Soutenance de thèse de Abdallah MAHAMAT NOUR

Les fluctuations spectaculaires de l’extension du lac Tchad au cours des dernières décennies ont démontré la très grande vulnérabilité de cet écosystème crucial pour près de 20 million de personnes. La surface actuelle du lac a considérablement diminué par rapport à la dernière période humide précédant les années 1980, soulevant la question de rôle respectifs des variations climatiques et des impacts anthropiques à la réduction de surface du lac Tchad. Afin d’apporter un éclairage objectif à cette question, cette thèse s’intéresse au fonctionnement du fleuve Chari-Logone, qui représente jusqu'à 90% des apports en eau au Lac. L’objectif est de mieux comprendre et diagnostiquer le fonctionnement hydrologique et géochimique du bassin du Chari-Logone sous l'effet de la forte variabilité des précipitations qui a touché́ le Sahel depuis la fin des années 1970. Cette étude est basée sur 1) des données hydro-climatiques de la période 1950-2016 obtenues par les services nationaux du Tchad, de la Commission du Bassin du Lac Tchad (CBLT) et de base de données de l’Institut de Recherche pour le Développement (IRD), 2) des données géochimiques provenant d'études menées par les chercheurs de l'IRD entre 1969 et 1980, offrant une perspective à long terme, et 3) des données géochimiques et isotopiques nouvelles (δ18O, δ2H, éléments majeurs dissous, 87Sr/86Sr) obtenues grâce à une campagne d’échantillonnages mensuels entre janvier 2013 et octobre 2016. Globalement, la lame d’eau écoulée moyenne sur le bassin du Chari-Logone au cours de la période 1960-2015 (46 mm/an) représente seulement 5% des précipitations, et présente des variations temporelles et spatiales considérables. Entre les deux sous-périodes climatiquement les plus contrastées (humide : 1960-1971 et sèche :1982-1997), l’écoulement moyen diffère de 75% (680 m3/s). Spatialement, la partie amont située sous climat soudanien fournit la grande majorité du débit : les sous bassins de Moundou et de Manda, représentant 18% de la surface totale, contribuent à 73% au débit du Chari-Logone. L’analyse détaillée des données hydroclimatiques montre que cette très grande sensibilité aux fluctuations de précipitations se manifeste particulièrement dans les sous-bassins situés dans la bande sahélienne, et permet de discuter du rôle joué par les plaines d’inondations en aval. Nos données hydro-climatiques ne montrent aucune évidence clairement détectable d’un impact anthropique responsable d’une diminution des écoulements ou d’une modification du régime hydrologique dans le bassin du Chari-Logone. La composition isotopique (δ18O et δ2H) des eaux de surface montre de fortes variations saisonnières. Les valeurs les plus appauvries permettent de proposer une composition isotopique moyenne pour les précipitations de la partie amont du bassin versant, pour laquelle aucune donnée n’est disponible dans la littérature. L'enrichissement pendant la saison sèche, beaucoup plus prononcé pour le fleuve Chari que pour le Logone, et pour les stations aval que pour les stations amont, est interprété en termes d’évaporation. On observe également une variabilité saisonnière des concentrations des éléments chimiques dissous dans les eaux du Chari et du Logone. En revanche, une stabilité interannuelle est constatée durant la crue à la fois entre les différentes années couvertes par l’échantillonnage récente, et en comparaison avec les valeurs de la période antérieure à la sécheresse. Cette situation correspond à un comportement chemostatique, dans lequel la lame d’eau écoulée est le seul facteur contrôlant les variations interannuelles des flux chimiques. De plus, la comparaison entre la concentration en éléments chimiques et le débit montre une boucle d'hystérésis, suggérant un comportement non linéaire du bassin versant. Ce phénomène d'hystérésis pourrait correspondre à une contribution variable dans le temps de deux masses d'eau, des eaux souterraines lentes et des eaux rapides de surface.

The dramatic fluctuations in the extent of Lake Chad in recent decades have demonstrated the extreme vulnerability of this crucial ecosystem for nearly 20 million people. The current area of the lake has declined significantly from the last wet period prior to the 1980s, raising the issue of the respective role of climate variations and anthropogenic impacts on the Lake Chad surface reduction. In order to shed an objective light on this question, this thesis focuses on the functioning of the Chari-Logone River, which accounts for up to 90% of the Lake's water supply. The objective is to better understand and diagnose the hydrological and geochemical functioning of the Chari-Logone basin under the effect of the high rainfall variability that has affected the Sahel since the end of the 1970s. This study is based on 1) hydro-climatic data from the period 1950-2016 obtained by the national services of Chad, the Lake Chad Basin Commission (LCBC) and the database of the Research Institute for Development (IRD), 2) geochemical data from IRD researchers' studies conducted between 1969 and 1980, offering a long-term perspective, and 3) new geochemical and isotopic data (δ18O, δ2H, dissolved major elements, 87Sr / 86Sr) obtained through a monthly sampling campaign between January 2013 and October 2016. Overall, the average flow of water in the Chari-Logone basin during the period 1960-2015 (46 mm / year) represents only 5% of rainfall, and has considerable temporal and spatial variations. Between the two climatically most contrasting sub-periods (wet: 1960-1971 and dry: 1982-1997), the average flow differs by 75% (680 m3/s). Spatially, the upstream part located under Sudanese climate provides the vast majority of the flow: the sub-basins of Moundou and Manda, representing 18% of the total surface, contribute 73% to the flow of Chari-Logone. A detailed analysis of hydroclimatic data shows that this very high sensitivity to rainfall fluctuations is particularly evident in the sub-basins located in the Sahelian belt, and makes it possible to discuss the role played by downstream flood plains. Our hydro-climatic data do not show any clearly detectable evidence of an anthropogenic impact responsible for a decrease in flows or a modification of the hydrological regime in the Chari-Logone basin. The isotopic composition (δ18O and δ2H) of surface waters shows strong seasonal variations. The most depleted values make it possible to propose an average isotopic composition for the precipitation of the upstream part of the watershed, for which no data is available in the literature. The enrichment during the dry season, much more pronounced for the Chari River than for the Logone, and for the downstream stations as for the upstream stations, is interpreted in terms of evaporation. There is also seasonal variability in the concentrations of dissolved chemical elements in the Chari and Logone waters. On the other hand, interannual stability is observed during the flood both between the years covered by the recent sampling, and in comparison, with the values of the pre-drought period. This situation corresponds to a chemostatic behavior, in which the water slide is the only factor controlling the interannual variations of the chemical fluxes. In addition, the comparison between the concentration of chemical elements and the flow rate shows a hysteresis loop, suggesting a nonlinear behavior of the watershed. This hysteresis phenomenon could correspond to a variable contribution over time of two bodies of water, slow groundwater and fast surface water.