993-2014 (à droite) aux stations de Saint-Louis,

Podor et Matam .........................................................................................................................223

Figure 83 : Résultats du test de BUISHAND appliqué aux concentrations en particules (PST à gauche) et (PM10 à droite) dans les stations de Saint-Louis, Podor et Matam de 1965 à 2014 224

Figure 84

tellurique ....................................................................................................................................228

Figure 85 : (a) Flux radiatif descendant solaire (bleu) et infrarouge (noir) et (b) Température du

expérience

RADAGAST .............................................................................................................................231

Figure 86 : Forçage radiatif semi-direct en fonction du type de nuage (cumulus ou stratocumulus) et de sa ...................................................................235

Figure 87 poussières

............237

Figure 88 : Schématisation er

vie (2nd effet indirect) des nuages ..............................................................................................238

Figure 89 : Impact du réchauffement sur le vent thermique .....................................................243

XIII

Figure 90 : Répartition journalière de la visibilité horizontale < 10 km, 5 km et 1 km pour cause

de la présence de lithométéores dans les stations de Saint-Louis, Podor et Matam (1965-2014)

Figure 91 : Evolution de la fréquence (%) de la visibilité < 1 km, < 5 km, < 10 km pour raisons

de ²présence de poussières désertiques au cours des différentes phases climatiques dans les

stations de Saint-Louis, Podor et Matam (1965-2014)..............................................................250

Figure 92 : Evolution mensuelle de la visibilité (km) réduite pour cause de présence de

lithométéore et fréquence (%) de la visibilité < 5 km aux stations de -Sénégal

Figure 93 -

Sénégal de 1965 à 2014. ............................................................................................................254

Figure 94 : corrélation Visibilité horizontale réduite et concentration en PST (à gauche) et PM10

(à droite) aux stations de Saint-Louis, Podor et Matam (1965-2014) .......................................259

Figure 95 : Evolution de la moyenne annuelle et moyenne centrée sur 5 ans de la visibilité réduite

-Sénégal de 1965 à

2014 ...........................................................................................................................................261

Figure 96 : Résultats du test de BUISHAND appliqué aux moyennes annuelles de la visibilité

horizontale réduite pour cause de concentrations en particules lithométéoriques dans les stations

de Saint-Louis (a), Podor (b) et Matam (c) de 1965 à 2014 ......................................................265

Figure 97 : Activités de transport affectée lors de la réduction de la visibilité par les poussières

désertiques ? ..............................................................................................................................267

Figure 98 : Activités de commerce affectées lors de la réduction de la visibilité par les poussières

désertiques ? ..............................................................................................................................267

Figure 99

visibilité par les poussières dés-Sénégal. .........................................268

Figure 100 : Mobilité affectée par la réduction de la visibilité ? ..............................................269

Figure 101 : Dépôt par sédimentation le long des parois des voies aériennes ..........................275

Figure 102 : Dépôt par impaction inertielle ..............................................................................276

Figure 103 : Dépôt par interception ..........................................................................................276

Figure 104 : Dépôt par diffusion ...............................................................................................276

Figure 105 : Dépôt régional en fonction de la taille des particules et par type de respiration ..277

Figure 106

-Sénégal ............................................................................................................292

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